JAKÉ FILTRAČNÍ MEDIUM POUŽÍT DO JEZÍRKOVÉHO FILTRU?

Transkript

1 JAKÉ FILTRAČNÍ MEDIUM POUŽÍT DO JEZÍRKOVÉHO FILTRU? Debaty, jaké filtrační medium použít do filtrace pro jezírko se vedou vlastně od doby, kdy se k jezírkům začaly připojovat první filtry. Zkráceně řečeno hrozně dlouho. Člověk by čekal, že za tak dlouhou dobu už majitelé jezírek a stavitelé filtrů (ať již tovární nebo domácí výroby) dojdou k jasnému výsledku, který z běžně nabízených filtračních materiálů pro jezírka je ten nejlepší. Ale zdání klame o filtračních materiálech se vedou sáhodlouhé diskuze, kde se jeden materiál vychválí do nebes, aby o dva příspěvky dále ten samý materiál jiný diskutující označil jako zcela nevhodný. Každý rok se na trhu objeví nový filtrační materiál, který je deklarován jako převratný, a kdo jej ve svém filtru nemá, ten je už předem odsouzen ke kalnému jezírku plném řas. Jak to tedy vlastně s filtračními materiály používanými v jezírkových filtracích vlastně je? Opravdu stačí použít primitivně nastříhané husí krky? Nebo jsou nové typy filtračních materiálů každoročně uváděné na trh opravdu tak výjimečné, jak výjimečná je i jejich vysoká pořizovací cena? Je opravdu udávaná aktivní plocha tím hlavním parametrem pro pořízení toho kterého materiálu? Není náhodou marketing prodejců filtračních materiálů lepší než samotné vlastnosti materiálů samotných? Spousta otázek (a jistě Vás napadly i další), málo odpovědí. Díky výsledkům testu, který jsme v loňském roce prováděli, se nám možná na některé z otázek podaří odpovědět. Co je to filtrační medium? Výraz filtrační medium (filtrační materiál, náplň filtru) tak oblíbený mezi jezírkáři, není asi úplně přesný a správně používaný. Materiály, které se používají v jezírkových filtrech, neslouží totiž primárně k mechanické filtraci. Tu zajišťují mechanické filtry bubnové, štěrbinové, vortexy a další typy. Tyto materiály jsou používány proto, že na jejich povrchu vyrůstá biofilm (chcete-li vrstva bakterií a dalších mikroorganismů), který svou činností přispívá k čištění vody v jezírku. Podobně, jako toto mikrobiální společenstvo čistí vodu v čistírnách odpadních vod, fungují i jezírkové filtrace. A protože se jedná o náplně jezírkového biologického filtru, je lépe použít výraz nosič biomasy. V našem testu jsme tedy zkoušeli porovnat několik typů nosičů biomasy (filtračních materiálů) používaných jako náplně pro jezírkové biofiltry a pokusili se vyhodnotit jejich účinnost. A jaké že konkrétní nosiče jsme pro náš test zvolili? Siporax pond Zvláštní druh media pórovité sklokeramické válečky, vyrábí firma Sera. Medium jsme do testu zvolily proto, že je svým způsobem málo obvyklé, a chtěli jsme v našem testu mít zastoupení nosičů biomasy co možná nejpestřejší. Vlastnosti materiálu popisuje výrobce následovně: 1 litr sera siporax pond nabízí tolik plochy pro usazení čistících bakterií jako např. 34 litrů kameninového filtračního materiálu (pozn. prodejci Siporaxu pond uvádí poměr 1l siporaxu na 76 litrů filtrační pěny), výrobce uvádí na 1 litr materiálu plochu 270m2. Sera siporax pond nabízí anaerobním bakteriím extrémní vysoký podíl otevřených pórovitých struktur. 1 váleček siporaxu umožňuje bakteriemi osídlit plochu 1 m2. Tím je umožněno ideální zásobování bakterií živinami a nepatrným množstvím čerstvé vody. Uvnitř pórovitých struktur panují podmínky chudé na kyslík, čímž jsou bakterie podněcovány k využití dusičnanů coby akceptoru elektronů. Kontinuálně odbourávají dusičnany, které se tak nehromadí ve vodě v jezírku. Vzorec pro potřebu média sera siporax pond - Jeden jediný litr sera siporax pond vystačí pro litrů vody v jezírku s 20 rybami o délce á 10 cm nebo se srovnatelným zarybněním (odpovídá cca 1,5 kg ryb při krmení do 40 g kvalitního krmiva na den) tak, že ji dlouhodobě čistí od organické zátěže. Kaldness K1 V poslední době asi nejznámější a nejvíce reklamou pokrytý druh nosiče biomasy. Zvláštně tvarované plovoucí plastové tvarovky jsou používány jak v jezírkových filtrech, tak v domovních ČOV. Jeho dodavatel do ČR se jej na svých stránkách nebojí nazývat jako nejlepší medium na trhu. Do našeho testu jsme jej nemohli vynechat. Popis tohoto nosiče biomasy podle stránek prodejce je následující: K1 je nejlepší bio-médium pro domácí a průmyslové čistírny odpadních vod! Plocha K 1 média celková 800 m2 v 1 m3. Nejlepší médium na trhu z důvodu nejenom vysoké celkové plochy, ale i schopností stálého samočištění a médium, jenž je vybaveno i chráněnou plochou, kde dochází k pravidelné obměně nových bakterií, nového a nejdůležitějšího biofilmu.

