Schadstoffabbau im Aquarium

Die 2 Theorien zum Schadstoffabbau im Aquarium

Es gibt im Wesentlichen zwei grundsätzlich unterschiedliche Theorien zum Schadstoffabbau im Aquarium. Mit diesen Theorien hängt die Frage zusammen, wann und wie oft Wasser gewechselt werden muss.

Eine Theorie besagt, dass der biologische Abbau von Schadstoffen im Aquarium immer unvollständig bleiben muss. Schadstoffe müssen deshalb so schnell wie möglich durch Wasserwechsel aus dem Aquarium entfernt werden.

Anhänger dieser Theorie verwenden häufig Topffilter. Die üblicherweise verwendeten Topffilter sind zu klein und werden vom Wasser zu schnell durchströmt, um Schadstoffe schnell und vollständig abbauen zu können. Wird ein Topffilter nicht regelmäßig gepflegt, kann er schnell verstopfen. Um eine häufige Reinigung des Topffilters zu vermeiden, kann vor den Topffilter ein so genannter Anschwemmfilter oder Vorfilter eingesetzt werden. Das ist ein zweiter, kleinerer Filter, der dazu dient, grobe Bestandteile vor dem Topffilter auszufiltern. Der Anschwemmfilter wird häufiger gereinigt, während der Topffilter selten gereinigt wird, so dass sich dort eine stabile und wirksame Bakterienkultur aufbauen kann.

Durch regelmäßige Wasserwechsel wird die Gesamtbelastung des Aquariums durch organische Stoffe gering gehalten. Der Anstieg von Mineralstoffen und der Sauerstoffverbrauch bleibt niedrig.

Die andere Theorie geht davon aus, dass ein vollständiger biologischer Abbau der Schadstoffe im Aquarium möglich ist. Dieser Abbau wird mit technischen Maßnahmen unterstützt.

Verfechter diese Ansicht setzen groß dimensionierte Filter, z. B. Matten- oder Rieselfilter ein. Diese Filter werden langsam vom Wasser durchströmt und selten gereinigt. So entwickelt sich eine effektive Bakterienkultur, die Schadstoffe abbaut. Diese Aquarianer verlassen sich auf die Wirkung der Bakterien, die Schadstoffe abbauen. Der Filterschlamm wird möglichst wenig gestört, damit die Bakterien möglichst gut arbeiten. Eine Ausprägung hiervon sind die so genannten Altwasseraquarien, in denen nur selten Wasser gewechselt wird.

In so betriebenen Aquarien wird mehr Sauerstoff verbraucht. Aufgrund der geringeren Konzentration im Wasser gelöster organischer Stoffe, ist die Keimzahl im Wasser geringer. Die Mineralstoffe im Aquarium nehmen stark zu. Wasserwechsel dienen bei Bedarf dazu, den Anstieg der Mineralstoffe zu begrenzen.
Am kristallklaren Wasser solcher Aquarien, ohne Gelbstich, erkennt man, wie schnell Huminstoffe in solchen Aquarien verschwinden. Aquarianer, die Fische aus Klarwassergebieten bzw. aus Gewässern mit einer Mischung aus Klar- und Schwarzwasser mit hohem Gehalt an Huminstoffen pflegen, geben deshalb oft Torf- oder Teeextrakt in das Wasser, um Huminstoffe einzubringen.

Die Theorie des unvollständigen Schadstoffabbaus

Nach dieser Theorie muss unbedingt verhindert werden, dass sich zu viele gelöste Stoffe im Aquarienwasser ansammeln. Es ist gleich, ob es sich um gelöste organische Stoffe oder um Mineralstoffe handelt. Nur mit regelmäßigen Wasserwechseln kann verhindert werden, dass sich zu viele Stoffe im Wasser anreichern. Auch das beste Filtersystem macht Wasserwechsel nicht überflüssig.

Einem Aquarium werden ständig neue Stoffe zugeführt, z. B. Futter. Durch chemische und biologische Prozesse werden diese Stoffe in ein Endprodukt umgewandelt. Diese Endprodukte sammeln sich, bis sie durch Wasserwechsel entfernt werden, oder sie müssen in einen Kreislauf gegeben werden, in dem sie selbst weiter verarbeitet werden. Die Ansammlung schwer abbaubarer organischer Stoffe im Aquarium zeigt sich darin, dass das Wasser mit der Zeit gelblich wird, auch wenn keine Wurzeln im Aquarium sind, die abfärben.

Ein solches Endprodukt ist Nitrat. Unter ungünstigen Umständen kann Nitrat wieder in den Nitrifikationskreislauf aufgenommen und zu Nitrit reduziert werden. Wenn Nitrat nicht als Endprodukt durch Wasserwechsel entfernt wird, muss Nitrat wieder in den Kreislauf eintreten. Möglicherweise wird dann Nitrit zum neuen Endprodukt.

