Страница:
Денег на приобретение дорогих фильтров у бедного индонезийца не было, были лишь наблюдательность, смекалка и истинный интерес к морским обитателям. Он мог подолгу рассматривать коралловые сообщества в природе для того, чтобы с минимумом искажений перенести их в свой аквариум. Созданная им система, сразу названная природной, или натуральной, казалась всем каким-то доморощенным индонезийским фокусом. Однако в последние годы она получила массовое развитие сначала в Европе, затем и в Америке, но уже на новом технологическом уровне. Это ни что иное, как фильтрация с применением «живых камней», «живого песка», системы Жубера, «грязевого фильтра» и т. д. Автор же этой натуральной системы умер, не дожив до широкого общественного признания своего детища и проведя остаток жизни в Австралии (в Сиднее), но уже в хорошем достатке. Тем не менее, несмотря на название системы, следует уяснить, что и пресноводный, и морской аквариумы, по крайней мере, комнатных масштабов, весьма далеки от природы – это в большей степени творение рук человеческих со всеми проблемами и недостатками.
Поселив амфиприонов в просторный аквариум, они стали определять смертельную концентрацию нитратов. Оказалось, что рыбы без видимого ущерба выдерживают концентрацию этого вещества, почти в 100 (!) раз превышающую указанную в аквариумной литературе предельно допустимую норму нитратов для аквариума с соленой водой. В чем же дело, почему такой разнобой в рекомендованных и экспериментальных данных? Если поразмыслить, ответ сравнительно прост. Дело не столько в самих нитратах, сколько в других веществах, которые накапливаются в аквариуме вместе с ними. Слово «сравнительно» написано здесь потому, что ни состав этих веществ, ни их свойства определить в любительских условиях невозможно, или, как сейчас говорят, почти невозможно. Более подробно об этом будет сказано ниже.
Колонка денитрификатора. Питательный раствор для фауны денитрификатора подается сверху дозирующим насосом. Циркуляция воды в контуре денитрификации осуществляется насосом, расположенным справа
Бороться с нитратами можно путем регулярной подмены воды или использования денитрификационных фильтров. Известно, что водные растения прекрасно усваивают нитраты (и не только их!), используя эти вещества для построения своего тела. В результате концентрация нитратов заметно снижается. На этом основана работа так называемого водорослевого фильтра. Конструкции такого фильтра могут быть различными, но принцип один. Аквариумная вода протекает через своеобразную неглубокую кассету, в которой располагаются быстрорастущие водоросли, освещаемые яркими лампами. Излишки быстро нарастающей водорослевой массы периодически удаляются из кассеты фильтра. Совершенно необходимо, чтобы свет в водорослевом фильтре горел круглые сутки, так как при выключении освещения водоросли потребляют кислород и выделяют углекислый газ, который в больших количествах опасен для морских гидробионтов, равно как и недостаток кислорода.
Известны и другие способы денитрификации, например основанные на усвоении нитратов в воде другими микроорганизмами, осуществляющими эти процессы. В отличие от нитрификации, где важнейшую роль играет растворенный в воде кислород, процессы денитрификации происходят в среде, лишенной кислорода, или, говоря научным языком, анаэробной. Множество систем таких фильтров было разработано еще в послевоенные годы, а применяются они и поныне для очистки промышленных сточных вод. Основной принцип их работы состоит в том, что денитрифицирующие организмы преобразуют нитраты в газообразные компоненты, конечный продукт которых – газообразный азот, выделяемый в атмосферу. Очевидно, что гетеротрофные бактерии, осуществляющие процессы денитрификации, нуждаются в пище. Их питание может осуществляться различными способами – с помощью глюкозы, сахара, метилового и этилового спиртов. Денитрификатор с применением этилового спирта получил общепринятое в мире название «водочный фильтр».
Мода на аквариумы мини-рифы, в которых очень важно обеспечить высокое качество воды с низким уровнем нитратов, подтолкнула развитие аквариумной техники в части появления денитрификаторов новых систем.
