Quelle: Industrieverband Heimtierbedarf (IVH) e. V.

In diesem Artikel wollen wir auf die “Wasserchemie” eingehen und die wichtigen Parameter erklären, mit denen unsere Pfleglinge in ihrem Element konfrontiert sind.

Sowohl für Fische als auch Pflanzen und Wirbellose sind diese Werte sehr wichtig, man muss sich immerhin vor Augen führen, dass sie mit ihrem ganzen Körper ständig mit den Chemikalien in Kontakt stehen, die im Wasser gelöst sind. Mit den im Handel erhältlichen Messsets lassen sich die chemischen Parameter leicht bestimmen.

 

Härte

Als Härte bezeichnet man die Summe aller im Wasser gelösten ErdalkaliIonen, das heißt Calcium- und Magnesiumionen. Andere, seltener vorkommende Ionen werden dabei nicht berücksichtigt  Die Calcium- und Magnesiumionen liegen im Wasser nicht als reine Ionen (= geladene Teilchen), sondern als gelöste Salze vor (Verbindung verschiedener Ionen). Zum Beispiel als Calcium- oder Magnesiumkarbonat, -sulfat oder -chlorid.

Die Menge an Erdalkali-Ionen, die nun als Karbonat, das heißt in einer Verbindung mit Kohlensäure (carbo = Kohle), vorliegt, bezeichnet man als Karbonathärte.  Gewöhnlich ist die KH niedriger als die Gesamthärte GH. In manchen Fällen kann es vorkommen, dass alle Calcium- und Magnesiumionen als Karbonate und darüber hinaus auch noch andere Ionen, z.B. Natrium oder Kalium, ebenfalls als Karbonate gelöst vorliegen, wodurch man KH größer als GH findet.

Die überwiegende Mehrheit aller Aquarien wird, von wenigen Ausnahmen abgesehen, mit Leitungswasser gefüllt, das aus Grundwasser oder Wasser aus Fließgewässern, das ebenfalls dem Grundwasser entstammt, gewonnen wird. Grundwasser ist letztendlich irgendwann einmal gefallenes Niederschlagswasser, das bis in tiefe Boden- und Untergrundschichten gesickert ist. Die Härte des Wassers wird dabei dadurch verursacht, dass das durch Kontakt mit der Atmosphäre CO2-haltige Niederschlagswasser auf seinem Weg durch verschiedene Erd- und Gesteinsschichten Mineralien aus diesen Schichten herauslöst. Je nachdem, durch welche Gesteinsschichten das Wasser nun fließt, ergibt sich eine unterschiedliche Härte im Wasser.

Die unter Aquarianern übliche Maßeinheit ist Grad deutscher Gesamthärte, die allerdings etwas veraltet ist.  Dabei war 1 °dH formal als 10 mg CaO je einem Liter Wasser definiert. Alternativ gibt man Härte in Millimol pro Liter an.

Folgenderweise ist die Härte in allgemeineren Begriffen definiert:

unter 7°: weiches Wasser
7-14°: mittelhart
14-21°: hart
über 21°: sehr hart

Die Wasserhärte hat einen wichtigen Einfluss auf Lebewesen. Stichwort Osmose, also der Durchfluss von Teilchen durch eine nur für bestimmte (kleine) Teilchen durchgängige Trennschicht. Wasser versucht immer, auf beiden Seiten der Trennschicht einen gleichen Salzgehalt herzustellen. Da aber die größeren Salzmoleküle die Trennschicht (Haut, Eihaut) nicht durchdringen können, wandern stattdessen die Wassermoleküle in den Bereich ein, der im Verhältnis mehr Salz enthält. Wasserlebewesen haben Mechanismen entwickelt, mit denen Sie den Salz/Wasserhaushalt in ihren Körpern regulieren. Da diese Mechanismen aber auf die ursprüngliche Umwelt eingestellt sind, ist es wichtig, unseren Lebewesen die Wasserparameter zu bieten, auf die sie von Natur aus eingerichtet sind

 

 Leitwert

Im Wasser gelöste Salze verleihen dem Wasser die Fähigkeit Strom zu leiten und zwar umso mehr, je mehr Salze gelöst sind. Zur Messung des Salzgehaltes eines Wassers benötigt man ein so genanntes Leitwertmessgerät oder Konduktometer.  Üblicherweise wird der Großteil des Leitwerts eines Wassers durch die Salze der Härtebildner verursacht.

