Евгений52

Механическая фильтрация воды в аквариуме Механическую фильтрацию применяют для уменьшения мутности воды в аквариуме. Мутность может увеличиваться в результате периодических «вспышек» развития водорослей или бактерий, но обычно она – следствие образования в воде взвесей. Взвеси различаются по размеру образующихся частиц и их происхождению. Мельчайшие частицы, образующие взвеси, слипаясь, превращаются в скопления – агрегаты, которые, склеиваясь, в свою очередь формируют детрит. Детрит – это хорошо заметный коричневый налет, который обычно образуется на поверхности старых фильтров. В состав детрита входят органические и неорганические компоненты, на которых позже поселяются живые микроорганизмы. В данной книге частицы, агрегаты, детрит, свободно плавающие водоросли и бактерии все вместе называются взвешенным органическим веществом (ВОВ), за исключением особо оговоренных случаев. При механической фильтрации ВОВ улавливается специальным субстратом или сетками. В схеме очистки воды механическая фильтрация следует за биологической очисткой, но предшествует физической адсорбции и дезинфекции. Биологическая и механическая очистка происходят на гравийных (грунтовых) фильтрах одновременно, и требования, предъявляемые к обоим процессам, одинаковы. 2.1. Образование взвеси в замкнутых системах. Бейлор с соавторами (Baylor et al., 1962) и Сатклифф и др. (Sutcliffe et al., 1963) показали, что морской воде частицы могут образовываться путем адсорбции на поверхности воздушных пузырьков растворенного органического вещества (РОВ). Баусинг и др. (Batoosingh et al., 1969) обнаружили, что «затравкой» при образовании агрегатов во время барботации могут служить мелкие частицы размером от 0,22 до 1,2 мкм. Они также показали, что любые частицы (живые и неживые) интенсифицируют образование агрегатов, и опровергли мнение Барбера о том, что для нормального течения процесса необходимо присутствие живых бактерий. Баустинг обнаружил, что мелкие пузырьки воздуха более благоприятны для образования агрегатов, чем крупные. Это можно объяснить большей контактной поверхностью мелких пузырьков для адсорбции поверхностно-активного материала из раствора. Шелдон и др. (Sheldon et al., 1967) показали, что количество формирующихся частиц в фильтруемой морской воде может быть увеличено путем увеличения концентрации РОВ. Удвоение ее (до 4 мг С/л) путем добавления глицина вызывало десятикратное увеличение количества частиц. Баустинг отметил, что в тех случаях, когда продолжительность аэрации в экспериментах варьировалась, в начале образовывалось много агрегатов, а затем меньше, так что в ходе 24-часового эксперимента агрегатов образовалось всего в 2 раза больше, чем при 3-6 часовом. Присутствие в воде естественных или искусственных частиц, по-видимому, тормозит дальнейшее образование агрегатов. Постоянная фильтрация по сравнению с периодической способствует образованию большего количества агрегатов в аквариумах. Таким образом, для образования в процессе аэрации взвесей в воде должны присутствовать инициирующие частицы, однако когда их слишком много, процесс тормозится. Формирование агрегатов и детрита происходи, по-видимому, сходным образом. Процесс локализуется в двух местах: внутри эрлифтов и на границе воздушной сферы, то есть на поверхности воды у выхода из эрлифтов. Возможно взвеси и детрит образуются на поверхности поднимающихся воздушных пузырьков в аэарлифтах так же, как и в морской воде, где на пузырьках воздуха адсорбируются растворенные поверхностно-активные органические соединения. На поверхности воды пузырьки воздуха превращаются в мономолекулярную пленку, способную адсорбировать другие вещества. Если это предположение верно, то процесс образования взвесей и детрита в аквариумах с умеренным содержанием растворенного органического вещества (РОВ) может быть интенсифицирован пропусканием более мелких пузырьков, увеличением интенсивности барботации (пропускания воздуха (газа) через жидкость), постоянным удалением образующихся частиц путем механической фильтрации. Фильтрация позволяет отводить избыток частиц, которые замедляют процесс дальнейшего детритообразования. Представляется, что ускорение процесса образования взвесей и детрита является действенным средством, коственно снижающим содержание РОВ в воде. Естественно этот процесс должен быть дополнен отфильтровыванием детрита вместе с РОВ, адсорбированным при его формировании. 