Aquaristiek

Biofiltratie voor de liefhebbers.

   

Aquariana 2002 bezocht in Gent? Niet??? Je weet niet wat je gemist hebt, en de volgende 5 jaar zal je het niet te weten komen, want pas dan zal een nieuwe editie het daglicht zien. Ik kijk er alvast naar uit.

Eerst een bezoek aan de plantentuin van de Gentse universiteit, waar 8000 plantensoorten uit de vier windstreken staan, als afsluiter een bezoek aan het museum voor dierkunde, waar allerlei dieren, van amoeben tot walvissen tentoongesteld staan. En dan nog een schitterende aquariumtentoonstelling: vierenzeventig vivaria stonden, ingedeeld naar de vindplaats van hun bewoners, op de bezoeker te wachten. Allemaal mooie bakjes, maar sommige waren werkelijk fantastisch. Om maar te zeggen dat dit een dagvullend programma werd. En dan was er de voordracht door Ir. R. Grommen van het Laboratory of Microbial Ecology and Technology van de Gentse universiteit, die ons aan de hand van schema's en dia's trachtte duidelijk te maken hoe de biofiltratie in het aquarium werkt. Ik geef hier een samenvatting van deze voordracht.

Waarom biofiltratie? Wat bedoelen we met biofiltratie?

Waterzuivering gebeurt in verschillende fasen.
Eerst de mechanische filtering, waarbij in het water zwevende vaste stoffen worden verwijderd door het water door een doek, een laag watten of zand of een materiaal met fijne poriën te pompen.
Dan komt de biofiltering: de afbraak van opgeloste stoffen door micro-organismen. Indien nodig kunnen we dan nog chemisch filteren, waarbij ongewenste en schadelijke stoffen vastgehouden worden door stoffen als actieve kool, zeoliet, ionenuitwisselende harsen, enz.

Verschillende belangrijke elementen volgen in de natuur een cyclus: koolstof, zuurstof, fosfor,..  Maar in het aquarium is het vooral de stikstofcyclus die ons problemen kan stellen. Vissen moeten eten, het voedsel bevat stikstofhoudende eiwitten. Resten van voedsel en uitwerpselen worden door bacteriën afgebroken tot onder meer ammoniak. In het metabolisme van de vis wordt ammoniak als restproduct van de desaminering uitgeademd via de kieuwen. In het water is deze ammoniak toxisch voor de vissen (<0.01mg/l). De ammoniak staat in evenwicht met ammonium-ion, wat (iets) minder giftig is, maar dat zich bij stijging van de pH of temperatuur opnieuw vrijmaakt als de giftige ammoniak.

Hoe kunnen we de stijging van het ammoniakgehalte in het water vermijden?

De eerste mogelijkheid is eerder theoretisch: een continue waterverversing. Dit is nochtans een methode die bij kleinere kweekbakken gebruikelijk is omdat ook andere groeiremmende stoffen verwijderd worden. Voor grotere aquaria is deze methode om economische redenen niet bruikbaar.
De tweede mogelijkheid zit in het verbruik van stikstof door de planten. Bij experimenten blijkt dat de meeste planten als eerste keuze ammonium opnemen en pas als dit vermindert nitraat gebruiken als stikstofbron. Voorwaarden zijn echter een zeer uitbundige plantengroei (dus toevoeging van koolzuur, voedingsstoffen en spoorelementen) en een lage visbezetting. In de meeste van onze aquaria zal de plantengroei slechts een beperkt deel van de ammoniak kunnen onschadelijk maken.
De derde mogelijkheid voor het verwijderen is de biologische denitrificatie. Onder invloed van de ammoniumoxiderende bacteriën wordt nitriet gevormd, wat minder giftig is dan ammoniak, maar door planten niet gebruikt kan worden. Op hun beurt zullen de nitrietoxiderende bacteriën dit omzetten tot het relatief onschuldige nitraat. Zoals de onderstaande omzettingsformules laten zien wordt in beide reacties zuurstof verbruikt.

NH₃ + 1.5 O₂ -> NO^_2- +H^₊ + H₂O onder invloed van AOB (Ammonium Oxiderende Bacteriën)

NO^2- + 0.5 O₂ -> NO_^3- onder invloed van NOB (Nitriet Oxiderende Bacteriën)

Wat gebeurt er in de praktijk?

In potfilter, druppelfilter, wervelbedfilter of bead filter(aquacultuur) wordt aan de bacteriën een oppervlak geboden dat zij kunnen begroeien. Daarbij zijn volgende criteria in het oog te houden: voldoende aanvoer van ammonium en micronutriënten, voldoende zuurstoftoevoer (beide door voldoende doorstroming) en afscherming van licht.
De pH dient ideaal op 7.8 te staan, pH waarden <6.5 of >8.5 zorgen ervoor dat de nitrificatie veel trager gebeurt. Als je een aquarium met extreme pH waarde wil inrichten, vooral bij zure pH, moet je dus een voldoende groot filter voorzien, en het is best de filter eerst te laten rijpen bij meer neutrale pH, vooraleer geleidelijk de zuurtegraad aan te passen. Een korte bespreking van de systemen:

• De potfilter is een eenvoudig en betaalbaar systeem, met als nadeel de beperkte grootte en daardoor een aanzienlijk risico op verstopping, dichtslibben en zuurstoftekort. Remedie hiervoor zijn een eenvoudig te reinigen voorfilter en een tijdig reinigen van de filter. (Dit is niet alles vervangen! Dat zou een nieuwe opstart zijn! Eenvoudig uitspoelen van het substraat volstaat.)
• De druppelfilter is een systeem dat efficiënt en stabiel is, met gegarandeerde zuurstofvoorziening, ook als de filter een tijdje stilstaat. Nadeel is het volume en soms de moeilijke installatie. Ook hier blijft een mechanisch voorfilter noodzakelijk.
• De wervelbedfilter (en beadfilter d.i. een verbeterde versie met een poreus dragermateriaal) zijn zeer efficiënt door een groot, volledig bruikbaar oppervlak van het materiaal, nadelen zijn de delicate instelling van de doorstroming, de prijs van de systemen en bovendien lijkt de aquariaan het systeem nog niet te vertrouwen, in tegenstelling tot de professionelen in de aquacultuur, die reeds lang met goed gevolg deze systemen gebruiken.

