Eine gut funktionierende biologische Filterung ist das A und O für gesundes Aquariumwasser und schafft somit einen optimalen Lebensraum für Fische und Pflanzen. Die dafür verantwortlichen mikrobiologischen Prozesse sind insbesondere die Nitrifikation und eine durch nützliche Mikroorganismen gezielt unterstützte Denitrifikation im Süß- und Salzwasser.
Wie läuft der Prozess der Nitrifikation im Aquarium ab?
Aus dem Eiweiß-Stoffwechsel der Fische und anderer Abbauprozesse, die durch Futter- und Pflanzenreste entstehen, gelangt ständig Ammonium bzw. Ammoniak ins Aquariumwasser. Ohne einen intakten biologischen Abbau käme es schnell zu einer Anreicherung von giftigem Ammoniak. Die insbesondere im Aquariumfilter lebenden nitrifizierenden Bakterien sorgen für den schnellen Abbau des giftigen Ammoniaks und Ammoniums, das zunächst zu ebenfalls giftigem Nitrit und schließlich zu unbedenklichem Nitrat abgebaut wird. Dieser Prozess stellt die erste Stufe des Stickstoffkreislaufes dar (siehe Abbildung) und schafft gesunde Wasserverhältnisse sowie einen biologisch aktiven Lebensraum für die Aquarienbewohner. Das so entstandene Nitrat ist zwar für Fische ungiftig und ein wichtiger Pflanzennährstoff, dient aber zugleich auch den Algen als Nahrung. In der Regel steigt der Nitratanteil im Aquariumwasser mit der Zeit an, wenn nicht entsprechende Pflegemaßnahmen durchgeführt werden, z.B. regelmäßige Wasserwechsel. Ist die Nitratkonzentration zu hoch, kommt es somit leicht zu unerwünschtem Algenwachstum.
Hier kommt die Denitrifikation ins Spiel, wie funktioniert sie?
Die sogenannte Denitrifikation sorgt als zweite Stufe des Stickstoffkreislaufes für Abhilfe, d.h. sie reduziert Nitrat. Diese Arbeit leisten spezielle Nitrat-abbauende Mikroorganismen, sogenannte Denitrifikanten: Sie bauen das Nitrat zu molekularem Stickstoff ab. Damit steht es nicht mehr als (Algen)Nährstoff zur Verfügung. Der biochemische Prozess der Denitrifikation ist schon lange bekannt. Die bisherige Annahme: Die Denitrifikation findet nur in sauerstofffreiem bzw. sauerstoffarmem Aquarienwasser statt. Diese Voraussetzung für einen nennenswerten Nitratabbau kann in einem motorbetriebenen Aquarienaußenfilter nur durch eine extrem verlangsamte Durchströmung des Wassers erzielt werden. Dies würde aber den parallel ablaufenden Nitrifikationsprozess zerstören, da die nitrifizierenden Filterbakterien viel Sauerstoff und somit einen schnellen Wasserdurchfluss benötigen.
Inwiefern kann ein spezielles Filtermaterial die Denitrifikation unterstützen?
Das spezielle Filtermaterial, welches in handelsüblichen Außenfiltern eingesetzt werden kann, ist ein Polymer. Es stellt die ideale Oberfläche zur Bildung des Biofilms dar, auf dem sich die denitrifizierenden Bakterien ansiedeln. Das Substrat selbst besteht aus leicht verfügbarem Kohlenstoff, der den Denitrifikanten als Nahrungsquelle dient. Sie verstoffwechseln diesen Kohlenstoff zusammen mit dem Sauerstoff aus dem Nitrat. Auf diese Weise wird das Nitrat über einige Zwischenschritte in gasförmigen Stickstoff umgewandelt, steht damit nicht mehr als (Algen)Nährstoff zur Verfügung und entweicht als Gas aus dem Aquarienwasser. Das Nitrat im Wasser wird abgebaut bzw. sein Gehalt kann erst gar nicht ansteigen.
Mikrokosmos Biofilm
In einem Aquarium bildet sich an vielen Stellen ein Biofilm, bspw. auf den Oberflächen von Filtermaterialien, im Filter selbst, aber auch auf Dekorationsgegenständen. Biofilme sind sehr heterogen aufgebaut. Somit sind auch die Umgebungsbedingungen in den unterschiedlichen Zonen des Biofilms sehr verschieden, z.B. bezüglich der Sauerstoff- und Nährstoffverteilung. In einem Biofilm siedeln sich die verschiedensten Mikroorganismen in dem für sie jeweils optimalen Bereich an, vermehren sich dort und dienen u.a. dem Abbau biologischer Abfälle. Wichtig ist es den denitrifizierenden Bakterien möglichst optimale Umgebungsbedingungen zu bieten, die gerne von ihnen besiedelt werden. Das Nitrat diffundiert aus dem Wasser durch den Biofilm hin zu den Denitrifikanten, die es dann unter sauerstoffarmen Umgebungsbedingungen zusammen mit dem Kohlenstoff des Mediums als Nahrung nutzen. Auf diese Weise bauen sie effektiv Nitrat ab und unterstützen aktiv das biologische Gleichgewicht im Aquarium.
Quelle: Tetra – Dr. Birgit Burg
