home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ ftp.pasteur.org/FAQ/ / ftp-pasteur-org-FAQ.zip / FAQ / aquaria / general-faq / filter < prev    next >
Encoding:
Internet Message Format  |  2000-01-13  |  32.5 KB

  1. Path: senator-bedfellow.mit.edu!bloom-beacon.mit.edu!howland.erols.net!news-out.digex.net.MISMATCH!dca1-hub1.news.digex.net!intermedia!tor-nx1.netcom.ca!news-out.uswest.net!news.uswest.net.POSTED!not-for-mail
  2. Newsgroups: rec.aquaria.freshwater.misc,rec.aquaria.marine.misc,rec.aquaria.misc,rec.aquaria.tech,rec.answers,news.answers
  3. Subject: [FAQ] Aquaria: Filters
  4. Followup-To: rec.aquaria.misc
  5. Reply-To: faq-post@spam.sucks.thekrib.com
  6. Distribution: world
  7. From: faq-poster@spam.sucks.thekrib.com
  8. Organization: The Krib
  9. Expires: Tue, 15 Feb 00 08:05:01 GMT
  10. Approved: news-answers-request@MIT.EDU
  11. Lines: 611
  12. Message-ID: <GGff4.171$9M6.3712@news.uswest.net>
  13. Date: Thu, 13 Jan 2000 08:04:54 GMT
  14. NNTP-Posting-Host: 209.180.212.153
  15. X-Trace: news.uswest.net 947750694 209.180.212.153 (Thu, 13 Jan 2000 02:04:54 CST)
  16. NNTP-Posting-Date: Thu, 13 Jan 2000 02:04:54 CST
  17. Xref: senator-bedfellow.mit.edu rec.aquaria.freshwater.misc:78350 rec.aquaria.marine.misc:37107 rec.aquaria.misc:20423 rec.aquaria.tech:17946 rec.answers:55283 news.answers:175013
  18.  
  19. Archive-name: aquaria/general-faq/filter
  20. Rec-aquaria-archive-name: general-faq/filter
  21. Alt-aquaria-archive-name: general-faq/filter
  22. Sci-aquaria-archive-name: general-faq/filter
  23. Posting-Frequency: monthly
  24.  
  25. *  This is only a text dump of part of the Aquaria FAQs.                *
  26. *  The web "original" may be more current, is navigatable hypertext,    *
  27. *  and contains enhanced content not available in this posted version!  *
  28. *    http://faq.thekrib.com  or  http://www.actwin.com/fish/mirror      *
  29.  
  30.  
  31.                            FAQ: Aquarium Filtration
  32.                                        
  33. contributed by Bruce Hallman
  34.  
  35. Summary
  36.  
  37.    This article describes how filtration can help ensure a healthy
  38.    aquarium. The first half describes what filters are, and how they
  39.    work. The second half evaluates the different types of filters.
  40.    
  41. Copyright
  42.  
  43.    The FAQs owe their existence to the contributors of the net, and as
  44.    such it belongs to the readers of rec.aquaria and alt.aquaria.
  45.    Articles with attributions are copyrighted by their original authors.
  46.    Copies of the FAQs can be made freely, as long as it is distributed at
  47.    no charge, and the disclaimers and the copyright notice are included.
  48.    
  49. Table of Contents
  50.  
  51.     1. Why you need filtration and how it works
  52.           + Introduction
  53.           + Water changes
  54.           + Biological filtration
  55.           + Mechanical filtration
  56.           + Chemical filtration
  57.     2. Filter types
  58.           + Corner
  59.           + Undergravel
  60.           + Sponge
  61.           + Power filter
  62.           + Canister and Submersible
  63.           + Wet/Dry (Trickle)
  64.           + Protein skimmers
  65.           + Fluidized bed
  66.           + Denitrators
  67.           + Algal Scrubbers
  68.           + Chillers
  69.           + Sterilization
  70.     3. For More Information
  71.        
  72. 1. Why you need Filtration
  73.  
  74.    Sometimes we forget that fish kept in an aquarium are confined to a
  75.    very small quantity of water as compared to their natural habitats in
  76.    the wild. In the wild, fish wastes are instantly diluted. But in an
  77.    aquarium, waste products can quickly build up to toxic levels.
