Биофильтры для аквариума

Что это такое, и как он устроен

По сути, биофильтр – это емкость, в которую засыпается инертный материал. Производители биофильтров делают засыпку из керамзита, синтетического волокна «Ерш» и так далее. Если устройство делается своими руками, то можно использовать любые химически неактивные материалы. К примеру, полимерные, как один из вариантов – защитная гофра для проводов, нарезанная на кусочки длиною по 5 см.

Засыпка будет выполнять функции фильтра, на котором будут оседать мелкие частички, выходящие из септика вместе с осветленной водой. Их окончательно будут перерабатывать бактерии, которые в биофильтрах являются неотъемлемой их частью. В принципе, отсюда и название приспособления. На выходе будет практически очищенная вода (до 99%).

Септик с биофильтром

Что касается бактерий, то в биофильтрах для септиков могут использоваться или аэробные, или анаэробные микроорганизмы. Первые размножаются и живут при наличии кислорода, вторые без него. Поэтому для сооружения биофильтра с аэробными бактериями, необходимо установить вентиляционную трубу, через которую воздух будет проникать в герметичную емкость биологического фильтр. Готовые септики с таким фильтрационным отсеком специально снабжаются компрессорами, которые закачивают воздух извне в емкость с керамзитом.

Технология очистки

Канализационные стоки из дома по трубе попадают в первый отсек септика, где разделяются на тяжелые и легкие частицы. Тяжелые оседают на дно, а легкие перетекают во второй отсек (таких отсеков может быть больше, чем два). Здесь органика начинает перерабатываться аэробными гнилистыми бактериями, в процессе чего выделяется углекислый газ и иловые отложения. Последние оседают на дно. Такие септики гарантируют, что на выходе вода будет чистой на 90%. Так вот десятая часть все же будет грязной, поэтому в дело вступает биофильтр.

Очень важно понимать, что чисто конструктивно это устройство может быть разным. К примеру, это может быть отсек, как неотъемлемая часть самого септика, или как отдельно стоящий резервуар. Очищаемая вода может проходить сверху, спускаясь вниз, или поступать внутрь снизу, проходя через фильтрующий материал и удаляясь по верхнему уровню.

Посмотрите на фото ниже, где показан септик «Чисток». В его конструкции биофильтр работает снизу вверх.

Биофильтр внутри септика

Виды биофильтров

Классификация фильтрующих устройств имеет два вида разделения: по используемым внутри фильтрующего материала бактериям и по способу заполнения емкости очищаемой водой.

В первом случае деление производится на:

• биофильтры с аэробными бактериями, поэтому в сам резервуар организуется подача воздуха, под действием которого они появляются, живут и размножаются;
• с анаэробными бактериями – это герметичный сосуд, в котором бактерии сами не появляются, а их загружают искусственно.

Второй тип разделения:

• биофильтры для септиков «мокрого» типа, когда вся емкость вместе с загрузкой наполняется водой и в таком состоянии находится постоянно;
• «сухого» типа, когда емкость заполняется водой периодически по мере работы канализации.

Внимание! В мокрых биофильтрах живут анаэробные бактерии, в сухих аэробные.

Схема работы септика с биофильтром

На схеме выше показано, как может работать септик с биофильтром, в котором присутствуют и аэробные, и анаэробные микроорганизмы. Такая конструкция септика может иметь место, если первый отсек отделить от второго промежуточной камерой. Это делается для того, чтобы создать герметичность первого отделения, чтобы в него не попадал воздух. При этом второй отсек, который носит название аэротенк, снабжен аэратором, подающим воздух в данную камеру. Аэратор напрямую связан с компрессором.

Конструкция биофильтра

Самый простой вариант биофильтра для септика – это емкость, в которую установлен поддон на ножках. В нем сделаны отверстия для протекания очищенной воды. Высота ножек определяет зазор между поддоном и дном резервуара, именно по этому зазору и будет отводиться чистая вода. Здесь же и установлен отводящий патрубок. Отверстия в поддоне по диаметру не должны быть больше размеров гранул фильтрационной засыпки.