Dabei entspricht ein Grad deutscher Härte etwa einem Leitwert von 33 µS. Bei einem Wasser von z.B. 10 ° deutscher Gesamthärte kann man also von einem Leitwert von mindestens 330 µS ausgehen.

Im Allgemeinen wird der Leitwert aber aufgrund anderer noch zusätzlich vorkommender Salze etwas höher liegen. Hohe Nitratgehalte oder die Zugabe von Kochsalz sind häufige Ursachen für erhöhte Leitwerte im Aquarium.

Im Süßwasserbereich ist die Maßeinheit µS/cm (Micro-Siemens) pro cm, im Meerwasser wird in mS/cm (Milli-Siemens) pro cm gemessen.

Umrechnung in Härtegrade: 1 °dH entspricht etwa 33 µS/cm. Dies gilt jedoch nur für sauberes, unbelastetes Wasser.

Beispiele typischer Leitfähigkeitswerte:

  • Destilliertes Wasser (vollentsalztes Wasser) 1 µS/cm
  • Umkehrosmosewasser (Reinwasser, Permeat) 10 – 30 µS/cm
  • Regenwasser Industriegebiete 60 µS/cm
  • Regenwasser ländliche Gebiete 30 µS/cm
  • Rio Negro 8 µS/cm
  • Amazonien (Durchschnittswerte) 8 – 70 µS/cm
  • Trinkwasser München 450 µS/cm
  • Trinkwasser Aalen 540 µS/cm
  • Trinkwasser Durchschnittswerte 100 – 1000 µS/cm
  • Trinkwasser Grenzwert 2000 µS/cm
  • Meerwasser 42mS/cm = 42.000 µS/cm

 

pH-Wert

Der pH-Wert gibt an, ob eine Flüssigkeit sauer, neutral oder basisch (alkalisch) reagiert. Die pH-Wert-Skala reicht von 0 (sehr sauer) bis 14 (sehr basisch). Der Neutralpunkt liegt bei 7.

Für die aquaristische Praxis wichtig zu wissen ist die Tatsache, dass sich bei einer pH-Wertänderung um nur eine Stufe die Konzentration der dafür verantwortlichen Ionen um das 10fache, bei zwei Stufen um das 100fache, und bei drei Stufen um gar das 1000fache usw. ändert.

Die den ph-Wert bestimmenden Ionen sind Wasserstoff (H) und Hydroxidionen (OH).

Wasserstoffatome sind einfach positiv geladen, Sauerstoff (O) zweifach negativ.

Übrigens: Er heißt fälschlicherweise SAUERstoff. Das rührt noch von einer Fehlannahme aus früherer Zeit her. Sauerstoff ist als negativ geladenes Atom basisch, nicht sauer.

Wenn also an einem Sauerstoffatom nur ein Wasserstoffatom angedockt ist (OH), ist dieses Molekül negativ geladen und heißt Hydroxidion.

Grob gesagt gibt der pH-Wert an, wie viel Wasserstoff (H) im Wasser ist. Bei überschüssigem Wasserstoff ist der pH unter 7, das Wasser sauer. Wenn H Atome Mangelware sind, gibt es Moleküle, die eigentlich Wasser (H2O) sein wollen, denen aber ein H Atom fehlt. Sie sind dann  OH,  Hydroxidionen.  Hydro heißt Wasser, Oxygenium ist Sauerstoff. Je mehr davon da sind, desto alkalischer ist das Wasser.

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Die meisten Süßwasserfische und -pflanzen können nur innerhalb eines Bereiches von pH 6 – 8 überleben. Manche Spezialisten wünschen auch pH-Werte um 5 oder 9. Meerwasserfische benötigen pH-Werte zwischen 8,2 und 8,4.  Unter den Fischen und Pflanzen gibt es je nach Herkunft Arten, die mehr den sauren Bereich und andere, die mehr den neutralen bis leicht basischen Bereich bevorzugen.

