Расчет биофильтра.
Отправной точкой для расчета биофильтра, является условие полного разложения аммония (аммиака), то есть по сути - обеспечение колонии нитрифицирующих бактерий следующими условиями:
1. Площадью для «проживания»;
2. Достаточным питанием;
3. Приемлемостью и неизменностью условий жизнедеятельности (т.к. к расчету биофильтра это не имеет прямого отношения, то эта тема будет рассмотрена в вопросе о влиянии внешних факторов на биофильтрацию).Рассмотрим все это на примере самого распространенного биофильтра для 200 литрового аквариума – внешнего фильтра, канистрового типа. Все рекомендации приводятся для средней зарыбленности аквариума.
I. «Жилплощадь» для бактерий.
Местом обитания бактерий является находящийся внутри фильтра субстрат. В литературе встречаются различные рекомендации, зачастую взаимоисключающие. (Некоторые приведены в вопросе о выборе биофильтра). Например, что объем субстрата должен быть до 10% объема аквариума и иметь площадь поверхности 3м2/л воды аквариума. То, есть получаем фильтр объемом 20 л и с площадью субстрата 600 м2. Но при использовании Ehfisubstrat мы получим в 20л не 600, а 9000 м2/л. А вот с керамическими кольцами для получения 600м2 нужен фильтр объемом не 20л, а около 700л. Так что же тут не так? Попробую высказать свои умозаключения по данному вопросу.
Для начала рассмотрим виды субстратов используемых в биофильтрах.
1. Непористые субстраты. Гравий, керамические трубки, пластмассовые биошары, ежи и т.д. Эти субстраты имеют площадь поверхности от 0,1 до 2,0 м2/л объема субстрата. И вот именно для этих субстратов используется рекомендация, что объем субстрата должен составлять от 2 до 10% аквариума.
Субстрат
Площадь поверхности, м2/л.
Площадь субстрата в 20л. фильтре, м2.
Гравий диаметром 5 мм.
0,7
14
Гравий диаметром 10 мм.
0,4
8
Пластиковые ежи диаметром 40 мм.
0,3
6
Пластиковые ежи диаметром 56 мм.
0,2
4
Биошары
0,3
6
Керамические кольца диаметром 5 мм.
1,0
20
Керамические кольца диаметром 8 мм.
0,55
11
Керамические кольца диаметром 10 мм.
0,45
9
Керамические кольца диаметром 15 мм.
0,3
6
Эта методика применяется в промышленных биофильтрах для рыборазводен и общественных аквариумов, где в основном и применяются данные субстраты. Самодельные биофильтры 70-х, 80-х годов которые мне приходилось видеть, тоже вполне вписываются в данные критерии.
2. Высокопористые субстраты. Аквариумные субстраты из вспененной керамики, стекла и т.д. имеющие площадь поверхности от 100 до 1200 и более м2/л. объема субстрата. И для этих субстратов рекомендуют площадь поверхности около 3м2 поверхности субстрата на литр воды аквариума.
Субстрат
Площадь поверхности, м2/л.
Объем субстрата для 200л. аквариума.
A.M. Zeramix
1250
0,5л.
Ehfisubstrat
450
1,5л.
Sera Siporax
270
2л.
Сравните объемы камер для биосубстрата выпускаемых аквариумных фильтров, учитывая площадь поверхности, используемого в них субстрата и поймете, почему у разных производителей разные объемы биофильтров. (Справедливости ради скажу, что дело не только в этом, но об этом немного позже).