Одним из успешных типов таких устройств, получивших свое развитие в последние 10–15 лет, стал так называемый автотрофный серный денитрификатор (ASD – Autotrophic Sulfur Denitrification). Суть его работы заключается в восстановлении нитратов до газообразного азота с помощью серы, являющейся питательной средой для бактерий Thiobacillus denitrificans. Само по себе изучение этих бактерий относится к началу 1950-х гг., но применение их природных способностей в аквариумной технике началось лишь сорок лет спустя. Первые эксперименты были проведены Марком Лангу (Marc Langouet) во Франции. Серный денитрификатор устроен исключительно просто. Он представляет собой резервуар, заполненный серой в виде гранул размерами от 1,5 до 5 мм. Движение воды снизу вверх обеспечивает анаэробный режим в нижней части устройства, а также транспортировку и выход мельчайших пузырьков газообразного азота, образовавшихся в результате реакции, в атмосферу. Для этого верхняя часть серного реактора должна быть открытой. Рекомендуемая масса серы в реакторе должна составлять приблизительно 1 % от веса воды в аквариуме. Например, для аквариума объемом 400 л в серный реактор денитрификатора следует поместить 4 кг серных гранул. Учитывая, что в результате работы серного реактора рН обработанной воды снижается до уровня 6–6,5 (из-за образования серной кислоты), что недопустимо для морской воды, на его выходе следует установить нейтрализующее устройство, заполненное мрамором, известняком или доломитом примерно такого же объема, что и сера. Для этого можно использовать стандартный кальциевый реактор, применяемый в сочетании с углекислым газом и служащий для пополнения баланса кальция в морской воде. После протекания обработанной воды через кальциевый реактор ее можно смело возвращать в аквариум.
Колонка денитрификатора, заполненная шариками из серы, позволяет реализовать систему автотрофной серной денитрификации (ASD)
Различные типы аквариумных субстратов, применяемых в системах пресноводного аквариума с живыми растениями
Запуск серного денитрификатора, равно как и биофильтра, достаточно сложен. Поначалу движение воды в этом устройстве следует свести к минимуму, чтобы гарантировать анаэробные условия в нижней части серного реактора. При температуре 26 °C и скорости течения жидкости 1 капля в секунду это занимает в среднем 2–3 дня. Активность работы бактерий можно зафиксировать повышением уровня нитритов на выходе серного реактора. Измерения следует проводить регулярно, чтобы аналогично запуску биофильтра убедиться в прохождении пика нитритов, что обычно происходит на 3-4-й день. Затем скорость потока воды через серный реактор увеличивают в течение 10–15 дней. Параллельно с этим контролируют изменение уровня нитратов в воде. Слишком большой поток воды через фильтр приводит к повышению уровня нитритов в вытекающей воде, а слишком малый – к образованию сероводорода, что просто определить по характерному запаху над поверхностью серного реактора. Таким образом, оптимальный режим работы автотрофного серного денитрификатора подбирается регулированием скорости потока обрабатываемой воды. Регулировать же этот поток с помощью крана очень легко. Для ориентировки следует принять в расчет следующие цифры: для реактора с количеством серы 4 кг скорость потока будет приблизительно 4 л/ч, то есть порядка 100 л/сут. В зависимости от конструктивных параметров системы фильтрации воду из денитрификатора можно направлять непосредственно в аквариум или, например, в поддон.
Устройство двойного дна. Для улучшения качества фильтрации в системе Жубера в самой нижней части субстрата желательно между слоями гравия и синтетического волокна расположить слой серных шариков
Существует несколько вариантов компоновки автотрофного серного денитрификатора в общей системе фильтрации. Успешную апробацию прошло устройство, последовательно включающее 3 камеры, где обрабатываемая вода сначала проходит через сорбент, забирающий из воды фосфаты, а затем через серный и кальциевый реакторы. После кальциевого реактора очищенная вода направляется обратно в аквариум. В последнее время появились данные о том, что применение серы в самом нижнем анаэробном слое комбинированного фильтра по системе Жубера значительно увеличивает его денитрификационный потенциал.
Адсорбционно-химическая очистка
Денитрификация
Принято считать, что конечным продуктом работы биофильтра являются сравнительно неядовитые неорганические соединения – нитраты. В классических трактатах, посвященных морскому аквариуму, обычно пишут, что даже нежные рыбы якобы выдерживают концентрацию нитратов в десятки миллиграммов на литр воды. Исходя из того, сколько морские животные потребляют корма и, соответственно, выделяют продуктов своей жизнедеятельности в воду, нетрудно рассчитать, насколько быстро будет достигнут в аквариуме порог нитратной безопасности. Так и происходит. В реальности же данные расчетов оправдываются далеко не всегда, а эксперименты японских исследователей показали, что дело далеко не в нитратах.Поселив амфиприонов в просторный аквариум, они стали определять смертельную концентрацию нитратов. Оказалось, что рыбы без видимого ущерба выдерживают концентрацию этого вещества, почти в 100 (!) раз превышающую указанную в аквариумной литературе предельно допустимую норму нитратов для аквариума с соленой водой. В чем же дело, почему такой разнобой в рекомендованных и экспериментальных данных? Если поразмыслить, ответ сравнительно прост. Дело не столько в самих нитратах, сколько в других веществах, которые накапливаются в аквариуме вместе с ними. Слово «сравнительно» написано здесь потому, что ни состав этих веществ, ни их свойства определить в любительских условиях невозможно, или, как сейчас говорят, почти невозможно. Более подробно об этом будет сказано ниже.