  78.    
  79.    These waste products include ammonia released from your fishes' gills,
  80.    fish poop, and scraps of uneaten food. The food and the poop will also
  81.    eventually decay, releasing ammonia. Even small amounts of ammonia
  82.    will kill your fish.
  83.    
  84.    Obviously, the more sources of fish waste, the quicker and greater the
  85.    ammonia problem. A small heavily-fed tank with lots of large fish will
  86.    have much more ammonia than a large tank with one seldom-fed small
  87.    fish. But for both these cases you need some form of aquarium
  88.    filtration to control the toxic ammonia.
  89.    
  90.    Some aquarists try to control ammonia levels exclusively by changing
  91.    the water. This is helpful, but impractical because of the frequency
  92.    and size of the water changes required.
  93.    
  94.    Fortunately, there is an easier way! In fact, the world is full of
  95.    bacteria that want nothing more than to consume the ammonia and
  96.    convert it into less toxic substances. For many an aquarist, this
  97.    process occurs without their knowledge or help. However, the smart
  98.    aquarist will learn how to take advantage of this beneficial bacteria
  99.    by maximizing its growth.
  100.    
  101.    When you start a new fish tank, colonies of beneficial bacteria have
  102.    not yet had the chance to grow. For a period of several weeks this is
  103.    hazardous to fish. You must gradually build up the source of ammonia
  104.    (i.e., start with only one or two small fish) to allow time for the
  105.    beneficial bacteria to grow. This is called ``cycling'' your tank.
  106.    Read more about this in the BEGINNER FAQ.
  107.    
  108.    Remember that the bacteria break down the ammonia into substances
  109.    (first nitrite, then eventually nitrate) that are merely less toxic,
  110.    rather than non-toxic. Many fish can tolerate reasonably high levels
  111.    of nitrates, but over time the nitrates will accumulate until they,
  112.    too, become toxic. Also, because nitrate is a fertilizer, high nitrate
  113.    levels can lead to excess algae growth.
  114.    
  115.   Water changes
  116.   
  117.    Although there are many ways to remove excess nitrate, the most
  118.    effective way is to regularly change part of the water. This is one of
  119.    the most neglected and important parts of aquarium maintenance!
  120.    
  121.    How often and how much you need to change depends a lot on the waste
  122.    load in your tank, and the sensitivity of your fish. You don't want to
  123.    change ALL of the water at any point in time because the change in
  124.    water chemistry will be stressful to your fish. The best way to decide
  125.    how often and how much to change your water is to monitor your water
  126.    quality with water tests. As a minimum, if your tank is new, you
  127.    should test for ammonia and perhaps nitrite. In established tanks you
  128.    should monitor for nitrate accumulation. Read more about water tests
  129.    in the TEST KIT SECTION of the BEGINNER FAQ. Water tests are the most
  130.    reliable way to know how well your aquarium filtration works.
  131.    
  132.    For an average tank, you should change no more than one third of the
  133.    water in 24 hours. Many aquarists with average aquariums change a
  134.    quarter of the water every two weeks. Your aquarium is probably not
  135.    average, and you really should measure nitrate levels to determine
  136.    your water change schedule.
  137.    
  138.   Biological filtration
  139.   
  140.    Biological filtration is the term for fostering ammonia-neutralizing
  141.    bacteria growth. It is so important to the health of your aquarium
  142.    that we should look at how this process works more closely. (There are
  143.    other types of wastes that can cause problems, but the regular partial
  144.    water changes needed to control nitrates are typically enough to
  145.    control other forms of waste as well.)
  146.    
  147.    Mother Nature provides several types of bacteria that break down
  148.    ammonia into progressively less toxic compounds, nitrite and nitrate.
  149.    These bacteria are not harmful and are quite abundant in nature. They
  150.    are so common that we do not need to add them to our aquariums; nature
  151.    does it for us.
  152.    
  153.    In the presence of ammonia and oxygen these bacteria will naturally
  154.    multiply. The bacteria attach to the tank, rocks, gravel, and even
  155.    tank decorations. Note that we have not yet said anything about a
  156.    physical filter. This is because biofiltration bacteria require only
  157.     1. A surface upon which to attach,
  158.     2. ammonia for food, and
  159.     3. oxygen-rich water.
