Jednym z najwa�niejszych urz�dze� technicznym w naszym akwarium jest filtr. Jego g��wne zadanie wcale nie polega jednak na mechanicznym zatrzymywaniu p�ywaj�cych zanieczyszcze�, kt�re widzimy go�ym okiem. Jest to wa�ne dla estetyki zbiornika, ale najwa�niejszych efekt�w dzia�ania filtr�w nie wida�. Mowa o filtracji biologicznej, za kt�r� odpowiedzialni s� mikroskopijni mieszka�cy naszego ma�ego ekosystemu. Filtrowanie wody nie jest wynalazkiem nowym. Najdawniejsze informacje o tym procesie pochodz� z Indii i maj� ponad 3000 lat. Mniej wi�cej w tym samym czasie w Chinach stosowano specjalne materia�y granulowane do oczyszczania wody w studniach. In�ynierowie, specjali�ci od wody, u�ywaj� poj�cia filtracji powolnej i pospiesznej. Filtry pospieszne to urz�dzenia, kt�rych g��wnym zadaniem jest mechaniczne zatrzymywanie zawiesin. Akwary�ci nazywaj� to filtracj� mechaniczn�. G��wnym zadaniem filtr�w powolnych jest opr�cz mechanicznego oczyszczenia wody usuni�cie tego co niewidoczne. Pierwsze zastosowane w Polsce filtry to w�a�nie filtry powolne. Zosta�y zbudowane w Warszawie w 1885 roku i dzia�aj� do dzi�. Woda przes�cza si� w nich powoli przez warstw� piasku o grubo�ci oko�o 1 m. Piasek stanowi miejsce �ycia bakterii, kt�re na drodze przemian biochemicznych w du�ym stopniu rozk�adaj� zanieczyszczenia organiczne. Czy to nie brzmi znajomo? Przecie� to bardzo przypomina filtry pod�wirowe spotykane w akwariach! Zasada dzia�ania jest identyczna. Technologie stosowane w akwarystyce maj� bardzo wiele wsp�lnego z rozwi�zaniami przemys�owymi. Biologiczne usuwanie zanieczyszcze� organicznych W wyniku funkcji �yciowych naszych rybek i innych wodnych organizm�w trafiaj� do wody produkty przemiany materii. Ze wzgl�du na male�k� w por�wnaniu z naturalnymi ekosystemami obj�to�� sztucznego �rodowiska akwarium woda do�� szybko ulega zanieczyszczeniu zwi�zkami organicznymi. To co ju� nieprzydatne dla ryb, a cz�sto wr�cz toksyczne, jest jeszcze �wietnym po�ywieniem dla mikroorganizm�w. Zu�ywaj� one te niepo��dane zanieczyszczenia do dw�ch cel�w: zyskanie energii potrzebnej do �ycia oraz budowy biomasy (w�asny wzrost oraz rozmna�anie). Zanieczyszczenia organiczne mog� by� bardzo r�nymi zwi�zkami chemicznymi. Sk�adaj� si� przewa�nie z w�gla, tlenu, wodoru i azotu. Dla uproszczenia dalszych rozwa�a� mo�na przyj�� zast�pczy wz�r chemiczny C10H19O3N . Bakterie s� organizmami o ogromnej zdolno�ci przystosowawczej i potrafi� realizowa� te procesy zar�wno w warunkach tlenowych jak i przy jego braku. W akwariach mamy do czynienia przewa�nie z warunkami tlenowymi. W takiej sytuacji utlenianie w celu zdobycia energii mo�na przedstawi� w uproszczeniu nast�puj�cym wzorem: C10H19O3N + 12,5 O2 -> 9 CO2 + 7 H2O + NH4+ + HCO3- Tak wi�c w wyniku dzia�alno�ci mikroorganizm�w zanieczyszczenia organiczne roz�o�one zostaj� do prostych zwi�zk�w nieorganicznych. Powstaje woda, dwutlenek w�gla, kt�ry mo�e zosta� spo�ytkowany np. przez ro�liny oraz jon amonowy NH4+ i anion wodorow�glanowy HCO3-. Powstanie tych jon�w to dosy� wa�ny "efekt uboczny". Zauwa�my, �e nast�pi�a przemiana azotu zawartego w zwi�zku organicznym do formy nieorganicznej - tzw. azotu amonowego. Zjawisko to nazywane jest amonifikacj�. Azot amonowy jest dosy� toksyczny i mo�e przechodzi� przy wysokim pH w jeszcze bardziej truj�cy