2 Schwimbettmedium Toto medium jsme vybrali jako alternativu pro porovnání s mediem Kaldness. Tento druh plastového plovoucího nosiče biomasy je Kaldnessu tvarově velmi podobný, liší se v detailech tvarem a barvou. Výrobcem udávané hodnoty jsou jiné než u Kaldnesu, a my chtěli i obě media tak trochu porovnat navzájem. Rozdíl v pořizovací ceně je totiž velmi výrazný. Prodejci ho popisují následovně: Médium má obrovskou povrchovou plochu oproti ostatním materiálům 963m2/m3. Je určené pro jezírkové biofiltry, kde proud vzduchových bublin neustále nutí medium k pohybu a tím ke zvýšené činnosti filtračních bakterií. Je stabilní i při velkých odchylkách zátěže. Tolerantní k narušení a po významném narušení se velice rychle zotaví. Žádné ucpávání reaktorů a žádné riziko bytnění kalu. Ogata Crystal Bio Zvláštní porézní materiál novinku posledních let v oblasti jezírkových biofiltrů jsme v našem testu také vynechat nemohli. Materiál je strukturou podobný pemze nebo sklu, se spoustou malých otvůrků napříč celou strukturou hrudek materiálu. Jedná se o dosti tvrdý, lehký a také velmi křehký nosič biomasy, nepodobný jinému z testovaných nosičů. Prodejci Ogatu Crystal Bio popisují následovně: ideální filtrační médium i pro skrápěné biologické filtry obsahuje aerobní a anaerobní zóny - rychlost rozkladu je až 10x vyšší než v běžných filtračních médiích až 10x větší povrchová plocha než u většiny plastových alternativ (3000 m2/m3) lehce zásadité, tím zabraňuje nežádoucímu snížení ph při urychlené nitrifikaci jednoduchá manipulace (lehké), velmi příznivý poměr cena / výkon lze použít i tam, kde se do vody přidává sůl (max. 7 kg/l) zde bude patrně chyba v jednotkách. Rozpustnost NaCl (kuchyňská sůl) ve vodě je 36g/100g H2O při 20 C. V jednom litru vody se tedy rozpustí maximálně 360g soli. Rozhodně ne 7 kg, při použití doporučujeme hodně vzduchovat Modrá filtrační pěna Dinosaurus mezi filtračními materiály používanými v jezírku filtrační pěna. V našem případě jsme použili pěnu v modré barvě s porozitou PPI10 (počet pórů na palec). Mezi majiteli jezírek je tento filtrační materiál používán po dlouhá léta, pro svou velmi dobrou trvanlivost, a relativně snadnou údržbu i tvarovatelnost. Je velmi oblíben jak mezi firmami vyrábějícími jezírkové filtrace, tak mezi kutily při stavbě DIY filtrů. I když v poslední době nástupem nových a moderních typů nosičů biomasy na trhu jeho pozice trochu utrpěla, stále patří typově mezi jeden z nejpoužívanějších materiálů pro čištění vody v jezírku. V našem testu rozhodně nemohl chybět. Výrobce jej popisuje následovně: filtr pro mechanickou filtraci kapalin či jako usazovací substrát pro biologickou filtraci polyetherová pěna s kalibrovanou strukturou buněk, které jsou plně otevřené odolné vůči rozkladu vodou Metodika testu Docela dlouho jsme přemýšleli o tom, jakou metodiku při testu účinnosti filtračních materiálů (nosičů biomasy) vlastně zvolit. Obecná představa o čištění vody v zahradním jezírku je následující čištění zajišťují v převážné míře bakterie imobilizované na nosiči biomasy umístěném v biofiltru, které ve vodě spotřebovávají živiny (převážně je uváděn cyklus dusíku). Tento biochemický proces ochuzuje vodu o živiny, což má za následek malý nebo dokonce žádný růst řas a tím dosažení čistoty jezírka.