Бороться с нитратами можно путем регулярной подмены воды или использования денитрификационных фильтров. Известно, что водные растения прекрасно усваивают нитраты (и не только их!), используя эти вещества для построения своего тела. В результате концентрация нитратов заметно снижается. На этом основана работа так называемого водорослевого фильтра. Конструкции такого фильтра могут быть различными, но принцип один. Аквариумная вода протекает через своеобразную неглубокую кассету, в которой располагаются быстрорастущие водоросли, освещаемые яркими лампами. Излишки быстро нарастающей водорослевой массы периодически удаляются из кассеты фильтра. Совершенно необходимо, чтобы свет в водорослевом фильтре горел круглые сутки, так как при выключении освещения водоросли потребляют кислород и выделяют углекислый газ, который в больших количествах опасен для морских гидробионтов, равно как и недостаток кислорода.
Известны и другие способы денитрификации, например основанные на усвоении нитратов в воде другими микроорганизмами, осуществляющими эти процессы. В отличие от нитрификации, где важнейшую роль играет растворенный в воде кислород, процессы денитрификации происходят в среде, лишенной кислорода, или, говоря научным языком, анаэробной. Множество систем таких фильтров было разработано еще в послевоенные годы, а применяются они и поныне для очистки промышленных сточных вод. Основной принцип их работы состоит в том, что денитрифицирующие организмы преобразуют нитраты в газообразные компоненты, конечный продукт которых – газообразный азот, выделяемый в атмосферу. Очевидно, что гетеротрофные бактерии, осуществляющие процессы денитрификации, нуждаются в пище. Их питание может осуществляться различными способами – с помощью глюкозы, сахара, метилового и этилового спиртов. Денитрификатор с применением этилового спирта получил общепринятое в мире название «водочный фильтр».
Мода на аквариумы мини-рифы, в которых очень важно обеспечить высокое качество воды с низким уровнем нитратов, подтолкнула развитие аквариумной техники в части появления денитрификаторов новых систем.
Одним из успешных типов таких устройств, получивших свое развитие в последние 10–15 лет, стал так называемый автотрофный серный денитрификатор (ASD – Autotrophic Sulfur Denitrification). Суть его работы заключается в восстановлении нитратов до газообразного азота с помощью серы, являющейся питательной средой для бактерий Thiobacillus denitrificans. Само по себе изучение этих бактерий относится к началу 1950-х гг., но применение их природных способностей в аквариумной технике началось лишь сорок лет спустя. Первые эксперименты были проведены Марком Лангу (Marc Langouet) во Франции. Серный денитрификатор устроен исключительно просто. Он представляет собой резервуар, заполненный серой в виде гранул размерами от 1,5 до 5 мм. Движение воды снизу вверх обеспечивает анаэробный режим в нижней части устройства, а также транспортировку и выход мельчайших пузырьков газообразного азота, образовавшихся в результате реакции, в атмосферу. Для этого верхняя часть серного реактора должна быть открытой. Рекомендуемая масса серы в реакторе должна составлять приблизительно 1 % от веса воды в аквариуме. Например, для аквариума объемом 400 л в серный реактор денитрификатора следует поместить 4 кг серных гранул. Учитывая, что в результате работы серного реактора рН обработанной воды снижается до уровня 6–6,5 (из-за образования серной кислоты), что недопустимо для морской воды, на его выходе следует установить нейтрализующее устройство, заполненное мрамором, известняком или доломитом примерно такого же объема, что и сера. Для этого можно использовать стандартный кальциевый реактор, применяемый в сочетании с углекислым газом и служащий для пополнения баланса кальция в морской воде. После протекания обработанной воды через кальциевый реактор ее можно смело возвращать в аквариум.
Запуск серного денитрификатора, равно как и биофильтра, достаточно сложен. Поначалу движение воды в этом устройстве следует свести к минимуму, чтобы гарантировать анаэробные условия в нижней части серного реактора. При температуре 26 °C и скорости течения жидкости 1 капля в секунду это занимает в среднем 2–3 дня. Активность работы бактерий можно зафиксировать повышением уровня нитритов на выходе серного реактора. Измерения следует проводить регулярно, чтобы аналогично запуску биофильтра убедиться в прохождении пика нитритов, что обычно происходит на 3-4-й день. Затем скорость потока воды через серный реактор увеличивают в течение 10–15 дней. Параллельно с этим контролируют изменение уровня нитратов в воде. Слишком большой поток воды через фильтр приводит к повышению уровня нитритов в вытекающей воде, а слишком малый – к образованию сероводорода, что просто определить по характерному запаху над поверхностью серного реактора. Таким образом, оптимальный режим работы автотрофного серного денитрификатора подбирается регулированием скорости потока обрабатываемой воды. Регулировать же этот поток с помощью крана очень легко. Для ориентировки следует принять в расчет следующие цифры: для реактора с количеством серы 4 кг скорость потока будет приблизительно 4 л/ч, то есть порядка 100 л/сут. В зависимости от конструктивных параметров системы фильтрации воду из денитрификатора можно направлять непосредственно в аквариум или, например, в поддон.
