Главная » 2013 Апрель 20 » Суперэффективные, но малоизвестные биофильтры. Самодельщикам на заметку
14:57 Суперэффективные, но малоизвестные биофильтры. Самодельщикам на заметку | |
Наверное, как и многих аквариумистов, меня давно интересует вопрос как понижения уровня загрязнений аквариумной воды вообще, так и понижения концентрации нитратов в частности. Если с первой частью все понятно и просто - в продаже существует масса различных аквариумных фильтров, выпускаемых промышленным способом, то со второй частью вопроса все не так просто. Анаэробные денитраторы сложны и капризны, очень долго запускаются, малопроизводительны, требуют подкормки и вообще весь процесс их использования больше напоминает танцы с бубном и, как мне показалось, служит по большей части для удовлетворения внутреннего эго и потребностей в техническом творчестве их обладателей. По крайней мере, такое впечатление у меня сложилось после прочтения массы как отечественных, так и зарубежных материалов по поводу использования анаэробных денитраторов. Фитофильтры хороши, но тоже имеют свои недостатки: не везде их можно установить, растениям требуется подсветка, т.е. это дополнительные расходы энергии, следовательно, и денег, они могут объесть растения внутри аквариума. А также, как пишут биологи, выделяют в воду токсины и дополнительную органику для подкормки симбиотических микроорганизмов живущих в биопленке на корнях, в объеме до 30% от объема веществ, произведенных при фотосинтезе. Так есть ли способ добиться желаемого - идеальной чистоты воды с редкими подменами? Оказывается, есть и даже не один! За этим опытом я обратился в смежные с аквариумистикой области интересов - к любителям разводить прудовую рыбу, в частности карпов кои, а также к промышленному разведению рыбы в установках замкнутого водоснабжения (УЗВ), где частые и обильные подмены воды экономически очень невыгодны, но рыба, тем не менее, должна содержаться в чистой воде.
Первый проект основан на одной малоизвестной (или тщательно скрываемой производителями фильтров?) подробности из жизни нитрифицирующих бактерий. Что мы знаем про азотный цикл? Мы знаем то, что пишут в неисчислимом количестве книг, брошюр, статей, форумов и т.д. по аквариумистике - аммиак/аммоний окисляется до нитрита, а нитрит, в свою очередь, до конечного продукта нитрификации - нитрата. В специализированной литературе по УЗВ можно найти дополнительные подробности этого процесса, в частности, сколько при этом расходуется кислорода, а также то, что при этом расходуется еще и щелочность - то, что мы измеряем в наших аквариумах как карбонатную жесткость (KH). Но и это оказывается не все! Что же еще мы не знаем? Давайте сначала задумаемся над вопросом, а производят ли нитрифицирующие бактерии напрямую нитрит (NO2) и затем нитрат (NO3), как нам говорится во множестве источников? Некоторым исследователям в голову пришел тот же самый вопрос и они обнаружили, что оказывается эти бактерии на самом деле выделяют вовсе не нитрит и затем нитрат, а выделяют газы, в основном, NO и N2O, хорошо растворимые в воде и в ней же образующие нитрит и нитрат в результате ряда химических реакций. Отсюда следует простое предположение, что если удалить эти газы до их растворения в воде, то мы сможем добиться биофильтрации БЕЗ образования нитратов на выходе. На этом принципе работают фильтры-дегазаторы, в частности фильтры типа Trickle Tower (TT) с небольшой модификацией, заключающейся в том, что субстрат в таких фильтрах имеет постоянный контакт с атмосферой. Корпус такого фильтра сообщается с окружающим воздухом не через отверстие сверху, как обычно, а через отверстия в боковых стенках колонны с субстратом, что дает более тяжелым, чем воздух, газам свободно выходить за пределы фильтра и улетучиваться в атмосферу. Другой особенностью TT-фильтров вообще является то, что субстрат с биопленкой, содержащей нитрифицирующие бактерии, в них лишь омывается тончайшей пленкой медленно текущей воды, что дает газам возможность свободно выделяться в воздух.
Вот, что пишет Doc Conrad с форума любителей кои про TT-фильтры с такой модификацией, обосновывая необходимость боковых отверстий в корпусе обычного TT-фильтра:
"the "normal" desciption of the nitrification process is in gross error. The end result products of nitrification, and denitrification, by biofiltration are nitrous oxide, N2O, and nitric oxide, NO. Mostly and usually the end product is nitrous oxide. Nitrous oxide is actually 50% heavier than air, so does not tend to rise in an air column, you are simply mistaken about that. So to get it out of a trickle tower, you must either have open sides of the tower, or have good air exchange of the trickle tower with the surrounding air.
Both nitric oxide and nitrous oxide can dissolve in the water to react and make more nitrates and nitrites, if they are not degassed soon after they are produced in biofilms. That is the entire principle of trickle tower filters, namely better degassing to remove these end products of biofiltration before they dissolve in the water to make more nitrites and nitrates.
You probably won't believe me, but I have read approximately 1250 published papers on the biofiltration process in the scientific literature. They sometimes openly laugh in the papers about the drivel written in books and on the internet about biofiltration. It can be a deep subject when studied for a while.
The main point is that I always advise folks with solid wall trickle towers never to use distribution plates, to use spray bars instead. Because with a distribution plate, and a solid wall, the nitrous oxide and nitric oxide can't get out, and the filter is no better than submerged media, where the nitrogen goes around and around in a big cycle, sometimes getting out a bit in waterfalls where it degasses a bit.
I hope this helps some with your misconceptions. I do not expect your wierd weed to disappear with your TT construction, but hope you prove me wrong.
