Рас. 28. Биологический фильтр: 1 — механический фильтр, 2 — аэратор, 3 — биофильтрующий элемент, 4 — отделение с растениями.

Устройство механического фильтра уже известно. Аэратор — это свободная часть сосуда, в котором расположены распылители (один на 50 см² площади дна). Устройство биофильтрующего элемента аналогично механическому, но стой разницей, что промывка проводится очень редко. Важную роль играет размер частиц, используемых в фильтрующем материале: от него зависит рабочая площадь, заселенная бактериями. Допустим, что в 1 см³ поместили кусочек гравия шарообразной формы диаметром 10 мм. Однако, в том же объеме можно разместить 8 частиц диаметром 5 мм. Простейший расчет показывает, что во втором случае площадь поверхности частиц вдвое больше. Но слишком мелкий фильтрующий материал быстро засоряется. Поэтому на практике используется гравий с размером зерен 2—5 мм. При создании фильтра следует учитывать, что период созревания культуры бактерий длится 2—4 недели, поэтому для ускорения этого процесса рекомендуется взять немного грунта с уже установившейся культурой из другого фильтра.

Рис. 29. Аквариум-биофильтр с фальшдном: 1 — фальшдно, 2 —грунт, 3 — эрлифт

Известны также и другие способы устройства биофильтров. Например, роль биофильтра может играть сам аквариум, устройство которого интенсифицирует процессы разложения и удаления продуктов обмена. Примером такого сосуда служит сосуд с фальшдном (рис. 29). Это дно обычно изготовляют из пластмассы, просверлив в ней многочисленные мелкие отверстия. При этом направление движения воды принципиального значения не имеет. Культура микроорганизмов образуется в грунте и активно перерабатывает принудительно проходящий через него поток воды. Важным моментом является обеспечение равномерного по всей площади дна тока воды через слой грунта.

Еще один вариант биофильтра приведен на рис. 30. Здесь фильтрующий элемент собран в кассеты, при этом слой фильтрующего материала невелик, а его поверхность сильно развита, фильтр такой конструкции будет оказывать очень малое сопротивление потоку жидкости. Принцип работы состоит в следующем: по трубке (1) вода из аквариума попадает в биофильтр (2) и проходит через кассеты с фильтрующим материалом (3).

Стенки кассет имеют отверстия или делаются решетчатыми для обеспечения циркуляции воды. Из центра кассет очищенная вода по эрлифту (4) подается в общий коллектор (5) и далее в аквариум. В центре кассеты помещается распылитель, который обеспечивает ток воды и насыщает ее кислородом.

Рис. 30. Кассетный биофильтр: 1 — трубка для подачи воды, 2 — биофильтр, 3 — кассеты с фильтрующим материалом, 4 — распылители, 5 — эрлифт, 6 – коллектор

Химическая фильтрация воды

Химическая очистка является специфичным видом, поскольку удаляет из воды определенные соединения, для которых предназначен применяемый реагент. Системы химической очистки применяются, например, при подготовке водопроводной воды и удалении хлора (о чем говорилось выше). Для действующих аквариумов особый интерес представляет разновидность химической очистки воды, связанная с фильтрацией ее через активированный уголь, ионообменные смолы или некоторые другие вещества.

Угольные фильтры применяют в основном для обесцвечивания воды и удаления нитратов, фенолов, хлора, пестицидов и некоторых других веществ. Большая поглотительная способность активированного угля обусловлена пористой поверхностью. Например, истинная поверхность 1 г активированного угля высокого качества составляет 200—500 м². 100 г активированного угля могут извлечь из воды до 55 г растворенных веществ. На адсорбционную способность оказывают влияние различные факторы: рН и температура воды, скорость течения воды, концентрация веществ, размер частиц адсорбента и его качество.

Процесс очистки в угольном фильтре можно условно разделить на два этапа. На первом иногда происходит адсорбция органических молекул и неорганических ионов на частицах угля, на втором этапе — разложение некоторых органических соединений до минеральных. Так сочетаются процессы адсорбции и биологической очистки воды.

Активированный уголь по причине своей высокой поглотительной способности быстро засоряется, начинает работать как простой механический фильтр и нуждается в чистке. Для восстановления этого фильтра надо прокипятить активированный уголь в дистиллированной воде в течение часа, сменив воду дважды. Из-за трудоемкости восстановления адсорбционной способности угля в домашних условиях и отсутствия выпускаемых промышленностью фильтров, они не получили широкого распространения у аквариумистов нашей страны. В ряде случаев применение фильтров с активированным углем является необходимостью, например, при содержании морского аквариума или разведении рыб, очень чувствительных к чистоте воды. Во всех случаях следует обращать внимание на качество угля.

В аквариумных фильтрах могут быть применены ионообменные смолы (катиониты и аниониты), о которых рассказывалось в главе, посвященной умягчению воды. Для удаления катионов, например, нежелательных ионов аммония (NH₄⁺), можно использовать катиониты КУ-2, КУ-23. Однако надо помнить, что наряду с этими катионами будут удаляться и другие, например Са²⁺, Mg²⁺, K⁺ и т. д.

При помощи ионообменных смол (анионитов), например, АВ-17, можно удалять анионы NO₂^‾‾, NO₃^‾‾, РО₄^3‾‾, SO₄^2‾‾ и др. Подготовка катионитов и анионитов к использованию в фильтрах аналогична той, которая применяется перед опреснением воды, однако вместо растворов соляной кислоты и щелочи здесь следует использовать 5-10%-ный раствор хлорида натрия NaCl для обработки смол обоих типов.

Недостатком смол является их быстрое загрязнение органическими веществами. Поэтому для обеспечения нормальной работы ионообменного фильтра вода предварительно должна пройти через механический, а еще лучше и через биологический фильтры.

В качестве наполнителей фильтров, которые могут осуществлять химическую очистку воды, следует назвать верховой торф. Торфяные фильтры используются в тех случаях, когда надо получить мягкую и кислую воду и поддерживать ее в таком состоянии. С использованием торфяного наполнителя (периодически заменяя его на свежий) можно в течение 2— 3 дней воду очень высокой жесткости (20 °dGH) превратить в мягкую (менее 4 °dGH).