De Nederlandse vertaling van dit artikel is van DeepL Translate, deze kan onnauwkeurig, onvolledig en waarschijnlijk met enkele fouten zijn! Maar veel beter dan Google Translate

14.1.1. UV in meer detail

Foto van auteur

Auteur : David Bogert

Gepubliceerd :

Tijd om te lezen :
14 minuten
Difficulty : Level 7

Excerpt :

Hoe werken aquarium UV-apparaten?
Zoals de meeste "Diepgaande" artikelen op deze website is dit een erg lange en saaie verhandeling. Lees alleen verder als je een dutje moet doen.

Aquarium UV in grotere diepte

"UV" is een afkorting voor ultraviolet. Het is een soort licht.

UV-licht is elektromagnetische straling met golflengten korter dan zichtbaar licht. UV kan worden onderverdeeld in verschillende bereiken, waarbij UV met een korte golflengte (UVC) wordt beschouwd als "kiemdodend UV". Bij bepaalde golflengtes is UV mutageen voor bacteriën, virussen en andere micro-organismen. Vooral bij golflengtes rond 230 nm-280 nm breekt UV moleculaire bindingen in het DNA van micro-organismen, waardoor thymine-dimeren ontstaan die de organismen kunnen doden of uitschakelen.

Volgens Wikipedia:

UV-apparaten voor het aquarium hebben lampen die de UVC afgeven waar Wikipedia het over heeft. Deze UVC doodt (technisch gezien steriliseert het alleen maar) organismen zoals groene algen, bacteriën, protozoën en de besmettelijke stadia van ich ("trophonts"). Het kan bijna alles doden dat door het apparaat gaat. Het doet niets met alles wat niet door het apparaat in de waterkolom gaat. Draadalgen op decoraties in het aquarium worden dus niet gedood.

UVC Lichtspectrum
UVC Lichtspectrum
Aulonocara Turkis Pauw
Aulonocara - Turkis Pauw

Wat de professionals gebruiken

Universitaire onderzoeksfaciliteiten (er zijn 460 enorme zebravisfaciliteiten voor genetisch onderzoek) en openbare aquaria maken allemaal gebruik van zeer grote en krachtige UV-apparaten. Ze doen dit vanwege de bewezen resultaten van UV-apparaten. Het winstoogmerk is altijd veelzeggend.

Een van de grote dierenwinkels (PetSmart) gebruikt zeer grote en krachtige UV-units in zijn gecentraliseerde filtersysteem. Ze zouden deze kostbare moeite niet doen als het niet effectief was.

PetSmart grote UV-units
PetSmart grote UV-units

De grootte van de eenheid

De meeste experts adviseren één watt UV per drie liter aquarium voor bacteriën en één watt per liter voor ich. Dit is onjuist. Voor de meeste aquaria is één watt per tien liter aquarium prima voor zowel bacteriën als ich.

UV-blootstellingswaarden worden bepaald voor sterilisatie in één keer met UV-toestellen voor drinkwater. De testgegevens voor deze toepassing worden vervolgens toegepast op aquaria. Dit is gewoon onjuist (tenzij je je winst wilt maximaliseren!). In een aquarium gaat het water vele malen per uur door een UV-apparaat, waardoor aquaria anders, veel anders zijn.

Meerdere kleine stralingsdoses via snelle stroomsnelheden zijn net zo effectief als één grote stralingsdosis via een langzame stroomsnelheid ("The Reciprocity Rule in Photobiology - a Review", Schindl, et. al. Universiteit van Wenen, Medische School 2001). Dit betekent dat de verblijftijd irrelevant is en dat het splitsen van de stroom vóór een UV-eenheid om de verblijftijd te verhogen niet effectief is.

Alonocara kornliae Blauw goud
Aulonocara kornliae - Blauw goud

Voor bacteriën en algen moet een UV-apparaat, volgens de conventionele wijsheid, één watt per 18 liter water per uur door het aquarium stromen. Om parasieten zoals ich te doden, moet dit niveau volgens de conventionele wijsheid drie keer zo hoog zijn, in de orde van grootte van één watt UV voor elke zes gallons per uur waterstroom in het aquarium (sommigen zeggen zelfs één watt voor elke drie gallons stroom per uur).