Существует несколько вариантов компоновки автотрофного серного денитрификатора в общей системе фильтрации. Успешную апробацию прошло устройство, последовательно включающее 3 камеры, где обрабатываемая вода сначала проходит через сорбент, забирающий из воды фосфаты, а затем через серный и кальциевый реакторы. После кальциевого реактора очищенная вода направляется обратно в аквариум. В последнее время появились данные о том, что применение серы в самом нижнем анаэробном слое комбинированного фильтра по системе Жубера значительно увеличивает его денитрификационный потенциал.
Адсорбционно-химическая очистка
Применение различных сорбентов, а также адсорбция продуктов метаболизма морских животных и растений на поверхностях раздела вода– воздух в виде пены, собираемой пузырьками воздуха, а также самой поверхностью воды аквариума, через которую осуществляется газообмен, называется адсорбционно-химической очисткой воды, или фильтрацией.
Для удаления нежелательных органических загрязнений аквариумисты обычно поступают по очень упрощенной схеме – ставят в аквариум адсорбционный, или, иначе говоря, химический, фильтр с активированным углем или другими веществами, которые называют сорбентами (натуральными или синтетическими). При этом они считают, что, периодически меняя наполнитель такого фильтра, они решают все проблемы с попутной органикой. К сожалению, это не всегда и не совсем так, но об этом разговор особый. Самое важное при использовании сорбентов – правильно определить регламент их замены. В лучшем случае они просто перестают выполнять свои функции, так как сорбирующие поверхности не могут больше принимать загрязняющие вещества, а в худшем случае происходит спонтанная десорбция – внезапный выброс всего накопленного в воду аквариума. Несомненно одно – избежать стресса у обитателей аквариума не удастся. Особо чувствительные гидробионты испытывают стресс даже при малейшем сбое, поэтому нередко аквариумисты ставят два угольных контактора, которые меняют по очереди, чтобы не было резкого изменения в концентрации из-за лучшей сорбирующей способности свежего действующего вещества. В качестве наполнителя угольных контакторов можно с успехом использовать отечественный березовый уголь марки БАУ. Перед употреблением уголь желательно промыть в чистой воде от угольной пыли, а затем еще и прокипятить, особенно если после его применения в аквариуме было отмечено снижение показателя рН.
Устройство для умягчения воды заполняется ионообменными смолами, через которые осуществляется циркуляция аквариумной воды. Ионообменную смолу необходимо периодически регенерировать. Устройство, расположенное справа, предназначено для аквариумов большего размера
Для умягчения воды в качестве наполнителей химических фильтров нередко используют ионообменные смолы. Свойства ионообменных смол позволяют им замещать положительно заряженные ионы в растворах (катионы) на ионы водорода, а отрицательно заряженные ионы (анионы) – на ионы гидроксила. В результате в растворе остается одна вода, а катионы и анионы адсорбируются ионообменными смолами. Для приведения ионообменных смол в рабочее состояние их «заряжают» с помощью сильных кислот (обычно соляной) и щелочей. По мере работы емкость ионообменных смол и, соответственно, объем обрабатываемой воды уменьшаются, и их приходится регенерировать вновь и вновь. Следует помнить, что количество циклов регенерации смолы практически не ограничено и определяется главным образом сроком службы смолы как вещества, что в итоге определяется условиями ее использования и хранения. Ионообменные смолы, замещающие катионы, называются катионитами, а анионы – анионитами. Обычно их размещают в отдельных устройствах в форме цилиндров, называемых ионообменными колонками. Для полного обессоливания и, соответственно, умягчения вода последовательно проходит через обе ионообменные колонки. Чаще всего в практике аквариумиста ионообменные колонки используют в системах водоподготовки.
Схема пеноотделителя с противотоком и распылителями воздуха в качестве генераторов пузырьков. Пузырьки воздуха от распылителей поднимаются вверх навстречу воде, поступающей из аквариума для очистки. Образующаяся пена с адсорбированными на поверхностях раздела загрязнениями попадает в пеноприемник. Очищенная вода собирается в нижней части цилиндра и возвращается в аквариум после обработки
Существует две принципиальные схемы пеноотделителей – прямоточная и противоточная. В первом случае поток обрабатываемой воды движется в том же направлении, что и поднимающиеся вверх пузырьки. Во втором случае обрабатываемая вода движется навстречу потоку пузырьков. Поскольку вторая система признана значительно более эффективной из-за большего времени задержки воды в контакте с пузырьками (этот параметр в иностранной литературе называется «retention time»), а прямоточные пеноотделители в настоящее время потеряли свою актуальность, мы не будем их далее рассматривать. Важную роль в работе пеноотделителей играет размер пузырьков. Это связано с тем, что площадь контакта с водой пузырьков диаметром 0,1 мм, полученных из 1 л воздуха, окажется в 50 раз больше площади пузырьков диаметром 5 мм, полученных из того же объема воздуха.