amoniak (NH3). Anion wodorw�glanowy powoduje powstanie tzw. zasadowo�ci. Zasadowo�� jest zjawiskiem polegaj�cym na zdolno�ci wody do zoboj�tniania dodawanych kwas�w. Ma wi�c wp�yw stabilizuj�cy na pH wody zapobiegaj�c jego spadkom (mo�na spotka� si� r�wnie� z okre�leniem "buforowo��"). Zasadowo�� jest wi�c bardzo korzystna w akwarium. Oczywi�cie zbyt du�a mo�e by� r�wnie� problemem. Teoretyczny wzrost zasadowo�ci w wyniku przetworzenia azotu organicznego w amonowy wynosi 3,57 g CaCO3/g N. Budowa biomasy przez mikroorganizmy jest nijako zaj�ciem drugorz�dnym. Najwa�niejsze s� funkcje �yciowe i zu�ycie zwi�zk�w organicznych na w�asny wzrost ma miejsce tylko wtedy, gdy pokarmu jest tak du�o, �e zostaje go jeszcze po zaspokojeniu potrzeb energetycznych. Technolodzy m�wi� o procesach nisko i wysokoobci��onych. Niskoobci��one procesy biologicznego oczyszczania maj� miejsce wtedy, kiedy pokarmu dla bakterii jest niewiele. Wtedy ich populacja utrzymuje si� na mniej wi�cej sta�ym poziomie. W procesie wysokoobci��onym (np. podczas oczyszczania �ciek�w) pokarmu jest tak du�o, �e bakterie intensywnie si� mno�� i istniej konieczno�� sta�ego usuwania ich nadmiaru. Uproszczona reakcja budowy biomasy wygl�da nast�puj�co: C10H19O3N + 1,5 NH3 + 2,5 CO2 -> 2,5 C5H7NO2 + 3 H2O Moim zdaniem w akwarium dominuj� jednak procesy niskoobci��one i reakcja powy�sza ma mniejsze znaczenie - cho� oczywi�cie zachodzi. Bakterie przecie� gin� i rodz� si� nowe. W warstwie �wiru lub piasku, kt�ry jest pod�o�em w naszym akwarium, mog� jednak wyst�pi� warunki, w kt�rych ilo�� tlenu jest znacznie mniejsza ni� w pozosta�ej cz�ci akwarium. Bakterie potrafi� przystosowa� si� i do tej sytuacji. Pokarm jest wtedy przetwarzany w inny spos�b. Efektem dzia�ania mikroorganizm�w nie jest pe�ne przetworzenie zwi�zk�w organicznych na proste zwi�zki mineralne ale ich rozk�ad na prostsze zwi�zki organiczne. Te beztlenowe procesy przemiany materii nazywane s� fermentacj�. Istnieje wiele rodzaj�w fermentacji, i bardzo r�ne mog� by� jej produkty. Wyst�pienie takich proces�w beztlenowych jest bardzo niekorzystne w akwarium. Ich efektem jest powstawanie siarkowodoru (H2S). Jest to zwi�zek silnie toksyczny o charakterystycznym nieprzyjemnym zapachu. Je�li wi�c poczujemy nieprzyjemny zapach zgni�ych jaj w pobli�u akwarium (zw�aszcza przy poruszeniu �wiru) mo�e to by� sygna�em, �e w pod�o�u zachodz� beztlenowe procesy przemiany materii. Zjawiska te wyst�puj� rzadziej je�li mamy na dnie akwarium gruboziarnisty �wirek i filtr pod�wirowy, kt�ry wymusza sta�y przep�yw wody zawieraj�cej tlen. Drobny piasek i brak przep�ywu wody sprzyja fermentacji. Jak jej przeciwdzia�a�? Na dwa sposoby. Po pierwsze starajmy si� nie dopuszcza� do zalegania resztek jedzenia, szcz�tk�w ro�lin i innych odpad�w organicznych. Odmulajmy regularnie akwarium. Po drugie starajmy si� zapewni� dop�yw wody zawieraj�cej tlen. Odmulaj�c dno stosujmy odmulacze, kt�re powoduj� zruszenie warstwy pod�o�a. Bardzo skuteczne s� r�wnie� organizmy przekopuj�ce pod�o�e (np. �limaki �widerki). Nitryfikacja Nitryfikacja Jeszcze do niedawna biologiczne metody oczyszczania �ciek�w nastawione by�y g��wnie na rozk�ad zwi�zk�w organicznych. Okaza�o si� jednak, �e mo�na doskonale oczy�ci� pod tym wzgl�dem �cieki a ich wpuszczenie do rzeki czy jeziora mo�e i