Мутний акваріум, що робити?

Способи усунення механічної каламуті в акваріумі.

Препарати, що рятують від механічної каламуті в акваріумі.

Так само, рекомендуємо матеріал в сполер нижче:

Біологічне очищення води

Біологічне очищення води включає найважливіші процеси, що відбуваються в замкнутих акваріумних системах Під біологічним очищенням будемо розуміти мінералізацію, нітрифікацію і дисиміляцію з`єднань, що містять азот, бактеріями, що мешкають в товщі води, гравій та детрит фільтра. Організми, які виконують ці функції, завжди присутні в товщі фільтра. У процесі мінералізації і нітрифікації азотовмісні речовини переходять з однієї форми в іншу, проте азот залишається в воді. Видалення азоту з розчину відбувається тільки в процесі денітрифікації (див. Розділ 1.3).

Біологічна фільтрація є одним з чотирьох способів очищення води в акваріумах. Три інших способу - механічна фільтрація, фізична адсорбція і дезінфекція води - розглядаються нижче.

Схема очищення води показана на рис. 1.1., А кругообіг азоту в акваріумі, що включає процеси мінералізації, нітрифікації і денітрифікації, - на рис. 1.2.

Рис. 1.1. Місце біологічної очистки в процесі очищення води. Зліва направо - біологічна очітка, механічна фільтрація, фізичне осадження, дезінфекція.

Рис. 1.2. Кругообіг азоту в акваріумних замкнутих системах.

1.1.Мінералізація.

Гетеротрофні і автотрофні бактерії - основні групи мікроорганізмів, що мешкають в акваріумах.

Примітка не з книги автора.

гетеротрофи (Др.греч.- «інший», «різний» і «їжа») - організми, які не здатні синтезувати органічні речовини з неорганічних шляхом фотосинтезу або хемосинтезу. Для синтезу необхідних для своєї життєдіяльності органічних речовин їм потрібні екзогенні органічні речовини, тобто вироблені іншими організмами. В процесі травлення травні ферменти розщеплюють полімери органічних речовин на мономери. У спільнотах гетеротрофи - це консументи різних порядків і редуценти. Гетеротрофами є майже всі тварини і деякі рослини. За способом отримання їжі діляться на дві протиставлювані групи: голозойним (тварини) і голофітних або осмотрофное (бактерії, багато Найпростіші, гриби, рослини).

автотрофи (Др.греч. - сам + їжа) - організми, які синтезують органічні речовини з неорганічних. Автотрофи складають перший ярус в харчовій піраміді (перші ланки харчових ланцюгів). Саме вони є первинними продуцентами органічної речовини в біосфері, забезпечуючи їжею гетеротрофов. Слід зазначити, що іноді різкого розмежування між автотрофами і гетеротрофами провести не вдається. Наприклад, одноклітинна водорість Евглена зелена на світлі є автотрофом, а в темряві - гетеротрофи.

Іноді поняття «автотрофи» і «продуценти», а також «гетеротрофи» і «консументи» помилково ототожнюють, проте вони не завжди збігаються. Наприклад, синьо-зелені (Cyanea) здатні і самі виробляти органічну речовину з використанням фотосинтезу, і споживати його в готовому вигляді, причому розкладаючи до неорганічних речовин. Отже, вони є продуцентами і редуцентамі одночасно.

Автотрофні організми для побудови свого тіла використовують неорганічні речовини грунту, води і повітря. При цьому майже завжди джерелом вуглецю є вуглекислий газ. При цьому одні з них (фототрофи) отримують необхідну енергію від Сонця, інші (хемотрофи) - від хімічних реакцій неорганічних сполук.

Гетеротрофні види утилізують органічні азотовмісні компоненти виділень водних тварин в якості джерела енергії і перетворюють їх в прості сполуки, наприклад амоній (термін «амоній» відноситься до суми іонів амонію (NH4 +) і вільного аміаку (NH3), що визначаються аналітичним шляхом, як NH4-N ). Мінералізація цих органічних речовин - перший етап біологічного очищення.

