Het vertalen van dit artikel kan beginnen.

2.10. Stikstof cyclus

Foto van auteur

Auteur : David Bogert

Gepubliceerd :

Tijd om te lezen :
12 minuten
Difficulty : Level 6

Excerpt :

This is a series of explanations of the aquarium nitrogen cycle. It starts out very simple and get more and more complex.
An understanding of the nitrogen cycle is NOT REQUIRED to have a good aquarium. This idea that every hobbyist needs to understand the nitrogen cycle is a myth promulgated by well meaning but ill-informed individuals on social media.

But if one is interested in the nitrogen cycle one can read on. This is only for the real nerds, like the author.

Dit artikel legt de stikstof cyclus uit in vier lagen. De eerste paar alinea's zijn de eerste laag en de eenvoudigste verklaring. Dan wordt de uitleg drie keer herhaald steeds meer en meer complex.

Pauw Hybride Tangerine Tijger
Peacock Hybrid – Tangerine Tiger

1, Stikstof cyclus vereenvoudigd

Aquarium thuis hobbyisten praten over "de stikstof cyclus" en hoe iedereen moet het begrijpen van de "stikstof cyclus". Dit is problematisch omdat veel mensen geen opleiding in de chemie en de "stikstof cyclus" is een chemisch proces dat vraagt om een rudimentaire kennis van de chemie.

De eenvoudigste verklaring is dat de vis plassen is giftig voor de vissen. In een aquarium filter, de vis pee omgezet naar een niet-giftige verbinding door kolonies van nuttige bacteriën, die "eten" de vis plassen. Deze gunstige bacteriën die alleen groeien op oppervlakken met een goede doorstroming van het water en ze groeien heel langzaam. Je moet dus veel water door een filter media met veel oppervlakte en het aantal weken van de stikstof cyclus gestart, een proces genaamd "fietsen" in een aquarium. Dit is de stikstof cyclus" in een eenvoudige notendop. Makkelijk!

Als je niet fietst een aquarium voor het toevoegen van vis is het mogelijk om schade of zelfs de dood van een vis (hoewel dit gebeurt veel minder dan menigeen zou ons leiden om te geloven).

Heros severus Groen Gestreepte Severum
Heros severus – Green Banded Severum

2, De Stikstof cyclus in meer detail

Een meer complete en toch nauwkeurige uitleg van de stikstof cyclus en het hele idee van het fietsen in een tank is verrassend moeilijk om langs te komen als een gewoon Googles het. Google het en je zal komen met een heleboel sites geven slechte informatie en die woorden in blauw onderstreept op hen.

These blue underlined words are links to products that are over-priced and completely ineffective such as “instant start” “bottled bacteria” and chemicals. If you click on these links and buy these products both the website and Google receive a commission. Isn’t the profit motive great? These sites are simply not reliable sites to get ANY information on ANYTHING to do with aquariums.

Zelfs de Wikipedia-site is volledig onjuist. Vergeet niet, de makers van de producten zoals flessen bacteriën kunnen gaan op Wikipedia en wijzigen van het verhaal in hun voordeel. En ze doen dat.

Maylandia chrysomallos Nametumbwe
Maylandia chrysomallos – Nametumbwe

Een meer volledige uitleg van de stikstof cyclus die is niet gekoppeld aan een aantal ineffectieve aquarium producten en die redelijk accuraat is van "The Spruce":

Stages of the Nitrogen Cycle

Er zijn drie stadia van de stikstof cyclus, die ieder verschillende uitdagingen.

Initial stage: The cycle begins when fish are introduced to the aquarium. Their feces, urine, as well as any uneaten food, are quickly broken down into ammonia NH₃. Ammonia is toxic to fish at levels over 2 ppm. Ammonia usually begins rising by the third day after introducing fish.

Second stage: During this stage Nitrosomonas bacteria oxidize the ammonia, thus eliminating it. However, the by-product of ammonia oxidation is nitrite, which is also highly toxic to fish. Nitrites levels as low as 1 ppm can be lethal to some fish. Nitrite usually begins rising by the end of the first week after introducing fish.

Third stage: In the last stage of the cycle, Nitrobacter bacteria convert the nitrites into nitrates.

Nitrates are not highly toxic to fish at low to moderate levels. Routine partial water changes will keep the nitrate levels within the safe range. Established tanks should be tested for nitrates every few months to ensure that levels are not becoming extremely high.

