Portaalsite voor de échte zeeaquariaan

Veel aquarianen, zeker de gelukkige bezitters van een zeewater aquarium, hoor ik al zuchten bij deze titel. Al een paar tientallen jaren is men over de hele wereld naarstig op zoek naar DE methode om van die vervelende nitraten af te geraken. De ene methode kent al meer succes dan de andere, doch het ultieme proces zal waarschijnlijk nog jaren op zich laten wachten. 

Waar gaat het hier dan over?

Persoonlijke ervaringen, gekoppeld en getoetst aan veel lees- en opzoekingwerk, zijn de aanzet voor het schrijven van deze samenvatting over denitrificatie. Bij alle aquarianen is het nitrificatieproces voldoende gekend, zodat we in dit artikel gewoon kunnen beginnen met: én nu hebben we … nitraten!

In zoetwater is dit meestal geen probleem, omdat we daar meestal ook streven naar een uitbundige plantengroei. En planten hebben nitraten nodig o.a. voor hun stofwisseling. Dus daar is de cirkel van het nitrificatieproces compleet.

Maar in zeewater en ook in sommige zoetwaterbakken, met bijv. Malawi-chicliden, beschikken we niet over een uitbundige plantengroei.

De een zijn dood is de ander zijn brood.   

De stikstofkringloop is bij de meesten een gekend proces bij de afvalverwerking. Elk levend organisme produceert afval en gelukkig bestaan er ook voldoende levende organismen die die afval weer verwerken. En nitraten zijn daar een bijna-eindproduct in de totale verwerking.  

In de loop der jaren hebben zich meerdere methoden ontwikkeld om nitraten kwijt te raken of om te zetten in eenvoudigweg stikstof en zuurstof, de twee basis gassen van onze atmosfeer. 

De stikstofkringloop in het zeewateraquarium.

Het aquarium is de natuur niet. Hooguit proberen we de natuur een klein beetje te simuleren. Denk daarbij aan de weinige stroming die we proberen te veroorzaken in ons aquarium in vergelijking tot het geweld van de natuur. Ook een diepte simuleren in ons aquarium heeft geen vergelijk met de tientallen meter mogelijkheden van de natuur. En laat ons dan nog maar zwijgen van het licht, biodiversiteit, enz…

En wat met het fytoplankton dat overdag de bovenlagen zuiver maakt en 's nachts de onderlagen in het oceaanwater. Waar is dat in ons aquarium? 

Ondanks alle moderne technische hulpmiddelen is het aquarium niet meer dan een zeer gebrekkige afspiegeling van de natuur. 

En toch dienen we ons zeewatersysteem zuiver te houden. Hoewel wat is zuiver? 

Een paar voorbeelden:
Markus Resch in Langquaid (Bayern) is een fervent voorstander van een haast nihil gehalte aan nitraten in zijn bak. En die bak mag zeker gezien worden. 

Echter zweert Bernd Mohr uit Rüsselsheim bij een nitraatgehalte van 15 à 20 mg/L, want zijn lagere dieren moeten toch eten hebben. En zijn bak mag zeker ook gezien worden. 

Wie heeft er gelijk? Waarschijnlijk allebei. Wij weten ondertussen wel dat koralen leven van én hun eigen zooxanthellae én van de rondzwevende voeding in het water. Nog niet te na gesproken dat de zooxanthellae, net zoals planten en algen o.a. leven op nitraten. 

Elk levend wezen benodigt:

- Voeding: om door verbranding energie te krijgen 

- Zuurstof: om de verbranding mogelijk te maken

+ evt. Licht:  om de verbranding te helpen door fotosynthese.

Dit geldt ook voor de bacteriën, zowel aërobe als anaërobe, die onze bondgenoten gaan worden in de strijd tegen een teveel aan afvalstoffen, een teveel aan nitraten. 

Als ze de zuurstof niet rechtstreeks uit het water kunnen halen zullen ze het uit een moleculaire verbinding gaan halen, bijvoorbeeld het nitraat NO₃. Neem de zuurstof hiervan weg en je houdt nog stikstofgas over (N₂), dat zich perfect mengt met de omgevingslucht.