Мінералізація азотовмісних органічних сполук може починатися з розщеплення білків і нуклеїнових кислот і утворення амінокислот і органічних азотистих основ. Дезамінування - це процес мінералізації, в ході якого відщеплюється аминогруппа з утворенням амонію. Предметом дезамінації може служити розщеплення сечовини з утворенням вільного аміаку (NH3).

Подібна реакція може йти чисто хімічним шляхом, проте дезаминирование амінокислот і супутніх їм з`єднань вимагає участі бактерій.

1.2. нітрифікація води.

Після того як органічні сполуки переведені гетеротрофних бактеріями в неорганічну форму, біологічна отчистка вступає в наступну стадію, яка дістала назву «нітрифікація». Під цим процесом розуміють біологічне окислення амонію до нітритів (NO2-, що визначаються як NO2-N) і нітратів (NO3, що визначаються у вигляді NO3-N). Нітрифікація здійснюється головним чином автотрофними бактеріями. Автотрофні організми на відміну від гетеротрофних здатні засвоювати неорганічний вуглець (головним чином СО2) для побудови клітин свого організму.

Автотрофні нитрифицирующие бактерії в прісноводних, солоноватоводних і морських акваріумах представлені в основному пологами Nitrosomonas і Nitrobacter. Nitrosomonas окисляє амоній до нітритів, а Nitrobacter - нітрити до нітратів.

Обидві реакції йдуть з поглинанням енергії. Сенс рівнянь (2) і (3) полягає в перетворенні токсичного амонію в нітрати, які набагато менш отруйні.Ефективність процесу нітрифікації залежить від наступних факторів: наявності токсикантів у воді, температури, вмісту розчиненого у воді кисню, солоності і площі поверхні фільтра.

токсичні речовини. При певних умовах багато хімічних речовин пригнічують нітрифікацію. При додавання в воду ці речовини або пригнічують ріст і розмноження бактерій, або порушують внутрішньоклітинний обмін бактерій, позбавляючи їх здатності до окислення.

Коллінз зі співавторами (Collins et al., 1975, 1976), а також Левайн і Мід (Levine and Meade, 1976) повідомляли, що багато антибіотиків і інші засоби, що застосовуються для лікування риб, не впливали на процеси нітрифікації в прісноводних акваріумах, в той час як інші виявлялися в різному ступені токсичними. Паралельні дослідження в морській воді не проводилися, а наведені результати не слід поширювати на морські системи.

Наведені в трьох зазначених роботах дані представлені в табл. 1.1. Результати досліджень не цілком порівнянні з-за відмінностей в застосовувалися методиках.

Таблиця 1.1. Вплив терапевтичних норм розчинених антибіотиків і лікувальних препаратів на нітрифікацію в прісноводних акваріумах (Collins et al., 1975, 1976, Levine and Meade, 1976).

Коллінз зі співавторами вивчав вплив лікарських препаратів в пробах води, взятих безпосередньо з працюючих басейнів з біофільтрами, де містилася риба. Левайн і Мід використовували для дослідів чисті бактеріальні культури. Застосовані ними методи, мабуть, відрізнялися більш високою чутливістю в порівнянні зі звичайними. Так, в їх дослідах формалін, малахітовий зелений і ніфурпірінол володіли середньої токсичністю для нитрифицирующих бактерій, в той час як Коллінз зі співавторами показав нешкідливість тих же препаратів. Левайн і Мід вважали, що розбіжності пов`язані з більш високим вмістом автотрофних бактерій в чистих культурах і поріг інактивації був би вищим в присутності гетеротрофних бактерій і при більш високій концентрації розчинених органічних речовин.

З даних табл. 1.1. видно, що еритроміцин, хлоротетраціклін, метиленовий синій і сульфаніламіди мають чітко виражену токсичність в прісній воді. Найбільш токсичним серед вивчалися речовин виявився метиленовийсиній. Результати отримані при випробуванні хлорамфеніколу і перманганату калію, суперечливі.