Roddy Conrad
Charleston, WV
"Have a pleasant day"
Вот мой перевод сказанного выше: "Обычное описание процесса нитрификации - грубая ошибка. Конечным продуктом нитрификации, а также денитрификации, в процессе биофильтрации являются закись азота (N2O), а также оксид азота (NO). Обычно в большинстве случаев конечным продуктом является закись азота. Закись азота фактически на 50% тяжелее воздуха, так что не имеет тенденции подниматься вверх в столбе воздуха, вы просто ошибаетесь в этом. Таким образом, для того, чтобы вывести ее из колонны фильтра, вы должны либо иметь открытые стороны колонны, либо иметь хороший воздушный обмен между колонной фильтра с окружающим воздухом.
Оксид азота и закись азота могут растворяться в воде, где они прореагируют и образуют больше нитратов и нитритов, если они не будут выведены вскоре после того, как они образовались в биопленке. Это является основным принципом фильтров типа Trickle Tower, а именно - дегазация для удаления данных конечных продуктов биофильтрации до того, как они растворятся в воде, образуя при этом больше нитритов и нитратов.
Вы, вероятно, не поверите мне, но я прочел приблизительно 1250 опубликованных в научной литературе работ по процессу биофильтрации. Иногда они открыто смеются в этих работах над той чушью, которая написана в книгах и в Интернете о биофильтрации. Эта тема может стать глубокой, если она изучается в течение некоторого времени." Далее он пишет о своих рекомендациях тем людям, у которых стенки колонки TT-фильтра не имеют отверстий и пишет лично тому, с кем общается, что не имеет особого значения с точки зрения описываемой мной конструкции фильтра.
Итак, теперь ближе к самой конструкции. Вот ее схема:
Нумерация на схеме может вызывать вопросы, но она выбрана таким образом, чтобы совпадать с нумерацией на схеме второй разновидности фильтра, которую я опишу далее. Вода из емкости с рыбой (2) подается по трубе (4) с помощью помпы (5) в колонну фильтра через дождевальную насадку (6), орошающую субстрат (7). В стенах колонны фильтра сделаны отверстия (1) для лучшей вентиляции субстрата (7). Пройдя через субстрат, вода самотеком сливается через трубу (3) в емкость с рыбой (2).
При конструировании TT-фильтра нужно учитывать несколько вещей: высота колонны с субстратом должна быть раз в 5-10 больше ее ширины, скорость тока воды должна быть достаточно низкой, субстрат должен хорошо вентилироваться и омываться водой. В качестве субстрата лучше всего использовать пластиковые биошары.
Вот пример прудового TT-фильтра с открытыми стенами:
Основные достоинства данной конструкции фильтра: эффективная биофильтрация практически без образования нитратов на выходе, эффективная аэрация воды, повышение ее редокс-потенциала.
Данная конструкция не лишена и недостатков: она производит дегазацию воды, выводя, в том числе, и CO2, т.е. в травниках не рекомендуется, в т.ч. и потому, что будет объедать растения по азоту. Она довольно высока, т.е. в тумбу под аквариумом не поместится определенно, открытые стены колонны с субстратом вынуждают нас помещать ее в другую более низкую емкость, предотвращающую утечку воды. Наиболее целесообразно, с моей точки зрения, поместить колонну такого фильтра в самп.
Второй фильтр, который мне бы хотелось описать, является логическим продолжением первого. Норвежский любитель содержать кои в прудах по имени Steinar Joneid мастерил закрытый TT-фильтр для своего пруда. Так получилось, что длина сливной трубы (номер 3 на схеме ниже) у него была недостаточна для слива воды в пруд и под рукой не оказалось ничего другого, как Y-образного соединителя такого же диаметра, который он и приспособил для удлинения трубы, повернув примыкающий рукав назад, против тока воды, и развернув его вверх. Каково же было его удивление, когда из этого рукава полезла грязная пена - так родился первый на самом деле эффективный пресноводный протеиновый скиммер. Вот его схема:
Вода из емкости с рыбой (2) подается по трубе (4) с помощью помпы (5) через патрубок (6) в колонну фильтра (1), где омывает субстрат (7). Лишние газы выводятся через опциональное отверстие (8). Затем вода через выходит из колонны через строго горизонтальную сливную трубу (3) с подключенным Y-образным соединителем (90), боковой патрубок которого (9) направлен назад и под углом 45 градусов вверх относительно тока воды в трубе. На конец сливной трубы надевается уголок (30) таким образом, что он поддерживает уровень воды (32) в сливной трубе не опускающимся ниже уровня соединения патрубка (9) с горизонтальным участком (90) сливной трубы. Вода по сливной трубе должна протекать с высокой скоростью и за счет турбулентности на поверхности воды на стыке участков (9) и (90) образуется пена, содержащая органические загрязнители. Стейнар особо подчеркивает, что воздух в колонну фильтра попадать из атмосферы не должен, вода через субстрат должна протекать с высокой скоростью, где и происходит, по всей видимости, начальное образование пузырьков газа. На свое изобретение Стейнар получил американский патент № 7264714. Сейчас он торгует своими нехитрыми, но такими эффективными фильтрами под маркой Clarity.
К несомненным достоинствам данного фильтра относится то, что органические загрязнители из него удаляются до этапа минерализации, что позволяет снижать не только конечное содержание нитратов, но и содержание фосфатов в воде. Скиммер - он, как говорится, и в Африке скиммер. Только вот пресноводных до сих пор не было придумано, а он сумел. Недостатки, в основном, такие же, как и у предыдущей модели, только наверное дегазация ниже, но зато добавилось патентное ограничение. Но нам же оно нипочем, правда, мы же не собираемся делать такие фильтры поточным методом, чтобы потом продавать их в Америке? 
автор ooptimum
| |
|
| |
| Всего комментариев: 0 | |