De meeste commentatoren op sociale media en fabrikanten adviseren vervolgens één watt UV per drie liter aquarium voor bacteriën en één watt UV per één liter aquarium voor protozoën zoals ich ("Compare UV Sterilizers". Drs. Foster & Smith Educational Staff). Dit is onjuist in het thuisaquarium vanwege de "Wederkerigheidsregel in Fotobiologie".

Copadichromis borleyi OB
Copadichromis borleyi OB

Al het onderzoek naar het benodigde wattage van UV is gebaseerd op de sterilisatie van drinkwater. De "regel" voor de dimensionering van UV-stralen die vrijwel alle aquarium UV "experts" gebruiken is gebaseerd op drinkwateronderzoek, niet op aquariumonderzoek ("Efficacy of UV Irradiation in Inactivating Cryptosporidium parvum Oocysts," Morita et al., 2002). Met drinkwater krijg je maar één passage door het apparaat. Meerdere kortdurende passages zijn dus geen overweging. In het aquarium zijn meerdere passages van korte duur de regel. De UV-aanbevelingen van de "experts" zijn dus te hoog, veel te hoog.

UV-sterilisatoren voor het aquarium
UV-sterilisatoren voor het aquarium

Alle grote universiteiten die genetisch onderzoek doen met zebravissen (460 met miljoenen zebravissen) gebruiken UV met hoge intensiteit in hun faciliteiten, net als openbare aquaria. Deze apparaten gebruiken standaard 225.000 microwatt/cm2/seconde om 99,99% sterilisatie te bereiken van zelfs moeilijk te doden organismen in één enkele doorgang door het UV-apparaat. Dit komt ruwweg neer op 135 watt UV voor een typische 100-gallon aquariumopstelling, of 1,35 watt per gallon.

Maar deze zebravisfaciliteiten gebruiken UV om te vloeien:

  • Ten eerste doen ze genetisch onderzoek, dus is het van vitaal belang dat deze apparaten alle viseieren in één keer doden.
  • Ten tweede proberen ze te voorkomen dat ziektes van het ene aquarium naar het andere worden doorgegeven. Dit vereist ook een doding in één keer.

De 1,35 watt per liter is dus voor sterilisatie in één keer met een zeer hoge dodingssnelheid, waarmee ich in één keer kan worden gedood. Om de meeste bacteriën in één keer te doden is slechts 1,35/3 of 0,45 watt per liter nodig. Vanwege de wederkerigheidsregel in de fotobiologie moet dit worden aangepast voor het aquarium thuis. In het aquarium thuis, met meerdere belichtingen per uur, moet het benodigde wattage om te doden worden gebaseerd op de tijd die een organisme nodig heeft om zijn populatie te verdubbelen.

Dimidiochromis compressiceps OB Malawi Oogbijter
Dimidiochromis compressiceps OB - Malawi Oogbijter

Neem een bacterie die in populatie in twee uur verdubbelt. Om te voorkomen dat bacteriën het aquarium overnemen, zou je de bacterie in ruwweg een uur moeten doden. In het gemiddelde aquarium met een 5X omloopsnelheid zou dit neerkomen op vijf omwentelingen van het aquarium. Dit zou dus 0,45 watt per liter gedeeld door 5 of 0,09 watt per liter water zijn, of ruwweg één watt voor elke tien liter water in het aquarium.

Verrassend genoeg vermindert UV het aantal bacteriën in het water vaak niet. Sommige soorten bacteriën kunnen zich zo snel vermeerderen dat ze een UV-lamp kunnen verslaan. Dit gebeurt meestal ALLEEN in vervuild water met zeer veel opgeloste organische stoffen (DOC's) in het water. Sommige soorten bacteriën planten zich langzamer voort en kunnen door UV onder controle worden gehouden.

Het hangt allemaal af van hoe vaak het water door het UV-apparaat gaat en het soort bacteriën. In een vervuild aquarium kan een 2X omwenteling het aantal bacteriën niet verminderen, terwijl een 8X omwenteling het aantal bacteriën van SOMMIGE bacteriën aanzienlijk kan verminderen.

