Какой наполнитель лучше для аквариумного фильтра? Теория и неожиданные факты (страница 3)

Какой наполнитель лучше для аквариумного фильтра? Теория и неожиданные факты
Преамбула
Для чего эта работа написана? Для того чтобы начинающий аквариумист получил обзор состояния текущих знаний о фильтрации в аквариуме и для обсуждения опытными аквариумистами и экспертами в области фильтрации поставленных вопросов.
Рассматривается только тема нитрификации. Денитрификация не рассматривается. Так как по этой теме еще меньше информации и она еще более противоречива.
В настоящий момент в области фильтрации для пресноводных аквариумов есть несколько ключевых вопросов, которые вызывают дискуссии у аквариумистов: 1) действительно ли эффективны дорогая высокопористая биокерамика или на самом деле у нее работает только внешний слой; 2) какой наполнитель лучше для внешнего фильтра (биокерамика, губки, лава); 3) какой объем наполнителя нужен в фильтре; 4) какая мощность помпы для внешнего фильтра необходима; 5) нужен ли вообще внешний фильтр или достаточен внутренний фильтр.
Чтобы разобраться с этими вопросами мы изучим какие есть исследования на эту тему, какие рекомендации дают производители фильтров, рассмотрим систему фильтрации в рыбоводческих хозяйствах, и наконец, посмотрим на то, как менялась фильтрация на протяжении ХХ века.
Нитрификация в аквариуме
Нитрификация — это двухступенчатый процесс окисления бактериями аммиака и аммония до нитратов. Аммиак, аммоний, нитриты очень токсичны для рыб. Различные исследования называют уровень 0,05-0,5 мг/литр критическим для рыб, после чего смерть наступает в течение нескольких часов.
Рыбы дышат и выделяют через жабры аммоний. Продукты жизнедеятельности рыб, отмирающие части растений разлагаются гетеротрофнымии бактериями на аммиак и аммоний.
Переработка органики важный этап, о котором при изучении фильтрации часто забывают. Нитрификация не влияет на прозрачность воды. Прозрачность воды (переработку органики) обеспечивают гетеротрофные бактерии. Для нашей темы важно то, что опыт очистки сточных вод показывает, что для удержания бактерий на поверхности скорость потока не должна превышать 30 см/минуту, а в аквариумах советуют не более 5-10 см/минуту.
На первой стадии бактерии родов Nitrosomonas, Nitrosococcus и Nitrosospira окисляют аммиак (NH3) до нитрита (NO2).
На второй стадии бактерии родов Nitrobacter, Nitrospira, Nitrococcus окисляют нитрит до нитратов (NO3). В 2015 году выяснили, что некоторые бактерии могут окислять аммиак сразу до нитрата.
Обычно бактерии проходят процесс деления за 20 минут. Время, которое необходимо бактериям Nitrosomonas и Nitrobacter составляет 18 и 22 часа. Поэтому настройка цикла нитрификации в аквариумах достаточно длителеньна и занимает до 6 недель.
Сейчас, когда аквариумисты говорят об эффективности фильтров, то подразумевают способность фильтров обеспечить процесс нитрификации. В идеале, ключевой характеристикой фильтра, которую производители должны писать на коробках, является способность фильтра переработать определенное количество аммиака за сутки. Но этого никто не пишет.
Какие есть исследования?
В настоящий момент аквариумистам на русском языке доступно минимальное количество исследований о фильтрации в аквариумах. Судя по обсуждениям на англоязычных форумах, там ситуация такая же. Мне известно только три исследования эффективности наполнителей для фильтров и все они профинансированы и опубликованы на фирменных сайтах компаний Sera, Seachem, MarinePure. Каких-либо исследований производителей популярных наполнителей Eheim или Акваэль обнаружить не удалось.
В исследовании Sera (которое, по некоторым сообщениям на форумах, появилось в 1998 году) утверждается два ключевых фактора. Во-первых, оптимальным для расселения нитрифицирующих бактерий является пористость в 270 м2/литр (как у Сера Сипоракс), при пористости более 450 м2/литр (как Эхайм субстрат про) поры настолько малы, что бактерии не могут в них расти.
Во-вторых, для фильтрации 200-литрового аквариума достаточно одного литра (290г) Сера сипоракс .
Кроме того утверждается превосходство материала Сера Сипоракс сделанного из стеклянного порошка над керамическими наполнителями (закрытые поры) и шарообразным наполнителем, похожими на Эхейм Субстрат Про(бактерии селятся только в наружном слое).
В исследовании Seachem говорится только о превосходстве фирменного наполнителя Matrix над всеми остальными, и в частности над Eheim Substrat Pro и JBL MicroMec. Для этого исследователи измерили размеры пор в наполнителях. В исследовании говорится, что биологически активная площадь поверхности Matrix больше аналогичного показателя Эхейм Субстрат Про в 4-4,5 раза, и в 8-9 раз MicroMec. В линейке фильтров для аквариума рекомендуется на 200 литров аквариума 1,2 литра наполнителя.
В исследовании MarinePure говорится о превосходстве фирменного наполнителя над другими наполнителями, в которым можно узнать Эхейм Субстрат Про и Seachem Matrix. Исследование проводилось в течение года на пустых аквариумах, в которые добавлялся аммиак. По данным компании наполнитель MarinePure превосходит Эхейм субстрат Про в 2 раза, а условный матрикс в 3 раза, а похожий наполнитель на Сера сипоракс в 4 раза. Площадь поверхности на один литр MarinePure в сферах указано, как 430 м2/литр.
Рекомендуется на 180 литров (50 галлонов) использовать 0,95 литра (кварта) MarinePure в сферах.
Компания JBL в своих рекламных материалах пишет, что полезная площадь JBL Micromec равна 1500 м2/литр, и для 200 литрового аквариума достаточно 650 грамм Micromec.
И наконец четвертым «исследованием», которое вызвало бурное обсуждение у аквариумистов и блогеров Тесты фильтрационных наполнителей и заграницей, стала работа анонимного исследователя, опубликовавшего результаты на сайте aquariumscience.org . Написал исследование в кавычках, так как неизвестна личность автора, отсутствует видео- и фотосвидетельства исследований. Имеется только текст. Автор добавлял в аквариумы аммиак и смотрел, как те или иные наполнители окисляли его.

