Биофильтрация в аквариуме с точки зрения специалиста по очистительным сооружениям (страница 13)

Посмотрел на ютубе ролик «Внешние фильтры: МИФЫ, ликбез и заблуждения. Какой наполнитель выбрать». Хронометраж более 2 часов.

Автор ролика сообщает (то есть не автор темы), что у него хоть и нет большого опыта аквариумиста, но он «имеет отношение к очистке сточных вод», «которые являются родственной отраслью к аквариумным биофильтрам». Так же он ссылается на книгу С.В. Яковлев, Ю.В. Воронов «Биологические фильтры », из которой он приводит результаты нескольких экспериментов.
Два с половиной года назад я выкладывал тему « Какой наполнитель лучше для аквариумного фильтра? Теория и неожиданные факты », в которой также рассмотрел биофильтрацию с точки промышленного рыбоводства. Тема не «зашла» — была затроллена.
По опыту прошлой темы сразу сообщу, автор видео не рассматривает цихлидники, аквариумы с крупными рыбами, аквариумы без грунта и без растений. Как известно в интернет-форумах очень популярны обесценивающие высказывания: «это давно известно», «это не так, но как «так», мне лень писать», «надергано», «компиляция». Прошу, если хотите, что-то сказать, говорите по теме.
Я отметил информацию, мне кажется будет полезной, тем кто интересуется биофильтрацией в аквариуме.
1) В промышленной биофильтрации никто не рассматривается отдельных бактерий. А утверждается, что биофильтрация осуществляется биопленкой -конгломератом бактерий и микроорганизмов, которые осуществляют множество биологических, химических и прочих реакций, в том числе нитрификацию и окисление органики. В биопленке бактерии работают эффективнее. Почему обратил внимание на биопленку: в аквариумистке все спорят, могут ли нитрифицирующие бактерии разместиться внутри высокопористые наполнителей, или размер пор слишком мал. Биопленка покрывает только внешние поверхности наполнителей.
2) Толщина биопленки 0,35 мм. У нее два слоя внешний аэробный и внутренний анаэробный. То есть если шарик «высокопористых наполнилей» покрыт биопленкой, внутренние поры не используются.
3) Биопленка обладает отрицательным зарядом, в растворенные вещества в воде положительный заряд. Поэтому растворенные вещества притягиваются к пленке.
4) Постепенно биопленка «омертвляется» и ее смывает поток.
5) В промышленной биофильтрации важнейшим является удалении органики из воды. Нитрификация не отделяется от этой задачи.
6) Для роста биопленки требуется кислород, фосфор, углерод, азот, водород и микроэлементы. Особенно это важно на начальной стадии запуска биофильтрации в аквариуме.
7) Самым эффективным биофильтром является «Высоконагружаемые биологические фильтры»/Moving Bed Bio-Reactor MBBR, то что в аквариумисте называется фильтры «кипящего слоя».
8) Высота бионагрузки в промышленных установках 1-6 метров. В 1950-х годах в биофильтрах использовали щебень/шифер. Сейчас используют объемные загрузочные блоки. В промышленных установках наилучшую эффективность показали «мягкие» загрузки – сетки, синтетические ткани, пластиковые пленки. Например пластиковые ленты с расстоянием между лентами в 20мм.
9) Чтобы «удалить азот из аквариуму нужно в 20 раз больше органики».
10) Биофильтрационная способность фильтров определяется площадью поверхности занятой биопленкой и количеством свободного кислорода в воде. Гидравлическая производительная фильтра важна только с точки зрения доставки кислорода к бипленке. Кислорода для окисления органики биполенке нужна небольшая часть. Большой поток нужен чтобы донести основной объем кислорода, питательных веществ, углекислоты до других потребителей в аквариуме – растения, рыбы.
11) Автор утверждает, что для фильтра в аквариуме «достаточно производительности в 4-10 объемов», называя такое соотношение «классическим». С моей точки зрения это самое спорное утверждение. Классической производительностью считалось 3-х кратная производительность, так как она обеспечивает прохождение за час 99% воды через фильтр. Такие исследования проводили в 1960-х годах. 4-6-10 кратная производительность появилась в более поздний период в густых травниках, где нужный сильный поток чтобы «пробить» всю длину аквариума.
12) Эффективность биопленке циклична. На начальной стадии биопленка резко растет для окисления органики, нитрификация начинается на третьем этапе. На пятом этапе накапливается загрязнения биопленки. Нитрификация на максимуме, а окисление органики падает и вода загрязняется в том числе и продуктами распада биопленки. Далее мои мысли. Собственно говоря, для этого и нужно в аквариуме промывать фильтры, в том числе внешние. Коричневая грязь в фильтра – отмершая биопленка. Многие жалуются, что фильтр не работает, что мол не видно грязи. На самом деле, если нет грязи, то это означает, что фильтр справляется с задачей вымывать отмершую биопленку из корпуса. Также это означает, что внешник действительно нужно промывать достаточно регулярно (раз в 1-3 месяца, как рекомендуют производители).
13) Микропоры высокопористых наполнителей (сикем матрикс, пеностекло, эхайм субстрат) быстро забиваются биопленкой и не работают.
14) Исследования показали, что увеличение скорости потока приводит к уменьшению массы биопленки. Наибольшая масса биопленки была при скорости потока 10000 литров/сутки — 153 г/м2, при 4000 литров/сутки — 48 г/м2, при 16000 литров/сутки -80 г/м2. Объем фильтра 7000 литров, объем загрузки 1760 литров (площадь не указана, но указана «удельная площадь» 40 квадратных метров на метр кубический). То есть переводя на аквариумный язык, максимальная эффективность была на 416 литров/час (или 0,23 литра воды в час на литр бионаполнителя).
15) Срок наращивания биопленки на пластмассовых (поливинилхлорид, полиэтилен) и металлических (алюминий) наполнителях 3-4 недели. На тканевых (нейлон, капрон), керамических (кольца Рашинга), асбестоцементных, пленочных (гофрированная перфорированная поливинилхроридная пленка) биопленка наращивается за 2-3 недели.
16) Лава и керамзит показывают одинаковую эффективность.
17) Мелкопористый поролон эффективнее лавы.
18) Лава стабилизирует PH. Но теряет буферную способность за год.
19) Площадь поверхности губок 10 PPI -899 м2/м3, 20 PPI -1266 м2/м3, 30 PPI -1447 м2/м3, 45 PPI -1600 м2/м3
20) По подсчетам автора видео «реальная площадь» площадь поверхности лавы/пеностекла 190 м2/м3, сикем матрикс 280 м2/м3, коктейльные трубочки — 628 м2/м3, керамические кольца 190м2/мз, российская загрузка К1 330 м2/м3, мочалка 330 м2/м3.
21) 1 грамм аммиака конвертируется в 3,3 грамма нитрита, который преращается в 4,4 гр нитрата. На эту конвертацию тратятся 4,5 грамма кислорода и 7,5 грамм солей кальция.
22) 50 грамм протеина в корме конвертируются в 8 грамм аммиака. Для нейтрализации 1 грамма аммиака требуется 1 м2 биопленки.
23) Площадь аэробного слоя грунта в аквариумах теоретически достаточна для биофильтрации без фильтра. Используется пример с 30 вишневыми барбусами в 37-литровом аквариуме.

