Мутний акваріум, що робити?

Способи усунення механічної каламуті в акваріумі.

Препарати, що позбавляють механічної каламуті в акваріумі.

Також рекомендуємо матеріал у сполері нижче:

Біологічне очищення води

Біологічне очищення води включає найважливіші процеси, що відбуваються в замкнутих акваріумних системах. Організми, що виконують ці функції, завжди присутні в товщі фільтра. У процесі мінералізації та нітрифікації азотовмісні речовини переходять з однієї форми до іншої, проте азот залишається у воді. Видалення азоту з розчину відбувається лише у процесі денітрифікації (див. розділ 1.3).

Біологічна фільтрація є одним із чотирьох способів очищення води в акваріумах. Три інші способи – механічна фільтрація, фізична адсорбція та дезінфекція води – розглядаються нижче.

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

Рис. 1.1. Місце біологічного очищення у процесі очищення води. Зліва направо – біологічне очитування, механічне фільтрування, фізичне осадження, дезінфекція.

Рис. 1.2. Кругообіг азоту в акваріумних замкнутих системах.

1.1.Мінералізація.

Гетеротрофні та автотрофні бактерії – основні групи мікроорганізмів, що мешкають в акваріумах.

Примітка не з книги автора.

Гетеротрофи (др.грец.- "інший", "різний" і "їжа") - організми, які не здатні синтезувати органічні речовини з неорганічних шляхом фотосинтезу або хемосинтезу. Для синтезу необхідних своєї життєдіяльності органічних речовин їм потрібні екзогенні органічні речовини, тобто вироблені іншими організмами. У процесі травлення травні ферменти розщеплюють полімери органічних речовин на мономери. У спільнотах гетеротрофи - це консументи різних порядків та редуценти. Гетеротрофами є майже всі тварини та деякі рослини. За способом отримання їжі поділяються на дві групи, що протиставляються: голозойні (тварини) і голофітні або осмотрофні (бактерії, багато протист, гриби, рослини).

Автотрофи (др.грец. - сам + їжа) - організми, що синтезують органічні речовини з неорганічних. Автотрофи становлять перший ярус у харчовій піраміді (перші ланки харчових ланцюгів). Саме вони є первинними продуцентами органічної речовини у біосфері, забезпечуючи їжею гетеротрофів. Слід зазначити, що іноді різкої межі між автотрофами та гетеротрофами провести не вдається. Наприклад, одноклітинна водорість евглена зелена на світлі є автотрофом, а в темряві – гетеротрофом.

Іноді поняття «автотрофи» та «продуценти», а також «гетеротрофи» та «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 та редуцентами одночасно.

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

Гетеротрофні види утилізують органічні азотовмісні компоненти виділень водних тварин як джерело енергії і перетворюють їх у прості сполуки, наприклад амоній (термін «амоній» відноситься до суми іонів амонію (NH4+) та 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 та нуклеїнових кислот та утворення амінокислот та органічних азотистих основ. Дезамінування – це процес мінералізації, під час якого відщеплюється аміногрупа з утворенням амонію. Предметом дезамінації може бути розщеплення сечовини з утворенням вільного аміаку (NH3).

Подібна реакція може йти суто хімічним шляхом, проте дезамінування амінокислот та супутніх їм сполук потребує участі бактерій.

1.2. Нітрифікація води.

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

Автотрофні нітрифікуючі бактерії у прісноводних, солонуватоводних та морських акваріумах представлені в основному пологами Nitrosomonas та Nitrobacter. Nitrosomonas окислює амоній до нітритів, а Nitrobacter – нітрити до нітратів.

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

Токсичні речовини. За певних умов багато хімічних речовин пригнічують нітрифікацію. При додаванні у воду ці речовини або пригнічують ріст і розмноження бактерій, або порушують внутрішньоклітинний обмін бактерій, позбавляючи їх здатності до окиснення.

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

Наведені у трьох зазначених роботах дані представлені у табл. 1.1. Результати досліджень не цілком можна порівняти через відмінності в методиках, що застосовувалися.

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

Коллінз із співавторами вивчав вплив лікарських препаратів у пробах води, взятих безпосередньо з працюючих басейнів з біофільтрами, де містилася риба. Левайн та Мід використовували для дослідів чисті бактеріальні культури. Застосовані ними методи, очевидно, відрізнялися вищою чутливістю проти звичайними. Так, у їх дослідах формалін, малахітовий зелений і ніфурпіринол мали середню токсичність для нітрифікуючих бактерій, тоді як Коллінз зі співавторами показав нешкідливість тих же препаратів. Левайн і Мід вважали, що розбіжності пов`язані з більш високим вмістом автотрофних бактерій у чистих культурах і поріг інактивації був би вищим у присутності гетеротрофних бактерій і за більш високої концентрації розчинених органічних речовин.

