Аквариумные фильтры являются важнейшими компонентами как пресноводных, так и морских аквариумов. Аквариумные фильтры удаляют физические и растворимые химические отходы из аквариумов, упрощая обслуживание. Кроме того, аквариумные фильтры необходимы для поддержания жизни, поскольку аквариумы представляют собой относительно небольшие, закрытые объемы воды по сравнению с естественной средой обитания большинства рыб.
Обзор
Животные, как правило, рыбы, содержащиеся в аквариумах, производят отходы от экскрементов и дыхания. Другим источником отходов является несъеденная пища или погибшие растения и рыбы. Эти отходы скапливаются в аквариумах и загрязняют воду. По мере повышения степени загрязнения увеличивается риск для здоровья аквариумов, и удаление загрязнения становится критическим. Фильтрация является распространенным методом, используемым для поддержания здоровья аквариумов.
Биологическая фильтрация и круговорот азота
Правильное управление азотным циклом является жизненно важным элементом успешного аквариума. Экскреции и другие разлагающиеся органические вещества производят аммиак, который очень токсичен для рыб. Бактериальные процессы окисляют этот аммиак в немного менее токсичные нитриты, а они, в свою очередь, окисляются, образуя гораздо менее токсичные нитраты. В естественной среде эти нитраты впоследствии поглощаются растениями в качестве удобрения, и это действительно происходит в некоторой степени в аквариуме, засаженном настоящими растениями.
Однако аквариум — это несовершенный микрокосм естественного мира. Аквариумы обычно гораздо более густо заселены рыбой, чем естественная среда. Это увеличивает количество аммиака, вырабатываемого в относительно небольшом объеме аквариума. Бактерии, ответственные за расщепление аммиака путем преобразования его в нитрит, Nitrosomonas, колонизируют поверхность любых объектов внутри аквариума. Бактерии, которые затем преобразуют нитрит в нитрат, — это Nitrospira и Nitrobacter. В большинстве случаев биологический фильтр — это не что иное, как химически инертная пористая губка, которая обеспечивает значительно увеличенную площадь поверхности, на которой могут развиваться эти бактерии. Этим бактериальным колониям требуется несколько недель, чтобы сформироваться, и в течение этого времени аквариум уязвим для состояния, обычно известного как «синдром нового аквариума», если заселить его рыбой слишком быстро. Некоторые системы включают бактерии, способные преобразовывать нитраты в газообразный азот.
Накопление токсичного аммиака из разлагающихся отходов является основной причиной смертности рыб в новых, плохо обслуживаемых или перегруженных аквариумах. В искусственной среде аквариума азотный цикл фактически заканчивается образованием нитратов. Для того чтобы уровень нитратов не достигал опасного уровня, необходимо регулярно производить частичную подмену воды для удаления нитратов и добавления новой, незагрязненной воды.
Механическая и химическая фильтрация
Процесс механической фильтрации удаляет твердые частицы из водной толщи. Эти твердые частицы могут включать несъеденную пищу, фекалии или растительный или водорослевый мусор. Механическая фильтрация обычно достигается путем пропускания воды через материалы, которые действуют как сито, физически задерживая твердые частицы. Удаление твердых отходов может быть таким же простым, как ручная физическая сетка мусора, и/или включать очень сложное оборудование. Любое удаление твердых отходов включает фильтрацию воды через какую-либо форму сетки в процессе, известном как механическая фильтрация. Твердые отходы сначала собираются, а затем должны быть физически удалены из аквариумной системы. Механическая фильтрация в конечном итоге неэффективна, если твердые отходы не удаляются из фильтра и им позволяют разлагаться и растворяться в воде.
Растворенные отходы сложнее удалить из воды. Для удаления растворенных отходов используются несколько методов, известных под общим названием химическая фильтрация, наиболее популярными из которых являются использование активированного угля и фракционирование пены. В определенной степени здоровые растения извлекают растворенные химические отходы из воды во время роста, поэтому растения могут играть роль в сдерживании растворенных отходов.
