Hemigrammus_boesemani.jpg
Chemische filtratie in zeewatersystemen Afdrukken


bron: Zilverhaai Beringen
Herkomst: www.animalnetwork.com/fisch
Vertaling: Rien van Zwienen, Cerianthus

Alhoewel bijna ieder boek over zeeaquaria het onderwerp chemische filtratie wel behandelt, blijken toch erg weinig mensen de mogelijkheden, beperkingen en toepassingen te begrijpen. Er zijn verschillende vormen van filtratie die onder de categorie ‘chemische filtratie’ kunnen vallen, afhankelijk van de manier waarop zij bedreven worden. Voor dit artikel willen we de discussie beperken tot de meest gebruikte vormen van chemische filtratie die gebruikt worden in zeeaquaria: aktieve kool, eiwitafschuimer, moleculaire absorberingsmiddelen en ozon.

DOC's = Dissolved organic carbon è  opgelost organisch koolstof
Vanwege de verschillende biologische processen die plaats vinden in een aquarium, hopen verschillende organische stoffen zich op. Deze stoffen worden organisch genoemd omdat zij allemaal het element koolstof in hun chemische samenstelling hebben. De lijst van stoffen is nogal lang en bevat dingen als aminozuren, koolhydraten, fenolen, kresolen, terpenoïden, vetten, koolwaterstoffen, plantaardige hormonen, vitamines, carotenen en verschillende organische zuren, zoals vet-, azijn-, melk-, glycol-, maleïne- en citroenzuur (de Graaf, 1981; Moe, 1989). Gelukkig kunnen deze verschillende stoffen samengevat worden onder de alomvattende term "opgelost organisch koolstof . In zijn geheel hebben deze DOC’s verschillende negatieve effecten op aquarium bewoners, zoals teruglopende groei, verminderde weerstand tegen ziekten en metabolische stress.

DOC’s worden op verschillende manieren in een aquarium verwerkt. Sommige worden omgezet in ammonia door bacteriën die in het aquarium aanwezig zijn. De ammonia wordt dan geoxideerd door nitrificerende bacteriën tot nitriet en dan tot het eindproduct, nitraat. Tenzij het gebruikt worden als voedsel door planten, heeft nitraat de neiging te accumuleren in het aquariumwater. Veel organische stoffen worden niet afgebroken maar hebben de neiging te accumuleren in het aquarium. Dit is de reden dat men water verversen aanbeveelt als onderdeel van het aquariumonderhoud. Hobbyisten hebben vaak de indruk dat het doel van water verversen is: het omlaag brengen van de nitraatconcentratie. Water verversen vermindert inderdaad het nitraatgehalte, maar een belangrijker resultaat is dat het DOC-gehalte van het water ook lager wordt. Omdat nitraat gemakkelijker te meten is dan DOC, en omdat nitraat en DOC-concentraties vaak direct met elkaar verband houden, kan het nitraatgehalte gebruikt worden als maatstaf om te bepalen wanneer waterverversing nodig is.

Het idee achter chemische filtratie is dat als veel van het DOC verwijderd kan worden, voordat het accumuleert of wordt omgezet in ammonia; de noodzaak voor waterverversing minder kan worden, de belasting van het biofilter minder zal zijn en het nitraat gehalte zal verminderen. Het resultaat zal zijn: toenemende groei en gezondheid van de vissen en lagere dieren in het aquarium.
Ik wil wel benadrukken dat ik niet zeg dat het toepassen van chemische filtratie de noodzaak van water verversen wegneemt. Water verversen blijft essentieel. Om te beginnen is geen enkele chemische filtratiemethode 100% effectief, en veel stoffen in het aquarium zijn moeilijk te verwijderen door middel van chemische filtratie. Bovendien heeft water verversen andere voordelen, zoals het in stand houden van de juiste pH en het aanvullen van sporenelementen en calcium. Zelfs in het meest zorgvuldig onderhouden aquarium zijn de effecten van water verversen op de bewoners opzienbarend. Kleuren worden beter en de dieren vertonen meer activiteit en zijn alerter. Het belangrijkste voordeel van chemische filtratie is dat het helpt een veel lager DOC-gehalte in je aquarium te handhaven, wat erg belangrijk wordt als je te maken hebt met lagere dieren zoals steenkoralen.

