Węgiel w filtrze

Jednym z najważniejszych warunków posiadania zdrowego, stabilnego i czystego akwarium jest stworzenie odpowiednich warunków do rozwoju naturalnej społeczności mikroorganizmów.

Kiedy akwaryści mówią o „bakteriach w akwarium”, najczęściej mają na myśli mikroorganizmy uczestniczące w przemianach związków azotu, czyli przede wszystkim w procesach nitryfikacji:

1. NH₃/NH₄⁺ → NO₂⁻,
2. NO₂⁻ → NO₃⁻.

W rzeczywistości prawidłowo funkcjonujące akwarium jest znacznie bardziej złożonym ekosystemem. W jego funkcjonowaniu uczestniczą setki różnych organizmów, w tym bakterie, archeony, grzyby i inne mikroorganizmy. Tworzą one złożone społeczności, w których zachodzą procesy rozkładu materii organicznej, przemiany związków azotu oraz wiele innych procesów mających wpływ na jakość wody i stabilność akwarium.

Można to w uproszczeniu przedstawić następująco:

odpowiednie warunki środowiskowe → rozwój stabilnego biofilmu i społeczności mikroorganizmów → sprawniejszy obieg materii i związków azotu → większa stabilność akwarium.

Nie oznacza to jednak, że obecność większej liczby mikroorganizmów automatycznie gwarantuje brak glonów. Rozwój glonów zależy od wielu czynników, m.in. dostępności światła i składników pokarmowych, stężenia związków azotu i fosforu, ilości materii organicznej, kondycji roślin oraz stabilności całego ekosystemu.

Start nowego akwarium

Kluczowym okresem jest początkowy etap funkcjonowania akwarium, kiedy społeczność mikroorganizmów dopiero zasiedla filtr, podłoże i pozostałe powierzchnie. Biofiltr działa jako swoisty biologiczny reaktor: mikroorganizmy tworzą na jego powierzchni biofilm, a przepływ natlenionej wody dostarcza mu tlen oraz związki potrzebne do wzrostu.

W nowym akwarium proces ten wymaga czasu. Zanim społeczność mikroorganizmów osiągnie odpowiednią liczebność i stabilność, akwarium jest bardziej podatne na wahania parametrów wody i kumulację produktów przemiany materii.

Jak ograniczyć problemy w tym okresie?

1. Ograniczenie niepotrzebnego dopływu materii organicznej

Akwarium powinno zostać uruchomione w taki sposób, aby w pierwszym okresie nie trafiała do wody niepotrzebna ilość łatwo rozkładalnej materii organicznej.

Źródłem takich zanieczyszczeń mogą być m.in. zabrudzone podłoże, obumarłe lub gnijące fragmenty roślin, źle przygotowane dekoracje czy nadmiar niezjedzonego pokarmu.

Nie oznacza to, że materia organiczna jest w akwarium czymś niepożądanym. Jest ona naturalnym elementem ekosystemu i stanowi źródło energii dla wielu mikroorganizmów heterotroficznych. Problemem jest przede wszystkim jej nadmiar w stosunku do możliwości rozwijającej się społeczności mikroorganizmów.

W razie pojawienia się nadmiernego zanieczyszczenia organicznego należy usunąć jego źródło. W zależności od sytuacji pomocne mogą być również podmiany wody oraz odpowiednio dobrane media filtracyjne.

2. Zaszczepienie akwarium mikroorganizmami

Jednym ze sposobów przyspieszenia rozwoju biologicznej filtracji jest wprowadzenie do nowego akwarium dojrzałego materiału filtracyjnego pochodzącego ze zdrowego, prawidłowo funkcjonującego akwarium.

Takie rozwiązanie może wprowadzić do nowego zbiornika już istniejącą społeczność mikroorganizmów zasiedlających biofilm.

Można również stosować preparaty mikrobiologiczne przeznaczone do akwariów. Ich skuteczność nie powinna być jednak oceniana wyłącznie na podstawie deklarowanej obecności „bakterii”. Znaczenie mają m.in. rodzaj zawartych mikroorganizmów, ich żywotność, sposób przechowywania oraz zdolność do rzeczywistego zasiedlenia biofiltra i prowadzenia pożądanych procesów.

Nie należy również przyjmować jako ogólnej zasady, że skuteczny preparat musi zawierać mikroorganizmy wyłącznie w „formie przetrwalnikowej”. Poszczególne mikroorganizmy mają różne strategie przetrwania i różną fizjologię, dlatego sposób ich przechowywania i dostarczania powinien być oceniany dla konkretnego preparatu.

3. Odpowiedni system filtracji

Rozwój biofilmu wymaga odpowiedniej powierzchni do kolonizacji oraz przepływu wody zapewniającego dostarczanie tlenu i substratów.

Dlatego istotne są:

• odpowiednia powierzchnia materiału filtracyjnego,
• odpowiednia objętość złoża,
• właściwy przepływ wody,
• dobre natlenienie,
• stabilne warunki chemiczne w filtrze.

W praktyce stosuje się wiele różnych materiałów filtracyjnych: gąbki, ceramikę, materiały mineralne i syntetyczne. Nie istnieje jeden materiał, który byłby uniwersalnie najlepszy dla każdego akwarium.

Kluczową rolę odgrywa nie tylko sama powierzchnia materiału, ale przede wszystkim możliwość rozwoju i utrzymania stabilnego biofilmu.