3 První způsob, který nás napadl, byl tedy měření zbytkových hodnot různých forem dusíku u každého z testovaných nosičů. Ale zjistily bychom tímto způsobem, který nosič biomasy je opravdu účinnější? Vždyť mikroorganismy ve filtru při svém životním cyklu realizují daleko více biochemických procesů, než jen nitrifikaci a denitrifikaci. A asi bychom nedokázali všechny tyto procesy postihnout při návrhu testu, a natož je pak přesně změřit a vyhodnotit. Další možný způsob byl přesný mikrobiologický rozbor biofilmu na tom kterém testovaném nosiči. Zde už bychom patrně docílili podrobnějších výsledků na druhou stranu tento způsob měření by patrně byl zatížen relativně velkou mírou chyby díky celkem nehomogenní struktuře některých testovaných nosičů biomasy, a test by byl při testovaném počtu nosičů i neúměrně finančně nákladný. Zápasili bychom patrně i se správným vyhodnocením a hlavně interpretací naměřených výsledků Nakonec byl vědeckými pracovníky, se kterými dlouhodobě spolupracujeme, navržen jiný, zdánlivě zvláštní postup nevyužívající příliš chemické, ale spíše fyzikální způsoby měření. Tento postup spočívá ve (velmi přesném) zvážení hmotnosti biofilmu, který na tom kterém nosiči vyroste za určitou dobu. Pokud přistoupíme na logiku biofilm čistí vodu čím více ho vyroste, tím lépe je jeho hmotností přírůstek asi tím nejjednodušším a zároveň nejkomplexnějším měřením, kterého jsme byli technicky i finančně schopni. Nejedná se o nějakou partizánštinu tento postup se používá při hodnocení efektivity záchytu biomasy v biofiltrech čistíren odpadních vod, a my jej aplikovali i na jezírka. Postup byl následující: V první části testu jsme použili unifikované patrony, do kterých jsme jednotlivé nosiče uzavřeli. Jednalo se o košíky z plastu, který nijak neovlivňuje kvalitu vody, a tudíž ani nemohl ovlivnit nárůst biofilmu. Patrony dále byly naplněny jednotlivými filtračními materiály (nosiči biomasy) a následně pak vysušeny do konstantní hmotnosti. Sušení bylo prováděno z důvodu potlačení chyby měření způsobené různou počáteční vlhkostí jednotlivých materiálů. Jednotlivé patrony byly pak velmi přesně zváženy, a jejich hmotnost zaznamenána Patrony byly vloženy do filtračního systému konkrétního jezírka a ponechány několik týdnů souvisle bez přerušení zapojené tak, aby biomasa na jednotlivých nosičích mohla přirozeným způsobem narůstat. Tímto postupem jsme se snažili navodit co možná nejpodobnější podmínky těm běžným a v jezírkách obvyklým Po uplynutí doby expozice byly patrony s nosiči vyjmuty z nádrže, a opět v laboratoři vysušeny do konstantní hmotnosti a znovu přesně zváženy. Rozdíl zvážených hmotností jednotlivých patron s nosiči před a po použití v jezírku pak udal skutečnou hmotnost biomasy, která na tom kterém nosiči vyrostla, díky čemuž bylo možné porovnat účinnost jednotlivých nosičů. Obr. 1 a 2 - takto vypadaly nosiče před použitím (vlevo) a takto vypadaly zavřené a zvážené nosiče před vložením do vody (vpravo) Protože jsme měli k dispozici dvě jezírka rozdílného zatížení (chcete-li míry špinavosti), rozhodli jsme se provést test na dvou nádržích současně. Na obou jezírkách jsou zapojeny filtrační systémy, které obě nádrže udržují v čistotě, voda v obou je celoročně průzračná. Chtěli jsme zjistit, jak moc rozdílně se budou jednotlivé nosiče chovat při odlišné míře zátěže a zda z toho půjde vyvodit nějaký závěr. Prvním