Statt als Endprodukt sieht man die entstehenden Stoffe bei diesen Kreisläufen besser als eine Art “Stau” an, durch den von einem Stoff zuviel erzeugt wird. Die Umwandlung von Harnstoffen zu Nitrat durch Oxidation geht relativ schnell vonstatten, während die Reduktion zu Luftstickstoff langsam abläuft. Es entsteht ein Nitratstau. Dieser Stau wird durch Wasserwechsel beseitigt. In nicht eingefahrenen Aquarien entsteht ein entsprechender Stau schon beim Nitrit, der bekannte und gefürchtete Nitritpeak.

Das Beispiel kann auf alle anderen Kreisläufe im Aquarium übertragen werden. Wie immer solche Kreisläufe weitergedacht werden, es entstehen durch die ständige Zufuhr neuer Stoffe irgendwann Stoffe, die mit der Zeit in zu hoher Konzentration vorliegen.

Ein stabiler Kreislauf kann im Aquarium nur entstehen, wenn unerwünschte Neben- oder Endprodukte regelmäßig durch Wasserwechsel entfernt werden. In einer extremen Sicht wird Mulm und Filterschlamm als Schmutz angesehen, der regelmäßig entfernt werden muss. Zur Ansiedlung von Bakterien bleiben auch nach Entfernung der groben Teile genug Teilchen im Aquarium.

Die Theorie des vollständigen Schadstoffabbaus

In einem eingefahrenen Aquarium mit biologisch effektiver Filterung werden die im Wasser gelösten organischen Stoffe vollständig abgebaut. Es sammeln sich keine gelösten organischen Stoffe an. Mulm und Filterschlamm vermehren sich nicht endlos. In Filterschlamm und Mulm befindet sich ein großer Teil der organischen Stoffe. Diese werden sehr langsam zu humusartigen Stoffen abgebaut. Diese werden noch langsamer weiter abgebaut.

Zahlreiche Prozesse verhindern, dass die Konzentration anorganischer Stoffe linear zunimmt. Wasserwechsel sind in einem so funktionierenden Aquarium nicht erforderlich. Ausnahme sind Aquarien, in denen anspruchsvolle, d. h. lichtbedürftige, Stängelpflanzen gepflegt werden. Diese benötigen einen wöchentlichen Wasserwechsel von 25 % oder mehr.

Schwer abbaubare Fulvosäuren stehen in solchen Becken mit wasserunlöslichen Huminstoffen im Gleichgewicht. Deshalb reichern sich Fulvosäuren nur bis zu einer bestimmten Grenzkonzentration an.

Ein großer Teil der Mineralisation betrifft nicht im Wasser gelöste Stoffe, sondern suspendierte Stoffe. Diese Stoffe werden von Bakterien besiedelt und abgebaut. Der Abbau suspendierter Stoffe dauert wesentlich länger als der Abbau gelöster Stoffe. Während gelöste Stoffe in einigen Stunden abgebaut werden, werden suspendierte Stoffe über Wochen abgebaut. Da beim Abbau gelöster Stoffe suspendierte Stoffe entstehen und umgekehrt, hängen beide Arten des Abbaus zusammen.

Wenn Filterschlamm und Mulm regelmäßig aus dem Aquarium entfernt werden, steht dem Abbau suspendierter Stoffe jedoch nur eine begrenzte Zeit zur Verfügung.

Wie wirksam ein Filter arbeitet, kann daran erkannt werden, wie schnell die Zwischenprodukte aus der Mineralisation entstehen und verschwinden, z. B. Ammonium und Nitrit. Je leistungsfähiger der Filter ist, desto weniger Bakterien befinden sich im freien Wasser, desto geringer ist also die Keimzahl.

Durch die Mineralisation reichern sich im Wasser gelöste Mineralstoffe an, wenn sie nicht durch Pflanzen verbraucht werden, durch Ausfällung in den Schlamm übergehen oder umgewandelt werden, wie Nitrat durch Denitrifikation.

Die wichtigsten Endprodukte im Aquarium sind Kohlendoxid und Wasser. Nitrat reichert sich nur dann an, wenn die Pflanzen nicht genug Nitrat verbrauchen oder einlagern und wenn die Nitratatmung bei den Fäulnisvorgängen im Mulm und Filterschlamm nicht genug Nitrat verbraucht. Weitere wichtige Stoffe die entstehen sind Phosphat, Kalium, Härtebildner, Sulfat und Spurenelemente. Auch diese Stoffe sammeln sich nur bis zu einem bestimmtem Grenzwert an, da sie oder die aus ihnen entstehende Stoffe durch schnellwachsende Pflanzen oder Fäulnisvorgänge verbraucht werden. Nitrit reichert sich nur an, wenn nicht genug Bakterien vorhanden sind, die Nitrit oxidieren. Das ist vor allem in neuen oder in gründlich gereinigten Aquarien der Fall. Diese Bakterien vermehren sich nur langsam. Sie teilen sich etwa einmal am Tag.