І Коллінз зі співавторами і Левайн і Мід сходяться в тому, що сульфат міді суттєво не пригнічує нітрифікацію. Можливо, це результат зв`язування вільних іонів міді з розчиненими органічними сполуками. Томлінсон і інші (Tomlinson et al., 1966) виявили, що іони важких металів (Cr, Cu, Hg) набагато сильніше впливають на Nitrosomonas в чистій культурі, ніж в активному мулі. Вони припустили, що це пояснюється утворенням хімічних комплексів між іонами металів і органічними речовинами. Тривала дія важких металів більш ефективним, ніж короткочасне, мабуть, через те, що адсорбційні зв`язку органічних молекул були повністю використані.

температура. Багато видів бактерій можуть переносити значні коливання температури, хоча їх активність тимчасово зменшується. Період адаптації, званий часовий температурної інактивацією (ОТІ), часто проявляється при різких змінах температури. Зазвичай ОТІ помітна при різкому охолодженні води-підвищенні температури, як правило, прискорює біохімічні процеси і тому період адаптації може залишитися непоміченим. Срна і Баггалі (Srna and Baggaley, 1975) вивчали кінетику нітріфікаціон процесів в морських акваріумах. Підвищення температури всього на 4 градуси Цельсія призводило до прискорення окислення амонію і нітритів на 50 і 12% відповідно в порівнянні з вихідним рівнем. При зниженні температури на 1 градус Цельсія швидкість окислення амонію зменшувалася на 30%, а при зниженні температури на 1,5 градуса Цельсія швидкість окислення нітритів зменшувалася на 8% в порівнянні з вихідними умовами.

pH води. Каваї ін. (Kawai et al., 1965) виявили, що при pH менше 9 нітрифікація в морській воді пригнічується сильніше, ніж в прісній. Вони пояснили це зниженим природним pH в прісній воді. За даними Секи (Saeki, 1958), окислення амонію в прісноводних акваріумах при зниженні pH пригнічується. Оптимальне значення pH для окислення амонію 7,8 для окислення нітритів 7,1. Оптимальним діапазоном pH для процесу нітрифікації Секи вважав 7,1-7,8. Срна і Баггалі показали, що морські бактерії-нітріфікатори були найбільш активні при pH 7,45 (діапазон 7-8,2).

Розчинений у воді кисень. Біологічний фільтр можна порівняти з величезним дихаючим організмом. При правильній роботі він споживає значну кількість кисню. Потреби водних організмів в кисні вимірюються в одиницях БСК (біологічне споживання кисню). БПК біологічного фільтра частково залежить від нитрификаторов, але в основному воно обумовлено активністю гетеротрофних бактерій. Хараяма (Hirayama, 1965) показав, що при високому біологічному споживанні кисню активно діяла численна популяція нитрификаторов. Він пропускав морську воду через шар піску чинного біологічного фільтра. Перед фільтруванням вміст кисню в воді становило 6,48мг / л, після проходження шару піску товщиною 48см. воно знизилося до 5,26мг / л. У той же час, зміст амонію знизилося з 238 до 140 мг.екв. / Л., А нітритів - з 183 до 112 мг.екв. / Л.

У фільтрувальних шарі присутні як аеробні (для життя необхідний О2), так і анаеробні бактерії (не використовують О2), проте в добре аерованих акваріумах переважають аеробні форми. У присутності кисню зростання і активність анаеробних бактерій придушуються, тому нормальна циркуляція води через фільтр стримує їх більш розвинутою. Якщо вміст кисню в акваріумі знижується, відбувається або збільшення чисельності анаеробних бактерій, або перехід від аеробного дихання до анаеробного. Багато продуктів анаеробного обміну токсичні. Мінералізація може відбуватися і при пониженому вмісті кисню, але механізм і кінцеві продукти в цьому випадку інші. В анаеробних умовах цей процес йде швидше як ферментативний, ніж як окислювальний, з утворенням замість азотистих основ органічних кислот, двоокису вуглецю і амонію. Ці речовини поряд з сірководнем, метаном та деякими іншими сполуками надають задихається фільтру гнильний запах.

