​Водорослевая фильтрация в рифовых аквариумах
29.09.2018
Разделы: Техника
Водоросли
Автор: Брайан (Santa Monica Filtration)

В современной рифовой аквариумистике все больше и больше риферов стремятся использовать в своих системах такой же вид фильтрации, как и у всех естественных рифов (и в озерах, и в реках), где эту миссию выполняют водоросли.

Untitled-20.jpg

Мы рассмотрим основные типы водорослевой фильтрации, которые вы можете использовать в своей системе:
  • Скрабберы (Algae turf scrubbers, ATS) 
  • Хето-реакторы (водорослевые реакторы) 
  • Рефугиумы 
Во всех вариантах фильтров выращиваются макроводоросли; такие фильтры можно сделать своими руками или купить.

Untitled-17.jpg
Турбулентное взаимодействие воздуха и воды в волнах способствует быстрому росту и прикреплению макроводорослей 

Как работает водорослевая фильтрация
Главная идея естественной водорослевой фильтрации заключается в следующем: водоросли поглощают «плохие» вещества (аммиак, нитриты, нитраты, фосфаты, CO2, металлы) из воды и оставляют «хорошие» (частицы пищи) в воде. Очень важно понимать отличие и знать, что отходы рыб считаются частицами пищи для кораллов.

Представьте себе стейк на гриле: еда – это «хорошо», а вот дым, получаемый в процессе, - «плохо». Чем больше стейков вы приготовите и съедите, тем лучше, но вот дым, который вы получаете – это плохо. Конечно, можно убрать стейк с гриля, соответственно, дыма тоже не будет, но в этом случае вы останетесь без еды. Поэтому, решение – установить вентилятор, чтобы удалить только дым, но оставить при этом еду. По этому принципу работает водорослевая фильтрация: она удаляет дым, но оставляет еду.

Разница между скрабберами, реакторами и рефугиумами заключается в условиях, которые они предоставляют для роста водорослей.

Все океаны, рифы, озера и реки фильтруются естественным образом посредством фотосинтеза, протекающего в водорослях. Это означает, что водоросли обеспечивают всю фильтрацию воды. Поэтому водоросли – в самом начале целой водной пищевой цепи, и поэтому по сравнению с биомассой водорослей биомасса всех водных существ вместе кажется незначительной, в соотношении 10 к 1. Но чтобы водоросли потребляли питательные вещества из воды, сами водоросли должны расти. И чтобы питательные вещества потреблялись быстрее, водоросли должны расти быстрее. Для вас это означает более высокую скорость фильтрации.

Нас часто спрашивают, какой вид водорослевого фильтра «наиболее эффективен». Все макроводоросли «работают» примерно одинаково, с химической точки зрения. Все они используют свет для проведения фотосинтеза, для потребления питательных веществ (аммиака, нитритов, нитратов, фосфатов, CO2, металлов – «плохие вещества»!) и наращивания биомассы (это хорошо!). Точно также как деревья. Да, вы все правильно поняли: питательные вещества – это «плохо». Не путайте с «питанием», под которым подразумевается пища.

Питательные вещества – это плохо; пища – это хорошо. Не я придумал систему названий, поэтому не обвиняйте меня, если она кажется запутанной.

Untitled-2.jpg
При наличии большого количества питательных веществ в воде,
в скрабберах водоросли могут действительно расти очень плотно 

Основная терминология по теме «макроводоросли»
  • Хето/хета: это прозвище макроводорослей Chaetomorpha. Они выглядят как зеленая губка для мытья посуды, у них нет «корней», поэтому они не прикрепляются к твердым поверхностям; способны отделиться и будут снесены течением. Они растут только в соленой воде, и немногие рыбы станут их поедать. 
  • Зеленые нитчатые водоросли (Green Hair Algae): Эти макроводоросли известны как GHA, у них имеются «корни», при помощи которых они крепятся к твердым поверхностям, чтобы их не сносило течением. Их поедают почти все травоядные, в особенности, рыбы-хирурги. 
  • Макро: Это аббревиатура от термина «макроводоросли». Зачастую под этим названием аквариумисты подразумевают Green Hair Algae, но формально, макроводоросли – это все виды макроводорослей, которые мы выращиваем; не стоит путать с микроводорослями, из-за которых вода становится зеленой. В аквариумистике никто намеренно не культивирует микроводоросли. Только макроводоросли. 
  • Слизь: Непрерывно растущие макроводоросли, от ярко-зеленого до коричневого и даже черного цвета, которые прикрепляются к жестким поверхностям, но не очень прочно. В данной статье мы не будем их затрагивать. 