Denitratie:  

Het houden van een gemengd rifaquarium komt eigenlijk neer op het verwezenlijken van een evenwicht tussen enerzijds de producenten van afvalstoffen (vissen, koralen, ongewervelden, etc.) en anderzijds de verwerkers van die afvalstoffen (bacteriën, zooxanthellae, algen, etc.).

In essentie komt denitratie erop neer om ofwel de nitraten, het NO₃, uit het aquarium te verwijderen, ofwel het te splitsen in N₂, stikstof, en O₂, zuurstof. Beiden zijn gassen die gemakkelijk ontsnappen uit het water en dus uit de aquariumomgeving. Dit laatste kan haast uitsluitend gebeuren door anaërobe bacteriën die de zuurstof gaan verbruiken voor hun verbrandingsproces en de stikstof laten ontsnappen. Dit is precies hetzelfde wat wij mensen ook doen met onze ademhaling.

11 systemen van denitratie: 

1. Waterwissel:  

De eenvoudigste methode, en die ook de meeste aanhangers heeft, bestaat erin om wekelijks 5 à 10% (of zelfs meer) van het totale watervolume te vervangen door nieuw nitraatvrij water. Als de nitraatproductie de wekelijkse verdunning niet te boven gaat kan deze methode afdoende werken. Vergeet nooit 10% waterverversing is maar 10% nitraatreductie: dus weinig efficiënt.

Een bijkomend voordeel is dat door een regelmatige waterverversing ook andere schadelijke stoffen (bijv. fosfaten) mee verdund worden. Tevens worden geconsumeerde mineralen en metalen weer aangevuld door het verse water. We hoeven ons echter geen illusies te maken, na verloop van tijd faalt deze methode. Verdunnen van schadelijke stoffen is goed, maar er blijft altijd een restant achter dat zich accumuleert. Het aanvullen van de spoorelementen door vers water is alleen in het ververste deel aanwezig, dus treedt er een langzame totale verarming op in de bak.

Al bij al toch niet zo een slechte methode, en zeker aan te raden voor de zoetwateraquariaan. Bij zeewater is het echter een kostelijke aangelegenheid: ofwel in transport van natuurlijk zeewater ofwel in de aanmaak met zeezout mengsels en osmosewater. Een methode om waterverversingen uit te stellen of te verminderen is dan ook meer dan welkom.  

2. Uithongering:

Een waarheid om van te gruwelen.
Een concentratiekamp mentaliteit.

Persoonlijk heb ik graag mijn dieren, vissen en ongewervelden, te voeden met wat ze nodig hebben. En dan nog weet ik dat ze tekort gedaan worden in de artificiële omgeving van het aquarium t.o.v. het leven in de vrije natuur. Daarom is dit een optie die niet voorkomt in mijn vocabularium.  

3. Levend steen:  

Voor de opbouw van een rifaquarium maken we meestal gebruik van rotsformaties, om een natuurlijk ogende omgeving te creëren. Louter bekeken als decoratiemateriaal en schuilplaats voor onze dieren, zouden we ons tevreden kunnen stellen met allerhande materialen.

De voorkeur gaat echter naar "levend steen". Weliswaar een zeer dure aangelegenheid (10€ en meer per kg.) doch onmisbaar in de omzetting van nitraten. De porositeit van de steen is bepalend voor zijn kwaliteit.

Wat maakt levend steen dan zo levend en efficiënt bij het denitrificatieproces? 

Aan de ingang van elke porie wordt, door het venturi-effect van het langs stromende water, een minimale waterstroming doorheen de porie ontwikkeld. Binnen in de poriën van de steen ontstaat een anaërobe omgeving die bacteriën zullen verplichten te ademen via de zuurstof van het nitraat. Het overblijvende stikstofgas zijn de belletjes die zich regelmatig van de steen losmaken en naar het wateroppervlak drijven. 

4. Eiwitafschuimer:

Het principe van de eiwitafschuimer is eigenlijk zeer eenvoudig: blaas luchtbelletjes en het vuil dat blijft plakken aan de oppervlakte zal mee uit het water getild worden.

Dat werkt prima bij zeewater waar de oppervlaktespanning van het zeewater relatief hoog is. Vuil, en dan voornamelijk eiwitten blijven er gemakkelijk aan plakken. Tot op zekere mate geldt: hoe fijner de belletjes, hoe groter het totaal oppervlak van het water, waar wat kan aan kleven. De belletjes stijgen en het vuil gaat mee uit het water en vloeit over in de afvalbeker. 