In natürlichen Gewässern wird der pH-Wert hauptsächlich durch das Zusammenspiel der Komponenten Karbonathärte und CO2 bestimmt. Zu diesem Zusammenhang und wie man ihn nutzt, um die Werte zu ändern, gibt es am Ende des Artikel noch einen gesonderten Abschnitt.

 

 Stickstoffverbindungen

Ammonium, Nitrit und Nitrat

Stickstoff (Nitrogenium = N ) gehört als Bestandteil der Proteine zu den lebenswichtigen Elementen. Beim Abbau der Proteine gelangt Stickstoff in Form von Ammonium (NH 4 + ) ins Wasser. Hauptlieferant für Ammonium durch Proteinabbau sind die Verdauungsprozesse aller im Wasser lebenden tierischen Organismen, da diese die Proteine nur bis zum Ammonium abbauen können und dann diese für den Organismus nicht verwertbare Stickstoffverbindung über Ausscheidungsorgane ans Wasser abgeben. In einem funktionstüchtigen natürlichen Ökosystem wird dieses Ammonium zum überwiegenden Teil von Algen und Pflanzen als Nährstoff aufgenommen und als Stickstoffquelle zur Bildung von Proteinen verwendet. Ein geringer Teil des Ammoniums wird von Bakterien unter Verbrauch von Sauerstoff in Nitrat umgewandelt, das ebenfalls als Pflanzennährstoff dient. Schließlich werden die Pflanzen gefressen oder sterben ab und es entsteht wieder Ammonium. Dieser sog. Stickstoffkreislauf funktioniert in der gerade beschriebenen Weise nur in einem natürlichen Ökosystem einwandfrei, d.h. ohne nennenswerte Anhäufung der jeweiligen Zwischenprodukte.

Aquarien sind im vergleich zur Natur fast immer viel dichter besetzt, so dass mehr Ammonium anfällt, als von den Pflanzen als Nährstoff verbraucht werden kann. Der weitaus größte Teil muss durch nitrifizierende Bakterien, die sich hauptsächlich im Filter ansiedeln, unter Sauerstoffverbrauchzu Nitrat „oxidiert“ werden. Diese Oxidation geschieht in zwei Schritten, die von zwei verschiedenen Bakteriengruppen durchgeführt werden, die jedoch immer zusammen vorkommen, da die eine der anderen das Substrat liefert. Im ersten Schritt wird Ammonium von Bakterien der Nitrosomonasgruppe zu Nitrit oxidiert, das sofort von Bakterien der Nitrobactergruppe zu Nitrat weiteroxidiert wird. Das Ammonium selbst ist nur wenig giftig, kann jedoch ab einembestimmten pH-Wert in das hochgiftige Ammoniak übergehen. Generell gilt: je höher der pH-Wert, desto mehr fischgiftiges Ammoniak liegt vor.

Nitrit ist ein sehr starkes Fischgift. Werte ab 0,5 mg/l sind bedenklich, ab 2,0 mg/l ist Nitrit tödlich.

In der Anfangsphase müssen sich die Bakterien, die Ammonium zu Nitrit und Nitrat umwandeln, zunächst vermehren. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, sich diesen Bakterienstamm “heranzuzüchten”. Wer es eilig hat, und die “Einlaufphase”, bei der es genau darum geht, abkürzen möchte, kann zum Beispiel ein neu eingerichtetes Aquarium mit Mulm aus einem eingefahrenen animpfen oder Baktierenpräparate aus dem Handel zugeben.

Das Vorkommen erhöhter Ammonium- oder Nitritmengen im Aquarium deutet immer auf eine Störung der bakteriellen Abbauvorgänge oder gar eine Vergiftung der nitrifizierenden Bakterien hin.

