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
Vertaald in het nederlands door Joost Abrahams

6.2. Biofiltration

Foto van auteur

Auteur : David Bogert

Gepubliceerd :

Tijd om te lezen :
13 minuten
Difficulty : Level 6

Excerpt :

An explanation of how biofiltration and beneficial bacteria work in an aquarium filter.
Het belangrijkste onderdeel van de filtratie van een aquarium is wat er op microscopisch niveau gebeurt. Dit is de zogenaamde biofiltratie. Het is de wereld van bacteriën en micro-organismen die met het blote oog niet te zien zijn. Deze biofiltratie is de sleutel tot een goede waterchemie, een goede gezondheid van de vissen en kristalhelder water.

We zullen dit onderwerp in lagen behandelen. De eenvoudigste uitleg is de eerste. Daarna wordt er steeds dieper op ingegaan.

Niveau 1; Biofiltratie vereenvoudigd

Filtratie moet worden bekeken vanuit een tabel.

WaterverontreinigingBiofiltratieMechanische filtratieDe meeste chemische filtratieUltraviolet
Ammoniak en nitrietVerwijdert
Slechte bacteriënVerwijdertVerwijdert
Ziekteverwekkers zoals witte stipVerwijdertVerwijdert
Opgeloste organische stoffenVerwijdert
Uitwerpselen, niet opgegeten voedselVerwijdertVerwijdert
Drijvende algenVerwijdertVerwijdertVerwijdert
Looizuur, kleurstoffen, geurenVerwijdert

Biofiltratie is duidelijk gemakkelijk 80% van het spel volgens deze tabel.

Autotrofen versus Heterotrofen

Er zijn twee soorten organismen betrokken bij biofiltratie, "autotroof" en "heterotroof". "Autotroof" betekent "eet chemicaliën zoals ammoniak en kooldioxide". "Heterotroof" betekent "eet normaal voedsel zoals koolhydraten en eiwitten".

Autotrofen vs Heterotrofen

Het belangrijkste aspect van biofiltratie is het verwijderen van giftige visplas uit het water in het aquarium. Kort gezegd is visplas een enigszins giftig materiaal (ammoniak, dat stinkende schoonmaakspullen). Dit materiaal wordt onschadelijk gemaakt in een bestaand aquarium door zeer langzaam groeiende "heilzame bacteriën" (autotrofe nitrificerende bacteriën, "autotroof" betekent "eet ammoniak en kooldioxide") die op het oppervlak groeien poreuze structuren zoals grind of spons, typisch gevonden in de filter en het substraat.

Maar er is nog een andere vorm van biofiltratie die vaak over het hoofd wordt gezien. Dit is de verwijdering van opgeloste organische verbindingen (DOC's) uit het water door heterotrofe ("heterotrofe" betekent "eet normaal voedsel", zoals koolhydraten en eiwitten) bacteriën op het oppervlak van dezelfde biomedia. Dit proces creëert bacterievrij, kristalhelder water dat belangrijk is voor de gezondheid van vissen. En bovendien "eten" een groot aantal heterotrofe micro-organismen in het filter letterlijk slechte bacteriën, ziekteverwekkers, uitwerpselen, niet opgegeten voedsel en algen.

Wat interessant is, is om de bovenstaande tabel nog verder uit te splitsen:

WaterverontreinigingAutotrofe biofiltratieHeterotrofe biofiltratie
Ammoniak en nitrietVerwijdert
Slechte bacteriënVerwijdert
Ziekteverwekkers zoals witte stipVerwijdert
Opgeloste organische stoffenVerwijdert
Uitwerpselen, niet opgegeten voedselVerwijdert
Drijvende algenVerwijdert
Looizuur, kleurstoffen, geuren

Dit geeft een idee van hoe belangrijk heterotrofe organismen in het filter zijn. De rol van deze heterotrofe organismen wordt heel goed uitgelegd in een YouTube-video.