солоність. Багато видів бактерій здатні жити в водах, іонний склад яких значно коливається, за умови, що зміни солоності відбуватимуться поступово. ЗоБелл і Міченер (ZoBell and Michener, 1938) виявили, що більшість бактерій, виділених з морської води в їх лабораторії, можна вирощувати і в прісноводної воді. Багато бактерій перенесли навіть пряму пересадку. Всі 12 видів бактерій, які вважалися виключно «морськими», були успішно переведені в прісноводну воду шляхом поступового розбавлення морською водою (кожен раз додавали по 5% прісної води).

Бактерії біологічного фільтра дуже стійкі до коливань солоності, хоча, якщо ці зміни значні і раптові, активність бактерій пригнічується. Срна і Баггалі (Srna and Baggaley, 1975) показали, що зниження солоності на 8% і підвищення на 5% не вплинули на швидкість нітрифікації в морських акваріумах. При нормальній солоності води в морських акваріумних системах нитрифицирующих активність бактерій була максимальною (Kawai et al., 1965). Інтенсивність нітрифікації зменшувалася як при розведенні, так і при збільшенні концентрації розчину, хоча деяка активність зберігалася навіть після підвищення солоності води вдвічі. У прісноводних акваріумах активність бактерій була максимальною перед додаванням хлористого натрію. Відразу після того, як солоність зрівнялася з солоністю морської води, нітрифікація припинилася.

Є дані про те, що солоність впливає на швидкість нітрифікації і навіть на кількість кінцевих продуктів. Кул Манн (Kuhl and Mann, 1962) показали, що нітрифікація протікала швидше в прісноводних акваріумних системах, ніж у морських, хоча нітритів і нітратів більше народилося останніх. Каваї і ін. (Kawai et al., 1964) отримали подібні результати, які представлені на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Чисельність бактерій фільтраційного шару в малих прісноводних і морських акваріумних системах через 134 дня (Kawai etal., 1964).

Площа поверхні фільтра. Каваї і ін. Виявили, що концентрація бактерій нитрификаторов у фільтрі в 100 разів вище, ніж в протікає через нього воді. Це доводить важливість величини контактної поверхні фільтра для процесів нітрифікації, оскільки вона забезпечує можливість прикріплення бактерій. Найбільшу площу поверхні фільтруючого шару в акваріумах забезпечують частинки гравію (грунту), причому процес нітрифікації відбувається в основному у верхній частині гравійного фільтра, як показано на рис. 1.4. Каваї і ін. (1965) визначили, що 1 грамі піску з верхнього шару фільтра в морських акваріумах міститься 10 в 5-го ступеня бактерій - окислювачів амонію 10 в 6-го ступеня - окислювачів нітратів. На глибині всього 5 см. Число мікроорганізмів обох типів знижувалося на 90%.

Рис. 1.4. Концентрація (а) і активність (б) нитрифицирующих бактерій на різній глибині фільтра в морському акваріумі (Yoshida, 1967).

Форма і розмір часток гравію також важливі: дрібні зерна мають більшу поверхню для прикріплення бактерій, ніж така ж кількість за масою крупного гравію, хоча дуже дрібний гравій небажаний, так як він ускладнює фільтрацію води. Залежність між розмірами і площею їх поверхні легко продемонструвати на прикладах. Шість кубиків масою по 1 гр. Мають в цілому 36 одиниць поверхні, в той час як один кубик масою 6 гр. Має тільки 6 поверхонь, кожна з яких більше окремої поверхні малого кубика. Загальна площа шести однограмових кубиків в 3,3 рази більше площі поверхні одного 6-грамового кубика. За даними Секи (Saeki, 1958), оптимальний розмір часток гравію (грунту) для фільтрів це 2-5 мм.