Actieve kool
Velen onder ons herinneren zich nog onze vroegere ervaringen met aquariumfilters toen we nog niet zo veel wisten van filters. Ik denk hierbij met name aan het gebruik van houtskool in het filter van een zoetwater aquarium. Deze vorm van chemische filtratie bestond uit kleine, glanzende onregelmatig gevormde stukjes been- of hout- houtskool. Houtskool is natuurlijk niet echt geschikt om in het aquarium te gebruiken.
We gebruiken nu uitsluitend "actieve" kool. De term "actieve" slaat op koolstof dat is blootgesteld aan erg hoge druk en temperatuur om alle verontreinigingen en gassen te verwijderen, waardoor er extreem poreuze en zuivere koolstof deeltjes ontstaan. Deeltjesgrootte, het soort gas wat gebruikt wordt, de activeringstemperatuur en, in sommige gevallen, de toevoeging van anorganische zouten (zink, koper, fosfaat, silicaat en sulfaat) voor het activeren, leveren koolstof met specifieke absorptie karakteristieken (Moe,1989). Hierdoor kan actieve kool op maat gemaakt worden voor de specifieke verontreinigingen die men wenst te verwijderen. Door een extreem poreuze structuur in koolstofkorrels te maken, verkrijgt men een effectieve spons die vele componenten uit het water kan absorberen.

Actieve kool kan een grote verscheidenheid organische moleculen verwijderen door ze eenvoudig te vangen in de koolstofporiën (absorptie) of door ze chemisch te binden (adsorptie). Adsorptie is gebaseerd op het feit dat veel organische moleculen van nature polair zijn. Dit betekent dat de twee uiteinden van een molecuul verschillen in hun affiniteit voor water. De ene kant wordt afgestoten door water en wordt hydrofoob (houdt niet van water) genoemd, terwijl de andere kant wordt aangetrokken tot water en wordt hydrofiel (houdt van water) genoemd. Als een polair molecuul dicht bij een polair oppervlak zoals actieve kool komt, worden zij aan elkaar gekoppeld, zodoende het molecuul effectief uit de oplossing verwijderend. Moe (1989) geeft een gedetailleerde beschrijving van de eigenschappen van actieve kool en de factoren die de effectiviteit bepalen.

De meest gemaakte fout bij het gebruik van actieve kool in zeewater aquaria is misschien wel de plaatsing ervan in tricklefilters. Het is een eigenschap van stromend water om de weg van de minste weerstand te nemen. Als men bijvoorbeeld actieve kool gebruikt in buitenfilters, moet het zo aangesloten worden dat het door de actieve kool moet stromen, en niet erlangs. Deze regel schijnt weinig effect gehad te hebben op veel ontwerpers van tricklefilters. Maar al te vaak worden zakken actieve kool op zo’n manier in potten of tricklefilters geplaatst zodat het meeste water langs de koolstofkorrels loopt en niet er door heen. In een correct ontworpen pot/reservoir wordt al het water gedwongen door de ruimte met kool te stromen.

In een tricklefilter waarin de stroom niet kan worden gecontroleerd, zijn een paar opties aanwezig. Een is om een potfilter gevuld met actieve kool aan te sluiten op het opvangreservoir zo dat er water uit wordt gepompt door het potfilter en dan terug naar het opvangreservoir. De andere is een contactkamer te maken in de terugstroomleiding van het tricklefilter naar het aquarium. Dit bestaat uit een stuk PVC pijp met salangaansluitstukken aan beide uiteinden. De pijp wordt gevuld met actieve kool en in de terugstroomleiding geplaatst zodat al het terugstromende water naar het aquarium er doorheen stroomt. Thiel (1988,1989) en Moe (1989) beschrijven de constructie en de plaatsing van zo’n unit.