Для того чтобы читателю было понятно, насколько важно при создании скиммер-камер учитывать все влияющие параметры, приведу пример. При расчетах их производительности специалисты учитывают даже, казалось бы, такие мелочи, как зависимость формы поднимающихся пузырьков от их размера. Так, при нормальном атмосферном давлении пузырьки размером до 1 мм имеют строгую сферическую форму, в то время как пузырьки размером свыше 2 мм имеют форму эллипсоида.
Различные технические реализации скиммер-камеры:
а – для удвоения производительности пеноотделителей нередко используются сдвоенные конструкции с двумя цилиндрами, расположенными на одном основании резервуара очищенной воды (справа); б – техническая реализация скиммер-камеры с моторным генератором пузырьков (насос справа); в – техническая реализация пеноотделителя повышенной производительности. здесь справа над насосом расположена трубка забора воздуха для инжектора с краном регулировки подачи воздуха
В современных конструкциях высокопроизводительных пеноотделителей используются устройства, генерирующие пузырьки диаметром приблизительно 0,5 мм. В любительских же конструкциях до настоящего времени нередко применяются скиммер-камеры с распылителями, аналогичными тем, что и для систем аэрации. Как показал опыт, наилучшие пузырьки получаются из деревянных распылителей, которые изготавливают из липы. Липовые распылители не требуют очень большого давления от компрессора и создают равномерный ток пузырьков в течение всего срока службы, который, к сожалению, обычно не превышает 2 мес. Однако как наиболее надежному способу генерации пузырьков предпочтение отдают инжекторам – устройствам, засасывающим воздух под действием потока воды, создаваемого насосом. Принцип тот же, что и при работе обычного пульверизатора. Срок работы инжекторов практически неограничен, и они не нуждаются в обслуживании, что, по сравнению с распылителями, является огромным преимуществом.
Другое устройство для генерации пузырьков – так называемый диспергатор. В принципе это такой же инжектор, но в дополнение снабженный вращающимся диском с прорезями, периодически прерывающими струю воздуха. Следует отметить, что забор воздуха, поступающего в пеноотделитель, должен производиться из источника чистого воздуха. Наличие в засасываемом воздухе табачного дыма или выхлопных газов может привести к отравлению всего аквариума. В этом случае необходимо ставить специальный фильтр очистки с активированным углем, водяным реактором и т. п.
Общая схема работы пеноотделителя с противотоком включает 4 зоны. В зоне активной обработки воды происходит контакт пузырьков воздуха, поднимающихся вверх, с водой из аквариума, движущейся в обратном направлении сверху вниз. Образующаяся пена поднимается вверх, собирается в пеносборнике и отводится в канализацию. Воздух, поступающий в пеноотделитель в виде пузырьков, уходит в атмосферу в отработанном виде. Очищенная вода собирается в нижней части цилиндра и возвращается в аквариум. В случае использования озона он подается в систему в виде смеси с воздухом, образующим пузырьки
Скиммер-камера с объемом циркуляции воды 350 000 л/ч. Для сравнения справа от большой камеры поставлен пеноотделитель сравнительно небольшой производительности, который обеспечивает объем циркуляции воды 2000 л/ч
Большая скиммер-камера 4 м высотой и более 1 м в диаметре – основа для поддержания высокого качества воды в аквариумах карантина-передержки морских организмов. управление пеноотделителем осуществляется со щита, расположенного с левой стороны
Если рассматривать схему работы скиммер-камеры, то в ней можно различить 4 рабочие зоны. В самом низу рабочего цилиндра находится зона выхода очищенной воды. Несколько выше, начиная с уровня впрыскивания пузырьков, располагается контактная зона, где, собственно, и происходит образование пены. Далее, несколько выше уровня поступления обрабатываемой воды, размещается зона транспорта пены в четвертую зону – зону сборника и отвода пены.
Выбор типа пеноотделителя во многом определяется требованиями объектов, содержащихся в аквариуме, к качеству воды, плотности посадки гидробионтов, а также финансовыми возможностями любителей. Иногда бывает дешевле использовать два или более простых пеноотделителя в одной системе очистки, чем приобретать мощное и дорогое устройство. Ведь скиммер-камеры для больших аквариумов или систем с большим числом аквариумов и центральным фильтром могут быть поистине грандиозными устройствами 4-метровой высоты при диаметре, достигающем 2 м и более. Объем воды в таком пеноотделителе может достигать 12 м3при высоте столба воды 2,5 м, а потребляемая мощность 12 кВт! Чтобы оценить скорость течения воды через такую камеру, необходимо умножить время задержки, например стандартные 2 мин, на 12 т воды. Таким образом, за 1 ч этот пеноотделитель обрабатывает почти 360 т воды. Скиммер-камеры такого объема предусматривают возможность уменьшения времени задержки до 1,5 мин, и тогда производительность устройства возрастает более чем на 100 т воды без существенного ухудшения качества обработки.
