Сравнение грунта и внешника по эффективности биофильтрации

Сравнение грунта и внешника по эффективности биофильтрации

 
 
00:00 / 16:20
 
1X
 

Tekhi - Ююююр! Я хочу рыб добавить в свой аквариум.

Ю.В. - Добавляй, Ир, в чем проблема?

Tekhi - Наверное внешний фильтр  новый нужен будет? Нагрузка же возрастет на аквариум?

Ю.В. - Что там у тебя сейчас? JBL 902E? На 180л? Выше крыши, как говорится, на любую “банку со шпротами” в твоем объеме))

Tekhi - Ты по-прежнему считаешь, что в не перегруженном травнике внешник не обязателен и основная биофильтрация в нем происходит в самом аквариуме, в частности в грунте?

Ю.В. - Да, по-прежнему считал, считаю и считать буду. )))

Tekhi - Тогда почему после промывки внешника я явно вижу некоторые признаки того, что  баланс  нарушен?

Ю.В. - Потому что мыть его надо чаще, не дожидаться пока он станет слабее качать или появятся признаки того, что в аквариуме что-то с биологическим равновесием.

Tekhi - Так ты ж только что сказал, что можно вообще без внешника! Сам себе противоречишь?

Ю.В. - Почему? Как раз у меня все логично. )))

Tekhi - Расскажи пожалуйста! Я тоже хочу это понимать. ))

Ю.В. - Не вопрос. )) Как мы знаем, работу нашего  азотного цикла  в аквариуме отвечают различные  бактерии,  как гетеротрофные, которые расщепляют органику до аммиака, так и нитрифицирующие, окисляющие этот аммиак через нитрит до нитрата.

Tekhi - Да. И для того чтобы они успешно справлялись со своей работой нужно для них соблюсти три главных условия- достаточная площадь поверхности субстрата для их расселения, низкая скорость тока воды возле них и достаточное количество кислорода в воде?

Ю.В. - Именно так. Ну вот теперь давай и пройдемся по всем этим условиям на примере конкретного аквариума.

Tekhi - Давай.

Ю.В. - Сравнивать грунт и внешник будем на примере вот этого аквариума.

Это полтонник с дном размером 1500х600 мм, грунтом (окатанный базальт) слоем толщиной 30-50 мм (средний слой 40 мм)  и фракцией 4-6 мм.  Т.е. объем грунта у нас 36л. Ну, поскольку расчеты будут, наверное в миллиметрах, то эти 36т литров превратятся в 36000000 мм³

В этом аквариуме стоят два фильтра JBL 1502E.

Итак, давай вначале прикинем общую полезную площадь поверхности грунта.

Tekhi - Как?  🙄 

Ю.В. - По среднему конечно))

Вначале посчитаем площадь поверхности одной крупинки. Предположим что она круглая и ее диаметр 5 мм

Sкр = 4πR² = 78.5 мм²

Ладно, она у нас не круглая та крупинка… Давай увеличим ее в… ну пусть в полтора раза)) Будем считать что площадь одной крупинки грунта со всеми мыслимыми запасами будет 110 мм².

Теперь посчитаем сколько у нас крупинок грунта в нашем аквариуме.

Объем одной крупинки 

Vкр= 4πr³/3 = 65.4мм³

Соответственно количество крупинок грунта в нашем аквариуме 

36000000/65,4= 55000шт. Ну, поскольку все равно есть какой-то коэффициент заполнения, нам неведомый, то примем средний, обычно применяемый в строительстве для насыпных всяких вещей типа щебня и песка. пусть он будет 0,7.

Значит с достаточной долей вероятности мы можем считать что у нас в аквариуме 38500 штук крупинок грунта. Ладно, увеличим/округлим до 40000. 

Tekhi - Типа чем их больше, тем больше преимущество грунта перед фильтром?

Ю.В. - Ага )))

Итак общая площадь поверхности всех крупинок 

40000*110=4400000 мм2. Пятна контакта…Ну ладно, пусть 5%
Итого эффективная площадь поверхности 4180000 мм2. Запомним эту цифру.

Tekhi - И перейдем к наполнителям?

Ю.В. - Да. В фильтре у меня там мочалки и совсем чуть-чуть (полкорзины) керамики. Мочалки среднепористые с ячейкой диаметром около 1 мм. Объем канистры, напомню, 12 литров. Ну ладно, немного занимают сами корзины и около 1 литра керамики там. Не учитываем. Полезный объем принимаем 10 л или 10000000 мм³

Площадь внутренней поверхности одной поры получается

Sпоры = 4πR² = 3,14 мм².Ладно, там между ними отверстия)) Ну пусть 50% Значит примем площадь поверхности одной поры в 1,5 мм².

