czwartek, wrzesień 21, 2017
Witamy w pawiookie.pl!

Tajemnice i zagadki filtracji biologicznej

Artykuł umieszczony na pawiookie.pl za zgodą autora (Łukasz Kaczmarek)
Powstał na podstawie prelekcji wygłoszonej podczas III Forum Klubu Malawi

Filtracja biologiczna to jedno z częściej używanych pojęć związanych z akwarystyką. Właściwie każdy akwarysta wie, że sprawnie działająca to podstawa funkcjonowania zbiornika. Wydaje mi się jednak, że wiele osób fałszywie utożsamia to pojęcie z tzw. cyklem azotowym, czyli biochemicznymi przemianami związków azotu w akwarium (nitryfikacja i denitryfikacja). Tym czasem jest to ogromne uproszczenie i zafałszowanie. Nitryfikacja i ewentualnie denitryfikacja to ledwie jeden z etapów (procesów) składających się na filtrację biologiczną. I to wcale nie etap najważniejszy. Czym zatem jest rzeczywiście filtracja biologiczna?
Dlaczego woda w akwarium przestaje być czysta?

Zacznijmy może jednak od początku, czyli najpierw zastanówmy się co powoduje, że woda wymaga filtracji. W naturze do wody trafiają martwe rośliny i inny gruby detrytus a także rozpuszczalna materia organiczna. Część z tych substancji pochodzi z samego cieku czy zbiornika wodnego (np. obumierające rośliny wodne czy zwierzęta, ich produkty przemiany materii oraz wydzielane pozakomórkowo substancje chemiczne – np. produkowane przez rośliny czy bakterie). Część jest „importowana” z zewnątrz. Dobrym przykładem są opadające jesienią liście, które wpadają do wody. Inne tego typu źródła to choćby cząstki gleby czy związki rozpuszczone zawarte w wodzie gruntowej. Materia organiczna pochodząca z ich rozkładu często stanowi okresowo (jesienią) główne „obciążenie” dla systemu samooczyszczania się naturalnego zbiornika. W akwarium oczywiście nie wszystkie te źródła zanieczyszczeń wystąpią. Na pewno mamy do czynienia z rozkładającymi się martwymi roślinami i zwierzętami, produktami przemiany materii oraz substancjami wydzielanymi przez żywe organizmy. Nie ma natomiast wpadających jesienią liści ale pojawią się źródła specyficzne jak np. niezjedzone resztki pokarmu, preparaty chemiczne czy inne najdziwniejsze przypadkowe źródła materii (np. kotlet schabowy, którym 2 letnia córka mojego kolegi akwarysty nakarmiła „rybki” – na prawdę :-) )

Pewna część zanieczyszczeń wody ma więc od razu charakter związków rozpuszczonych. Większość jednak początkowo występuje w postaci stałych fragmentów materii. Dopiero w wyniku dalszych procesów i przemian następuje „właściwe” zanieczyszczenie wody, czyli pojawienie się substancji rozpuszczonych. I to jest właśnie moment, w którym sensowne jest zastosowanie tzw. filtracji mechanicznej. W wyniku mechanicznego cedzenia wody z zawiesiną możliwe staje się usunięcie potencjalnego źródła rozpuszczonych substancji organicznych. Oczywiście pod warunkiem, że wkład filtra jest odpowiednio często czyszczony lub, jeszcze lepiej, wymieniany. W przeciwnym wypadku wprawdzie następuje wychwycenie drobinek, ale i ich rozkład. Tyle, że nie w całej objętości akwarium a w wypełnieniu filtra. Efekt w postaci pojawienia się rozpuszczonej materii organicznej jest jednak identyczny (lub bardzo podobny). Zatem filtracja mechaniczna będzie skuteczna, jeśli nie dopuścimy do zalegania wychwyconych zanieczyszczeń. W przeciwnym wypadku można mówić jedynie o efektach estetycznych (poprawa klarowności wody) – co oczywiście również jest ważne. Nie o filtracji mechanicznej miało jednak być…