Техническое оборудование такого пеноотделителя включает инжектор, систему очистки пеносборника и расходомеры воды и воздуха. Если же в системе будет использован озон, в состав обязательного оборудования включается генератор озона, измеритель редокс-потенциала и система очистки воды и отработанного воздуха от остаточного озона.
Аквариум с внутренним переливом, обеспечивающим перемещение органики, собирающейся на поверхности воды, к биофильтру, расположенному в поддоне. Трубка большего диаметра (слева) проходит через дно отделенной части аквариума и посредством гибкого шланга направляет воду, собранную с его поверхности, в поддон, где располагаются системы биоочистки. После очистки вода возвращается обратно через трубку (справа), проходящую через дно аквариума
Группа пресноводных аквариумов (рыборазводни) с полупроточной системой и поверхностным сливом, отводящим загрязненную воду вместе с пленкой в канализацию. Даже такое простейшее устройство выполняет роль поверхностного скиммера, удаляющего органику из аквариума. Водные растения, буйно растущие над поверхностью воды верхнего яруса аквариумов, выполняют роль водорослевого денитрификационного фильтра
Сливные трубки поверхностного скиммера с переливом располагаются прямо на дне отгороженной зоны аквариума
Механизмы и химия взаимодействия озона с водой пресноводного и особенно морского аквариумов значительно сложнее, чем это принято описывать в популярной аквариумной литературе. К сожалению, научный уровень большинства аквариумных «химиков» не позволяет им полностью осознать, что столь высокая окислительная способность озона приводит к окислению не только органики и азотистых составляющих, представленных процессами нитрификации, но и хлоридов, бромидов и пр. Образующиеся при этом продукты окисления более устойчивы в растворе, чем озон, и в ряде случаев (при содержании и разведении особо нежных рыб и беспозвоночных) нуждаются в нейтрализации с помощью, например, тиосульфата натрия, который мы привыкли использовать для освобождения воды от хлора.
Очевидно, что в случае применения в системе очистки аквариума озон увеличивает эффективность работы биофильтра и позволяет уменьшить проблемы, связанные с появлением пиков аммиака и нитритов. Значительно снижается накопление компонентов органического загрязнения воды, не разрушаемых биофильтром и вызывающих желтоватую окраску воды и др.
Кроме того, становится меньше вероятность возникновения аквариумных эпидемий из-за развития болезнетворных организмов, а при концентрации озона от 500 до 1500 мг на 1 т воды в ней гибнут все бактерии и вирусы. Установлено, например, что при концентрации в воде озона 1 мг/л все вирусы погибают за 1 с! На этом свойстве основано применение озона для обеззараживания питьевой воды на современных водопроводных станциях, а самые мощные озонаторы с производительностью озона до 2 кг/ч применяют для очистки промышленных стоков, например для систем регенерации воды на автомобильных мойках, содержащей моторные масла, бензин и пр.
Активированный уголь и другие сорбенты
В порах активированного угля и некоторых других природных веществ и минералов, а также появившихся в последнее время синтетических полимерных сорбентов происходит поглощение других химических соединений различного происхождения – мелкодисперсных твердых веществ, жидкостей и газов.Для удаления нежелательных органических загрязнений аквариумисты обычно поступают по очень упрощенной схеме – ставят в аквариум адсорбционный, или, иначе говоря, химический, фильтр с активированным углем или другими веществами, которые называют сорбентами (натуральными или синтетическими). При этом они считают, что, периодически меняя наполнитель такого фильтра, они решают все проблемы с попутной органикой. К сожалению, это не всегда и не совсем так, но об этом разговор особый. Самое важное при использовании сорбентов – правильно определить регламент их замены. В лучшем случае они просто перестают выполнять свои функции, так как сорбирующие поверхности не могут больше принимать загрязняющие вещества, а в худшем случае происходит спонтанная десорбция – внезапный выброс всего накопленного в воду аквариума. Несомненно одно – избежать стресса у обитателей аквариума не удастся. Особо чувствительные гидробионты испытывают стресс даже при малейшем сбое, поэтому нередко аквариумисты ставят два угольных контактора, которые меняют по очереди, чтобы не было резкого изменения в концентрации из-за лучшей сорбирующей способности свежего действующего вещества. В качестве наполнителя угольных контакторов можно с успехом использовать отечественный березовый уголь марки БАУ. Перед употреблением уголь желательно промыть в чистой воде от угольной пыли, а затем еще и прокипятить, особенно если после его применения в аквариуме было отмечено снижение показателя рН.
