Назад   Львівський форум акваріумістів > Морська акваріумістика > Устаткування для морського акваріуму
Правила форуму !!!
Громадські гурти Баня Галерея Нагороди ЧаПи Учасники Календар Позначити усі розділи як прочитані

Устаткування для морського акваріуму Акваріуми, САМПи, помпи, флотатори, озонатори, охолоджувачі, Ув-стерилізатори, освітлення, редуктори, фільтри, тести і т. п.

Відповідь
 
Параметри теми
Старий 09.12.2009, 09:49   #1
Doc-tor
Живу на форумі
 
Аватар для Doc-tor
Varpalota-Ungvar, Hungary
 

Реєстрація: 19.04.2009
Дописи: 2.977
Подякував(ла): 2.996
Подякували 11.283 разів в 2.411 дописах
Репутація: 6413

Акваріуміст року Активність Меценат Акваріуміст року 

Типово Денитрификация и нитратные фильтры

Денитрификация и нитратные фильтры
Евгений Грановский

Вспомнилось, как давным-давно подслушал в зоомагазине разговор продавца и покупателя, в котором последний вопрошал: "Скажите, существуют ли самоочищающиеся аквариумы?" "Сифон и шланг тебе в помощь",— мысленно грустно ухмыльнулся я. И тут же взбодрил себя: "Но когда-нибудь это обязательно будет достигнуто. Вопрос только, каким образом, и придется ли нам жить в эту прекрасную пору"…
Денитрификация

Говоря о биологической фильтрации и азотном цикле в аквариуме, мы обычно имеем в виду нитрификацию, а вторую часть цикла, т.е. денитрификацию – восстановление нитратов до газообразных оксидов и молекулярного азота – не рассматриваем и не используем. Достаточно показательна статья "Основы биологической фильтрации", опубликованная в журнале "Aqua Animals" №2.2005. "Биологическая фильтрация,– пишут ее авторы,– это многостадийный, многоступенчатый процесс. <…> Первая стадия – это минерализация. Специализированные бактерии переводят органические азотсодержащие вещества в неорганические, в основном в аммиак. <…> Следующая стадия – нитрификация аммиака и перевод его в нитрит, осуществляется другой группой бактерий. Затем еще одна группа бактерий переводит нитриты в нитраты. По большому счету есть еще бактерии, которые умеют переводить нитраты в нейтральный азот и совсем выводить его из круговорота веществ в аквариуме, в пресноводной аквариумистике этот процесс, называемый денитрификацией (процесс протекает в анаэробной среде, т.е. без участия кислорода) используется крайне редко. Первые две стадии и есть суть биофильтрации… Надо помнить, что нитраты, конечный продукт распада органики, из воды уже не выводятся, а постепенно накапливаются. Поэтому биофильтрация ни в коем случае не заменяет подмену воды. Подмена воды в любом случае обязательна, какие бы биофильтры не стояли".
Нитраты не являются конечной стадией круговорота азота, но в силу современного уровня развития аквариумных технологий большинство аквариумистов использует только первую (окислительную) часть азотного цикла и борится с ростом нитратов подменами воды. Однако нитрат может быть удален и с помощью биологических методов. Наряду с фитометодами, т.е. непосредственно аквариумными растениями и применением специальных фитофильтров с посаженными в них растениями, которые потребляют содержащиеся в аквариумной воде нитрогены, нитраты используются в качестве поставщика кислорода для так называемых анаэробных реакций. Денитрификация, в отличие от нитрификация, которая является аэробным, окислительным процессом, т.е. может происходить лишь в среде, содержащей в достаточном количестве кислород, является процессом анаэробным и редуцирующим. Это означает, что процесс денитрификации происходит без кислорода и соответственно, поглощает электроны. Денитрификация определена как превращение нитрата в азот — безвредный газ, который уходит пузырьками наружу. Между начальным продуктом (нитратом) и конечным продуктом (газообразным азотом) существуют три промежуточных продукта: в порядке их возникновения, это нитрит (NO2), окись азота (NO) и закись азота (N2O). Таким образом, денитрификация (как впрочем и нитрификация) — многоступенчатый процесс с промежуточными продуктами. Во многих случаях эти промежуточные продукты, и в частности нитрит, токсичны, и если денитрификация не происходит не полностью, качество воды может оказаться для рыб даже хуже, чем до этого процесса.
Денитрификация (как и нитрификация) — многоступенчатый процесс с промежуточными продуктами, возникающими до возникновения конечного. Во многих случаях эти промежуточные продукты, и в частности нитрит, токсичны. Таким образом, если денитрификация не происходит до конца, качество воды становится для рыб много хуже, чем до этого процесса. Существуют и еще два других процесса, которые могут происходить в аквариуме. Это диссимилятивное и ассимилятивное поглощение нитрата. Оба они нежелательны, поскольку конечным продуктов в обоих процессах является аммоний. Это полная противоположность нитрификации. Нитрат редуцируется в нитрит, который редуцируется в гидроксиламин (NH2OH) и затем в аммоний.
За все эти превращения ответственны бактерии. Важное различие между нитрификацией и денитрификацией заключается в видах бактерий, которые участвуют в этих процессах. Нитрификация производится так называемыми аутотропными бактериями. Это означает, что они получают углерод, необходимый для роста, из неорганических веществ, в частности, из углекислого газа. Денитрифицирующие бактерии (Bacillus, Denitrobacillas, Micrococcus, Pseudomonas и др.) являются гетеротрофными, то есть получают углерод из органических источников, как сахароза, глюкоза, спирты, органические кислоты, аминокислоты и др. Суть полезного действия бактерий-денитрифаторов в том, что в условиях анаэробной, т.е. крайне бедной кислородом среды, они извлекают необходимый для дыхания кислород из нитрата, при этом редуцируя его. Денитрифицирующие бактерии – это анаэробные бактерии. Хотя, если быть совсем корректным, есть бактерии, которые являются факультативными анаэробами и в зависимости от содержания в среде кислорода способны черпать его как из вне, так и извлекать из нитратов (поэтому, кстати, считается, что приспособление денитрифицирующих бактерий к анаэробным условиям — вторичного происхождения). Но в целом, как об этом пишет Мартин Сандер, "можно исходить из того, что кислород препятствует денитрификации.
Таким образом, для успешного протекания процесса денитрификации нужно соблюдение трех условий: наличие в аквариуме нитратов, бедная кислородом среда и наличие органических углеродосодержащих веществ. Углерод используется бактериями как основное питательное средство, в то время как потребность в кислороде удовлетворяется за счет нитрата. Четвертое условие, о котором позже будет рассказано, — это достаточно низкий окислительно-востановительный (или как его обычно называют, редокс) потенциал.
Реакцию денитрификации в классическом ее виде можно выразить уравнениями:
первая ступень 3NO3- + CH3OH = 3NO2- + CO2 + 2H2O и
вторая ступень 2NO2- + CH3OH = N2 + CO2 + H2O + 2OH-.
Как видно из уравнений, нитраты при этом не сразу трансформируются в газообразный азот, а прежде образуются токсичные нитриты. И лишь на второй ступени азот удаляется из цикла путем образования газообразного азота. Добиться, чтобы эти процессы происходили контролируемо, — непростая задача. Во всяком случае, это гораздо сложнее, чем наладить биологическое преобразование аммиака в нитрат. Кроме того, с денитрификацией связано немало заблуждений, в том числе исходящих от аквариумистистов, использующих эти технологии на практике. Процесс денитрификации не всегда происходит безмятежно. Наряду с полезным действием по удалению нитратов, в ходе денитрификационных процессов могут образовываться другие вещества, чрезвычайно вредные — метан (СН4) и сероводород (H2S), поскольку наряду денитрифицирующими бактериями в анаэробные процессы подключаются и другие виды микроорганизмов, в частности метанобразующие археи и сульфатвосстанавливающие бактерии, тоже анаэробы. В частности, такое происходит, при недостатке нитратов, либо очень низком редокс-потенциале. Тогда анаэробная микрофлора начинает удовлетворять потребность в кислороде за счет других кислородосодержащих химических соединений — с выделением сероводорода и метана, оба газа токсичны. Метанобразующие бактерии могут синтезировать метан, используя в качестве энергии реакции окисления углекислого газа (СО2). В природных водоемах метан является одним из конечных продуктов разложения органических веществ в донной анаэробной зоне и образуется узкоспециализированной группой строгих анаэробов — метанобразующих архей. Сульфатвосстанавливающие бактерии забирают кислород из сульфатов (SO42-). В этом процессе, который называется десульфуризация, возникает сероводород, который известен запахом тухлых яиц. Существуют также биопроцессы диссимилятивного и ассимилятивного восстановления нитратов до аммиака и аммония. Не путать их с денитрификацией. Здесь нитрат редуцируется в нитрит, который редуцируется в гидроксиламин (NH2OH) и затем в аммоний. Способностью к этому обладают различные бактерии, а также некоторые актиномицеты и грибы. Понятно, что всеми этими процессами, которые также происходят в природе, трудно управлять в аквариуме, стимулируя лишь полезные и препятствуя вредным процессам.
Примечание. Распространено однако мнение, что за образование сероводорода и метана ответственны все те же денитрифицирующие бактерии. В реальности в этих процессах участвуют бактерии Metanobacterium, Desulfvibrio, Desulfotomaculum, Сlostridium, Formikium и пр. Это совсем другие микроорганизмы, нежели классические денитрифицирующие бактерии, со своим метаболизмом, ферментами и т.д. Денитрифицирующие, метанобразующие и сульфатвосстанавливающие бактерии — разные и не могут использовать для дыхания одни и те же химические соединения (возможно, за редким исключением(?)). Иными словами, при исчерпании нитрата, денитрифицирующие бактерии не способны переориентироваться на переработку сульфата, но при наличии сульфата в анаэробной зоне может развиться и сульфатвосстанавливающая микрофлора.
Теперь несколько слов об окислительно-восстановительном потенциале — мере способности химического вещества присоединять электроны (восстанавливаться). Его величина определяет равновесие между восстановительными и окислительными реакциями в воде. Другое название — редокс-потенциал (от англ. redox — reduction-oxidation reaction). Этот показатель связан с уровнем загрязненности аквариумной воды органическими веществами, а также с возрастом аквариума. Недавно запущенный аквариум характеризуется, как правило, высокими значениями редокс потенциала, затем, по мере старения аквариума, его редокс-потенциал снижается. Поддерживать редокс-потенциал на определенном уровне можно путем регулярного ухода за аквариумом, чистки грунта, подмены воды и т.д. Высокий положительный редокс-потенциал (в нормальном аквариуме он составляет 200 – 400 mV (минивольт)) указывает на доминирование окислительных реакций над восстановительными. Отрицательный редокс потенциал указывает на отсутствие кислорода в воде, что смертельно для большинства беспозвоночных. А вот для нормального течения процесса денитрификации окислительно-восстановительный потенциал должен быть отрицательным и удерживаться в пределах примерно от -50 до -250 mV. Таким образом, реакция денитрификации не может происходить непосредственно аквариумной воде, а требует специальных анаэробных зон, которые могут образовываться, например, в грунте или фильтре. Если же окислительно-восстановительный потенциал будет выше, чем -50 mV (но меньше нуля), то процесс денитрификации скорее всего остановится на стадии образования нитритов. А если он упадет ниже -300 mV, то бактерии возьмутся за сульфаты.
Следующая проблема — наличие достаточного количества органического углерода, необходимого для этого виды бактерий. Органических веществ, находящихся в аквариуме, не достаточно для поддержки процесса, поэтому требуется вносить их дополнительно. В выше приведенных уравнениях в качестве органического вещества фигурирует метанол, однако на практике метиловый спирт — яд. Концепция классического углеродного нитратредуктора подразумевает использование лактозы. Еще вариант — этиловый спирт или водка. Кстати, несколько лет назад очень популярной была идея запуска денитрификации посредством внесения в аквариум водки. Правда, отваживались на это не многие, но обсуждали активно. На самом деле, как пишет об этом Дитер Брокманн, эта технология не имеет ничего общего с денитрификацией, то есть расщеплением нитратов для дыхания бактерий, а скорее ближе к ассимиляции и производству биомассы. "Алкоголем, в отличие от денитрифицирующих фильтров, мы стимулируем преимущественно аэробных бактерий и только затем анаэробных бактерий, играющих менее важную роль. Под ассимиляцией подразумевается усвоение нитратов и фосфатов, например, водорослями. Последние используют оба вещества для получения азота и фосфора, необходимых для собственного обмена веществ и, соответственно, жизнеобеспечения и роста. Из этого следует вывод, что усиленный рост водорослей влияет на понижение концентрации фосфатов и нитратов в аквариуме. Раньше этот эффект использовали в водорослевых фильтрах для редукции нитратов. Подливая водку в аквариум, мы тем самым поддерживаем ассимиляцию, стимулируя, правда, не водоросли, а бактерии. Мы предоставляем им источник легко перерабатываемой пищи — этанол в водке. За счет наращивания биомассы уровень содержания фосфатов и нитратов в аквариумной воде снижается. Однако практика показала, что денитрификация может протекать только в субстрате, содержащем анаэробные зоны. И о его наличии тоже надо позаботиться".
И еще. Нужно сбалансировать систему так, чтобы промежуточные продукты денитрификации не накапливались. Как выше указывалось, при переработке нитрата сначала производится нитрит, он токсичен и накапливаться в аквариуме не должен. Опасность роста концентрации нитрита — одно из слабых мест денитрифицирующих систем. Ну и чтобы совсем сгустить краски, надо напомнить, что кроме нитратов в аквариуме еще есть фосфаты и наверное еще много разных веществ и соединений, которые нельзя проконтролировать с помощью стандартного набора аквариумных тестов, из-за чего дискусы в зацикленном с помощью денитратора аквариуме вдруг становятся вялыми и отказываются нереститься. Селективным устранением нитратов мы добиваемся только видимости создания системы замкнутого цикла.
Впрочем все это не означает, что денитрификация, в принципе, недоступна или не имеет смысла для аквариумистики. Нитратные фильтры уже много лет успешно используются в морских аквариумах и сейчас начали внедряться для обслуживания в пресноводных. Но более всего хочется надеяться, что денитрификация все еще представляет собой перспективную область для исследований, и последнее слово в этом вопросе еще не сказано.