Untitled-4.jpg
Типичные компоненты для создания скраббера “водопад” своими руками
(в качестве альтернативы могут быть светодиоды) 

Какой водорослевый фильтр наиболее эффективен?
Способы (или устройства), при помощи которых мы культивируем и выращиваем водоросли, - это как раз то, о чем риферы хотели бы узнать больше и выбрать подходящий для своих систем вариант. Существует несколько биологических различий между способами или устройствами, но гораздо важнее размер, очистка, стоимость и безопасность систем; именно об этом мы и поговорим.

Основные категории:
  • Рефугиумы (водорослевые фильтры): Традиционный метод культивирования/выращивания водорослей. В рефугиумах обычно медленно растут GHA, на большом пространстве и при слабом освещении. Здесь не используется турбулентное смешивание воздуха/воды. 
  • Водорослевые скрабберы: известны также как торфяные скрабберы (Turf Scrubber) или водорослевые торфяные скрабберы (Algal Turf Scrubber, ATS), или для некоторых изготавливаемых нами устройств – водорослевые скрабберы восходящего потока (Upflow Algae Scrubber, UAS). Это устройство, где благодаря взаимодействию воздуха и воды создается турбулентная воздушно-водная поверхность, как у волн на пляже; здесь растут зеленые нитяные водоросли или слизь, которые крепятся к жесткой поверхности, и имеется источник освещения, благодаря которому растут водоросли. 
  • Хето-реакторы: Устройство, через которое проходит вода, при этом внутри него растут водоросли chaeto. Такой фильтра еще называют «водорослевый реактор». Хето-реактор не позволяет воздуху проникать вовнутрь, внутри только вода; как правило, у таких реакторов крышка прикручивается винтами, чтобы удерживать внутри воду и блокировать поступление воздуха. Источник освещения располагается внутри или снаружи реактора. («Реактор» означает просто контейнер (или резервуар)). 
Реакторы и скрабберы отличаются от рефугиумов; рефугиум – это пространство в сампе, и, скорее всего, вы уже используете самп. Скрабберы и реакторы – отдельные устройства. Рефугиум создается в сампе, когда вы помещаете туда макроводоросли и устанавливаете источник света. В рефугиумах очень слабое течение, для них характерно слабое проникновение света и отсутствует взаимодействие воздуха/воды; поэтому по сравнению с реакторами или скрабберами для такого же объема фильтрации размер рефугиума должен быть значительно большим.

Рефугиум можно трансформировать в реактор, при дальнейшей модификации его можно превратить в скраббер. Но в этом случае он перестает быть рефугиумом.

Во-первых, безопасность. Все рефугиумы создаются своими руками, так что, необходимо убедиться, что источник света не упадет в воду или на него не попадут брызги, - это две самые распространенные проблемы. Светильники для скрабберов и реакторов также должны быть сухими, или погружными. Наиболее распространенная проблема – использование китайских «водонепроницаемых» светильников. Такие устанавливаемые на болтах светильники были разработаны для садов и внутренних дворов, где иногда бывает дождь; их никак нельзя назвать водонепроницаемыми, даже водостойкими. Что хуже всего, из-за них провода с напряжением в 120 или 240 вольт оказываются непосредственно у воды. Если уронить такой светильник в воду, сразу же случится короткое замыкание, а солевой туман проникает вовнутрь таких светильников в течение нескольких месяцев. Так что, держите их очень сухими.