The Spruce

Dit is een redelijk nauwkeurige uitleg van de stikstof cyclus. Het duurde een paar Google-pagina ' s te vinden tussen alle van de nep-marketing hype spullen. Het doet overschatting van de toxiciteit van ammoniak, maar dat is een kleine fout.

Aquarium Fish Hemitilapia Oxyrhincha
Hemitilapia Oxyrhincha

Mythe: Er is een vierde "denitrifying" stap naar de stikstof cyclus

Een enorme mythe over de stikstof cyclus, afgekondigd door de fabrikanten van sommige "denitrifying media" zoals BioHome en SeaChem De*Nitraat, is dat er een vierde stap in de stikstofcyclus in het aquarium, namelijk de reductie van nitraat tot stikstofgas. Gebeurt dat niet en kan gewoon niet mogelijk gebeuren in een aquarium. We ontkrachten dat de mythe in de link hieronder:

7.5. Denitrifying media

Herichthys pearsei Pantano Cichlide
Herichthys pearsei Pantano Cichlide

3, De stikstof cyclus in diagrammen en grafieken

There are several general types of bacteria and archaea involved in oxidizing somewhat toxic ammonia NH₄ to relatively safe nitrate NO₃ in the freshwater aquarium. These are called “nitrifying” bacteria and archaea. We will use the term “beneficial bacteria” for both the bacteria and the archaea.

Deze "goede bacteriën" zijn verantwoordelijk voor wat bekend staat als de "stikstof cyclus" in een aquarium. Deze cyclus kan grafisch worden weergegeven als:

Diagram of the Nitrogen Cycle in an Aquarium
De stikstof Cyclus in een Aquarium

Een andere zeer goede grafische voorstelling van de "stikstof cyclus" is de volgende:

Het Aquarium Stikstof Cyclus
Het Aquarium Stikstof Cyclus

“Nitrosomas” and “Nitrospira” are bacteria. In the hobby, these bacteria are called “beneficial bacteria”. These “beneficial bacteria” do this oxidation of ammonia in two steps. The first step is to oxidize ammonia NH₄ to nitrite NO₂. Nitrite NO₂ is then oxidized to nitrate NO₃, which is much less toxic than either ammonia or nitrite. The cycling process for a typical aquarium can be illustrated graphically as follows:

De Stikstof Cyclus
De Stikstof Cyclus

Ten eerste, de ammoniak stijgt. Vervolgens meestal, maar niet altijd, het nitriet stijgt en daalt. Na ongeveer vier tot acht weken de niveaus van nitriet en ammoniak minder dan 0,25 of nul -, nitraat-meestal, maar niet altijd, gaat het om meer dan 10 ppm en de fiets is compleet. Opmerking de API ammoniak test kan geven 0.25 ammoniak met ultrapuur gedestilleerd water, dus 0,25 of minder is de doelstelling voor ammoniak.

Deze grafiek is geïdealiseerd. Het is soms niet wat er gebeurt tijdens het fietsen. De niveaus van ammoniak en nitriet kan op en neer gaan vrij willekeurig tijdens het fietsen en het maken van een grafiek met veel "ruis". Soms nitriet nooit te zien. En soms nitraat nooit te zien. De stikstof cyclus is een natuurlijk proces. En Moeder Natuur is gewoon niet erg voorspelbaar.

Alle "goede bacteriën" die betrokken zijn in deze ammoniak oxidatie nodig hoeveelheden zuurstof (meer dan 80% verzadigd met water), kooldioxide en ammoniak om in te gedijen. Ook zij hebben een oppervlak vast te houden, niemand kan reproduceren in een vrij-zwemmen-modus. Ze zijn allemaal erg traag te vermenigvuldigen, ZONDER uitzonderingen.

Aquariumvissen OB Pauw
OB Aulonocara

4, De exacte wetenschap in grote complexe termen

De exacte wetenschap van nitrificerende bacteriën is niet essentieel om te begrijpen biofiltration. De wetenschap is ook erg verwarrend, met veel grote woorden die zelfs de experts geven tegenstrijdige definities. Maar sommige willen krijgen van een zeer grondige analyse van het.