В такой биофильтр вода поступает сверху прямо на гранулы фильтрующего материала. Здесь она очищается и через нижний патрубок выводится наружу. Выходная труба может выводить воду не с самого низа емкости, а поднимать ее до уровня загрузки и выводить по верхнему уровню заполнения неочищенной водой. Как показано на фото ниже.

Биофильтр с верхним выводом очищенной воды

Классификация биофильтров

В биологических фильтрах предусмотрены разные материалы для загрузки. Выделяют:

• Биофильтры с объемной нагрузкой. Они содержат горный щебень, керамзит, гальку и т.д.
• Фильтры плоской нагрузки. Используются прочные пластмассы, работающие в температурном диапазоне от 6 до 30 градусов.

По используемой технологической схемы выделяют:

• Фильтры с двумя ступенями очистки, которые выдают высокоочищенную воду. Их применяют при ограничении высоты устройства или при неблагоприятном климате.
• Биофильтры с одной ступенью очистки.

По степени очистки биофильтры бывают:

• с полной очисткой;
• с неполной очисткой.

В зависимости от способа подачи воздуха биофильтры делятся:

• с естественной циркуляцией воздуха;
• с искусственной воздушной подачей.

Различают два режима работы биологических фильтров:

• рециркуляционны — высококонцентрированная вода подается небольшими порциями для более эффективной очистки;
• без рециркуляции – при низком загрязнении воды.

В зависимости от пропускной способности классифицируются на:

• капельные — с малой пропускной способностью;
• высоконагружаемые.

Биофильтры с объемной нагрузкой

Их принято разделять на:

1. Капельные, которые характеризуются малой производительностью. Зернистость тела загрузки будет 20-30 миллиметров при двухметровой высоте слоя.
2. Высоконагружаемые с размером загрузочного материала 40-60 миллиметров и четырехметровый слой.
3. Башенные биофильтры имеют большую высоту – 16 метров, а зернистостью 40-60 миллиметров.

Биофильтры с плоской загрузкой

1. Жесткая нагрузка обеспечивается кольцами, частями труб и подобными элементами. В бак засыпают крошку из металла, керамики или пластмассы. Их плотность доходить до 600 кг/м3, пористость материалов от 70%. Очищающий слой доходит до шести метров.
2. Жесткая нагрузка с блочной или решетчатой нагрузкой. Блоки изготавливают из асбестовых листов (плотность до 250 кг/м3, пористость от 80%, шесть метров загрузки) или некоторых разновидностей пластмасс (плотность от 40 до 100 кг/м3, пористость от 90%, фильтрующий слой до 16 метров).
3. Рулонная или мягкая нагрузка создается сеткой из металла, синтетическими тканями, пленкой из пластмассы. Загрузку выкладывают рулонами или закрепляют на каркас. Плотность до 60 кг/м3, пористость от 95% при высоте загрузки до 8 метров.
4. Биофильтры для погружения – резервуары с вогнутым днищем. Диски из пластмассы, металла или асбеста монтируются выше уровня очищаемых вод. Диски расположены 10-20 миллиметров друг от друга, их диаметр – 06-3 метра. Вал вращается с частотой до 40 мин-1.

Засыпная и мягкая нагрузка используется при максимальном расходе 10 000 м3/сутки, блочная нагрузка – 50 000 м3/сутки. Погружные биофильтры эффективны при низких нагрузках.

Капельные биофильтры

Схема работы фильтра

Подача водной массы осуществляется капельным или струйным методом. Воздух проходит через дренаж фильтра или забирается с поверхности. Предварительно очищенная сточная вода с невысокой концентрацией загрязнений сама течет в распределитель, который порциями подает ее на поверхность загрузочной массы. Далее вода идет в систему дренажа, а оттуда на водные лотки за границами биологического фильтра. Во втором отстойнике удаляется биопленка.

Капельные биофильтры характеризуются низкой органической нагрузкой. Что бы вовремя очистить тело фильтра от мертвой биопленки, используют гидравлическую нагрузку.

Должно быть обеспечено равномерное орошение всей загрузки биофильтра. Это необходимо для исключения возникновения повышенной или пониженной гидравлической нагрузки.