  160.        
  161.    This sounds so simple; why do we need a physical filter?
  162.    
  163.    Actually, if you limit the amount of fish to what the natural
  164.    biofiltration can handle, you do not need a physical filter.
  165.    Unfortunately, you cannot support very many fish with only the natural
  166.    biofiltration.
  167.    
  168.    In the last few decades, the hobby has seen many new types of
  169.    biological filters invented which can vastly increase the capacity of
  170.    the bacteria colony to provide biological filtration to your aquarium.
  171.    In essence, all of these types of filters provide additional surface
  172.    area for bacteria attachment and increase the available oxygen
  173.    dissolved in the water.
  174.    
  175.   Mechanical filtration
  176.   
  177.    Remember that ammonia comes directly from the gills of your fish, but
  178.    also from decaying fish poop and food scraps. If you can mechanically
  179.    filter out the poop and the waste food before it gets a chance to
  180.    decay, you can be a step ahead in the game. Not to mention that these
  181.    wastes are ugly and can detract from the beauty and enjoyment of your
  182.    aquarium.
  183.    
  184.    Simply stated, mechanical filtration is the straining of solid
  185.    particles from the aquarium water. Mechanical filtration does not
  186.    directly remove dissolved ammonia. Most common mechanical filter media
  187.    do not remove microscopic bacteria and algae from the water. Neither
  188.    will mechanical filtration remove any solids trapped by gravel,
  189.    plants, or decorations.
  190.    
  191.    You will need another method to remove the solid wastes from the nooks
  192.    and crannies of your aquarium. One of the easiest methods is to
  193.    ``vacuum'' the gravel, etc., as part of your regular water change
  194.    routine and everybody should do this. (Note that those marine
  195.    aquariums which use ``live substrates'' are an exception.) Some people
  196.    install circulation pumps, known as wave makers, to improve the chance
  197.    of catching solid wastes in the mechanical filter.
  198.    
  199.    The four most popular mechanical filtration media are sponges, paper
  200.    cartridges, loose and bonded floss media which are reusable to
  201.    different degrees. Clean paper cartridges have the smallest openings
  202.    and clean bonded floss has the largest openings. Clean sponges and
  203.    clean loose floss fall somewhere between.
  204.    
  205.    A filter media with small openings catches finer particles, but clogs
  206.    faster. Also, as a rule, a physically large filter area will clog more
  207.    slowly than a small filter. As the filter media gets dirty it will
  208.    trap smaller and smaller particles. At some point the media is so
  209.    clogged that it will not pass water.
  210.    
  211.    SUMMARY: A good mechanical filter is one that traps enough solids to
  212.    keep the water clear without plugging too often.
  213.    
  214.   Chemical Filtration
  215.   
  216.    Chemical filtration, in short, is the removal of dissolved wastes from
  217.    aquarium water. Dissolved wastes exist in the water at a molecular
  218.    level, and fall into two general categories, polar and nonpolar. The
  219.    most common chemical filtration method involves filtering the water
  220.    through gas activated carbon which works best on the nonpolar wastes
  221.    (but also removes polar wastes). Another effective method is protein
  222.    skimming, which removes polar wastes such as dissolved organics.
  223.    
  224.    Granular activated carbon (GAC) is manufactured from carbon, typically
  225.    coal, heated in the presence of steam at very high heat. This process
  226.    causes the carbon to develop huge numbers of tiny pores, which trap
  227.    nonpolar wastes at the molecular levels by means of adsorption and ion
  228.    exchange, and removes heavy metals and organic molecules, which are
  229.    the source of undesirable colors and odors, through a process known as
  230.    molecular sieving.
  231.    
  232.    The best GAC for filtering water is made from coal and is macroporous
  233.    (having larger pores). A good macroporous activated carbon feels light
  234.    (not dense) and fizzes and floats when initially wetted. GAC intended
  235.    for removing wastes from air (such as odors) are commonly made from
  236.    coconut shell and are microporous. Carbons for filtering air feel more
  237.    dense.
  238.    
  239.    Some people (especially those with reef aquaria) are concerned about
  240.    phosphate leaching from activated carbons. As a rule, buy only carbons
  241.    made by reputable aquarium supply companies which have been acid
  242.    washed during manufacture to minimize ash content. Carbons low in ash
  243.    also help reduce the chance of undesirable pH shifts. Low ash carbons
  244.    typically have lower phosphate leaching levels too.