Untitled-1.jpg
Сделанный своими руками простой скраббер в виде горизонтально текущей реки (светильник расположен наверху) 

Различия между типами фильтров
С биологической точки зрения, чем быстрее растут водоросли, тем быстрее они поглощают питательные вещества (аммиак, нитриты, нитраты, фосфаты, CO2, металлы - плохие!) из воды. Если удалить водоросли из системы, питательные вещества также удаляются (хорошо!) до следующего кормления, когда животные выделят больше питательных веществ. Или, если рыбы питаются водорослями, питательные вещества остаются в вашей системе, но в этом случае вам не приходится добавлять больше питательных веществ с кормом.

Основные аспекты, которые вы способны контролировать и которые способствуют ускоренному росту водорослей: освещение, плотность роста, течение, турбулентность взаимодействия воды и воздуха.

  • Освещение: Как правило, чем сильнее освещение, тем активнее протекает фотосинтез и фильтрация, но до определенного уровня. В случае чрезмерного освещения можно столкнуться с «фотоингибированием», которое останавливает рост. Но для большинства сделанных своими руками и купленных фильтров освещение может быть сильнее. Как правило, наиболее интенсивное освещение у скрабберов, за ними – реакторы, и, наконец – рефугиумы. 
  • Плотность роста: если водоросли растут слишком плотно, они блокируют свет и воду, которые не проникают вглубь, соответственно, внутренняя часть водорослей погибает и отправляет питательные вещества обратно в воду. Хорошие вещества обратно в воду не попадают; выделяются только плохие питательные вещества вследствие бактериального разрушения растений. Плотность роста – основная причина того, почему фильтры в виде рефугиумов работают так медленно и требуют наибольшего пространства. В любой момент времени большая часть «шара» из водорослей в рефугиуме может оказаться вне освещения, соответственно, не растет и не фильтрует воду. Или, что еще хуже, растущие внутри водоросли погибают в темноте. Компенсировать этот недостаток можно большим объемом, иногда рефугиум занимает половину всего сампа. Реакторы ограничивают плотность роста границами контейнера самого реактора, а скрабберы поддерживают слой водорослей очень тонким, ограничивая его поверхностью прикрепления. 
  • Течение: Собственно, не секрет для большинства аквариумистов, что хорошее течение необходимо, чтобы питательные вещества доставлялись к водорослям. В рефугиумах поток воды слабый, в реакторах – сильнее, в скрабберах – очень сильное течение. 
  • Турбулентное взаимодействие воды и воздуха: В качестве дополнительного аспекта, чтобы доставить водорослям больше питательных веществ, взаимодействие воды и воздуха удаляет “пограничный слой” с водорослей, благодаря чему большая часть питательных веществ достигает водорослей. Чем тоньше слой воды, тем лучше, вплоть до нулевой толщины - пузырьки воздуха будут в прямом смысле «протирать» водоросли. Взаимодействие воздуха/воды используется только в скрабберах: В скрабберах «водопад» или «горизонтально текущая река» используется поток воды, а в устройствах с восходящим потоком - пузырьки воздуха. Подробнее на эту тему можно почитать в книге Уолтера Эди (Walter Adey) “Dynamic Aquaria”. 
Рефугиумы довольно простые и недорогие, если у вас уже имеется самп подходящего объема, поэтому мы расскажем о скрабберах и реакторах.

Untitled-9.jpg
Сделанный своими руками скраббер “водопад” с погружными мощными лампами, расположенными внутри емкости 