Последняя и менее распространенная ситуация, требующая фильтрации, включает в себя желание стерилизовать патогены, передающиеся через воду. Эта стерилизация достигается путем пропускания аквариумной воды через фильтрующие устройства, которые подвергают воду воздействию ультрафиолетового света высокой интенсивности и/или подвергают воду воздействию растворенного озона.
Материалы, подходящие для фильтрации в аквариуме
В качестве фильтрующих материалов для аквариума подходят многочисленные материалы. К ним относятся синтетические ваты, известные в аквариумистике как фильтровальная вата, изготовленные из полиэтилентерефталата или нейлона. Синтетические губки или пены, различные керамические и спеченные стеклянные и кремниевые изделия, а также магматические гравии также используются в качестве механических фильтрующих материалов. Материалы с большей площадью поверхности обеспечивают как механическую, так и биологическую фильтрацию. Некоторые фильтрующие материалы, такие как пластиковые «биошары», лучше всего подходят для биологической фильтрации.
За исключением диатомовых фильтров, аквариумные фильтры редко бывают чисто механическими по своему действию, поскольку бактерии колонизируют большинство фильтрующих материалов, обеспечивая некоторую степень биологической фильтрации. Активированный уголь и цеолиты также часто добавляются в аквариумные фильтры. Эти высокопористые материалы действуют как адсорбенты, связывающие различные химикаты с их большими внешними поверхностями, а также как места бактериальной колонизации.
Самый простой тип аквариумного фильтра состоит только из фильтровальной ваты и активированного угля. Фильтровальная вата задерживает крупный мусор и частицы, а активированный уголь адсорбирует более мелкие примеси. Их следует регулярно менять с подходящими интервалами. Это особенно важно в случае фильтров с активированным углем, которые могут повторно высвобождать свое адсорбированное содержимое в больших (и, следовательно, вредных) дозах, если им дать насытиться. Активированный уголь адсорбирует токсины на расширенной пористой поверхности угля. Его нельзя реактивировать кипячением в воде. Адсорбцию активированного угля можно восстановить путем термической регенерации при температурах 500–900 °C (932–1652 °F), электрохимической регенерации, ультразвука или других промышленных процессов. Для аквариумиста замена активированного угля свежим материалом проста и недорога.
Типы
В продаже имеется множество типов аквариумных фильтров, в том числе:
Фильтры мощности
Фильтры Power или HOB (hang on back), которые работают от крыльчатки, удаляют воду из аквариума, обычно с помощью длинной сифонной трубки, которая затем проталкивается (или вытягивается) через ряд различных фильтрующих материалов и возвращается в аквариум. Это наиболее распространенный тип аквариумных фильтров. Они часто больше подходят для больших аквариумов, чем другие типы. Однако они не обязательно являются лучшими для небольших аквариумов, так как они имеют тенденцию вызывать избыточный поток воды в небольших аквариумах. Другие типы, такие как губчатые фильтры, идеально подходят для этой среды.
Преимущества этого типа фильтров в том, что они позволяют выбирать различные типы фильтрующих материалов в зависимости от потребностей аквариума, и что их легко чистить, не беспокоя обитателей аквариума, поскольку они располагаются снаружи аквариума. Недостатки электрических фильтров включают их меньшую емкость для фильтрующих материалов по сравнению с канистровыми фильтрами, их вышеупомянутую тенденцию создавать чрезмерные скорости потока, и то, что они, как правило, очень шумные, обычно из-за вибраций.
Канистровые фильтры
По сравнению с фильтрами, которые подвешиваются на заднюю стенку аквариума, внешние фильтры канистрового типа предлагают большее количество фильтрующих материалов для использования, а также большую степень гибкости в отношении выбора фильтрующего материала. Вода поступает в канистру, заполненную выбранным фильтрующим материалом, через впускную трубу в нижней части канистры, проходит через материал и возвращается в аквариум через возвратную трубу. Вода принудительно циркулирует через фильтр с помощью насоса, который обычно устанавливается в верхней части канистры.