použitým jezírkem bylo koupací jezírko s velmi malým počtem ryb, slabě zatížené biologickým znečištěním. Druhé jezírko jsme pak volili zcela opačně jednalo se o nádrž s velkým biologickým zatížením, kde se chová velký počet koi kaprů, kteří jsou pravidelně denně krmeni. Samotné patrony s nosiči jsme vložili pro prázdné komory běžného jezírkového filtru (konkrétně se jednalo o vanu filtru Biotec 10.1) a zapojili paralelně k filtračním systémům na obou nádržích. Každá komora s nosiči byla zásobována malým čerpadlem o výkonu 1000 l za hodinu, sání čerpadla bylo umístěno až za účinnými mechanickými filtry (na jednom z obrázků instalace za bubnovým filtrem Oase Proficlear). Tím jsme chtěli k jednotlivým patronám dodávat co možno

4 nejvíce mechanicky vyčištěnou vodu (abychom nosiče nezatížili kaly ze samotného jezírka) a zkoumali opravdu jen to, co nám na jednotlivých nosičích vyroste. Obr. 3 a 4 - vlevo komora filtru a v ní umístěné jednotlivé patrony s nosiči biomasy, vpravo komora filtru po zavření víkem všechny patrony s nosiči jsou zcela potopeny Teď už nezbývalo nic jiného než čekat, až nám na nosičích začne růst biomasa. Je samozřejmé, že takto zapojené komory byly zásobovány vodou z jezírka nepřetržitě 24 hodin denně, bez výpadků. Samotné komory filtru jsme pak ještě zakryli víkem tak, aby k nosičům nemohlo denní světlo. Jednak jsme tak chtěli co možná nelépe simulovat prostředí běžné v jezírkovém filtru a také jsme chtěli předjít růstu zelených řas, které by nám na nosičích mohly vyrůst a zatížit taky chybou naše měření. S patronami po celou dobu expozice nebylo nijak manipulováno. Doba expozice takto zapojených nosičů byla 10 týdnů v letním období, kdy růst biomasy tedy není omezen nízkou teplotou vody. Podmínky, ve kterých byly jednotlivé nosiče testovány, se tedy prakticky shodovaly s běžným zapojením jezírkových filtrů. Byli jsme zvědavi, co najdeme po otevření. Výsledky testu První věc, která nás při otevírání komor s jednotlivými patronami překvapila, byl obrovský rozdíl už v samotném nárostu na patronách. To, že v jednom jezírku máme velké množství ryb a v druhém je jich jen pár jsme věděli, ale že to udělá takový rozdíl jsme nečekali. Aniž bychom tedy cokoli měřili, byl na světě první závěr z testu míra zatížení nádrže s koi a koupací nádrže se bude lišit výrazně, o řády. A byl vidět na první pohled Obr. 5 - krátce po ukončení testu. Dvě patrony vyjmuté z koupacího jezírka a jedna patrona vyjmutá z koi jezírka. Není třeba označovat, která je která

5 Všechny patrony jsme opatrně vyjmuli z komor, a převezli do laboratoře. Zde došlo k jejich otevření. Fotografie, jak jednotlivé nosiče biomasy vypadaly krátce po otevření, vidíte na fotografiích níže. Zatímco některé z nosičů vypadaly tak, jako bychom je umístili do nádrže včera, některé naopak vypadaly tak, že je v nádržích máčíme roky. Bylo zřejmé, že hlavní rozdíl není v druhu nosiče, ale v tom, ve kterém jezírku (koupacím nebo koi) se nosič nacházel. To je možná i odpověď pro spoustu majitelů ne příliš čistých koupacích jezírek, která dříve fungovala, a po přidání ryb začaly problémy s čistotou vody. Při laboratorních testech se nakonec ukázalo, že nárůst na nosičích v koupacím jezírku byl až 13x nižší než nárůst v silně zatíženém koi jezírku. Dále se při přesných testech ukázalo, že vlivem velmi malého nárostu na nosičích z koupacího jezírka byly výsledky měření zatíženy poměrně značnou chybou. Proto jsme vycházeli hlavně z výsledků ze zatíženého jezírka. Výsledky z koupacího jezírka však nebyly v rozporu s publikovanými výsledky. Obr. 6 nosiče biomasy po expozici v méně zatíženém koupacím jezírku Obr. 7 nosiče biomasy po expozici v silně zatíženém koi jezírku