Хето-реакторы и водорослевые скрабберы
Скрабберы и реакторы были разработаны с целью преодолеть ограничения выращивания макроводорослей в рефугиуме, поэтому они эффективнее и удаляют питательные вещества быстрее, занимая при этом меньше места. Но, их либо надо конструировать, либо покупать. Ниже приводится сравнение реакторов и скрабберов по нескольким аспектам:
  • Размер: Хето-реактор должен быть значительно больше по размеру, чем скраббер, именно по этой причине мы видим, как они возвышаются в сампе. У многих морских систем сампы довольно большие, иногда имеются даже специальные «фишрумы», так что, проблем не должно быть. Согласно наблюдениям и экспериментальным результатам отдельных аквариумистов, использующих хето-реакторы в течение последних нескольких лет, и нескольких тысяч аквариумистов, использующих водорослевые скрабберы в течение более чем десяти лет, хето-реактор должен быть в 4-8 раз больше скраббера по размеру, чтобы обеспечить такую же фильтрующую способность (скорость удаления питательных веществ). Лично я использую показатель 5 в качестве коэффициента, насколько реактор должен быть больше скраббера. 
  • Посев(засеивание): Хето-реактор необходимо «засеять» небольшим количеством водорослей chaeto, либо из другого аквариума или реактора, либо из вашего прошлого «урожая» (т.е., вы не удаляете абсолютно все водоросли), тогда как водорослевый скраббер самостоятельно засеивается невидимыми клетками водорослей из воды. В случае самозасева на водорослевых скрабберах обычно начинается рост водорослей в виде слизи, который иногда трансформируется в рост нитяных водорослей, в зависимости от содержащихся в воде питательных веществ. Все виды водорослей удаляют питательные вещества из воды. 
  • Очистка («сбор урожая»): в случае хето-реактора вы разбираете реактор: обычно надо открутить несколько винтов в верхней части контейнера, затем вынимаете трубку или рамку из контейнера; далее наросшие водоросли chaeto удаляются с рамки, которая заново устанавливается в контейнер, реактор закрывается крышкой, болты завинчиваются. Поскольку водоросли chaeto не крепятся к поверхностям, бывает, что части chaeto попадают в систему или самп в процессе очистки, в этом случае уменьшить их количество поможет фильтрующая сетка. 

Untitled-25.jpg
Скраббер “водопад” внизу в сампе (с целью экономии пространства) 

В случае водорослевого скраббера, очистка модели в виде горизонтально текущей реки подразумевает, что вам необходимо снять с контейнера светильник, вытащить рамку из контейнера, очистить ее от водорослей и вернуть ее на место.
  • Дизайн в виде водопада подразумевает наличие рамки, которую надо снять с трубы; иногда вынимается вся труба, а иногда труба расположена в контейнере, который необходимо предварительно открыть. 
  • В случае с пузырьковым скраббером восходящего потока, по крайней мере часть контейнера расположена под водой, соответственно, его необходимо достать из воды. 

Untitled-6.jpg
Обычных компрессоров с двумя разъемами вполне достаточно для большинства пузырьковых скрабберов восходящего потока 

И для всех водорослевых скрабберов, поскольку водоросли прикрепляются к поверхностям, довольно редко бывает, что оторвавшиеся части водорослей плавают в воде при условии, что очистка производится регулярно. В случае пузырькового скраббера восходящего потока водоросли практически никогда не открепляются, потому что они поддерживаются потоком воды. Для всех скрабберов, в зависимости от дизайна, иногда можно дотянуться и просто вытянуть часть зеленых нитяных водорослей – в этом случае очистка не занимает много времени.
  • Кормление: Если кормить рыб водорослями, рыбы питаются естественным образом, а вам не приходится покупать корм и добавлять его в воду (что приводит к большему содержанию питательных веществ). Очень немногие аквариумные животные, если вообще таковые существуют, едят хетаморфу, но большинство питается зелеными нитчатыми водорослями. Урожай водорослей можно собирать и кормить рыб вручную, или же можно открыть фильтр и поместить его в воду, чтобы рыбы самостоятельно съедали водоросли с фильтра. В случае с пузырьковым скраббером восходящего потока течение у циркуляционных отверстий может быть вполне достаточным, чтобы рыбы просто научились питаться оттуда. Или, конечно, можно просто открыть устройство и запустить рыб вовнутрь (однако, сначала отключите освещение для водорослей). 
  • Разрастание: Последнее отличие – нарастание водорослей на самих водорослях. Хетаморфа – медленно растущий вид водорослей из-за их плотной ячеистой структуры (строения), а если условия благоприятствуют другим, быстрорастущим водорослям, вы получите зеленые нитяные водоросли, которые прикрепятся поверх хетаморфы и будут блокировать поступление света и течения к ней, что может привести к последующей гибели и разложению хетаморфы. Не существует простого способа удалить зеленые нитяные водоросли с хетаморфы; наоборот, хетаморфу надо удалять раньше. В случае с водорослевыми скрабберами, рост зеленых нитяных водорослей на зеленых нитяных водорослях – это как раз то, как работает скраббер, поэтому нет необходимости очищать скраббер раньше. 
  • Питательные вещества: Это «плохие» вещества, которые еще называют «неорганика», т.е. неорганические вещества. Термин «питательное вещество» иногда путают с «питанием»; возможно, в ресторане эти два термина означают одно и то же, но для аквариумистов значение терминов существенно различается. Частицы органического питания по большей части заметны, тогда как неорганические питательные вещества невидимы; в аквариумах мы имеем дело со следующими питательными веществами: 
    • Аммиак/аммоний
    • Мочевина
    • Нитриты
    • Нитраты
    • Фосфаты
    • Железо
    • CO2

  • Органические вещества: Это частицы пищи, большинство которых достаточно большие и заметные (это никак не связано с «органическими» продуктами в магазине). Это могут быть яблоки, гранулы, нори, артемия, хлопья, арахисовое масло, экскременты, слизь, листья, ветки, яйца рыб и прочие типы детрита, которые поедаются/потребляются какими-либо организмами. В случае высокой концентрации органические вещества обычно хорошо видны, и только после того, как органика переварена длинной цепочкой животных и бактерий, органические вещества становятся невидимой неорганикой (это называется «реминерализацией», потому что органические вещества снова становятся базовыми минералами). Частицы органической пищи (включая детрит) могут быть крупными, мелкими или растворенными, и если они растворены в воде, вода может быть мутной или прозрачной. Например, если взять слизь (пища кораллов) и смешать ее с водой, полученная в результате органика будет невидимой. Естественные рифы обильно загружены органикой, особенно в ночное время; иногда во время ночного погружения дайвер не видит собственную руку, потому что свет камеры отражается от плотной массы частиц. В озерах – еще хуже, иногда даже в дневное время видимость под водой – не более метра. Однако, владельцы аквариумов стремятся добиться неестественно «прозрачной» воды, откуда удаляются все естественные частицы пищи. Водорослевая фильтрация позволяет вам удалить из воды все плохие неорганические вещества, при этом оставляя хорошие органические частицы пищи. 
  • Щелочность: В аквариумах мы регулярно имеем дело с щелочностью и CO2, но их взаимоотношения с реакторами и скрабберами не столь очевидны – необходимо знать, на что обращать внимание. Водоросли используют углерод для выстраивания новых клеток, и также как любые организмы, водоросли предпочитают использовать самый простой источник углерода. Для водорослей самый простой источник углерода – растворенный в воде CO2, потому что углерод довольно просто отделяется от кислорода. Однако, в комнатном воздухе содержится не так много CO2, и еще меньшее его количество легко растворяется в воде. А тот углекислый газ, который растворяется в воде, делает это очень медленно. Поэтому если водоросли растут (фильтруют) быстро, они начинают потреблять растворенный CO2 (чтобы получить углерод) из воды быстрее, чем CO2 растворяется в воде из комнатного воздуха. Поэтому концентрация CO2, и в частности углерода, уменьшается, что замедляет рост водорослей (фильтрацию). Так что же используют водоросли в качестве запасного плана на случай истощения запаса растворенного CO2? Щелочность. 

Untitled-5.jpg
Типичный скраббер “водопад”, выполненный своими руками 

Щелочность в аквариумах связана с содержанием бикарбоната HCO3- и карбоната CO3-2, содержащих углерод, хотя для водорослей такой углерод получать сложнее, чем просто из CO2. Поэтому если водоросли растут (фильтруют) быстро, они начинают потреблять щелочь с целью получить углерод. Океаны, рифы и озера характеризуются неизменной скоростью роста водорослей (она всегда довольно высокая) и большим запасом щелочности, поэтому щелочность доступна водорослям и ее уровень существенно не меняется.