Hoe microscopische jagers hun lunch krijgen
Pseudotropheus demasoni
Pseudotropheus demasoni

Niveau 2; Twee soorten biofiltratie

Het belangrijkste onderdeel van elk aquariumfilter is het biofiltratiegedeelte. De "biofiltratie" wordt gedaan op het oppervlak van een substraat dat de "biomedia" wordt genoemd. Hoe groter het oppervlak van de biomedia, hoe meer biofiltratie kan worden gedaan. Biofiltratie wordt gedaan door twee verschillende groepen bacteriën:

  • Zeer langzaam groeiende autotrofe ("autotroof" betekent dat het chemicaliën zoals ammoniak eet) bacteriën die op het oppervlak van de biomedia in het filter groeien, oxideren giftige ammoniak tot nitraat.
  • Tegelijkertijd zullen snelgroeiende heterotrofe ("heterotroof" betekent in feite "eet normaal voedsel") bacteriën op het oppervlak van de biomedia in het filter de opgeloste organische koolstofverbindingen (DOC) (zoals koolhydraten en aminozuren uit voedselverspilling) afbreken. ) in het water in koolstofdioxide en ammoniak.

De tweede rol wordt vaak over het hoofd gezien omdat deze zeer snel optreedt en deze heterotrofe bacteriën niet als "heilzame bacteriën" worden beschouwd. Ze moeten als nuttige bacteriën worden beschouwd, aangezien dit deel van de biofiltratie erg belangrijk is voor de helderheid van het water en de gezondheid van vissen.

Wat hier over het hoofd wordt gezien, is dat het oppervlak dat nodig is voor deze heterotrofe biofiltratiefunctie om kristalhelder water en een optimale gezondheid van de vissen te geven, twintig keer zo groot is als het biofiltratieoppervlak dat de ammoniak-oxiderende bacteriën nodig hebben om succesvol te zijn.

Frambozen Roze Pauw
Frambozen Roze Pauw

Autotrofe biofiltratie

De meeste mensen denken bij biofiltratie aan ammoniakoxidatie. Ammoniakvergiftiging komt niet zo vaak voor als velen denken, maar het zou een zorg moeten zijn voor elke hobbyist. Ammoniak in zeer hoge niveaus veroorzaakt interne schade aan de hersenen, organen en het centrale zenuwstelsel. De vis begint inwendig en uitwendig te bloeden en sterft uiteindelijk. Hobbyisten gebruiken de term "heilzame bacteriën" om de bacteriën te beschrijven die giftige ammoniak omzetten in niet-toxisch nitraat.

Dit "nuttige bacteriën" biofilter is idealiter een zeer goed zuurstofrijk filter met veel oppervlak en een redelijke waterdoorstroming. Ammoniakoxidatie vindt plaats in twee stappen. In de eerste fase breken nuttige bacteriën de ammoniak af tot nitriet, een andere vorm van stikstof. Vervolgens wordt in hetzelfde filter door een andere reeks nuttige bacteriën het nitriet afgebroken tot nitraat, een veel goedaardigere en niet-giftige vorm van stikstof.

Pauw Super Blauwe Hybride
Pauw Super Blauwe Hybride

De gunstige ammoniak-oxiderende bacteriën groeien alleen op oppervlakken, niet in open water. En deze bacteriën hebben een hoog zuurstofgehalte nodig voor hun watervoorziening (meer dan 80% verzadiging). Merk op dat deze nuttige bacteriën ook een pH van meer dan 6,0, bij voorkeur meer dan 6,5, en een bron van koolstofdioxide en zuurstof nodig hebben om goed te kunnen functioneren.

Omdat deze bacteriën alleen op oppervlakken groeien is er geen concurrentie tussen waterkolombacteriën en filtermediabacteriën. Het water kan dus tientallen of zelfs honderden keren door de media stromen voordat alle ammoniak wordt opgevangen en geoxideerd. Dit betekent dat het oppervlak dat nodig is voor ammoniakoxidatie veel kleiner is dan het oppervlak dat nodig is voor heterotrofe oxidatie.

Pseudotropheus sp. Polit Lion's Cove
Pseudotropheus sp. - Polit Lion's Cove

Heterotrofe biofiltratie

Er is een soort nuttige bacterie die vaak over het hoofd wordt gezien. Dat is de heterotrofe (een term die betekent eet "normaal voedsel" zoals koolhydraten, eiwitten en vetten) bacteriën. Er zal in elk aquarium "normaal voedsel" zijn van niet opgegeten voedsel en uitwerpselen van vissen. Dit zal onvermijdelijk snelgroeiende heterotrofe bacteriën voeden. De vraag voor de hobbyist is wil je dat dit in het filter gebeurt door de bacteriën in bruine smurrie of wil je dat het in de waterkolom gebeurt door bacteriën die het water vertroebelen en de vissen ziek maken. Het zal op de ene of de andere plek gebeuren.

