Filtermedia in een Plantenbak?

Filtermedia in een (high light) plantenbak

Het filter en dan met name de filteropbouw is een onderwerp waar men continue vragen over stelt en discussies over voert. En zoals met bijna alle onderwerpen heeft iedereen daar zo zijn eigen mening over. Dus laat mij zo vrij zijn om ook een duit in het spreekwoordelijke (filter)zakje te doen.

Ik heb het al ergens anders beschreven; de belangrijkste functie van een filter is ten eerst de watercirculatie en ten tweede pas de filtering. En een filter voor een aquarium met veel vissen heeft een geheel andere opbouw van filtermateriaal dan een filter wat word gebruikt in een scape met een plantbezetting van 80%.

De opbouw van een filter is meestal in deze volgorde: gezien vanaf het punt waar het water inkomt (onder naar boven)
- mechanisch; zoals keramische pijpjes
- biologisch: filterwatten van grof naar fijn (wit)

Er worden veel soorten keramische materiaal gebruikt. Het primaire doel van dit materiaal is eigenlijk om de stroming te beperken, zodat de grotere deeltjes van het afval vast komen te zitten. Er groeien natuurlijk ook bacteriën, zoals op elk oppervlak in je bak, maar de functie is niet om te fungeren als broedkolonie voor bacteriën.
Je leest overal om biologisch filtermateriaal te gebruiken omdat daar de meeste bacteriën op groeien. In de praktijk is dit dus een geheel ander verhaal. Bacteriën groeien beter op mechanische filtering (zoals fijne sponzen), dan op keramisch filtermateriaal. Bacteriën groeien het meest slecht (!) op gesinterd glas en keramische pijpjes. Ongeacht in welke volgorde je de filtermedia ook opbouwt!

Keramiek heeft een veel groter oppervlak voor bacteriën dan bijvoorbeeld scrubbies, maar keramiek vermindert de stroom meer dan scrubbies, terwijl scrubbies afval opvangen dat gemakkelijk kan worden verwijderd bij het reinigen van het filter. Het andere belangrijke voordeel van scrubbies is dat ze de stroming niet blokkeren zoals de mooie gesinterde glasmedia dat doen. Je krijgt dus een veel betere doorvoer dankzij minder hydrodynamische weerstand.

Een uitdrukking in de wereld van het aquascapen is: 'Flow is King, CO2 is Queen'
De meeste mensen zijn hiervan niet bewust. In een scape met veel CO2 is de waterverplaatsing en/of stroming enorm belangrijk. Begrijp je nu dat er in een high-light/ high energy setup een filtercapaciteit van 10X de bakinhoud word aanbevolen?

Het grootste oppervlak voor de afbraak van gifstoffen zijn via de wortels van onze planten. Daarom is een goede doorstroming/opbrengst van onze filters belangrijker dan het enorme oppervlak van keramische media in goed beplante bakken. Het verhaal word heel anders in een bak met een grote bezetting aan vissen en weinig gezonde planten. Begrijp je nu waarom een goede doorlatendheid van een bodem belangrijk is?
Mensen zijn niet bewust dat planten biofilters zijn. Ze leveren namelijk beter werk dan welke filter biomedia dan ook! En hoe meer gezonde planten je hebt hoe gezonder je bak is en je daardoor met veel minder problemen te maken krijgt.

Links is het filtermedia uit mijn HOB filter in mijn high-energie scape van 25 liter. De foto rechts de high-light scape waar ie aan hangt.

Discussie over de poriënruimte in filtermedia is eigenlijk nutteloos.

Ik denk niet dat het hebben van nitrificatie en denitrificatie in het filter 100% correct is dus de poriënruimte in filtermateriaal wordt daarmee grotendeels al irrelevant. Als je een substraat en planten hebt, zul je te maken krijgen met een reductie van nitraat, via opname in planten, enige denitrificatie in het substraat, en nog minder in het filter.

Het andere probleem is waar geen enkel commercieel bedrijf ooit over praat: zuurstof.
Hoe meer zuurstof u heeft, hoe minder filtermedia u nodig heeft. Biologische filtratie wordt zeer zelden beperkt door het mediavolume; het wordt bijna altijd beperkt door de beschikbaarheid van zuurstof.

Vervuiling wordt gekwantificeerd door BOD : Biochemical Oxygen Demand (biologisch zuurstof verbruik)
Als je niet genoeg zuurstof hebt gaat het ammoniakniveau onvermijdelijk stijgen. We kunnen discussiëren over het niveau waarop nitraat giftig wordt maar niemand zal een opmerking maken over de ammoniaktoxiciteit. De commersie gaat mensen niet vertellen dat planten en zuurstof de sleutel zijn; dan kun je ze de filermedia niet verkopen, dat "absoluut beter zou zijn omdat het meer poriënruimte heeft".

gedeeltelijke bron golias, Ukaps, Wallstad

Moet ik regelmatig een bron van ammoniak toevoegen om de cyclus van het indraaien te helpen?
Of wat visvoer toevoegen tijdens die opstart?