Но в аквариумах бывает резкий скачок роста водорослей, если водорослям в реакторе или скраббере предоставлено большое количество питательных веществ; и конечно, количество щелочности ограничено. В системах с сильной водорослевой фильтрацией изменения показателей щелочи легко измерить, и именно здесь проявляется еще одна разница между водорослевыми фильтрами. Хето-реакторы разработаны таким образом, чтобы воздух в них не поступал, соответственно, растворенный CO2 доступен только тот, который уже растворен. Поэтому водоросли в быстро растущем хето-реакторе начнут поглощать щелочность, иногда со скоростью вплоть до 1.0 единицы в день, а значит, содержание щелочности падает, а вместе с ним замедляется рост водорослей и фильтрация, потому что углерод-содержащие молекулы недоступны клеткам водорослей.

Untitled-18.jpg
На пузырьковых скрабберах восходящего потока может расти большое количество водорослей на небольшом пространстве, в сампе или в самой системе 

В скрабберах используется взаимодействие воды и воздуха, и по мере того, как истощаются запасы растворенного в воде CO2, углекислый газ можно получить из воздуха, без использования щелочности из воды. В горизонтальном скраббере речного типа толщина слоя воды менее 2 см, поэтому довольно быстро водоросли для своего роста могут получить часть CO2 из комнатного воздуха. В случае скраббера «водопад» слой стекающей вниз воды еще тоньше, при этом скорость потока выше, следовательно, еще больше CO2 растворяется в воде с еще большей скоростью. Поэтому при использовании скраббера «водопад» крайне редко случается ежедневное снижение уровня щелочи, даже при быстром росте водорослей. Наконец, в случае пузырькового скраббера восходящего потока толщина слоя воды между пузырьками и водорослями близка к нулю, когда пузырьки поднимаются наверх и соприкасаются с водорослями, потому что внутри пузырьки сухие. Поэтому при использовании этого типа скраббера не было сведений о снижении уровня содержания щелочи, так что, этот дизайн скраббера может быть наиболее эффективным для фильтрации при определенном размере водорослевого фильтра. Для сравнения, в рефугиумах водоросли растут недостаточно быстро, чтобы влиять на содержание щелочности.

Сочетание фильтров: последнее замечание о сочетании типов фильтров: поскольку водоросли удаляют большое количество питательных веществ из воды, когда вы очищаете фильтр, водорослей становится меньше, соответственно, фильтрация снижается. Поэтому рекомендуется, если есть такая возможность, держать несколько фильтров; например, если стоит выбор между одним большим и двумя небольшими устройствами, выберите два небольших. В этом случае можно очищать один фильтр, тогда как водоросли в другом будут продолжать расти и фильтровать воду. Однако, не рекомендуется сочетать разные типы фильтров; не стоит сочетать реактор и скраббер, или скраббер и рефугиум и т.п., потому что более сильный фильтр вытеснит более слабый в борьбе за питательные вещества и в результате вы просто «скормите» слабый в угоду сильному. Как правило, скраббер сильнее реактора, а реактор сильнее рефугиума.

Untitled-23.jpg
На скраббере “водопад” в центре заметно “кольцо роста”, от очень сильного освещения.
Такое кольцо позволяет течению достигать центральной части зарослей, когда водоросли растут очень плотно 

Заключение
Надеюсь, приведенная в статье основная информация поможет тем, кто хотел бы держать современный рифовый аквариум с естественной фильтрацией.

Untitled-19.jpg
Пузырьковый скраббер восходящего потока с открытой дверкой; явно требуется очистка!  





Первоисточник: reef2reef.com
Переведено специально для ReefCentral.ru
Если вы увидели этот материал на другом сайте - значит, он был украден.             
Просим сообщать о замеченных фактах на info@reefcentral.ru          

Количество показов статьи: 945