Als het filter veel snelgroeiende heterotrofe nuttige bacteriën bevat, kan het de heterotrofe bacteriën in de waterkolom verslaan en troebel, ongezond water voorkomen. Nu is ook de invloed van bacteriën etende micro-organismen in dezelfde bruine smurrie in het filter van belang. Het hele argument komt neer op "bruine smurrie in het filter is goed" en geeft je kristalhelder water. De meeste troebele tanks zijn tanks waarin het filter veel te vaak wordt schoongemaakt, het filter slechte media bevat of het filter te klein is, zoals een hang-on-back.

De reden dat er voor dit type biofiltratie veel meer oppervlakte nodig is, is simpel. De heterotrofe bacteriën waar we het over hebben, kunnen zich in slechts vijftien minuten vermenigvuldigen door zich in tweeën te delen. Dus om ervoor te zorgen dat de heterotrofe bacteriën in het oppervlak van de filtermedia de heterotrofe bacteriën in het water van het aquarium overtreffen, moeten de filtermediabacteriën hun werk doen in één doorgang van het water. Hiervoor is een zeer groot oppervlak nodig.

Protomelas taeniolatius OB Rode Keizerin
Protomelas taeniolatius OB - Rode keizerin

Biofilms en "bruine smurrie"

De nuttige bacteriën vormen een dunne biofilm over alle oppervlakken. In gebieden met weinig stroming wordt de biofilm na verloop van tijd een dikke, slijmerige, poreuze bruine smurrie met miljarden kleine kanaaltjes er doorheen. Hoe dikker en ouder de "smurrie", hoe donkerder de kleur en hoe slijmeriger het aanvoelt. Een donkerbruine slijmerige "smurrie" is goud voor ervaren aquarianen. Deze donkerbruine "smurrie" zal snel ammoniak omzetten in nitraat en kristalhelder, gezond water geven.

Een van de beste artikelen over dit onderwerp kwam van Swiss Tropicals, de leverancier van Poret Foam. Ze zeiden:

"Het bruine filterslib in een filter is voor het grootste deel levend en niet zomaar afval. Het verwijderen van deze modder doet meer kwaad dan goed. Het doel van het filtermedium is niet om deeltjes uit het water te filteren, zoals vaak wordt aangenomen. De media dienen als leefgebied voor een breed scala aan micro-organismen, waaronder bacteriën, archaea, wormen, ciliaten, flagellaten en vele andere. Deze micro-organismen leven in een gemeenschap die is gebaseerd op biofilms. De biofilms worden gemaakt door bacteriën die extracellulaire polymere substantie (EPS) afscheiden, wat vaak "slijm" wordt genoemd. De gemeenschap vormt een bioreactor die het afval verwerkt en omzet in voedsel en energie voor haar leden, en uiteindelijk in organische of anorganische producten die vervolgens door planten worden gebruikt, verdampen of worden verwijderd door waterverversingen. Het kost veel tijd om deze "filtergemeenschap" op te zetten; daarom is het erg belangrijk om het niet te storen, tenzij absoluut noodzakelijk.

Swiss Tropicals

Dit is het beste artikel dat een leverancier van aquariumproducten ooit heeft gemaakt. Het is 100% waar in al zijn beweringen.

Nanochromis travestiet
Nanochromis travestiet

Merk op dat dit een zeer ingewikkeld, met elkaar verweven proces is. Bacteriën die niet opgegeten voedsel en uitwerpselen afbreken, bacteriën die ammoniak afbreken tot nitriet en bacteriën die nitriet afbreken tot nitraat werken zij aan zij door de biofilters heen.

Vaker is de biofloc aanwezig als bruine “smurrie” in de tussenruimten van het biofilter. Aquarianen maken hun biofilters vaak regelmatig schoon om de "bruine smurrie" te verwijderen waarvan zij denken dat deze "vies" en "slecht" is. Dit is precies het verkeerde om te doen. In deze link gaan we hier dieper op in:.

6.8. Grondige reiniging

Mythen

Zoals met de meeste dingen in de aquariumhobby, zijn er verschillende mythen over biofiltratie en nuttige bacteriën die gewoon niet waar zijn.

