Биофильтр это емкость с загрузкой, на которой живут бактерии. Они превращают ядовитый аммиак, который рыба выделяет жабрами, в почти безобидный нитрат. Без этого замкнутая система не проживет и суток на рабочей плотности.
Рыба выделяет аммиак жабрами постоянно, просто потому что переваривает белок. В проточном хозяйстве этот аммиак уносит вода, а в замкнутой системе уносить его некуда: вода ходит по кругу. Биофильтр это узел, который решает ровно эту задачу, и в УЗВ он не опция, а условие существования.
Объем биофильтра вместе с бассейнами, насосом и кислородом под годовой выпуск считает калькулятор расчета УЗВ.
Смысл проще, чем кажется. На каждый килограмм скормленного корма в воду уходит примерно три-пять процентов его массы в виде общего аммонийного азота. При суточной даче в двадцать килограммов это порядка семисот граммов азота в сутки, которые надо куда-то деть.
Часть аммиака в воде существует в виде ионизированного аммония и практически безвредна, часть в виде свободного аммиака и токсична. Доля второго растет с pH и температурой, причем резко: подъем pH на единицу увеличивает концентрацию ядовитой формы почти в десять раз. Разбор этой связки и расчет доли есть в калькуляторе свободного аммиака.
Именно ради этого биофильтр и держат в системе: без него аммиак от рыбы и корма копился бы в воде без остановки. Какая норма аммиака безопасна для разных видов и что делать, если она превышена, разобрано в статье аммиак в воде: норма для рыбы.
Нитрификация идет в два шага, и делают их разные группы бактерий.
| Шаг | Кто делает | Из чего | Во что |
|---|---|---|---|
| Первый | Аммиак-окисляющие бактерии | Аммоний (NH4+) и свободный аммиак (NH3) | Нитрит (NO2-) |
| Второй | Нитрит-окисляющие бактерии | Нитрит (NO2-) | Нитрат (NO3-) |
Промежуточный продукт опаснее исходного. Нитрит блокирует перенос кислорода кровью, и рыба задыхается при формально нормальном кислороде в воде: это болезнь бурой крови. Поэтому фильтр, у которого работает только первая ступень, хуже, чем никакого: он превращает аммиак в нитрит и на этом останавливается.
Нитрат, конечный продукт, для рыбы почти безобиден в разумных концентрациях, но в замкнутой системе он копится. Убирают его либо подменой воды, либо денитрификацией.
Полная картина того, что происходит на входе и на выходе этих двух цехов, от появления аммиака в воде до образования нитрата, с бактериями, которые за каждый шаг отвечают, и сроками, за которые цикл выходит на стабильную работу, разобрана в статье азотный цикл в аквакультуре.
| Условие | Почему |
|---|---|
| Поверхность | Бактерии живут пленкой на носителе, а не плавают в воде. Площадь загрузки это и есть мощность фильтра |
| Кислород | Нитрификация процесс аэробный. Биофильтр сам потребляет кислород, и в расчете системы это отдельная статья, а не мелочь. Какие именно штаммы работают в препаратах для пруда и когда их внесение оправдано, разобрано в статье бактерии для пруда |
| Щелочность | На каждый грамм окисленного аммонийного азота уходит около 7,14 г щелочности в пересчете на CaCO3. Буфер выгорает, pH падает, и нитрификация тормозит сама себя. Расчет дозы соды в калькуляторе щелочности |
| pH | Рабочий диапазон в замкнутых системах обычно называют 7,0-8,4. Ниже 6,8 скорость заметно падает |
| Температура | Чем холоднее, тем медленнее. Форелевая система на 12-15 градусах работает заметно медленнее тепловодной на 25 |
| Равномерный поток | Вода должна омывать всю загрузку, а не течь по кратчайшему пути. Иначе половина площади числится на бумаге и не работает |
Как альтернатива классическому биофильтру для небольшого объема подойдет песочный фильтр для бассейна с рыбой.
| Тип | Как устроен | Особенности |
|---|---|---|
| MBBR, подвижная загрузка | Пластиковые элементы свободно движутся в потоке воды или воздуха | Самый распространенный в современных УЗВ. Не заиливается за счет постоянного трения элементов друг о друга. Удельная площадь обычно 500-900 м²/м³ |
| Капельный, стационарная загрузка | Вода льется сверху на неподвижную загрузку, воздух идет навстречу | Заодно работает как дегазатор, выгоняя углекислоту. Занимает высоту, требует насоса на подъем |
| Бисерный (beadfilter) | Слой плавучих гранул, через который идет вода | Совмещает механическую очистку с биологической, требует регулярной промывки |
| Донный или щелевой | Загрузка на дне емкости, вода идет через нее | Прост и дешев, но заиливается и требует ручной обслуги |
Подробное сравнение типов загрузки, удельной площади и того, почему заявленная площадь не равна рабочей, в материале биозагрузка: какая и сколько нужно.
