Существует 4 способа очистки воды: биологическая и механическая фильтрация, физическая адсорбция и дезинфекция. Под биологической очисткой воды подразумевается минерализация, нитрификация и диссимиляция соединений, содержащих азот, бактериями, обитающими в толще воды, в гравии и детрите фильтра.
В ходе минерализации и нитрификации вещества, содержащие азот, переходят из одной формы в другую, но азот остается в воде. Удаление его происходит только во время денитрификации или диссимиляции. Проще говоря — это «азотное» дыхание или процесс восстановления, в результате которого конечные продукты нитрификации возвращаются к низкой степени окисления.
Помимо диссимиляции, которая обеспечивает выделение части свободного азота в воздух, неорганический азот удаляют из воды путем регулярной смены части ее в аквариуме, или усвоения его высшими растениями, или при помощи ионообменных колонок. Суть минерализации заключается в том, что гетеротрофные или автотрофные бактерии утилизируют органические и неорганические азотосодержащие вещества.
Под процессом нитрификации подразумевается биологическое окисление аммония до нитритов и нитратов. Нитрификация осуществляется автотрофными бактериями, которые усваивают неорганический углерод. Эффективность ее зависит от температуры, реакции рН, содержания растворенного в воде кислорода, наличия токсикантов и площади поверхности фильтра.
Токсикантами, в частности, являются антибиотики и лечебные препараты. Температура в биофильтре должна поддерживаться на уровне 26 — 28°С. Понижение ее замедляет биохимические процессы в фильтре. Оптимальный диапазон реакции рН для нитрификации считается рН 7,1 — 7,8. Биофильтр можно сравнить с огромным дышащим организмом, который при правильной работе потребляет значительное количество кислорода. Это потребление частично зависит от нитрификаторов, но бывает обусловлено и активностью гетеротрофных бактерий.
В фильтровальном слое (песок, гравий) всегда присутствуют как аэробные, так и анаэробные бактерии. При отсутствии кислорода рост и активность бактерий подавляются, поэтому нормальная циркуляция воды через фильтр сдерживает их развитие. В этом случае численность анаэробных бактерий увеличивается, либо происходит переход от аэробных бактерий к анаэробным. Многие продукты анаэробного обмена токсичны (метан, сероводород, органические кислоты, двуокись углерода и аммония) и придают фильтру характерный гнилостный запах.
Наибольшую площадь фильтрующего слоя в фильтре обеспечивают частицы гравия, где процесс нитрификации происходит в верхней части. Гравий должен быть мелким, толщина слоя его — 10 — 15 см. Диссимиляция («азотное дыхание») — анаэробный процесс, который идет в нижних слоях фильтра, испытывающих дефицит кислорода. Таким образом, денитрификация в отличие от минерализации и нитрификации снижает уровень неорганического азота в воде.
«Аквариум и его обитатели», А.В.Ефремов