Для умягчения воды в качестве наполнителей химических фильтров нередко используют ионообменные смолы. Свойства ионообменных смол позволяют им замещать положительно заряженные ионы в растворах (катионы) на ионы водорода, а отрицательно заряженные ионы (анионы) – на ионы гидроксила. В результате в растворе остается одна вода, а катионы и анионы адсорбируются ионообменными смолами. Для приведения ионообменных смол в рабочее состояние их «заряжают» с помощью сильных кислот (обычно соляной) и щелочей. По мере работы емкость ионообменных смол и, соответственно, объем обрабатываемой воды уменьшаются, и их приходится регенерировать вновь и вновь. Следует помнить, что количество циклов регенерации смолы практически не ограничено и определяется главным образом сроком службы смолы как вещества, что в итоге определяется условиями ее использования и хранения. Ионообменные смолы, замещающие катионы, называются катионитами, а анионы – анионитами. Обычно их размещают в отдельных устройствах в форме цилиндров, называемых ионообменными колонками. Для полного обессоливания и, соответственно, умягчения вода последовательно проходит через обе ионообменные колонки. Чаще всего в практике аквариумиста ионообменные колонки используют в системах водоподготовки.
Пеноотделители
Для того чтобы экскременты и другие выделения рыб в виде слизи и высокомолекулярных соединений не попадали в механический фильтр, где обычно происходит их первичное разложение, вызывающее отравление всего аквариума органическими веществами, используют так называемые скиммер-камеры, или пеноотделители. В этих устройствах, представляющих собой высокие цилиндры, заполненные водой, поднимаются мельчайшие пузырьки воздуха, нередко с добавлением озона. Эти пузырьки адсорбируют на своей поверхности частички органических взвесей, слизи, высокомолекулярные компоненты выделений и в виде пены выводят их за пределы аквариума в отдельные емкости – пеносборники. Периодически собранную пену выливают, а пеносборники, предварительно сполоснув, возвращают на место.Существует две принципиальные схемы пеноотделителей – прямоточная и противоточная. В первом случае поток обрабатываемой воды движется в том же направлении, что и поднимающиеся вверх пузырьки. Во втором случае обрабатываемая вода движется навстречу потоку пузырьков. Поскольку вторая система признана значительно более эффективной из-за большего времени задержки воды в контакте с пузырьками (этот параметр в иностранной литературе называется «retention time»), а прямоточные пеноотделители в настоящее время потеряли свою актуальность, мы не будем их далее рассматривать. Важную роль в работе пеноотделителей играет размер пузырьков. Это связано с тем, что площадь контакта с водой пузырьков диаметром 0,1 мм, полученных из 1 л воздуха, окажется в 50 раз больше площади пузырьков диаметром 5 мм, полученных из того же объема воздуха.
Для того чтобы читателю было понятно, насколько важно при создании скиммер-камер учитывать все влияющие параметры, приведу пример. При расчетах их производительности специалисты учитывают даже, казалось бы, такие мелочи, как зависимость формы поднимающихся пузырьков от их размера. Так, при нормальном атмосферном давлении пузырьки размером до 1 мм имеют строгую сферическую форму, в то время как пузырьки размером свыше 2 мм имеют форму эллипсоида.
а – для удвоения производительности пеноотделителей нередко используются сдвоенные конструкции с двумя цилиндрами, расположенными на одном основании резервуара очищенной воды (справа); б – техническая реализация скиммер-камеры с моторным генератором пузырьков (насос справа); в – техническая реализация пеноотделителя повышенной производительности. здесь справа над насосом расположена трубка забора воздуха для инжектора с краном регулировки подачи воздуха
В современных конструкциях высокопроизводительных пеноотделителей используются устройства, генерирующие пузырьки диаметром приблизительно 0,5 мм. В любительских же конструкциях до настоящего времени нередко применяются скиммер-камеры с распылителями, аналогичными тем, что и для систем аэрации. Как показал опыт, наилучшие пузырьки получаются из деревянных распылителей, которые изготавливают из липы. Липовые распылители не требуют очень большого давления от компрессора и создают равномерный ток пузырьков в течение всего срока службы, который, к сожалению, обычно не превышает 2 мес. Однако как наиболее надежному способу генерации пузырьков предпочтение отдают инжекторам – устройствам, засасывающим воздух под действием потока воды, создаваемого насосом. Принцип тот же, что и при работе обычного пульверизатора. Срок работы инжекторов практически неограничен, и они не нуждаются в обслуживании, что, по сравнению с распылителями, является огромным преимуществом.