Er zijn twee veel gestelde vragen betreffende het gebruik van actieve kool:

  • hoe veel moet je gebruiken
  • hoe vaak moet je het verwisselen.

Deze vragen zijn erg moeilijk te kwantificeren, eenvoudig omdat er geen twee systemen gelijk zijn. Verschillen in biologische belasting en de soorten vis en lagere dieren die gehouden worden beïnvloeden sterk de samenstelling en hoeveelheid DOC die geproduceerd wordt. Bijvoorbeeld, aquaria gevuld met algen zullen een grotere variëteit DOC produceren dan systemen met erg weinig algengroei. Thiel (1988) raadt aan 36 ounces (1120 g.) actieve kool per 50 gallon (189,2 liter) water te gebruiken (dit komt overeen met bijna 6 gram per liter water, RvZ). Wilkens en Birkholtz (1986) bevelen 500 gram per 100 liter water aan. Deze getallen zijn nogal hoog en het is waarschijnlijk mogelijk wat lagere hoeveelheden te gebruiken. De echte indicators of er wel genoeg actieve kool in het systeem is zijn de conditie van de dieren die gehouden worden en de kleur van het water (een gelige kleur wijst op opbouw van DOC’s).

Zorgvuldige observatie van het aquarium en de bewoners is de sleutel tot succes. Te veel aquarianen wenden zich vandaag de dag tot technologische tovenarij om hun aquarium te onderhouden. Hobbyisten praten constant over ozon, redox-potentiaal en koolstofdioxide systemen, alhoewel velen hun aquarium bewoners niet kunnen identificeren of niet volledig begrijpen wat pH is. Het zeeleven in onze aquaria is veel gevoeliger voor waterchemie dan welke meter dan ook, en het daarom beter tijd te besteden het observeren van de dieren dan kijken naar test instrumenten. Het observeren van deze dieren zal je op de hoogte houden van de condities in je aquarium.

Net zoals met de hoeveelheid koolstof, is het moeilijk een aanbeveling te doen na hoeveel tijd de koolstof vervangen moet worden. Verschillende schrijvers van zeewaterartikelen zeggen dat de koolstof 5 tot 7 maanden actief blijft voordat het vervangen moet worden (Moe, 1989; Wilkens en Birkholtz, 1986). In het algemeen, kan de aanwezigheid van een gelige tint in het water als maatstaf gebruikt worden om te bepalen of de koolstof vervangen dient te worden, omdat de stoffen die het water kleuren eenvoudig door koolstof verwijderd worden en zullen beginnen op te bouwen in het water als de koolstof verzadigd wordt.

Moe (1989) beschrijft de volgende methode door de kleur van het water als indicator te gebruiken voor de koolstof activiteit. Neem een stuk wit plastic en kleur met een viltstift een helft heel licht geel. Plaats het stukje plastic in het water en bekijk het door de lengte (vanaf de zijkant) van het aquarium. Als je de witte helft niet meer van de gelige helft kan onderscheiden, bevat het water aanzienlijke hoeveelheden DOC en is het tijd de actieve kool in het filter te vervangen.

Omdat actieve kool een erg poreus materiaal is, zullen nitrificerende bacteriën het snel gaan bevolken. Als je grote hoeveelheden actieve kool gebruikt en het in een keer vervangt, kan het plotselinge verlies van een grote hoeveelheid nitrificerende bacteriën tot een verhoogd niveau van ammonia en nitriet leiden. Het zou verstandiger zijn 30% van de koolstof te vervangen en de resterende 70% met zeewater schoon te maken. (Wilkens en Birkholtz,1986). De verse koolstof kan in een aparte zak gedaan worden en voor de oude koolstof in het filter geplaatst worden. Dit zal een grote hoeveelheid bacteriën die het koolstof bevolken redden. Omdat er iedere keer slechts een gedeelte van de koolstof wordt vervangen, moet de onderhoudsfrequentie voor de koolstof misschien verhoogd worden.