Pierwszym etapem rozkładu materii jest wypłukanie rozpuszczalnych związków organicznych. Dla przykładu liście w ciągu pierwszych 24 godzin rozkładu tracą do 25% masy właśnie w skutek tego procesu, który może trwać do kilku dni. Drugim etapem jest szybka kolonizacja przez mikroorganizmy (głównie bakterie i grzyby). Zachodzą intensywne przemiany biochemiczne. Trzecim etapem jest fragmentacja. Rozkładana stała materia rozpada się na drobne fragmenty w wyniku działalności mikroorganizmów i bezkręgowców w poprzednim etapie. Duży fragment materii organicznej przestaje istnieć jako taki: został częściowo rozpuszczony w wodzie, częściowo wykorzystany przez inne żywe organizmy do produkcji własnych ciał oraz pozyskania energii do procesów życiowych a częściowo rozdrobniony na mniejsze kawałeczki, które utworzą w wodzie zawiesinę oraz detrytus na powierzchni dna. I tu zaczyna się filtracja biologiczna. Teraz trzeba jakoś „posprzątać” ten bałagan…

Posprzątać bałagan

W wodach słodkich to sprzątanie opiera się właściwie wyłącznie na niesamowitych zdolnościach mikroorganizmów do wykorzystywania najrozmaitszych substancji chemicznych ze swojego otoczenia dla własnych potrzeb. Innymi słowy potrafią one zjeść prawie każde zanieczyszczenie organiczne (choć istnieje również spora grupa związków organicznych, często stworzonych sztucznie przez człowieka, które są odporne na rozkład biologiczny) po to aby uzyskać niezbędny do wzrostu i rozmnażania materiał budulcowy oraz niezbędną do życia energię. W przypadku środowisk słonowodnych oprócz procesów biologicznych istotne znaczenie mają także zjawiska fizyczne takie jak wytrącanie i flotacja (przyklejanie się cząsteczek do powierzchni pęcherzyków powietrza – zjawisko powszechnie wykorzystywane przez akwarystów morskich w odpieniaczach). W sztucznych warunkach akwarium można jeszcze wykorzystywać inne metody pozbywania się rozpuszczonej organiki z wody (np. fizyczna i chemiczna sorpcja na węglach aktywnych). No ale znowu zbaczam z tematu - nie o tym miało być…

Główne procesy biologiczne związane z przekształcaniem rozpuszczonej w wodzie materii organicznej to wychwytywanie i asymilacja przez mikroorganizmy (przede wszystkim bakterie) a następnie jej konsumpcja i ewentualne utlenienie do prostych składników mineralnych (CO2 i H2O) w procesie oddychania. I to jest chyba najważniejsze zadanie dla filtracji biologicznej. Unieszkodliwienie i rozkład na proste mineralne elementy zanieczyszczających związków organicznych. Wcale nie przemiany azotu. Azotu w formie amonowej (amoniaku i jonów amonowych), o którym to tak dużo się mówi przy okazji cyklu azotowego i nitryfikacji nawet jeszcze nie ma w wodzie. Na razie azot występuje w formie związanej z związkami organicznymi: mocznik, kwas moczowy czy aminokwasy budujące białka.

Pierwsze znane zastosowania biologicznych metod do oczyszczania wody pitnej ze studni pochodzą już nawet nie sprzed setek a tysięcy lat z Chin. W Polsce pierwsze przemysłowe zastosowanie filtracji biologicznej miało miejsce w Warszawie na przełomie wieków XIX i XX (stacja uzdatniania wody wiślanej „Filtry” zresztą zdaje się, że eksploatowana do dnia dzisiejszego). Wtedy pojęcia takie jak nitryfikacja czy denitryfikacja nie były jeszcze w ogóle znane. Biologiczne przemiany azotu to technologiczne osiągnięcie ostatnich kilkudziesięciu lat i jest to tylko, wprawdzie ważne, ale tylko rozwinięcie i kontynuacja znanego od dawna procesu biologicznego usuwania związków węgla.