Maar we moeten benadrukken dat de belangrijkste manier om het aantal bacteriën in het water te verminderen het gebruik is van grote oppervlakken in het filter met goede media en grote hoeveelheden media. Biofiltratie is vele malen effectiever dan UV om het aantal bacteriën laag te houden.

Maskaheros regani
Maskaheros regani

Omdat een ich organisme er gemiddeld minstens 8 uur over doet om uit de waterstroom in de vis te komen, gaat een besmettelijke ich trophont gemiddeld 48 keer door de UV-unit. Het ich-organisme is dus NIET beter bestand tegen UV dan de bacterie en is zelfs gemakkelijker te doden, wat een complete omkering is van de conventionele wijsheid.

Dus organismen die zich snel vermenigvuldigen worden gemakkelijk gedood door UV, zelfs in één keer, en organismen die zich langzaam vermenigvuldigen worden vrij goed gedood in meerdere keren. Samengevat kun je dus zeggen dat UV, zelfs bij lage wattages, zeer effectief is in het aquarium.

Groenendodend apparaat met stroomkop, 9 watt
Groenendodend apparaat met stroomkop, 9 watt
Buccochromis rhoadesii
Buccochromis rhoadesii

Het effect van UV op ziekten

Diana Walstad, de auteur van het toonaangevende boek "Ecology of the Planted Aquarium" (verplichte lectuur voor elke serieuze aquariumhobbyist) vertelt op haar website hoe vistuberculose (technisch gezien mycobacteriose) al haar regenboogvissen doodde en hoeveel er ziek werden toen ze een UV-systeem aanbracht om te proberen het tij te keren. Tot haar grote verbazing verdween de plaag en herstelden zelfs de zieke vissen.

Nu wil ik waarschuwen om hier niet te veel in te lezen. Onthoud dat "correlatie impliceert geen oorzakelijk verband". Het zou best kunnen dat de vissen van mevrouw Walstad op eigen kracht de Fish TB hebben bestreden en dat zou best gekund hebben, zelfs zonder UV-apparaat. Maar er is een logische verklaring voor wat er gebeurde, alleen met het voorbehoud dat "logisch" niets "bewijst".

Julidichromis transcriptus
Julidichromis transcriptus

Nu is de voor de hand liggende vraag: hoe kan een vis die al een ernstig geval van tuberculose heeft, profiteren van een UV-lamp? Het antwoord ligt waarschijnlijk in het immuunsysteem van de vissen. Alle immuunsystemen van dieren zijn beperkt. Ze kunnen maar zoveel tegelijk bestrijden. Een vis met tuberculose in water met een hoog aantal ziekteverwekkers zal een aanzienlijk deel van zijn immuunsysteem moeten inzetten om de ziekteverwekkers in het water op afstand te houden en zal minder kunnen inzetten om de tuberculose te overwinnen.

Mevrouw Walstad verminderde de hoeveelheid ziekteverwekkers in het aquariumwater aanzienlijk met een UV-lamp. Daarna waren de vissen in haar aquarium waarschijnlijk in staat om al hun middelen van het immuunsysteem in te zetten voor de tuberculose en deze terug te draaien. Merk op dat het twijfelachtig is dat mevrouw Walstad het aantal van sommige soorten bacteriën in het water aanzienlijk verminderde. Maar de andere ziekteverwekkers werden zodanig verminderd dat de vissen de belasting aankonden.

Heros severus cf. efasciatus Rotkeil
Heros severus cf. efasciatus Rotkeil

De oorzaak van de tuberculose-uitbraak kan ook logisch worden afgeleid. Mevrouw Walstad geeft toe dat ze haar vissen overvoert om haar planten van meststoffen te voorzien. Toen ze de tuberculose-uitbraak van haar vissen had, filterde ze haar aquaria niet. Het probleem met deze aanpak is dat het resulteert in een zware concentratie bacteriën en andere organismen in het aquariumwater. Deze zware belasting verzwakt het immuunsysteem van de vissen en kan ertoe leiden dat zoiets als tuberculose uitbreekt.

