Фильтрация и регенерация воды

В аквариуме происходит постоянное накопление органических остатков (не съеденный корм, экскременты рыб и моллюсков, погибшие обитатели). Под действием кислорода и микроорганизмов эти остатки разлагаются до простых минеральных соединений (СО ₂, NH₃ , РО ₄^{3 -}, SO₄^{2 -} , NО ₃ ^- и других). В природных водоемах концентрация минеральных веществ в воде достаточно стабильна, поскольку часть их ассимилируется растениями, а другая часть выносится вместе с потоком воды. В аквариуме плотность посадки рыб значительно превышает природную. Поэтому весь органический материал в объеме аквариума не может быть преобразован в неорганические вещества. При недостатке и при отсутствии растений происходит постепенное накопление минеральных веществ в воде. При достижении определенной концентрации начинается токсическое воздействие продуктов обмена на обитателей аквариума. Не успевающие разлагаться органические остатки образуют ил, который делает воду мутной, закрывает грунт, препятствуя кислородному обмену.

Сегодня не найдется аквариумиста, который бы отрицал важность очистки воды для нормальной жизнедеятельности животных и растений, Однако мнения относительно степени ее регенерации до сих пор еще противоречивы. Чтобы внести некоторую ясность, рассмотрим эту проблему комплексно.

Для удаления излишков минеральных и органических остатков из аквариума проводится чистка и подмена воды, о чем говорилось выше, а также применяется фильтрация аквариумной воды. Главное назначение фильтрации — это удаление из воды нежелательных составляющих (органических и минеральных частиц, молекул, ионов, микроорганизмов).

По современным представлениям, вода в замкнутой аквариальной системе в общем, виде проходит через следующую цепочку: биологический фильтр - механический - фильтр - флотационный фильтр - контактор с активированным углем - стерилизация - химический фильтр (ионообмен).

По способу очистки их можно разделить на механические, абсорбционные и биологические. По способу подачи воды - на эрлифтные (от английского “эр” - воздух, “лифт” - поднимать) или инжекторные (“эжект” - выбрасывать, извергать) и инжекторные (“инжект” - впрыскивать). Циркуляция воды в фильтрах - принудительная, но она может быть различной интенсивности, в зависимости от устройства насоса. По способу установки фильтры делятся, на внешние “наружные” и внутренние. Внутренние можно устанавливать непосредственно на дно аквариума, на грунт или крепить к одной из стенок.

Компрессоры различных конструкций могут приводить в действие эрлифтные насосы, обеспечивающие прохождение воды через различные аквариумные фильтры. Фильтры применяются для очистки воды от взвешенных частиц (остатков корма, экскрементов, продуктов их разложения и т. п.).

Эрлифтный насос

Принцип работы эрлифтных насосов основан, на том, что пузырьки воздуха, подаваемого в нижний конец вертикально установленной в воде трубки, называемой подъемной, смешиваются с водой, образуя водовоздушную смесь (рис. 1). Так как смесь легче воды снаружи трубки, она устремляется к поверхности под воздействием более тяжелых порций воды из аквариума. Смесь будет выливаться из трубки до тех пор, пока не наступит равновесие в системе, то есть пока подается воздух.

Рис 1. Принцип работы эрлифта Рис 2. Варианты подачи воздуха в эрлифтах

Рис 3. Конструкции внутренних механических фильтров с применением эрлифта:

а – стеклянный донный фильтр; б – поролоновый фильтр; в – поролоновый фильтр в пластмассовом корпусе: 1 – фильтрующий стакан с наполнителем; 2 – стеклянная трубка эрлифта; 3 – распылитель; 4 – воздуховод от микрокомпрессора; 5 – соединительная муфта; 6 – поролоновый корпус; 7 – всасывающие отверстия (окна); 8 – присоска; 9 – трубка эрлифта; 10 – пластмассовый корпус; 11 – фильтрующий материал.

Степень заглубления подъемной трубы - основной критерий эффективной работы аэролифта. Минимально допустимая степень погружения 80%, оптимальная - 100%. С уменьшением глубины погружения расход воздуха возрастает. При удвоении диаметра подъемной трубы ее общая производительность увеличивается в 5,6 раза. В домашних аквариумах ее диаметр обычно не превышает 2,5 см, а воздухоподача осуществляется от микрокомпрессора через гибкий шланг с керамическим распылителем на конце.

Важно, чтобы распылитель давал мелкие, одинакового размера (порядка 1мм) пузырьки. Тогда они поднимаются к поверхности с одинаковой скоростью, и эрлифт работает наиболее эффективно. Кроме того, мелкие пузырьки имеют суммарную площадь поверхности большую, чем крупные, того же объема, следовательно, в них лучше происходит газообмен, т.е. обогащение воды кислородом.

Важным фактором работы эрлифта является степень погружения в воду подъемной трубы, которая определяется по формуле:

где S - степень погружения, L - высота подъемной трубы от распылителя до сливного отверстия, Н-высота погружения трубы.

Максимальная эффективность работы эрлифта достигается при S = 1, минимально допустимая S = 0,8.