Незграбні частки мають велику поверхню, ніж округлі. Куля має мінімальну площу поверхні на одиницю об`єму в порівнянні з усіма іншими геометричним формами.

накопичення детриту (Термін «детрит» (від лат. Detritus - істёртий) має кілька значень: 1. Мертве органічну речовину, тимчасово виключена з біологічного кругообігу елементів живлення, яке складається з останків безхребетних тварин, виділень і кісток хребетних тварин і др 2. сукупність дрібних неразложенном частинок рослинних і тваринних організмів або їх виділень, зважених у воді або осіли на дно водойми) в фільтрі забезпечує додаткову поверхню і покращує нітрифікацію. Згідно з даними Секи 25% нітрифікації до акваріумних системах доводиться на частку бактерій, що населяють детрит.

1.3. дисиміляція

Процес нітрифікації призводить до високого ступеня окислення неорганічного азоту. Дисиміляція, «азотне дихання», або процес відновлення, розвивається в протилежному напрямку, повертаючи кінцеві продукти нітрифікації до низького ступеня окислення. У перерахунку на загальну активність окислення неорганічного азоту значно перевершує його відновлення, і нітрати накопичуються. Крім дисиміляції, яка забезпечує виділення частини вільного азоту в атмосферу, неорганічний азот може бути видалений з розчину шляхом регулярної заміни частини в системi, за рахунок засвоєння вищими рослинами або за допомогою іонообмінних смол. Останній спосіб видалення вільного азоту з розчину можна застосовувати тільки в прісноводної воді (див. Розділ 3.3).

Дисиміляція - переважно анаеробний процес, який йде в шарах фільтра, що зазнають дефіцит кисню. Бактерії - денітріфікатори, володіють відновлювальною здатністю, зазвичай або повні (облігатні) анаероби, або аероби, здатні переходити на анаеробне дихання в безкисневому середовищі. Як правило, це організми-гетеротрофи, наприклад деякі види Pseudomonas, можуть відновлювати іони нітратів (NO3-) в умовах дефіциту кисню (Painter, 1970).

При анаеробному диханні бактерії-діссімілятори засвоюю окис азоту (NO3-) замість кисню, відновлюючи азот до з`єднання з низьким окислювальним числом: нітритів, амонію, двоокису азоту (N20) або вільного азоту. Склад кінцевих продуктів визначається видом бактерій, які беруть участь у відновному процесі. Якщо неорганічний азот відновлюється повністю, тобто до N2O або N2, процес дисиміляції називають денітрифікацією. У повністю відновленому вигляді азот може бути видалений з води і виділений в атмосферу, якщо його парціальний тиск в розчині перевищує його парціальний тиск в атмосфері. Таким чином, денітрифікація на відміну від мінералізації і нітрифікації знижує рівень неорганічного азоту в воді.

1.4. «Збалансований» акваріум.

«Збалансований акваріум» - це така система в якій активність бактерій, що населяють фільтр, врівноважена з кількістю вступників у розчин органічних енергетичних речовин. За рівнем нітрифікації можна судити про «збалансованості» і придатності нової акваріумний системи для утримання водних організмів - гідробіонтів. Спочатку лімітуючим фактором є високий вміст амонію. Зазвичай в тепловодних (вище 15 градусів Цельсія) акваріумних системах вона знижується через два тижні, а в холодноводних (нижча 15-ти градусів) - за більш тривалий термін. Акваріум може бути готовий до прийому тварин протягом перших двох тижнів, але він ще не зовсім урівноважений, оскільки багато важливих групи бактерій ще не стабілізувалися. Каваї і ін. Описали склад популяції бактерій морської акваріумний системи.

1. Аеробні. Їх число за 2 тижні після посадки риби збільшилася в 10 разів. Максимальна чисельність - 10 у восьмому ступені організмів в 1гр. Піску фільтра - відзначена через два тижні. Через три місяці популяція бактерій стабілізувалася на рівні 10 у сьомому ступені примірників на 1гр. піску фільтра.