Biofilm

Właściwie bakterie zdolne zrealizować te zadania występują w całej toni wodnej. Okazuje się jednak, że oczyszczanie w objętości wodzie jest stosunkowo mało ważne. Najintensywniej zachodzi ono na powierzchni dna i innych stałych elementów zanurzonych. Panowie Lock i Hynes[1] w 1976 roku przeprowadzili doświadczenie z wodą rzeczną polegające na dodaniu modelowej substancji wypłukanej z liści klonu i badaniu szybkości jej zanikania. Okazało się, że po 4 dniach ubytek był mniejszy niż 25%. Po dodaniu do analogicznej próbki osadów z dna rzeki po 9 godzinach pozostało ledwie 15% początkowo dodanej substancji. Zatem oczyszczanie zachodzi nie w samej wodzie ale przede wszystkim w i na dnie zbiornika. I tu dochodzimy do pojęcia biofilmu lub inaczej błony biologicznej.

Mikroorganizmy na powierzchni kamieni, roślin, butwiejącego drewna, liści i innych ciał stałych zanurzonych w wodzie tworzą cienką warstwę tzw. błony biologicznej. Oprócz bakterii żyją w niej także grzyby i glony. Są one połączone wydzielaną prawdopodobnie głównie przez glony polisacharydową, galaretowatą masą. To bardzo ważne. Dzięki temu spoiwu w biofilmie oprócz samych żywych mikroorganizmów znajdują się także w większym niż normalnie stężeniu różne inne substancje wydzielane przez nie - np. enzymy. Większa jest również koncentracja tzw. pierwiastków biogennych i samych cząsteczek organicznych będących pokarmem. Co więcej: szybko pojawiają się również „mikrodrapiezniki” – np. pierwotniaki takie jak orzęski i wiciowce. Te z kolei zjadane są przez inne, kolejne w łańcuchu pokarmowym zwierzęta (np. nicienie, widłonogi, pierścienice, wrotki oraz larwy owadów). Wytwarza się łańcuch zależności pokarmowych powodujący odmładzanie i regulację liczebności populacji a także transport materii i energii w górę łańcucha. Wszystko to powoduje, że mikroorganizmy żyjące w błonach biologicznych działają sprawniej i skuteczniej niż te swobodnie unoszące się w toni wodnej.

Filtr biologiczny

Skoro tak cenne są właśnie te osiadłe mikroorganizmy to znaczy, że powinno zależeć nam na tym aby było ich jak najwięcej w akwarium. Po pierwsze trzeba zapewnić im jak najlepsze warunki a po drugie dostarczyć jak najwięcej powierzchni, na której mógłby się wytworzyć biofilm. I to jest zadanie dla filtrów tzw. biologicznych. Z technologicznego punktu widzenia ważne są właściwie dwie cechy tego urządzenia: odpowiedni przepływ wody zapewniający stały dopływ substancji pokarmowych i tlenu oraz odpowiednie, „przyjazne”, wypełnienie nie hamujące rozwoju mikroorganizmów i o możliwe najbardziej rozwiniętej powierzchni, którą można by skolonizować. Reszta to właściwie już tylko techniczne różnice wynikające ze sposobu realizacji powyższych wymagań oraz ułatwienia związane z eksploatacją filtra.

Najpowszechniejsze rozwiązania polegające na zastosowaniu zatopionego całkowicie złoża z materiału o silnie rozwiniętej powierzchni właściwie chyba nie wymagają dokładniejszych wyjaśnień. Obecnie bardzo popularne są silnie porowate materiały ceramiczne pozwalające na uzyskanie rozwinięcia powierzchni rzędu kilkuset metrów kwadratowych na litr objętości złoża. Oczywiście istnieje możliwość użycia całej gamy innych materiałów jak choćby najprzeróżniejszych kształtek z tworzyw sztucznych. Ceramika jednak wydaje się w tej chwili rozwiązaniem optymalnym ze względu na stosunkowo duże rozwinięcie powierzchni i niewielką cenę.

