Краткая версия для новичков тут: Что такое азотный цикл в аквариуме?
Дополнительно тут: Цикл азота и синдром нового аквариума
У начинающего аквариумиста много кошмаров. Куда не зайдешь, что ни прочитаешь и на каком форуме не спросишь, так сразу закидают умными словами, непонятными терминами и ужасными прогнозами. И рыбы друг друга пожрут, и грелка "залипнет" и всех вскипятит, и что самое страшное и непонятное - это придет загадочный азотный цикл и накроет всех медным тазом. Причем таз универсальный, от размера аквариума никак не зависит и с пугающей методичностью накрывает то одного, то другого аквариумиста. В общем есть от чего поседеть и пять раз подумать - "Зачем я полез в это страшное дело?! Лучше бы хомячков разводил!"
На самом же деле все отнюдь не так и страшно. Сейчас вы в этом убедитесь. Правда для этого придется немножко вспомнить прогулянную в школе химию, иначе будет не совсем понятно.
Как известно рыбки очень любят кушать. Не менее известно (а из лично опыта и более), что все скушанное, а также выпитое, через некоторое время просится наружу. По какому-то загадочному совпадению у рыб это происходит точно так же, но если у нас оно исчезает в загадочных глубинах канализации, то у рыб оно попадает в аквариум. В принципе рыбы не жалуются, в природе тоже так и толстый слой питательного ила на дне водоемов в изрядной доле состоит именно из рыбьего гуано. Но при этом в воду попадает большое количество различных органических соединений, особенно белков. Эти белки начинают активно употреблять разные бактерии, быстро переводя их в исходные компоненты в виде различных аминокислот и пептидов. В результате еще нескольких переработок мы получаем конечный продукт в виде аммиака-аммония (NH3 / NH4+).
Аммиак является сильно токсичным соединением и легко может привести к отравлению рыбы. И не просто к отравлению, но к длительному - он легко попадает в кровь и внутренние органы, накапливается там и потом выводится очень долго, вплоть до недель. То есть рыба однократно отравившаяся аммиаком может "вдруг" погибнуть и через 2 недели, причем без всяких внешних признаков. Плохо отравления отражается и на иммунитете, делая рыбу более подверженной другим инфекциям. В общем, как не верти - неприятная штука.
Но на помощь снова приходят бактерии которые при достаточном наличии кислорода в воде окисляют аммиак до нитритов. При этом образуется молекула NO2 (нитрит), два иона водорода, молекула воды, и энергия, которая собственно и нужна была бактериям. Нитрит несколько получше аммиака, но тоже весьма ядовит. Так что потравить рыбу нитритами так же просто, как и аммиаком. И что же нам делать? Как избавится от ядовитых нитритов? Нам опять помогут бактерии.
В этот раз они окисляя нитриты NO2 превращают их в нитраты NO3. Опять же, для этого требуется кислород, хотя и существенно в меньших объемах. нежели при окислении аммиака. Получившиеся нитраты тоже достаточно вредны, но в сравнении с предыдущими для отравления нитратами в пресном аквариуме их нужно очень много. Сами нитраты в обычном аквариуме никуда не перерабатываются и постепенно накапливаются в воде. Удаляются они обычно подменами воды, плюс какой-то процент утилизируется растениями (если нитратов в аквариуме с растениями нет совсем, то они очень плохо растут и начинают болеть). Существуют и специальные денитраторы очищающие воду от нитратов, а также всякие недавно появившиеся препараты которые их поглощают, но пока проще всего просто регулярно подменивать воду.
Должен заметить, что при постепенном повышении содержания нитратов в воде, рыбы к ним привыкают и нормально живут даже в совершенно убойных концентрациях. Из явно выраженных проблем - замедляется рост молоди в такой воде. Из явно выраженных плюсов - некоторые инвазионные болезни, типа ихтиофтириоза, при попадании в такую среду затухают сами собой. Но тем не менее не стоит допускать существенного повышения уровня нитратов выше рекомендуемых, иначе проблема может подкрасться с совершенно неожиданной стороны. Например у вас есть аквариум в который вода только доливается уже года три. Нитратов там дикое количество, любой тест просто зашкаливает, но рыбы живут и чувствуют себя припеваючи. И тут вы решаете аквариум почистить, потому как на дне слой грязи уже давно вдвое превысил слой грунта и начинает заслонять заросли криптокорин. Вы чистите аквариум, меняете водичку и о ужас! Буквально через несколько часов ваши рыбки начинают умирать! Аквариумист несется к крану делать тесты - все чисто. Строчит 30 сообщений на разных форумах, льет в аквариум все наличные лекарства и кондиционеры, но половина рыб тем не менее погибает.