2. Бактерії, разлагающе білок (амоніфікаторів) .Первоначально щільність (10 в 3 ступеня прим. / Гр) зросла в 100 разів за 4-е тижні. Через три місяці популяція стабілізувалася на рівні 10 в 4 ступеня прим. / Гр. Настільки різке збільшення чисельності цього класу бактерій було викликано внесенням корму (свіжої риби), багатого білком.

3. Бактерії, що розкладають крохмаль (вуглеводи). Початкова чисельність становила 10% загального числа бактерій в системі. Потім вона поступово зросла, а через чотири тижні почала знижуватися. Популяція стабілізувалася через три місяці на рівні 1% загальної чисельності бактерій.

4. Бактерії-нітріфікатори. Максимальна чисельність бактерій, що окислюють нітрити, відзначалася через 4 тижні, а «нітратних» форм - через вісім тижнів. Через 2 тижні «нітритних» форм було більше, ніж «нітратних». Чисельність стабілізувалася на рівні 10 в 5 ступені і 10 в 6 ступеня прим. відповідно. Існує різниця в часі між зниженням вмісту амонію у воді і окисленням на початку нітрифікації, обумовлена ​​тим, що зростання Nitrobacter падавлен присутністю іонівамонію. Ефективне окислення нітритів можливо лише після того, велика частина іонів буде перетворена Nitrosomonas. Подібним чином максимум нітритів в розчині повинен проявлятися до початку накопичення нітратів.

Високий вміст амонію в новій акваріумний системі може бути викликано нестабільністю чисельності автотрофних і гетеротрофних бактерій. На початку роботи нової системи зростання гетеротрофних організмів перевищує зростання автотрофних форм. Багато амонію, що утворився в процесі мінералізації, засвоюється деякими гетеротрофами. Іншими словами, чітко розмежувати гетеротрофну і Автотрофне переробку амонію неможливо. Активне окислення бактеріями-нитрификаторов проявляється тільки після скорочення і стабілізації чисельності гетеротрофних бактерій (Quastel and Scholefield, 1951).

Чисельність бактерій в новому акваріумі має значення тільки до тих пір, поки вона не стабілізується для кожного типу. Згодом коливання в надходженні енергетичних речовин компенсуються збільшенням активності обмінних процесів в окремих клітках без збільшення їх загальної чисельності.

У дослідженнях Квастела і Шоулфілда (Quastek and Sholefild, 1951) і Срни і Баггалія показано, що щільність популяції нитрифицирующих бактерій, що населяють фільтр певної площі, відносно постійна і не залежить від концентрації надходять енергетичних речовин.

Загальна окислювальна здатність бактерій в збалансованому акваріумі тісно пов`язана з щоденним надходженням окисляемого субстрату. Раптове збільшення чисельності вирощуваних тварин, їх маси, кількості внесених кормів призводить до помітного зростання вмісту амонію і нітритів у воді. Такий стан зберігається до тих пір, поки бактерії не адаптуються до нових умов.

Тривалість періоду підвищеного вмісту амонію і нітритів залежить від величини додаткового навантаження на переробну частина водної системи. Якщо вона знаходиться в межах максимальної продуктивності біологічної системи, рівновага в нових умовах в теплій воді зазвичай відновлюється через три дні, а в холодній воді - значно пізніше. Якщо додаткове навантаження перевищує можливості системи, зміст амонію і нітритів буде постійно зростати.

Мінералізація, нітрифікація і денітрифікація - процеси, що протікають в новому акваріумі більш-менш послідовно. У усталеною - стабільній системі вони йдуть майже одночасно. У збалансованій системі зміст амонію (NH4-N) становить менше 0,1 мг / л, а все улавліваеми нітрити - результат денітрифікації. Згадані процеси йдуть погоджено, без відставання, оскільки всі вступники енергетичні речовини швидко засвоюються.

Даний матеріал являє собою цитату з книги С.Спотта «Зміст риб в замкнутих системах», в повному обсязі вона представлена ​​по посиланню - тут.

Корисне відео про каламутній воді в акваріумі