Warto natomiast wiedzieć, że, z co najmniej kilku przyczyn, znakomitym podłożem jest także węgiel aktywny. W przemysłowej technologii wody występuje nawet pojęcie tzw. węgli biologicznie aktywnych. Po pierwsze niewiele jest materiałów o rozwinięciu powierzchni dochodzącym do 2000 m2/g – a takie właśnie zapewnia węgiel aktywny. Oczywiście nie w całości jest ona dostępna dla mikroorganizmów. Część przypada na zbyt drobne mikropory aby mogły być skolonizowane. Mimo wszystko węgiel jest materiałem chyba bezkonkurencyjnym pod tym względem. Po drugie sam materiał ma charakter bardzo „przyjazny” dla bakterii. W razie potrzeby podłoże jest źródłem węgla. Po trzecie bakterie mają pokarm „podany na tacy” w postaci zasorbowanych na powierzchni węgla substancji organicznych. Nie muszą jedynie wychwytywać pokarmu z otaczającego roztworu. Robi to za nie sam węgiel aktywny. Zresztą bakterie zjadając te przytwierdzone cząstki przedłużają żywotność węgla ponieważ w ich miejsce może ponownie zostać wychwycona drobina z oczyszczanej wody. Jest to zjawisko znane i wykorzystywane w technologii wody. Węgiel aktywny jest jednym z najszybciej kolonizowanych materiałów – złoże filtracyjne dojrzewa bardzo szybko.

Rozwiązaniem rozpowszechnionym w akwarystyce morskiej, a chyba mniej znanym wśród akwarystów słodkowodnych, są tzw. filtry zraszane. Zraszana – czyli nie zatopione. Oznacza to, że złoże filtracyjne nie jest stale zanurzone w wodzie ale jest ona nad nim tylko „rozdeszczona” tak aby spływała po jego powierzchni. Stosuje się tu nieco inne rodzaje wypełnień. Najczęściej są to specjalnie uformowane kształtki z tworzyw sztucznych (przykład na zdjęciu). Kształt jest tak pomyślany, aby powierzchnia właściwa była jak największa. Nie dorównuje ona oczywiście porowatym materiałom takim jak choćby wspomniana ceramika czy tym bardziej węgiel aktywny. Złoże zraszane ma jednak inną bardzo ważną zaletę: swobodny dostęp tlenu atmosferycznego. Skoro złoże nie jest zatopione a woda po nim jedynie spływa to znaczy, że oprócz wody do wytworzonego biofilmu dociera także duża ilość tlenu atmosferycznego. A to oznacza, że bakterie tlenowe mogą działać bardzo sprawnie.

A co z azotem?

Głównym mechanizmem filtracji biologicznej polega zatem na rozkładzie zanieczyszczeń organicznych. Gdzie więc miejsce na ową słynną nitryfikację i cykl azotowy? Związki organiczne to olbrzymia grupa, w skład której wchodzą często bardzo duże i skomplikowane cząsteczki chemiczne. Składają się przede wszystkim z węgla, tlenu i wodoru. Nie tylko jednak. Białka składają się z aminokwasów. Aminokwasy to grupa związków, w których zawsze dodatkowo występuje atom azotu (w postaci tzw. grupy aminowej). Pierwiastek ten zawierają również substancje takie jak mocznik i kwas moczowy, które nierozerwalnie wiążą się z obecnością żywych organizmów w akwarium. Azot związany w formie związków organicznych bywa określany jako azot organiczny. Skoro również ulegają one rozkładowi biochemicznemu to znaczy, że coś musi się stać z zawartym w nich azotem. Zostaje on uwolniony w postaci nieorganicznej (mineralnej) – jonu amonowego (NH4+) lub amoniaku (NH3). Proces ten bywa określany jako amonifikacja. Oczywiście bakterie jak wyższe w łańcuchach pokarmowych organizmy również potrzebują aminokwasów i azotu. Nie cały więc azot w rozkładanych związkach organicznych zostaje uwolniony – część zostaje wbudowana w biomasę (ciała) mikroorganizmów i innych. Niemniej większość poddawana jest amonifikacji i ostatecznie kończy w postaci rozpuszczonego w wodzie azotu amonowego. Cząsteczka amoniaku, choć bardzo prosta chemicznie, jest niestety toksyczna. I tu mamy miejsce dla nitryfikacji.

