Нитрифицирующие бактерии

Процесс нитрификации — это процесс окисления, основную роль в котором, естественно, играет кислород. Однако этот процесс происходил бы намного медленнее, не будь в аквариуме множества микроорганизмов, принимающих в нем участие. Эти микроорганизмы известны также под собирательным названием "активный ил".

Предварительную работу делают минерализаторы, превращающие органику в аммиак. Такой способностью обладают многие микроскопические водные обитатели. Поэтому, в принципе, набор видов может быть свой для каждого конкретного аквариума. В частности, это бактерии Achromobacter, Micrococcus, Flavobacterium, Paracoccus и др. Их колонии образуются стадийно. Одни виды вытесняют другие. Помутнение воды в недавно запущенном аквариуме (т.н. "бактериальная муть") является как раз проявлением взрывообразного размножения одних микроорганизмов, чаще — инфузорий, с постепенной заменой их другими и/или падением размера популяции.

Каждая из стадий азотного цикла осуществляется своими бактериями. Аммиак-окисляющие бактерии Nitrosococcus и Nitrosomonas осуществляют процесс NH₃ (NH₄⁺) => NO₂^-, а нитрит-окисляющие Nitraspira и Nitrobacter — процесс NO₂^- => NO₃^-.

Процесс заселения аквариума полезными бактериями происходит постепенно. Для успешной работы им требуется определенные условия: пища (аммиак и нитриты), кислород, приемлемая гидрохимия, температура и субстрат, где они будут селиться. Согласно исследованиям оптимальные условия для развития бактерий Nitraspira spp.: концентрация нитритов 0,35 mM, pH 7,6–8,0, температура 39°C. Последнее, естественно, это не означает необходимости разогревать аквариум до столь экстремальной температуры, для большинства аквариумных рыб она является смертельной. Нитрификаторы будут замечательно работать и при 22–28°С. Следует также помнить, что при повышенных значениях температуры и pH возрастает процентное содержание неионизированного аммиака.

Основным местом жительства (субстратом) для аммонифицирующих и нитрифицирующих бактерий являются фильтры, особенно внешние, с внушительным объемом и большой площадью поверхности различных наполнителей. Конечно, эти бактерии живут и в толще воды, но там их значительно меньше. В принципе, в качестве субстрата подходит любая поверхность, но она должна иметь достаточно большую площадь. Голых стенок аквариума для создания работоспособной популяции недостаточно. В аквариумах, лишенных биологического фильтра, в роли субстрата, выступает грунт, однако в нем ощущается дефицит другого жизненно важного компонента нитрификации — кислорода. Поэтому проточный биофильтр является оптимальным для заселения нитрификаторами. См. также статью "Биостартеры".

Хотя нитрифицирующие бактерии присутствуют повсюду, даже в хлорированной водопроводной воде и в воздухе (отдельные клетки или микроколонии), в свежезапущенном аквариуме их катастрофически мало. Размножаются бактерии быстро — удвоение популяции происходит за 12–32 часа. Однако, согласно исследованиям аквариумов и биофильтров, для налаживания нитрификации требуется от 12 до 22 дней.

Вначале в аквариуме нет нитритов, только аммиак и аммоний, и нарождаются одни аммиак-окисляющие бактерии. По мере появления нитритов в действие включаются нитрит-окисляющие бактерии. Причем есть основания считать, что колония нитрит-окисляющих бактерий прихотливее, рост ее более медленный, и ей может быть причинен больший урон, чем первой колонии при том же воздействии. Например, известно, что Nitraspira могут подавляться даже избытками аммиака. А если учесть, что пищу для их поставляет первая колония, то неудивительно почему задержка в переработке нитритов в новом аквариуме может быть долгой. А потом наоборот исчерпывается аммиак, и аммиак-окисляющие бактерии начинают голодать и сокращать популяцию, зато теперь много пищи для нитрит-окисляющих бактерий... Таким образом, получаются два взаимосвязанных, но разбалансированных цикла со своими пиками и спадами, и задача биофильтрации состоит в том, чтобы эти циклы синхронизировать и развить, и добившись баланса обеих групп бактерий, гибко реагировать на любые изменения аквариумной биохимии.

"Опрокидывание" биофильтра

При неблагоприятных условиях, например, отсутствие питания или достаточного количества кислорода, бактерии переходят в т.н. инактивное состояние ("спячка"), когда минимальный энергетический обмен поддерживается для обеспечения основных функций клетки. При возобновлении подходящих условий бактерия "просыпается". Но если инактивный период длится слишком долго, наступает смерть и распад бактериальной клетки.