  245.    
  246.    The phosphate in GAC stems from the fact that activated carbon is
  247.    manufactured from coal, which was once living plant matter. All living
  248.    matter is high in phosphates. The leaching of phosphate from GAC is
  249.    known to be high initially and to decrease over time. This problem can
  250.    be mitigated significantly by presoaking your activated carbon for a
  251.    few weeks before use.
  252.    
  253.    Some people are concerned about GAC removing trace elements required
  254.    by plants and invertebrates for healthy growth. Trace element
  255.    depletion is a problem in planted aquaria and minireefs, with or
  256.    without activated carbon. The potential benefits of activated carbon
  257.    are great enough that on whole you will be better off using it. If
  258.    trace element depletion is a worry, use a trace element supplement in
  259.    conjunction with the activated carbon.
  260.    
  261.    GAC cannot be rejuvenated outside a laboratory, but fortunately, it is
  262.    cheap enough to use liberally. Always wash your carbon before use to
  263.    remove the dust that accumulates during shipment. Advice on how much
  264.    to use vary, but smaller amounts changed more frequently seem to work
  265.    best. You probably want to experiment, but 1/2 cup per 20 gallons
  266.    water, changed monthly is a good starting point. In summary, activated
  267.    carbon is an excellent, cheap and effective filtration method which is
  268.    highly recommended for all aquaria.
  269.    
  270.    A variety of special chemical filtration media have been developed to
  271.    remove specific chemicals. A common one is made from the zeolite clay
  272.    (also used as some cat litters), and is marketed under such brand
  273.    names as ``Ammo-Carb''. This media removes ammonia from water, and is
  274.    good for short term use. The aquarist should be aware that if zeolite
  275.    is used, especially when cycling a new aquarium, then the
  276.    establishment of natural biological filtration will be delayed or
  277.    disrupted.
  278.    
  279.    Protein skimmers are primarily used in saltwater aquaria, especially
  280.    reefs. They have the remarkable ability to remove dissolved organic
  281.    wastes before they decompose. The process involves taking advantage of
  282.    the polar nature of the organic molecules, which are attracted to the
  283.    surface of air bubbles injected into a column of water. The resultant
  284.    foam is skimmed off and discarded.
  285.    
  286. 2. FILTER TYPES
  287.  
  288.   The humble corner filter
  289.   
  290.    For decades, hobbyists have successfully kept fish healthy and happy
  291.    through the use of the $2.49 corner filter. Typically, they are clear
  292.    plastic boxes, which sit inside the tank. An air stone bubbles air
  293.    through an air lift tube, which forces water through a bed of filter
  294.    floss or other media. mechanically filtering the water. Colonies of
  295.    bacteria build up on the media, providing excellent biological
  296.    filtration. (It is important to change only some of the media at any
  297.    given time! This way the bacteria does not get wiped out.) Nowadays
  298.    people don't use corner filters as much because they're ugly, take up
  299.    space in the tank, and require a bit more frequent maintenance than
  300.    other filters. But you can't beat the price.
  301.    
  302.    Another use of the corner filter, that is not really matched by other
  303.    filter types, is as an impromptu quarantine tank filter. If you have
  304.    the need to set up a second tank on the quick, you can take some
  305.    gravel from an established tank and put it in a corner filter, and
  306.    immediately, you will have a functioning biological filter. This way
  307.    you can turn a five gallon bucket into a quick and cheap
  308.    hospital/quarantine tank on a moment's notice.
  309.    
  310.   Undergravel Filters
  311.   
  312.    Fish stores commonly sell undergravel filters (UGF's) to beginners in
  313.    ``aquarium kits'' because they are cheap, and they work (for a while).
  314.    UGF's work by slowly passing water through the bottom gravel, which
  315.    sits on top of a perforated plate. The water can be pumped with an air
  316.    lift, with bubbles air lifting the water in a vertical tube attached
  317.    to the filter plate. Also, some people prefer the increased water flow
  318.    achieved with submersible pumps, called powerheads, attached to the
  319.    same lift tubes.
  320.    