Важнейшими для темы являются результаты исследования эффективности наполнителей для фильтров. По данным автора, аквариумный грунт эффективнее матрикса, керамических колец, биошаров, биопалет в 2-3 раза. Самым эффективными наполнителями являются губка с плотностью 30 PPI, губки для мытья посуды и кольца К1. Они эффективнее матрикса в 4-6 раз.
Кроме того, для окисления аммиака достаточно совсем небольшого объема наполнителя. По расчетам автора, 8 литров наполнителя в фильтре SunSun HW 303 такой объем аммония который дают 36 Оскаров и 720 Мбуна (для губка 30 PPI), в случае матрикса это количество будет равно 8 Оскар и 160 Мбуна. Автор утверждает, что для обеспечения кристально чистой воды это количество рыбы придется сократить в 20 раз.
Норма биозагрузки в аквариуме. Сколько рыбок можно разместить в аквариуме?
Можно было бы предположить, что существует научно обоснованные нормы, которые определяют сколько рыб можно посадить в аквариум. И даже опубликованы таблицы, в которых указывается, сколько литров нужно на тут или иную рыбу.
Популярны стандарты, при которых считается, что на 1 см длины рыбки должен приходится один литр объема аквариума (в США эта формула выглядит, как дюйм на галлон (2,5 см на 3,7 литра). В более сложных формулах учитывается высота рыбки или ее вес. Как говорят аквариумисты со стажем в несколько десятилетий, лет двадцать назад эти нормы были в два раза меньше.
Никаких научных теорий, обосновывающих потребности в объеме воды на содержание рыбок найти не удалось. Логическое объяснение, сколько рыбок можно содержать в аквариуме, можно обосновать только способностью биофильтра удалять из воды аммоний и нитриты, и подменами воды для контроля нитратов.
Так или иначе в фирменных буклетах производителей аквариумного оборудования (фильтров, аквариумов, компрессов) принимается по умолчанию стандарт один см длины рыбки на литр аквариума.
Какая производительность помп нужна для фильтров?
Индустриальным стандартом для мощности помп фильтров в аквариумах считается трехкратная от объема аквариума. С учетом того, что номинальная мощность помпы меньше фактической (с учетом наполнителей, длины шлангов) на 30%-50%, большинство рекомендаций от компаний и опытных аквариумистов сводится использованию 5-кратной мощности помпы к объему аквариума. То есть на 200 литровый аквариум нужно брать фильтр с заявленной производительностью помпы в 1000 литров в час.
Откуда вообще взялся совет про 3-х кратную мощность помпы. В 1960-х годах, когда появились внешние фильтры, было рассчитано, что через помпу производительностью в один объем аквариума проходит за один час 80%-90% аквариумной воды, а для 95% прохождения воды необходим трехкратная производительность помпы. Интересно, что еще в литературе 1980-х годов советовали 1,5-3 кратную производительность помпы для фильтра.
Также существует еще две теории, в одной из них утверждается, что нужно обеспечивать максимально возможную производительность фильтров, вплоть до 10-кратной. Вторая теория, наоборот предлагает использовать минимально возможную скорость для помп. Это, так называемые, гамбургские ковровые фильтры (HMF, Hamburger MattenFilter). В обоих случаях никаких научных доказательств мне обнаружить не удалось, всегда была ссылка на опыт аквариумистов.
Какой объем наполнителей должен быть в фильтре?
Можно было бы предположить, что существует научно обоснованные нормы, которые определяют сколько рыб можно посадить в аквариум. Ведь опубликованы таблицы, в которых указывается, сколько литров нужно на тут или иную рыбу. Но мне не удалось найти ни одного исследования, в котором бы объяснялось и рассчитывалось, сколько нужно того или иного наполнителя, если не считать материалов aquariumscience.org.
Для практической пользы производители аквариумных наполнителей должны были бы указывать не полезную площадь для бактерий на литр, а сколько граммов аммиака способен переработать один литр наполнителя. Так в рыбоводческих хозяйствах учитывается сколько потребляет кормов, сколько в нем содержится белка, каков коэффициент выделения аммиака на грамм белка, сколько поступает аммиака в воду и какова должна мощность биофильтра для его удаления. Таких материалов в аквариумной литературе нет.
Есть только нормативные указания производителей сколько нужно наполнителей для аквариума. Что интересно, в случае рекомендаций фильтров объем наполнителя нужен уже больше.
В большинстве случаев Эхайм, Seachem, Sera советуют использовать на 200-литровый аквариум 0,5-1,2 литра наполнителя. При этом, в рекомендованных на такой аквариум внешних фильтрах объем наполнителей будет в 4-8 раз больше.
Грунт
Популярным представлением у аквариумистов, особенно старой школы, является мнение, что основное количество нитрифицирующих бактерий находится в грунте. Можно посчитать, какую площадь дает грунт в аквариуме для бактерий. В исследованиях 1960-х годов было выяснено, что в толщине грунта более 5 см содержание кислорода падает на порядок. Таким образом в «стандартном» аквариуме с площадью дна 80х35 см, будет 14 литров грунта. Возьмем для расчета частицы диаметром 2 мм (если меньше – слишком плотный грунт, если больше, будет уменьшаться полезная площадь). Площадь всех частиц в одном литре составит 1,57 м2. Во всем грунте 22 м2. Если использовать частицы диаметром в 1 см, то полезная площадь в литр равняется 0,3 м2, а в аквариуме 4,2 м2.
Если сравнивать с заявленной площадью аквариумных наполнителей в 270-1600 м2 на литр, то это просто несравнимая величина. Если верить, что все квадратные метры в этих наполнителях действительно работают.
Биокерамика, стеклокерамика
