Биологическая фильтрация

В природе в воде протекают сложные процессы, приводящие к ее биологической очистке. Эти же процессы чрезвычайно важны и для аквариума. Можно назвать четыре основных процесса: минерализацию, дезаминирование, нитрификацию и денитрификацию.
Все связанные с биологической очисткой процессы как бы незаметно происходят в реках, озерах и ручьях, а также и в вашем аквариуме. Все они связаны с деятельностью бактерий, в первую очередь питающихся органическими веществами так называемых гетеротрофных бактерий.
В природных водоемах происходит постоянное обновление воды за счет дождей и стока с суши, а в такой закрытой системе, как аквариум, обновления не происходит и те же самые биологические процессы могут привести к снижению pH. Поэтому надо внимательно следить за показателем pH воды в аквариуме и, если требуется, быстро корректировать его, чтобы не подвергать рыб стрессовому воздействию.

Основные процессы

Первый процесс, минерализация, осуществляется главным образом Micrococcus, Flavobacterium и Achro-mobacter. Эти бактерии потребляют азотистые вещества — белки и продукты их распада (входящие в состав несъеденного или непереваренного корма аминокислоты, мочевину, образующуюся в результате бактериального разложения растительного материала мочевую кислоту и продукты распада водорослей — фенолы).
В ходе второго процесса, дезаминирования, оставшиеся после минерализации аминокислоты разлагаются далее с образованием аммиака, который может оказаться токсичным для рыб.
Этот аммиак далее в результате третьего процесса, нитрификации, превращается в нитриты, а затем — в нитраты. Это превращение происходит с участием так называемых автотрофных бактерий, источником пищи для которых оказываются неорганические соединения. Для эффективной деятельности этих бактерий требуется много кислорода.
Первая часть этого превращения — аммиака в нитриты — происходит при участии бактерий Nitrosomonas. Второй этап превращения (нитритов в нитраты) осуществляется Nitrobacter. Эффективность нитрификации зависит от pH; бактерии, подобно рыбам и другим водным организмам, имеют оптимальные для своей жизнедеятельности значения pH. Эффективнее всего нитрификация протекает при значении pH около 9; при pH около 5,5 она практически прекращается. Следовательно, в аквариуме с таким низким значением pH есть опасность накопления аммиака. К счастью для приспособившихся к жизни в мягкой воде рыб, в кислой среде аммиак менее токсичен: он быстро превращается здесь в аммоний.
Помимо бактерий, осуществляющих нитрификацию, в аквариуме должны присутствовать бактерии, расщепляющие нитраты до свободного азота и кислорода. Этот называемый денитрификацией четвертый процесс «азотистого цикла» препятствует образованию в аквариуме недопустимо высоких концентраций нитратов.

Азотистый цикл

Азот присутствует в воде в пяти формах: органического азота, аммиачного азота (NH3-N), нитритного азота (NO2-N), нитратного азота (NO3-N) и свободного азота. Все эти формы являются звеньями азотистого цикла. Нарушение любого из этих звеньев приводит к тому, что вода оказывается не в состоянии поддерживать нормальную жизнь растений и рыб.

Органический азот

Органический азот содержится в белках и аминокислотах несъеденной и непереваренной пищи и мертвых организмов. Бактерии используют его в пищу, расщепляя до аммиака.

Аммиачный азот

Аммиак — главный азотистый продукт обмена у большинства рыб, который они выводят через почки. В воде аммиак подвергается ионизации, степень которой зависит от pH и температуры воды. В холодной кислой воде одна молекула аммиака связывает водородный ион и превращается в аммоний (NH4+). Чем кислее и холоднее вода, тем выше степень ионизации.
Не подвергшийся ионизации аммиак очень токсичен для рыб, хотя чувствительность к нему у разных видов различна. Как правило, длительное содержание рыб в воде, содержание аммиака в которой выше 0,1 мг/л, приводит к хроническому утолщению жабр, а если его концентрация еще выше, то и к гибели. Напротив, аммоний для рыб не ядовит.

Нитритный азот

Окисление аммиака до нитритов осуществляют аэробные (т.е. потребляющие кислород) бактерии. Уровень нитритного азота в воде выше 0,1 — 0,2 мг/л вызывает у многих видов рыб задержку роста и нарушение жизнедеятельности. Если его содержание в воде превышает 0,5 мг/л, велика вероятность того, что рыбы погибнут. Морских рыб от пагубного действия нитритов защищают растворенные в воде минеральные соли, но и в морских аквариумах уровень нитритного азота не должен превышать 0,1 мг/л.

Нитратный азот

Нитриты превращаются в нитраты также в результате окисления. Считается, что в пресной воде нитраты безвредны; в морском аквариуме они могут стать причиной серьезных проблем. В водопроводной воде может содержаться до 50 мг/л нитратов, и многие неопытные аквариумисты не удаляют их при подготовке воды для морского аквариума.
Морские беспозвоночные обычно бывают очень чувствительны к высокому уровню нитратов. Goniopora и другие нежные кораллы могут просто погибнуть, пробыв даже короткое время в воде, содержащей более 20 мг/л нитратов. Очень плохо переносят такую воду рогатые занклы и некоторые другие морские рыбы.

Свободный азот

В результате денитрификации нитраты частично превращаются в выделяющийся в воду свободный азот, пузырьки которого поднимаются к поверхности воды.