Voor onze denitratie betekent dit heel eenvoudig: het vuil dat weg is hoeven we niet meer te verwerken.
De afvalstoffen verdwijnen op een mechanische manier uit het aquarium. 

Met dit voor ogen, kunnen we eenvoudig stellen dat de eiwitafschuimer niet groot of efficiënt genoeg kan zijn. Doch, we zijn veelal gebonden aan enkele praktische overwegingen die noodzaken om beperkingen te aanvaarden: 

a. Plaatsgebrek of design overwegingen laten geen te grote afschuimer toe.  

b. Ons budget voor de aanschaf heeft zijn beperkingen. Bedenk hierbij wel dat veelal geldt dat goedkoop, op termijn, misschien wel dure koop kan betekenen.  

c. De eiwitafschuimer staat continu aan: 24 uur op 24. Zelfs een kleiner model met een pomp die maar 50W verbruikt, is verantwoordelijk voor een energierekening van haast 450 KWh per jaar. Toch wel belangrijk met de huidige energieprijzen.  

d. Naast de afvalstoffen worden ook heel wat mineralen en sporenelementen mee uit de bak genomen, die dan weer aangevuld moeten worden.  

Een compromis tussen efficiëntie van de afschuimer, het design van het project en de capaciteit van onze portemonnee moet dus gevonden worden. Een goede raad echter, laat de efficiëntie wel een iets zwaardere rol spelen in de afweging of beperk de afmetingen van het totale project. 

5. Refugium:  

In Europa iets minder, maar aan de andere kant van de oceaan wordt veel gewerkt met een refugium: een zeer natuurlijke manier om nitraten te verwijderen uit het aquarium. 

 

Wij weten dat in de zoetwater aquariumwereld nitraatverwerking haast uitsluitend gebeurt door de planten. Nitraten zijn een ideale meststof voor de planten. In zeewater kan dat ook, maar dan wel buiten het koraalrif door het laten groeien of kweken van zeegrassen zoals caulerpa of mangroveplanten. 

 

Door de woekerende eigenschappen van deze planten zijn zij niet aan te raden rechtstreeks in de showbak, tenzij …  De beste plaats voor een refugium, een bak met caulerpa of mangroveplanten, is een aparte afdeling in de sump ofwel een totaal aparte bak waar we het aquariumwater doorheen laten lopen.

Planten kunnen echter niet leven zonder licht, en deze planten hebben zelfs behoorlijk veel licht nodig. In streken waar het zonlicht voldoende aanwezig is kan men gebruik maken van het natuurlijke licht en het refugium buiten plaatsen. In onze streken hebben we echter bijkomend licht nodig om de planten in het refugium voldoende te geven. Maar dan komt weer de energierekening om de hoek kijken.

6. Diep Zandbed:   

Een andere natuurlijke methode om nitraten in je aquarium te verwijderen is de methode van het diepe zandbed. Een zandbodem van een tiental cm dikte zal al snel toeslibben met detritus waardoor onderin een anaërobe atmosfeer gemaakt wordt. 

Zoals hierboven al uitgelegd, gaan anaërobe bacteriën de nitraten omzetten in zuurstof, om hun eigen verbrandingsproces te bestendigen, en in stikstof dat vrij naar de oppervlakte kan stromen. Dit is een natuurlijk proces dat geen onderhoud vergt en er zelfs nog heel decoratief uitziet. 

Toch is hier oppassen geblazen want je beschikt over een tijdbom in het aquarium. Alle afval van de dieren verdwijnt inderdaad wel uit de waterkolom en gaat in de bodem verrotten. Op zich is dit geen probleem daar de bacteriën hun werk wel zullen verrichten als het evenwicht is bereikt tussen het geproduceerde afval en de afvalverwerking. Doch als een onevenwicht ontstaat, en vroeg of laat gebeurt dit wel eens, komt het zeer giftige zwavelwaterstofgas H₂S vrij, dat inherent aanwezig is bij elk organisch verrottingsproces waar de bacteriën het niet meer de baas kunnen. Dat kan de dood van alle dieren, vissen en koralen, tot gevolg hebben.