Сейчас биокерамикой называют практически все наполнители, кроме губок и синтепона. А раньше так называли только пористые наполнители из глины. Потом им на смену пришли наполнители из стеклянной крошки (Сера сипоракс) и кварцевого песка (Эхайм субстрат Про), старая настоящая биокерамика почти исчезла из продажи. Форма биокерамики различна: шарики, подушечки, кольца, цилиндры. На их фоне выделяется Сичем Матрикс, о котором в рекламных материалах не говорится, что собой представляет. На в ответе на форумах представители компании признаются, что это природная пемза. На вопрос покупателей, почему же она такая дорогая, если на рынке есть дешевая пемза, компания отвечает, что эта особая пемза, специально подобранная.
В настоящий момент биокерамика считается самым эффективным наполнителем для фильтров. Как утверждают производители эти наполнителей обладают огромной внутренней площадью для заселения нитрифицирующих бактерий. Так заявленная площадь Эхайм субстрат про 450 квадратных метров, JBL MicroMec1500, у Акваэля линейка наполнителей от 600 до 1600 м2/литр.
Но есть критические оценки биокерамики. Многие пользователи считают, что практический опыт не подтверждает высокие показатели этих наполнителей. Например, аквариумисты считают, что после покрытия биопленкой поверхности шариков или колец внутрь наполнителя уже не проникает кислород и никаких процессов нитрификации там уже не идет. Косвенно это подтверждают практические примеры, когда после длительного использование биокерамики ее раскалывают, то обнаруживают, что следы загрязнения только на глубине 2-4 мм. Центральные части наполнителей абсолютно чистые.
Пластиковые шары, пластиковые трубки
В настоящее время пластиковые шары вышли из моды. Теперь они считаются просто бесполезными наполнителями, которые нужно сразу заменять. В лучшем случае его нужно использовать для «разбиения потока».
Связано это с тем, что полезная площадь для заселения бактерий в пластиковых шарах не превышает 2-4 м2/литр, что значительно уступает биокерамике.
Однако не все так однозначно. Пластиковые биошары являются самым популярном и самым эффективным наполнителем в рыбоводных хозяйствах. Далее можно будет прочитать специфику использование биофильтров в рыбоводных хозяйствах.
Лава мелкая
Еще до того, как появилась биокерамика одним самым эффективных наполнителей являлась мелкая лава (фракцией 1-4 мм). До сих пор в качестве наполнителя ее используют в фильтрах ADA, в сампах. JBL выпускают специальную мелкую лаву в качестве наполнителя.
Полезная площадь в различных источниках определяется по-разному от 2 до 250 м2/литр.
Как считается, у лавы есть один большой недостаток — она очень быстро заиливается.
Губки
В настоящее время губки относят к механической фильтрации для очищения воды от мелких частиц. Но так было не всегда, до появления биокерамики именно губки отвечали за биофильтрацию, а за механическую фильтрацию отвечал обыкновенный синтепон.
Многие аквариумисты до сих пор считают губки лучшим наполнителем для фильтров. В качестве подтверждения этой идеи нужно отметить, что в аквариумах многих аквариумистов биобаланс обеспечивается внутренними фильтрами с небольшими по объему губками. Многие разводчики используют простейшие аэрлифтные фильтры с губками
Если согласиться с критикой биокерамики, что в ней работает только поверхностный слой, то, видимо, тогда действительно губки оказываются лучшим наполнителем для фильтров.
Какой лучший наполнитель?
Выводы по собранной информации делайте сами. У каждого аквариумиста по применению фильтров и эффективности наполнителей свое мнение. Кто-то давно уже критикует биокерамику и использует в фильтрах только губки или сетку для картошки, кто-то вообще призывает отказаться от фильтров.
Ключевыми вопросами в фильтрации в настоящий момент являются три: действительно ли работают высокопористые наполнители (биокерамика, пемза), какой объем наполнителей нужен для окисления выделяемого рыбами аммиака, какая производительность фильтра достаточно для решения этих задач.
Недавно на «Аквалого» провела вэбинар по продуктам Seachem. Я задал один из вопросов: «В последнее время все наполнители с большой площадью для бактерий (включая Seachem Matrix) критикуют и говорят, что фактически работает только поверхностный слой, так как биопленка покрывает поверхность и не пропускает кислород во внутрь наполнителей. Как вы можете это прокомментировать?»
Ведущий Карл Фарио фактически признал, что биопленке препятствует прохождению кислорода внутрь наполнителей и посоветовал… «Чаще промывать наполнители».
Кстати, Карл Фарио также не смог ответить на мой вопрос: «Проводила ли компания Seachem исследование, сколько грамм аммиака может окислить литр Matrix».
Возможно, ответы по наполнителям и нитрификации можно получить в практике использования биофильтров рыбоводстве — индустриальном разведении промысловых рыб, где в исследованиях участвуют крупные лаборатории и институты рыбоводства и накоплен огромный практический опыт.
Наполнители в биофильтрах в рыбоводческих хозяйствах
Нормы биофильтрации в рыбоводческих хозяйствах кардинально отличаются от аквариумных «стандартов» настолько, что в это трудно поверить. Если принять за норму принципы рыбоводов, то придется отказаться от большинства принципов аквариумистов.
В рыбоводческих хозяйствах в биофильтрах используют наполнители, у которых площадь составляет 0,5-2 м2/ литр, то есть в 100-1000 раз меньше, чем заявлено в аквариумных наполнителях.
Можно возразить, что в рыбоводстве используются биофильтры огромного размера. Но и бионагрузка там огромная: от 35 до 350 килограмм на кубометр воды. Например, в установке замкнутого водоснабжения на 20 тонн рыбных бассейнов приходится 10 тонн биореактора. Таким образом при выращивании осетров (45 кг на кубометр), на 1 кг рыбы приходится 15 литров в бассейне и 7 литров в биореакторе, т.е. 3-6 квадратных метров на килограмм рыбы, при условии, что весь фильтр заполнен наполнителем. А при выращивании африканских сомов (350 кг на кубометр) нагрузка вырастает в 10 раз.