Je hoeft geen ammoniak toe te voegen. Een beetje visvoer toevoegen, kan dat geen kwaad, maar het heeft eigenlijk geen nut.
Ikzelf wil zoveel mogelijk organisch materiaal uit het filter houden, zeker in de opstarfase. Rondzwevende blaadjes e.d verwijder ik altijd dagelijks. Volledige nitrificatie wordt namelijk vertraagd in de aanwezigheid van een hoog percentage heterotrofe bacteriën. Organisch materiaal zorgt ervoor dat er een hoog percentage heterotrofe bacteriën zich gaan ontwikkelen. Deze bacteriën verkrijgen hun energie door het consumeren van organisch materiaal, en hoe meer afval er voorhanden is des te meer deze bacteriën zich gaan ontwikkelen.
Voor deze taak zijn ze afhankelijk van voldoende zuurstof
Opzich niet echt een probleem, behalve in het filter... Een zuurstofgebrek is iets wat relatief erg veel voorkomt in onze filters.
Zeker als het filter helemaal volgepropt word met media en bij het gebruik van te fijne sponzen en teveel compacte filterwatten. Je creëert daarmee zones in het filter waar het zuurstofniveau minder is. En als zich daar een ophoping plaatsvind van organisch afval icm te weinig zuurstof krijg je een heterotrofe microbiële ontbinding. En in onze filters komt dit veel vaker voor dan je denkt.
In deze (semi)zuurstofloze omgeving komen weer andere bacteriën tot ontwikkeling zoals facultatief anaerobe bacteriën die ook een bijdragen leveren in het afbreken organisch afval. Maar dat is percentagegewijs slechts zo'n kleine 10% van de totale bacteriele bezetting.

Het probleem is dat deze groep haar werk minder efficient kan uitvoeren en als er dan te weinig zuurstof in het filter aanwezig. Gevolg is dat kolonies facultatief anaerobe bacteriën gaat toenemen waardoor nitrificatie steeds slechter verloopt. Nitrificatie en denitrificatie komen namelijk stukken minder in een aquariumfilter voor als men doet geloven.

Hoe zit dat dan met die nitrificatie?
Volledige nitrificatie wordt vertraagd in de aanwezigheid van een te hoog percentage heterotrofe bacteriën.
De snelste manier om nitrificatie te bewerkstelligen is zonder organische stoffen en toevoegingen, alleen minerale zouten (inclusief ammonium). Geen visvoer! Als je een sterk beplant aquarium hebt dan is er altijd synergetische plant/microbe biofiltratie. Planten, het substraat en filtermedia vormen een geheel; het zijn geen afzonderlijke dingen.
We weten ook dat nitrificatie in feite wordt uitgevoerd door een groot aantal verschillende microben, waaronder:

- Ammonia Oxidising Bacteria (AOB) en Ammonia oxiderende Archaea (AOA) die TAN ( Totaal Ammonische Nitrogen) ammoniak omzetten in nitriet (NO2-),
- Comammox (= Complete Ammonia Oxidation) Nitrospira, die TAN direct omzet in nitraat (NO3-)
- niet-Comammox Nitrospira, die nitriet omzet in nitraat. (https://en.wikipedia.org/wiki/Comammox)

Ammoniak-oxiderende bacteriën, zoals Nitrobacter en Nitrosomonas, komen in werkelijkheid helemaal niet voor in onze aquariumfilters. Wel Nitrospira-achtige bacteriën. Nitrobacter en Nitrosomonas is een bacterie die behoort tot de groep van nitriet-oxiderende bacteriën. Deze bacteriën oxideren nitriet (NO₂) tot nitraat (NO₃) in de stikstofcyclus. Het is geen ammoniak- of ammonium-oxiderende bacterie, maar speelt wel een cruciale rol in het omzetten van ammoniak en ammonium via nitriet naar nitraat, wat essentieel is voor de stikstofcyclus in ecosystemen.

Filters zijn vooral bedoeld om het water schoon en helder te houden en meer relevant voor mechanische en chemische filtratie. Uiteraard vinden er ook andere biologische processen plaats in een filter (bijvoorbeeld de afbraak van vuil) maar dat percentage is miniem.
Ikzelf wil dat alle mechanische filtratie heeft plaatsgevonden voordat het water het filter binnenkomt. Ik wil alleen opgeloste gassen zoals zuurstof, CO2 en ammoniak in het filter. De zuurstoftoevoer moet altijd groter zijn dan de zuurstofvraag. (BOD)

The Small Planted Tank