HOME

Денитрификация

(Михаил Волков)

   Денитрификация - процесс восстановления аммиака/аммония, нитрита и нитрата до свободного азота. Формулировка правильная с химической точки зрения, но для аквариумистики тяжело достижимая, хотя и есть методики, позволяющие путем хитрых манипуляций запустить процесс денитрификации. Для аквариумистики гораздо важнее не перевести азотные соединения в газ, а удалить/вывести из аквариумной воды сами нитраты. Вот именно в этом понимании предлагаю рассматривать термин Денитрификация  как уменьшение концентрации нитрата в аквариумной воде.
   Есть много методов, хотя и не очень широко распространенных, удаления нитрата из воды. Большая часть этих методик основана на сложных биохимических схемах.  К сожалению все такие методики “тихоходны”, т.е. что бы разогнать процесс денитрификации необходимы недели, а то и месяцы тонкой и кропотливой настройки аппаратуры, обеспечивающей прохождение процессов восстановления.  Более того, даже будучи настроенными и оптимально работающими, эти методики денитрификакции легко дают сбой при изменениях состава воды. И тогда все приходится запускать заново.
   И тем не менее все эти способы удаления нитратов, занимающие прочно свою нишу в морской аквариумистике, применяются и в пресной, например,  при содержании чувствительных к нитратам гидробионтов, таких как дискусы, альтумы и т.п..
   Совершенно иная ситуация возникает когда надо быстро убрать нитрат из небольшого объема (нерестовик, отсадник). Сразу возникает две проблемы: первая - быстро, вторая - невозможность или затрудненность прямого выноса метабилизированного нитрата из  воды. Эти две “проблемы” оставляют нам небольшой выбор:
- адсорбция;
- ионообменная смола;
- взрывная биохимическая ассимиляция нитрата.

   Рассмотрим обзорно все три варианта...


Адсорбция

Наиболее распространенными сорбентами является активированный уголь и цеолит.

Активированный уголь

   Активированный уголь (не путать с древесным углем!) проходит при производстве специальную фазу активации. Это довольно сложный процесс, описание которого выходит за рамки статьи. Увы, но он не задерживает нитрат. Интересно, что хлор он то же не умеет сорбировать, но количество хлора после прохождения  через активированный уголь заметно уменьшается, так как активный хлор химически переходит на поверхности активированного угля в не опасные для дискусов и других рыб ионы хлора. А вот “крупные” органические молекулы  активированный уголь очень эффективно задерживает и накапливает. И если его вовремя не заменить, то он становится очень неплохим субстратом для нитрифицирующих бактерий и может вызвать рост нитратов в воде как продуктов метаболизма.

Цеолит

   Это природный или исскуственный адсорбент высокой эффективности. Величина пор цеолита очень мала и соизмерима с величиной некоторых молекул.  Из-за этой особенности его часто называют молекулярным ситом.
Т.к. наиболее распространены природные цеолиты, состав которых сильно зависит от места добычи и даже внутри одного месторождения состав может сильно разнится, соответственно, разнятся и сорбционные свойства. Но тем не менее цеолиты способны удерживать нитраты, а так же нитриты и аммоний. Существуют цеолиты, добываемые в Калифорнии, которые селективно адсорбируют аммоний. Адсорбционная емкость цеолитов по нитрату невысока, но вполне эффективна в небольших объемах. Например, для поддержания чистоты воды для дискусов в нерестовиках при разведении.  Работа 1-2 л цеолита в 100л аквариуме в течении 2-х недель дает на выходе приемлемый результат.
   Т.к. прогнозировать адсорбционную емкость практически невозможно, надо провести эксперимент и проверить насколько данный цеолит эффективно поглощает нитраты. Есть у цеолитов особенность, - адсорбированные молекулы не имеют химической связи с молекулярной решеткой цеолита, а как бы застревают в порах (удерживаются силами Ван-Дер-Ваальса). И если произойдет изменение состава воды (добавится какая либо соль, медикамент, сместится рН) возможна десорбция (вымывание) нитрата. Возможно, и других адсорбированных веществ. Эффект десорбции мало предсказуем в условиях аквариумистики и ситуация напоминает бомбу, которая неизвестно когда может взорваться, и взорвется ли вообще.


Ионообменная смола

   Ионообменная смола - это полимерный синтетический материал в виде небольших шариков. Для простоты можно представить как твердый электролит. Бывают анионитые и катионитные смолы. В нашем случае нужна анионитная смола.
Анионит обменивает отрицательно заряженные ионы на ионы гидроксила (ОН-) или хлора (Cl-).
   На первый взгляд все просто: засыпали анионит и он “отловит” все нитрат и нитрит ионы. Но к сожалению не все так просто. Существует ряд селективности анионита: F- < OH- < Cl- < H2PO4- < NO3- < SO4- и видно, что анионит будет очень “вяло” извлекать ионы нитрата и более того легко отдавать ионы нитрата в обмен на другие ионы. Аквариумистам очень повезло, что проблема очистки воды от нитрата весьма актуальна для промышленной водоподготовки, а следовательно научный потенциал работал и работает в этом направлении. Результатом этой работы стала ионообменная смола SR-7 (IONAC), которая обладает селективностью к нитрат иону, в три раза превосходящую прочие ионообменные смолы. Ионообменные смолы характеризуются обменной емкостью, т.е. количеством связываемого нитрата на единицу смолы, и когда обменная емкость достигнута, то смола перестает работать и ее необходимо регенерировать, что так же не представляет особой сложности,  т.к. представляет собой  просто промывку отработанной смолы крепким раствором простой поваренной солью.
   К сожалению, этот метод, у которого большие перспективы в пресноводной аквариумистике, особенно в нерестовиках для дискусов,  L-сомов и альтумов, совершенно не применим в морской аквариумистике, т.к. ионообменная смола будет очень быстро насыщаться сульфат ионами, что резко снизит эффективность до нуля.


Взрывная биохимическая ассимиляция

   В аквариумистике более известна как “водочный” метод. Основан на быстром росте бактерий посредством введения в аквариумную воду небольших доз этилового спирта (или сахаров. Получив легкодоступный источник углерода в виде этанола бактериям требуется большое количество азота и фосфора, для построения клетки. Размножение после внесения этилового спирта бурное и снижение нитрата заметно уже через сутки.
   Проблема этого метода денитрификации  заключается в необходимости удаления (выноса) бактериальной массы из аквариума. В морских аквариумах это легко решается с помощью скиммера (пенника), а вот для пресных аквариумов, а тем более для нерестовик для размножения дискусов, это может стать серьезной проблемой, т.к. если расплодившиеся бактерии из-за недостатка питания (забыли спирт внести или фосфат закончился)  могут погибнуть и отравить воду по обычной схеме аммиак/аммоний - нитрит - нитрат.
   Другая проблема, - при бактериальном взрыве могут расплодиться не только “безопасные” бактерии, но и патогенные или условно патогенные, что совершенно недопустимо при размножении дискусов.

   Кратко пробежавшись по наиболее очевидным методам “оперативной” денитрификации в малых объемах очевидно, что наиболее приемлемым представляется метод денитрификации посредством ионообменной смолы или цеолитом. Но учитывая риск десорбции нитрата цеолитом предпочтение все же ионообменной смоле SR-7.

 

 


Discusfish.ru 2000 г.