6 Kolik biomasy na nosičích narostlo? Po pečlivém vysušení jednotlivých vzorků v laboratoři jsme už byli schopni porovnávat hodnoty u jednotlivých nosičů. Měli jsme totiž velmi přesně zvážené vysušené vzorky nosičů před použitím v jezírku a vysušené a opět velmi přesně zvážené vzorky i po 10 týdnech provozu v jezírku. Je zřejmé, že rozdíl obou hodnot bylo to, co nám na nosiči samo vyrostlo biomasa. A na kterém nosiči ji vyrostlo nejvíce? Napoví Vám následující tabulka: Tabulka 1 Charakteristika jednotlivých nosičů Nosič biomasy Siporax Pond Kaldness K1 Schwimmbettmedium Ogata Crystal Bio Modrá filtrační pěna Objemová hmotnost Laboratorně stanoveno [g/l] ,8 Aktivní plocha nosiče Udáno výrobcem [m2/m3] Cena nosiče Pořizovací cena [Kč/l] 369,69,34,90 196,17,80 Objemová hmotnost udávaná výrobci - a týkalo se to hlavně produktů Siporax Pond a Ogata Crystal Bio je pravděpodobně vztažena k výchozímu materiálu který je použit při výrobě nosiče. Nikde jsme bohužel nenašli přesnější údaj, výrobce jej neuvádí, a proto byla hmotnost stanovena laboratorně. K hodnotě udávané výrobcem je vztažen též aktivní povrch materiálu. Tabulka 2 Hmotnost sušiny biofilmu na jednotlivých nosičích po 10 týdnech používání Nosič biomasy Siporax Pond Kaldness K1 Schwimmbettmedium Ogata Crystal Bio Modrá filtrační pěna Sušina nárostu Na objem nosiče [g/l] 4,07 2,96 2,05 6,15 1,09 Na aktivní plochu nosiče [g/m2] 0,015 3,70 2,13 2,05 0,75 Na cenu nosiče [g/kč] 0,012 0,052 0,049 0,044 0,062 Zhodnocení naměřených hodnot Zhodnocení testu je otázkou úhlu pohledu, a lze na něj nahlížet vícero způsoby nežli jen prostým seřazením naměřených hodnot. Jak se osvědčily jednotlivé nosiče? Ogata Crytal Bio dosáhla nejlepšího výsledku v nárůstu biomasy na objem nosiče. Říci ale, že nasypat jej do filtru a je vyhráno je však velmi zavádějící. Materiál je velmi křehký a popravdě si těžko nějak dovedeme představit jeho čištění od nárostu biomasy. Pokud by bylo medium vystaveno náporu nečistot z běžného jezírka, jeho mechanické čištění od naplavených kalů a řas se jeví jako velmi obtížné, zvláště když by jej bylo velké množství. Nezapomínejme, že v našem testu byl před nosičem umístěn velmi účinný bubnový filtr Oase s jemným 60 mikronovým sítem. Také v hodnocení množství narostlé biomasy vzhledem k pořizovací ceně nosiče byl nosič průměrný. Siporax Pond vyšel nadprůměrně v množství narostlé biomasy na objem nosiče, tím ale jeho výhody končí. Díky jeho vysoké pořizovací ceně zcela propadl v poměrovém hodnocení nárůstu biomasy na pořizovací cenu. Zde dosáhl téměř 4x horšího výsledku než další nosič v pořadí. Pokud bychom si jej třeba pořizovali pro akvarijní filtr, dalo by se nad tím mávnout rukou, ale u objemově velkých jezírkových filtrů je jeho pořízení finančně velmi nákladné. Stejně jako u Ogaty je zde otázkou jeho čištění opět se jedná o křehký sklokeramický materiál, který při čištění určitě bude trpět, a je otázkou, jak dlouho by (stejně jako Ogata) ve filtru vlastně vydržel Kaldness K1 sice úplně přesně nedostál výrobcovu tvrzení, že je nejlepší