Mevrouw Walstad heeft vervolgens "beperkte filtratie" toegevoegd aan haar aquaria en ze heeft geen nieuwe uitbraak van vis-tbc meer gehad, ook al voert ze nog steeds te veel. Zelfs bij "beperkte filtratie" daalt het aantal bacteriën tot een punt waarop de vissen een aanzienlijke hoeveelheid immuunsysteem kunnen inzetten om vis TB af te weren.

Maylandia estherae OB Parel Zebra
Maylandia estherae OB - Parel Zebra

Deze reactie van het immuunsysteem op bacteriële belasting is niet beperkt tot tuberculose. Het is net zo goed van toepassing op elke ziekteverwekker bij aquariumvissen. In het bijzonder geldt het net zo goed voor de ziekteverwekker die de "neon tetra disease" (Pleistophora) veroorzaakt.

Nogmaals, UV is niet zo effectief als een grote hoeveelheid biofiltratie om ziektes op afstand te houden. Een groot filter gevuld met iets als 20 ppi schuim, pottenwassers of K1 media zal veel beter werk leveren dan UV om de vissen gezond te houden.

Jebao PU9 UV-sterilisator
Jebao PU9 UV-sterilisator

Merk ook op dat zeggen dat UV ziekteverwekkers doodt technisch gezien niet klopt. Meestal verstoort UV het DNA zodanig dat het organisme zich niet kan vermenigvuldigen en reproduceren. Maar het resultaat is hetzelfde, het organisme sterft zonder zich voort te planten. Dus de hele discussie wordt academisch.

En er zijn "experts" (die ook dure UV-sterilisatoren verkopen) die zeggen dat sommige UV-apparaten vanwege hun ontwerp alleen "verhelderen" en niet "steriliseren". Dit is gewoon een marketinghype om dure apparaten te verkopen. UV voorkomt dat organismen zich voortplanten, punt.

Aulonocara stuartgranti Ngara flamoes
Aulonocara stuartgranti - Ngara flametail

De wederkerigheidswet in meer detail

Het concept dat trager reproducerende organismen die in de waterkolom zweven, zoals Environmental Mycobacteriosis, Fluke, ich of "Hexamita" worden gedood door meerdere passages door een UV-lamp, ongeacht de verblijftijd of stroomsnelheid, is gebaseerd op het artikel "The Reciprocity Rule in Photobiology - a Review", Schindl, 2001.

De wet van Bunsen-Roscoe (BRL) van wederkerigheid stelt dat een bepaald biologisch effect recht evenredig is met de totale energiedosis, ongeacht het toegediende regime.

Maar Schindl merkt op dat snel reproducerende bacteriën zoals E. coli NIET reageren op meerdere UV-passages en gevoelig ZIJN voor verblijftijden.

Dzidic et al bestraalden Escherichia coli met UVC met een totale dosis van 100 J/m², toegediend in één enkele blootstelling of in gelijke fracties, gescheiden door incubatie-intervallen van 20 minuten, en bepaalden de celoverleving en mutagenese. Na gefractioneerde bestraling werd een hoger overlevingspercentage waargenomen vergeleken met acute bestraling.

OB Aulonocara
OB Aulonocara

Snel reproducerende organismen zoals bacteriën worden NIET goed bestreden door UV in water met een hoog gehalte aan voedingsstoffen (d.w.z. een hoog gehalte aan opgeloste organische verbindingen). Het mechanisme ligt nogal voor de hand. Als E. coli zich elk kwartier voortplanten in vervuild water, dan zal het weinig effect hebben op de E. coli-populatie als het lukt om elke twintig minuten een deel van de E. coli uit te schakelen.

Maar het effect is beperkt tot organismen die zich snel voortplanten. Een organisme dat dagenlang leeft, zoals een ich trophont, zal nog steeds net zo goed gedood worden door frequente korte blootstellingen als door één lange blootstelling.

Sciaenochromis fryeri OB Bosbes
Sciaenochromis fryeri OB Bosbes

En merk op dat het E. coli-experiment bestond uit het bestralen van een E. coli-cultuur in een voedingsrijk petrischaaltje. De hele populatie E. coli werd in één keer bestraald. Dus door de langdurige blootstelling werden bijna ALLE E. coli gedood.