De toevoeging van actieve kool aan een filtratiesysteem dat voorheen nooit koolstof heeft bevat vereist voorzichtigheid. Wilkens en Birkholtz (1986) bevelen aan dat als de actieve kool aan een draaiend aquarium wordt toegevoegd, het stapsgewijs te doen. Bijvoorbeeld, 20 gram koolstof per 100 liter water kan iedere maand aan het filter worden toegevoegd tot er een voldoende totaal hoeveelheid is bereikt. De plotselinge toevoeging van een grote hoeveelheid actieve kool aan een draaiend aquarium kan zo’n grote hoeveelheid DOC’s verwijderen dat de dieren een ernstige shock kunnen krijgen.

Er zijn tegenwoordig verschillende soorten actieve kool op de markt, waarvan sommige mooie namen zoals "research grade" hebben. Helaas wordt niet alle actieve kool op de zelfde manier gemaakt, en het niveau van de activiteit en de kwaliteit variëren nogal van soort tot soort. In het ideale geval zijn de korrels van de actieve kool, dof zwart van kleur en zo stofvrij als mogelijk. Recente studies aan met actieve kool gefilterd aquariumwater hebben aangetoond dat bepaalde merken actieve kool fosfaat lijken toe te voegen aan het water, wat exact is wat we proberen te vermijden (J. Sprung, persoonlijke communicatie).

Een ander probleem is dat als actieve kool verouderd, sommige stoffen die het geabsorbeerd en geadsorbeerd heeft weer aan het water afgestaan kan worden (Thiel, 1988,1989). Als de actieve kool regelmatig wordt ververst kan dit probleem echter worden voorkomen. Een ander nadeel van actieve kool, samen met de andere vormen van chemische filtratie die in dit artikel genoemd worden, is dat het zonder onderscheid stoffen uit het water haalt, inclusief sommige nuttige. Daarom wordt het nog belangrijker regelmatig water te verversen als er chemische filtratie wordt toegepast.

 

Eiwitafschuimer

Een manier van chemische filtratie die al tientallen jaren bestaat maar recentelijk populair geworden is, is de eiwitafschuimer. Een eiwitafschuimer bestaat uit een kolom waardoor een mengsel van kleine luchtbelletjes en water wordt gepompt. Als je ooit aan het strand geweest bent, heb je misschien variërende hoeveelheden schuim gezien. Dit schuim wordt gemaakt door de bewegingen van de golven, die lucht, water en bepaalde polaire organische verbindingen tot een stabiel schuim maken. Een eiwitafschuimer werkt op dezelfde manier. Als het schuim verzameld wordt, kunnen proteïne en andere organische stoffen uit het water verwijderd worden voordat zij omgezet worden in stikstof houdende verbindingen en andere giffen. Hierdoor wordt de kwaliteit van het aquariumwater verbeterd en is het eenvoudiger te onderhouden.
Van de verschillende chemische filtratiemethodes die beschikbaar zijn, verwijderd alleen de eiwitafschuimer de meeste organische stoffen compleet voordat zij beginnen af te breken (Moe, 1989). De lijst van stoffen die door de afschuimer verwijderd worden bevat aminozuren, vetten, koolhydraten, fosfaten, jodium, vetzuren en fenolen. Naar mijn mening, is een eiwitafschuimer een onmisbaar apparaat voor een zeewateraquariaan, in het bijzonder voor een rifaquariaan.
Eiwitafschuimers worden in Europese aquaria al jaren gebruikt en zijn vaak de enige manier van filteren in deze aquaria. Dit niveau van filteren, kan echter niet gerealiseerd worden met de kleinere, in het aquarium geplaatste afschuimers die gedurende jaren algemeen verkocht zijn in Noord-Amerika. Wat nodig is, zijn grotere extern geplaatste modellen, die pas nu meer algemeen verkocht worden in Noord-Amerika. Deze apparaten zijn traditioneel geïmporteerd vanuit Europa, maar een aantal bedrijven in Noord-Amerika hebben nu een verscheidenheid aan modellen geïntroduceerd.