2.2. Гравийные (грунтовый) фильтры. Гравийные фильтры удаляют взвешенное органическое вещество из протекающей воды, задерживая его на поверхности гравия либо в промежутках между гравийными зернами. Мнения специалистов о том, каким образом ВОВ удаляются и воды фильтрующим слоем, расходятся. Ясно, что здесь происходят и отцеживание, и осаждение, и диффузия, и химическое взаимодействие между поверхностью фильтрующего материала и ВОВ. Эффективность удаления ВОВиз протекающей воды зависит главным образом от трех факторов: размеров зерна и равномерности распределении гравия, формы зерен и гравия и наличия детрита. Размеры гравия и распределение слоев. Эффективность механической фильтрации возрастает по мере уменьшения размеров зерен гравия. Мелкие зерна имеют большую поверхность осаждения ВОВ. Более того, узкие промежутки между зернами гравия обеспечивают удаление мельчайших частиц взвеси, в результате чего на единицу объема отфильтрованной воды приходится больше осажденного материала. В биологических фильтрах с эрлифтами, не оборудованных системой обратной промывки, применяют гравий одного размера. При смешивании гравия разного размера общая фильтрующая поверхность уменьшается. На участках фильтра, где преобладают крупные фракции гравия, образуются большие пустоты. В этих местах детрит может проникать на большую глубину, затрудняя промывку фильтра. Путь, который вода проходит в своем движении через фильтр, обусловлен распределением зон с наименьшим сопротивлением. Если гравий размещен по фильтровальной плате неравномерно, ток воды искривляется. Тонкие участки фильтра оказывают напору воды меньшее сопротивление, чем толстые, поэтому основной объем фильтруемой воды проходит через них. Это ведет к постоянноймутности воды в аквариумах с фильтрами из не рассортированного по размерам гравия. Форма гравийных зерен. Неровный угловатый гравий более всего подходит для механической очистки воды. Большая поверхность такого гравия способствуетосаждению взвеси и накоплению детрита. Роль детрита. Накопление в фильтре определенного количества детрита повышает эфективность механической очистки воды. Детрит заполняет промежутки между отдельными зернами гравия, в результате чего фильтр улавливает более мелкие частицы взвеси. Старые фильтры обычно лучше очищают воду, чем новые, так как содержат больше детрита. 2.3. Песчаные фильтры быстрой очистки воды Быстрые песчаные фильтры применяют в демонстрационных аквариумах, в инкубаторных цехах рыбоводных заводов и в хозяйствах аквакультуры, когда необходимо очищать большие объемы воды. Предварительная очистка воды на таких фильтрах устраняет мутность воды и многие болезнетворные организмы. Фильтры такого типа применяются в некоторых системах оборотного водоснабжения, особенно при высокой биологической нагрузке. В быстрых песчаных фильтрах вместо эрлифтов применяются насосы, поскольку расход воды в них в несколько раз выше, чем в гравийных. По степени очистки воды они не имеют преимуществ перед правильно отрегулированными гравийными фильтрами,однако больший расход воды и применение более мелкого фильтрующего материала позволяют быстрее удалять мутность. По конструкции и обслуживанию быстрые песчаные фильтры отличаются от гравийных, хотя механизмы удаления ВОВ (отцеживание, осаждение и т.д.) идентичны. Площадь адсорбционной поверхности не имеет решающего значения из-за высокого расхода воды. Более того, удаление ВОВ происходит не только на поверхности, но и в толще фильтра. В быстрых песчаных фильтрах слой мелкого песка обычно укладывают поверх одного или нескольких слоев отсортированного кварцевого гравия. Размер зеренгравия в слоях возрастает сверху вниз. В некоторых конструкциях в качестве поверхностного фильтрующего материала используют слой антрацита, укладывая его на подушку из песка и трех слоев кварцевого гравия с увеличивающимися по размеру зернами. Сочетание антрацита с гравием обозначают как «двойнун среду».