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

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

Температура. Багато видів бактерій можуть переносити значні коливання температури, хоча їхня активність тимчасово зменшується. Період адаптації, що називається тимчасовою температурною інактивацією (ПТІ), часто проявляється при різких змінах температури. Зазвичай ВТІ помітна при різкому охолодженні води-підвищенні температури, як правило, прискорює біохімічні процеси і тому період адаптації може залишитися непоміченим. Срна та Баггалі (Srna and Baggaley, 1975) вивчали кінетику нітрифікаційних процесів у морських акваріумах. Підвищення температури всього на 4 градуси Цельсія призводило до прискорення окислення амонію та нітритів на 50 та 12% відповідно порівняно 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% порівняно з вихідними умовами.

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

Розчинений у воді кисень. Біологічний фільтр можна порівняти з величезним організмом, що дихає. При правильній роботі він споживає значну кількість кисню. Потреби водних організмів у кисні вимірюються в одиницях БПК (біологічне споживання кисню). БПК біологічного фільтра частково залежить від нітрифікаторів, але здебільшого воно зумовлене активністю гетеротрофних бактерій. Хараяма (Hirayama, 1965) показав, що з високому біологічному споживанні кисню активно діяла численна популяція нітрифікаторів. Він пропускав морську воду через шар піску біологічного фільтра, що діє. Перед фільтруванням вміст кисню у воді становив 6,48мг/л, після проходження шару піску завтовшки 48см. воно знизилося до 5,26 мг/л. У той же час вміст амонію знизився з 238 до 140 мг.екв./л., а нітритів – з 183 до 112 мг.екв./л.

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

Солоність. Багато видів бактерій здатні жити у 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 із морської води в їх лабораторії, можна вирощувати і в прісноводній воді. Багато бактерій перенесли навіть пряму пересадку. Усі 12 видів бактерій, які вважалися виключно «морськими», були успішно переведені в прісноводну воду шляхом поступового розведення морською водою (щоразу додавали по 5% прісної води).

Бактерії біологічного фільтра дуже стійкі до коливань солоності, хоча, якщо ці зміни значні та 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 нітрифікуюча активність бактерій була максимальною (Kawai et al., 1965). Інтенсивність нітрифікації зменшувалась 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 із солоністю морської води, нітрифікація припинилася.

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

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

Площа поверхні фільтра. Каваї та ін. виявили, що концентрація бактерій нітрифікаторів у фільтрі в 100 разів вище, ніж у воді, що протікає через нього. Це доводить важливість величини контактної поверхні фільтра для процесів нітрифікації, оскільки забезпечує можливість прикріплення бактерій. Найбільшу площу поверхні фільтруючого шару в акваріумах забезпечують частинки гравію (ґрунту), причому процес нітрифікації відбувається переважно у верхній частині гравійного фільтра, як показано на рис. 1.4. Каваї та ін. (1965) визначили, що 1 грамі піску з верхнього шару фільтра в морських акваріумах міститься 10 у 5-му ступені бактерій – окислювачів амонію 10 у 6-му ступені – окислювачів нітратів. На глибині лише 5 см. кількість мікроорганізмів обох типів знижувалась на 90%.

Рис. 1.4. Концентрація (а) та активність (б) нітрифікуючих 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 по масі великого гравію, хоча дуже дрібний гравій небажаний, тому що він ускладнює фільтрацію води. Залежність між розмірами та площею їхньої поверхні легко продемонструвати на прикладах. Шість кубиків масою по 1 гр. Мають загалом 36 одиниць поверхні, тоді як один кубик масою 6 гр. Має лише 6 поверхонь, кожна з яких більша за окрему поверхню малого кубика. Загальна площа шести однограмових кубиків у 3,3 рази більша за площу поверхні одного 6-грамового кубика. За даними Секі (Saeki, 1958), оптимальний розмір часток гравію (грунту) для фільтрів це 2-5 мм.

Кутасті частинки мають більшу поверхню, ніж округлі. Куля має мінімальну площу поверхні на одиницю об`єму в порівнянні з усіма іншими геометричними формами.

Нагромадження детриту (Термін «детрит» (від лат. detritus - стертий) має кілька значень: 1. Мертва органічна речовина, тимчасово виключена з біологічного кругообігу елементів живлення, що складається з останків безхребетних тварин, виділень і кісток хребетних тварин та ін.- 2. сукупність дрібних нерозкладених частинок рослинних та тварин організмів або їх виділень, зважених у воді або осіли на дно водойми) у фільтрі забезпечує додаткову поверхню та покращує нітрифікацію. За даними Секи 25% нітрифікації в акваріумних системах припадає на частку бактерій, що населяють детріт.