Особенно критичны для колоний нитрифицирующих бактерий в биофильтре длительные отключения электричества и сильное загрязнение субстрата с образованием в нем застойных анаэробных зон. Причем опасно не столько само прекращение процесса нитрификации, сколько то, что на их месте поселяются другие, гетеротрофные бактерии, и в анаэробной (безкислородной) среде начинается противоположный процесс — денитрификация. И при этом велика вероятность, что он пойдет по "неправильным" сценариям — с образованием таких таких ядовитых соединений, как сероводород (H₂S) и метан (CH₄), или остановится на стадии восстановления нитрата в нитрит. И хорошо, если обойдется просто временным помутнением воды, но может обернуться и массовым замором рыбы. Падение производительности (напора воды) фильтра, как правило, свидетельствует о загрязнении субстрата. Если напор упал ниже 30–40% от максимального, фильтр следует промыть и перезапустить заново, иначе это может привести к его биологическому "опрокидыванию". Не следует также отключать фильтр на продолжительное время. Сильно загрязненный фильтр может представлять опасность для обитателей аквариума уже через 2–3 часа простоя; менее загрязненные могут сравнительно легко пережить без притока свежей воды нескольких часов или даже суток. Кроме степени загрязненности фильтра это зависит от многих факторов, в т.ч. объема аквариума (в больших аквариумах биохимия гораздо более стабильна) и плотности посадки рыб. Но лучше лишний раз этим не рисковать.

"Бактериальная муть"

Под этим термином обычно понимается помутнение или побеление воды, нередко сопровождающееся затхлым запахом. Данное явление характерно для аквариумов с неразвитой или нарушенной биофильтрацией, либо случается от переизбытка органики (при перекорме или при перенаселении). Также может быть вызвано большим вливанием свежей воды или использованием "аквахимии". Еще один "верный" способ получить сильное помутнение воды — налить в аквариум некоторую дозу спирта или водки (но об этом чуть позже). "Бактериальная" или, как ее еще называют "инфузорная" муть является проявлением бурного размножения в аквариумной воде одноклеточных организмов, в большинстве своем гетеротрофных, и их конкуренции между собой. Эти процессы Самвел Купалян метко назвал "междоусобными войнами" микроорганизмов. Сама по себе "бактериальная муть" не опасна для рыб, хотя косвенно является признаком неблагоприятной обстановки в аквариуме и внешне представляет собой малоэстетичное зрелище. Но прямой зависимости между мутностью воды и содержанием вредных веществ в аквариуме нет. Растворенные в воде токсичные соединения азота, возникающие в результате отсутствия или нарушения биофильтрации, незаметны для глаза. Возможна ситуация, когда вода помутнела, а тесты на аммиак и нитрит показывают нулевую или очень низкую концентрацию этих веществ. Но может быть и наоборот: вода в аквариуме кристально прозрачная, а нитриты зашкаливают.

В заново запускаемом аквариуме вода может сильно помутнеть на второй-третий день (хрестоматийный, но вовсе не обязательный случай). Если система правильно оборудована и обслуживается, то через несколько дней "бактериальная муть" исчезает сама собой. Когда помутнение возникает в зрелом аквариуме, оно проходит после устранения причины его возникновения. И первое, что я рекомендую сделать, если обнаружилось, что вода "ни с того ни с сего" помутнела — это усилить аэрацию. В качестве радикального способа устранения бактериальной мути нередко советуют УФ-стерелизатор. При прохождении через ультрафиолетовое излучение создающие муть микроорганизмы гибнут, и вода становится прозрачной. Однако следует понимать, что таким образом не устраняется первопричина возникновения мути.