Тут стоит отметить, что площади поверхности высокопористых и непористых субстратов – параметр несопоставимый. Есть маленькие тонкости, о которых почти все знают, но не придают им должного значения (и об этом редко пишут, за исключением литературы по промышленным фильтрам и редким аквариумным источникам, например книги Мартина Сандера «Техническое оснащение аквариума»). Ведь становление биофильтра длится около 2-х месяцев, а производители высокопористых субстратов рекомендуют менять свои субстраты через 5-6 месяцев использования. Дело тут в том, что поры данных субстратов очень малы и за это время они «заиливаются» и мало того, что высокопористый субстрат по площади поверхности становится точно таким же как непористый субстрат такой же формы, но и в заиленных порах начинаются неконтролируемые анаэробные процессы. То есть получаем, что данные субстраты дают максимальную эффективность всего 1-2 месяца (то есть 3-ий и 4-ый месяц эксплуатации) и то с эффективностью не более 30-40% от своей площади (правда и это очень высокий показатель, по сравнению с непористыми субстратами). Причем, чем больше пористость, тем быстрее протекают процессы заиливания. Затем полезная площадь резко снижается (все видели, как выглядит биосубстрат после нескольких месяцев эксплуатации – он весь покрыт плотной бактериальной пленкой). Вот поэтому и идут советы, основанные не на теории, а на опыте аквариумистов по увеличению объема биосубстрата, за счет уменьшения субстратов префильтрации и тонкой очистки. Нужно же как-то восполнять потери при ограниченном объеме биофильтра. И вот здесь стоит присмотреться к третьей группе субстратов.
3. Субстраты средней пористости. Это коралловая крошка, лава, некоторые виды цеолита (не фирменного конечно), обломки абразивных кругов для обработки металла и т.д. Они имеют площадь поверхности от 10 до 100 м2/л. Это нечто средне между первой и второй группой субстратов. В отличие от первых они не вечные (то есть не восстанавливаются простой промывкой в воде), но все-таки многократно восстанавливаемые (какие солью, какие кислотой, какие в микроволновой печи и т.д.). И в отличие от вторых, их «заиливание» происходит значительно дольше. Примерно до года и более. По крайней мере, мой опыт и опыт многих коллег показывает, что при удвоенном объеме данного субстрата, от рекомендованного для высокопористых субстратов – эффект будет примерно одинаковый. А это количество вполне укладывается в полный внутренний объем большинства аквариумных биофильтров. Если исключить или сократить объем субстратов префильтрации и тонкой очистки. То есть, получаем то, что, многие делают и с высокопористыми субстратами.
Резюме:
Чем менее пористый у вас субстрат, тем больше должен быть его объем, но тем больше будет срок его службы до полной замены. Какой субстрат выбрать? Малое количество высокопористого с периодической его заменой, или большее количество (а следовательно и больший объем фильтра) практически вечного непористого субстрата – решать вам. И вообще – фирма Eheim утверждает, что при средней заселенности аквариума, ее фильтры справятся с биофильтрацией только при использовании штатной губки. Не врет, проверено – справляется.II. Условия питания.
Для обеспечения нормальных условий жизнедеятельности бактерий требуется обеспечить еще несколько условий:
1. Насыщенность воды кислородом, обеспечивающую потребность бактерий. Для окисления 1мг аммония бактериям Nitrobacter требуется 2,6 мг кислорода, а для окисления 1мг нитрита бактериям Nitrosomonas 0,35 мг. Кислорода. Не буду приводить утомительных расчетов, просто скажу, что при нормальной концентрации кислорода в воде, необходимая колония бактерий будет работать на 60-80% своих возможностей. Если нужна более эффективная переработка, то применяют систему «влажной» (или «полусухой») фильтрации или применяют принцип осушения субстрата, как в фильтрах Eheim wet-dry, или иные варианты. Но эти методы бывают необходимы только при большой заселенности аквариума, содержании очень капризных видов рыб и несоблюдении вышеуказанных рекомендаций.
2. Величина проходного сечения субстрата (свободный объем). Этот параметр важен для предотвращения заиливания субстрата и снижения необоснованной потери напора помпы. Она должна быть около 50 – 70%. Причем при укладке субстрата в фильтр, нужно обеспечить равномерное распределение водного потока внутри фильтра (то есть не нужно укладывать кольца ровными рядами друг на друга) и обеспечить отсутствие застойных зон (не нужно утрамбовывать субстрат или использовать субстрат разной формы и размера). Кроме того, размер гранул биосубстрата, не должен быть менее 5-10 мм.
В таблице приведен процент проходного сечения субстратов различной формы.
