Биологическая фильтрация – это многостадийный, многоступенчатый процесс, полностью аналогичный самоочистке природных водоемов, осуществляющийся разнообразными бактериями, живущими на всех поверхностях в системе биофильтра.
Первая стадия – это минерализация. Бактерии, населяющие биофильтр, переводят органические азотсодержащие вещества в неорганические, в основном в аммиак. Проще говоря, реакции минерализации идут и химическим путем, а бактерии только ускоряют этот процесс. Следующая стадия – нитрификация аммиака и перевод его в нитрит, осуществляется другой группой бактерий. Затем еще одна группа бактерий переводит нитриты в нитраты. По большому счету есть еще бактерии, которые умеют переводить нитраты в нейтральный азот и совсем выводить его из круговорота веществ в системе, в пресноводной УЗВ этот процесс, называемый денитрификацией (процесс протекает в анаэробной среде, т.е. без участия кислорода) и используется крайне редко. Первые две стадии и есть суть биофильтрации – особые группы бактерий занимаются переработкой ядовитых соединений азота – аммиака и нитритов в значительно менее ядовитые нитраты.
Для более ясного понимания процесса, давайте рассмотрим пример запуска фильтра для осетровых рыб
Запуск нового фильтра преследует своей целью заселение субстрата колониями бактерий двух видов Nitrosomonas и Nitrobacter. Бактерии этих видов присутствуют практически повсюду и, если в биофильтр попадает аммоний NH4+, то это вызывает развитие колонии бактерий Nitrosomonas. В результате окислительной деятельности бактерии Nitrosomonas в воде появляется нитрит NO2-, служащий питанием бактерий рода Nitrobacter, окисляющих нитрит до нитрата NO3-. Обе стадии процесса нитрификации идут при значительном потреблении кислорода в фильтре.
Нормальный срок завершения процесса формирования двух колоний бактерий в биофильтре составляет 30 - 40 суток при оптимальной температуре +23 оС. При небольших плотностях посадки рыбы 2-3 кг/м3 запуск биофильтра проходит безопасно для рыбы, так как уровень концентрации токсичных продуктов не успевает возрасти до предельных значений. После формирования двух колоний бактерий нагрузка на биофильтр может плавно увеличиваться. О формировании колоний бактерий судят по изменению концентрации нитрата NO3-. Если концентрация нитрата растет, значит, бактерии рода Nitrobacter действуют.
Ускоренный запуск биофильтра проходит при частичной заправке фильтра субстратом из уже функционирующего биофильтра. Из капельного биофильтра действующей установки в различных местах изымаются блоки субстрата и заменяются чистыми блоками. Изъятые блоки устанавливаются в верхней части запускаемого фильтра, и система приводится в рабочее состояние. Аналогичным образом поступают при работе с фильтрами для рыб с гранулированной загрузкой. При запуске бактериальной пленкой покрывается не только субстрат, но и все поверхности установки, соприкасающиеся с циркулирующей водой.
Ускорение запуска замкнутой установки достигается также путем внесения в циркулирующую воду концентрата бактерий, предназначенного для запуска аквариумов. Запуск биофильтра без рыбы предусматривает внесение в воду химических препаратов и корма. Для питания бактерий группы Nitrosomonas в воду добавляется хлорид аммония NH4Cl и некоторое количество корма. Хлорид аммония является поставщиком аммонийного азота, а корм обеспечивает необходимый бактериям уровень концентрации углерода, содержащегося в углекислом газе. Требуется примерно неделя, чтобы начала расти первая группа нитрифицирующих бактерий. Её появление сопровождается падением концентрации аммония в циркулирующей воде установки и появлением нитрита. С этого момента необходимо регулярно подкармливать бактерий хлоридом аммония. С появлением в воде установки нитрита следует подавать питание для второй группы бактерий. В воду вносится нитрит натрия NaNO2.
Объем вносимых препаратов контролируется ежедневными измерениями концентрации аммония, нитрита и нитрата в фильтре. При запуске установки с использованием рыбы, а также при эксплуатации установки в номинальном режиме также необходим контроль во избежание накопления в воде критических концентраций токсичных продуктов: аммония, нитрита, нитрата. Несколько советов от практиков. Чем выше температура воды, тем быстрее идет процесс биологического окисления. С увеличением температуры на каждые 4 градуса этот процесс ускоряется на 50 %. Температурным оптимум работы биофильтра является 24–32оC. Эта же температура оптимальна для содержания большинства видов рыб. Второй важнейший фактор – это содержание кислорода в воде, которое должно быть в идеале не менее 70 % от максимальной растворимости его в воде при данной температуре. Тогда окислительные процессы идут оптимально. Кислород нужен не только для процесса дыхания рыб, но и для протекания окислительных процессов при биофильтрации. Ведь нитрифицирующим бактериям тоже нужен кислород, причем много. Чем выше температура, тем больше и больше нужно кислорода. Расходоваться кислород начинает с самых первых слоев фильтрующих материалов, и важно, чтобы до биосубстрата, то есть там, где его требуется больше всего, вода дошла с его достаточным содержанием.
