Daca cineva mi-ar fi spus cu 2 ani in urma ca am sa ma apuc sa citesc ceea ce nu mi-a placut
in liceu, in speta chimia, as fi zis ca este o gluma buna

Si totusi in ultimii 2 ani am
citit mai mult decat in tot liceul lucrari si lucruri cu si despre chimia apei in acvaristica.
Si chiar si in sisteme de acvacultura
Si m-am gandit ca nu ar fi rau sa impartasesc si altora din ceea ce am citit in ultimul timp.
In acest thread am sa vorbesc despre filtrarea biologica si despre cum ar trebui ales si
dimensionat un filtru biologic. Datele pe care le prezint in continuare sint o compilatie
a ceea ce am citit si nu am pretentia ca sint litera de lege. Cum internetul este plin de
informatii si cum lumea in care traim evolueaza foarte rapid e posibil ca datele pe care
le stiu eu sa fie depasite in anumite cazuri. Daca aveti o alta parere, din experienta sau
din documentare, va rog sa o impartasiti cu noi.
Mai toata lumea cunoaste ciclul azotului, sau cel putin are idee despre ce se vorbeste in
propozitie. Ciclul azotului are doua mari componente: nitrificarea si denitrificarea. Dintre
multele forme sub care nitrogenul (azotul) este prezent in sistemele acvatice cele mai
importante sint amoniacul, nitritii si nitratii. Formele organice de nitrogen (azot) prezente
in sistemele acvatice sint descompuse de bacterii in forme inorganice, principala forma
inorganica fiind amoniacul. Amoniacul este toxic pentru pesti si alte vietati acvatice
chiar si in concentratii mici, de aceea el trebuie eliminat din apa. In apa amoniacul se
prezinta sub doua forme, forma ionizata, NH4+ amoniul, si forma neionizata, NH3 amoniacul.
Cele doua forme se pot gasi concomitent in apa si raportul dintre ele depinde
in principal de pH-ul apei si de temperatura. Reactia de echilibru este:
NH4+ + OH- <=> NH3 + H2O
Suma celor doua forme, ionizata si neionizata, a amoniacului se numeste Total
Ammonia Nitrogen (TAN).
Dintre cele doua forme, varianta neionizata, NH3, este mai toxica pentru organismele vii
decat varianta ionizata. Raportul dintre cele doua forme se modifica asa cum am spus
functie de pH-ul si temperatura apei, cresterea pH-ului si a temperaturii apei duce la
modificarea raportului in favoarea amoniacului, forma neionizata, NH3. Astfel de la
un pH aproximativ neutru (7,2-7,4) in jos avem numai forma ionizata, NH4+. La un
pH de aproximativ 9,2 la 25 de grade C avem 50%-50% intre cele doua forme, dupa
cum se vede in graficul de mai jos:
Influenta temperaturii asupra raportului dintre cele doua forme se vede in graficele
de mai jos:
Se poate observa in al doilea grafic ca la o valoare a pH-ului de 8,5 cantitatea de
amoniac neionizat NH3 creste de 4 ori functie de cresterea temperaturii de la 10
grade C la 30 de grade C (de la o fractie de 0,05 la 0,20).
Un articol interesant pe tema calculelor din reactia de echilibru a amoniacului, de
unde am si luat cele trei grafice, gasiti aici:
http://www.irishfishkeepers.com/index.php/articles/28-health-water-and-illinesses/142-ammonia-calculations
Cele doua componente ale ciclului azotului ajuta la neutralizarea amoniacului.
Nitrificarea este oxidarea amoniacului in nitrat (NO3) printr-o etapa intermediara,
nitrit (NO2). Nitrificarea este facuta de bacterii autotrofe. Bacterii autotrofe inseamna
ca bacteriile respective metabolizeaza prin fixare carbonul din dioxidul de carbon, CO2,
iar bacterii heterotrofe inseamna ca bacteriile respective metabolizeaza carbonul din
compusi organici ai carbonului (surse organice de carbon). Cyanobacteria este spre
exemplu o bacterie (nu este o alga, chiar daca mai apare in acvariile noastre) autotrofa.
