Прежде чем читать данную статью, заметьте что здесь я называю такой процесс "аэробной денитрификацией" абсолютно условно(!), подразумевая что из системы удаляется нитрат NO3 путем обхода нитрификации в аэробном процессе. Денитрификации как таковой нет потому что нитрат NO3 практически не образуется - азот выводится из системы в виде газа N2 путем преобразования аммония NH4 особыми видами бактерий. Хотя такие бактерии являются анаэробными и живут в кластерах биопленки в полностью анаэробной среде, в данном методе они процветают живя в сообществе внутри биопленки сформированной гетеротрофными бактериями, которые процветают исключительно в среде богатой кислородом. Это дает колоссальные преимущества - вся растворенная и взвешенная органика быстро потребляется гетеротрофами, а образованный ими аммоний NH4 сразу же преобразуется анаэробными бактериями в газ N2, то есть азот выводится из аквасистемы минуя процесс нитрификации (образования NO3). Пока такие виды анаэробных бактерий крайне мало изучены и вы не встретите о них публикаций в аквариумной литературе, тем не менее они используются уже в нескольких фильтрационных технологиях, в том числе и в промышленных масштабах, уже четверть века. Обратите также особое внимание на то что все неудачи с Bacteria Right Now! бывают исключительно при нарушении технологии запуска системы и эксплуатации, поэтому неукоснительно выполняйте очень простые инструкции. Можно также отметить что успех будет и при значительно меньшей дозировке Tri Base Pelletized Carbon чем указывает производитель. Итак...
В 2004 году Hiatt Distributors Ltd. выпустила продукт "BACTERIA Right Now!" (далее RN). Только используя эту культуру вы запустите всех рыб через пять минут после внесения бактерий, а внеся в канистровый фильтр уникальный активированный уголь - Hiatt Distributors Ltd. Tri Base Pelletized Carbon (далее TBPC) получите в аквариуме полный цикл а э р о б н о й денитрификации через 24 часа.
Takashi Amano на сайте своего журнала Aqua Journal¬ писал, что фильтр способный денитрифицировать возможно будет создан в следующем веке. Знал бы он что в 2000г. это станет не просто возможным в любом аквариуме с обычным канистровым биофильтром, но еще и полный азотный цикл¬ будет сформирован всего за 24 часа а полный цикл денитрификации будет аэробным! Те кто знают что такое денитрификация¬ и как она достигалась раньше, вряд ли могли представить себе что денитрификация в аэробном фильтре вообще возможна, как и предоставление постоянного источника органического углерода (TOC) для денитрифицирующих бактерий помещаемого прямо в канистровый фильтр, запаса которого хватает на целых пять лет. Значение этого изобретения трудно переоценить, ведь процесс анаэробной денитрификации был создан природой еще при зарождении самой жизни на Земле четыре миллиарда лет назад, и оставался неизменным до сих пор. Изобретение Hiatt Distributors Ltd. запатентовано (U.S. Patent Number 6.025.152) 15 февраля 2000г.
Это изобретение касаетсяподбора набора гетеротрофных бактерий для создания процессааэробной денитрификации в любом биологическом фильтре замкнутого водоема, совместно с разработанным компанией особым видом активированного угля как источника неорганического углерода [C] доступного для питания бактерий для завершения полного азотного цикла с преобразованием аммония NH4 в газообразный азот N2. Согласно текста из описания Патента в смесь входят следующие культуры гетеротрофных бактерий¬: Bacillus subtillis, Bacillus sphaericus, Bacillus megatarium, Bacillus licheniformis, Enterobacter sakazakii, Bacillus coagulans, Bacillus cereus, Bacillus pasteurii, Bacillus cirroflagellosus, Bacillus pumilus. Бактерии позволяющие зациклить аквариум за 24 часа - Enterobacter sakazakii и Bacillus coagulans.