В качестве наполнителей для биофильтров в рыбоводстве используют обычные плоские поверхности, перфорированные пластиковые пленки, кварцевый песок, пластиковые шары или кольца, так называемый «активный грунт» (конгломерат бактерий и осадка).
Интересно, что одной из ключевых проблем биофильтров в рыбоводческих хозяйствах является смена состарившейся биопленки (Проскуренко И.В., Замкнутые рыбоводные установки, м., 2003): «Трудности с очисткой гравийных фильтров побудили конструкторов к поиску самоочищающихся загрузок биофильтров. К таковым следует отнести загрузки с достаточно гладкими вертикальными поверхностями, на которых облегчен отрыв рыхлых слоев биопленки за счет собственного веса и движения воды».
То есть, пористость наполнителей не является плюсом в рыбоводстве, а наоборот приводит к затруднению смены биопленки.
У рыбоводов для расчета потребности биофильтрами используются различные формулы. По различным данным считается, что использование 1 килограмма протеинового корма дает 30-80 грамм аммиака, для нейтрализации которого необходимо 1-3 м2.
Вот, например, калькулятор расчета объема бизагрузки. В популярных у рыбоводов материалах доктора Джеймса Эбелинга говорится, что 1 кг корма дает 30 грамм аммиака.
В других местах формула расчета производства аммиака по Тиммонсу и Эбелингу выглядит следующим образом, TAN (аммиак+аммоний) = F (масса корма в кг) * PC (содержание протеина 50% = 0,5) * 0,092 (константа). 1 кг * 0,42 протеина * 0,0092 = 0,03864 кг = 39 грамм аммония
А эффективность биофильтров зависит от типа фильтра (капельный, контактор, погружной) и наполнителя (песок, щебень, шарики, кольца, трубки). Различные фильтры удаляют аммиак в размере 0,4-2 г на метр квадратный поверхности или 1-1,5 кг аммиака на кубический метр наполнителя. При температуре 25 градусов, при 20 градусах — в 2 раза меньше.
Самым же эффективным наполнителем для напорных фильтров названы плавающие микрогранулы Microbead. Это полистирольные шарики диаметром 1-3 мм. Площадь поверхности одного литра 1,1-4 м2. Эффективность наполнителя составляет окисление 1,2 кг аммиака на кубометр.
Если применить принципы рыбоводов к аквариуму, то получается, что не нужно обращать внимание на заявленную площадь внутри наполнителей. Важны внешняя площадь, его форма и вес. Вес важен для того, чтобы в потоке фильтра частицы наполнителя подвергались гидроударам, которые срывали бы биопленку. В этом плане шарообразные Эхейм субстрат про и микромек наименее эффективные. А наиболее эффективные в этом смысле пластиковые шарики и трубочки, сера сипоракс, и, возможно, губки.
Какой нужен объем наполнителей? В 200 литровый аквариум поместить по правилу «1 см – 1 литр» 33 рыбки длинной 6 см. Каждая рыбка весит 10 грамм. Итого 330 грамм. Кормление 3% от веса и того – 9,9 грамма корма.
По стандартам рыбоводов, такое количества корма приводит к образованию 0,3 грамма аммиака. Для удаления нужно 0,5-1 м2 поверхности фильтра 0,3 литра пластиковых биошаров.
Если применить принципы рыбоводов к аквариумистике, то это означает, что никакие фильтры в аквариуме вообще не нужны. Площадь стекол и объем грунта достаточен для нитрификации.
Кстати, у рыбоводов почти не обсуждается производительность фильтров, гораздо важнее насыщение кислородом воды. Утверждается, что суточная норма окисления аммиака достигает 50%-75% за одно прохождение через биофильтр. На практике мощность прокачки равняется весь объем за час, и скорее определяется потребностью равномерного насыщения воды кислородом.
Промывка фильтра
Ранее стандартов в аквариумистике считалось, что наполнители из фильтров нужно промывать в аквариумной воду и не допускать чрезмерную очистку. Теперь производители советуют, как следуют промывать наполнители в проточной в воду, так как большая часть в наполнителях — это не «полезные бактерии», а в лучшем случае неработающий осадок. А в материалах JBL говорится, что там даже обнаружены патогенные организмы.
История фильтрации
Если рассматривать историю аквариумистики с начала ХХ века, то аквариумисты обходились десятилетиями без каких-либо фильтров. Ключевыми проблемами в то время являлись поддержание перенаселенность, температуры в аквариуме, обеспечение кислородом («продувка») и кормление в зимний период. Подмены воды советовали только, когда «вода испортилась». Например, в книге американском учебнике Иннесса для аквариумистов, опубликованного в 1936 году, рассказывается о «небольшом аквариуме в Аквариумном Доме в Аквариуме в Бэттери-парке в Нью-Йорке, в котором не меняли воду более тридцати лет.