In einem ca. 3 Wochen lang eingefahrenen Aquarium, findet eine vollständige Nitrifikation bis zum Nitrat statt. Ist genug Filterschlamm und Mulm vorhanden, sind auch genug Bakterien zum Schadstoffabbau vorhanden.

Im Aquarium entstehen keine Kreisläufe, sondern Reaktionsketten. Evtl. kann bei der Assimilation und der Atmung von einem Kohlendioxidteilkreislauf gesprochen werden. Im Aquarium gibt es sogar die Ammonifikation des Nitrats nur in Pflanzen und nicht im Filterschlamm oder Wasser.

Wirkliche Kreisläufe können nur in echten Altwasseraquarien entstehen. Auch dort entstehen Kreisläufe nur bei Pflanzeninhaltsstoffen.

Gelöste organische Stoffe werden vollständig abgebaut. Aus suspendierten organischen Stoffen entsteht ebenfalls eine Art Humus, dessen Menge bei nicht zu starker Belastung nicht weiter zunimmt. Im Endeffekt werden im Laufe der Zeit alle Stoffe mineralisiert.

Ist ausreichend Filterschlamm und Mulm vorhanden, sorgt die biologische Wasserreinigung dafür, dass die Belastung mit organischen Resten sehr gering ist. Dazu ist eine geeignete Filtertechnik erforderlich, z. B. Mattenfilter. Die Keimzahl im freien Wasser wird niedrig. Nach dem Füttern steigt der Nitritwert kaum an. Dieser biologische Schadstoffabbau kann durch Wasserwechsel nicht ersetzt werden. Regelmäßige Wasserwechsel sind eine einfache Maßnahme um ein Aquarium schadstofffrei zu halten, aber nicht die einzige. Einige Bakterienarten können in einem Aquarium mit regelmäßigen Wasserwechseln nicht wirksam werden, weil ihnen durch die Wasserwechsel die Nahrungsgrundlage entzogen wird. Aus diesem Grund veralgen und verschlammen vernachlässigte Aquarien nach einigen Wochen. Einige Wochen später klären sie sich jedoch häufig, wenn die Bakterien wirksam werden.

Die Bedeutung des Mulms

Mulm ist ein wichtiger Bestandteil eines Aquariums. Wie Filterschlamm besteht Mulm aus unlöslichen organischen Stoffen, anorganischen Stoffen, Bakterien und Kleinstlebewesen, die Bakterien fressen. Mulm übernimmt deshalb einen Teil der Arbeit des Filterschlamms, wenn der Mulm nicht ständig gestört bzw. entfernt wird. Im Mulm findet eine Nitratatmung statt, die zu niedrigen Nitratwerten auch in ungepflegten Aquarien führen kann.

Eine starke Mulmbildung kann darauf hindeuten, dass der Filter zu klein bzw. die Belastung des Aquariums zu hoch ist.

Im Mulm enthaltene organische Stoffe sind z. B. die Pflanzenbestandteile Zellulose, Hemizellulosen und Lignin. Dazu kommen aus dem Fischfutter Faserproteine. Ebenfalls enthalten ist Material aus den Zellwänden von Pflanzen, Tieren und Bakterien, z. B. Chitin. Diese und viele andere enthaltene Teilchen werden von Bakterien besiedelt. Die Bakterien sondern Enzyme ab, die Mulmteilchen zerlegen und letztendlich mineralisieren. Als Endprodukt entstehen Humusstoffe. Diese Humusstoffe werden langsam abgebaut. Humusstoffe bilden im Aquarium ein Puffersystem, indem sie vor allem Kationen absorbieren.

Mulm enthält zahlreiche Nährstoffe, die Bakterien, Kleinstlebewesen und auch Garnelen als Nahrung dienen. Diese Bakterien sind ein wichtiger Bestandteil des Aquarienklimas. Der Mulm ist wie der Filterschlamm Bestandteil des Aquariums.

Im Mulm enthaltene anorganische Stoffe sind Phosphate von Kalzium und Schwermetallen, Schwermetallhydroxide und Schwermetallkarbonate.

Kleinstlebewesen im Mulm sind z. B. Pantoffeltierchen und evtl. Würmer, Hüpferlinge und kleinste Schnecken.