  321.    UGF's make good biological filters, because the slow flow of water
  322.    through the gravel fosters large colonies of beneficial bacteria which
  323.    neutralize toxic ammonia. The hitch is, that UGF's are awful
  324.    mechanical filters. Fish waste gets pulled out of sight into the
  325.    gravel. Before you know it, the gravel clogs up. You then have a big
  326.    mess and a health risk to your fish!
  327.    
  328.    A partial solution to this dilemma is to run the powerhead in reverse,
  329.    sending water up through the gravel. This technique is known as
  330.    Reverse-flow Undergravel Filtration (RUGF); conversion kits or special
  331.    powerheads can be purchased to accomplish this. The intake of the
  332.    powerhead is covered with a porous sponge which serves to "prefilter"
  333.    out some of the waste that can clog the gravel. In actually practice,
  334.    this helps, but is only a partial solution.
  335.    
  336.    If you choose to use an UGF/RUGF, you must regularly vacuum your
  337.    gravel. Fish stores sell siphon hoses with a ``wide mouth gravel
  338.    vacuum tube'' attachment that ``washes'' the gravel during your
  339.    regular water changes. IF you clean your gravel regularly, and
  340.    maintain a regular and frequent partial water routine, UGF's and
  341.    RUGF's are an economical and effective aquarium filter in freshwater
  342.    aquariums, and in lightly stocked saltwater fish-only aquariums.
  343.    
  344.   Sponge filters
  345.   
  346.    Sponge filters provide an efficient and cheap form of biological
  347.    filtration. Water is forced through a porous foam, either by a
  348.    powerhead, or air bubbling through an airlift tube. Water flowing
  349.    though the sponge allows the growth of a colony of beneficial bacteria
  350.    which neutralizes toxic ammonia.
  351.    
  352.    One style of sponge filter uses two sponges attached to one lift tube.
  353.    These have the advantage that the sponges can be cleaned one at a
  354.    time, reducing bacterial loss. Also, one of the sponges can be removed
  355.    and transferred to a new tank, bringing with it a colony of beneficial
  356.    bacteria, and thereby "jump starting" the cycling of a new tank. Some
  357.    enlightened fish stores sell these double sponge filters to beginner
  358.    customers when they sell a tank kit. They take one of the new sponges
  359.    out of the "box" and swap it for a old established sponge in one of
  360.    their tanks in their store which is carried home in a plastic bag.
  361.    
  362.   Power filters
  363.   
  364.    Most people agree that power filters are much easier to maintain and
  365.    can be as economical as undergravel filters. There are many styles of
  366.    power filters, but the most common hangs on the back of the tank. A
  367.    siphon tube pulls water from the tank into the filter box and passes
  368.    the water though a mechanical filter (typically a porous foam sponge).
  369.    The sponge doubles as a biological filter. A internal pump then
  370.    returns the filtered water into the aquarium. These power filters come
  371.    in many sizes suited for small to large aquariums.
  372.    
  373.    The foam sponge can be easily inspected for clogging or removed for
  374.    cleaning. You must clean the sponge regularly to remove the solid
  375.    wastes before they decompose and dissolve back into the water. It is
  376.    quite important that when you clean the porous foam that you do not
  377.    kill the bacteria colony through the use of detergents, very hot or
  378.    very cold water. A safe and easy way is to rinse the foam sponge in
  379.    the bucket into which you have just drained some tank water during
  380.    your regular water change routine.
  381.    
  382.    Power filters now come with all sorts of fancy ``features''. Most
  383.    allow placement of a chemical filtering media, typically granular
  384.    activated carbon, in the water path.
  385.    
  386.    Another development in the last few years is the ``wet-dry wheel''
  387.    (called a biowheel by one manufacturer). The beneficial bacterial
  388.    colonies that neutralize toxic ammonia require an oxygen rich
  389.    environment to grow. The ``wet-dry wheel'' passes water over a water
  390.    wheel device which sits outside (on the edge) of the aquarium. This
  391.    rotating wheel maximizes available oxygen allowing a large bacteria
  392.    colony to flourish. One drawback is that these wheels have been known
  393.    to jam, so you need to check them frequently. Other than this minor
  394.    point, the ``wet-dry wheel'' is an excellent method of providing
  395.    vigorous biological filtration.