В 1950-х годах в книге «Keeping and Breeding Aquarium Fishes» (1953) доктора Эмменса уже советуют менять воду 5%-25%, объясняя накоплением «токсичности» к которой привыкают давно живущие в аквариуме рыбки и отравляются новые.
Первым фильтром в аквариумисте стал аэрлифтный фильтр. Первый воздушный насос для аквариума был произведен в 1908 году KDA в Германии. Как утверждается, это была не очень практичная конструкция, которая позже переросла в поршневой насос с маховиком, который работал громко и требовал много смазки и очистки. Сейчас конструкция аэрофильтра состоит из трубки и губки в качестве фильтрующего элемента.

А в 1930-х годах фильтр похож на комбинацию аэрлифтного фильтра и фильтра-рюкзачка. Вода с помощью пузырьков воздуха попадала в емкость внутри, над или вне аквариума. Емкостью могла быть «стеклянная, алюминиевая, фарфоровая или фаянсовая посуда размером примерно пять дюймов в диаметре на два в глубину, дно с несколькими отверстиями». В качестве фильтрующего наполнителя использовали вату, песок, гравий, «стекловолокно», шерсть, уголь.
Первоначально фильтры использовали периодически, только на для очистки воды от крупных примесей, но к 1960-м года стали использовать постоянно.
В 1950-х годах в США появилась конструкция донного фильтра, который произвел огромное впечатление на аквариумистов во всем мире. Известный советский аквариумист Сергей Кочетов назвал применение донных фильтров одним их важнейших новаций в аквариумистике за несколько десятилетий.
Сейчас у аквариумистов сформировалось мнение, что советская аквариумистика отличались примитивным техническим оснащением. На самом деле в СССР использовали те же технические устройства, как за границей. Также как и там большая часть оборудования было самодельным.
Ключевым для фильтрации в аквариуме стало изобретение Норбертом Тунзе электромагнитных насосов-«головок» для фильтров. Он же в 1963 году изобрел и протеиновый скиммер для морских аквариумов.
«Изобретение» электромагнитного насоса очень занимательно. В конце 1950-х годов Тунзе занимался ремонтов радиоприемников. Однажды ему принесли для ремонта игрушечный водопад для железнодорожных игрушек компании Эхейм. Тунзе попробовал его использовать в своем аквариуме. После этого он написал в Эхейм, будут ли они заинтересованы в использовании своих насосов для аквариумов. Ему ответили, что это компания по производству игрушек и их это не интересует.