Venturi-afschuimers zijn zeer effectief...

Alhoewel de meerderheid van de verkochte afschuimers werken met houten bruisblokjes, zijn sommige modellen beschikbaar die gebruik maken van een venturisysteem. Een venturi-afschuimer gebruikt een sterke waterpomp en een kleine luchtinlaat, die een zuiging creëert zodat er een mengsel van kleine luchtbelletjes en water in de afschuimer ontstaat. Zulke systemen zijn veel krachtiger en vereisen minder onderhoud dan de standaard modellen met houten bruisblokjes. Vanwege hun effectiviteit kunnen ze ook kleiner zijn. Er zijn een paar punten van zorg als je een eiwitafschuimer gebruikt.

maar let op....

Ten eerste, het continu verwijderen van kleine hoeveelheden zeewater door de afschuimer, samen met het aanvullen van verdampt water met zoet water, kan tot geleidelijke verlaging van het zoutgehalte leiden. Daarom, kan het nodig zijn periodiek zeewater toe te voegen om het gewenste zoutgehalte te handhaven.
Ten tweede, efficiënte afschuimers kunnen sommige sporenelementen verwijderen. Periodiek water verversen of het toevoegen van sporenelementen kan noodzakelijk zijn om het niveau van deze elementen te handhaven.
Tenslotte, het gebruik van bepaalde buffers en moleculaire filters kan er toe leiden dat de afschuimer overdadig gaat schuimen. De beste oplossing hiervoor is de afschuimer een dagje uit te zetten en daarna weer langzaam op te starten.

Moleculaire adsorptie filters

Deze vorm van chemische filtratie is relatief nieuw voor zeewateraquaria. Op dit moment wordt de hobby markt gedomineerd door een enkel product, Polyfilter ™, op de markt gebracht door Polybio Marine Inc. Deze vorm van filtreren bestaat uit verschillende styreen- of acrylpolymeren die selectief polaire organische en stikstofhoudende verbindingen aan hun oppervlak adsorberen (Moe,1989). Sommige auteurs (Thiel, 1988) claimen dat deze producten fosfaat uit het aquarium verwijderen. Alhoewel ik geen fosfaat kan aantonen in mijn eigen aquarium, heb ik opgemerkt dat de groei van rode microalgen duidelijk afnam na het installeren van zo'n filter. Als de ionische interferentie die veroorzaakt wordt door zeewater verholpen kan worden, en moleculaire adsorptiemiddelen meer specifiek worden voor bepaalde stoffen, zouden we een snelle toename van zulke filterproducten kunnen zien in de toekomst. Bijvoorbeeld, producten die selectief nitraat en fosfaat tot ppb-niveau (microgrammen per liter, RvZ) verwijderen zouden bijzonder nuttig zijn. Zoals met actieve kool moeten moleculaire adsorptiemiddelen zodanig geplaatst worden dat het water door het medium gedwongen wordt, en niet erlangs.
Op dit moment is het nog niet duidelijk of op lange termijn dit soort filters zal leiden tot het verminderen van sporenelementen.

Ozon

Alhoewel vele tijdschriften en boeken vermelden dat ozon in Europa veelvuldig gebruikt wordt (Moe,1989), heb ik verschillende artikelen vanuit Duitsland en Nederland gelezen waarin ze het gebruik van ozon afraden. Het is onduidelijk wat de exacte reden is van deze weerstand, maar het belangrijkste punt van kritiek lijkt te zijn dat ozon niet nodig is om met succes een aquarium te onderhouden, dat het gebruik ervan op de lange termijn problemen zal veroorzaken en dat de verschillende bijproducten die gemaakt worden potentieel gevaarlijk zijn voor de bewoners (Hebbinghaus, 1989; Stuber, 1989; Wilkens en Birkholz, 1986).