В чем же причина? А в том, что рыба привыкшая к высокому содержанию нитратов не перенесла их резкое снижение. Купите новую рыбу и посадите ее в этот нитратный суп. Знаете что с ней будет? Умрет! Потому что не перенесла резкое повышение нитратов. То есть получается, что рыбам одинаково противопоказаны как резкое повышение, так и резкое снижение уровня нитратов в воде. Имейте это в виду!
Итак мы можем представить всю цепочку азотного цикла в воде следующим, изображенным на схеме, образом:
Все просто и логично не правда ли? Эта цепочка превращений одного азотного соединения в другое актуальная для каждого аквариума, даже если рыб в нем нет, то при попадании любой разлагающейся органики мы получим развитие этой цепочки от аммиака до нитратов. Не верите? Возьмите пустую банку со свежей водой и всыпьте в нее щепоть сухой дафнии. А потом поглядите как она загниет и как начнут изменяться показания тестов. А ведь никаких рыб в банке и в помине нет! Точно также возможен скачок азотных соединений если в аквариуме кто-то сдох и разлагается - это тоже органика и тоже пища для USBC "SЃ µ µщенном аквариуме с посаженными растениями будет скачок. У растений в процессе пересадки надломились корешки и листики, все это начинает гнить, опять же питательная органика в воде и в результате мы получаем что? Те же азотные соединения. То есть от них никуда не деться. Даже сами бактерии, погибая и то становятся пищей для других бактерий и тоже вносят свою лепту в прибавку азотных соединений в воду. Но тогда почему разные аквариумисты то говорят что "Не обращай внимания на этот аммиак", то "Все проблемы от аммиака!" (некоторые, особо не разбираясь, обвиняют во всем и вовсе нитраты). Как же так? Прежде чем я объясню мы проведем небольшой экскурс в историю.
Люди занимаются аквариумом уже больше полутора веков, а если считать и китайцев с их золотыми рыбками, то и добрую тысячу лет. Но вот об азотном цикле вдруг заговорили только сравнительно недавно, фактически с конца 70-х годов прошлого века. В чем же дело? Почему такой важный параметр не рассматривался раньше, ведь химия узнала обо всех этих цепочках химических реакций существенно раньше! Но давайте вспомним какого род аквариумы практиковались начиная с начала 20-го века и до этих самых 70-х. Первоначально ВСЕ аквариумы в обязательном порядке содержали растения. Компрессоры стали активно распространяться только начиная с 50-60 годов, а до этого рыб кислородом обеспечивали только живые растения. И рыбы жили там преимущественно совместимые с растениями да еще и из тропических мягководных регионов - бассейна Амазонки, Конго или Юго-Восточной Азии. И там и там и там вода мягкая и кислая. Иногда даже очень кислая, рН может доходить до 5 и даже ниже. Запомните этот факт, а я пока продолжу.
Примерно в те же 60-е, начало 70-х стали развиваться морские аквариумы. Вот они быстро столкнулись с проблемой азотных соединений, и именно "моряки" стали первыми оперировать химическими формулами и разрабатывать всякие разные системы фильтрации и очистки воды. А классическая пресная аквариумистика все так же разводила неонок и скалярий, выращивала эхинодорусы и криптокорины и ни о каких нитритах и уж тем более аммиаке не думала. Более того - в голландские аквариумы, с большим количеством растений, нитраты вносились искусственно!
И тут произошло важное событие - были открыты и стали доступны широким массам цихлиды больших африканских озер! Яркие, с интересным поведением, агрессивные - они быстро завоевали массу поклонников, рыба стала модной и популярной, заводить ее стали все. Если поглядеть старые публикации тех лет, то едва ли не половина всех статей в аквариумной прессе была об этих новинках. Это сейчас мы к ним привыкли и воспринимаем как должное, но тогда, в середине 70-х это было как открытие нового мира.
И вот многочисленные мелкие и крупные торговцы вооружившись сетями кинулись вылавливать модную рыбу и самолетами отправлять ее в Европу. Технология отправки была отработана давным давно - уже полвека в Европу и Америку возили рыбу со всего мира. Вот и тут проблем с транспортировкой не возникло. Проблемы стали возникать позже - у покупателей рыбы регулярно дохли Но аквариумисты были не лыком шиты, к тому моменту любой серьезный аквариумист уже прекрасно оперировал такими понятиями как постоянная и временная жесткость и рН, по этому проблем с анализом природной воды в африканских озерах не возникло. Оказалось что вода там очень жесткая и (а вот это важно, сделайте себе вторую пометку) очень щелочная. В некоторых случаях рН было выше 9. Ну жесткая так жесткая - опытные аквариумисты мигом соорудили воду нужной жесткости и рН, поселили в нее новых рыб и... И рыбы опять стали умирать.