Bacteriile autotrofe responsabile pentru procesul de nitrificare sint Nitrosomonas, pentru
oxidarea amoniacului in nitrit, si Nitrobacter, pentru oxidarea nitritului in nitrat.
Nitrosomonas oxideaza amoniacul in nitrit dupa urmatoarele reactii:
2 NH4+ + 3 O2 => 4 H+ + 2 NO2- + 2 H2O
sau
2 NH3 + 3 O2 => 2 NO2- + 2 H2O + 2 H+
Nitrobacter oxideaza nitritul in nitrat dupa urmatoarea reactie:
2 NO2- + 1 O2 => 2 NO3-
Reactia totala a bacteriilor nitrificatoare, asa cum am gasit-o intr-o lucrare,
este urmatoarea (Gujer and Boller, 1986):
NH4+ + 2 HCO3 + 1.9 O2 =>NO3 + 2.9 H2O + 1.9 CO2 +0.1 CH2O
unde CH2O reprezinta biomasa celulara.
Din reactia de mai sus se pot deduce 4 elemente cheie ale nitrificarii: cantitatea
de oxigen necesara, cantitatea de alcalinitate necesara, cantitatea de biomasa
produsa si cantitatea de nitrat produsa. Astfel oxidarea a 1g de amoniac consuma
4,34g oxigen, consuma 7,14g alcalinitate, si produce 0,21g de biomasa si 4,43g de
nitrat. Ceea ce ne poate ajuta la calculele privind dimesionarea filtrarii, dupa cum
vom vedea mai tarziu.
Factorii care influenteaza nitrificarea sint urmatorii: pH, alcalinitate, temperatura,
oxigen dizolvat, salinitate, lumina si nivelul de amoniac:
- nivelul de amoniac este factor limitativ pentru nitrificare, de la un prag de
aproximativ 2mg/l in sus, nitrificare nu mai are loc
- pH-ul optim pentru nitrificare este intre 6 si 9, cu cat este mai mare pH-ul
(mai aproape de 9) cu atat nitrificarea este mai rapida, dar pe de alta parte
cu cat pH-ul este mai mare cu atat avem o cantitate mai mare de amoniac
in forma neionizata NH3 care este mai toxic
- alcalinitate este factor limitativ, datorita consumului de alcalinitate din
procesul de nitrificare trebuie avut in vedere refacerea nivelului de
alcalinitate (prin schimburi de apa sau aditii, cel mai la indemana fiind
bicarbonatul de sodiu)
- temperatura este factor limitativ, sub -5 grade C si peste 38 de grade C
nitrificare nemaiavand loc; cu cat temperatura este mai mare cu atat rata
nitrificarii este mai mare, pina la un punct de la care bacteriile mor
- oxigenul dizolvat este si el factor limitativ, o apa cu un nivel de oxigen
dizolvat mai mic de 2mg/l incepe sa nu mai sustina nitrificarea; acest
nivel de 2mg/l se refera numai la procesul de nitrificare, pestii si alte
vietati, plante, alge sau bacterii consuma si ele oxigen, un nivel considerat
sigur pentru un sistem acvatic fiind de la 5-6 mg/l in sus
- salinitatea influenteaza nitrificarea, o salinitate constanta fiind optima
pentru nitrificare; totusi bacteriile nitrificatoare din apele dulci sint
complet inhibate in ape sarate, iar bacteriile nitrificatoare din apele
sarate sint foarte sensibile la nivelul de oxigen dizolvat
- lumina este factor limitativ pentru bacteriile nitrificatoare, un procent de
1% din intensitatea lumini solare inhiband bacteriile
Pe langa factorii limitativi de mai sus, mai exista si altii. Antibioticele sint in general
toxice pentru bacteriile nitrificatoare, tratamente bazate pe formol, permanganat de
potasiu, peroxid sint toxice. Solidele in suspensie din apa care pot astupa canalele
mediilor biologice afecteaza nitrificarea. In principiu ceea ce poate fi toxic pentru
pesti poate fi toxic si pentru bacteriile nitrificatoare.
Cam atat pentru astazi, maine continuam cu denitrificarea