tak spowodowa� jej �mier� biologiczn�. Woda zawieraj�ca substancje b�d�ce �wietnymi nawozami (zwi�zki azotu i fosforu) mo�e nie by� toksyczna dla organizm�w �ywych. Wr�cz przeciwnie - wywo�uje eksplozj� �ycia - zw�aszcza glon�w. Nazywa si� to eutrofizacj� zbiornika. Dochodzi do tzw. zakwitu wody. Problemy zaczynaj� si� kiedy glon�w jest bardzo du�o i zaczynaj� obumiera�. W kr�tkim czasie zostaje zu�yty ca�y tlen rozpuszczony w wodzie. Nast�puje uduszenie organizm�w oddychaj�cych tlenem a w wodzie pojawia si� truj�cy siarkowod�r. Podobny mechanizm mo�e wyst�pi� w akwarium. Dlatego zacz�to obmy�la� metody oczyszczania wody z zwi�zk�w azotu. W praktyce stosuje si� obecnie jedynie metody biologiczne. Sk�adaj� si� one z dw�ch etap�w: nitryfikacji i denitryfikacji. Dok�adnie te same mechanizmy wyst�puj� w akwariach. Nitryfikacja jest procesem realizowanym g��wnie przez bakterie Nitrosomonas i Nitrobacter. S� to mikroorganizmy, kt�re jako budulec w�asnego cia�a wykorzystuj� podobnie jak ro�liny proste zwi�zki nieorganiczne: wod� i dwutlenek w�gla. Niezb�dn� do �ycia energi� uzyskuj� natomiast w wyniku chemicznej reakcji utleniania azotu amonowego do azotyn�w a nast�pnie azotyn�w do azotan�w. W uproszczeniu bakterie Nitrosomonas przeprowadzaj� wi�c reakcj�: NH4+ + 1,5 O2 -> NO2- + 2H+ + H2O + 352 kJ za� bakterie Nitrobacter: NO2- + 0,5 O2 -> NO3- + 73 kJ W wyniku dzia�alno�ci tych po�ytecznych mikroorganizm�w nast�puje wi�c przekszta�cenie stosunkowo toksycznego azotu amonowego (NH4+ i NH3) powsta�ego w wyniku opisanej wcze�niej amonifikacji w znacznie mniej szkodliwy azot azotanowy (NO3-). Drugi etap nitryfikacji przeprowadzany przez Nitrobacter przebiega znacznie szybciej i ca�y wytworzony azot azotynowy (NO2-) jest praktycznie natychmiast przetwarzany. Dlatego w dojrza�ym akwarium st�enie azotu azotynowego mierzone testami akwarystycznymi powinno by� praktycznie r�wne 0. Warto wspomnie� r�wnie� o "efektach ubocznych" nitryfikacji. W wyniku dzia�ania Nitrosomonas powstaje wolny kwas (H+). Reaguje on z zawart� w wodzie zasadowo�ci� powoduj�c jej zu�ycie. H+ + HCO3- <-> CO2 + H2O Teoretycznie wyliczone zu�ycie zdolno�ci buforowania wody wynosi 7,14 g CaCO3/g N. Uwzgl�dniaj�c przyrost zasadowo�ci w wyniku wcze�niejszego etapu - przemiany azotu organicznego w amonowy otrzymujemy ��cznie spadek w wysoko�ci 3,57 g CaCO3/g N. Je�li zdolno�� buforowania wody jest ma�a to w wyniku nitryfikacji mo�e nast�pi� obni�enie pH. Jakie warunki powinny mie� zapewnione bakterie nitryfikacyjne aby mog�y dzia�a� z maksymaln� skuteczno�ci�? Pierwszym i najwa�niejszym jest obecno�� tlenu rozpuszczonego. St�enia mniejsze ni� 2 mg O2/dm3 powoduj� spowolnienie tempa reakcji za� wy�sze nie powoduj� wyra�nego wzrostu. Okazuje si�, �e nawet kilkugodzinne pozbawienie tych bakterii tlenu nie powoduje ich �mierci. Mimo wszystko starajmy si� ograniczy� przerwy w pracy filtra do niezb�dnego minimum. Bakterie nitryfikacyjne najlepiej b�d� si� czu�y w akwariach hodowc�w ryb z jezior Malawi i Tanganika. Wynika to z faktu, �e optymalny odczyn wody wynosi pH 7,5 - 8,5. W praktyce mikroorganizmy potrafi� si� przystosowa� do zakresu pH 6 - 10 pod warunkiem jednak stabilno�ci tego parametru. Istotnym parametrem jest temperatura. Ca�kowite zatrzymanie reakcji nast�puje w temperaturze oko�...
LiveTIp