In Amerika 'in'

Ozon is een gas dat in de natuur voorkomt in de bovenste atmosfeer-lagen, waar de ultraviolet-absorberende eigenschappen erg veel aandacht hebben gekregen in verband met de recente vermindering van ozon veroorzaakt door chloorfluorkoolwaterstoffen (CFK's). Ozon is een krachtige oxidant die bestaat uit drie zuurstof atomen (O3). O3 laat gemakkelijk een zuurstofatoom los om O2 te worden, wat stabieler is. Het is deze eigenschap die we in een aquarium gebruiken. De oxiderende werking van ozon breekt organische verbindingen en nitraten af. Helaas kunnen ook andere producten zoals hypochloriet en hypobromiet in dit proces gemaakt worden en kunnen gevoelige lagere dieren en kieuwen van vissen beschadigen (Moe,1989). Ozon wordt in het algemeen gebruikt samen met een eiwitafschuimer of een persluchtreactor. Ozon wordt gemengd met lucht en naar een mengkamer geleid. Daar mengt het ozon-lucht mengsel met het aquariumwater en worden de organische stoffen geoxydeerd. Het water wordt dan door een filter met actieve kool geleid voordat het teruggevoerd wordt naar het aquarium zodat alle overgebleven ozon en schadelijke bijproducten die eventueel gevormd zijn worden verwijderd.
Als je ozon gebruikt samen met een redoxcontroler, kan je een precieze regeling van de redoxpotentiaal van een systeem verkrijgen. Om het simpel te zeggen, de redoxpotentiaal is het vermogen van aquariumwater om te oxideren en/of stoffen in het water te reduceren. Metingen van de redoxpotentiaal in de oceaan variëren van 350 - 400 millivolt (Moe, 1989) tot zo laag als 160 - 190 millivolt (Wilkens en Birkholz, 1986). Echter, wees voorzichtig met vergelijkingen, omdat er verschillen zijn in meetcondities, technieken en apparatuur die gebruikt is. Men raadt redox-niveaus in aquaria aan van 375 tot 450 millivolt, maar iedere aquariaan moet de juiste waarde bepalen op basis van de aanblik van het aquarium.
Verschillen in plaatsing van de elektrode, frequentie van aquarium schoonmaken, biobelasting, enz. hebben allemaal effect op de redoxpotentiaal die je afleest. Het is niet zozeer de numerieke waarde die belangrijk is maar het uiterlijk van de bewoners van het aquarium. Als er een redox-niveau is bereikt waarbij je vindt dat je aquarium er het best uitziet, dan is dat de waarde die je moet handhaven. Probeer geen specifieke redox-waarden te bereiken met als enige reden, dat ze door anderen worden aanbevolen.

In Europa 'uit'

Desalniettemin heb ik hier in Noord-Amerika vele prachtige aquaria gezien die ozon gebruiken, samen met redoxcontrolers, op een continue basis. Een ding echter dat ik en anderen hebben opgemerkt, is dat aquariumsystemen die ozon gebruiken over het algemeen een hoger nitraatgehalte hebben dan aquariumsystemen zonder ozon. Dit kan veroorzaakt worden door de toename van nitraatproductie veroorzaakt door de oxidatie van nitriet naar nitraat door ozon en/of een of ander remmend effect door ozon op de denitrificatie van nitraat. Stuber (1989) beschrijft de groei van meer dan 11 soorten rifbouwende steen oralen zonder het gebruik van ozon in een aquarium met een gemeten redox van 180 millivolt! Zowel Moe (1989) en Thiel (1988, 1989) gaan in veel meer detail in op redox en ozon en hun toepassing in aquarium systemen. Ik beveel deze referenties ten zeerste aan voor additionele informatie.
Chemische filtratie is op zich zelf staand of in combinatie met biologische en mechanische filtratie, zonder twijfel een belangrijke component van een zoutwater-aquariumfiltratiesysteem. Daarom moet het als een essentieel element beschouwd worden voor ieder zeewater aquarium.

 

 
RocketTheme Joomla Templates