Объем одной поры

Vпоры = 4πR³/3 = 0,63 мм³

Стало быть количество пор у нас 10000000/0,63 = 15873016 шт. Понятно что какой-то объем у нас занимает сам материал. Пусть 50% (и это явно завышено!). Тогда фактическое количество пор принимаем вдвое меньше – 7936508 шт.
Общая эффективная площадь пор в этом случае 11904762 мм².

Tekhi - Я не совсем поняла… 11904762/4180000 = 2,85… Ты хочешь сказать что даже в одном фильтре площадь поверхности субстрата почти втрое больше чем в грунте? Но ведь у тебя там их стоит два?! Значит почти в шесть (!) раз площадь поверхности субстрата в фильтре выше чем в грунте?

Ю.В. - Да, Ир. Именно это я и хочу сказать. Правда, не так однозначно и не так категорично- в данном конкретном случае грунт достаточно крупный, слой не сильно велик, а мочалки достаточно мелкие. Окажись грунт фракцией 2-4 мм, пожалуй площади были бы примерно одинаковы, а окажись он песочком фракцией около 1 мм, то картинка была бы наоборот. 

Но в любом случае площадь поверхности под заселение бактериями в грунте и в фильтре сравнимы и никак нельзя говорить что внешний фильтр в этом случае пренебрежимо мал. Он чаще всего примерно такой же по количеству “парко-мест” для бактерий как и грунт. Иногда превосходит, иногда уступает. Но вполне сравним всегда.

Tekhi - Круто ты с поверхностью для бактерий разобрался… А что со скоростью течения воды, которая, как известно, должна быть “минимальной”?

Ю.В. - Тут несколько сложнее, Ир. От чего плясать? С чем сравнивать? Где та оптимальная “минимально возможная”?

Tekhi - Не знаю…

Ю.В. - И я не знаю… Поскольку все что мы имеем в аквариуме пришло к нам из природы, предлагаю на природу и посмотреть)) До того как человек начал на нее избыточно давить, в ее водоемах с азотным циклом  было все нормально))) Поэтому в качестве сравнения предлагаю взять реки. Наш Днепр, например, с его средней скоростью течения 2,16 км/ч. Можно вашу Волгу с ее средней скоростью течения около 4 км/ч или Великую Амазонку с ее средней скоростью в нижнем течении около 5 км/ч.

Tekhi - Давай Днепр- он самый спокойный))

Ю.В. - Ок. Итак, на нашем фильтре стоит помпа с технической прокачкой 1500 л/ч. Фактическая прокачка такого фильтра, заполненного наполнителями и с учетом потерь в шлангах обычно составляет 800-900 л/ч. Ну, по старой традиции завысим)) Примем фактическую прокачку фильтра в 1000 л/ч или 1 м³/ч.

Дальше все просто))

V(м/с) = Q (расх м3/ч) / (3600*π*r²) , где r- радиус трубопровода в метрах.

Размеры канистры данного фильтра 190 х 210 мм. И снова предлагаю сделать “реверанс” грунту, усложнив фильтру задачу)) Заузим его внутренние размеры, приняв условно что канистра не прямоугольная, а круглая с диаметром равным меньшему размеру- 190 мм. Значит радиус (r) будет 95 мм = 0,095 м. Этим самым мы практически учтем то занижение условного прохода, которое происходит из-за места, занимаемого материалом мочалок.

V = 1/(3600*3,14*0,095²)= 0,0098 м/с. 

Ладно, там у нас водичка течет не по прямой, а зигзагами между порами. Ну давай эту скорость увеличим из-за этого вдвое))

V = 0,0196 м/с

Tekhi - Юр, это много или мало?

Ю.В. - Ну давай пересчитаем в более привычные величины.

0,0196 м/с это 19,6 мм/с. Ну а если мы уже сравниваем с реками, в которых скорость течения бактерий очевидно что устраивает, то на тебе и в километрах в час – 0,0196 м/с = 70,56 м/ч или 0,071 км/ч. Против днепровских 2,16 км/ч.

Это много или мало?

Tekhi - Да это ж вообще почти стоячая вода!

Ю.В. - Угу. Итак, что мы имеем пока? Пока мы имеем что эффективная площадь поверхности субстрата внешника вполне сравнима с таковой у грунта и скорость течения воды во внешнике намного ниже скорости течения воды в природных водоемах и вполне может считаться как “минимальная”. Что там еще?

Tekhi - Достаточное количество кислорода вроде…

Ю.В. - Ир, ну здесь без аппаратных замеров ничего никому не докажешь, увы. Но вот опыт и обычная логика мне, например, однозначно указывают на то что в аквариумной воде, которая протекает через фильтр, кислорода никак не может быть меньше чем в толще грунта, в котором биофильтрацию не отрицает никто… Особенно если это травник и особенно если еще и с пирлингом. Так что здесь, я думаю, у внешника если и не преимущество, то как минимум равные условия.

