Terminologie
De "bruine smurrie" in aquariumfilters is een soort aggregaat dat een "biofilm" wordt genoemd; een matrix of gel van polysachariden en eiwitten met bacteriën, protozoën, schimmels en waterschimmels. In dit artikel noemen we de dunne buitenkant van de "bruine smurrie" een "biofilm". De binnenkant van de "bruine smurrie" heeft een andere bacteriepopulatie dan de "biofilm" en noemen we gewoon "bruine smurrie".
Mythen
Er zijn twee belangrijke mythes die we hier moeten ontmaskeren.
- De eerste mythe is dat vrijwel alle nuttige bacteriën in een filtermedium stevig gebonden zijn aan het oppervlak van het medium, niet aan de bruine smurrie op het medium en tussen het medium.
- Een soortgelijke mythe, die door sommige leveranciers van filtermedia zoals Seachem Matrix en BioHome wordt gepusht, is dat de meeste bacteriën in "poreuze" media leven.
In beide gevallen is precies het tegenovergestelde waar. De "bruine smurrie" zowel op als tussen de media bevat de meeste nuttige bacteriën, de buitenkant van de media heeft een matige hoeveelheid nuttige bacteriën en er zijn GEEN nuttige bacteriën BINNEN een medium zoals keramische ringen, lavasteen, Biohome of Matrix.
“Bruine smurrie”
Alle aquaria krijgen ergens "bruine smurrie" in zich. Andere woorden die gebruikt worden om dit materiaal te beschrijven zijn biofilm, "poep", slib, modder, afval, "bah", puin, detritus, mulm en "organisch materiaal". "Bruine smurrie" is veel complexer dan veel mensen zich realiseren.
De vele soorten bacteriën en organismen die zijn opgenomen in "bruine smurrie" produceren een zeer geordende structuur met lagen en kanalen die zeer efficiënt zijn in het ontgiften en verwijderen van ammoniak uit het water. Deze structuur verwijdert ook efficiënt iets dat "opgeloste organische verbindingen" of DOC's wordt genoemd. Deze structuur is grotendeels levend, niet dood.
Deze kleine open kanaaltjes in de bruine smurrie zorgen ervoor dat zuurstof door zeer dikke lagen bruine smurrie (zoals VEET lagen) kan dringen via Brownse beweging en diffusie. Dus zelfs hele dikke afzettingen van bruine smurrie in iets als een canisterfilter dat al jaren niet is schoongemaakt, zullen NIET hypoxisch worden. Hypoxische omstandigheden verraden zichzelf door slecht te ruiken, heel slecht. En ik heb veel filters gezien waar de bruine smurrie enorm is en er geen vieze geur is.
Deze bruine smurrie wordt geïllustreerd door de bruine gel die wordt aangetroffen in wervelbedmedia (Kaldnes of "K1") nadat ze enkele maanden hebben gewerkt. Het is een dunne filmachtige doorschijnende bruine gel.
Bruine smurrie wordt aangetroffen in de poriën van zeer open filtermedia zoals urethaanschuim en op de oppervlakken van filtermedia zoals keramische ringen. Bruine smurrie wordt NIET aangetroffen in keramische media of media zoals Matrix. Bruine smurrie kan ook vrij zwevend worden aangetroffen in sommige systemen met een laag debiet, waar het mulm wordt genoemd. Uitvergroot ziet bruine smurrie er zo uit:
Deze structuur lijkt erg op die van urethaanschuim, is erg poreus en wordt gemakkelijk door water gepenetreerd. Het is natuurlijk op een veel kleinere schaal dan urethaanschuim. De oranje en paarse lichamen zijn nuttige bacteriën (zowel heterotroof als autotroof) en de wanden zijn slijm dat door deze organismen wordt uitgescheiden.
Hieronder zie je een elektronenmicroscoopfoto van de bruine smurrie op een stuk grind dat werd gebruikt in een ondergrindfilter.
En hier is nog een foto met een elektronenmicroscoop:
Wetenschap van bruine smurrie en biofilm
De wetenschap van bruine smurrie is behoorlijk complex. Technisch gezien vormen biofilms zich niet alleen op het oppervlak van de media in een filter. Ze vormen zich in de holtes in de media en creëren geleiachtige slijmballen van bruine smurrie. Als de stroming door de holtes in de media te snel is, zal de bruine smurrie zich niet vormen. Als de stroming te langzaam is, komen de verschillende organische verbindingen en ammoniak die de nuttige bacteriën consumeren niet bij de bacteriën en worden ze niet goed verwijderd. Het wordt dus eigenlijk heel moeilijk om de prestaties van media in een filter te voorspellen, vooral bij een zeer hoge visbezetting.
Er is nog een ander concept dat gerelateerd is aan bruine smurrie, iets dat "biofilm" wordt genoemd. Een biofilm vormt zich op alle oppervlakken in water, zelfs op zeer ultrapuur water. De nuttige bacteriën in de bruine smurrie bevinden zich aan het oppervlak van de bruine smurrie in de dunne maar kronkelige biofilm met een andere bacteriesamenstelling dan de biofilm die het lichaam van de "bruine smurrie" vormt. In een gevestigd filtermedium vindt de meeste ammoniakoxidatie plaats in een dunne biofilm die bovenop een bruine smurrie ligt.
Een biofilm die wordt gevonden in snelle stromingen of waar weinig voedingsstoffen zijn, is slechts 100 tot 200 micron dik. En er is geen bruine smurrie in zulke gebieden met veel stroming. Deze biofilm kan zeer hardnekkig zijn en vrijwel onmogelijk te verwijderen. Dezelfde dunne, hardnekkige biofilm zal ook heel langzaam ontstaan in gebieden met weinig doorstroming, onder een zachtere, geplooide biofilm.
Als je een enorme hoeveelheid biofiltratie hebt, kun je een onzichtbare dunne biofilm op alle oppervlakken krijgen. Ben Ochart heeft een zwaarbevist aquarium met zowel een grote sump als een met schuim gevulde FX6 op het aquarium. Hij haalde de FX6 na zes maanden uit elkaar en het schuim was "brandschoon". Maar ik garandeer je dat er eigenlijk een hele dunne onzichtbare en zeer effectieve biofilm op alle urethaanoppervlakken in het schuim zat.
Daarnaast zal er een zachtere bruine smurrie ontstaan in gebieden met een lager debiet. Deze zachte bruine smurrie (die technisch gezien ook een biofilm is) zal een biofilm met een andere samenstelling op het oppervlak hebben.
Een goed voorbeeld van de twee soorten biofilms zijn de twee biofilms die zich vormen op iemands tanden.
- Een zachte dikke korrelige biofilm is wat er op je tanden verschijnt als je ze een paar dagen niet poetst. Het kan zich snel vormen. Het is ruw, dik en korrelig. Je kunt het gemakkelijk verwijderen met een tandenborstel.
- In de loop van maanden vormt zich een dunne, gladde en harde biofilm op je tanden. Dit moet door een mondhygiënist worden afgeschraapt met stalen werktuigen en ultrasone beitels.
Hetzelfde gebeurt met alle filtermedia. Een zachte dikke biofilm vormt zich snel in enkele weken en een harde dunne biofilm doet er vele maanden over om zich te vormen. De dunne biofilm vormt zich meestal onder een zachte biofilm, net zoals dat gebeurt op iemands tanden. BEIDE vormen van biofilm zijn prima in staat om ammoniak te oxideren en opgeloste organische verbindingen te absorberen.
"Nuttige bacteriën" (technisch gezien "nitrificerende bacteriën") worden alleen gevonden in de bovenste 50 micron (0,002 inch) van een biofilm. De reden hiervoor heeft te maken met de energie die wordt geproduceerd door de oxidatie van ammoniak tot nitraat. Deze reactie is een reactie met zeer weinig energie. Elke nuttige bacteriële cel moet dus in contact komen met miljoenen ammoniakmoleculen en deze adsorberen. Dit contact kan alleen plaatsvinden bij een snelle turbulente stroming van het water.
De nuttige bacterie kan dus alleen groeien als er een goede waterstroom over de bacterie loopt. Als gevolg hiervan groeien nuttige bacteriën alleen op de oppervlakken van structuren, niet binnen de structuren.
Maar als de biofilm "korrelig" en geplooid is, heeft hij veel meer oppervlakte dan een dunne platte biofilm (2x tot 10x meer).
Dit kan het beste worden geïllustreerd met een dwarsdoorsnede van een enkele urethaanschuimcel met een doorsnede van ongeveer 0,762 mm (30 ppi) in een typisch aquariumfilter in de loop der tijd:
Dit laat zien hoe de bio-activiteit van de nuttige bacteriën toeneemt. De rode lijnen (biofilm) zijn de ENIGE gebieden waar nuttige bacteriën actief zijn. Het is niet het volume van de bruine smurrie, maar het oppervlak dat belangrijk is. De bruine smurrie is optimaal op maand vijf. Na 6 maanden krijgt de bruine smurrie genoeg volume om de doorstroming te beginnen stilleggen en de biofiltratie te stoppen.
Deze periode van zes maanden is typisch voor goed gefilterde en zwaarbezette aquaria en 30 poriën per inch schuim. Als de hoeveelheid urethaan afneemt, zal de periode korter worden. Kleine hoeveelheden schuim in kleine bussen op grote aquaria kunnen binnen twee weken verstopt raken. Bij zeer zwaar gefilterde aquaria met grote hoeveelheden schuim kan het schuim nooit verstopt raken.
De bruine smurrie/biofilm complexen die zich langzaam vormen zullen aanzienlijk beter zijn in het geven van kristalhelder, schoon, gezond water dan degene die zich snel vormen.
Niet alle bruine smurrie is goed
Een snel gevormde bruine smurrie zal meer heterotrofe bacteriën bevatten en des te minder autotrofe nuttige bacteriën en des te minder nuttige microscopische organismen. Dus hoe sneller een bruine smurrie zich vormt, hoe minder gewenst die bruine smurrie is. Hoe langzamer de bruine smurrie/biofilm zich vormt, hoe beter het is om het aquariumwater kristalhelder en bacterievrij te houden en de vissen gezond. En hoe sneller de bruine smurrie zich vormt, hoe sneller het de doorstroming vertraagt en schoongemaakt moet worden.
Een andere factor is de sterkte van de bruine smurrie/biofilm. Als de bruine smurrie/biofilm zich snel vormt, bijvoorbeeld binnen twee weken, dan zal deze erg zwak zijn en gemakkelijk afbreken, waardoor de goede eigenschappen verloren gaan. Een snel gerecycled sponsfilter dat uit de ene tank wordt gehaald en in een andere wordt geplaatst, heeft dagen of zelfs weken nodig om weer ammoniak te kunnen oxideren. Alleen al het verplaatsen heeft de biofilmstructuur vernietigd.
Een bruine smurrie/biofilm die zich over een periode van maanden langzaam heeft gevormd, is veel sterker. Een sponsfilter dat al een aantal maanden werkt, kan meestal van de ene naar de andere tank worden overgezet zonder veel invloed op zijn vermogen om ammoniak te oxideren.
De snelheid waarmee bruine smurrie zich vormt is afhankelijk van verschillende factoren:
| Parameter | Goede langzame opbouw | Slechte snelle opbouw |
|---|---|---|
| Eiwitgehalte van voedingsmiddelen | Hoog>50% | Laag<40% |
| pH | Hoog>7.2 | Laag<6.7 |
| Filtergrootte | Groot | Klein |
| Beluchting | Hoog | Laag |
De auteur houdt al zijn aquaria in het groene gebied, tot ver in het groene gebied! Merk op dat het toevoegen van suiker aan de mix tijdens de cyclus hetzelfde is als het gebruik van zeer lage eiwitniveaus in het voer en een zeer zwakke bruine smurrie/biofilmstructuur zal geven.
De bruine smurrie schoonmaken
Mensen zijn mensen: de meeste hobbyisten ontdoen hun biomedia van alle bruine smurrie zodra ze merken dat er zich wat heeft opgehoopt in een filter. Het hele concept van "reinheid naast goddelijkheid" zit zo ingebakken in onze cultuur dat alles wat "vies" is, zoals bruine "smurrie" in de biomedia, slecht moet zijn en koste wat het kost moet worden verwijderd.
Een goedbedoelende maar onnauwkeurige commentator zei:
"Als de belangrijkste biologische media vuil worden of bedekt raken met slijm, wordt de biologische activiteit aanzienlijk verminderd."