Капельные фильтры почти невозможно регулировать под изменения внешних условий. При эксплуатации следят за показателями загрязненности и состоянием биофильтров. Очистка загрузки имеет высокую стоимость – используют полную ее замену. В биофильтр должна поступать сточная вода с количеством взвешенных частиц менее 100 мг/л.

При эксплуатации важным является аэрация фильтра. Концентрация кислорода не должна снижаться за 2 мг/л. Необходимо обеспечить периодическую очистку полости под дренажем и над днищем.

Капельный биологические фильтры плохо переносит зимой ветер. Для эффективной работы предусматривают противоветровую защиту. Неоднородная нагрузка приводит к заболачиванию фильтра, которая ликвидируется заменой загрузки. Работу нарушают и посторонние предметы в загрузочной массе и дозирующих баках.

Высоконагружаемые биофильтры

Этот тип фильтров имеет повышенный воздухообмен и, соответственно, окислительную способность. Обеспечивается повышенный обмен воздуха крупной фракцией загрузки и повышенной водонагрузки.

Очищаемые воды двигаются с большой скоростью и выносят трудноокисляемые вещества и отработанную биопленку. Кислород расходуется на оставшиеся загрязнения.

Высоконагружаемые биофильтры имеют высокий загрузочный слой, повышенную зернистость дренажа и днище особой формы для обеспечения искусственной циркуляции воздуха.

Промывка фильтра будет происходить только условиях постоянного беспрерывного и высокой подаче воды.

Высота массы загрузки прямо пропорциональна эффективности биофильтра.

Состав и работа биофильтров

В состав биологических фильтров могут входить:

• тело фильтра – фильтрующая загрузка, которая расположена в резервуаре, доступном для проникновения воды. Наполнители (пластмасса, шлак, щебень, керамзит и т.д.) должны иметь низкую плотность и повышенную поверхностную площадь;
• устройство для распределения воды, позволяющее равномерно орошать фильтрующую загрузку грязной водой;
• дренаж;
• устройство распределения воздуха – подает кислород для окислительных реакций.

Окислительные процессы в биофильтрах схожи с орошением полей или как в сооружениях биологической очистки, но интенсивнее.

Схема работы биофильтра

Загрузочная масса очищает воду от нерастворенных примесей, которые остались после пройденных отстойников. Биопленка сорбирует растворенную органику. Микроорганизмы в биопленки живут за счет окисления органических веществ. Так же часть органики идет на увеличении биомассы. Происходит два эффективных действия: уничтожение ненужной органики из воды и увеличения биологической пленки. Поток сточной воды уносит с собой омертвевшую часть пленки. Кислород подается естественным и искусственным путем с помощью вентиляции.

Расчет биофильтров

Расчет производится для поиска эффективной толщины загрузочной массы и характеристик водораспределительного устройства, фракции дренажа и диаметра лотков, отводящих воду.

Эффективный размер загрузочной массы рассчитывают по окислительной мощности – ОМ. ОМ – это масса необходимого кислорода в сутки. На нее влияет температура воды и окружающей среды, материала загрузочной массы, типа загрязнения, способа воздухообмена и т.д. Если за год средняя температура менее 3 градусов, то биофильтр переносят в более теплое помещение с возможностью обогрева и пятикратной подачей свежего.

Часто используют следующий алгоритм:

1. Определяют коэффициент К как произведение БПК20 входящей и выходящей воды.
2. Из таблиц определить высоту фильтра и допустимую гидравлическую нагрузку, зависящая от среднезимней температуры окружающей среды и К.
3. Общая площадь определяется делением расхода входящей воды на гидравлическую нагрузку.

Для них существует точная методика расчета:

1. Определяется допустимая концентрация загрязнения входящей воды: табличный коэффициент К умножается на БПК вышедшей воды.
2. Рассчитывается коэффициент рециркуляции по специальной формуле. Он равен частному двух разностей: БПК поступающей сточной воды минус ее допустимая концентрация и допустимая концентрация минус БПК очищенной воды.
3. Для определения площади фильтра берется произведение объема среднесуточной подачи воды, увеличенное на 1 отношение рециркуляционного расхода к расходу сточной воды и коэффициента с пункта 2. Все нежно разделить на допустимую нагрузку и температуру.