Есть, правда, еще один момент о котором я должен сказать. Свет. Насколько он влияет на биофильтрацию. Ведь грунт освещается, а во внешнике темно. Но, насколько я понимаю, ученые склоняются к тому что свет на биофильтрацию либо не влияет вообще, либо влияет очень незначительно. Ввиду того что у нитрифицирующих бактерий нет ни органов зрения, ни признаков автотрофности.

Tekhi - Другими словами, в любом аквариуме, и в травнике тоже, влияние внешнего фильтра на биофильтрацию существенное?

Ю.В. - Да.

Tekhi - И внешник нужен в любом аквариуме, в т.ч. и в травнике, и чем больше, тем лучше?

Ю.В. - Нет.

Tekhi - Ну как так, Юр? Ну ведь только что ты же сам доказал его существенное влияние!

Ю.В. - Влияние доказал)) Но это не значит что он необходим. Я считаю что любой не перегруженный аквариум с растениями в состоянии сам справиться с биофильтрацией. В нем в приоритете механическая фильтрация. Мы с тобой об этом говорили, когда обсуждали  промывку фильтров. И какие процессы пойдут в аквариуме после промывки грязного фильтра мы тоже с тобой обсуждали.

Tekhi - Напомнишь вкратце?))

Ю.В. - Ок. На поверхности субстрата развивается колония аэробных бактерий- наших, полезных. По мере загрязнения мочалок, на них появляется слой грязи, перекрывающий им доступ к кислороду и они по мере роста этого слоя переселяются на его поверхность. Сколько бы ни было грязи, общая площадь поверхности под аэробные бактерии не может стать больше. Эффективность нитрификации не повысится- дай Бог чтоб не снизилась. А вот по мере роста слоя грязи, количество анаэробных бактерий, которые в ней живут, увеличивается. И увеличивается количество продуктов их жизнедеятельности- сероводорода, метана и прочих неприятностей. И в какой то момент их количество достигает некоей критической массы так, что их влияние на воду становится заметным. Если есть опыт, то ты это заметишь раньше ( Serpentarius - называет это “чувствую аквариум“) Но в любом случае это сигнал что надо фильтр мыть. А лучше помыть его заранее))

Tekhi - Почему?

Ю.В. - Любая колония бактерий развивается ровно на столько, на сколько у нее есть питание. Если у тебя внешника нет, или он маленький, то у тебя в аквариуме разовьется достаточное количество бактерий. Если же у тебя есть внешник, да еще и эффективный, то вся еда будет делиться между ним и грунтом, и количество бактерий и в грунте, и во внешнике по-отдельности будет меньше, чем если б чего то из них не было. И вот, у тебя нормальный сбалансированный аквариум. Ты в какой то момент помыла внешник. Грязный внешник. И вместо с грязью смыла оттуда все аэробные бактерии, сидевшие на ней (грязи). Вместе с анаэробными под ней и внутри нее. Внешник на какое то время выпадет из азотного цикла- на время восстановления колонии. И в этот момент у тебя резко возрастает нагрузка на твой грунт. А там колонии бактерий для резко увеличившегося количества еды недостаточно. Их ведь было меньше тех бактерий. Потому что при работающем внешнике еды было меньше. Ну и получите сразу ваши проблемы в виде аммиака сотоварищи))

Tekhi - Замкнутый круг…. Получается что внешник может стать источником проблемы? Бывает так что лучше чтоб его не было, чем чтоб он был?

Ю.В. - Получается что да)) И разорвать этот круг можно двумя путями)) Либо ставить хорошую  префильтрацию   чтоб внешник не забивался механикой, либо мыть его до того как он обрастет грязью- в этом случае на субстрате сохранится приличная часть колонии аэробной микрофлоры и эффект от промывки будет не так существенно заметен.  Кроме того, в случае длительной несанкционированной остановки фильтра, внешник без грязи намного дольше сможет удержать в рабочем состоянии колонию аэробных бактерий в живом состоянии – они просто не будут травиться продуктами жизнедеятельности анаэробных. Ну или, как в случаях с большими аквариумами, ставить два внешника по-меньше и разносить их промывки на разное время. Повторяю, чем меньше объем  внешника, тем меньше его негативное влияние на биофильтрацию в случае промывки. Положительное же влияние на биофильтрацию большого внешника достаточно не очевидно в большинстве случаев.

Вот именно по этим причинам я и говорю что ставить внешник нужно там где без него никак- перегруженный рыбой аквариум, мало грунта, чисто технический аквариум. А в травнике с умеренным количеством рыбы говорить о том что внешний фильтр необходим я не могу- аквариум сам справляется с проблемами. Возможно ставить небольшие внешники чтоб были в качестве подстраховки на случай форс-мажора. А в приоритете в травнике у меня по-прежнему механическая фильтрация))

Tekhi - Поняла, Юрочка, спасибо! Не буду теперь про замену своего фильтра и думать. )) Сэкономил мне “на шпильки” 😆 

Ю.В. - На здоровье твоим шпилькам, Ириш! ))