ВНИМАНИЕ. Ролик на ютубе, и то, как тезисы автора ролика были представлены мной на форуме, вызвали бурное обсуждение. АВТОР РОЛИКА прокомментировал претензии и ответил на вопросы Биофильтрация в аквариуме с точки зрения специалиста по очистительным сооружениям

Изменено 23.2.24 автор Alex2804


Изменено 27.2.24 автор Alex2804

Изменено 28.2.24 автор Alex2804

Изменено 29.2.24 автор Alex2804

dravor

Схематично работу биофильтра можно представить в виде уравнения:

Органика + кислород = CO2 + тепло + наросшая биопленка

В очистных сооружениях примерно 50% органики, растворенной в воде, превращается в углекислый газ, а 50% идет на рост биопленки. В аквариуме пропорции, наверное, другие чуть-чуть, так как корм сначала съедают рыбы, затем их какахи съедают улитки и т.д. по цепочкам питания.

Но не важно.

В левой части уравнения мы имеем концентрацию кислорода, которую не можем превысить выше фиксированной величины при данной температуре воды.

Соответственно, чтобы «подстегнуть фильтр» нельзя превышать концентрацию органики, которую способно окислить имеющееся количество кислорода.

Предположим, мы окисляем органику не кислородом, а перекисью. Если перекиси вольем 1 мл при требуемом количестве 2 мл, то окислится не весь объем органики.

Sergey PAT_A

dravor

Схематично работу биофильтра можно представить в виде уравнения:

Органика + кислород = CO2 + тепло + наросшая биопленка

В очистных сооружениях примерно 50% органики, растворенной в воде, превращается в углекислый газ, а 50% идет на рост биопленки. В аквариуме пропорции, наверное, другие чуть-чуть, так как корм сначала съедают рыбы, затем их какахи съедают улитки и т.д. по цепочкам питания.