Существуют дополнительные методы расчета биологических фильтров, которые используют сложные формулы и дают более точные результаты.

Вентиляция биофильтров

Схема вентиляции биофильтра

Как уже упоминалось выше, биофильтры имеют два способа подачи кислорода: искусственный и естественны. Вид вентиляции зависит от климатических условий и типа фильтра.

Для высоконагруженных биофильтров используют вентиляторы с низким давлением — ЭВР, ЦЧ. Аэрофильтры нуждаются в искусственной вентиляции. При монтаже биофильтра в закрытом пространстве, так же предусматривают принудительную подачу воздуха в него.

Обеспечивают постоянную циркуляцию воздуха, так как перерывы могут поднять температуру до 60 градусов и вызвать плохие запах от разложения отработанной биопленки.

Биофильтр эффективно работает при температуре выше 6 градусов. Если вода будет меньшей температуры, то следует предусмотреть подогрев подаваемой воды.

Что бы в зимнее время фильтр не переохлаждался, устанавливают противоветровую защиту в виде купольного сооружения и снижают коэффициент неравномерности подачи сточных вод. Так же вводят ограничение по подаче холодного воздуха: на квадратный метр за час должно подаваться только 20 кубических метров. В вентиляционные решетки вставляют жалюзи, экраны из тканевых материалов.

Толщина биопленки оказывает влияние на равновесие в фильтре. Большая толщина может привести к прекращению потребления кислорода и начнется гниение. Наиболее распространено в капельных фильтрах.

Ранее считалось, что естественная подача кислорода происходит только благодаря разности температур. Сегодня доказано, что на естественную вентиляцию влияют диффузные процессы во время окислительно-восстановительных реакций.

Принцип работы биофильтра

В качестве биофильтра выступают специальные бактерии. Их предназначение — перерабатывать аммиак в нитраты. Только с наполнителем, без полезной микрофлоры, фильтры для очистки аквариумной воды бесполезны. Механические элементы способны только задержать грязь, но не обеззараживают её.

Существует 2 вида бактерий, которых применяют для очистки воды:

• нитрифицирующие — занимаются окислением аммиака до гидроксиламина, который перерабатывают в нитрит и нитрат;
• нитробактерии — перерабатывают нитриты в нитраты, которые оказывают значительно меньше вредного влияния на рыбок.

Полезные бактерии присутствуют сами по себе в аквариуме, но в небольшом количестве. Они не похожи на отдельную субстанцию, которую можно собрать и перелить. Задача хозяев — предоставить комфортное место бактериям для размножения. Если есть достаточное питание, то это происходит быстро.

В биофильтрации принимаю участие специальные бактерии – нитробактерии

Идеальное место для ведения активной жизнедеятельности полезных бактерий создаёт биологический фильтр для аквариума. В конструкции устройства присутствует специальный наполнитель. Он увеличивает контактную поверхность с водой, благодаря пористой структуре. Это даёт много места для полезной микрофлоры, что гарантирует её активное размножение.

Распространённые наполнители:

• поролон или синтепон — самый распространённые варианты, которые позволяют также избавиться от грязи;
• биокерамика, гравий или галька — распыляют воду, обогащая её воздухом;
• пластиковые наполнители — тоже увеличивают содержание кислорода в воде;
• ячеистое стекло.

Существуют комбинированные варианты от именитых производителей. Принципиального значения при выборе нет, но системы на синтетической ткани быстрее забиваются грязью и слизью. Для стабильной работы они требуют частой очистки. Перечисленные материалы создают комфортную среду для пребывания полезных бактерий.

Стабильную работу системы биофильтрации поддерживают непрерывной подачей воды для очистки. Грязная жидкость содержит много питательных элементов для бактерий, которые они перерабатывают. Биофильтр для аквариума своими руками можно сделать в домашних условиях. Но для начала следует понять принцип работы заводского устройства.

Для эффективной фильтрации подача воды должна быть непрерывной

Описание устройства

Объём аквариума влияет на конструкцию системы биоочистки. Чем больше вместимость, тем сложнее будет устройство фильтрации. Большие системы содержат дополнительные отсеки для многоступенчатой очистки. А также производители оснащают такие модели средствами по контролю за подачей воды и качеством её фильтрации.