  396.    
  397.   The Canister filter
  398.   
  399.    Canister filters have some similarities with the ``hang on tank''
  400.    style of power filters, but the essential difference is that canister
  401.    filters are designed to provide more powerful mechanical filtration.
  402.    Typically, the water is pumped, at moderate pressure through a filter
  403.    material, such as glass wool, or a micron filter cartridge. Canister
  404.    filters are especially useful in aquaria with large or numerous messy
  405.    eaters that generate a lot of waste. For these filters to be effective
  406.    they must be frequently cleaned, to avoid the decomposition of waste
  407.    in the water stream.
  408.    
  409.    These filters usually sit on the floor below the tank, but also can
  410.    hang on the tank, and in some designs even sit inside the tank, in
  411.    which case they are called a ``submersible filter''. Some hobbyists
  412.    attach a ``wet-dry wheel'' to the outflow of their canister to improve
  413.    the biological filtration capacity of this type of filtration system.
  414.    
  415.   Wet/Dry Filters
  416.   
  417.    Also known as trickle filters, wet/dry filters work on the principle
  418.    that the beneficial colonies of ammonia neutralizing bacteria grow
  419.    best in the presence of well oxygenated water. By ``trickling'' water
  420.    over unsubmerged plastic gizmos or other media, wet/dry filters
  421.    provide a very large air/water surface area. They come in many shapes
  422.    and sizes. The boom in successful saltwater aquariums in the 1980's
  423.    can be attributed to the use of this filter type.
  424.    
  425.    Many things can used for the media, with the best providing great
  426.    amounts of surface area, while at the same time having large openings
  427.    to reduce the tendency to clog and ensure efficient gas exchange. The
  428.    problem of clogging of the media can also be reduced by prefiltering
  429.    the water with an efficient mechanical filter, and (when used) with a
  430.    protein skimmer.
  431.    
  432.   Protein skimmers (aka Foam Fractionators)
  433.   
  434.    Protein skimmers were initially developed for use in industrial sewage
  435.    treatment plants where they are also known by the term foam
  436.    fractionator. Protein skimmers have the unique ability to remove
  437.    dissolved organic wastes BEFORE they decompose! This is a neat trick
  438.    which is accomplished by taking advantage of the fact that organic
  439.    chemicals are attracted to the surfaces of bubbles which are passed in
  440.    large numbers through a column of water. The foam is then ``skimmed''
  441.    off the water, while at the same time removing the organic wastes. The
  442.    foaming process only works in a water with high pH and salinity, and
  443.    as a result skimmers are primarily for saltwater use.
  444.    
  445.    The protein skimmer is largely responsible for the boom in reef
  446.    aquaria in the 1990's, due to the high water quality possible with
  447.    this type of filtration. A current ``state of the art'' in reef
  448.    systems is based upon the use of protein skimmers and live rock
  449.    without the use of a wet/dry filter. This school of thought is known
  450.    as the ``Berlin method''.
  451.    
  452.   Fluidized bed filters
  453.   
  454.    Very recently, some hobbyists have reported success with a new type of
  455.    filter which uses a fluidized bed of sand. This filter is roughly
  456.    similar in principle to the reverse flow undergravel filter, but with
  457.    much higher water flow. The higher water flow keeps the sand clean of
  458.    debris, while at the same time allowing the development of large and
  459.    efficient colonies of beneficial bacteria. Reported problems include
  460.    oxygen depletion and clogging.
  461.    
  462.   Denitrators
  463.   
  464.    Another specialized type of filter is designed to help in the control
  465.    of the accumulation of nitrates, the end product of the neutralization
  466.    of ammonia by the biological activity of bacteria. These fall into two
  467.    categories, the anoxic bacterial, and the plant/algal scrubbers
  468.    (discussed in the next section). It has been discovered that colonies
  469.    of bacteria which grow in oxygen poor environments can be harnessed to
  470.    biologically consume nitrate, and release harmless nitrogen gas. This
  471.    method is achieved in one of two ways. The process was first developed
  472.    in the 1980's through the use of a box system, coil, or porous foam
  473.    block which allowed very slow transmission of nitrate-laden water.