Eine Anhäufung von Nitrat, wie sie für einen gut funktionierenden Bakterienhaushalt im Aquarium typisch ist, stellt keine unmittelbare Gefahr für die Fische dar. Trotzdem sollte man bestrebt sein, den Nitratgehalt möglichst niedrig zu halten, da durch hohe Nitratgehalte, etwa ab 50 mg/l aufwärts, vor allem das Algenwachstum gefördert wird.

Filter: Je größer die Fläche ist, an der sich nitrifizierende Baktieren ansiedeln können, desto mehr Ammonium kann abgebaut werden. Der Schlüsslefaktor eines guten Filters ist also die Oberfläche des Filtermaterials und die möglichst gleichemäßige und nicht zu schnelle Durchströmung des Materials mit frischem, sauerstoffhaltigen Wasser.

Stickstoffverbindungen entfernt man über den Teilwasserwechsel aus dem Aquarium.

 

Phosphor- und Siliciumverbindungen

Verbindungen des Phosphors, vor allem Phosphat, übernehmen wichtige Funktionen im Stoffwechsel aller Lebewesen. Energiereiche Phosphate spielen z.B. bei der Muskelarbeit eine wesentliche Rolle. Zum Aufbau des Knochengerüstes brauchen tierische Organismen Calcium und Phosphor, so auch Aquarienfische. Überfütterung, Verwendung phosphathaltiger Pflegeprodukte, wie z.B. Dünger für Zimmerpflanzen, oder unsachgemäß aufgetautes Gefrierfutter kann für eine wahre Phosphatflut im Aquarium sorgen. Obwohl Phosphor (Phosphat) ein wichtiger Pflanzennährstoff ist, ist er in der Natur eher Mangelware. In unbelasteten Gewässern findet man Werte zwischen  0,001 und 0,01 mg/l, daran sind die Pflanzen angepasst.

Überschüssiges Phosphat nützt ihnen nicht, aber Algen nehmen es gerne an.

Das für Pflanzen ideale Verhältnis von Stickstoff und Phosphor ist 16 zu 1 ( “Redfieldverhältnis”). Auf Nitrat und Phosphat umgerechnet sind das 23:1. Diesem Verhältnis möglichst nahe zu sein, beugt Algenwachstum vor. Algen können Phosphat speichern, das heißt auch wenn es nicht mehr im Wasser messbar ist noch mit Vorräten aus früheren Überschüssen weiter wachsen.

Silizium ( Silikat)

Silizium ist eines der häufigsten Elemente auf der Erde. Bei der Verwitterung von Silikatgesteinen gelangt Silizium in Form von Silikat in Oberflächen- und Grundwasser. Leitungswasser enthält deshalb je nach Beschaffenheit des Untergrundes der betreffenden Region verschieden hohe Gehalte an gelöstem Silikat. Gehalte bis 40 mg/l, selten auch mehr können im Leitungswasser gefunden werden. Von aquaristischer Bedeutung ist Silizium als Nährstoff für Kieselalgen (Diatomeen), einiger Wasserpflanzen (z. B. Hornkraut) sowie Kieselschwämmen und manchen anderen Wirbellosen. Nach der Neueinrichtung oder Teilwasserwechsel treten in Aquarien braune Beläge durch Kieselalgen auf. Sie verschwinden, wenn das Aquarium eingefahren und genügend Konkurrenz durch andere Algen und Mikroorganismen entstanden ist.

 

Schwermetalle

Im Wasser gelöste Schwermetalle können katastrophale Auswirkungen auf alle Wasserlebewesen haben. Dank europaweiter strenger Vorschriften über Höchstgehalte gefährlicher Schwermetalle im Trinkwasser ist die “Gefahr aus der Leitung” sehr gering. Bleiband an Pflanzen gehört nicht ins Aquarium. Kupfer kann oft durch die Verwendung von Kupferrohren in Hausinstallationen oder durch Warmwasserboiler nachträglich ins Leitungswasser geraten. Dies gilt besonders für neu verlegte Rohre und neue Geräte. Mit der Zeit bildet sich eine isolierende Kalkschicht im Inneren der Rohre, die eine Lösung von Kupfer nahezu verhindert. Schwermetalle können über lange Zeit gefahrlose Depots bilden, die durch Änderung von Wasserparametern (ph-wert, CO2-Anlage) plötzlich in Lösung übergehen und zu akuten Vergiftungen führen können.

