Filtr biologiczny jest kluczowym elementem w każdym akwarium. Jest on siedliskiem pożytecznych bakterii nitryfikacyjnych, które są niezbędne do przeprowadzenia tzw. cyklu azotowego. Przekształcają toksyczne substancje takie jak amoniak i azotyny do mniej szkodliwych azotanów.
Wszystkie zwierzęta w akwarium muszą jeść. Jak jedzą – produkują odchody. To normalne. Z tych odpadów uwalnia się amoniak (NH3) i rozpuszcza się w wodzie. W tej samej, w której ryby muszą żyć. Amoniak jest silnie toksyczny dla ryb. Już jego niewielkie stężenie w akwarium może zabić jego lokatorów.
W naturze występują specjalne bakterie, które żywiąc się materią organiczną utleniają amoniak. Wykorzystują go do wzrostu i przekształcają w nieco mniej szkodliwe azotyny (NO2). Jest to proces wymagający obecności tlenu. Bakterie przekształcające amoniak w azotyny należą głównie do rodzaju Nitrosomonas.
Podobnie jak amoniak, azotyny również są toksyczne dla organizmów wodnych (ale już mniej niż amoniak) i muszą być dalej utleniane do mniej toksycznych form azotu. Dokonują tego bakterie z rodzaju Nitrobacter. Metabolizują one i utleniają azotyny wytwarzane przez Nitrosomonas i przekształcają go w azotany (NO3). Również w tym procesie niezbędny jest tlen. Azotany są końcowym produktem konwersji amoniaku i azotynów. Są one najmniej toksyczne na poziomach zwykle występujących w akwariach w stanie równowagi.
Cykl, w którym amoniak przekształcany jest w kolejnych etapach do mniej toksycznych związków nazywamy cyklem azotowym. Bakterie za to odpowiedzialne określane są mianem bakterii nitryfikacyjnych.
Rośliny do wzrostu wykorzystują każdą z form azotu. Dojrzałe akwarium to takie, w którym wytworzyła się stabilna równowaga między bakteriami cyklu azotowego, roślinami i zwierzętami w naszym akwarium. Aby akwarium było dojrzałe nie wystarczy zamknięcie cyklu azotowego. Czas potrzebny akwarium na osiągnięcie pełnej dojrzałości może wynosić pół roku, a nawet dłużej.
Jak zbudowany jest filtr biologiczny?
Bakterie nitryfikacyjne zasiedlają wszystko. Nie wszędzie jednak są one pożądane. Lubią zwłaszcza porowate powierzchnie i duży przepływ natlenionej wody. Naturalnym złożem biologicznym jest podłoże.
Aby jednak być niezależnym od ilości bakterii w podłożu, która może być redukowana np. przez odmulanie, warto zaopatrzyć akwarium w filtr z mediami biologicznymi. Najlepsze są wysoce porowate materiały: ceramika i porowate skały (np. pokruszona lawa), biokulki. Częściowo też za złoże biologicznie czynne mogą uchodzić gąbki, waty, włókniny, ale służą one głównie jako wkłady mechaniczne. Aby uczynić media bardziej zwartymi, zwykle wybiera się materiał o dużej powierzchni na jednostkę objętości. Ta jednostka miary jest zwykle określana jako powierzchnia właściwa materiału biofiltra. Mówiąc prosto, im większa dostępna powierzchnia, tym więcej komórek bakteryjnych można hodować i tym większa zdolność do nitryfikacji w cyklu azotowym.
Jak uruchomić filtr biologiczny?