Тогда Тунзе разработал свою конструкцию электромагнитного насоса самостоятельно и запатентовал конструкцию. Он начал изготавливать эти насосы в своем гараже, даже пластиковый корпус был отлит вручную. А в 1960 году основал Tunze Aquarientechnik GmbH и зарегистрировал торговую марку Turbelle для новой силовой головки. Название произошло от Turbine и Libelle, что в переводе с немецкого означает стрекоза. Первый насос потреблял 8 Вт мощности и производил 430 л / ч.
Через несколько лет Гюнтер Эхайм, основатель Эхайма, опомнился и разработал свою конструкцию аквариумного насоса, которые стал использовать в канистровых фильтрах. Первые помпы были воздушного охлаждения, только через несколько лет придумали, как сделать их погружными.
Тогда же в начале 1960-х Йоган Ягер изобрел надежный погружной электронагреватель, который продавался под торговой маркой Jäger. Электрические обогреватели существовали и до этого, но были опасны при воздействии солевого потока или брызг воды. В конструкции Ягера использовались боросиликатная трубка и встроенный биметаллический термостат.
Тогда же в 1960-х годах компания «Тетра» предложила на рынке сухие корма и теперь аквариумистам не нужно было летом самостоятельно заниматься ловлей корма для рыб, что резко увеличило количество людей, увлекающихся аквариумистикой.
В США на аэрлифтные фильтры поставили электромагнитные помпы и они превратились в привычные нам фильтры-рюкзачки, называемые там фильтры-HOB (hang on back).