Nitryfikacja

Nitryfikacja to proces realizowany przez bakterie tlenowe. Przebiega dwuetapowo. Pierwszy etap realizują bakterie Nitrosomonas zaś drugi Nitrobacter. Są to organizmy tzw. autotroficzne. To znaczy, że podobnie jak rośliny potrafią budować materię organiczną, a więc i własne ciała z prostych „cegiełek” nieorganicznych takich jak dwutlenek węgla (CO2), woda (H2O) i… no właśnie: jonów amonowych NH4+. W pierwszym etapie bakterie Nitrosomonas utleniają amoniak do azotynów NO2- pozyskując przy tym energię oraz budując biomasę:

15 CO2 + 13 NH4+ -> 10 NO2- + 3 C5H7O2N + 23 H+ + 4 H2O + 270 kJ/mol

W drugim bakterie Nitrobacter wykorzystują powstałe azotyny i dalej utleniają je do azotanów:

5 CO2 + NH4+ + 10 NO2- + 2 H2O -> 10 NO3- + C5H7O2N + 80 kJ/mol

W powyższych wzorach C5H7O2N oznacza „modelową” biomasę – uśredniony skład atomowy materii budującej żywe organizmy.

Jak w praktyce wygląda realizacja nitryfikacji? Właściwie jeśli w akwarium prawidłowo zachodzą już poprzednie etapy filtracji biologicznej, a więc rozkład organiki z amonifikacją, i jeśli w wodzie rozpuszczona jest odpowiednia ilość tlenu (technolodzy uważają, że optymalne dla nitryfikacji stężenie rozpuszczonego O2 to około 2 mg/dm3) to właściwie odpowiednie kolonie bakterii same się wytworzą. Oznacza to, że nitryfikacja będzie zachodzić samoistnie jeśli nie będziemy jej jakość wybitnie przeszkadzać (np. dusić przez niedostateczne napowietrzanie lub truć bakterii przy pomocy np. środków dezynfekcyjnych zawartych w wodzie wodociągowej). Warto może zwrócić dokładniej uwagę na fakt, że w przypadku nitryfikacji obecność tlenu jest chyba jeszcze ważniejsza niż dla rozkładu organiki. I tym razem warto się więc zastanowić czy filtry ze złożem zraszanym, mimo mniejszej powierzchni właściwej dostępnej dla bakterii nie działają skuteczniej ze względu na nieograniczoną dostępność tlenu?

Azotany też szkodzą

Rozkład organiki, amonifikacja i nitryfikacja to oczywiście nie koniec możliwości bakterii. Wszak azot, choć w formie przekształconej do stosunkowo mało toksycznych azotanów nadal pozostaje w wodzie. I jeśli nie będzie w jakiś sposób usuwany z wody to jego stężenie będzie stale rosło (przecież nowa porcja stale trafia do akwarium choćby z pokarmem). W końcu więc osiągnie stężenie toksyczne (bo przecież wszystko jest i nie jest trucizną – to tylko kwestia dawki. Łyżka soli kuchennej stanowi zagrożenie dla życia małego dziecka. No ale to znów nie na temat ;-) ). Do sytuacji osiągnięcia toksycznego stężenia azotanów w akwarium wcale jednak nie tak łatwo doprowadzić. Choć oczywiście można. Znacznie częściej spotkamy się z sytuacją wręcz odwrotną. Azot, będąc zaliczanym do podstawowych składników nawozowych, może spowodować wręcz eksplozję życia. A konkretniej roślinnego – glonów. A to jak wiadomo może stać się przyczyną kłopotów z czupryną akwarysty na skutek autowyrwania owłosienia. Zatem znacznie lepiej jeśli stężenie azotanów utrzymuje się na niezbyt wysokim poziomie.

Problem można oczywiście rozwiązać stosując regularne podmiany wody w odpowiedniej ilości (zakładając oczywiście, że dolewana woda nie zawiera istotnych stężeń azotanów, co wcale nie jest takie oczywiste). Można jednak i tym razem zaprzęgnąć do pracy organizmy żywe.

Pierwsza metoda to wykorzystanie faktu, że azotany są potrzebne roślinom. Im więcej zatem roślin i im lepsze warunki mają do wzrostu (oświetlenie, dostępność CO2 i innych składników nawozowych) tym większa konsumpcja NO3-. Metoda taka ma sens pod jednym warunkiem: trzeba stale usuwać z akwarium nadmiar przyrastającej biomasy roślinnej. Jeśli dopuścimy do rozkładu martwych liści w akwarium to trafimy na początek opisywanych tu procesów. Uwolniony w wyniku amonifikacji azot trafi do wody. Kółko się zamyka. Do zadania można jednak podejść także „mikrobiologicznie”. Bakterie wszak posiadają najdziwniejsze umiejętności…