Эти бактерии биологически разлагают крахмал, протеины, липиды и целлюлозу присутствующую в органических отходах. Культура RN ускоряет биоразложение биомассы (напр. в компостных ямах или в очистных сооружениях) в 27 раз. Если в культуру таких бактерий внести источник азота, фосфора, калия и сахара они употребят за трое суток все водоросли и экзоскелеты за три дня без вреда для живых организмов. Они также перерабатывают моторные и синтетические масла, нефть, дизельное топливо, нефтяные растворители, креазот. При этом не образуется ни метан, ни гидро- или диоксид серы. Смесь культур бактерий снижает биологическую потребность в кислороде (biological chemical oxygen demand - BCOD) на max.1000 mg/L BCOD (прим.: Takashi Amano использует тест COD для определения здоровья аквариума: чем выше значение - тем выше загрязненность органикой = хуже состояние водоема)
В морском аквариуме становится ненужным скиммер так как удалять ему становится просто нечего.
Денитрифицирующие аэробно бактерии живут практически на всех поверхностях в водоемах. Это например Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas stutzeri, Paracoccus denitrificans, Neisseria meningitidis, Thiosphaera pantotropha. Они всегда присутствуют в наших аквариумах. Суть патента BACTERIA Right Now! в том что были найдены виды бактерий которые могут дать 100% аэробный цикл, и подобрана комбинация видов бактерий дающая устойчивое и преобладающее над традиционной нитрификацией сообщество культур аэробно денитрифицирующих бактерий которое самовосстанавливается, то есть может существовать очень долго без внесения культур таких бактерий извне. Это недостижимо когда в аквариуме есть только "традиционный набор" бактерий которые не могут доминировать над обычным циклом нитрификации, то есть они всегда присутствуют в ограниченном количестве и никогда не способны заменить цикл нитрификации на, как я (naman) его условно называю, "гетеротрофный цикл аэробной денитрификации".
Технология работает только в замкнутых водоемах. В реках внесение такой культуры бактерий дает значительное, но временное снижение загрязненностью органикой, и не заменяет собой процесс нитрификации. Похожие культуры бактерий давно используются для быстрого оздоровления всевозможных промышленных отстойников, очистных сооружений водоподготовки городов - любых замкнутых водоемов (без проточной воды). В условиях аквариума цикл нитрификации сразу же заменяется работой специально подобранной группы гетеротрофных бактерий, которые быстро перерабатывают всю органику в газообразный(!) азот, CO2 и пр. без накопления NH3/NH4, NO3 - концентрация этих веществ всегда будет оставаться нулевой (не определяемой обычными аквариумными тестами) даже в аквариуме без растений. Соответственно - не будет никаких водорослей! Главное отличие препарата HDL от других "наборов" бактерий (см. список других патентов в описании патента RN) в том, что культуру бактерий достаточно внести всего один раз. Для поддержания полного цикла аэробной денитрификации в фильтре обязательно должен быть активированный уголь TBPC.
Эта технология идеальна для обычного аквариума с рыбами, морского или пресноводного.
Для аквариума с растениями можно использовать культуру бактерий RN, но БЕЗ внесения в фильтр TBPC, иначе растения просто останутся без питания - NH4+, NO3, и PO4 будут равны нулю! В этом случае производитель предлагает закладывать в фильтр биосубстрат Earth Pellets - пористые камни очень похожие на керамзит. Площадь его поверхности 2300 м2/г (у лавы 315м2/г, у песка 390м2/г). Без TBPC гетеротрофные бактерии будут сразу перерабатывать всю органику до аммония, а сопутствущие им виды минуя традиционный процесс нитрификации преобразуют аммоний до газа N2, при этом образуется СO2 в количестве доcтаточном для низко технологичного аквариума (низкая освещенность, нет подачи СO2, макроэлементы отдельно не вносятся)! Естественно, без специального активированного угля TBPC в фильтре цикл будет неполным, и будет по прежнему накапливаться NO3 и PO4. Рекомендуемый объем фильтра при использовании TBPC 1/6 от объема аквариума в галлонах, а менее плотного Earth Pellets 1/12.