Антрацитовая крошка крупнее песчинок, что позволяет частицам взвесей разной величины проникать в фильтровальный слой. Такой заполнитель способствует увеличению площади адсорбционной поверхности и удлинению интервалов между промывками фильтра. Песчаные фильтры открытого типа. Открытые песчаные фильтры предназначены для быстрой очистки воды и устанавливаются в открытых бассейнах (рис. 2.3). Они изготовляются в основном из бетона и отличаютсябольшими, размерами. Циркуляция воды достигается путем откачивания ее, из-под фильтра. У дна бассейна создается частичный вакуум, и под действием атмосферного давления ток воды через фильтр усиливается. Принципы циркуляции воды те же, что и в гравийных фильтрах, с той лишь разницей, что в песчаных фильтрах применяют механические насосы и расход воды в связи с этим значительно больше. Такие фильтры обычно используются для очистки питьевой воды и бытовых стоков. Большинство конструкций фильтров, описанных втехнической литературе, может быть приспособлено для очистки воды в больших аквариумах. Быстрые песчаные фильтры высокого давления. Направление тока воды в таких фильтрах показано на рис. 2.4. Вода попадает в закрытую камеру высокогодавления через душевую насадку, расположенную в ее верхней части. Затем она проходит вниз под давлением через слой фильтрующего материала. Быстрые песчаные фильтры высокого давления выпускаются нескольких типоразмеров, изготовляются в основном из стали. Фильтры из армированного стекловолокна типа выпускаемых фирмой «Джакузи Брос» наиболее пригодны для очистки морской воды, так как не, имеют корродирующих частей. На рис. 2.5 представлена модель, которую можно установить на аквариуме средней вместимости (примерно 4000 л). 2.4. Диатомовые фильтры. В диатомовых фильтрах слой отсортированных, известковых створок микроскопических диатомовых водорослей, удерживаемый на поверхности пористого рукава давлением воды, обеспечивает извлечение из воды взвешенного органического вещества (ВОВ). По сравнению с гравийными и песчаными фильтрами диатомовые фильтры способны улавливать более мелкие частицы взвеси. Самые тонкие фракции диатомового наполнителя способны улавливать частицы размером менее 0,1 мкм. Фильтрующее устройство диатомового фильтра состоит, из двух частей: пористого сердечника и фильтровального рукава. Тонкий, плотный, эластичный, сотканныйиз полипропиленовых нитей, рукав натягивается на сердечник. Другие материалы, например нейлон, менее прочны. В крупных фильтрах рукава делают съемными.Сердечник вместе с рукавом составляет фильтрующий элемент. На рукав наносится диатомовый грунт, а сердечник поддерживает его в расправленном состоянии испособствует нормальной циркуляции воды. На рис. 2.6 показан узел очистки с фильтрующими элементами пластинчатого типа и водопроводной сетью. Сердечники не видны, так как они закрыты рукавами.Фильтр с элементами столбчатого типа и трубопроводом представлен на рис. 2.7. Слой диатомового грунта препятствует засорению рукава частицами взвеси и уменьшению его пористости. Этот так называемый фильтровальный «пирог» и осуществляет собственно фильтрацию (рис. 2.8). Вода, проходя через фильтр, оставляет на нем частицы взвеси. Диатомовые фильтры открытого типа. Конструкции типичных диатомовых фильтров открытого типа показаны на рис. 2.6 и 2.7. Очистка происходит в открытом бассейне или его отсеке. Вода подается в бассейн, проходит через фильтровальные элементы в трубопровод и затем поступает к насосу. Принцип движения воды тот же, что и в открытом гравийном фильтре. Все открытые диатомовые фильтры предназначены для очистки больших объемов воды. Диатомовые фильтры высокого давления. Диатомовый фильтр высокого давления, предназначенный для очистки больших объемов воды, показан на рис. 2.9. Фильтровальные элементы помещены внутри герметичной камеры. Вода с взвесями продавливается через фильтровальные элементы, частицы оседают на диатомовом грунте, а очищенная вода снова подается в аквариум. По принципу работы эти фильтры не отличаются от песчаных фильтров высокого давления. Диатомовые фильтры высокого давления выпускаются нескольких типоразмеров, в том числе специальные устройства для небольших по объему аквариумов (рис. 2.10). Это оборудование, одинаково пригодное для соленой и пресной воды, поставляет фирма «Вортекс Иннерспейс Продактс». Эффективность работы диатомовых фильтров (как открытых, так и высокого давления) зависит главным образом or трех факторов: площади поверхности фильтровальных элементов, целостности диалогового грунта и своевременной «подпитки» фильтровального «пирога». Площадь поверхности. Важно правильно определить оптимальную площадь фильтровальных элементов, особенно если фильтр предназначен для полного удаления всех взвесей, образующихся в системе. Маломощный фильтр требует частых промывок, что трудоемко и дорого, поскольку диатомовый наполнитель при этом теряется. Грунтовка фильтра. После промывки фильтр покрывают новым слоем диатомового грунта (см. рис. 2.8). Предварительно старый слой диатомового фильтрующего материала вместе с накопившимся детритом смывают. Слой нового фильтрата предназначен для защиты пористого рукава от заиления органическим материалом. Перед началом грунтовки фильтр должен быть отключен от аквариума и функционировать как самостоятельная замкнутая система. Это достигается установкой специального вентиля. Для проведения грунтовки в воду добавляют диатомовый порошок и систему эксплуатируют в замкнутом режиме до тех пор, пока он полностью не осядет нафильтровальных элементах. После добавления диатомового порошка вода приобретает молочный цвет. Когда она полностью осветлится, грунтовку можно считать законченной. Для проведения грунтовки используют только чистую воду без органических взвесей, содержащихся в аквариумной воде. Затем фильтр подключают к аквариуму и он начинает работать в общей циркуляционной системе. Для грунтовки открытых фильтров специального оборудования не требуется. Диатомовый порошок просто рассыпают по поверхности воды в фильтре, работающем в замкнутом режиме. Постоянно работающий фильтр высокого давления гpунтуют при помощи специального смесительного бака. Необходимое количество сухого диатомового порошка разводят в воде до образования суспензии, которую затем подают в бак-смеситель, откуда она по трубам поступает в бак высокого давления и на фильтровальные элементы (рис. 2.11). На 1 кв.м поверхности фильтровального рукава требуется 1 кг сухого диатомового порошка. Водопроводная сеть во всех диатомовых фильтрах должна быть сконструирована так, чтобы после грунтовки перед началом фильтрации напор воды в фильтре не ослабевал. Диатомовые частицы удерживаются на рукаве за счет небольшого вакуума в сердечнике и повышенного давления воды на фильтровальный слой. В случае остановки насосов слой грунтовки начинает осыпаться. Подпитка слоя грунта. Пористость фильтрующего слоя не остается постоянной, так как его поверхность покрывается частицами отфильтрованной взвеси. В непрерывно действующих системах пористость фильтра поддерживается путем добавления на наружную поверхность фильтровального слоя, небольшого количества диатомового порошка с помощью дозирующего насоса. Эти незначительные добавки и подпитывают слой грунта (рис. 2.12). Без подпитки интервалы между промывками фильтра заметно укорачиваются. Оптимальное количество добавок находят методом проб и ошибок, однако вначале требуется примерно 0,5 кг сухого диатомового порошка на 1 кв.м. поверхности фильтра. 