1.3. Дисиміляція

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

Дисиміляція – переважно анаеробний процес, що йде у шарах фільтра, що відчувають дефіцит кисню. Бактерії – денітрифікатори, які мають відновлювальну здатність, 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-дисимілятори засвоюю окис азоту (NO3-) замість кисню, відновлюючи азот до сполуки з низьким окисним числом: нітритів, амонію, двоокису азоту (N20) або вільного азоту. Склад кінцевих продуктів визначається видом бактерій, що беруть участь у відновлювальному процесі. Якщо неорганічний азот повністю відновлюється, тобто до N2O або N2, процес дисиміляції називають денітрифікацією. У повністю відновленому вигляді азот може бути видалений з води та виділений в атмосферу, якщо його парціальний тиск у розчині перевищує його парціальний тиск у атмосфері. Таким чином, денітрифікація на відміну від мінералізації та нітрифікації знижує рівень неорганічного азоту у воді.

1.4. «Збалансований» акваріум.

«Збалансований акваріум» - це така система, в якій активність бактерій, що населяють фільтр, урівноважена з кількістю органічних енергетичних речовин, що надходять у розчин. За рівнем нітрифікації можна судити про «збалансованість» та придатність нової акваріумної системи для утримання водних організмів – гідробіонтів. Спочатку лімітуючим фактором є високий вміст амонію. Зазвичай у тепловодних (вище 15 градусів Цельсія) акваріумних системах воно знижується через два тижні, а в холодноводних (нижче 15 градусів) – за більш тривалий термін. Акваріум може бути готовий до прийому тварин протягом перших двох тижнів, але він ще не зовсім врівноважений, оскільки багато важливих груп бактерій ще не стабілізувалися. Каваї та ін. описали склад популяції бактерій морської акваріумної системи.

1. Аеробні. Їхнє число за 2 тижні після посадки риби збільшилося в 10 разів. Максимальна чисельність – 10 у восьмому ступені організмів у 1гр. Піска фільтра – відзначена через два тижні. Через три місяці населення бактерій стабілізувалася на рівні 10 в сьомому ступені екземплярів на 1гр. Піска фільтра.

2. Бактерії, що розкладає білок (амоніфікатори).Початкова щільність (10 в 3 ступеня прим./гр) зросла в 100 разів за 4 тижні. Через три місяці населення стабілізувалася на рівні 10 в 4 ступеня екз./гр. Таке різке збільшення чисельності цього класу бактерій було викликане внесенням корму (свіжої риби), багатого на білок.

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

4. Бактерії-нітрифікатори. 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 у 5 ступеня та 10 у 6 ступеня прим. відповідно. Існує різниця в часі між зниженням вмісту амонію у воді та окисленням на початку нітрифікації, обумовлена ​​тим, що зростання Nitrobacter пригнічений присутністю іонів амонію. Ефективне окислення нітритів можливе лише після того, більша частина іонів буде перетворена на Nitrosomonas. Подібним чином максимум нітритів у розчині повинен проявлятися до початку накопичення нітратів.

Високий вміст амонію в новій акваріумній системі може бути спричинено нестабільністю чисельності автотрофних та гетеротрофних бактерій. На початку роботи нової системи зростання гетеротрофних організмів перевищує зростання автотрофних форм. Багато амонію, що утворився у процесі мінералізації, засвоюється деякими гетеротрофами. Іншими словами, чітко розмежувати гетеротрофну та автотрофну переробку амонію неможливо. Активне окиснення бактеріями-нітрифікаторами проявляється лише після скорочення та стабілізації чисельності гетеротрофних бактерій (Quastel and Scholefield, 1951).

Чисельність бактерій у новому акваріумі має значення, доки вона не стабілізується для кожного типу. Згодом коливання у надходженні енергетичних речовин компенсуються збільшенням активності обмінних процесів в окремих клітинах без збільшення їх загальної чисельності.

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

Загальна окисна здатність бактерій у збалансованому акваріумі тісно пов`язана з щоденним надходженням субстрату, що окислюється. Раптове збільшення чисельності вирощуваних тварин, їх маси, кількості кормів, що вносяться, призводить до помітного зростання вмісту амонію і нітритів у воді. Таке положення зберігається доти, доки бактерії не адаптуються до нових умов.

Тривалість періоду підвищеного вмісту амонію та нітритів залежить від величини додаткового навантаження на переробну частину водної системи. Якщо вона знаходиться в межах максимальної продуктивності біологічної системи, рівновага в нових умовах у теплій воді зазвичай відновлюється через три дні, а в холодній воді значно пізніше. Якщо додаткове навантаження перевищує можливості системи, вміст амонію та нітритів постійно зростатиме.

Мінералізація, нітрифікація та денітрифікація – процеси, що протікають у новому акваріумі більш-менш послідовно. У встановленій – стабільній системі вони йдуть майже одночасно. У збалансованій системі вміст амонію (NH4-N) становить менше 0,1 мг/л, а всі уловлювані нітрити – результат денітрифікації. Згадані процеси йдуть узгоджено, без відставання, оскільки всі енергетичні речовини, що надходять, швидко засвоюються.

Даний матеріал є витримкою з книги С.Спотта «Зміст риб у замкнутих системах», у повному обсязі вона представлена ​​за посиланням – тут.

Корисне відео про каламутну воду в акваріумі +