Что тут не так, догадались умные аквариумисты и стали копать глубже. Кто-то невзначай сравнил воду Великих африканских озер с разбавленной морской и тогда решили обратиться к опыту "моряков". Вот тут-то пресные аквариумисты и узнали про азотный цикл.
Почему же этот цикл никому не требовался раньше и вдруг оказался столь необходим для новых рыб? Давайте вспомним первую закладочку - в какой воде обитала основная масса рыб популярных до 70-х? Правильно в слабокислой. Если посмотреть книги тех лет, то там совершенно буднично говорится что для содержания нужно рН, к примеру, равное 6.5-6.7, а для разведения 6.0-6.2. Небольшое исключение составляли живородки, которые предпочитали рН чуть выше 7, но и они редко содержались при рН выше чем 7.5-7.6. А в какой воде модные новинки? В довольно щелочной, в среднем при рН в районе 8 или выше.
В этом то и кроется разгадка! Дело в том, что аммиак в воде может присутствовать в двух формах - как собственно аммиак (NH3) и как ион аммония (NH4+). Так вот, ядовитость аммония существенно ниже. То есть если в воде имеется преимущественно аммоний, то рыбы не отравятся, а вот если будет такое же количество аммиака, то будут уже трупы. Но процентное соотношение содержания в воде аммиака и аммония напрямую зависит от рН воды. При рН=6.5 содержание аммиака примерно 0.1%. При рН=7 - 0.5%. Дальне по мере роста рН значение аммиака начинает расти в катастрофических размерах. При рН=8 уже 5%, а при рН=8.4 уже 10%. При рН=9 аммиака может быть уже и все 40-50%. При этом надо учесть, что чем выше температура, тем эти значения выше, не смертельная для рыб доза при 20 градусах может стать летальной при 30.
Впечатляет, не правда ли? Теперь становится понятно почему до этого аквариумисты вообще никогда не задумывались о проблеме аммиака в аквариуме, при тех рыбах и при тех значениях рН, при которых они жили, аммиак фактически никогда не достигал опасных для жизни значений. И понятно почему с появлением африканских цихлид об этом стали так много говорить.
Но пойдем дальше. В "доцихлидную" эпоху отдельные факты аммиачного отравления, конечно же должны были быть, но тогда их никто не выделял - считалось что просто пересыпали корма, вода протухла, вот рыбы и подохли. В принципе действительно такой сценарий возможен, вот только установить от чего погибли рыбы будет достаточно сложно. Может от аммиака... А может просто задохнулись! Ведь гнилостные бактерии, активно перерабатывая органику, потребляют огромное количество кислорода. Так что дать точный диагноз тут невозможно - скорее все в комплексе. Немного задохнулись, чуток траванулись, а в итоге - склеили ласты (плавники). Тут уже детали не важны, важен результат.
Но в случае с цихлидами они стали погибать вовсе не в протухшей, а в очень даже чистенькой и прозрачненькой водичке. Тут поневоле схватишься за голову - вроде бы все сделал, и состав воды подобрал и чистишь регулярно, и не перекармливаешь - а они берут и дохнут! Кстати, никто еще не забыл, что на рассматриваемый момент это модные новинки? А сколько новинки стоят все помнят? Вот тот то же... Так что аквариумисты засучив рукава кинулись разбираться что случилось.
Первым делом разобрались что и как утилизирует в аквариумах азотные соединения. Имена бактерий (а это Nitromonas и Nitrobacter) вычислили быстро, местообитание - тоже. Оказалось что они живут везде - на стеклах, на растениях, на камнях и даже на песчинках в грунте. Разумеется, на голых стеклах их помещается немного, а вот в грунте сидит основная масса. Так же выяснили, что бактериям для успешного окисления требуется много кислорода, по этому в местах без тока воды популяция хиленькая хиленькая, еле выживает. А вот там где колония бактерий омывается свежей водичкой приносящей кислород - там она процветает. Чтобы это было понятнее в цифрах, то для окисления 1мг аммония до нитритов требуется 2.6мг кислорода. А чтобы окислить нитриты до нитратов еще еще 0.35мг.