2.5. Практическое руководство. И диатомовые, и быстрые песчаные фильтры необходимо периодически очищать путем обратной промывки. Быстрые песчаные фильтры, кроме того, можно использовать для удаления избыточного количества детрита с гравийных фильтров. Диатомовые фильтры нуждаются в более тщательном уходе, чем быстрые песчаные, хотя выбор фильтра диктуется конкретными условиями и стоимостью. Очистка быстрых песчаных фильтров. Быстрые песчаные фильтры очищают обратной промывкой, т. е. меняют направление тока воды через фильтр на противоположное. По мере подъема воды зерна гравия всплывают, весь фильтр как бы разбухает. Детрит, который легче верхнего слоя фильтранта, всплывает первым и выносится током воды в отходы. Зерна гравия находятся во взвешенном состоянии лишь мгновение, когда действующая на них сила тока воды и сила тяжести примерно равны между собой. После промывки фильтрант оседает, причем слои фильтрующего материала располагаются в первоначальном порядке (некоторое перемешивание происходит лишь на границе слоев). Извлеченный в результате промывки детрит удаляется тремя способами. Во-первых, свободный детрит просто подхватывается с поверхности фильтра током воды и уносится в сливное отверстие. Во-вторых, детрит из глубины фильтра и материал, слабо прикрепленный к фильтранту, удаляются непосредственным напором воды. Крупные фракции гравия в нижних слоях фильтра равномерно распределяют ток воды через верхние слои. В-третьих, часть детрита, плотно прилипшего к поверхности песчинок, удаляется, когда они всплывают и трутся друг о друга. Для текущих очисток больших гравийных фильтров целесообразно применять быстрые песчаные фильтры типа, показанного на рис. 2.5. В морских аквариумах, удаленных от моря, из-за высокой стоимости искусственной воды удаление детрита путем сброса большого количества загрязненной воды невыгодно. Современные схемы предусматривают очистку промывной воды с гравийных фильтров на дополнительных быстрых песчаных фильтрах, которые устанавливаются в паре с гравийным фильтром. После промывки гравия взвешенный в воде детрит оседает на песчаном фильтре, а чистая вода снова подается в аквариум. Очистка диатомовых фильтров. Большинство крупных диатомовых фильтров очищают обратной промывкой, хотя некоторые открытые системы очищают, спуская воду из фильтровального отсека, а затем смывают грунт сильной струей воды из шланга. Во время промывки ток воды меняют на противоположный, направляя его через сердечники. В результате фильтровальный рукав растягивается и с него смывается слой диатомового грунта, который затем удаляется с отходами (рис. 2.13). Для промывки следует использовать только водопроводную воду, даже если фильтр установлен в морском аквариуме. Это предотвращает закупорку пор рукава органическим материалом и снижение эффективности работы оборудования. Фильтровальные рукава следует периодически снимать с сердечников и стирать для удаления детрита. Можно воспользоваться стиральной машиной, добавляястиральный порошок и умягчители воды. Полипропиленовая ткань чувствительна к температурным воздействиям, поэтому ее нельзя стирать в горячей воде. Слишком горячая вода расплавляет материал, промежутки между нитями сужаются. Следует пользоваться только холодной или теплой водой. После стирки,рукава следует несколько раз прополоскать в чистой воде для удаления остатков стирального порошка. Иногда фильтровальные рукава засоряются. Признаками засорения являются сокращение интервалов между промывками и наличие незаполненных участков на ткани рукава после грунтовки. Причиной засорения могут быть отложение органических веществ, карбонатных солей, осаждение окислов железа и магния или обрастание водорослями. Обычно засорение вызывается накоплением органических веществ, которые можно удалить стиркой. В морской и пресной воде с высокой жесткостью (из артезианских скважин) главной причиной зазрения становятся окислы железа, магния и соли кальция. Обрастание водорослями встречается как в морских, так и в пресноводных аквариумах, подверженных действию прямых солнечных лучей, с высоким содержанием в воде азотистых и фосфорных соединений. Подробнее https://fanfishka.ru/infocentr/poleznye_materialy_po_akvariumistike/1643-soderzhanie-ryb-v-zamknutyh-sistemah-s-spott.html