De biofiltering geeft ons tal van problemen.
Probleem één is de trage opstart. In vergelijking met de heterotrofe bacteriën groeien de nitrificerende bacteriën belachelijk traag. Afhankelijk van de omstandigheden tien tot honderdmaal trager! Dat wil dan ook zeggen dat de opstart van een nieuwe filter minimaal 1 maand duurt. Het "New Tank Syndrome" waarbij vissen bloederige vlekken op lichaam en kieuwen ontwikkelen en gedesoriënteerd sterven is niet minder dan een vergiftiging door ammoniak en nitriet in de eerste maand van de opstart.
De evidente oplossing voor dit probleem is het inbrengen van voldoende levende en actieve nitrificerende bacteriën, die bovendien kunnen aanpassen en overleven in onze aquaria. De huidige commerciële producten blijken te weinig activiteit te vertonen: Van een groep van vijf onderzochte producten bleek slechts één AOB activiteit te tonen, geen van hen vertoonde enige NOB activiteit. Meer archaïsche methoden zoals het filterslib uit een goeddraaiend filter (van een aquarium vrij van ziekte) en grondextractie (uit niet-bemeste grond) bleken wel goed resultaat te boeken.

Nog even de aandacht op het feit dat de opstart begint bij het inzetten van de vissen, de vissen een maand na installatie van het aquarium inzetten lost dus niets op.

Een ander probleem zijn de nitrietpieken in een systeem met mature biofilter. De oorzaak van dit verschijnsel kan liggen in het dichtslibben van de filter, waarbij heterotrofe bacteriën een sliblaag gaan overgroeien en zo zuurstofgebrek doen ontstaan. Dit kan voorkomen worden door een voorfilter, waarbij zeker niet mag worden nagelaten om deze voorfilter regelmatig te spoelen. Ook na langere stilstand van de pomp (>30 minuten) kunnen problemen ontstaan in gesloten systemen. Naast zuurstofgebrek is het toedienen van antibiotica, ontsmettingsmiddelen, kleurstoffen(bestrijding van parasieten), koper (bestrijding van algen, parasieten) de hoofdoorzaak van het ineenstorten van de filterpopulatie. Vermijd de toediening van deze stoffen in een aquarium. Behandeling van zieke vissen hoort in het quarantaineaquarium. Als er toch problemen opduiken na gebruik in het aquarium sta je terug bij de eerste dag van de opstart, met alle gevolgen van dien. Dus bezint voor ge begint. (...met uw filter om zeep te helpen)

Waar zijn de bio-ingenieurs tegenwoordig mee bezig wat ons aquarianen aangaat?

Nieuwe technieken duiken op in de studie van de microbiële gemeenschappen in de filters. Aan de hand van DNA probes kunnen de verhoudingen tussen de verschillende soorten bacteriën gevolgd worden in de periode dat een filter rijpt of overschakelt.

Uit de onderzoeken blijkt nu reeds dat een grotere diversiteit aan ammoniumoxiderende bacteriën actief is, dat zowat 70% van deze soorten zowel in zoet als in zeewater aanwezig zijn. Een ander veelbelovend onderzoeksveld is de studie van de biofilm, dit is de laag waarin conglomeraten van bacteriën en andere micro-organismen een microbiële gemeenschap vormen, waarbij zij elkander aanvullen, en waarbij zij beter bestand zijn tegen belasting van buitenaf.

Een welbekende vorm van biofilm is de tandplaque op ons gebit. De biofilm van waterzuiveringsinstallaties wordt zo onderzocht met immunofluorescentiemicroscopie om de aanwezigheid van bepaald bacteriën aan te tonen. Bij immunofluorescentie worden kleurstoffen vastgemaakt aan een antistof die zich aan een specifieke soort bacterie bindt. De gezochte bacterie gaat onder UV bestraling dan oplichten en is gemakkelijk op te sporen. Door gebruik van verschillende kleuren kan zo het samen voorkomen van bepaalde soorten bacteriën gecontroleerd worden.

Wat betreft de commerciële producten is er ook beterschap op komst. ABIL of Ammonium Binding Inoculum Liquid is een opstartcultuur ontwikkeld aan het LabMET, Gent, waarmee op vier dagen omzetting tot nitraat zou mogelijk zijn zonder voorafgaande nitrietpiek. De stabiliteitsstudies zijn ook veelbelovend: na één jaar bewaring bij 4°C blijft er voldoende activiteit om deze klus na twaalf dagen te klaren. En er wordt verder gewerkt.

Alleszins dank ik Roeland Grommen hartelijk voor de voordracht en alle doorgemailde informatie, en hoop ik de leden van dienst geweest te zijn met dit verslag.

Ortwin Ledegen

Vorig Artikel   Volgend Artikel

Terug naar overzicht