7. Wodka (ethanol):  

Uit het voorgaande blijkt dat bacteriën een zeer belangrijke bondgenoot zijn in onze strijd met de nitraten, en dit zowel in het levend steen, als in het bodemsubstraat van een refugium en van het aquarium. Hoe meer anaërobe bacteriën we ter beschikking hebben hoe meer nitraten we dus kunnen verwerken. Bacteriën hebben zuurstof nodig om hun verbrandingsproces op gang te houden. Maar wat verbranden ze? De voeding noodzakelijk voor hun stofwisseling. En één van de belangrijkste voedingsmiddelen zijn koolhydraten of suikers opgelost in de waterkolom.  

Dus hoe meer suiker we voeden hoe beter hun stofwisseling en hoe meer bacteriën zullen gereproduceerd worden. Nu is ethanol o.a. een goedkope manier om opgelost suiker toe te dienen, en de goedkoopste ethanol die ons ter beschikking staat is wodka. Het is zuiver, bevat geen smaak of kleurstoffen, en is gemakkelijk en goedkoop verkrijgbaar.

Een bijkomend extra voordeel, is dat de vermenigvuldiging van de biomassa automatisch ook een reductie van het fosfaatgehalte betekent, daar zij ook fosfaten nodig hebben bij de celopbouw. 

Vooral in Duitsland en bij onze noorderburen telt deze methode heel wat aanhangers. Persoonlijk heb ik er ook met succes mee geëxperimenteerd.

Het is dan ook een zeer aantrekkelijke methode, die gemakkelijk controleerbaar is. De toevoeging van de wodka maakt deel uit van het dagelijkse voedingsritueel en is perfect af te stellen op het nitraatniveau dat men wenst te behouden in zijn aquarium.

De chemische formule is: 

          NO₃ + C₂H₅OH       ===>          N₂ + 2OH + 2CO₂ + H₂O + (2H) 

nitraat + ethanol                stikstof + hydroxyde + koolzuurgas + water

… Tot ik er over sprak met een vriend, werkzaam op een labo van de Leuvense universiteitskliniek: "Weet jij wel met wat je bezig bent?" - "Ja, met bacteriën kweken!" - "Je doet dat toch met de nodige omzichtigheid, zoals bij ons in het labo?" - "Hoe … neen…"

In ons aquarium leven wel duizend verschillende soorten bacteriën. Het ethanol of de suiker die we toedienen als voeding, is echter niet selectief en alle bacteriën gaan zich eraan tegoed doen en lekker vermenigvuldigen. Hij beweerde dat maar 30% van de energie die we aanboden tegoed kwam aan de anaërobe bacteriën, voor welke we het juist doen. Met de andere 70% kweken we o.a. ook ziekteverwekkers zoals bijv. de Pseudonomas-soorten. Inderdaad er worden, in de wereldliteratuur, heel wat gevallen beschreven van zware ziekte, met zelfs de dood tot gevolg, bij aquarianen na onderhoud van hun bak.

Mijn conclusie: nooit geen wodka meer in mijn aquarium. 

8. Spiraal denitrator:  

De wodkamethode biedt toch wel heel wat voordelen, moesten we het proces beter kunnen controleren. Aan de andere kant van de Atlantische Oceaan doet men dat dan ook, door gebruik te maken van een spiraal denitrator.

Men maakt hier gebruik van de eigenschap dat bacteriën zich graag vestigen op PVC-wanden die behandeld zijn met weekmakers. Een lange dunne PVC-leiding (15m - 20m) gaat men spiraalsgewijs oprollen en in een container steken. De container heeft maar één functie: het geheel bij elkaar houden. 

Een lichte waterdoorstroming zorgt ervoor dat na een paar meter leiding het water compleet zuurstofarm wordt. Dan kunnen de anaërobe bacteriën hun werk gaan doen. Mits een druppelsgewijze toevoeging van de nodige suikers (ethanol of wodka) in de waterstroom voeden we de bacteriën, net zoals hierboven in methode 7.

Het systeem is dusdanig af te stellen (waterstroom en voeding) dat de bacteriën vermeerdering zich beperkt tot de spiraal zelf, en haast niet verder gezet wordt in het aquarium. Daarbij komt nog dat de constructie zeer eenvoudig is voor elke doe-het-zelver. Het systeem vergt een lange opstartperiode van 5 à 6 weken, maar doet daarna prima zijn werk.