Earth Pellets важный элемент потому что гетеротрофам нужны несколько иные условия чем для традиционных нитрифицирующих бактерий - более крупнопористый субстрат, меньшая скорость движения воды, и намного больше кислорода. Нужно понимать что для увеличения производства CO2 гетеротрофам нужно больше питания - органики производимой рыбами и беспозвоночными, то есть чтобы получить от RN больше CO2 нужно увеличить количество рыб и объем Earth Pellets (или лавы) в фильтре. Объем Earth Pellets определяется по формуле: 0.1667 х объем аквариума в галлонах х 1.2 = фунтов наполнителя. CO2 достаточно даже при довольно высоком уровне освещенности 1 Ватт на литр. Чтобы не перенаселять акваруим и для стабильного производства CO2 производитель рекомендует 0.5 Ватт/литр. Для вполне хорошего роста растений подача CO2 больше не понадобится, а подмены воды можно делать всего раз в 6 недель. Уровень аммония все равно будет оставаться всегда нулевым, то есть угрозы появления водорослей не будет. Стоимость 10 фунтов Earth Pellets - 120USD.
Познакомимся подробнее с этой технологией.
Аэробное разложение нитратов до газообразного азота N2 в обычном канистровом биологическом фильтре - фантастика? Нет. Фокус в том что специально подобранный набор культур бактерий (US Patent 6.025.152) сразу же преобразуют аммиак [NH3] и гидроксид аммония [NH4OH] в аммоний [NH4+], а благодаря наличию в активированном угле TBPC особой формы углерода доступного для питания бактерий (неорганического) они преобразуются в газообразный азот N2 бактериями минуя нитрификацию, т.е. БЕЗ образования NO3. То есть денитрификация становится попросту не нужна. Активированный уголь TBPC служит источником элементарного углерода для денитрифицирующих бактерий вместо традиционных глюкозы, сахарозы и т.п., и является отличным субстратом для поселения колонии. Нитратам [NO3] и нитритам [NO2] после такого преобразования практически неоткуда браться, а запаса углерода в активированном угле фильтра хватит на пять лет. В качестве источника углерода может выступать и обычный органический углерод (Total Organic Carbon, TOC) в виде глюкозы/сахарозы и пр. которые обычно используются как подкормка при культивировании бактерий. После преобразования бактериями органики выделяется неорганический углерод, который и потребляют бактерии которые преобразуют аммоний NH4 в газ N2. Для аквариумистики внесение органики неприменимо потому что будет активно стимулировать водоросли, поэтому компании пришлось найти другой источник углерода - особый активированный уголь Tri Based Pelletized Carbon. При этом не нужно ждать 3-7 недель пока пройдет традиционный Азотный цикл преобразования аммиак->нитрит->>нитрат: аквариум зацикливается за 24 часа. То, что аквариум полностью зациклен, можно проверить на следующий день по наличию в аквариуме нитрата NO3 и отсутствию аммония NH4. Чуть позже устанавливается полный цикл с преобразованием бактериями аммония сразу в газообразный азот [N2] в аэробном процессе, практически без образования нитрата NO3, что исключает шок для рыб, отравление аммиаком [NH3] и нитритами [NO2], болезни рыб, появление водорослей и пр. Концентрация NO3 стабилизируется на уровне 2-4мг/л! Отсутствие нитрификации подтверждается отсуствием нитрифицирующих бактерий (см. текст патента).
Кроме того, бактерии RN уменьшают содержание фосфатов PO4 в донном осадке, потребляют мертвые водоросли и другую органику, нефть и пр. загрязнения. Происходит очень значительное снижение образования ила (sludge or debris) в воде до 1мг/л (за 144 часа в лабораторных условиях). Это значительно снижает биологическую нагрузку на замкнутую экосистему аквариума, уменьшает обслуживание (и меньше засоряется TBPC) и не осаждается ил на дне. С таким малым содержанием ила Nature Aquarium сделанный по правилам Takashi Amano действительно будет иметь неограниченный срок жизни...
• Бактерии Right Now! п р о д о л ж а ю т работать даже после того как закончились э н з и м ы*.
Для завершения аэробного цикла денитрификации (вспомните что Я называю его так условно), то есть разложения аммония [NH4] до газообразного азота [N2], необходимо питание для денитрифицирующих бактерий - углерод [С] (гетеротрофные имеют [C] т.к. питаются органикой). Потреблять они могут только неорганический углерод, поэтому используется только активированный уголь особой формулы Activated Tri-Base Pelletized Carbon (TBPC) который и дает этим бактериям растворенный в воде норганический элементарный углерод [C]. Одна из трех форм углерода находящего в нем имеет уникальную структуру, и является источником углерода [C] для питания бактерий и завершения аэробного азотного цикла в течение пяти и более лет! Уголь также используется бактериями как постоянное место поселения - биосубстрат. На каждые 0,454кг угля TBPC за две недели образуется 450гр культуры бактерий! Этого более чем достаточно чтобы переработать любую биологическую нагрузку в аквариуме.