Первые фильтры-HOB были разработаны и проданы на рынке в 1973–1974 годах. Но герметичные помпы появились в них только в 1978 году с выпуском Хагеном фильтра Aqua-Clear HOB. В США считается, что следующее большое достижение в области фильтрации аквариумов произошло в 1984–1985 годах с появлением «европейских влажных/сухих фильтров» (сампов), которые стали использовать как в пресноводных, так и в морских аквариумах.
Во второй половине 1990-х годов Германии широкое распространение получает гамбургский фильтр Hamburger Mattenfilter (HMF). Его популяризатором стал Олаф Детерс разместившей его схему в интернете. Доктор Герд Кассебир утверждает, что придумал его схему в 1981 году. Но также сообщает, что обнаружил, что патент на этот фильтр еще в 1971 году получил Ульрих Бэнш, основателем компании Тетра. Детерс рассказывает, что гамбургский фильтр использовали аквариумисты еще в 1960-х годах.
В итоге эти изобретения и использование авиации для доставки рыбы к началу 1970- годов резко продвинули возможности рядовых аквариумистов и всю отрасль вперед. Особенно от этого выиграли морские аквариумисты. Появление новых дорогих, крупных и требовательных к составу воды рыбок в аквариумах и их быстрая смерть заставила развиваться и науку. Двухэтапный процесс нитрификации открыли в 1880-1890-х годах. Но именно в 1960-х годах началось исследование азотного цикла в аквариумах и химического состава воды. Большая часть современных знаний об аквариумной нитрификации основана на исследованиях 1962-1970 годов.

Бум африканских цихлид в первой половине 1970-х в мире, и в том числе в СССР, смог уже опираться на доступные технические устройства и научные знания. За один 1971 год Эхайм продал 100 тысяч канистровых фильтров.
Только в 1960-х годах в аквариумных книжках появляются главы «Что такое рH?», через десять лет и «что такое аммиак». В популярнейшей в США книге «Экзотические аквариумные рыбы» Уильяма Иннеса, многократно переиздававшийся в 1930-1970-х годах, даже в издании 1969 года нет ни слова об азотном цикле, нитрификации, там нет даже слов азот и аммиак.
Популярная книга Ганса Фрея «Твой аквариум» опубликована на русском в 1991 году. В ней рассказывается о различных типах аквариумах и способов создать идеальные условия для рыбок. Ключевым фактором является температура. Поэтому выделяются холодноводные, умеренной тепловодные, тепловодные аквариумы. В большинстве случаев указывается, что фильтры необязательно, в лучшем случае только «рекомендуется». Нормы объема для содержания рыбок определяется в 0,5-1 литр на 1 см длинны, а случае подачи воздуха («продувки), уменьшается в вдвое. По нынешним временам в глаза бросается два момента. Большинство рекомендуемых рыб не более 10 см, и цихлидам посвящены всего пара страниц и полностью отсутствуют дискусы. Дело в том, что книга впервые была опубликована в 1962 году еще до широкого распространения аквариумных новинок, бума африканских цихлид, и связанной с этим технической революцией в аквариумах обычных аквариумистов.
Большинство африканских цихлид живут в воде с более высоким рH (8-8,5), чем привычные аквариумистам рыбки. Аммиак в воде содержаться в виде собственно аммиака (NH3) и менее токсичного аммония (NH4+). При рH 7 доля аммиака составляет 0,5%, при рН 8 уже 5%, а при рН 8.4 уже 10%. То есть вода в цихлидниках на порядок токсичнее, чем в обычном любительском аквариуме.
Растений в цихлидниках не использовали, а они поглощают значительную часть аммония. Сами рыбы крупнее привычных гуппи или меченосцев. Рыбам и бактериям понадобилось больше кислорода.