Нитратные фильтры

Как и в вопросах биофильтрации в целом, в этой области пионерами являются морские аквариумисты. Но еще раньше денитрифицирующие фильтры были разработаны и поныне применяются для очистки промышленных сточных вод. В морской аквариумистике нитратные фильтры или нитратредукторы, как их еще называют, обычно используются как часть системы фильтрации, состоящей из нескольких компонентов. Задача этих фильтров — превратить с помощью бактерий нитрат в газообразный азот и/или закись азота (веселящий газ), которые, испаряясь, покидают аквариумную систему. Принцип действия "классического" денитрифицирующего фильтра следующий: внутри него устанавливается крайне бедная кислородом среда, в которой живут денитрифицирующие бактерии-анаэробы, которые при отсутствии кислорода, необходимый для дыхания, извлекают его из нитрата. Под их воздействием происходит следующая химическая реакция:
5C + 4NO3- + 4H+ = 5CO2 + 2N2 + 2H2O




Нитратредуктор Aqua Medic, предназначенный для аквариумов объемом до 1000 литров и шарики Deniballs
Эту реакцию могут проводить многочисленные виды бактерий, среди них Pseudomonas denitrificans, Pseudomonas aeruginosa, Paracoccus denitrificans или Bacillus licheniformis. Главное условие для работы такого фильтра слабый проток воды. В зависимости от величины, объема и типа фильтра он может составлять от нескольких литров до 30 литров в час. Такая скорость необходима, чтобы гарантировать установление анаэробной среды, поскольку при сильном течении в него будет попадать много кислорода. В фильтре существует внутренняя циркуляция, способствующая равномерному распространению анаэробной среды.
Раньше в денитрифицирующие фильтры углероды регулярно добавляли в форме лактозы (молочный сахар). Сегодня в качестве корма все чаще используются так называемые "Deniballs", шарики-наполнители для фильтра, состоящие из производного масляной кислоты.
К этому типу денитрификационных фильтров относится нитратный редуктор производства фирмы Aqua Medic, предназначенный для для аквариумов объемом до 1000 литров (на фото). Особенностями этого нитратного редуктора являются большая реакторная камера (10 л), встроенная помпа для внутренней циркуляции и низкая скорость прокачки воды (1–4 л/ч). Расходными материалами для этого фильтра являются Deniballs и порошок Denimar. Контролировать процесс можно используя редокс-электрод (не включен в комплект поставки), который вкручивается в предусмотренное в крышке отверстие с резьбой PG 13,5. Nitratreductor 1000 герметичен и может использоваться как часть общей фильтрующей системы или отдельно — в этом случае он устанавливается в тумбу под аквариум.
А вообще выбор и ценовой диапазон денитрификационных фильтров для морских аквариумов сейчас довольно велик. От высокотехнологичных систем с автоматической регулировкой тока воды, автоматической подкормкой бактерий и возможностью непрерывного измерения редокс-потенциала, а также подключаемым компьютером, обрабатывающим данные от редокс-контроллера и управляющим всеми этим процессами. Этот вариант может быть реализован, например, на оборудовании фирмы AquaMedic. До совсем незамысловатых, как Sera Bio-Denitrator — устройство производительностью 36 литров в сутки, лишенное возможности всего того, о чем было сказано выше. Бактерий в нем нужно кормить вручную, скорость потока воды должна контролироваться постоянно. Запускается сложно, может внезапно перестать работать. Но использовать можно, и есть данные, что в 200–300 литровом аквариуме при средней загрузке и практически не подменяемой воде такой фильтр уверенно способен обеспечить содержание нитратов в пределах 50 мг/л. Кроме того, по традиции нашей страны, богатой различными "самоделками", существует множество кустарных конструкций, смастеренных самими аквариумистами.
Здесь же следует сказать о так называемом DSB (deep sand bed), хотя он и не является фильтром в смысле отдельного устройства. Тем не менее эта система поддержания качества воды в небольших рифовых аквариумах по настоящий день достаточно популярна. DSB — это арагонитовый песок мельчайшей фракции до 0,6 мм, уложенный на дно аквариума слоем 7–12 см (и без сифонки). Как считается, именно такая фракция песка наиболее соответствует среде обитания донной микрофлоры, перерабатывающих все органические субстанции, и такая толщина слоя способствует формированию нижней анаэробной зоны, где происходят важнейшие процессы денитрификации. Опыт ряда аквариумистов позволяет говорить об эффективности такого денитратора, но одновременно нужно понимать, что денитрификатор внутри аквариума гораздо менее управляем и предсказуем, чем внешний фильтр. И вполне возможно, что далеко не во всех аквариумах с DSB, скорость переработки нитратов существенно ниже скорости их поступления в аквариум, т.е. такие денитраторы могут "не работать". Искусственное вмешательство в такую систему с целью понижения редокс-потенциала грозит ухудшением качества воды — ее загрязнением, а при допущении ошибок возможны снижение pH в аквариуме и выбросы сероводорода.
Более сложный вариант внутреннего нитратного фильтра — фальшдно без циркуляции воды и толстый слой крупного грунта (фракции 8–10 мм), плюс хорошая циркуляция и аэрация воды в самом аквариуме. Нитрат диффузией поступает в нижнюю часть системы, где в толще грунта начинается процесс денитрификации. Запуск такого фильтра занимает 2–3 месяца с регулярной подкормкой аквариумной воды аммонием. На определенном этапе после длительного периода повышения уровень нитрата начнет снижаться. В это время можно запускать гидробионтов. Сложновато, но тем не менее этой технологией много лет пользуются держатели рифовых систем.
До недавнего времени нитратные фильтры считались атрибутом морской аквариумистики, но в последнее время на них обратили внимание и пресноводные аквариумисты, в частности, дискусоводы. Такая система, описанная журнале "Diskus" Jahrbuch 2007, применяется аквариальном хозяйстве Йозефа Вастля. В качестве питания для бактерий здесь используется мондамин (немного неблагозвучное название... сами немцы называют его "штэрке") — кукурузный крахмал особо тонкой пылевидной структуры. Процедура приготовления подкормки следующая: порошок тщательно размешивают в холодной воде, не допуская образования комочков. Для нитратного фильтра с объемом 15 литров ежедневно требуется одна полная чайная ложка мондамина. Размешенная в половине чашки с холодной водой эта смесь закачивается через шланг в фильтр и распространяется по всему объему субстрата, становясь питанием для бактерий. Подробнее о нитратном фильтре Йозефа Вастля можно прочесть на сайте Ассоциации любителей и разводчиков дискусов.