Precies het tegenovergestelde is waar. Het "slijm" waar ze het over hebben is een dikke kronkelige grove laag biofilm met een groot oppervlak voor nuttige bacteriën om zich in te nestelen. Dit is precies wat je wilt in je biologische filter.
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 de filtermedia 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 anderen. Deze micro-organismen leven in een gemeenschap die gebaseerd is op biofilms. De biofilms worden gecreëerd door bacteriën die extracellulaire polymere substantie (EPS) afscheiden, die 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 waterverversing. Het kost veel tijd om deze “filtergemeenschap” op te zetten; daarom is het erg belangrijk om het niet te verstoren tenzij het absoluut noodzakelijk is.
Van de Poret Schuimleverancier (Swiss Tropicals)
Dit is een van de meest intelligente artikelen die een leverancier van aquariumartikelen heeft geproduceerd. Het is ongelooflijk nauwkeurig in elk facet dat erin wordt genoemd. Dit citaat is zo belangrijk dat dit het vierde artikel is waarin ik dit citaat heb opgenomen.
Onderzoekers hebben ontdekt dat wervelbedreactoren met een hoog debiet en Kaldnes (K1) media simpelweg de best mogelijke biofiltratie zijn. De reden hiervoor is dat K1-media bruine, aanhechtende, donzige films van geleiachtige bruine smurrie vormen op de wanden aan de binnenkant. Er stroomt een grote hoeveelheid goed zuurstofhoudend water door de binnenkant van deze K1 media (zoals je ziet in de illustraties hierboven) en een zeer goede biofiltratie door deze "bruine smurrie" wordt onvermijdelijk.
Door het constante geklop tussen elk stuk K1 filtermedium dat ronddraait in een wervelbed, komt er nooit een situatie waarin de bruine smurrie zich ophoopt tot een punt waarop het de doorstroming kan stoppen. De bruine smurrie wordt altijd weggeslagen en afgebroken voordat het zo groot kan worden. Vandaar de onderhoudsvrije situatie die je aantreft bij K1 wervelbedden.
Bruine smurrie en voedsel
Er bestaat een interessante relatie in aquaria. De hoeveelheid nuttige nitrificerende bacteriën, bruine smurrie en nitraat die in een filtermedium wordt geproduceerd, is afhankelijk van de verhouding tussen koolstof en stikstof in het voedsel. Bij een hogere verhouding tussen koolstof en stikstof worden er minder nuttige bacteriën geproduceerd, meer stikstofhoudende bruine smurrie geproduceerd (meer "assimilatoire denitrificatie") en minder nitraat in het water.
Het is dus wenselijk om een eiwitrijk voer te gebruiken (een voer met een lage koolstof/stikstofverhouding) en de meer geproduceerde nitraten te verwijderen door meer water te verversen. Veel bruine smurrie met weinig nuttige bacteriën erin is NIET goed voor een aquarium. Het verstopt de filtratie en vertraagt alles.
Het effect is aanzienlijk. Een voedingsmiddel met 50% eiwit heeft een koolstof/stikstof verhouding van ongeveer 5,4. Een voedingsmiddel met 35% eiwit heeft een koolstof/stikstof verhouding van ongeveer 13,5. Een voeding met 35% eiwit heeft een koolstof/stikstof-verhouding van ongeveer 13,5, bijna tweeënhalf keer zo hoog. Het 35% eiwitvoer zal snel grote hoeveelheden bruine smurrie bevatten, weinig nuttige bacteriën, "saai" water en frequente ammoniakpieken. Het 50%-eiwitvoer heeft zeer weinig bruine smurrie, veel nuttige bacteriën, kristalhelder water en geen ammoniakpieken. Het 50%-eiwitvoer heeft twee keer zoveel waterverversingen nodig als het 35%-eiwitvoer.
Er zijn verschillende manieren om een ongewenst hoge koolstof/stikstofverhouding te krijgen. Eén daarvan is om een voeding met weinig eiwitten te gebruiken. Een andere methode is het gebruik van "Stress Coat" met aloë vera gel (polysachariden of gepolymeriseerde suikers met GEEN stikstof en veel koolstof). Dit is een van de redenen waarom we stress coat producten NIET aanbevelen.
Dieper
Voor een beter begrip van het complexe onderwerp bruine smurrie en biofilms klik je op deze links:
English 
Dutch