Alleen moet opgepast worden, dat de spiraalleiding niet dichtslibt. Afstervende bacteriën vormen een slijmlaag die zich afzet op de wanden van de spiraal die door de zwakke doorstroming niet voldoende schoon gehouden wordt. Dit euvel laat zich al snel opvallen door de typische rotte eieren geur (H₂S) die vrijkomt. Dan zit er maar één ding op: spiraal vervangen en weer opstarten gedurende een zestal weken. 

9. Bioball / Deniball:

De eenvoud van de spiraal denitrator bracht de Duitse fabrikant AquaMedic op de idee om een ander substraat te gebruiken, waar bacteriën graag op groeien: de Bioball. Bioballen worden veelvuldig gebruikt in de zoetwater aquaristiek omdat bacteriën er zich zo graag op vestigen en hebben een uitzonderlijk groot vestigingsoppervlak. 

Stoppen we die bioballen in een afgesloten container met een kleine interne circulatiepomp die maar druppelsgewijs door vers aquariumwater wordt gevoed creëren we snel in de container een zuurstofarm milieu waardoor we, zoals in de vorige systemen aan nitraatverwerking kunnen doen. 

De bacteriën hebben echter wel voeding nodig, dat we kunnen geven door toevoeging van ethanol of wodka. AquaMedic biedt de hobbyist echter het gemak van "Deniball"'s te leveren. Dit zijn qua structuur bioballen doch geïmpregneerd met Polyhydroxybutraat een koolstofreserve, vergelijkbaar met suiker.

Hoewel het dichtslibben met deze methode minder snel zal gebeuren moeten we steeds beducht blijven voor een intern rottingsproces van afstervende bacteriën en het gevaarlijke H₂S die daarbij vrij komt.

10. Zwavel denitrator:  

Beide vorige methodes zijn steeds gericht op een niet selectieve aangroei van de biomassa. Hoewel getracht wordt de bacteriën in een gesloten omgeving te houden kunnen we er toch geen garantie op geven dat ze zich niet zullen verspreiden doorheen het ganse aquarium.

In de jaren negentig ontwikkelde de Fransman Dr. Marc Langouet de idee om zwavel te gebruiken als substraat voor de bacteriën die het nitraat gaan omzetten naar het inerte stikstofgas. Zwavel is namelijk een natuurlijke voedselbron voor de bacterie Thiobacillus denitrificans. Dit systeem werd trouwens toen al gebruikt voor de nitraat zuivering van drinkwater. 

 
Het principe is eenvoudig: het te behandelen zeewater wordt met een beperkte stroming doorheen een kolom met zwavelkorrels gestuurd. Bacteriën gebruiken de zwavelkorrels als substraat en als voeding. Na enkele centimeters in de afgesloten kolom is de zuurstof uit het water opgebruikt en verkrijgen we een anaërobe omgeving. 

Het grote voordeel van deze methode is dat we te maken krijgen met maar één soort en gekende bacterie. We gaan niet meer in het wilde weg de biomassa vergroten. Zwavel op zich is geen probleem in zeewater want het is er intrinsiek onderdeel van: ± 2700 mg/L aan zwavel en zwavelverbindingen.

De allereenvoudigste zwaveldenitrator, een verticale container gevuld met zwavelkorrels, heeft de neiging van snel dicht te slibben waardoor de waterdoorstroming vermindert. Gevolg: afstervende bacteriën en de beruchte H₂S rotte eieren geur. De zwavelwaterstof verbinding die hier gevormd wordt, komt van de zwavel die vrijkomt in elk rottingsproces van organische stoffen en niet van de zwavelkorrels, zoals vaak ten onrechte wordt beweerd.

De gevaren van een dergelijk eenvoudig systeem heb ik proberen te ondervangen door de bouw van een gelijkaardig systeem als in de vorige methode met bioballen. Een circulatiepomp stuwt het water met grote kracht doorheen de zwavelkorrels, zodat slibvorming niet kan optreden. Een bypass van de opvoerpomp zorgt voor de toevoering van het te zuiveren aquariumwater in het gewenste debiet.

Op die manier slaag ik er in om, ondanks een vrij zware bezetting aan vissen die goed gevoederd worden, het nitraat niveau te regelen naar wens tot op 1 of 2 mg/L. En dit met een minimum a