Другое устройство для генерации пузырьков – так называемый диспергатор. В принципе это такой же инжектор, но в дополнение снабженный вращающимся диском с прорезями, периодически прерывающими струю воздуха. Следует отметить, что забор воздуха, поступающего в пеноотделитель, должен производиться из источника чистого воздуха. Наличие в засасываемом воздухе табачного дыма или выхлопных газов может привести к отравлению всего аквариума. В этом случае необходимо ставить специальный фильтр очистки с активированным углем, водяным реактором и т. п.
Если рассматривать схему работы скиммер-камеры, то в ней можно различить 4 рабочие зоны. В самом низу рабочего цилиндра находится зона выхода очищенной воды. Несколько выше, начиная с уровня впрыскивания пузырьков, располагается контактная зона, где, собственно, и происходит образование пены. Далее, несколько выше уровня поступления обрабатываемой воды, размещается зона транспорта пены в четвертую зону – зону сборника и отвода пены.
Выбор типа пеноотделителя во многом определяется требованиями объектов, содержащихся в аквариуме, к качеству воды, плотности посадки гидробионтов, а также финансовыми возможностями любителей. Иногда бывает дешевле использовать два или более простых пеноотделителя в одной системе очистки, чем приобретать мощное и дорогое устройство. Ведь скиммер-камеры для больших аквариумов или систем с большим числом аквариумов и центральным фильтром могут быть поистине грандиозными устройствами 4-метровой высоты при диаметре, достигающем 2 м и более. Объем воды в таком пеноотделителе может достигать 12 м3при высоте столба воды 2,5 м, а потребляемая мощность 12 кВт! Чтобы оценить скорость течения воды через такую камеру, необходимо умножить время задержки, например стандартные 2 мин, на 12 т воды. Таким образом, за 1 ч этот пеноотделитель обрабатывает почти 360 т воды. Скиммер-камеры такого объема предусматривают возможность уменьшения времени задержки до 1,5 мин, и тогда производительность устройства возрастает более чем на 100 т воды без существенного ухудшения качества обработки.
Техническое оборудование такого пеноотделителя включает инжектор, систему очистки пеносборника и расходомеры воды и воздуха. Если же в системе будет использован озон, в состав обязательного оборудования включается генератор озона, измеритель редокс-потенциала и система очистки воды и отработанного воздуха от остаточного озона.
Поверхностный скиммер
Видимая невооруженным глазом маслянистая пленка на поверхности аквариума свидетельствует о значительном загрязнении воды в аквариуме, но, даже будучи невидимой, она существует, так как на поверхности раздела двух фаз (вода-воздух) неизбежно концентрируются загрязняющие воду субстанции, откуда их нетрудно собрать с помощью поверхностного скиммера. Для этого с одной из сторон аквариума или в углу устраивают так называемый перелив, куда эти пленки затягивает течением. Далее они собираются в поддоне и в концентрированном виде прямиком попадают в колонку пеноотделителя или биофильтр (последнее менее эффективно с точки зрения выведения загрязнений за пределы аквариума).Применение озона
Как известно, озон состоит из трех атомов кислорода и легко разрушается с образованием сильнейшего окислителя – атомарного кислорода. Применение озона в аквариумистике началось в 1960-е гг., первоначально для обеззараживания воды и контроля болезней рыб.Механизмы и химия взаимодействия озона с водой пресноводного и особенно морского аквариумов значительно сложнее, чем это принято описывать в популярной аквариумной литературе. К сожалению, научный уровень большинства аквариумных «химиков» не позволяет им полностью осознать, что столь высокая окислительная способность озона приводит к окислению не только органики и азотистых составляющих, представленных процессами нитрификации, но и хлоридов, бромидов и пр. Образующиеся при этом продукты окисления более устойчивы в растворе, чем озон, и в ряде случаев (при содержании и разведении особо нежных рыб и беспозвоночных) нуждаются в нейтрализации с помощью, например, тиосульфата натрия, который мы привыкли использовать для освобождения воды от хлора.
Очевидно, что в случае применения в системе очистки аквариума озон увеличивает эффективность работы биофильтра и позволяет уменьшить проблемы, связанные с появлением пиков аммиака и нитритов. Значительно снижается накопление компонентов органического загрязнения воды, не разрушаемых биофильтром и вызывающих желтоватую окраску воды и др.
Кроме того, становится меньше вероятность возникновения аквариумных эпидемий из-за развития болезнетворных организмов, а при концентрации озона от 500 до 1500 мг на 1 т воды в ней гибнут все бактерии и вирусы. Установлено, например, что при концентрации в воде озона 1 мг/л все вирусы погибают за 1 с! На этом свойстве основано применение озона для обеззараживания питьевой воды на современных водопроводных станциях, а самые мощные озонаторы с производительностью озона до 2 кг/ч применяют для очистки промышленных стоков, например для систем регенерации воды на автомобильных мойках, содержащей моторные масла, бензин и пр.