Denitryfikacja heterotroficzna

Była już sytuacja, w której mieliśmy dużo tlenu i pokarmu organicznego, było też dużo tlenu i mało pokarmu organicznego. Teraz wyobraźmy sobie, że pokarm jest (i to wysokiej jakości, czyli tzw. łatwoprzyswajalny), brakuje natomiast tlenu, który można by wykorzystać do oddychania. A ściślej mówiąc tlen jest, ale nie w postaci rozpuszczonych cząsteczek tlenu atomowego O2, jakim i my zwykliśmy oddychać, ale jest on związany chemicznie i rozpuszczony w postaci np. azotanów. Wszak zawierają one atomy tlenu – i to więcej niż azotu. Bakterie (typowe w tym wypadku są np. Pseudomonas denitrificans) potrafią i taki użyć do swoich celów. Zużywając go powodują przekształcenie jonów azotanowych w czysty azot cząsteczkowy N2. A ten jak wiadomo jest gazem i głównym składnikiem atmosfery Ziemi. Ulatując jako taki z wody przestaje być szkodliwy w akwarium a dla nas interesujący…

Przykład denitryfikacji, kiedy pokarmem jest metanol:

NO3- + 1,08CH3OH + H+ -> 0,065C5H7O2N + 2,44H2O + 0,467N2 + 0,76CO2

Przykład denitryfikacji kiedy pokarmem jest kwas octowy:

NO3- + 0,85 CH3COOH + H+ -> 0,10 C5H7O2N + 2,1 H2O + 0,45 N2 + 1,2 CO2

Niestety praktyka prowadzenia denitryfikacji, bo tak nazywa się ten proces, jest bardziej skomplikowana niż w poprzednich przypadkach. Wszak w wodzie nie może być rozpuszczonego tlenu, którego potrzebują wszyscy inni mieszkańcy zbiornika z rybami na czele! Denitryfikacja nie będzie więc zachodziła po prostu w całym akwarium czy zwykłym filtrze jak to miało miejsce w poprzednich etapach filtracji biologicznej. Potrzebujemy specjalnego urządzenia, zwanego denitryfikatorem, w wnętrzu którego wytworzą się warunki beztlenowe, a ściślej niedotlenione – bo tak określamy sytuację, w której brak rozpuszczonego tlenu cząsteczkowego ale występuje w formie związanej chemicznie. Zadanie realizuje się najczęściej przez taką konstrukcję filtra, która zapewnia odpowiednio długie przetrzymanie wody w zamkniętej objętości tak, aby zużyty został rozpuszczony tlen. Następnie denitryfikacja może już zachodzić bez przeszkód. No – może nie do końca…

Bakterie denitryfikacyjne to smakosze. Byle czego nie jadają… Potrzebują pokarmu o charakterze łatwo przyswajalnych związków organicznych. Czyli powinien być taki, aby za dużo się nie namęczyć przy jedzeniu. W przemysłowej praktyce stosuje się dokarmianie bioreaktorów najczęściej tzw. lotnymi kwasami tłuszczowymi (LKT). Bakterie denitryfikacyjne gustują jednak także w takich substancjach jak cukry czy alkohole (metanol i etanol) oraz wielu innych. Skoro w przemysłowych bioreaktorach dokarmia się je żeby lepiej działały to może w akwarium też można? Tylko czym? Wódką. To wcale nie żart. Dolewanie niewielkich ilości alkoholu jest metodą, o której coraz częściej można usłyszeć czy przeczytać. Nawet w przypadku tak wrażliwych zbiorników jak akwaria rafowe. Dokarmianie bakterii podnosi sprawność filtracji biologicznej a jednocześnie stosowane dawki są na tyle małe, że nie zauważono negatywnych skutków metody.