Фильтры канистрового типа представляют собой герметичные, полностью затопленные системы, что означает, что аквариум, впускная труба, внутренняя часть фильтра и возвратная труба образуют непрерывный водоем. В этой конфигурации как впускной, так и возвратный пути образуют два сифона, которые точно уравновешивают друг друга. При таких обстоятельствах насосу фильтра не нужно тратить никаких усилий, чтобы поднять воду обратно в аквариум, независимо от того, насколько высоко последний установлен над канистрой. Насос должен быть достаточно мощным только для того, чтобы проталкивать воду через фильтрующий материал, а также преодолевать сопротивление во впускной и возвратной трубах. Это делает насосы канистрового фильтра практически нечувствительными к разнице высот между аквариумом и фильтром (хотя превышение указанного производителем предела высоты может привести к утечкам).
Преимущества фильтров этого типа заключаются в том, что они могут обеспечить большой объем фильтрующего материала, не уменьшая внутреннего пространства аквариума, а также в том, что их можно отсоединить от резервуара для чистки/обслуживания и заменить, не нарушая интерьер аквариума или его обитателей. Кроме того, в качестве фильтра с внешним водопроводом он поддерживает поточную установку другого аквариумного оборудования, такого как водонагреватели и диффузоры углекислого газа. Такое оборудование можно снять с резервуара и установить в обратную трубу фильтра. К недостаткам канистровых фильтров относятся повышенная стоимость и сложность по сравнению с внутренними фильтрами, а также трудности с очисткой трубок, по которым вода поступает в аквариум и из него. Существует также риск утечки, что, естественно, является проблемой для любого фильтра, установленного вне аквариума. Они тоже становятся жертвами проблемы избыточного расхода воды.
Канистровые фильтры изначально были разработаны для фильтрации питьевой воды под низким давлением. Канистровые фильтры для аквариумов используют высокое давление воды от правильно работающего насоса, чтобы проталкивать воду через плотный фильтрующий материал. Насос может забирать воду из донного фильтра и направлять ее в канистру для двойной фильтрации.
Диатомовые фильтры
Диатомовые фильтры используются только для спорадической очистки резервуаров, они не работают в аквариумах постоянно. Эти фильтры используют диатомовую землю для создания чрезвычайно тонкого фильтра до 1 мкм, который удаляет твердые частицы из водной толщи.
Фильтры тонкой очистки
Капельные фильтры, также известные как мокрые/сухие фильтры, являются еще одной системой фильтрации воды для морских и пресноводных аквариумов. Этот фильтр поставляется в двух конфигурациях: одна из них размещается сверху аквариума (встречается реже), а другая — под аквариумом (чаще).
Если влажный/сухой фильтр помещен на аквариум, вода прокачивается через несколько перфорированных лотков, содержащих фильтровальную вату или какой-либо другой фильтрующий материал. Вода просачивается через лотки, сохраняя фильтровальную вату влажной, но не полностью погруженной, что позволяет аэробным бактериям расти и способствует биологической фильтрации. Вода возвращается в аквариум в виде дождя.
В качестве альтернативы, влажный/сухой фильтр может быть размещен под резервуаром. В этой конструкции вода подается самотеком в фильтр под аквариумом. Предварительно отфильтрованная вода подается на перфорированную пластину (капельницу). Предварительная фильтрация может происходить в аквариуме через пенопластовый блок или рукав в переливе или водосливном сифоне, или она может быть предварительно отфильтрована фильтровальной ватой, лежащей на перфорированной пластине. Вода с отходами из аквариума распространяется по капельнице и стекает вниз через среду. Это может быть фильтровальная вата/пластиковая сетка, свернутая в круглую форму (DLS или «двухслойная спираль») или любое количество пластиковых сред, обычно известных как биошарики. Когда вода каскадом проходит через среду, выделяется CO2, поглощается кислород, а бактерии преобразуют отходы из резервуара в менее вредные материалы. Отсюда вода попадает в отстойник. Отстойник может содержать несколько отсеков, каждый со своим собственным фильтрующим материалом. Часто в поддоне размещают нагреватели и термостаты.
Фильтры для водорослей
Водоросли можно выращивать намеренно, что позволяет удалять из воды химикаты, которые необходимо удалять для поддержания здоровья рыб, беспозвоночных и кораллов. Это естественный («зеленый») метод фильтрации, который позволяет аквариуму работать так же, как работают океаны и озера.