 

Das Zusammenspiel von ph, KH und CO2

Zunächst nochmal die Grundlagen:

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Die KH besteht unter Anderem aus Calciumhydrogencarbonat. Wenn wir den Begriff zerlegen, kommen wir auf Kalzium, Wasserstoff (hydrogen), Kohlenstoff (carbo) und Sauerstoff (das steckt begrifflich in dem -nat drin). Die chemische Formel ist Ca(HCO3)2.

Der pH-Wert gibt an, ob zu viel H- Atome da sind (pH unter 7, sauer) oder zu wenig (dann ist der pH über 7, es gibt Hydroxidionen statt Wassermolekülen).

CO2 (Kohlenstoff plus zwei Sauerstoffatome) ist in der Luft enthalten und wird von Pflanzen gebraucht, von Fischen und organischen Abbauvorgängen produziert.

KH, pH und CO2 stehen immer in einem festen Verhältnis zueinander, sie diese Tabelle:


dKH

pH 2 4 6 8 10 12 14 16 18
6.2 42 83 123 166 207 245 290 331 373
6.3 33 66 97 132 164 195 230 263 297
6.4 27 52 77 105 131 155 183 209 236
6.5 21 42 61 83 104 123 145 166 187
6.6 17 33 49 66 82 98 115 132 149
6.7 13 26 39 52 65 78 92 105 118
6.8 11 21 31 42 52 62 73 83 94
6.9 8 17 24 33 41 49 58 66 74
7.0 7 13 19 26 33 39 46 52 59
7.1 5 10 15 21 26 31 36 42 47
7.2 4 8 12 17 21 24 29 33 37
7.3 3 7 10 13 16 19 23 26 30
7.4 3 5 8 10 13 15 18 21 23
7.5 2 4 6 8 10 12 14 17 19
7.6 2 3 5 7 8 10 11 13 15
7.7 1 3 4 5 7 8 9 10 12
7.8 1 2 3 4 5 6 7 8 9
7.9 1 2 2 3 4 5 6 7 7
8.0 1 1 2 3 3 4 5 5 6
8.1 1 1 1 2 3 3 4 4 5
8.2 0 1 1 2 2 2 3 3 4

Verwendung der Tabelle

  • Bestimmen zunächst die Karbonathärte (typischerweise mit Hilfe eines Tropfsets).
  • Legen den gewünschten CO2-Pegel fest (gering: 3 – 5 mg CO2/l;  medium: 6 – 14 mg CO2/l, viel: 15 – 30 mg CO2/l).
  • Wenn dein Wasser z. B. eine Karbonathärte von 12 °dKH hat, muss die CO2-Zufuhr justiert werden, bis der pH-Wert zwischen 7,5 und 7,8 liegt.
CO2 HCO3 CO3_400
Der Zusammenhang geht teilweise aus der Abbildung rechts hervor. Bei einem niedrigen pH-Wert werden Bikarbonat (HCO3) und Karbonat (CO3) zu CO2. Im neutralen pH-Bereich wird das meiste in HCO3 umgewandelt, während bei einem hohen pH-Wert CO3 dominiert. Durch die Einstellung des pH-Werts kann man also den CO2-Gehalt im Aquarium regulieren. Quelle: Tropica

Wenn man also einen Wert ändert, passen sich die anderen an. Beispiel: Man hat eine KH von 6 und pH von 7,4, daraus ergibt sich ein CO2 Gehalt von 7 mg/l. Das ist relativ wenig, die Pflanzen, die CO2 brauchen, “hungern”.

Wenn man nun mit einer CO2 Anlage CO2 einbringt und z.B. auf 17 erhöht, folgt der pH-Wert und stellt sich auf 7,1 ein. Bei Wässern mit Karbonathärten über 8 °dKH ist eine Senkung der Karbonathärte auf 4 °dKH sinnvoll, da sonst sehr viel CO2 gebraucht würde, um den pH-Wert auf 7 zu senken und die Fische darunter leiden, ja sogar vergiftet werden können.