Bakterie podlegają ciągłemu cyklowi wzrostu i namnażania, dojrzewania i umierania, oraz zastępowania ich przez nowe. Biofiltr uruchamiamy przez dodanie bakterii do systemu. Można to zrobić na kilka sposobów. Bakterie nitryfikacyjne mogą być wprowadzane z wodą lub filtrami z już dojrzałego systemu np. innego akwarium. Możemy dodać specjalne preparaty zawierające szczepy i pożywkę dla tych bakterii. Należy pamiętać, że proces namnażania się każdego rodzaju bakterii nitryfikacyjnych do skutecznego poziomu trwa około 2 tygodni (stąd akwaryści często mówią, by odczekać przynajmniej 2 tygodnie na „domknięcie cyklu azotowego” w nowych akwariach). Dla bakterii Nitrosomonas dwa tygodnie i kolejne dwa dla Nitrobacter. W nowych szybko gromadzi się amoniak, ale nie ma jeszcze wystarczającej ilości bakterii by go przekształcić finalnie do azotanów. Właśnie dlatego zalecane jest odczekanie 2 tygodni (idealnie – 4 tygodnie) na zamknięcie cyku azotowego, aby można było bezpiecznie wpuścić ryby.
Należy również pamiętać o uzdatnianiu wody wodociągowej do podmian. Jeżeli nie usuniemy z niej w ten sposób chloru – będzie niszczył ciężko pracujące dla nas pożyteczne bakterie. Wtedy w zbiorniku może wzrosnąć poziom amoniaku do czasu, gdy bakterie nitryfikacyjne nie dostosują się do nowej sytuacji. Podobnie sytuacja wygląda w przypadku dodawania do zbiornika obsady. Ryby należy dodawać stopniowo np. raz w tygodniu 1/3 planowanej obsady. Dzięki temu, bakterie będą mogły dostosować się do dodatkowego obciążenia. Dodanie zbyt dużej ilości ryb może spowodować, że bakterie nie zdążą się namnożyć i toksyczne składniki w wodzie zaczną się gromadzić. Może to doprowadzić nawet do śmierci części obsady.
Cykl azotowy w skrócie
Proces dojrzewania nowego akwarium może trwać od 2 do 4 tygodni. Można go skrócić zapewniając bakteriom dobre warunki: zapewnić im odpowiednie media do zasiedlenia, pożywkę i dobrze natlenić wodę. Po zamknięciu się cyku azotowego w dojrzałych, nieprzerybionych akwariach poziomy amoniaku i azotynów powinny być niewykrywalne. Azotany natomiast, aby nie szkodziły rybom, nie powinny przekraczać 40 mg/l. Przy wyższych będą powodować wzrost glonów i inne problemy w akwarium.
Etap 1. Powstanie amoniaku
Związki azotowe biorą się w akwarium nie tylko z pokarmu dla ryb, ale również z rozkładającej się materii organicznej (np. resztek roślin, korzeni) oraz produktów przemiany materii u ryb (odchody). Niepochłonięte przez rośliny jako nawóz związki azotowe rozkładane są przez bakterie saprotroficzne. Produktem ubocznym jest amoniak NH3 (i jony amonowe NH4 w pH powyżej 8). Śmiertelne stężenie amoniaku dla ryb wynosi już zaledwie 0,1 mg/l.
Etap 2. Amoniak -> Azotyny
Bakterie Nitrosomonas rozkładają amoniak do azotynów NO2. Do tego procesu potrzebna jest duża ilość tlenu, dlatego w nowych zbiornikach warto używać napowietrzania. Azotyny też są szkodliwe dla ryb, ale mniej niż amoniak. Śmiertelne stężenie dla ryb wynosi 5 mg/l.
Etap 3. Azotyny -> Azotany
W tym etapie bakterie Nitrobacter utleniają azotyny w azotany NO3. Te nie są już tak groźne dla ryb. Stężenia rzędu 150 mg/l są bardzo szkodliwe dla roślin i ryb, choć śmiertelne stężenie wynosi ok 5 g/l. Azotany zostają w wodzie i usuwamy je przez regularne podmiany wody.
Cykl azotowy w warunkach beztlenowych może zachodzić również w drugą stronę. Z w miarę bezpiecznych azotanów możemy po przemianach otrzymać silnie toksyczny amoniak. Proces ten zachodzi głównie w głębokim, zbitym podłożu, gdzie tworzą się tzw. strefy beztlenowe. W takich kieszeniach gazowych wytwarzane są również inne silnie toksyczne gazy – metan i siarkowodór. Ten ostatni ma zapach zgniłych jaj.