Поскольку в цихлидниках требовалось довести процесс окисления аммиака до максимума, то стали изобретать различные решения. Сначала устраивали систему с прокачкой воды через грунт. Под грунт ставился просверленный лист оргстекла, из под него откачивалась вода, а свежая просачивалась через толщу грунта, омывая его и принося колониям бактерий столь нужный кислород. Далее эффективность системы решили повысить - аквариум (иногда по всей длине. иногда по боковой стенке) перегораживался перегородкой примерно на 1\5 объема и в ней делался многокамерный биофильтр. Сначала вода поступала в первую камеру, где очищалась от крупных частиц грязи. Затем проходила через камеру с более тонкой очисткой. После этого поступала в камеру аэрации в которой на дне стояло штук 10 распылителей, которые активно гнали воздух, а вода текла сверху вниз через эти воздушные струи. Далее перенасыщенная кислородом вода попадала собственно в отсек биофильтра, где извилистым путем протекала через несколько камер с грунтом. И на последок вода попадала в камеру с быстрорастущими живыми растениями типа элодеи, которые должны были еще и успевать втянуть в себя какую часть нитратов. Впечатляющая конструкция, не правда ли?
Собственно говоря, данная конструкция обеспечивала великолепные результаты, но имела колоссальный минус - она занимала слишком много места. Из-за нее терялся внутренний объем аквариума и это не вызывало особого восторга у владельца. По этому самые рукастые стали выносить фильтровальную систему в отдельный аквариум, связывая ее с основным системой шлангов и трубок. Поскольку система была не герметичной, то во избежание перелива приходилось идти на различные ухищрения. Обслуживать такую конструкцию было тоже не очень удобно, если она ставилась рядом и вода подавалась в нее самотеком через изогнутую трубку, то достаточно было одного пузыря чтобы вся система встала. Но тут идею подхватили предприимчивые производители аквариумных прибамбасов.
Поскольку рыбы требующие обязательной усиленной биофильтрации были модными и занимали немалый сегмент рынка, то производители прикинули, что массовое промышленное производство биофильтров может оказаться весьма выгодным предприятием. Была только одна загвоздка - биофильтр величиной почти с сам аквариум мало кого вдохновлял, ну кроме самых фанатов, разумеется. И тут было принято решение упростить конструкцию и оставить только фильтровальный элемент и субстрат для бактерий. Если вы помните субстратом изначально служил обычный аквариумный грунт, не слишком мелкий, не слишком крупный, примерно такой как для посадки растений. Такой субстрат легко промывался водой и в тоже время позволял держать на многочисленных поверхностях и гранях камушков и песчинок достаточно большое количество бактерий. И когда такого грунта в биофильтре было килограмм 50, то он успешно справлялся со своими задачами. Но в конструкцию внешнего фильтра столько песка не засыпать. Зато если использовать какие либо объекты в большой площадью поверхности, то при той же суммарной площади для жизни бактерий можно будет существенно уменьшить объем субстрата. Так на свет появились искусственные субстраты в виде пластиковых звездочек и всяких сетчатых шариков.
Однако дальнейшие исследования показали, что бактериям мало получить жилплощадь, надо чтоб их с нее еще и не смывало! Получалась патовая ситуация - с одной стороны колонию бактерий должно омывать хорошее течение приносящее кислород, а с другой - течение не должно смывать бактерий с поверхности. И что же делать? А что если саму звездочку сделать из мелкопористого материала? Тогда бактерии будут образовывать колонии в порах, а самих этих пор на многочисленных гранях звездочки будет много-много!
Сказано сделано - появились звездочки из пористых материалов. Но и на этом эволюция не остановилась - звездочки и шарики все таки лежали в фильтре неплотно и между ними оставалось слишком много свободного пространства. Полезное место терялось. И тогда стали изготовлять из этого пористого материала трубочки. Такие маленькие цилиндрики, которые легко омывались водой во всех направлениях, а бактерии селились в порах на их стенках. Потом разработчики пошли еще дальше, поры стали сквозными, то есть не просто шершавая поверхность, а именно микроскопические канальцы через всю толщу стенки. Еще больше места для бактерий!
Некоторые фирмы, стремясь добиться максимального уплотнения решили вернуться к исходному песку, но не простому, а мелкопористому. Причем теперь песчинки стали изготавливаться из вспененной по специальной технологии стеклокерамики с дырочками строго определенного диаметра - чтоб и бактериям уютно было, и течением не смывало. Так что, как видите, прогресс идет и эффективность субстратов все увеличивается и увеличивается.