  1. Hoge ammoniak- of nitrietgehaltes stoppen de groei van nuttige bacteriën
  2. Gunstige bacteriën sterven zonder voedsel
  3. Gunstige bacteriën stoppen met reproduceren op een bepaald punt
Pseudotropheus demasoni
Axotyl

Mythe #1, hoge ammoniak- of nitrietniveaus stoppen de groei van nuttige bacteriën

Er is één mythe over nuttige bacteriën die moeten worden verdreven. Ammoniak- en nitrietpieken tot 5, 10 of zelfs 20 ppm zullen de groei van nuttige bacteriën niet remmen. Maar liefst acht universitaire onderzoekers die nuttige bacteriën bestuderen (Lewis 1958, Olah 1993, Tappe 1996, Willke 1996, Du 2003, Gibbs 1919, Grzesiak 2017, Kasmurik 2018) gebruikten 400 tot 600 ppm ammoniak en 200 tot 400 ppm nitriet om krijg de snelste groei van nuttige bacteriën die normaal groeien in minder dan 1 ppm ammoniak en nitriet.

Iriatherina werneri Draadvin Regenboogvis
Iriatherina werneri - Draadvinnige Regenboogvis

Mythe #2, nuttige bacteriën sterven zonder voedsel

Er is nog een mythe die uit de wereld moet worden geholpen. Gunstige bacteriën gaan niet dood als ze gedurende langere tijd zonder voedsel blijven. In het boek "The Isolation and Study of Nitrifying Bacteria", W. Gibbs, 1919, ontdekte hij dat BB of nuttige bacteriën (wetenschappelijk gezien zijn dit "aerobe nitrificerende bacteriën") hun potentie zeven jaar lang verzegeld in een fles met wat lucht behielden. Veel onderzoekers hebben bevestigd dat BB minstens 7 maanden zonder voedsel leeft (Geets et al. 2006, Wilhelm et al., 1998; Tappe et al., 1999; Laanbroek & Bär-Gilissen, 2002). BB zijn zeer primitieve, aerobe organismen met een laag metabolisme. BB sterft niet in maanden of jaren zonder voedsel. Ze hoeven alleen nat te worden gehouden en open te staan voor de lucht.

Gunstige bacteriën in aquaria worden ineffectief als ze uitdrogen. Dit komt omdat de meeste nuttige bacteriën de vorm hebben van poreuze, zachte biovlokken. Wanneer deze biovlokken uitdrogen, verliezen ze hun porositeit. Dus als ze weer nat zijn, kan het water niet bij de goede bacteriën komen, zodat de goede bacteriën, terwijl ze nog leven, hun werk niet kunnen doen.

foto van een aquariumvis Ancistrus temminckii
Ancistrus temminckii

Mythe #3, Gunstige bacteriën stoppen met reproduceren op een bepaald punt

Een andere mythe voor nuttige bacteriën is het concept dat nuttige bacteriën stoppen met groeien wanneer ze een bepaalde hoeveelheid voedsel bereiken. Een goedbedoelende maar slecht geïnformeerde commentator op sociale media deed de volgende uitspraak die op het eerste gezicht logisch lijkt:

“Te veel filtratie is eigenlijk zonde. De nitrificerende bacteriën, gewoonlijk "BB" of nuttige bacteriekolonie genoemd, groeien alleen tot de grootte die overeenkomt met de voedselbron, namelijk de Bio-load ... De bio-load is duidelijk afkomstig van het visafval en eventueel extra voedsel dat niet is opgegeten (wat er niet zou moeten zijn als iemand zijn vissen correct voedt). De BB-kolonie zal alleen groot genoeg worden om de hoeveelheid geproduceerd afval te consumeren. Niet meer niet minder. Overfiltratie is dus technisch niet mogelijk.”

Deze uitleg gaat opzij omdat er een fundamenteel misverstand over bestaat over hoe bacteriën leven en zich vermenigvuldigen. Zie het op deze manier. Gunstige bacteriën nemen voedsel op en vermenigvuldigen zich door in tweeën te delen. Dus met een grote hoeveelheid ammoniak tijdens het fietsen zullen de bacteriën zich bijvoorbeeld eens in de 24 uur vermenigvuldigen. Ze zullen zich elke 24 uur vermenigvuldigen totdat ze een niveau van bijvoorbeeld 1 miljard bereiken aan het einde van de cyclus van een aquarium wanneer het ammoniakniveau bijvoorbeeld 250 delen per miljard is (dwz niet detecteerbaar op de API-test).

Copadichromis cyaneus Zimbawe Rots
Copadichromis cyaneus - Zimbawe Rots

Als de toevoer van ammoniak aan het einde van de cyclus koud zou stoppen, zouden de nuttige bacteriën zich niet meer kunnen voortplanten. Maar de ammoniakvoeding stopt niet aan het einde van de cyclus, de vissen blijven ammoniak toevoegen. Dus de nuttige bacteriën blijven zich voortplanten, alleen in een langzamer tempo. De 1 miljard kan dan in twee weken tijd 2 miljard worden, in acht weken 4 miljard, in twintig weken 8 miljard enz. Dus in twintig weken, zonder de bioload te verhogen, zal de capaciteit van het biofilter achtvoudig toenemen, ervan uitgaande dat men het filter niet schoonmaakt. Dit is natuurlijk geïdealiseerd en erg vereenvoudigd.

Organismen van lagere orde, zoals bacteriën, hebben geen bepaalde hoeveelheid voedsel per dag nodig om te overleven of zich voort te planten. Een autotrofe bacterie die bijvoorbeeld 0,4 ppm ammoniak per dag van vissen krijgt, kan zich heel goed elke dag (24 uur) in tweeën splitsen. Bij 0,25 ppm zegt de aquariaan dat zijn aquarium nu gefietst en klaar is voor gebruik. Maar de vissen blijven ammoniak uitstoten en de bacteriën blijven zich voeden. Bij 0,1 ppm ammoniak zouden de autotrofe bacteriën zich om de 4 dagen kunnen splitsen. Bij 0,05 ppm kan het zich elke 8 dagen splitsen. En bij 0,025 ppm kan het zich elke 16 dagen in tweeën splitsen.

Synodontis eupterus Featherfin Squeeker Meerval

Synodontis eupterus - Featherfin Squeeker Meerval

Dus het AANTAL bacteriën in een systeem kan blijven klimmen voorbij het punt dat nodig is om ammoniak niveaus onder 0,25 ppm te produceren. Hoe lager de hoeveelheid voedsel, hoe langzamer de bacteriën zich voortplanten, maar ze stoppen pas volledig met voortplanten als het ammoniak niveau echt nul bereikt. Aangezien vissen constant ammoniak uitscheiden, kan dit ammoniakgehalte in geen enkel aquarium de nul bereiken.

Dus een goed ingeburgerd aquarium (meer dan vier maanden oud zonder reiniging van filtermedia) kan het aantal vissen in het aquarium verdubbelen of zelfs verviervoudigen zonder een piek in ammoniak te zien. Aangezien de reproductiesnelheid exponentieel wordt verminderd en er organismen zijn die de nuttige bacteriën in de filtermedia opeten, is er een praktische limiet aan de groei, maar deze is waarschijnlijk in de orde van grootte van vijf tot tien keer het aantal bacteriën dat nodig is om de ammoniak te verkrijgen. niveau onder 0,25 ppm.

afbeelding van een aquariumvis Aphyosemion australe goud Kap Lopez
Aphyosemion australe - Goudkap Lopez

Ook de opmerking gaat ervan uit dat “heilzame bacteriën”, dwz nitrificerende bacteriën die ammoniak oxideren, de enige organismen van belang zijn in een biofilm. Zoals het artikel van Poret zinspeelt, zijn er een hele reeks "heilzame beestjes" in de meeste biofilms in het aquarium.

De wetenschap van filtratie in meer detail

Er zijn enkele aquariumhobbyisten die geïnteresseerd zijn om diep in de wetenschap en de berekeningen achter alle aspecten van filtratie te duiken. Voor degenen die daartoe geneigd zijn, is het volgende relevant:

6.2.1. Detritus uitgelegd

6.2.2. Bruine smurrie

6.2.3. Troebel water

Pauw Vuur Vis
Pauw Vuur Vis

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

2.10. De stikstofcyclus

2.11. Inoculeren voor indaaien

2.12. Heilzame bacteriën

2.14. "Volwassen" aquarium