Any discussion of nitrification must use a university study published in a reputable journal. There are a huge number of “fake science” papers out there written by the suppliers of aquarium products. The most in-depth and accurate assessment we could find was in the excellent scientific paper by Anne Bernhard (Department of Biology, Connecticut College)::

Nitrification is the process that converts ammonia to nitrite and then to nitrate and is another important step in the global nitrogen cycle. Most nitrification occurs aerobically and is carried out exclusively by prokaryotes. There are two distinct steps of nitrification that are carried out by distinct types of microorganisms.

De eerste stap is de oxidatie van ammoniak tot nitriet, dat wordt uitgevoerd door microben bekend als ammoniak-oxidanten. Aërobe ammoniak oxidatiemiddelen zetten ammoniak tot nitriet via de tussenliggende hydroxylamine, een proces dat bestaat uit twee verschillende enzymen, ammoniak monooxygenase en hydroxylamine oxidoreductasen. Het proces genereert een zeer kleine hoeveelheid energie in vergelijking met vele andere soorten van de stofwisseling, met als gevolg, nitrosofiers zijn berucht zeer langzame groeiers. Bovendien aërobe ammoniak oxidantia zijn ook autotrophs, de vaststelling van kooldioxide te produceren organische koolstof, net als fotosynthetische organismen, maar het gebruik van ammoniak als een bron van energie in plaats van licht.

In tegenstelling tot stikstof fixatie die wordt uitgevoerd door veel verschillende soorten microben, ammoniak oxidatie is minder algemeen verspreid onder de prokaryoten. Tot voor kort werd gedacht dat alle ammoniak oxidatie werd uitgevoerd door slechts een paar soorten bacteriën in de geslachten Nitrosomonas, Nitrosospira, en Nitrosococcus. Echter, in 2005 een archaeon werd ontdekt dat kon ook oxideren ammoniak (Koenneke et al. 2005).

Sinds hun ontdekking, ammonia-oxiderende Archaea hebben vaak gevonden zijn, overtreffen de ammonia-oxiderende Bacteriën in veel habitats. In de afgelopen jaren, ammonia-oxiderende Archaea zijn gevonden in overvloed in de oceanen, bodem en kwelders, wat duidt op een belangrijke rol in de stikstofkringloop voor deze nieuw ontdekte organismen. Momenteel is slechts één ammonia-oxiderende archaeon is gegroeid in pure cultuur, Nitrosopumilus maritimus, dus ons begrip van hun fysiologische diversiteit is beperkt.

The second step in nitrification is the oxidation of nitrite (NO₂-) to nitrate (NO₃-). This step is carried out by a completely separate group of prokaryotes, known as nitrite-oxidizing Bacteria. Some of the genera involved in nitrite oxidation include Nitrospira, Nitrobacter, Nitrococcus, and Nitrospina. Similar to ammonia oxidizers, the energy generated from the oxidation of nitrite to nitrate is very small, and thus growth yields are very low. In fact, ammonia- and nitrite-oxidizers must oxidize many molecules of ammonia or nitrite in order to fix a single molecule of CO₂. For complete nitrification, both ammonia oxidation and nitrite oxidation must occur.

Ammonia-oxidizers and nitrite-oxidizers are ubiquitous in aerobic environments. They have been extensively studied in natural environments such as soils, estuaries, lakes, and open-ocean environments. However, ammonia- and nitrite-oxidizers also play a very important role in wastewater treatment facilities by removing potentially harmful levels of ammonium that could lead to the pollution of the receiving waters. Much research has focused on how to maintain stable populations of these important microbes in wastewater treatment plants. Additionally, ammonia- and nitrite-oxidizers help to maintain healthy aquaria by facilitating the removal of potentially toxic ammonium excreted in fish urine.

The Nitrogen Cycle: Processes, Players, and Human Impact”, Nature Education Knowledge 3(10):25, 2010:

Hoe is dat ingewikkeld?

Aquarium Fish Red Fire Queen Peacock
Rode Brand Koningin Pauw

Verzuring

Many hobbyists note a significant drop in pH, like 7.4 to 6.0, during cycling. The end product of the cycling process is “nitrate” NO₃, per conventional wisdom. And, again per conventional wisdom, “nitrate is acidic”. Technically that is incorrect. Nitrate is not the end product of the nitrogen cycle and nitrate is not acidic. Nitric acid and hydrogen ions are the end product of the nitrogen cycle and both are acidic.