Перед биофильтром вода обычно проходит механическую очистку, устройство и выбор такого узла разобраны в статье механический фильтр для УЗВ.
Внутри любого из этих типов фильтра стоит конкретная биозагрузка, и от ее формы, кольца, чипсы, ерши, маты или керамика, зависит удельная площадь и то, как быстро она забивается. Разбор форм загрузки с цифрами производителей в статье виды биозагрузки для биофильтра. Для пруда с его объемом и сезонным перепадом температуры выбор загрузки устроен немного иначе, чем для компактной УЗВ, разбор в статье биозагрузка для пруда, а самодельные варианты из подручных материалов и то, чем их безопасно заменить, собраны в статье самодельная биозагрузка и альтернативы.
Биофильтр не единственный метод борьбы с аммиаком, просто единственный, который работает прямо в контуре с живой рыбой. Отдувка, ионный обмен на цеолите и хлорирование решают ту же задачу для воды на входе: сравнение способов очистки от аммиака.
Считают не от объема воды и не от количества рыбы, а от суточного корма. Корм это единственный вход азота в систему.
Сначала суточный аммонийный азот:
TAN (кг/сутки) = корм (кг/сутки) × доля протеина × 0,5 × 0,16 × 1,2
Где 0,5 это доля азота, теряемого рыбой, 0,16 г азота на грамм протеина, 1,2 г TAN на грамм азота. Пример из отраслевого расчета: 60 кг корма в сутки с протеином 40% дают около 2,3 кг TAN в сутки.
Дальше объем загрузки:
Объем загрузки (м³) = суточный TAN (г/сутки) ÷ VTR (г TAN на м³ в сутки)
VTR это объемная скорость снятия аммиака у конкретного типа загрузки. Отраслевые ориентиры: капельная загрузка около 90 г TAN на м³ в сутки, подвижная MBBR около 350.
Полный расчет системы с бассейнами, насосом и кратностью водообмена разобран в материале проект УЗВ с нуля.
Три числовых примера расчета по этой же формуле для разных видов рыбы и разных типов загрузки, с переводом объема в требуемую площадь поверхности, собраны в статье расчет биофильтра для УЗВ. Там же таблица, куда закладывать запас, и разбор частых ошибок в единицах измерения при переходе от корма к объему.
Если под рукой нет точных данных по суточному корму, а только биомасса рыбы в бассейне, объем загрузки можно оценить и без промежуточного шага через корм: формула, сверка с расчетом от корма и типичные ошибки такого упрощенного способа разобраны в статье калькулятор объема биозагрузки по биомассе рыбы.
Самый частый вопрос от тех, кто собирает первую систему сам. Считаем честно, по той же формуле.
Бочка на 200 литров, заполненная подвижной загрузкой на 60 процентов, дает 0,12 м³ загрузки. При VTR 350 это 42 грамма TAN в сутки. Обратный пересчет в корм при протеине 40 процентов дает примерно 1,1 кг корма в сутки. При норме кормления 2 процента от массы это порядка 55 кг рыбы.
Где самодельный фильтр обычно ломается: загрузка слеживается и вода идет по краю мимо основной массы, аэрации не хватает и нижний слой уходит в анаэробную зону, щелочность никто не пополняет и pH уезжает вниз за первый месяц. Все три проблемы решаемы, но их надо знать заранее.
Новая загрузка стерильна. Колония нарастает сама из бактерий, которые попадают в систему с водой, рыбой и воздухом, и процесс этот небыстрый. Разброс по срокам большой и зависит от температуры, типа носителя и способа запуска, единой цифры в днях не существует.
Порядок примерно такой. Сначала в воде растет аммоний, потому что окислять его еще некому. Потом поднимается первая группа бактерий, аммоний идет вниз, а нитрит вверх. Потом поднимается вторая группа, и нитрит тоже уходит вниз. Фильтр считается запущенным, когда при полной кормовой нагрузке аммоний и нитрит стабильно держатся у нуля.
Ориентироваться надо на анализы, а не на календарь. Что чем мерить, разобрано в материале чем мерить воду.
Ускорить созревание колонии и не ждать месяц вслепую помогают готовые препараты, разбор дозировок и сроков в статье бактерии для запуска биофильтра.
Тот же принцип работает и в открытом земляном пруду, только без корпуса и загрузки: бактериальная пленка на дне и стенках нарастает точно так же постепенно. Как это происходит в новом пруду и сколько реально ждать перед зарыблением, разобрано в статье запуск нового пруда. Пока биофильтрация пруда не созрела или перегружена, вода часто идет мутной, разбор причин мути и что делать по шагам в статье мутная вода в пруду.