Кстати параллельно велись работы и с другой стороны - как повысить эффективность работы самих бактерий. как мы помним для успешного окисления им необходима уйма кислорода, а где ж его взять? А из воздуха, в воздухе кислорода 23%, а в воде в несколько раз меньше! Так появились на свет различные тактовые и поливные фильтры, в которых субстрат не находился в воде постоянно, а как бы "омывался" водой периодически. Кто-то может спросить - а почему бы не использовать обычные губки, в них же этих пор завались! Так то оно так, но оказалось что губки очень малоэффективны в этом плане - даже у мелких губок поры слишком велики и бактерий "сдувает" течением. По этому сейчас губки используются только в качестве губок и фильтруют грязь чтобы она не забивала поры на биосубстрате.
В общем, как вы видите, благодаря африканским цихлидам выросла целая аквариумная индустрия. Производители фильтров на все лады пропагандировали свою продукцию, и мало помалу сумели протолкнуть в сознание широких масс, что аквариум без внешнего биофильтра - это вообще не аквариум! То что почти 100 лет до этого аквариумы прекрасно существовали без биофильтров было благополучно забыто и началась гонка за моделями. Производители создавали все новые, все более навороченные модели, журналы писали статьи про то как важен в аквариуме биофильтр, аквариумисты их читали и запоминали на уровне подсознания, а тем временем мода на цихлид прошла свой пик и стала спадать, зато параллельно расцвел интернет.
Казалось бы, а это то при чем? А при том, что все больше аквариумистов стали получать свои познания не из литературы, а из советов на форумах. А на форумах всем так хочется блеснуть познаниями. Не важно что они не подкреплены опытом, пара тысяч постов, регулярное употребление умных слов, и вот к тебе уже обращаются за советом, а то и вовсе назначают модератором с правом карать и миловать. Какая отдушина для самолюбия! А дальше кто-то очень умно сказал, кто-то, кому понравилось, повторил и вот уже в инете возникла непреложная истина - в любом аквариуме первым делом надо запустить биофильтр иначе у тебя будет масса проблем и все рыбки погибнут. И не важно какая у тебя вода и что планируется держать, никакие возражения не принимаются!
На самом деле все далеко не так. Как мы помним аммиак представляет реальную опасность только при высоких значениях рН, выше 8. Не знаю как в других городах, но в Москве до сих пор в большей части районов рН не превышал 7-7.5, хотя последнее время с подачей артезианской воды ситуация стала меняться. Но тем не менее, примерно в 70% случаев мне по работе приходится сталкиваться именно с такими значениями рН. Соответственно и риск аммиачного отравления в аквариумах с такой водой фактически минимален. Конечно есть еще и нитриты (нитраты я особой угрозой вообще не считаю), но проблема нитритного отравления встречается крайне редко, обычно аквариумисты сталкиваются именно с аммиаком.
Таким образом мы пришли к следующему раскладу - риск и вероятность аммиачного отравления возрастает по мере роста значения рН и является практически нулевым при значениях рН ниже или равным 7. Так что при правильном подходе я бы советовал аквариумисту первым делом обзавестись тестами на рН, можно простейшими тест-полосками, чтобы хотя бы примерно знать что у вас течет из под крана. А узнав результат уже бояться или не бояться этого самого страшного и ужасного азотного цикла. Если у вас планируется классический растительный аквариум, и при этом вода имеет близкие к нейтральным значения рН, то внешний биофильтр можно смело вычеркивать из списка необходимого оборудования. Для многих аквариумистов это может оказаться серьезной экономией. Если же вода щелочная, то лучше не рисковать и обзавестись биофильтром, а при запуске и заселении аквариума не забывать подливать в него культуру нитробактерий, которые заботливо предлагают многочисленные аквариумные фирмы-производители.
Ну и еще совет - какого бы типа и с какой водой бы у вас не был аквариум, при его запуске кормите новых жильцов в первую неделю по минимум. И дело тут не в тех азотистых соединениях которые они могут выделить в воду. Просто помимо нитробактерий в аквариуме живет еще множество других микроорганизмов, в том числе и тех, которые должны перерабатывать попавшие в воду белки, инфузорий, которые едят этих расплодившихся бактерий, коловраток, которые едят расплодившихся инфузорий и т.д. В первые недели после запуска этот баланс поедающих друг друга микроорганизмов еще не сложился и любой переизбыток органики в воде может привести к бактериальной вспышке, а следовательно и к помутнению воды. Сам по себе процесс этот неопасен, но единожды возникший дисбаланс потом очень тяжело устраняется и если поспешить с посадкой рыб и сразу же начать их обильно кормить, то помутнения могут возникать еще очень долго, иногда даже на протяжении нескольких месяцев.
Автор: Элбакян В. 2007
Источник: tropica.ru