Rola węgla aktywnego

Węgiel aktywny ma bardzo rozwiniętą powierzchnię wewnętrzną i może zostać zasiedlony przez mikroorganizmy tworzące biofilm. Jest to jednak tylko jedna z jego właściwości i nie należy mylić jej z funkcją odżywczą.

Węgiel aktywny nie jest pokarmem dla bakterii nitryfikacyjnych.

Mikroorganizmy odpowiedzialne za nitryfikację pozyskują energię przede wszystkim z utleniania zredukowanych związków azotu. W przypadku różnych grup nitryfikatorów występują różnice w sposobie pozyskiwania węgla i prowadzenia metabolizmu, dlatego nie należy opisywać całej nitryfikacji jako procesu „żywienia się węglem”.

Węgiel aktywny może natomiast pełnić dwie istotne funkcje:

1. zapewniać powierzchnię, na której może rozwijać się biofilm,
2. adsorbować z wody różne rozpuszczone substancje, w tym część związków organicznych i innych niepożądanych substancji.

Są to dwie odrębne właściwości.

Dlatego nie należy przedstawiać węgla aktywnego jako źródła pokarmu dla nitryfikatorów ani twierdzić, że podczas startu akwarium trzeba dostarczać go do wody jako źródło węgla dla tych mikroorganizmów.

Kto odpowiada za nitryfikację?

Współczesna wiedza pokazuje, że nitryfikacja w akwariach nie jest procesem wykonywanym wyłącznie przez klasyczne bakterie z rodzaju Nitrosomonas.

Utlenianie amoniaku mogą prowadzić:

• bakterie utleniające amoniak (AOB),
• archeony utleniające amoniak (AOA),
• bakterie typu comammox Nitrospira, zdolne do przeprowadzenia całego procesu od amoniaku do azotanów.

W badaniach słodkowodnych biofiltrów akwariowych comammox Nitrospira wykryto we wszystkich 38 badanych biofiltrach, a w większości z nich stanowiły dominującą grupę wśród analizowanych utleniaczy amoniaku. W części pozostałych biofiltrów dominowały AOA. Klasyczne AOB również występowały, ale zazwyczaj w znacznie mniejszej liczebności.

Oznacza to, że określenie „bakterie azotowe” jest użytecznym uproszczeniem dla początkującego akwarysty, ale nie powinno być traktowane jako dokładny opis biologii biofiltra.

Co dzieje się w nowym filtrze?

Po uruchomieniu akwarium mikroorganizmy zaczynają zasiedlać dostępne powierzchnie. Wraz z pojawieniem się amoniaku i azotynów rozwijają się kolejne grupy mikroorganizmów uczestniczących w przemianach azotu.

Biofilm nie jest jednak jednorodną warstwą „bakterii nitryfikacyjnych”. Jest złożoną społecznością, w której współistnieją nitryfikatory oraz liczne inne mikroorganizmy uczestniczące m.in. w rozkładzie materii organicznej.

Nowsze badania nad startem domowych akwariów potwierdzają, że społeczność biofiltra zmienia się w czasie. W początkowym okresie mogą rozwijać się jedne grupy mikroorganizmów, a wraz ze stabilizacją parametrów wody i spadkiem dostępności amoniaku zmieniać się może skład całej społeczności nitryfikacyjnej.

Dlatego celem startu akwarium nie powinno być jedynie „dostarczenie bakterii”, ale stworzenie warunków, w których stabilny biofilm może się rozwijać i wykonywać swoje funkcje.

Węgiel aktywny w dojrzałym akwarium

Węgiel aktywny można stosować jako specjalistyczne medium adsorpcyjne również w dojrzałym akwarium, gdy istnieje potrzeba usunięcia określonych rozpuszczonych substancji.

Jego funkcja adsorpcyjna jest jednak niezależna od biologicznej filtracji. Nie należy więc stosować węgla aktywnego z założeniem, że „karmi” on bakterie nitryfikacyjne.

Jeżeli węgiel aktywny zostaje wykorzystany przede wszystkim jako adsorbent, należy również pamiętać, że jest to medium eksploatacyjne. Po wykorzystaniu jego zdolności adsorpcyjnych powinien być wymieniony lub usunięty zgodnie z przeznaczeniem konkretnego produktu.

Podsumowanie

Prawidłowy start akwarium polega przede wszystkim na stworzeniu warunków umożliwiających rozwój stabilnej społeczności mikroorganizmów.

Najważniejsze są:

1. ograniczenie niepotrzebnego nagromadzenia łatwo rozkładalnej materii organicznej,
2. zapewnienie odpowiedniej powierzchni do rozwoju biofilmu,
3. zapewnienie przepływu i odpowiedniego natlenienia,
4. umożliwienie rozwoju mikroorganizmów uczestniczących w przemianach azotu,
5. unikanie gwałtownych zmian warunków środowiskowych,
6. w razie potrzeby wykorzystanie dojrzałego materiału filtracyjnego lub odpowiednio dobranych preparatów mikrobiologicznych.

Węgiel aktywny może być zasiedlany przez biofilm i może być skutecznym adsorbentem, ale nie jest pokarmem dla bakterii nitryfikacyjnych. Jego bardzo duża powierzchnia może mieć znaczenie jako powierzchnia kolonizacji, natomiast właściwości adsorpcyjne są osobną funkcją tego materiału.

Takie rozdzielenie funkcji pozwala opisać biologiczną filtrację zgodnie z aktualną wiedzą, bez upraszczania złożonego ekosystemu akwarium do modelu, w którym jedna grupa „bakterii azotowych” jest karmiona węglem aktywnym.