Незрелая колония бактерий, это лишь один из нескольких источников, которые в сумме объясняют, откуда в системе берется аммиак: рядом с ним стоят перекорм, донные отложения в пруду и даже сама вода из скважины. Полный разбор источников по вкладу и порядок диагностики по симптомам собраны в статье откуда берется аммиак в УЗВ и пруду. Что в скважинной воде чаще всего требует подготовки перед тем, как завести ее в контур, разобрано в статье скважинная вода: подготовка для УЗВ.
| Причина | Что происходит |
|---|---|
| Антибиотики | Бактерии биофильтра тоже бактерии. Курс лечения рыбы кладет колонию, и хозяйство получает вторую аварию поверх первой. Разбор в материале антибиотик убил биофильтр |
| Хлор и хлорамин из водопровода | Подмена водопроводной водой без дехлорирования убивает пленку. Разбор в материале хлор и хлорамин, а что еще в водопроводной воде стоит проверить перед подменой, собрано в статье подготовка водопроводной воды к подмене |
| Остановка потока или аэрации | Без кислорода пленка задыхается за часы. После долгой остановки фильтр приходится поднимать заново |
| Формалин и другие обработки | Бьют по второй ступени сильнее, чем по первой: в исследованиях на биофильтрах замкнутых систем формальдегид почти не трогал аммиак-окислителей, а нитрит-окислителей заметно подавлял, с восстановлением до восьми суток после разового эпизода |
| Долгий перерыв в кормлении | Бактериям нечего есть, колония сокращается. После паузы нагрузку поднимают постепенно |
| Провал щелочности | pH уезжает вниз, скорость нитрификации падает, аммоний растет, и дальше по кругу |
Что делать, если фильтр уже встал и аммоний с нитритом пошли вверх, разобрано в материале встал биофильтр.
Одна из частых причин гибели колонии бактерий, слишком жесткая промывка загрузки под сильным напором водопроводной воды вместо мягкого полоскания в прудовой. Как правильно чистить механическую часть фильтра пруда, не задев биологию, разобрано в статье промывка фильтра пруда.
Жесткость, избыток железа и посторонний запах у исходной воды тоже стоит проверить до того, как она пойдет в контур: жесткая вода мешает работе нитрифицирующих бактерий не меньше хлора, разбор проблем и того, когда нужны осмос или умягчение, в статьях мягкая и жесткая вода: проблемы и осмос и умягчение воды для аквакультуры, растворенное железо и типовая схема его удаления разобраны в статье удаление железа из воды: схема, а что означает посторонний запах воды и когда он сигнал настоящей проблемы, а не просто особенность источника, в статье запах воды: причины.
Слабая или разбалансированная колония бактерий часто выдает себя не только по анализам, но и на глаз и по запаху: посторонний запах воды и налет на поверхностях, разбор возможных причин и порядок действий в статье запах воды и налет на поверхностях.
Резкое помутнение воды за час-ночь, а не постепенное, это отдельный симптом с более узким кругом причин: разбор, что проверить в первую очередь и когда это уже авария, а не обычная взвесь, в статье вода в УЗВ резко помутнела.
Одна из самых частых причин перегрузки биофильтра, это не разовая авария, а постоянное переуплотнение: рыбы больше, чем колония бактерий способна обслужить. Разбор того, как высокая плотность посадки бьет по кислороду, азотному обмену и здоровью рыбы, в статье переуплотнение рыбы: риски болезней от плотности посадки.
В Аквастраже проверен канал температуры. Контроль питания, насоса и аэрации обсуждаем отдельно: сначала выбираем датчик и проверяем канал на площадке. Опишите один бассейн или узел, предложим состав бета-комплекта и смету.
Обсудить бета-комплект
Формула суточного TAN от корма, ориентиры VTR (капельная около 90, MBBR около 350 г TAN на м³ в сутки) и условия, при которых они получены (25 °C, pH 7,2, щелочность 100 мг/л, целевой TAN около 2 мг/л), приведены из материала проект УЗВ с нуля, где указаны первоисточники расчета.
Удельная площадь подвижной загрузки 500-900 м²/м³ и разбор того, почему заявленная площадь не равна рабочей, из материала биозагрузка: какая и сколько нужно.
Стехиометрия расхода щелочности нитрификацией (около 7,14 г CaCO3 на грамм окисленного аммонийного азота), рабочий диапазон pH 7,0-8,4 и падение скорости ниже pH 6,8 приведены из материалов щелочность в УЗВ и pH в УЗВ, там же первоисточники.
Данные по действию формальдегида на две группы бактерий биофильтра и по срокам восстановления нитрификации из материала встал биофильтр.
Расчет для бочки на 200 литров сделан нами по приведенным выше формулам и ориентирам VTR как иллюстрация порядка величины. Это не проектный расчет: он не учитывает температуру вашей воды, неравномерность потока и состояние колонии.