Немного истории

Если вы откроете старые книжки, то прочтете там много интересного и правильного о таких химических показателях воды как PH, электропроводимость и жесткость, а также хитроумных способах их измерения, однако не найдете ни слова ни о биофильтрах, ни об азотном цикле. Первого тогда просто не существовало, второе же характеризовалось неким абстрактным понятием "биологическое равновесие", которое наступает само собой через несколько недель после запуска аквариума. Видовой состав рыб — в основном, "живородка" и "харацинка" — и наличие в аквариумах большого числа живых растений в значительной мере компенсировали эти пробелы в теоретических знаниях и технической оснащенности. Думаю, что серьезное отставание нашей страны в области цихлидоводства было в известной мере обусловлено именно этими "особенностями национальной аквариумистики". Ведь содержание цихлид предъявляет к фильтрации повышенные требования. В более поздних публикациях наших авторитетных аквариумистов необходимость аквариумных фильтров признается. " Современная аквариумистика отвечает на этот вопрос положительно",— декларирует Игорь Иванович Ванюшин в опубликованной в 1999 г. в журнале "Миллион Друзей" статье "Нужна ли в аквариуме фильтрация?" Тогда же в литературе появилось множество руководств по изготовлению самодельных внутренних фильтров из пластиковой бутылки и т.п. "Невозможно себе представить, сколько существует конструкций фильтров,— пишет Игорь Иванович,— более того, почти каждый аквариумист вносит свой вклад, изменяя виденное или создавая что-то оригинальное, свое, в ту пору когда всерьез заинтересуется фильтрацией воды".

Одновременно пришло понимание необходимости регулярных подмен воды с целью устранения из нее нитратов и других вредных веществ. То было удивительное время прозрения, когда аквариумистам открылись причины необъяснимых смертей и заболеваний их питомцев. Первые отечественные биофильтры появились еще в 1980-х годах, причем подчас обладали весьма замысловатыми конструкциями. Недостатками самодельных внешних фильтров, которые в значительной мере сводили на нет их достоинства, были громоздкость и ненадежность. Поэтому отношение к внешним фильтрам, даже несмотря на появление в продаже эргономичных и надежных импортных канистровых фильтров, по-прежнему было настороженным. Мнение И.И. Ванюшина (статья "Покупаем Аквариумы" в журнале "Миллион Друзей" №1.2000) на этот счет достаточно показательно: " Не вникая в детали, все фильтры можно разделить на наружные и внутренние. Какой лучше — судите сами, если свою главную задачу по очистке от мусора и вредных примесей они выполняют примерно одинаково... Наружный фильтр почти не ограничивает собой внутреннего пространства аквариума. Внутри проходят только две трубки — для откачивающей и нагнетающей магистралей, все остальное — снаружи. Этим, пожалуй, и ограничиваются его достоинства ". Серьезным противопоказанием против брендовых канистр была их высокая стоимость, а китайские сильно уступали им по качеству. Поэтому многие аквариумисты-любители отдавали предпочтение широко распространившимся у нас в стране в конце 1990-х годов стаканным внутренним фильтрам, сочетающим в себе стильный дизайн и доступную цену, при этом явно преувеличивая их возможности в отношении биофильтрации, а в профессиональной аквариумистике получили распространение встроенные биофильтры. Еще одной альтернативой и своеобразным этапом становления биофильтрационной техники в России был так называемый эрлифт, состоящий из большой губки, подъемной трубы и аэратора. Этот вид фильтра и сейчас успешно используется в выростных аквариумах.

Рассказ Евгения Цигельницкого: "Никогда не забуду свой первый фильтр — разбирающуюся пополам, щелястую коробочку в полстакана из розово-белого "под мрамор" пластика (из такого делали самые дешевые мыльницы) на сизой, скверно пахнущей присоске, жиденько заполненную какими-то нитками, через неделю ставшими совершенно похожими на сопли. К нему сверху через поганенький резиновый переходник крепился простейший эрлифт из пары стеклянных трубок — потолще и потоньше. А набитые в фильтр нитки "сообразительные мы" (с отцом) заменили на мочалку для посуды. Помню и тот фильтр, и мое детское изумление от того, сколько эта маленькая, убогая штуковина за неделю собирала всякой грязи в моем скромном, чистеньком на взгляд трехведерном аквариуме (полностью нагружая собой целый трескучий компрессор). Продвинутые люди тогда пользовали эрлифты из братской ГДР, мне тоже такой привез после долгого нытья дед аж из Ленинграда. И я стал продвинутым – с нереальной, убойной ГДРовской губкой в трехведернике и переехавшей в ведерный ("школьный") малечник мраморной "мыльницей". Целых два фильтра было — во как! Кстати, эта губка у меня трудилась–служила–кочевала по аквариумам почти пятнадцать лет. До сих пор жалею, что она куда-то делась… То есть — воду в аквариумах люди фильтровали еще при советской власти, но большинство фильтрующих – не делало из этого культа, и никоим образом не заботилось происходящими при этом биохимическими событиями… Грязь собрал — и ладно…"

Поиск по сайту: