Биологическая фильтрация

Аквариум с живыми водными растениями

Биологи́ческая фильтра́ция — биологически выстроенный процесс очистки воды в аквариуме от ядовитых азотистых соединений, возникающих в процессе жизнедеятельности организмов.

Описание

Живые водные растения в аквариуме необходимы не только для украшения искусственного водоёма. Как в естественных, так и в искусственно выстроенных условиях водоросли эффективно потребляют из воды подавляющее количество вредных и ядовитых для живых обитателей веществ. К примеру, водный гиацинт в промышленности используется для поглощения радиоактивных элементов. Водоросли утилизируют вещества из органических отходов, выделяя биологически активные элементы, необходимые для жизнедеятельности гидробионтов. Процесс биологической фильтрации может быть успешно выстроен в аквариуме с большим количеством живых растений и умеренным количеством обитателей на объём воды. Биологическая фильтрация является сложным многоступенчатым и необходимым для жителей аквариума процессом самоочистки воды, которая осуществляется бактериями, живущими в аквариуме на всех возможных поверхностях. Азотные соединения (в особенности аммиак и нитриты) крайне вредны и токсичны для аквариумных рыб. Процесс нитрификации необходим для полноценного функционирования аквариума и жизнедеятельности всех его обитателей. Чем больше в аквариуме живых растений, тем больше нитрифицирующих бактерий разместится на стеблях и листьях. А значит, процесс выведения аммиака из воды будет работать. Многие годы любители аквариумистики полагали, что водные растения поглощают в основном нитраты, игнорируя факт потребления водорослями азота. Последние проведённые исследования доказали, что большинству растений для жизни и развития необходим аммиак. В процессе исследования, растения, помещённые в раствор нитратов затратили на их потребление 18 часов, в то время, как поглощение аммония в питательном растворе с его содержанием заняло около всего 4 часов. Следовательно, на потребление нитратов водоросли тратят больше усилий, в отличие от потребления аммония, который, в свою очередь, подавляет усвоение нитратов растениями, водорослями и грибами. Также научно доказано, что что водные растения предпочитают получать питательные вещества из воды, а не из грунта — корневое питание является незначительным. Аммоний может быть токсичным для корней некоторых видов растений, об этом следует знать аквариумистам, практикующим подкармливание водорослей таблетками для грунта, содержащими нитраты. В грунте преобразование нитратов в ядовитые нитриты происходит быстрее, по сравнению с водной средой. Нитрифицирующие бактерии вполне устойчивы к колебаниям уровня солёности воды, хотя в пресной воде нитрификация проходит намного активнее.

Аквариумный фильтр с наполнителем

В природе выстроенная биологическая очистка водоёмов настраивается и работает самостоятельно. В аквариумных условиях, с учётом плотности обитателей на количество воды, процесс выстраивания действующей биологической фильтрации намного сложнее и требует контроля со стороны человека. Данный метод очистки аквариума не будет иметь силу в условиях, где содержатся рыбы, истребляющие водоросли, также как и в аквариуме с крупными рыбами одной биологической фильтрации будет недостаточно. Помимо биологической фильтрации в аквариумистике широко распространена адсорбция, которая, как правило, проводится с применением активированного угля. Адсорбция приводит к улучшению прозрачности воды, активированный уголь также применяется для удаления из воды лекарственных веществ, оставшихся после курса лечения рыб. Механическая фильтрация, как правило, повсеместно используется среди аквариумистов — специальные фильтры размещаются в аквариуме и помогают поддерживать биологический баланс. Химическая фильтрация применяется крайне редко — при этом способе в качестве фильтрующих веществ используются природные материалы из группы цеолитов, ионообменные смолы либо синтетические вещества. Химической фильтрацией также называют способ, в котором наполнителем для фильтра является верховный торф, который добавляет водной среде биологически активных веществ и слегка подкисляет воду. Базовой же для аквариума является биологическая фильтрация, хотя все виды очистки водной среды могут комбинироваться. Широко распространены фильтры с ёмкостями для наполнителей, которыми может быть губка, синтепон и другие высокопористые материалы, в которых впоследствии поселятся бактерии. Чем больше в аквариуме живых растений и пористых материалов, тем лучше будет развиваться биосубстрат для качественной фильтрации воды.

Стадии биологической фильтрации

• Минерализация: является начальной стадией процесса биологической фильтрации. На этом этапе органические отходы при помощи специальных бактерий, живущих в аквариуме, перерабатываются бактериями в неорганические — реакции минерализации проходят при помощи химических процессов, бактерии же данный процесс ускоряют.

• Нитрификация аммония и перевод его в нитриты (также осуществляется при помощи определённой группы бактерий).
• Перевод нитритов в нитраты (следующая группа бактерий).

Также существуют и бактерии, способные переводить нитраты в нейтральный азот, полностью выводя его из обмена веществ в аквариуме — в пресноводных естественных водоёмах данный процесс называется денитрификацией и протекает в анеиробной среде, без наличия кислорода.

Нитратное восстановление

Организмы, живущие в условиях фотосинтеза, потребляют азот из аммония. Если растению необходимы нитраты, ему необходимо изначально преобразовать их в аммоний, а значит потратить на это энергию. Этот процесс, называемый нитратным восстановлением, является обратным процессом бактериальной нитрификации. В случае преобразования нитрифицирующими бактериями имеющегося в аквариуме аммиака в нитраты в условиях биологической фильтрации, растениям необходимо затрачивать энергию на процесс нитратного восстановления.

Азотный цикл

Процесс, в котором нитрифицирующие бактерии преобразовывают аммиак, возникающий из органических отходов в нитраты, называется азотным циклом. Нитраты необходимы в качестве питательных веществ для растений. В процессе азотного цикла, согласно выводам учёных, за переработку аммония борются бактерии и растения, которые питаются нитратами в случае отсутствия доступа к аммонию. В случае достаточного количества аммония нитраты могут аккумулироваться даже в аквариумах с большим количеством растений.

Живые камни

Биологическая фильтрация с применением «живых камней» достаточно популярна среди аквариумистов. «Живыми камнями» называются осколки основания естественного тропического торфа. Камни эстетично смотрятся в дизайне аквариума и, что немаловажно, максимально покрывают всю необходимость в биологической фильтрации. Тропический торф является идеальным для заселения и размножения всех необходимых групп бактерий, торф в аквариумных условиях достаточно быстро покрывается водорослями, губчатыми организмами, гидроидами, ракообразными, на нём любят размещаться иглокожие, моллюски — организмы, играющие в биологической фильтрации большую роль. Использование торфа носит и эстетическую роль — это возможность для аквариумистов наслаждаться развитием новых форм жизни в условиях рифового аквариума. Специалисты рекомендуют не менее 1 килограмма «живых камней» на 10 литров аквариумной воды.

Примечания

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Биологическая фильтрация», расположенная по адресу: — «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Биологическая_фильтрация» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».