Czy jednak na pewno denitryfikacja może zachodzić tylko w specjalnych filtrach? Okazuje się, że nie. Może również w samym akwarium. Zjawisko nazywa się denitryfikacją symultaniczną. Polega ona w skrócie na tym, że żyjące na powierzchni błony biologicznej mikroorganizmy zużywają tlen zawarty w wodzie docierającej do niej tak, że do wnętrza błony dociera już znacznie obniżone stężenie gazu. Natomiast pojawiają się produkty np. nitryfikacji – czyli azotany. A to oznacza, że ta samo złoże biologiczne (np. podłoże akwarium) może jednocześnie realizować procesy tlenowe i denitryfikację! Świadome uzyskanie takiego efektu w akwarium byłoby niezwykle trudne. Wiązałoby się przede wszystkim z koniecznością stałego monitorowania stężenia tlenu w różnych partiach złoża filtracyjnego oraz precyzyjnego sterowania napowietrzaniem. Niemniej może zdarzyć się, że do takiej sytuacji dojdzie w zbiorniku samoistnie.

Autotroficzna denitryfikacja siarkowa

Od pewnego czasu można kupić przeznaczone przede wszystkim dla akwarystyki morskiej denitryfikatory siarkowe. Nie widzę jednak przeszkód, dla których nie miałyby być one stosowane także w zbiornikach słodkowodnych. Bakterie Thiobacillus denitrificans są podobnie jak bakterie nitryfikacyjne organizmami autotroficznymi. Energię niezbędną do życia uzyskują utleniając siarkę azotanami, które w wyniku takiej reakcji są przekształcane również w azot gazowy.

55S+50NO3-+38H2O+20CO2+4NH4+ -> 4C5H7O2N+25N2+55SO42-+ 64H+

W przemysłowych instalacjach do przeprowadzenia tego rodzaju denitryfikacji stosuje się złoża wypełnione mieszaniną siarki i wapieni (optymalny stosunek 1:2). Rola siarki jest oczywista. Wapienie są źródłem węgla nieorganicznego (CO2).

Warto zauważyć, że ubocznym efektem tego procesu jest wzrost stężenia siarczanów. Jeżeli złoże denitryfikacjne nie zawiera wapienia to zużyta zostaje zasadowość wody w akwarium (kH) a w jej miejsce pojawiają się siarczany. Możemy więc mówić, że następuje zamiana twardości węglanowej na niewęglanową.

To jeszcze nie koniec możliwości mikrobów

Bakterie potrafią znacznie więcej. Ich zdolność do wykorzystywania różnych substancji chemicznych dla swoich celów jest wręcz zadziwiająca. Istnieją na przykład jeszcze inne niż opisane odmiany denitryfikacji – choćby denitryfikacja wodorowa, do przeprowadzenia której bakterie potrzebują czystego wodoru. Ponieważ ten, jak wiadomo, jest gazem zdecydowanie wybuchowym to nie będę polecał procesu do zastosowań akwarystycznych J. Znane są również takie procesy jak ANNAMOX, w którym bakterie utleniają amoniak bezpośrednio azotanami w wyniku czego obie formy występowania azotu przechodzą w gazowy azot cząsteczkowy. Ten proces wymaga jednak nieco wyższej niż stosowane w akwarystyce temperatury. Znane są także biologiczne metody usuwania fosforanów. Za pewne jeszcze wiele z możliwości bakterii nie zostało odkrytych. Właściwie każdy ze składników żywej materii, który trafia do wody w wyniku jej rozkładu i w ten sposób staje się zanieczyszczeniem jest potrzebny do życia innym organizmom. A to znaczy, że te wykorzystując go do własnych potrzeb oczyszczają z niego wodę. Zatem możliwości biologicznych metod oczyszczania wody wydają się spore i na pewno jeszcze nie do końca poznane. Ogromnie ciekawi mnie jak za kilkanaście lat będą wyglądały filtry akwarystyczne…

Autor: Łukasz Kaczmarek

Bibliografia
1] J. David Allan, Ekologia wód płynących, PWN, Warszawa 1998.

{visualrecommend}

{mos_fb_discuss:13}

Ważne
  • Osoby, którym padła dorosła pawiooka o w miarę proporcjonalnej budowie,  proszone są o zrobienie jej zdjęcia i umieszczenie zapakowanej w torebkę ryby (koniecznie w pozycji wyprostowanej!) w zamrażalniku. Następnie proszę o skontaktowanie się z administratorem.
  • Portal pawiookie.pl poszukuje osób biegle posługujących się jednym z języków: angielskim, niemieckim lub też rosyjskim, w celu przetłumaczenia treści artykułów. Osoby chętne do pomocy proszone są o skontaktowanie się z administratorem.