Fulvosäuren

Fulvosäuren bestehen aus relativ großen Molekülen und Kolloiden. Sie lösen sich deshalb nur begrenzt in Wasser. Die maximale Konzentration beträgt einige 10 mg/Liter Wasser. Die Farbe ist abhängig vom pH-Wert. Wie Tee mit Zitronensaft aufgehellt werden kann, kann dies auch mit Wasser aus Niedermooren gemacht werden. Wasser aus Niedermooren hat im Vergleich zu Wasser aus Hochmooren einen hohen pH-Wert. Die Färbung des Wassers gibt also keine Auskunft über die Konzentration an Fulvosäuren im Wasser.

Fulvosäuren sind biologisch schwer abbaubar. Beim Abbau entstehen Lignin, Chinin und neue Fulvosäuren.

Fulvosäuren wirken wie ein Chelator und binden Schwermetalle im Mikrogrammbereich. Die Wirkung also nicht so gut wie z. B. EDTA.

Fulvosäuren sind unschädlich. Durch die Verfärbung des Wassers filtern sie Licht. Die Auswirkungen der Abdunklung auf Pflanzen werden aber häufig übertrieben dargestellt.

Nitrat und Nitratfilter

Ob Nitrat als alleiniger Faktor oder nur zusammen mit anderen Stoffen schädlich ist, ist unklar. Während ein Teil der Aquarianer möglichst niedrige Nitratwerte anstreben, ist der Nitratwert für andere Aquarianer nicht so wichtig. Nitrat muss nicht zwangsläufig zu Problemen führen. Auch Aquarien mit höheren Nitratwerten können gut funktionieren. Manche Aquarien funktionieren trotz eines niedrigen Nitratwertes von 20 mg/Liter nicht, während einige Aquarien mit 200 mg/Liter funktionieren.

Der Einsatz von Nitratfiltern ist umstritten. Für Vertreter der Theorie des unvollständigen Schadstoffabbaus täuschen Nitratfilter darüber hinweg, dass sich im Aquarium auch andere Schadstoffe ansammeln. Wenn aufgrund eines Nitratfilters keine Wasserwechsel mehr gemacht werden, können kritische Situationen entstehen, wenn sich andere Stoffe zu stark angereichert haben.

Für die Vertreter der Theorie des vollständigen Schadstoffabbaus sind Nitratfilter geeignet, um zu hohe Nitratwerte abzubauen, da sich andere Stoffe nicht zwangsläufig anreichern.

Zumindest zur Kontrolle des Nitratwerts in bestimmten Situationen können Nitratfilter geeignet sein. Bei der Zucht empfindlicher Fischarten können häufige Wasserwechsel störend sein und die Laichbereitschaft verringern. Die Fische müssen dennoch gut gefüttert werden, verlangen aber oft nach bestimmten Wasserwerten mit wenig Nitrat. Bei Jungfischen kann zu viel Nitrat zu Wachstumsstörungen, teilweise sogar zu Missbildungen und Verkrüppelungen, führen. Nitratfilter sind eine Möglichkeit, den Nitratwert ohne Wasserwechsel niedrig zu halten. Für ein normales Aquarium sind Nitratfilter eher überflüssig.

Die Praxis im Normalaquarium

Die weitaus meisten Aquarien sind Becken mit 60 bis 240 Litern Inhalt. Viele dieser Aquarien haben einen Bodengrund mit gebrochenem Quarzkies und eine Bodenheizung. Dazu kommt ein relativ kleiner Innen- oder Außenfilter. Häufig sind diese Aquarien stark besetzt. Schadstoffe können in solchen Aquarien nicht vollständig biologisch abgebaut werden.

Selbst für erfahrene Aquarianer dauert es unter Umständen Jahre, bis ein Aquarium so stabil ist, dass ein vollständiger biologischer Schadstoffabbau möglich ist.

Es gibt keine eindeutigen Anhaltspunkte mit denen frühzeitig festgestellt werden kann, zu welchem Typ ein bestehendes Aquarium gehört. Nur erfahrene Aquarianer sind in der Lage rechtzeitig zu erkennen, wann ein Aquarium in einen kritischen Zustand gerät um dann gezielt einzugreifen. In Diskussionen über Altwasseraquarien zeigt sich immer wieder, dass sich Wasserwechsel zwar hinauszögern lassen, aber letztendlich doch notwendig werden.

Stickstoffkreislauf

Im Stickstoffkreislauf werden die im Aquarium anfallenden Schadstoffe zersetzt.
Aus organischen Resten, wie Futterresten, Pflanzenresten, Kot und Urin entstehendes Ammonium und Ammoniak wird von Bakterien der Art Nitrosomonas zu Nitrit abgebaut. Nitrit wird von Bakterien der Art Nitrobacter weiter zu Nitrat abgebaut.
Das entstandene Nitrat wird von Pflanzen und Algen als Nährstoff verwertet. Überschüssiges Nitrat, das von Pflanzen nicht verbraucht wird, sollte aus dem Aquarium entfernt werden, damit sich Algen nicht zu stark verbreiten.