Составные части простого биофильтра:

• трубка — распыляет воду;
• компрессор — подаёт воздух в распылитель;
• фильтрующий элемент.

Комплектующие образуют единое целое. Каждая часть выполняет свою часть работы и передаёт результат следующей.

Описание работы:

1. Корпус фильтра погружают в аквариум.
2. Загрязнённая аммиаком вода попадает в корпус, где проходит очистку от грубых примесей обычным фильтром.
3. Потом вступает в действие наполнитель, где со временем скапливается достаточное количество бактерий. Их задача обезвредить аммиак.
4. Безопасная вода попадает в распылитель, где происходит насыщение кислородом. Потом она стекает обратно в аквариум.

Все части биологического фильтра для аквариума можно отыскать в домашнем хозяйстве. Специалисты рекомендуют приобретать качественные наполнители, но в крайнем случае можно обойтись керамзитом, который есть в любом строительном магазине.

Создание своими руками

Фильтры заводского изготовления стоят довольно дорого. К тому же их можно приобрести не во всех магазинах. Можно заказывать доставку по почте, но это обойдется дорого. Можно сделать фильтр своими руками.

Простой вариант

Небольшой аквариум вмещает малое количество воды. Для её очистки понадобится меньше бактерий. Следовательно, корпус биофильтра тоже можно делать небольшим.

Комплектующие и инструменты:

• бутылка из пластика;
• гвоздь, можно использовать шило;
• поролон;
• фильтрующий наполнитель;
• резинки круглой формы;
• распылитель.

Сложные компоненты отсутствуют, поэтому к монтажу можно приступить немедленно. Вряд ли что-то будет отсутствовать в домашнем хозяйстве.

Процесс сборки:

1. Нагревают шило или гвоздь на открытом огне так, чтобы им можно было расплавить пластик. Далее, делают отверстия внизу бутылки в несколько рядов — обычно 5.
2. На две трети засыпают наполнитель для биофильтрации. Специалисты рекомендуют использовать цеолит, подойдёт керамзит или любой другой доступный материал.
3. Отверстия, через которые будет поступать вода, закрывают губкой для равномерной загрузки бактерий. Чтобы губку не сорвало, её закрепляют резинкой.
4. Распылитель опускают внутрь бутылки. Чистая вода после насыщения кислородом поднимается через фильтр и попадает в аквариум.

Преимущество такого варианта системы биофильтрации заключается в большом сроке службы. Одна загрузка наполнителя способна работать до нескольких месяцев. Регулярной чистки требует лишь губка.

Биофильтр можно сделать своими руками из подручных средств

Многоступенчатая система

Аквариумы средних размеров требуют более сложной системы очистки, поскольку возрастает объём. Для обработки 100 литров воды нужно больше бактерий, а для их разведения требуется дополнительный наполнитель. Ещё нужна система регулировки подачи грязной жидкости, чтобы повысилась эффективность работы системы.

Материалы и компоненты:

• силиконовый клей;
• поролон и наполнитель;
• стекло;
• стеклорез;
• спирт.

Корпус будет выполнен из стекла, можно использовать поликарбонат или прозрачный пластик. Составные части клеят между собой, что требует высокой точности изготовления.

Средние и большие аквариумы требуют более совершенной системы очистки

Порядок монтажа:

1. Из стекла готовят пластины по длине стенок и дна аквариума. Перед обработкой клеем места соединений элементов необходимо очистить и обезжирить.
2. В корпусе биофильтра делают несколько перегородок путём склеивания пластин. Их высота должна быть чуть ниже стенок.
3. В получившиеся отсеки укладывают поролон и наполнитель.

Систему ставят в аквариум спустя сутки. Это время нужно для надёжного схватывания клея. Желательно проверить готовую систему путём погружения в воду. Швы проверяют на дефекты.

Декоративные элементы и живые организмы смотрятся привлекательнее, когда вода чистая и не угрожает их жизни. Качественный, сделанный своими руками биофильтр, поможет создать такие условия. Даже при использовании самодельного устройства у любителей аквариумов появится больше свободного времени. Не нужно будет часто менять воду и очищать стенки.