Als je aquariumwater van drie vervuilde aquaria door een UV-installatie met langzame doorstroming haalt versus een UV-installatie met snelle doorstroming versus geen UV-blootstelling, dan betwijfel ik ten zeerste of er ook maar EEN verschil zal zijn in de bacteriepopulaties van de drie aquaria. De bacteriepopulatie in de aquaria is gewoon te groot en zal zich sneller vermenigvuldigen dan de UV kan doden, of het nu langzaam, snel of geen UV is.

OB rode zebra
OB rode zebra

Dzidic et al gaat verder met:

Interessant is dat een groter aantal fracties (en een gelijktijdige afname van de dosis per fractie) nodig was om een vergelijkbaar effect te induceren wanneer bacteriën gekweekt werden in fosfaatbuffer in vergelijking met kweken met voedingsbodem. Fractionering had geen effect op het aantal UV-geïnduceerde mutaties in cellen gekweekt in voedingsmedia. In uitgehongerde cellen nam de frequentie van mutaties daarentegen af met toenemend aantal fracties. Deze resultaten werden verklaard door de verminderde synthese van reparatie-enzymen in uitgehongerde cellen en geven een voorbeeld waarbij het falen van wederkerigheid afhangt van de fysiologische toestand (bloeiend vs. uitgehongerd) van het bestraalde organisme.

De E.coli-experimenten stelden vast dat het uithongeren van E.coli van fosfaat de frequente blootstelling veel effectiever maakte. Ook hier is er een heel eenvoudige verklaring voor. Het uithongeren van de E.coli zorgde ervoor dat ze zich slechts om de paar uur voortplantten. Dus frequente UV-blootstelling werd effectief.

Vieja melanura Belize
Vieja melanura Belize

Schindl zegt dan:

Forbes et al bestraalden haarloze muizen met constante wekelijkse doses breedband UV (250-400nm). De wekelijkse doses werden in één enkele sessie toegediend of opgesplitst in 3 en 5 gelijke porties die respectievelijk op 3 en 5 dagen werden toegediend. Het eindpunt van het onderzoek was de vorming van huidtumoren. Interessant genoeg was het meest gefractioneerde bestralingspatroon het meest tumorigene. Dit suggereert dat bij gelijke doses fractionering met dagelijkse bestraling het carcinogeen potentieel van UV verhoogt in vergelijking met intermitterende blootstelling aan hoge doses. Deze resultaten zijn in overeenstemming met de bevindingen van DeGruijl en collega's die opmerkten dat de totale dosis die in een muismodel werd toegediend voor de inductie van huidtumoren hoger moest zijn als een hoge dagelijkse dosis UV-R (FS40 zonnelampen, 280-360 nm, piek bij 312 nm) werd gebruikt in vergelijking met lagere dagelijkse doses. Een soortgelijk resultaat werd verkregen door Willis en Menter die haarloze muizen blootstelden aan gefilterde zonnesimulerende straling (290-400nm) om de afhankelijkheid van carcinogenese van spectrale distributie en dosis-regime te onderzoeken. Alles bij elkaar tonen deze onderzoeken consistent aan dat tijd-dosis reciprociteit afwezig is voor UV-carcinogenese bij muizen, omdat bij gelijke cumulatieve doses intermitterende blootstelling aan hoge doses minder carcinogeen bleek te zijn.

Schindl

En het muizenexperiment is ook eenvoudig te verklaren. De cellen die langdurig aan UV werden blootgesteld, werden gewoonweg gedood en konden dus NIET muteren. De cellen die met tussenpozen werden blootgesteld, werden niet gedood (tussenpozen van drie en vijf dagen is veel tijd waarin de cellen enige schade kunnen herstellen) en konden dus overleven en muteren.

Uaru fernandezyepezi Klim Uaru
Uaru fernandezyepezi Klim Uaru

Meer over UV in het aquarium

Voor meer algemene kennis over UV, inclusief de voordelen ervan, klik je op deze link:

14.1. UV sterilisators

Het selecteren van een UV-eenheid wordt behandeld op een andere webpagina:

14.1.2. Een UV-eenheid selecteren

UV-C licht is schadelijk voor ogen en huid.
Kijk niet naar een werkende UV-C lamp!