What people fail to understand is that “hydrogen nitrate”, or “nitric acid”, is what forms in pure distilled water as the final product in the nitrogen cycle. In other words, “nitrate”, NO₃, is actually “nitric acid” HNO₃ in pure distilled water.

Herichthys carpintis, Groen Texas Cichlide
Herichthys carpintis – Green Texas Cichlid

Let us look at the decomposition products of a typical simple amino acid; Tyrosine C₉H₁₁NO₃. When a fish eats the tyrosine in a protein in their food, they use oxygen to decompose it.

C₉H₁₁NO₃ => 9CO₂ + 5H₂O + NH₃ .

The CO₂ gases off, leaving water and ammonia. The ammonia is released to the aquarium water where bacteria use oxygen to oxidize the ammonia to nitric acid HNO₃ and hydrogen ions:

2NH₃ + 3O₂ => 6H⁺ + 2NO₃⁻ => 4H⁺ + 2HNO₃

De 4 waterstof-ionen en het salpeterzuur zuur en breng het water als er niet-carbonaat buffer om ze te absorberen.

Hoplarchus psittacus Echte Papegaai Cichliden
Hoplarchus psittacus Echte Papegaai Cichliden

In de nul-KH water kan een pH-daling van zeggen 7.4 6.0 pH. Op 6.0 pH van de bacteriën stoppen met werken op de ammoniak en er is geen verdere verzuring. Maar merk op dat het verschil tussen de 7.4 en 6.0 is een ZEER kleine hoeveelheid salpeterzuur. En je moet een lage pH-en een lage KH water te zien vallen.

Ik heb "hard" water met veel calcium carbonaat in het (dat wil zeggen een hoge GH en KH) en de pH van 8.2. Ik zie niet in een daling van 8,2 bij het doen van "normale" indraaien omdat ik de vorm van nitraat, niet salpeterzuur. De waterstof-ionen aan, en salpeterzuur van de fiets in mijn hoge KH, calciumcarbonaat gevulde goed water geeft het kooldioxide uit de calcium carbonaat en vormen calcium nitraat in plaats van salpeterzuur. De pH wordt gebufferd door de KH en niet laten vallen.

2HNO₃ + CaCO₃ => Ca(NO₃)₂ + H₂CO₃ => Ca(NO₃)₂ + H₂O + CO₂

Maar als ik sommige van mijn lange experimenten (bijvoorbeeld op de diep in het zand bedden), mijn pH gedaald WEG naar beneden. Ik uitgeput van alle calcium carbonaat en gevormd waterstof-ionen en salpeterzuur.

Nimbochromis venustus OB
Nimbochromis venustus OB

Klein semantiek probleem

In de hobby iedereen benadrukt hoe belangrijk het is om te "fietsen" een aquarium en filter. Dit gebruik van de term "cyclus" technisch is het een verkeerde benaming, een onjuist gebruik van het woord. Het werkwoord "cyclus" wordt gedefinieerd in de biologie als:

A recurring series of events or metabolic processes in the lifetime of a plant or animal.

Omdat je alleen maar "cyclus" een aquarium eenmaal, het gebruik, onjuist is. Maar dit is een klein probleem. Het is algemeen gebruik onder de hobby gebruik van de term "cyclus" betekent:

The establishment of a stable nitrogen cycle in an aquarium and filter

Sinds de stikstof cyclus is eigenlijk een herhalende cyclus dit niet oprekken van de betekenis van het woord te veel.

Otopharynx tetrastigma
Otopharynx tetrastigma

Verdere gegevens

De eigenlijke wetenschap van heilzame bacteriën en biofiltration is zeer complex en hele boeken kunnen worden geschreven. Verdere analyse is onder de volgende links:

Dan is er de wetenschap achter het indraaien voor degenen die nieuwsgierig zijn. Deze wetenschap wordt beoordeeld in de volgende links:

2.11. Inoculeren voor indaaien

2.12. Heilzame bacteriën

2.14. "Volwassen" aquarium

Het onderwerp van filtratie en indraaien zijn nauw met elkaar verbonden. Dus als men geïnteresseerd is diep in de wetenschap en de berekeningen die achter alle aspecten van filtratie te duiken is het volgende relevant:

6.2. Biofiltration

6.2.1. Detritus uitgelegd

6.2.2. Bruine smurrie

6.2.3. Troebel water