  474.    Inside the box/coil/foam, sugar was placed, and the slow passage of
  475.    water quickly became anoxic. In these anoxic conditions, bacteria
  476.    would grow and consume excess nitrate. Many aquarists have reported
  477.    failure in their attempts at this type of filtration.
  478.    
  479.    More recently, hobbyists have developed similar anoxic conditions
  480.    below plates at the bottom of their tanks buried in fine sand. In the
  481.    saltwater systems, these sand beds are referred to as "live sand". In
  482.    freshwater planted systems, fine grain substrates are allowed to
  483.    develop anoxic zones which probably also have a denitrification
  484.    capability.
  485.    
  486.    The Berlin Method of reef aquariums involves the use of large
  487.    quantities of live rock harvested from tropical reefs. Aquarists
  488.    report good nitrate control in live rock systems, which, though not
  489.    well understood, probably involves the denitrification of the nitrates
  490.    within the interior of the rocks. Another school of thought is that
  491.    the heavy growths of calcareous algae on the live rocks in Berlin
  492.    Method reef aquariums consume nitrate.
  493.    
  494.   Algal Scrubbers
  495.   
  496.    Algal scrubbers use live algae to do the ``filtration''. Water is run
  497.    over a wire mesh in a trough under bright lights, where algae is
  498.    encouraged to grow. The growth of the algae removes some pollutants
  499.    from the water. This is a controversial form of filtration for reefs
  500.    and large marine ecosystems invented by Dr. Adey at the Smithsonian.
  501.    Some believe it is a complete filtration solution, others claim its
  502.    use leads to poor water quality and algae growth in the tank as well.
  503.    In freshwater planted aquariums vigorous plant growth has been
  504.    observed to beneficially consume excess dissolved nitrates.
  505.    
  506.   Chillers
  507.   
  508.    While not really a filtration, saltwater aquarists occasionally have
  509.    the need to lower the temperature of their aquarium water. The high
  510.    light levels needed in reef aquaria involve a build up of excess heat.
  511.    Use of a hood fan and removal of the ballast from the vicinity of the
  512.    tank can also help. Submerged pumps are also a source of unwanted
  513.    heat, and as a solution, reef aquarists favor the ``non-submerged''
  514.    pumps due to the decreased transfer of heat to the water.
  515.    
  516.    A little recognized source of heat control is through the natural
  517.    cooling effect of evaporation in wet dry filters, and through the flow
  518.    of air over the surface of the aquarium. Nevertheless, additional
  519.    cooling is often required, especially in warm climates.
  520.    
  521.    This is achieved through the use of "freon" style cooler units similar
  522.    to home refrigerators. They either pass the water through a heat
  523.    exchange unit, or pass coolant through a heat exchanger in the tank.
  524.    Those chillers are expensive but not many people have had success in
  525.    the "do it yourself" construction of chillers. (The "dorm" type of
  526.    refrigerator is not powerful enough to be of use, just in case you
  527.    were thinking about this.)
  528.    
  529.   Sterilization
  530.   
  531.    In especially sensitive aquaria, infections resulting from water born
  532.    parasites, fungi, bacterium and vires can cause serious problems.
  533.    Water sterilization is most beneficial for breeders (as it can help
  534.    control infections of incubating eggs), for centralized multi-tank
  535.    filtration (to control the spread of disease between tanks), and for
  536.    delicate and/or costly setups such as large tanks and reef systems (as
  537.    a safety measure). It is important to remember that a healthy aquarium
  538.    depends on beneficial bacteria typically growing on media in your
  539.    filter which neutralize ammonia. At most, your sterilizer can kill
  540.    some water born pathogens, but total sterilization is not possible or
  541.    desirable. Aquarists who practice prudent quarantine procedures for
  542.    newly acquired fish generally do not need to sterilize.
  543.    
  544.    Two main types of sterilization are used, ozone injection and
  545.    ultraviolet irradiation.:
  546.    
  547.     Ozone
  548.     
  549.    Ozone gas is highly reactive and is a powerful oxidizer of organic
  550.    pollutants, including living pathogens. Another benefit of water
  551.    treatment with ozone gas is that it systematically reduces dissolved
  552.    organic compounds in the water stream which increases the reserve
  553.    capacity of the water to oxidize organic waste throughout the
  554.    aquarium. Ozone laden water also improves the ability of protein
  555.    skimmers to generate foam which increases their overall performance.