Водоросли и болезнетворные организмы также можно удалить, обрабатывая воду ультрафиолетовым излучением, но недостатком УФ является то, что оно убивает и полезные бактерии. Поэтому УФ-обработка обычно используется только при необходимости, а не все время.
Фильтры-перегородки
Фильтры-перегородки похожи на мокрые и сухие струйные фильтры тем, что они обычно располагаются под аквариумом. Этот тип фильтра состоит из ряда перегородок, через которые должна пройти вода, чтобы достичь насоса, который возвращает воду в аквариум. Затем эти перегородки действуют как ряд канистровых фильтров и могут быть заполнены различными фильтрующими средами для разных целей.
Фильтр с псевдоожиженным слоем
Фильтр с псевдоожиженным слоем (FBF) — это всего лишь биологический реактор. Принцип заключается в том, чтобы направлять воду через слой песка (или аналогичной среды) снизу, так что песок становится псевдоожиженным — ведет себя как жидкость. Этот механизм наблюдается в процессах сжижения, сыпучих песках и промышленных процессах, включая очистку городских сточных вод. Общая поверхность всех частиц песка в фильтре очень велика, и поэтому имеется большая поверхность для аэробных бактерий денитрификации. Поэтому размер фильтра может быть скромным.
Сам фильтр может быть внутренним или внешним. В своей простейшей версии FBF своими руками очень легко построить, используя контейнер, песок, насос и немного сантехники. Есть много переменных: форма и размер контейнера, количество песка или его эквивалента, размеры частиц, мощность насоса и сантехника.
Внутренние фильтры
Внутренние фильтры, по определению, являются фильтрами в пределах аквариума. К ним относятся губчатый фильтр, вариации углового фильтра (на фото вверху справа и слева), пенопластовый картриджный фильтр и донный фильтр. Внутренний фильтр может иметь электрический насос и, таким образом, быть внутренним силовым фильтром, часто прикрепляемым к внутренней части аквариума с помощью присосок.
Воздушные фильтры
Губчатые фильтры и угловые фильтры (иногда называемые коробчатыми фильтрами) работают по сути по тому же принципу, что и внутренний фильтр. Оба обычно работают по принципу эрлифта, используя пузырьки от воздушного насоса, поднимающиеся по трубке для создания потока. В губчатом фильтре входное отверстие может быть закрыто только простым блоком пены с открытыми ячейками. Угловой фильтр немного сложнее. Эти фильтры часто размещаются в углу на дне аквариума. Вода поступает в щели в коробке, проходит через слой среды, затем выходит через трубку эрлифта и возвращается в аквариум. Эти фильтры, как правило, подходят только для небольших и слабо заселенных аквариумов. Губчатый фильтр особенно полезен для выращивания мальков, где губка не дает мелким рыбкам попасть в фильтр.
Фильтры под гравием
Подгравийные фильтры, один из старейших типов фильтров, состоят из пористой пластины, которая помещается под гравий на дне аквариума, и одной или нескольких подъемных трубок. Исторически сложилось так, что подземные фильтры приводились в действие за счет вытеснения воздуха. Воздушные камни помещаются в основание подъемных труб, которые вытесняют воду из подъемной трубы, создавая отрицательное давление под подземной фильтрующей пластиной (также называемой пленумом). Затем вода просачивается вниз через гравий, который сам по себе является фильтрующим материалом. Больший расход воды через гравий может быть достигнут за счет использования водяного насоса, а не за счет вытеснения воздуха.
Полезные бактерии колонизируют гравийный слой и обеспечивают биологическую фильтрацию, используя сам субстрат аквариума в качестве биологического фильтра.
Фильтры с грунтовым дном могут быть вредны для здоровья водных растений. Мелкие субстраты, такие как песок или торф, могут засорить фильтр с грунтовым дном. Фильтры с грунтовым дном остаются эффективными, даже если слой субстрата неровный. В неровном слое гравия вода все равно будет проходить через обе части слоя, оставляя более покрытые области для культивирования анаэробных бактерий, которые могут нейтрализовать накопление нитрата.