Бывают фильтры механические, а бывают биологические. Для того, чтобы убрать из воды неэстетичную муть, получившуюся их недоеденного корма, кусочков отмерших растений, кала обитателей аквариума и т.д., используется механический фильтр. Принцип работы механического фильтра прост: вода прогоняется через губку, на которой оседает всякая муть. По мере накопления на губке мути ее требуется промывать. Как правило, механический фильтр изготавливается в пластмассовом корпусе, в котором скрыта сама губка и устройство, обеспечивающее прокачку воды.

Биологический фильтр – это не устройство! Это процесс, вернее, процессы, которые приводят к удалению из воды токсичных для обитателей аквариума химических соединений. Самыми распространенными "ядохимикатами” по мере убывания опасности являются:
Аммиакаммоний, который получается из мочевины (надеюсь, не надо объяснять, откуда она берется?) Аммоний (NH4+) при повышении рН воды переходит в более токсичный аммиак. Соотношение содержашихся в воде аммония и аммиака зависит от рН и температуры. Так при 20ºC и рН=7 аммиака содержится всего 0.5%, а при t=25ºC и рН=8.4 – 10%;
нитриты, которые получаются при расщеплении аммиака;
нитраты – результат расщепления нитритов.

Участников процесса удаления соединений азота много:
Аквариумист, который регулярно (надеюсь, это так J ) подменивает воду, выливая в унитаз вместе с водой часть токсичных соединений. Очевидно, что концентрация вредных веществ в аквариуме при такой "фильтрации” снижается;
Растения, которые потребляют для своих надобностей вредные для рыб соединения азота (нитраты);
И, наконец микроорганизмы, которые питаются как раз токсичными азотистыми соединениями, преобразуя их в менее вредные.

Подмены воды, разумеется, самый эффективный метод, однако он требует от владельца аквариума регулярной беготни с ведрами. Человеческая лень привела к стремлению возложить свои обязанности на бактерий, которые и возразить-то на это ничего не могут. Единственный способ, которым бактерии могут выразить свой протест против такой эксплуатации – это отказаться плодиться и размножаться. Для того, чтобы не позволить микроорганизмам отлынивать от работы, аквариумисты стремятся создать оптимальные для развития их популяции условия.

Бактерии, трудящиеся на благо аквариумной экосистемы, бывают двух сортов: Нитрифицирующие - Nitrosomonas, нитробактерии – Nitrobacter. Первые расщепляют аммиак, превращая его в нитриты, вторые "подъедают” нитриты, преобразуя их в нитраты. Нитраты – тоже вредны, однако не настолько, как предыдущие соединения азота. Часть нитратов достается в пищу растениям, но основная их часть удаляется при подменах воды. А вы думали, что наличие трудяг-бактерий полностью освобождает от ведра и шланга? Ошибаетесь! J

И тем и другим бактериям, как, впрочем, и иным тварям земным, требуются для жизни определенные условия: пища, кислород, приемлемая температура, и субстрат где они будут селиться, иными словами, "жилплощадь”.

Температура, подходящая для бактерий, к счастью, соответствует нормальной температуре аквариума – 26-27 градусов. Наличие в воде растворенного кислорода тоже традиционное для аквариума условие, достигаемое путем аэрации (бульканьем воздуха), а также процессом фотосинтеза растений. В пищу, как уже говорилось, бактерии употребляют аммиак и нитриты. Для того, чтобы обеспечить бактерий "хлебом насущным” нужно, чтобы в аквариуме были обитатели. Впрочем, если нет обитателей, то биофильтр, как бы, и не нужен.

В качестве жилища - субстрата подходит любая поверхность, но поверхности стенок аквариума для создания работоспособной популяции слишком мало. Очень неплохо для жизни бактерий подходит аквариумный грунт, однако в нем практически отсутствует другой жизненно важный компонент – кислород. Проблему нехватки кислорода в грунте можно решить путем установки под грунт фальш-дна – пластины, в которой прорезаны отверстия. В этом случае вода будет проходить сквозь грунт, и насыщать его столь необходимым для бактерий кислородом.

Второй метод создания жилплощади заключается в выделении отдельного "домика”, называемого канистровым фильтром. Название говорит само за себя – это отдельная емкость, вынесенная из аквариума, через которую обеспечивается постоянный ток воды. Эта канистра, как правило, наполняется специализированным материалом, представляющим собой очень пористые керамические шарики, колечки и прочие мелкие предметы. Для того чтобы бактерии могли селиться в порах, требуется обеспечить чистоту поверхности субстрата. С этой целью на пути тока воды из аквариума в канистровых фильтрах устанавливают систему губок, исполняющих роль механического фильтра.

Сами по себе бактерии размножаются быстро, удвоение популяции происходит в среднем за 48 часов. Вначале в аквариуме нет нитритов, и бактерии расщепляют до них аммиак. По мере появления нитритов в действие включаются другие бактерии, расщепляющие нитриты до нитратов. При этом неизбежно возникают пики и провалы в популяции - сначала мочевины и аммиака/аммония много, нитрифицирующие бактерии плодятся. Потом аммиак заканчивается, и они начинают голодать и помирать, зато теперь много пищи для бактерий, которые потребляют нитриты. То есть получаются два цикла со своими пиками и спадами. И задача набирания мощности биофильтра состоит в том, чтобы эти циклы синхронизировать, чтоб образовалась некая средняя популяция обеих типов бактерий, которая способна гибко реагировать на любые изменения.

В итоге, для наиболее быстрого выхода фильтра на режим оптимально обеспечить высокую степень аэрацию воды, постоянно подкармливать рыб понемногу, чтоб они так же постоянно и понемногу выделяли (без скачков по концентрации) и все первое время регулярно подливать туда готовые культуры бактерий, чтобы сглаживать пики их развития и смерти.