Управление работой денитратора

В нитратредукторе можно контролировать количество подкормки или поток воды. Добавление питания в денитратор и уменьшение протоки – понижает окислительно-восстановительный потенциал, уменьшение питание и увеличение проточности – сдвигает вверх.
Основные правила:
а) если в воде, вытекающей из нитратредуктора, концентрация нитратов (NO3-) такая же, как в аквариуме, следует уменьшить количество поступающей в нитратредуктор воды и/или увеличить подкормку;
б) если в воде, вытекающей из нитратредуктора, концентрация нитритов (NO2-) выше, чем в аквариуме, следует уменьшить количество поступающей в нитратредуктор воды и/или увеличить подкормку;
в) если вода, вытекающая из нитратредуктора, не имеет запаха сероводорода, концентрация нитратов в ней существенно меньше, чем в аквариуме (или они вообще практически отсутствуют в аквариуме), а нитриты отсутствуют, значит, нитратредуктор работает нормально;
г) если вода, вытекающей из нитратредуктора, имеет запах тухлых яиц (так пахнет сероводород), следует увеличить количество поступающей в нитратредуктор воды и/или уменьшить подкормку.
Выделение сероводорода в фильтре-денитраторе на самом деле менее опасно, чем когда тоже самое происходит непосредственно в аквариуме, поскольку сероводород образуется медленно и существенная его часть уходит в воздух, а запах можно почувствовать раньше, чем случится что-нибудь непоправимое. Кстати, если это может кого-то обнадежить, считается, что опасность образования сероводорода в пресноводном аквариуме ниже, чем в морском, поскольку у нас меньше сульфатов.
Необходимо также поддерживать нужный редокс-потенциал в нитратредукторе. Для нормального течения денитрификации этот показатель должен удерживаться в пределах от -50 до -250 mV. Редокс-потенциал можно замерять электронно с помощью специальных устройств. Наиболее практично и безопасно — использовать автоматику, которая исходя из этого показателя, будет включать или выключать дозирующую помпу, подающую воду в фильтр-денитратор.



Водочный фильтр

Еще одной версией денитрифицирующего фильтра является так называемый водочный фильтр. Его единственное отличие в источнике питательных веществ для бактерий. Если в классическом варианте это лактоза, то здесь используется алкоголь (этанол С2Н5ОН), который добавляется в фильтр, чаще всего в виде водки. Этанол — это наиболее легко расщепляемое бактериями вещество. А в остальном также работает принцип, заложенный в ранее приведенной химической реакции.
Запуск и наладка работы водочного фильтра — это достаточно сложное дело. Надо действовать осторожно и вносимую дозировку водки увеличивать постепенно, а в противном случае реакция денитрификации может пойти иным образом и привести к образованию ядовитых веществ. Согласно Брокманну, следует избегать попадания водки непосредственно в аквариум (см. ниже – В. Ковалев придерживается иного мнения), поскольку это может привести к интенсивному размножению гетеротрофных бактерий и к сильному помутнению воды. На начальной фазе работы фильтра, пока денитрифицирующие бактерии еще не начали нормально работать, на выходе в воде может наблюдаться небольшое повышение уровня нитрита. Здесь нужно следить за тем, чтобы в аквариуме не накопилось опасное для рыб количество этого токсичного соединения. Затем концентрация нитратов в аквариумной воде должна медленно понижаться, и соответственно количество вливаемой в фильтр водки тоже нужно сократить. Следует регулярно тестировать воду на нитраты, чтобы определить минимальную дозировку водки, при которой поступающая из фильтра вода будет практически свободна от нитратов. Таким образом, дополнительная регулировка водочного фильтра станет неизбежной. Кроме того, водочные фильтры требуют определенного ухода: регулярной замене подлежит часть субстрата (фильтрующего материала).
Отечественный рецепт водочного фильтра для пресноводного аквариума можно почерпнуть у Владимира Ковалева. При этом подразумевается, что в биофильтре при подкормке спиртом могут одновременно одинаково успешно происходить аэробные и анаэробные процессы и таким образом достигается полный цикл азота. Безопасность и эффективность такой методики вызывает определенные сомнения, чтобы советовать ее к применению, но это несомненно заслуживает интереса. Ковалев пишет: "Для денитрификации нужен биофильтр. Процесс происходит при недостатке свободного кислорода в воде. Эти условия складываются в достаточно толстом слое фильтрующего наполнителя. Например, если использовать аэрлифтный цеолитник, то слой цеолита в бутылке должен быть не менее 12 см или еще выше. Важно, чтобы и микрофлора была подходящей, случаи резкого "мутняка" связаны с отсутствием как микрофлоры, так и нужных бактерий. Чтобы запустить денитрификацию надо установить цеолитник или одну из кассет внешнего фильтра полностью заполнить цеолитом не крупнее 5 мм. Оптимальна фракция 3–5 см. Эта кассета ставится после механической очистки. Для начала несколько дней подряд можно использовать гомеопатические дозы 5 мл водки на 100 л, при появлении даже незначительной мутности надо делать паузу в спаивании бактерий. Постепенно формируется пул потребителей спирта и они входят во вкус. Тут все как у людей: готовность к приему все больших доз развивается неотвратимо. Вскоре система будет готова принимать 10 мл на 100 л без проблем. Обычно уже этого хватает, чтобы сбить нитраты до уровня 5 мг/л. В ту банку, что показана на моей личной страничке, я лил спиртовой раствор эхинацеи пурпурной, 10 мл через день. И нитраты сбил, и рыбок подлечил. Эхинацея крепче водки, там, кажется, 75%. Муть возникла только один раз, когда я сразу и без предварительного разгона фильтра внес 25 мл, потом все проходило отлично. Что еще важно, в воде с высокой окисляемостью нельзя проводить спиртово-коньячных опытов. Тут гораздо легче спровоцировать замор и получить мощный выхлоп нитритов из фильтра. То есть нитраты будут восстанавливаться не до азота, а всего лишь до нитритов, а это очень опасно. Вот почему при спиртовых опытах надо обязательно контролировать нитриты. Вот и весь рецепт: спаивать бактерий надо постепенно. Что еще не ясно? Каковы долгосрочные эффекты применения спиртовых вливаний, для этого надо продолжать эксперименты".