  556.    
  557.    Prior to the discovery of the live rock/protein skimmer "Berlin
  558.    Method" style of reef keeping, ozone injection was considered part of
  559.    a "state of the art" filtration system, especially among Europeans in
  560.    the 1980's. The trend of late is towards the more simple and natural
  561.    Berlin Method. Though ozone use remains beneficial, it is being used
  562.    less in recent years among reef keepers.
  563.    
  564.    Ozone gas is produced by devices which create a spark in dry air. As
  565.    humidity drastically reduces the efficiency of ozone generators most
  566.    aquarist choose to pretreat the air for the ozonizer with a
  567.    dehumidifier. Ozone gas is highly corrosive, all elements (especially
  568.    rubber) which can come in contact with ozone must be made from ozone
  569.    safe materials (commonly silicone). Residual ozone can be efficiently
  570.    stripped from air by passing the air through activated carbon. Ozone
  571.    must not be allowed to enter your aquarium because it can kill your
  572.    fish and invertebrates and/or damage the beneficial bacterial in your
  573.    biological filter. Also, ozone gas is unsafe to breath and can cause
  574.    irritation even in small concentrations.
  575.    
  576.     Ultraviolet Sterilizers
  577.     
  578.    High intensity ultraviolet light destroys the DNA in living cells and
  579.    can be an effective means to control living pathogens. The most
  580.    effective UV light is the high energy UV(C) light roughly at the
  581.    wavelength of 250 Angstroms. To be effective, UV Sterilization (UVS)
  582.    must expose the pathogens to high enough light intensity for a long
  583.    enough period of time. Martin Moe cites 35,000 to 100,000 microwatts
  584.    per second per square centimeter as the norm, which works out to
  585.    roughly 10 to 25 gallons per hour per watt (or less for units not
  586.    operating at peak efficiency).
  587.    
  588.    Common problems which can reduce efficiency and kill rate are:
  589.     1. Allowing the water to flow too fast past the UV light.
  590.     2. Light blockage due to a build up of salt deposits or bacterial
  591.        slime on the bulb.
  592.     3. Fading of the light due to age of the bulb (which typically have a
  593.        six month life.)
  594.        
  595.    The same property of this light that kills germs can damage your eyes,
  596.    and special care MUST BE TAKEN to avoid direct or indirect eye contact
  597.    with this light. [This is especially serious because the damage occurs
  598.    inside your eyes before you feel any pain. Too many people have
  599.    already damaged their eyes in this way!] The UV(C) light does not
  600.    penetrate water very well, so to be effective, UV Sterilizers commonly
  601.    position the UV bulb close to the water which also can pose a risk of
  602.    electrical shock should the bulb break, etc..
  603.    
  604.    There are three types of UV Sterilizers:
  605.     1. Tray type. (Typically homemade) with UV bulbs suspended in a
  606.        reflecting fixture over a shallow tray of slow flowing water.
  607.        Benefits: easily cleaned, can be cheap, can be made large enough
  608.        for commercial applications. Problems: safety risks to your eyes,
  609.        too large and awkward for many home uses.
  610.     2. Tube type, wet bulb. Tube types have the benefit of exposing all
  611.        sides of the UV tube to water with no reflector. The water passes
  612.        directly past the bulb which is mounted in a waterproof tube.
  613.        Benefits: cheap, compact and effective. Problems: difficult to
  614.        clean the slime accumulations from the bulb, safety risks due to
  615.        electrical shock.
  616.     3. Tube type, dry bulb. Similar to above, but the UV tube is
  617.        surrounded by a quartz tube [glass blocks UV(C) light] insulating
  618.        it from the water. These are more expensive and probably safer.
  619.        Changing the light bulb is easier and dry bulb tube types can have
  620.        a internal device to wipe slime from the quartz tube. Some of
  621.        these types come with sensors to monitor the intensity of the
  622.        light to let you know when to replace/clean the bulb. etc..
  623.        
  624. To learn more
  625.  
  626.    See the RESOURCE FAQ for several good books. A good reference work for
  627.    aquarium filtration is Marine Aquarium Reference (Systems and
  628.    Invertebrates) by Martin Moe
  629.    
  630.