Andersherum kann man auch den pH-Wert mittels Säuren senken (Vorsicht, gefährlich!), dann folgt der CO2 Gehalt automatisch (CO2 wird über die Wasseroberfläche aus der Luft aufgenommen).

Die Härte kann man über Filterung über Korallenbruch oder Zugabe von Aufhärtern aus dem Handel erhöhen.

Das Enthärten von Leitungswasser ist komplizierter als die Erhöhung der Wasserhärte. Es gibt im Prinzip nur zwei Verfahren, die aquaristisch sinnvoll sind, der Ionenaustausch und die Umkehrosmose.

Beim Ionenaustauscher werden bestimmte Ionen gegen andere ausgetauscht, wodurch die Wasserhärte verschwindet. Zentraler Teil solcher Anlagen sind bestimmte Kunstharze mit Austauschereigenschaft, über die das Wasser wie über einen Filter geleitet wird.

Nach Erschöpfung müssen die Harze mit Salzsäure (Entkarbonisierung) oder mit Salzsäure und Natronlauge (Vollentsalzung) regeneriert werden.

Bei der Umkehrosmose wird durch den im Leitungsnetz herrschenden Druck das Wasser gegen eine Membran gedrückt, die praktisch wie ein mikrofeines Sieb annähernd alles zurückhält, was größer ist als das reine Wassermolekül. Ein geringfügiger Restsalzgehalt, je nach Eingangswasserqualität, bleibt jedoch erhalten.

Der Wirkungsgrad der Umkehrosmose-Anlage hängt vom Wasserdruck und der Temperatur ab. Er liegt bei einem Leitungswasserdruck von etwa 4 bar bei etwa 20 bis 40%. Das heißt, aus 100 Liter Wasser erhält man 20 bis 40 Liter entsalztes Wasser (Permeat) und 60 bis 80 Liter Restwasser mit erhöhtem Salzgehalt (Konzentrat), das in den Abfluss läuft.

Die Anschaffung einer Umkehrosmoseanlage ist sinnvoll, wenn ein kontinuierlicher Wasserbedarf vorhanden ist, da sie möglichst permanent in Betrieb sein sollten, um die Membran zu schonen.

 

Plant Care System 60 - scientific test
Die Zufuhr von CO2 führt zu einem besseren Pflanzenwachstum und mehr Sauerstoff im Aquarium. Die Abbildungen zeigen, wie Kohlendioxid (CO2) morgens in die Kammer im Aquarium zugeführt wird, sich im Wasser auflöst und danach von den Pflanzen aufgenommen wird. Durch die CO2-Zufuhr gedeihen die Pflanzen und produzieren zur Freude aller Tiere im Aquarium mehr Sauerstoff (O2). Quelle: Tropica
Biogene Entkalkung

Um Kalk als Hydrogencarbonat in Lösung zu halten, wird CO2 gebraucht. Wenn zu wenig CO2 zu Verfügung steht (bei hohen pH-Wert), fällt er als unlöslicher einfach kohlensaurer Kalk aus und lagert sich als harter, weißlicher Belag an Pflanzen ab.

Bei CO2 Mangel können einige Pflanzen sich außerdem Kohlenstoff statt aus CO2 aus dem Hydrogenkarbonat heraus holen. Dabei entsteht aber ungünstigerweise OH-, der Verursacher für einen hohen pH-Wert, sprich der pH-Wert steigt, während die KH sinkt. Wenn keine KH mehr da ist, kann es zu einem gefährlichen plötzlichen pH Sturz kommen, da KH als Puffer wirkt, der pH Schwankungen ausgleicht. Bemerkt man also Kalkablagerungen auf den Pflanzen, sollte man diese Werte im Auge behalten.

 

 

Quellen: JBL Broschüre “Biotopgerechtes Aquarienwasser”, wikipedia, ZZF, aquamax

Bilder: Tropica, Birthe Jabs