Но не важно.

В левой части уравнения мы имеем концентрацию кислорода, которую не можем превысить выше фиксированной величины при данной температуре воды.

Соответственно, чтобы «подстегнуть фильтр» нельзя превышать концентрацию органики, которую способно окислить имеющееся количество кислорода.

Предположим, мы окисляем органику не кислородом, а перекисью. Если перекиси вольем 1 мл при требуемом количестве 2 мл, то окислится не весь объем органики.

Вспоминается фраза, что при гниении выделяется столько же углерода, сколько и при горении.

Олег Халиков

Боюсь, сейчас ляпну что-нибудь не то и получу по шапке. Так как тут нужно знать детально химию.

При горении (окислении) выделяется CO2, H2O, азот и прочее.

При гниении (аммонификации) конечным продуктом аэробного разложения являются CO2, H2O, NH3, сульфаты. При анаэробном разложении белков образуются CO2, H2O, H2 S, жирные кислоты, меркаптаны, индол.

При гниении углеводы разлагаются до CO2 и H2O. Азотистые основания разлагаются до мочевины и аминокислоты, а дальше до аммиака и органических кислот. Мочевина разлагается уреазой микроорганизмов до (NH4)2СО3. Это соединенинение неустойчиво и разлагается до аммиака, углекислого газа и воды.

Нуклеиновые кислоты разлагаются дезоксирибонуклеазой и рибонуклеазой. Под действием нуклеозидаз они разлагаются до остатка фосфорной кислоты, углеводов, пуриновых и пиримидиновых оснований.

Sergey PAT_A
Если перекиси вольем 1 мл при требуемом количестве 2 мл, то окислится не весь объем органики.

Но ведь не мгновенно же? Получается, что нужно знать с какой скоростью какой объем подавать на известный литраж. Тут даже не поможет метод "льём 4мл чтоб точно хватило" ))

Олег Халиков
Вспоминается фраза, что при гниении выделяется столько же углерода, сколько и при горении.

Да, примерно так. Вот только спичка сгорает меньше чем за полминуты, а перегнивать она будет от двух недель и до нескольких месяцев в зависимости от условий. А может и вовсе не гнить, лежать себе в сухом коробке годами.

Sergey PAT_A
Соответственно, чтобы «подстегнуть фильтр» нельзя превышать концентрацию органики, которую способно окислить имеющееся количество кислорода.

Вы бы повнимательнее с терминами. В 100 грамовой рюмке и 200 литровой бочке с водой может быть одинаковая концентрация кислорода. А вот его количество будет очень разным. Объем воды в фильтре у нас формально бесконечен. Поступление свежей непрерывно. Вот в каком количестве? А концентрацию органики вы к каких единицах собираетесь измерять? В гаммах на литр, или? С точки зрения максимально быстрого окисления концентрацию кислорода в воде фильтра в желательно поддерживать максимально возможной. А количество прокачиваемой воды т.е. подаваемого кислорода должно превышать потребность собираемой в фильтре органики. Это два разных непрерывных процесса. Поступающие в фильтр с водой кислород и органика. И если органики в поступающей воде будет более, чем кислорода необходимого для её окисления то тогда наши фильтры не смогут справляться в принципе, кроме сампов с принудительной аэрацией. К счастью для нас в такой воде рыба жить не может, поэтому в норме кислорода в воде аквы больше, чем требуется поступающей органике. А вот как быстро она будет «гореть» в фильтре и сможет ли фильтр «сжигать» её быстрее, чем накапливаются новые порции, или как часто его придется чистить, это наша вечная, холиварная тема.

Дамир, что-то я не могу уловить разницу между моими и Вашими словами.

Дамир184
И если органики в поступающей воде будет более, чем кислорода необходимого для её окисления то тогда наши фильтры не смогут справляться в принципе, кроме сампов с принудительной аэрацией.

Sergey PAT_A
нельзя превышать концентрацию органики, которую способно окислить имеющееся количество кислорода.

+++++

Думаю, что в такой ситуации весь кислород потратится на окисление и, если будет продолжаться довольно долго, аэробные бактерии сдохнут, рыбки тоже сдохнут.

Вообще кислорода должно быть сильно с запасом, чтобы обеспечить полное окисление (сгорание, гниение) всей органики.

Только в аквариумных условиях добиться полного разложения за один проход воды через фильтр - невозможно, объёмы и скорости не те.

А на следующем цикле в воду вновь добавится порция "лёгкой" органики, которая будет съедена в первую очередь.

Бактерии же не дураки жрать лигнин, если есть вкусные простые углеводы