Серный денитратор



Нитратный фильтр H&S 110-F1000
Еще один ныне достаточно распространенный тип нитратного фильтра — серный, известный также как ASD (Autotrophic Sulfur Denitrification). Суть его работы заключается в восстановлении нитратов до газообразного азота с помощью серы, являющейся питательной средой для серных бактерий. В отличие от гетеротрофных денитрифицирующих бактерий, серные бактерии — автотрофы. 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 во Франции. В настоящее время такие фильтры производятся ведущими брендами морской аквариумистики. По сравнению с классическими нитратредукторами — это следующее поколение. Они удобнее в эксплуатации и эффективнее в работе. Принципиальная идея такая, же как и у обычного "углеродного" денитратора. В качестве субстрата и одновременно корма для микрофлоры здесь используются шарики серы, а реакцию денитрификации осуществляют серные бактерии, как Thiomicrospira denitrificans и Thiobacillus clenitrificans. Они расщепляют нитраты до водорода и в то же время окисляют серу, превращая ее в сульфат:
5S + 6NO3- + 2H2O = 3N2 + 5SO42- + 4H+
Для этой реакции требуется анаэробная среда и очень медленный ток воды через фильтр. В начале эксплуатации серного фильтра может наблюдаться повышенный уровень нитрита на выходе. В этом случае необходимо понизить объем протока воды. Помимо этого (пожалуй, главный недостаток серного денитратора), отфильтрованная вода получается кислой из-за образования серной кислоты. Для ее нейтрализации некоторые модели фильтров имеют еще один отсек, наполненный карбонатом кальция. С одной стороны, происходит нейтрализация серной кислоты, а, с другой, в аквариуме повышается содержание кальция. В других моделях шарики серы смешиваются вместе с карбонатом кальция и при этом кислая среда, развивающаяся в фильтре нейтрализуется напрямую. Однако все равно карбонатная жесткость может падать очень быстро. За ней необходимо следить и при необходимости доводить до нормы.
Уход за серным фильтром, в принципе, несложен (если обслуживание денитратора вообще можно назвать простым). Кроме регулярного замера нитритов и нитратов в отфильтрованной воде, это восполнение использованных шариков серы и гранулированного карбоната кальция. Регулярная подкормка бактерий молочным сахаром или алкоголем, как в двух предыдущих случаях, не нужна. Однако проблематичным является насыщение аквариумной воды ионами сульфата (в частности, это может вызвать некоторое понижение уровня кальция, т.к. растворимость сульфата кальция невелика). Насколько пагубным для биосистемы аквариума может быть такое насыщение, или каким образом расщепляется сульфат, на настоящий момент детально не исследовано.
Примером серного фильтра промышленного производства могут служить Denitrateur H&S 110-F1000 и H&S 150-F2000, предназначенные соответственно для аквариумов объемом до 1000 и 2000 литров. Внутренний объём такого денитратора заполняется на 2/3 серным наполнителем HS-025018, на 1/3 — коралловой крошкой (эти два наполнителя разделены в фильтре губкой). Устройство устанавливают во внешний орошаемый фильтр так, чтобы помпа оказалась погружена в воду. При этом надо добиться (открывая и закрывая краник), чтобы выливалась примерно капля в секунду. Через 4 дня следует сделать анализ выливающейся из денитратора воды; если показатели по нитратам равны нулю, то можно усилить ток воды из него до 3 капель в 2 секунды. Через 3–4 дня провести измерения и добиться нулевых показателей. Наполнитель подлежит замене примерно через 5–6 месяцев.

Волшебные препараты

Одновременно с совершенствованием конструкции фильтрующих устройств усилия производителей аквариумной продукции направлено на разработку специальных препаратов, в т.ч. денитраторов. Некоторые из них достаточно хорошо знакомы российским аквариумистам.
Препарат Nitra-Zorb фирмы Aquarium Pharmaceuticals представляет собой смесь ионообменных смол для удаления из аквариумной воды аммиака, нитритов, нитратов. Фирма Tetra предлагает препараты Easy Balance и Nitrate minus. Последний выпускается в виде жидкости для заливки в аквариум или гранул для помещения в грунт или фильтр и по действию схож с этанолом (водкой) — (цитирую) "мутняк в воде, недостаток кислорода, практически нулевой уровень нитратов и полностью забитый слизью фильтр". Все эти средства есть в наших зоомагазинах. Однако в целом, эти и другие подобные им препараты можно охарактеризовать как относящиеся к разряду вещей, о которых почти все слышали, но мало кто применяет. Причин тому несколько, а именно высокая стоимость, неспособность устранять весь комплекс атрибутов старения аквариума (не одними нитратами стареет вода, в ней накапливается еще много другого вредного, не улавливаемого нашими тестами), сомнительные побочные эффекты, существенным недостатком продуктов Tetra является также то, что производитель не раскрывает их состав и принцип действия, и, наконец, обычные регулярные подмены воды или протока достаточно хорошо решают проблему. В данном контексте нас может интересовать скорее перспектива, обусловленная простотой и удобством такого метода борьбы с нитратами (пусть не с помощью ныне предлагаемых препаратов, но с теми, которые появятся в будущем), хотя для ряда западноевропейских стран, где плата за водоснабжение очень высока, данные средства является вполне актуальными уже сегодня.
Из того, что уже имеется, но не продается в наших зоомагазинах, имеет смысл рассказать о продукте Baсteria Right Now (на фото), выпущенном в 2004 г. американской Hiatt Distributors Ltd. (сокращенно — HDL), предназначенный для запуска полного азотного цикла, включая нитрификацию и денитрификацию в обычном внешнем биофильтре, причем уже в первые 24 часа использования. Для успешного запуска и функционирования системы в аквариуме обязательна интенсивная аэрация.

Изобретение HDL запатентовано (U.S. Patent Number 6.025.152) 15 февраля 2000 г. Его суть в том, что были найдены аэробные виды денитрифицирующих бактерий и подобрана комбинация видов, дающая устойчивую микрофлору и способная противопоставить себя микрофлоре традиционной нитрификации. Согласно описанию патента, препарат состоит из двух основных элементов: смеси штаммов девяти разных видов бактерий рода Bacillus и бактерии Enterobacter sakazakii и смеси четырех ферментов: целлюлозы, амилазы, протеазы и липазы, предназначенных для жизнеобеспечения бактерий. Третьим неотъемлемым элементом патента является производимый той же фирмой Activated Tri-Base Pelletized Carbon — некий особый активированный уголь, содержащий также скорлупу кокоса и синтетический лигнин, предназначенный к использованию в качестве биосубстрата фильтра и одновременно служащий источником элементарного углерода для гетеротрофных бактерий. Уголь сделан в форме твердых таблеток, которые не разрушаются со временем и не засоряют фильтр. Форма таблеток такова, что не позволяет создаваться анаэробным зонам в фильтре. Для поддержания полного цикла аэробной денитрификации в фильтре должен быть именно такой активированный уголь, а не какой-либо иной субстрат. Его можно закладывать в любой тип внешнего фильтра — канистровый, орошаемый (wet/dry, trickle), сампы, карбоновые трубки. Технология работает только в аквариумах, прудах и других замкнутых водоемах. В реках внесение такой культуры бактерий дает значительное, но временное снижение загрязненностью органикой, и не заменяет собой процесс нитрификации. В условиях аквариума стандартный цикл нитрификации сразу же заменяется работой специально подобранных набор культур бактерий, которые преобразуют аммиак (NH3) и гидроксид аммония (NH4OH) в аммоний (NH4+), а благодаря наличию в субстрате особой формы углерода эти вещества преобразуются в газообразный азот (N2), углекислый газ (СО2) и другие безвредные вещества денитрифицирующими бактериями. Нитратам и нитритам после такого преобразования почти неоткуда браться. Это значительно снижает биологическую нагрузку на замкнутую экосистему аквариума и облегчает его обслуживание. А кроме того, при запуске аквариума не нужно ждать несколько недель пока наладится традиционный процесс нитрификации. Процесс полностью аэробный, поэтому нет риска образования сероводорода, сернистого газа или метана. Использование продуктов HDL не требует их регулярной замены и соответственно большего расхода. Культуру бактерий достаточно внести всего один раз, а запаса углерода в активированном угле фильтра хватает на пять лет. Через шесть месяцев рекомендуется добавить совсем немного Baсteria Right Now, потому что при первоначальном запуске аквариума определенные виды бактерий употребили все вредные вещества и вымерли.
Таким образом, можно сделать вывод, что продукт Baсteria Right Now является разновидностью бактериальной закваски, но с более широким и пролонгированным действием, чем обычные биостартеры. Согласно патенту, препарат Baсteria Right Now может быть использован не только для удаления из воды аммония, нитрата и нитрита, но и ортофосфатов, тяжелых металлов, органических и неорганических соединений серы. В общем, "панацея" от всех несчастий. Однако из инструкции по применению можно прийти к заключению, что данное средство позиционируется не как альтернатива регулярным подменам воды, а должно дополнять их для полного устранения вредных веществ из аквариума, поскольку в инструкции сказано: "подмены воды каждую неделю 30–50%". (При обычной практике в цихлидариуме довольно проблематично добиться содержания нитратов ниже 20 мг/л, даже при сильных подменах воды, особенно если сразу из-под крана мы уже получаем 5–10 мг/л.) Примечательно также указание при инсталляции продукта в старый аквариум не класть в фильтр сразу весь уголь Tri-Base Pelletized, т.к. при этом из воды будет очень быстро поглощен кислород, и это приведет к замору рыбы, а заменять биосубстрат в фильтре порционно. А для растительного аквариума использование Tri-Base Pelletized Carbon и вовсе противопоказано, иначе растения останутся без питания, и предлагается использовать биокультуру Baсteria Right Now совместно с продуктом Earth Pellets, высокопористым субстратом, похожим на керамзит (впрочем, очевидно, здесь может быть задействован любой стандартный биосубстрат), а биокультура станет работать как биостартер, стимулирующий процесс нитрификации.
По данным фирмы-изготовителя, положительную оценку разработке HDL дал известный аквариумист и предприниматель Оливер Луканус, рекомендовавший данный препарат зоомагазинам для быстрого запуска торговых и карантинных аквариумов. Естественно, вся эта информация должна быть тщательно проверена, чтобы отделить правду от вымыслов и маркетинговых уловок, в том числе и на предмет возможных побочных воздействий, а они наверняка имеются. В рунете мне удалось найти всего два упоминания о применении чудодейственного заморского средства. В одном случае бактериальная закваска была заказана и применена без фирменного субстрата, и сколько-нибудь ощутимого эффекта денитрификации не отмечено, что впрочем вполне согласуется с описанием. Во втором случае технология использовалась с полным комплексом элементов в соответствии с рекомендациями производителя, в том числе в аквариумах с дискусами, без живых растений, и было отмечено, во-первых, снижение нитратов до минимума, во-вторых, очень высокая потребность в содержании в воде кислорода. В том же сообщении на форуме указывалось, что при заказе из США препарат необходимо пересылать почтой, в которой нет проверки ультрафиолетом, и других типов излучений, и из американских почтовых сервисов для этого, к сожалению, годится только дорогостоящий UPS.