Потребность в фильтрации и нитрификации в аквариумах значительно выросла и с этого момента начинается гонка мощностей помп, объемов внешних фильтров и «полезной площади» в наполнителях.
В середине 1970-х африканские цихлилы стали модным увлечением. Как пишут свидетели тех времен, половина статей в периодике того времени была посвящена им.
Возможно, именно в этот момент любители обычных аквариумных рыбок переложили нормы фильтрации в цихлидных аквариумах, на свои гупяшники и барбусятники и захотели такие же современные и мощные фильтры. Объем фильтра и скорость прокачки стала ключевыми факторами выбора фильтра, и производители пошли аквариумистам навстречу, делая фильтры все больше и все мощнее. А там появились и более эффективные наполнители с «большой полезной площадью» для бактерий.
Итоги
Какие ответы на вопросы мы получили в ходе изучения тема фильтрации и наполнителей для фильтров.
1) действительно ли эффективна дорогая высокопористая биокерамика или на самом деле у нее работает только внешний слой?
Ответ: Нет независимых научных доказательств эффективности высокопористых наполнителей. Исследования производителей сообщают только о «полезной площади», которую теоретически могут заселять нитрифицирующие бактерии. Вопрос о биопленке, которая перекрывает доступ кислорода во внутрь наполнителей, производителями не рассматривается. В рыбоводческих хозяйствах не используют высокопористые наполнители, так одной из ключевых вопросов является потребность в постоянном обновлении биопленке.
Поэтому, можно предположить, что до тех пор, пока производители не представят исследования, в которых будет показано, как их наполнители могут окислять аммиак, что высокопористые наполнители не эффективнее обычных губок, пластиковых шаров или обычного кварца.
2) какой наполнитель лучше для внешнего фильтра (биокерамика, губки, лава)?
Ответ: Если предположить, что у высокопористых наполнителей работает только внешний слой, то лучшим наполнителями станут обычные пластиковые кольца К1. Практика рыбоводческих хозяйств это подтверждает. Причем, нельзя допускать, плотную загрузку фильтров, у колец и шаров должно быть свободное место для движения. Из биокерамики будут эффективнее цилиндры, так как за счет формы с части поверхности потоком будет срываться биопленки и они будут самоочищаться. Вероятно, обычные губки, используемые для механической фильтрации, также покажут хороший результат.
В конце концов, разница в «полезной площади» между всеми наполнителями не так велика и окажется в пределах 1-4 м2/литр.
3) какой объем наполнителя нужен в фильтре?
Ответ: Объем наполнителя для фильтров должен определяться способностью бактерий находящихся на нем окислять выделяемый рыбами и растениями аммиак. Как мы увидели выше, по данным рыбоводческих хозяйств и из истории фильтрации, для обычного аквариума с небольшими рыбками (до 10 см), без чрезмерной плотности заселения (1 см на 1 литр) и рН равном 7-7,5, можно обходится минимальным объемом наполнителя — до 0,5 литра на 200-литровый аквариум.
В случае с крупными рыбами, плотной посадкой, с рН превышающим 8 потребности в наполнителях резко растут.
4) какая мощность помпы для внешнего фильтра необходима?
Практика рыбоводства и история фильтрация показывает, что высокая скорость фильтрации не нужна. Окисление аммиака в аквариуме при приведенных выше расчетах происходит при прохождении воды через фильтр в объеме 1-2 раза/сутки, а не за час.
Более того, высокая скорость для фильтра вредна, так как мешает гетеротрофным бактериям разлагать органику.
5) нужен ли вообще внешний фильтр или достаточен внутренний фильтр?
Исходя из тех фактов которые удалось выяснить в этом обзоре, для успешной нитрификации в аквариуме достаточно даже небольших внутренних фильтров или фильтров-рюкзачков (HOB-фильтры).
Приглашаю к обсуждению
Я представил весь анализ темы, мы с вами рассмотрели все факты и исследования, которые удалось обнаружить, изучили историю фильтрации. Теперь вы сами можете решить какие ответы на вопросы правильные, а какие нет. Возможно, у вас будут какие-то факты, исследования, которые могут подтвердить или опровергнуть представленные тезисы.

Изменено 4.6.21 автор Alex2804

Изменено 4.6.21 автор Alex2804

Изменено 4.6.21 автор Alex2804

какая-то конференция капитанов очевидность тут. хоспаде, зачем я вообще во всем этом участвую, василий12, унесите меня отсюда

legal_ice
зачем я вообще во всем этом участвую

Чтобы дождаться БИМС пати

Александр Манжос Мощный поток фильтра мешает фильрации

Обратите внимание, где быстрее всего нарастает и становится наиболее "жирной" бактериальная плёнка?

У меня, неважно что система с сампом, это происходит в шланге и трубах, а скорость потока в трубе ду25 при прокачке пары тонн в час - приличная. Когда-то считал, сейчас не помню точную цифру.

Просто там всегда в избытке и кислород, и "жрадло" для бактерий.

Кстати, рабочее колесо помпы зарастает также быстро и "сопливо", ни поток, ни центробежные силы бактериям не помеха, как показывает практика