Получаемый Азотный цикл ДЕЙСТВИТЕЛЬНО ПОЛНОСТЬЮ АЭРОБНЫЙ, то есть происходит в среде богатой кислородом, причем чем больше кислорода, тем выше эффективность!
Мало того, исчезают не только нитраты NO3, но и фосфаты [PO4], снижая концентрацию до приемлемого уровня. Активированный уголь Tri Base не поглощает нитраты и фосфаты - это происходит исключительно потреблением их бактериями благодаря большой площади поверхности угля и постоянному источнику углерода [C] для этого преобразования!
Так как процесс полностью аэробный, при денитрификации не образуется никакого сероводорода [H2S], диоксида серы [SO2] или метана [CH4]!
Активированный уголь TBPC устраняет ВСЕ запахи рыб и можно использовать аквариум с открытым верхом.
Уголь TBPC является лучшим в мире биологическим субстратом по площади поверхности: 1 грамм (!) имеет площадь поверхности 1050 кв.м(обычный аквариумный активированный уголь - 660кв.м/грамм, EHEIM Substrate Pro¬ - 450кв.м на литр) и не засоряется если использовать предварительную фильтрацию 10 микрон (поможет продлить жизнь карбона). В противном случае уголь засорится и биосубстрат (т.е. весь фильтр) станет анаэробным и перестанет правильно функционировать. Префильтр 10 микрон поможет продлить жизнь карбона: в этом случае Tri Base не требует замены на протяжении ПЯТИ лет.
Уголь сделан в форме твердых таблеток, которые не разрушаются со временем и не засоряют фильтр. Форма таблеток такова, что не создает эффекта туннелирования в фильтре (channeling) и не позволяет создаваться анаэробным зонам!
Так как нитритов [NO2] в воде мало из-за постоянного разложения гидроксида аммония [NH4OH] до безвредного иона аммония [NH4+], для преобразования в газообразный азот [N2] нитратов [NO3] остается совсем мало, поэтому в фильтре не образуется большого количества газообразного азота [N2] и он не мешает работе фильтра постоянно выходя из воды!
• БЕЗ угля Tri Base Pelletized Carbonбактерии Right Now! зациклят аквариум за 24 часа и уровни аммиака NH3, гидроксида аммония [NH4OH] и нитритов [NO2] всегда будут равны нулю, но процесс аэробной денитрификации не будет завершен из-за отсутствия органического углерода [C] для питания бактерий, и разложение нитратов [NO3] до газообразного азота [N2] или не будет иметь места, или будет значительно менее эффективным (но то что нужно для аквариума с растениями).
Срок хранения RN - 5 лет.
Производится только в сухом виде.
Бактерии обычного азотного цикла воспроизводятся каждые 30 минут, бактерии Right Now! - каждые 10-15 минут.
Бактерии RN имеют очень широкий диапазон рабочих температур (от 5 до 68 градусов Цельсия) и pH (3.5-10.5; оптимум 5,5-9,0). Это означает что влияние на биологическое равновесие в аквариуме температур и pH воды будут минимальными. Они не боятся меди (!), концентраций тяжелых металлов от 100 о 1800 мг/л (хром, кадмий, арсений, железо, олово, цинк, кобальт, селен и серебро)
• Активированный уголь TBPC адсорбирует из воды микроэлементы которые вы добавляете в воду, поэтому при использовании его в аквариуме с растениями нужно применять добавки микроэлементов Hiatt Distributors Ltd. Aqua Fauna в дозе 1 колпачок на 75л воды раз в две недели (или PMDD¬). Через несколько дней растения станут намного зеленее.
TBPC можно закладывать в любой тип фильтров - канистровый, орошаемый (wet/dry trickle) или сампы, но поcле множеcтва тестов выяснили что лучше всего он работает в длинных трубчатых фильтрах под высоким давлением в т.н. карбоновых трубках¬ (carbon tubes).