“Есть многое на свете, друг Горацио, что и не снилось нашим мудрецам”… Ушел подменивать воду…


================================================== =======
Использованная литература:
М. Сандер, Д. Брокманн, М.В. Гусев и Л.А.Минеева, А.А. Кубасов, И.Г. Хомченко и соавторы, Т. Хованек, В.В. Хахинов и соавторы, R. Holmes-Farley, многочисленные материалы веб-сайтов и веб-форумов.
================================================== =======
© Е. Грановский, 2009
__________________
Если тебе плюют в спину, то ТЫ идешь вперед...
Doc-tor зараз поза форумом   Відповісти з цитуванням
5 користувачів подякували Doc-tor:
aleks (18.02.2010), docasus (09.12.2009), navy (09.12.2009), Noe (09.12.2009), sonethko (09.12.2009)
Реклама
Старий 21.02.2010, 23:01   #2
Doc-tor
Живу на форумі
 
Аватар для Doc-tor
Varpalota-Ungvar, Hungary
 

Реєстрація: 19.04.2009
Дописи: 2.977
Подякував(ла): 2.996
Подякували 11.283 разів в 2.411 дописах
Репутація: 6413

Акваріуміст року Активність Меценат Акваріуміст року 

Типово Re: Денитрификация и нитратные фильтры

Перевод статьи "CHEMISTRY AND THE AQUARIUM: Nitrate in the Reef Aquarium by RANDY HOLMES-FARLEY"

Химия и аквариум: нитраты в рифовом аквариуме.

Нитрат - это ион, который доставлял много неудобств упорным аквариумистам. Азот, который входит в его состав, поступает вместе с пищевыми продуктами, и во многих аквариумах его содержание растет и трудно поддерживать его на низком, как в природе, уровне. Десятилетие или два назад, многие аквариумисты подменивали часть воды в аквариуме с одной целью - уменьшение содержания нитратов. К счастью, теперь мы имеем множество способов поддерживать низкий уровень нитратов, и современные аквариумы страдают от нитратов гораздо меньше, чем раньше.
Нитраты часто ассоциируют с морскими водорослями, и действительно, росту морских водорослей часто способствуют избыточные питательные вещества, в т.ч. нитраты. То же самое можно сказать в отношении других потенциальных вредителей в аквариуме, типа динофлагеллата. Сам нитрат - не особенно ядовит в концентрациях, обычно достигаемых в аквариумах, по крайней мере, об этом нет данных в научной литературе. Однако, высокий уровень нитратов может привести к чрезмерному росту зооксантеллы, которые, в свою очередь, могут фактически подавить роста кораллов.
По этим причинам, большинство аквариумистов, содержащих риф, стремятся снизить уровень нитратов. Одни - очень успешно, другие - нет. Эта статья о нитратах в океане и в аквариумах, и о методах, которые помогут аквариумистам успешно привести уровень нитратов к более естественной для рифового аквариума величине.
Нитраты в океане

Азот присутствует в океане во многих формах, одна из которых - нитраты. Другие формы - молекулярный азот (N2), аммиак (NH3/NH4+), нитриты (NO2-) и несметное число органических форм. Из неорганических разновидностей, нитраты встречаются чаще всего, но не всегда в больших концентрациях. Концентрация в океане сильно меняется от места к месту, а также зависит от глубины. На поверхности концентрация намного ниже из-за усвоения нитратов различными организмами, зачастую меньше чем 0.1 мг/л (все концентрации в этой статье приводятся в мг/л иона нитрата, а не в мг/л азота в нитрате). В глубине типичные концентрации - от 0.5 до 2.5 мг/л нитратов. В тех местах на поверхности, где имеют место течения, поднимающие воду с глубины, концентрация будет выше, чем обычно на поверхности.
Большинство присутствующих в океане нитратов образуется путем разложения органики, например, планктона:
(CH2O)106(NH3)16(H3PO4) + 138 O2 ==> 106 CO2 + 122 H2O + 19 H+ + PO43- + 16 NO3-
планктон + кислород ==> углекислый газ + вода + ион водорода + ион фосфата + ион нитрата
Другие источники азота в океане (главным образом в виде аммиака) - вулканическая деятельность, переработка молекулярного азота сине-зелеными морскими водорослями и поступления из земной коры. Все это часть азотного цикла, и часть азота присутствует в форме нитратов.
Морские организмы, питающиеся нитратами

Большое количество разнообразных организмов способно питаться нитратами, которые они используют для синтеза органических азотсодержащих молекул, типа белков и ДНК. Нитратами, прежде всего, питаются микроорганизмы (типа бактерий) и те организмы, которые занимаются фотосинтезом - морские водоросли, кораллы и морские анемоны.
Иногда некоторые организмы, которые питаются нитратами, в случае повышенного уровня последних, могут интенсивно расти. Например, мелководная трава Halodule wrightii и трава Widgeon (Ruppia maritime) растут быстрее при концентрациях нитратов 0.6 мг/л, чем при типичных <0.1 мг/л. Различные морские травы имеют системы для активного поглощения нитратов листьями и корнями.
Морские бактерии, фитопланктон и морские макроводоросли также усиленно растут при повышенных концентрациях нитратов.
В других случаях, повышенный уровень нитратов не усиливает рост. В подобных случаях действуют другие ограничивающие факторы, как то количество фосфатов, железа и света. Рост морской травы Zostera marina, например, не ускоряется с повышением уровня нитратов, т.к. часто этот рост ограничен количеством света.
Очевидно, что некоторые из организмов, которые быстрее растут при повышенных концентрациях нитратов - это не обязательно те, которых предпочитают аквариумисты. Не рассматривая морские микроводоросли, на рост динофлагеллата благоприятно влияют нитраты и другие питательные веществ, по крайней мере до концентраций 16 мг/л. Некоторых аквариумистов может обрадовать тот факт, что актинии Aiptasia pulchella могут усваивать нитраты только в условиях голодания, но и даже тогда не очень эффективно.
Кажется, что рыбы не очень чувствительны к нитратам. Большинство исследований не выявило ощутимой токсичности. Вот выводы одной группы ученых, которые изучали разнообразие разновидностей личинок рыбы:
"Судя по их реакции на 1-е кормление, ионы аммиака - потенциальная опасность для культивируемого аквариума; NO2- и NO3- нетоксичны при концентрациях, которые чаще всего имеют место в практической морской культуре содержания рыб."
Однако, многие аквариумисты сообщают, что их рыбы выглядят менее здоровыми при чрезмерно высоких уровнях нитратов (>50 мг/л). Происходит ли это непосредственно из-за нитратов или от чего-то, зависящего от повышенной концентрации первых, неизвестно.
Наконец, избыточные питательные вещества в природных коралловых рифах приводят к гибели кораллов, но какую роль играют в этом собственно нитраты, а какую другие вещества (например, фосфаты), неясно.
Последствия высокого уровня нитратов в аквариуме

В дополнение к сказанному выше относительно роста потенциально нежелательных организмов при повышенном уровне нитратов (особенно морских водорослей и динофлагеллата, последние также могут влиять на кораллы. Многим кораллам безразличен уровень нитратов, или они даже могут расти быстрее в условиях повышенного содержания азота в доступной форме. Но некоторые кораллы, особенно твердые формы, могут негативно относится к повышенной концентрации нитратов.
В большинстве случаях, когда исследовалась связь между уровнем нитратов и ростом известковых кораллов, такая связь была небольшой, но существенной. Повышенный уровень нитратов замедляли рост коралла Porites compressa (даже при уровнях <0.3-0.6 мг/л), но эффект исчезал при увеличении жесткости воды (до 4.5 мг-экв/л). Один из вариантов объяснения - нитраты вызывают рост зооксантеллы до такой степени, что это фактически приводит к конкуренции с кораллом-хозяином за неорганический углерод (используемый в фотосинтезе и скелетообразовании). Когда жесткость воды высокая, эта конкуренция не лишает коралл необходимого ему углерода.
Другое исследование шестилучевых кораллов поритов и кораллов "Montastrea annularis" также поддерживает эту гипотезу. В нем показано, что нитраты усиливают фотосинтез, увеличивают концентрацию зооксантеллы, хлорофилла, витамина С2 и белка в целом, в то время как скелетообразование значительно уменьшается. А этот эффект еще до конца не доказан, но повышенный уровень нитратов, кажется, не уменьшает скелетообразование Acropora cervicornis (хотя эксперименты были выполнены при различных условиях).
Одно очень недавнее исследование красных червей Бисма показало, что увеличение уровня нитратов (0.9 мг/л) не только не усиливало фотосинтез и повышало плотность зооксантеллы, а фактически уменьшало их, вопреки предыдущим публикациям. В исследовании не приводится объяснения этого факта, хотя указано, что кораллы, возможно, отторгли зооксантеллу, что привело к путанице в результатах. Кроме того, все кораллы в данном исследовании были в состоянии стресса, из-за которого они потеряли существенную биомассу в процессе их изучения. Из-за этого эффекта, я не очень доверяю данным результатам и не знаю, могут ли они быть полезными аквариумистам, у которых кораллы в аквариуме растут достаточно быстро.
Определение уровня нитратов в аквариуме

Уровень нитратов в морском аквариуме легко определить при значениях выше чем ~0.5 мг/л. Я нахожу комплекты нитрат-тестов от LaMotte и Salifert весьма удобными, и, в моих ограниченных испытаниях, вроде бы, достаточно точными для целей аквариумистики. При уровнях <0.5 мг/л существующие тесты использовать затруднительно. Habib Sekha, владелец Salifert, сказал, что не трудно сделать тесты для определения более низких концентраций, если бы на них был спрос. Поэтому, если вы хотите, чтобы такой тест выпускался в коммерческих целях, поговорите с ним.
Тесты других производителей могут быть приемлимыми или не очень. Некая группа аквариумистов провела испытания разнообразных тестов, результаты которых можно посмотреть здесь (на немецком).
Источники нитратов в рифовом аквариуме

Первичный источник нитратов в рифовом аквариуме - еда, которую мы туда добавляем. Все белки содержат азот, также, как и широкое разнообразие других биомолекул. Когда они усваиваются, большая часть этого азота переходит в форму нитрата в ходе реакции, приведенной выше для планктона.
Другие источники - умершие организмы, разлагающиеся как и планктон.
Наконец, использование неочищенной воды может служить существенным источником нитратов. По нормативам, принятым в США, питьевая вода может содержать до 44 мг нитратов на литр. Ежедневное добавление такой воды, взамен испарившейся, обеспечит существенную добавку нитратов. Во многих муниципальных источниках водоснабжения, однако, уровень нитратов намного ниже. У меня, например, 0.1 мг/л.
Способы снижения уровня нитратов в аквариуме

Головной болью многих аквариумистов является то, что у них в аквариумах уровень нитратов выше, чем они хотели бы. Я стараюсь держать уровень нитратов в своих аквариумах ниже 1 мг/л, и предпочтительно необнаружимыми с помощью любительских тестов (<0.5 мг/л). Если способность тестов будет увеличена и они смогут измерять более низкие уровни нитратов, то я мог бы изменить свои цели в сторону снижения уровня. Очевидно, чем выше уровень нитратов, тем больше это вызывает беспокойств.
В этой части статьи приводятся разнообразные способы для снижения уровня нитратов в аквариумах. Обратите внимание, что я не включил в эти способы подмену части воды, хотя, очевидно, это работают до некоторой степени. Проблема в том, что очень трудно уменьшить концентрацию нитратов до естественных уровней этим способом, кроме как постоянно подменивать значительную часть воды.
Прежде всего, измерьте уровень нитратов качественным тестом. Затем, следуя одну или более действиям ниже, периодически контролируйте уровень нитратов, чтобы видеть, помогает ли вам используемый метод.
  1. Сокращение поступлений азота в аквариум.
    Если вы перекармливаете животных - остановитесь. Я, конечно, не предлагаю морить их голодом ради сокращения уровня нитратов. Есть более хорошие и доступные варианты. Если вы используете воду из-под крана, проверяйте ее на нитраты, чтобы понять, является ли она их источником, и, если это так, очистите ее сначала. Системы обратного осмоса и ионообменные системы больше всего подходят для этих целей по многим причинам, для наших же целей подойдут простейшие из них.
  2. Экспорт азота с помощью скиммера, или его более интенсивное использование. Сам по себе, скиммер не решит проблему нитратов, но может существенно помочь в этом, а также помочь с аэрацией и экспортом фосфора.
  3. Экспорт азота выращиванием и прополкой морских макроводорослей или грунтовых растений
    (или любых других организмов на ваш выбор). Чем больше то, что вы выращиваете и пропалываете, тем больше азота экспортируется, и тем меньше превратится в конечном итоге в нитрат. Данный способ часто эффективен при уровне нитратов меньше нижнего предела обнаружения большинством любительских тестов (~0.5 мг/л). Этим же способом экспортируется фосфор.
  4. Использование DSB.
    В DSB существуют анаэробные области, в которых некоторые организмы питаются не кислородом, а нитратами. В результате нитрат превращается в молекулярный азот, который затем просто выходит в атмосферу. Реакции, которые при этом имеют место, могут быть очень сложными. В аэробных зонах реакция похожа на ту, которая приводилась выше для планктона (без учета фосфора):
    organic + 175 O2 ==> 122 CO2 + 16 NO3- + 16 H+ + 138 H2O,
    где "organic" - типичный органический материал вида (CH2O)80(CH2)42(NH3)16. В отсутствии кислорода, азот из азотсодержащих органических соединений через несколько стадий переходит в молекулярную форму по следующей схематической реакции:
    organic + 124 NO3-+ 124 H+ ==> 122 CO2 + 70 N2 + 208 H2O
    Во многих аквариумах DSB поддерживает уровень нитратов <0.5 мг/л. В некоторых аквариумах этого не происходит. Результат может зависеть от размера DSB, от его состава (тип песка, гранулометрическое распределение частиц и формы жизни в нем), и от выполнения других требований для процесса переработки нитратов.
  5. Удаление существующих фильтров, предназначенных для поддержки азотного цикла.
    Такие фильтры прекрасно перерабатывают аммиак в нитрит и дальше в нитрат, но не делают ничего с последним. Это обычно интуитивно непонятно многим аквариумистам, но удаление такого фильтра в целом может фактически помочь снизить уровень нитратов. Постепенное удаление таких фильтров позволит усилить процессы переработки азота на и в живых камнях и в песке, что в целом может быть полезно.
    Это не значит, что удаление таких фильтров уменьшает производство нитратов, это изменяет процессы, которые с ними происходят дальше.
    Если нитраты образуются на поверхности наполнителя, типа биошаров, то они смываются и смешиваются со всей водой аквариума, и потом они должны попасть в то место, где они могут быть переработаны (живые камни и песок, например).
    Если нитраты образуются на поверхности живых камней или песка, то локальная концентрация нитратов выше, чем в первом случае, что способствует более интенсивному их проникновению в живые камни и песок, где они потом будут переработаны до молекулярного азота.
  6. Использование органического денитрификатора.
    Существует большое количество разнообразных коммерчески доступных систем, ни одна из которых особенно не популярна в США в настоящее время. Однако, они могут неплохо выполнять свою работу по удалению нитратов и некоторым аквариумистам они нравятся.
    В одном из вариантов таких систем, органическое вещество смешивается с частью воды аквариума в анаэробных условиях. Чаще всего используется метанол. Пропорции строго контролируются (обычно в реакторе в виде змеевика), и бактерии используют метанол и нитраты согласно реакции:
    12 NO3- + 10 CH3OH + 12 H+ ==> 10 CO2 + 6 N2 + 26 H2O
    В результате нитрат удаляется из аквариума. Типичный недостаток таких систем - необходимость сложного контроля за условиями в реакторе.
  7. Использовать денитрификатора на основе серы.
    В этих системах, бактерии используют серу для восстановления нитрата до молекулярного азота согласно следующему уравнению (или аналогичному):
    2 H2O + 5 S + 6 NO3- ==> 3 N2 + 5 SO42- + 4 H+
    Было также предложено использовать в качестве наполнителя для такого реактора арагонит, чтобы образующаяся в ходе реакции кислота реагировала с карбонатом кальция, и, таким образом, решить проблему восстановления pH и обеспечить аквариум дополнительным кальцием.
    С одной стороны, это прекрасная идея, но в большинстве случаев это не добавит много кальция и не восстановит pH.
    Чтобы оценить величину эффекта, начнем с оптимистичной оценки того, сколько нитрата могло бы быть удалено. Скажем, 10 мг/л нитрата в неделю.
    10 мг нитратов/л = 0.16 миллимоль нитратов/л
    Так как из каждых 6-ти моль NO3- получается 4 моль H+, мы будем получать 0.16/6*4 = 0.107 миллимоль/л H+ в неделю.
    Сколько при этом получится кальция?
    Предположим, что каждый H+ реагирует с карбонатом кальция:
    CaCO3 + H+ <==> Ca2+ + HCO3-
    Ясно, что это весьма завышенная оценка, потому что большая часть кислоты будет израсходована для понижения pH до уровня, при котором карбонат кальция сможет вступить в реакцию.
    Следовательно, мы имеем максимум 0.107 миллимоль Ca2+ в неделю.
    Так как 1 миллимоль кальция это 40 миллиграм, получаем 4.3 мг/л в неделю.
    Для сравнения, разовое добавление известковой воды (насыщенного раствора) в количестве 2% от объема аквариумной воды увеличивает концентрацию кальция в аквариуме на 16 мг/л. Следовательно, обсуждаемый метод не может быть особо полезен для поддержки уровня кальция и восстановления pH. С другой стороны, образующаяся в ходе реакции кислота будет постоянно понижать pH, так что следите за ним, если Вы используете этот метод.
    Относительно фактической способности этого метода уменьшать уровень нитратов - я не могу сказать наверняка. Я думаю, что это может работать, но единственный аквариумист, использующий эту технологию, с которым я общался, испытывает значительные трудности.
  8. Препарат AZ-NO3.
    Этот препарат добавляется непосредственно в воду, описание было дано Рэнди Донивитцем. Я не смог из описания препарата понять, чем точно он является или что он делает, что позволяет удалить нитраты посредством скиммера. Вообще, я отказываюсь рекомендовать вещи, которых я не понимаю, и, следовательно, не знаю о потенциально нежелательных эффектах (если такие есть). Утверждается, в частности, что этот препарат, приносит некую дополнительную пользу: "AZ-NO3TM приносит много другой пользы помимо удаления нитратов".
    Однако, многие аквариумисты, с которыми я разговаривал, использовали препарат для снижения уровня нитратов без очевидных нежелательных последствий.
  9. Нитрат-абсорбирующие наполнители.
    Различные продукты на основе оксида алюминия и цеолита покупались много лет аквариумистами для химического удаления нитратов. Нитратная губка Кента - один из примеров. Я не проверял ничего из этого сам. Многие аквариумисты утверждают, что это реально работает, но тратится много времени и самого продукта.
  10. Полимеры и уголь, которые адсорбируют органические вещества.
    Они действуют подобно скиммерам, выводя органику из аквариума и не давая ей, тем самым, разлагаться. Примеры - Purigen от Seachem и Poly-Filters от Poly-Bio-Marine. Я не проверял их и не слышал отзывов, подтверждающих значительное уменьшение уровня нитратов.
Заключение

В прошлом, высокий уровень нитратов был тем, что многие аквариумисты принимали как должный факт из жизни морских аквариумов. Теперь, когда доступны многие способами его снижения, большинство аквариумистов могут (и, вероятно, должны) стремиться довести уровень нитратов до естественных уровней. Я держу их в норме, обычно пропалывая морские макроводоросли (Chaetomorpha sp. и гроздевую каулерпу) в рефугиуме, которые также оборудованы DSB.
Другие аквариумисты выбирают другие пути, которые лучше соответствуют их потребностям. Независимо от предпочитаемых вами методов, экспорт азота должен быть одним из рассматриваемых вопросов на стадии проектирования любого рифового аквариума.
Удачи Вам с рифовым аквариумом!
__________________
Если тебе плюют в спину, то ТЫ идешь вперед...
Doc-tor зараз поза форумом   Відповісти з цитуванням
Користувач подякував Doc-tor за цей допис:
Noe (21.02.2010)
Старий 20.03.2010, 19:31   #3
Doc-tor
Живу на форумі
 
Аватар для Doc-tor
Varpalota-Ungvar, Hungary
 

Реєстрація: 19.04.2009
Дописи: 2.977
Подякував(ла): 2.996
Подякували 11.283 разів в 2.411 дописах
Репутація: 6413

Акваріуміст року Активність Меценат Акваріуміст року 

Типово Re: Денитрификация и нитратные фильтры

Автор - Др. Дитер Брокманн

В первой части статьи (см. «Коралл» № 6, 2007) я подробно описал процесс снижения концентрации нитратов в аквариумной воде, называемый денитрификацией. Во второй части я представлю технические методы нейтрализации нитратов со всеми их преимуществами, недостатками и связанными с ними рисками.
В последние годы морские аквариумисты все чаще используют так называемые денитрифицирующие фильтры. Цель этих фильтров - превратить с помощью бактерий нитрат в азот и/или закись азота (веселящий газ), которые, испаряясь, покидают аквариумную систему (см. об этом Zumpft, 1997).
Принцип действия денитрифицирующего фильтра очень прост: внутри него устанавливается крайне бедная кислородом (анаэробная) среда, в которой живут специальные бактерии. Им как раз кислород необходим для собственного обмена веществ. И поскольку в анаэробной среде кислорода в растворенном виде нет, они заимствуют его из нитратов. Другими словами, денитрифицирующие бактерии перерабатывают нитраты в азот, а высвободившийся в ходе этого процесса кислород используют для собственного дыхания (см. уравнение реакции 1).

Уравнение реакции 1:

5С + 4N03 + 4Н+ *********8594; 5С02 + 2N2 + 2Н20

Эту реакцию могут проводить многочисленные виды бактерий, среди них Pseudomonas denitrificans, Pseudomonas aeruginosa, Paracoccus denitrificans или Bacillus licheniformis. Главное условие для работы такого фильтра слабый проток воды. В зависимости от величины, объема и типа фильтра проток воды может составлять от нескольких литров до 30 литров в час. Такая скорость необходима, чтобы гарантировать установление анаэробной среды, поскольку при сильном течении в него будет попадать много кислорода. В фильтре существует внутренняя циркуляция, способст-вующая равномерному распро-странению анаэробной среды. Большинство бактерий, участвующих в этом процессе, гетеротрофы. Это означает, что они потребляют органические питательные вещества в форме соединений углерода, химический знак С (см. уравнение реакции 1).
Раньше в денитрифицирующие фильтры утлероды регулярно добавляли в форме лактозы (молочный сахар). Сегодня в качестве корма все чаще используются так называемые Deniballs, шарики-наполнители для фильтра, состоящие из производного масляной кислоты. Одновременно они являются и местом для поселения бактерий, и источником углеродов. Если использовать «Deniballs» как субстрат, то тогда отпадает необходимость кормить бактерии лактозой. Нужно лишь периодически заменять наполнитель.

Водочный фильтр

Модификацией денитрифицирующего фильтра является так называемый водочный фильтр. Его единственное отличие в источнике питательных веществ для бактерий. Если в традиционных фильтрах это либо лактоза, либо «Deniballs», то в этом случае речь идет об алкоголе (этанол С2Н5ОН), который добавляется в фильтр виде водки. Этанол -это наиболее легко расщепляемое бактериями вещество. А, в остальном, здесь также работает принцип, заложенный в уравнении реакции 1.
Теоретически вместо водки можно использовать самый простой алкоголь - метанол. Однако, поскольку он ядовитый, от него лучше отказаться. Другая альтернатива - чистый этанол. В этом случае стоит быть так же внимательным: не покупайте денатурированный этанол. В денатурированном спирте содержатся токсичные субстанции, препятствующие его употреблению человеком. Такие вещества никоим образом не должны попасть в аквариум!
Правильная настройка водочного фильтра достаточно хлопотное дело. Sebralla (2000) рекомендует после заражения соответствующей культурой бактерий пропускать через каждый литр фильтрующего материала - в нашем случае это «Siporax» - 0,5 литра аквариумной воды в час. Начальная дозировка водки на объем фильтрующего материала до 6 литров должна составлять 1 миллиграмм. В дальнейшем, по мнению автора, нужно повышать дозу водки, распределив ее минимум на две порции в течение дня, чтобы отфильтрованная вода как можно дольше оставалась свободной от нитратов.

За счет деятельности бактерий в водочном фильтре концентрация нитратов в аквариумной воде будет медленно понижаться. Поэтому количество вливаемой водки тоже сократится. Следует регулярно тестировать воду на нитраты, чтобы определить минимальную дозировку водки, при которой поступающая из фильтра вода будет практически свободна от нитратов. В долгосрочной перспективе очень трудно обойтись без постоянных измерений концентрации нитратов, поскольку параметры воды меняются перманентно. Таким образом, дополнительная регулировка водочного фильтра станет неизбежной.
Использование водочного фильтра потребует от аквариумиста повышенного внимания. Так как на начальной фазе денитрифицирующие бактерии еще не начали нормально работать, на выходе в воде может наблюдаться небольшое повышение уровня нитрита. Здесь нужно следить за тем, чтобы в аквариуме не накопилось чрезмерное и опасное для рыб количество этого вредного соединения. Кроме того, водка не должна попасть непосредственно в аквариум, ибо это может привести к интенсивному размножению бактерий и, следовательно, к помутнению воды. К тому же бактериям понадобится много кислорода, что в случае с их огромной популяцией может вызвать его дефицит. Водочные фильтры требуют определенного ухода: регулярной замене подлежит часть субстрата (фильтрующего материала).

Серный нитратный фильтр

Следующий тип денитрифицирующих фильтров - серный. В нем находятся шарики серы (степень чистоты 99,9%), которые служат для бактерий и субстратом, и реагентом. В анаэоробных условиях (медленный проток воды через фильтр, в зависимости от производителя, даже по капле в минуту) в серном нитратном фильтре поселяются специальные серные бактерии, например, Thiobacillus clenitrificans или Thiomicrospira denitrificans. Они расщепляют нитраты до водорода и в то же время окисляют серу (химический знак S), превращая ее в сульфат (химический символ S042-; Darbi et al, 2002; см. уравнение реакции 2).

Уравнение реакции 2:

6N03-+ 5S + 2Н20 *********8594; 3N2 + 5S042- + 4Н+

В начале эксплуатации серного фильтра также может наблюдаться повышенный уровень нитрита на выходе. В этом случае необходимо понизить объем протока воды (помните, что присутствия нитрита в аквариуме следует избегать). Помимо этого, отфильтрованная вода очень кислая (образования серной кислоты), что хорошо видно в уравнении реакции 2 и фиксируется тестами. Для нейтрализации серной кислоты некоторые модели фильтров имеют еще один отсек, наполненный карбонатом кальция. С одной стороны, происходит нейтрализация серной кислоты, а, с другой, в аквариуме повышается содержание кальция, что, в принципе, для многих аквариумов желательно. В других моделях шарики серы смешиваются вместе с карбонатом кальция. Преимущество такой смеси в том, что кислая среда, развивающаяся в фильтре и тормозящая активность серных бактерий, нейтрализуется напрямую. Единственная мера по уходу за серными фильтрами, кроме регулярного контроля за нитритами и нитратами в отфильтрованной воде, это восполнение использованных шариков серы и гранулированного карбоната кальция. Регулярная подкормка бактерий молочным сахаром или алкоголем не нужна. Проблематичным мне кажется насыщение аквариумной воды ионами сульфата. Насколько пагубным для экологии аквариума может быть такое насыщение, или каким образом расщепляется сульфат, по моему мнению, еще детально не исследовано. Здесь мы должны подождать, что ответит на это наука.


При выверенном питании, а также правильном подборе рыб, нитраты в большинстве рифовых аквариумов не играют никакой роли. Особенно это касается аквариумов, декорированных «живыми» камнями, внутри которых происходит эффективная нейтрализация нитратов. Фото: D. Brockmann



Из-за своей чистоты водка как источник этанола для денитрифицирующего фильтра подходит лучше, чем другие спиртовые жидкости, содержащие сивушные масла, ароматизаторы и другие ферментированные вещества. Дорогую водку престижной марки (на фото) лично я бы не стал делить с бактериями. Фото: D. Кпор



Серный нитратный фильтр с упаковкой сменного наполнителя. В подобных фильтрах бактерии превращают нитраты в водород, однако, одновременно с этим образуется серная кислота. Ее можно нейтрализовать карбонатом кальция. Фото: D. Brockmann

Внесение водки

В последнее время популярным стал еще один способ нейтрализации фосфатов: добавление водки непосредственно в аквариум. Эта технология не имеет ничего общего с денитрификацией, то есть расщеплением нитратов для дыхания бактерий, а скорее ближе к ассимиляции и производству биомассы. Под ассимиляцией подразумевается усвоение нитратов и фосфатов, например, водорослями. Последние используют оба вещества для получения азота и фосфора, необходимых для собственного обмена веществ и, соответственно, жизнеобеспечения и роста. Из этого следует вывод, что усиленный рост водорослей влияет на понижение концентрации фосфатов и нитратов в аквариуме. Раньше этот эффект использовали в водорослевых фильтрах для редукции нитратов (Fossa & Nilsen, 2001). Подливая водку в аквариум, мы тем самым поддерживаем ассимиляцию, стимулируя, правда, не водоросли, а бактерии. Мы предоставляем им источник легко перерабатываемой пищи - этанол в водке. За счет наращивания биомассы уровень содержания фосфатов и нитратов в аквариумной воде снижается. Здесь я бы хотел еще раз подчеркнуть, что алкоголем, в отличие от денитрифицирующих фильтров, мы стимулируем преимущественно аэробных бактерий и только затем анаэробных бактерий, играющих менее важную роль.



Высокое содержание нитратов может вызвать интенсивное развитие водорослей, как, например, этих водорослей рода Ventricaria, расползающихся по стенкам аквариума. Фото: D. Кпор



Обильное кормление коралловых рыб - на фото королевский ангел (Pygoplites diacanthus) в аквариуме Эллен Талер - повышает концентрацию нитратов. Фото: D. Кпор

Дефицит кислорода

Увеличение числа бактерий после добавления водки можно заметить, к примеру, по помутнению воды или слизи, которая может образовываться в некоторых местах аквариума. Об одном из последствий я уже упоминал: при сильном росте бактериям требуется много кислорода. Поэтому при внесении водки в аквариум не допускайте, чтобы в нем возник дефицит кислорода.
Другой вывод также очевиден: количество различных видов бактерий, живущих в аквариуме, очень велико. Их состав варьируется от аквариума к аквариуму. Водкой мы стимулируем развитие всех бактерий. Таким образом, сохраняется риск того, что среди них находятся бактерии, выделяющие в воду определенные токсины. С помощью этой теории можно найти объяснение тому, почему в некоторых аквариумах, где применялся этот метод, наблюдались ухудшение их общего состояния и гибель рыб и беспозвоночных. Было бы очень интересно определить виды бактерий, популяции которых интенсивно возрастают за счет алкоголя. Эти опыты смогли бы способствовать решению проблем, связанных с применением водки в аквариуме.
Еще одна трудность этого метода была недавно описана Шлю-тером (Schliiter, 2004). Автор сообщает о происшествии, случившемся с одним аквариумистом, применявшим данную технологию. В своей «банке» он менял расположение декораций и, по-видимому, поранился об камни. На следующий день его пришлось доставить в больницу из - за тяжелого заражения крови. Шлютер интерпретирует это событие так: из-за водки в аквариуме началось резкое увеличение бактерий, в том числе и опасных для человека патогенов рода Pseudomonas. Они-то, видимо, и вызвали заражение крови. Другими словами, будьте бдительны, используя водочный метод.
Правильная дозировка водки достаточно трудное дело. Mrutzek & Kokott (2006) рекомендуют добавлять в течение первых трех дней 0, 1 мг водки на 100 литров воды. В течение 4-6 дня следует увеличить дозировку до 0,2 мг/л. В дни с 7 по 10, 11 по 14 и 15 по 21 увеличить количество водки в каждый из этих мини-периодов на 0,5 мл/л. Приведенные в этих советах значения, по моему мнению, могут быть только ориентировочными величинами. Главный критерий дозировки - уровень нитратов в воде. Если нитраты снижаются, уменьшается и объем добавляемой водки. Помочь определить их концентрацию могут только регулярно проводимые тесты. Но и в этом случае нужно помнить, что главная цель - вливать в аквариум как можно меньше алкоголя.

Заключительные соображения

Нитраты, являясь питанием для водорослей, в аквариуме с беспозвоночными могут вызвать серьезные проблемы. Если дело дошло до неконтролируемого роста водорослей, их агрессивные виды могут вытеснить беспозвоночных и даже убить их. Поэтому в рифовых аквариумах с жесткими кораллами, корковыми анемонами и горгониями концентрация нитратов не должна превышать 10-15 мг/л. Чтобы держать нитраты в этом коридоре, существует много методов: эффективное пеноотделение, регулярные частичные подмены воды, помещение в аквариум «живых» камней наивысшего качества и, конечно, подходящий подбор рыб. Если эти меры не помогают, можно использовать денитрифицирующий фильтр или прямое добавление в аквариумную воду алкоголя. Другой альтернативой могло бы быть применение технологии «глубокого» песка или системы Жобера. Использование технических методов фильтрации требует больших финансовых затрат и связано с определенными рисками, например, ущербом, возникающим вследствие чрезмерной дозировки алкоголя.

Литература:
Brockmann, D. (2000): Fische und Korallen im Meer und im Aquarium. -Birgit Schmettkamp Verlag, Bornheim. Darbi, A., T. Viraraghavan, R. Butler & D. Corkal (2002): Batch studies on nitrate removal from potable water. - Water Sa. 28:319-322.
Fossa, S. A. & A. J. Nilsen (2001): Korallenriff-Aquarium, Bd. 1. - Birgit Schmettkamp Verlag, Bornheim. Mrutzek, M. & J. Kokott (2006): Ethanol-dosierung im Aquarium. Teil 2: Erfahrungen und neue Erkenntnisse. - www.meeresaquaristik.de/html/body_vodka2.html (Stand: Dezember 2006).
Schliiter, M. (2004): Was bewirkt die Ethanoldosierung direkt im Korallenriffaquarium? - Der Meerwasseraquarianer. 3: 22-27. Sebralla; L. (2000): Wodkafilter. - Aquaristik Fachmagazin. 152: 44-51. Spotte, S. (1979): Seawater Aquariums - The Captive Environment. - John Wiley & Sons, New York.
Tait, R. V. (1971): Meeresokologie. -Georg Thieme Verlag, Stuttgart. Zumft, W. G. (1997): Cell biology and Molecular Basis of Denitrification. - Microbiol. Mol. Biol. Rev. 61: 533-616.
__________________
Если тебе плюют в спину, то ТЫ идешь вперед...
Doc-tor зараз поза форумом   Відповісти з цитуванням
Відповідь

Закладки


Тут присутні: 1 (учасників - 0 , гостей - 1)
 
Параметри теми

Ваші права у розділі
Ви не можете створювати теми
Ви не можете писати дописи
Ви не можете долучати файли
Ви не можете редагувати дописи

BB-код є Увімк.
Усмішки Увімк.
[IMG] код Увімк.
HTML код Вимк.

Швидкий перехід

Схожі теми
Тема Автор Розділ Відповідей Останній допис
Скидки на канистровые фильтры Tetratec и Fluval FX5! Arowana Інтернет-магазин "Арована"- приємні ціни, правильне рішення 0 06.09.2009 18:58


Часовий пояс GMT +3. Поточний час: 13:53.


All rights reserved