na trhu, ale ostudu neudělal. Ve většině hodnocených kritérií se držel v lepším průměru, a pokud by jeho pořizovací cena byla nižší, byla by to pro stavitele filtrů dobrá zpráva. Mezi jeho výhody patří praktická nezničitelnost (oproti Ogatě a Siporaxu je to výrazný rozdíl), jeho mechanické čištění se ale musí řešit kontinuálně (nebo v krátkých časových intervalech) tlakovým vzduchem, nebo případně cirkulačním čerpadlem. Pokud totiž komůrky media zarostou což se stalo i v našem případě, kdy nosič zcela uvnitř zarostl biomasou dojde patrně ke zmenšení aktivní plochy a tím i výkonu nosiče. Schwimmbettmedium dopadlo v testu o něco hůře než jemu velmi podobné Kaldness K1. Přesto dosáhlo velmi podobné hodnoty poměru množství biomasy vůči ceně, a je zde zcela srovnatelné. Platí i poznámka o nutném kontinuálním či velmi pravidelném čištění media. Pokud by komůrky zarostly biomasou jako v našem testu, čištění tisíců plastových dílků by zvládl opravdu jen velmi trpělivý člověk

7 Filtrační pěna dosáhla v testu relativně extrémních výsledků. Na svůj objem nedosáhla v nárůstu biomasy vůbec dobrého výsledku, stejně tak i na jednotku udané plochy byla podprůměrná. Tato čísla by ale stálo za to trochu komentovat. Jako jediná totiž tvořila kompaktní celek kostku oproti ostatním sypkým nosičům. Pokud bychom použili například nastříhané drobné kostičky z pěny (podobnějším malým kouskům ostatních materiálů), s velkou pravděpodobností bychom dosáhli o dost lepšího výsledku, a tak trochu nás mrzí, že jsme to tak neudělali. I přesto však dokázala porazit všechny ostatní nosiče v poměru na pořizovací cenu druhý v pořadí byl téměř o 20% horší, a třeba Siporax byl horší v tomto kriteriu rovnou 5x! Jako velkou výhodu pěny vidíme možnost jejího velmi snadného čištění, vysokou výdrž a trvanlivost, snadné tvarování podle komor filtru. Dále má filtrační pěna jednu zásadní výhodu oproti ostatním - může fungovat (a v komerčně prodávaných filtracích mnoha značek se tak děje) i jako efektivní mechanický filtr schopný zachytit i hrubou hmotu z jezírka chomáče řas, kaly atd. Zde ostatní media výrazně ztrácí, a pro mechanickou filtraci jsou prakticky nepoužitelná Z pohledu provozu v běžném filtru zahradního nebo koupacího jezírka by měl nosič biomasy splňovat některé základní požadavky, které umožní jeho efektivní použití: 1. Trvanlivost i při opakovaném čištění 2. Snadné čištění a manipulace s nosičem v komoře filtru 3. Pořizovací cena nosiče Z přehledu uvedeného výše je zřejmé, že pokud použijeme tato kriteria, nosiče Ogata a Siporax pond v nich (hlavně těch provozních) dost ztrácí. Zbylé tři nosiče tato kriteria splňují, Kaldness a Schwimmbettmedium však pouze za předpokladu, že konstrukce biofiltru s jejich použitím předem počítá a je vybavena kvalitní mechanickou filtrací před samotným biologickým filtrem. Při nedokonalém nebo dokonce žádném mechanickém předčištění vody bude jejich čištění působit obtíže, a bude mít vliv na celkový výsledek filtrační kolony díky zanesení nosičů detritem a kaly z nádrže. Jako univerzálně použitelná se jeví filtrační cena, která splňuje obě provozní kriteria, vychází levně a navíc dokáže fungovat částečně i jako mechanická složka filtrační kolony samozřejmě při vhodné konstrukci filtru. A co Vy, jaké máte vlastní zkušenosti s použitými materiály ve Vašich filtrech? Budeme rádi, když se s Vašimi zkušenostmi podělíte.