Производительность эрлифта можно определить по формуле:

где Q - производительность эрлифта при оптимальном расходе воздуха, л/мин, S - степень погружения трубы, L - длина подъемной трубы, см, D - диаметр трубы, см.

Оптимальный расход воздуха при данной степени погружения в зависимости от отношения длины трубы к ее диаметру и производительности эрлифта можно определить по номограмме, представленной на рисунке.

Во избежание возможного прорыва сжатого воздуха нижний торец трубы располагают ниже распылителя на расстоянии h, которое рассчитывают по формуле:

Существует два варианта подачи воздуха в эрлифтах (рис. 2). Эрлифтные насосы очень экономичные и надежные устройства. Из-за простоты изготовления и обслуживания, а также хорошей производительности они широко применяются в аквариумистике. На рис. 3, 4, 5 изображены некоторые конструкции внутренних механических фильтров с эрлифтными насосами.

Используют эрлифт и в наружных фильтрах, которые крепятся сбоку или сзади аквариума. Существуют два конструктивных варианта водоподачи (рис. 6, 7).

Рис 4. Внутренний гравийный фильтр Рис 5. Схема работы внутреннего фильтра с эрлифтом с эрлифтом

Вода из аквариума подается в камеру очистки по стеклянной трубке U - образной формы самотеком, по принципу сообщающихся сосудов. Для установки трубки ее заполняют водой, отверстия закрывают пальцами, чтобы вода не вытекала, и в трубку не попал воздух, затем переворачивают и устанавливают, на место. Эрлифтный насос перекачивает очищенную воду из фильтра в аквариум.

Воду из аквариума подают в камеру очистки эрлифтом, а из фильтра она возвращается самотеком. Фильтр нужно устанавливать несколько выше уровня воды в аквариуме.

Схема внешнего фильтра с эрлифтом изображена, на рисунке 8.

Рис. 8 Схема работы наружного фильтра:

1 – съемная кассета;

2 – корпус фильтра; 3 – сифон;

4 – эрлифт; 5 – фильтрующий материал.

Рис 6. Наружный фильтр:

1 - крышка фильтра ; 2 - перегородка;

3 - осек для сбора очищенной воды и слива ее в аквариум;

4 - стеклянная трубка эрлифта для подачи воды из аквариума в фильтр;

5 - втулка; 6 - корпус; 7 - гнутая трубка; 8 - трубка подачи воздуха.

Рис 7. Наружный фильтр:

1 - трубка (сифон) для засасывания воды в фильтр;

2 - трубка эрлифта для подачи очищенной воды из фильтра в аквариум;

3 - трубка воздухоподачи; 4 - шланг от микрокомпрессора;

5 - корпус эрлифта; 6 - фильтрующий материал; 7 - поставка для фильтра;

8 - стенка аквариума; 9 - облицовка; 10 - перегородка;

11 - уровень воды в аквариуме и фильтре.

Инжекторный насос

Инжекторный насос несколько сложнее простого эрлифта по конструкции, но обладает большей производительностью. На рисунке 9 изображена схема инжекторного насоса для наружного фильтра, разработанная А. Брюльмейром. Производительность насоса можно определить по таблице 1.

Таблица 1

Помпа

Все большую популярность у аквариумистов приобретают шнековые и турбинные насосы (их называют помпами), рис. 10. Они могут монтироваться как самостоятельные фильтровальные системы, обладая большой мощностью, производительностью и, обеспечивая качественную очистку воды, или служить насосом в биофильтрах. Помпы состоят из двух основных частей: электродвигателя и насоса.

Рис 11. Циркуляционная система из нескольких аквариумов

В качестве насоса используют шнек или центробежный насос (турбину). Принцип действия турбины простой. Вода под действие центробежного насоса проходит через фильтрующий материал и выбрасывается в аквариум через выходную трубку. Насосы с турбиной могут поднимать воду, на высоту до 200 см.

Помпу можно сделать самому. В качестве электродвигателя используется двигатель от магнитофона или проигрывателя, лучше применять более легкие электромоторы типа ДП-1 постоянного тока, рабочее напряжение 27В подключается к электросети через понижающий трансформатор и диодный мостик. Переходные трубки делают из воздуховодов, прилагаемых к фильтрам из набора компрессора “Скалярий”. В качестве вала используют стержень от шариковой ручки. Турбину полностью склеивают из оргстекла. Фильтрующим стаканом служит пластиковая упаковка от корма “Тетра-Мин”. Производительность системы 200 - 300 л/час, качество очистки при этом очень высокое. В аквариуме объемом 300 л, где круглосуточно работала такая помпа, выращивалось около 2000 мальков зеленого лабео до размеров 2 - 3 см. Вода при этом всегда оставалась кристально-чистой, даже во время кормления.

С помощью помпы можно сделать циркуляционный фильтр для нескольких аквариумов, соединенных с общим биофильтром. В такой циркуляционной системе можно содержать рыб при очень большой плотности посадки. Она эффективна для выростных аквариумов, а также подходит для экспериментальных работ. Необходимо подобрать селения сифонов так, чтобы приток воды во все аквариумы был одинаков. Механические фильтры надо регулярно чистить, а также менять раз в неделю 1/10 объема воды в системе.