Ekologie rostlinného akvária

V mantinelech zdravého rozumu a kritického myšlení

611
Publikováno: 01.02.2014, Aktualizováno: 29.01.2017

Akvarijní filtrace

Komentář 2018

Používání biologických filtrů v rostlinných akváriích je podle mého názoru dosti sporná záležitost. Jejich vliv na rostlinné akvárium totiž není vždy pozitivní. Za určitých okolností může sice filtr čistotu vody do určité míry zlepšit, ale stejně tak se může stát i jejím trvalým "degradátorem". Filtry se totiž často ucpávají, a v takovém případě pak fungují spíše jako lapače některých živin (především fosforu a železa) a zároveň producenti jiných (např. dusičnanů či rozpuštěných organických látek). Z tohoto důvodu se domnívám, že ideální je udržovat v akváriu co nejčistší vodu (chudou na živiny a rozpuštěné organické látky). Bude-li v akvárijní vodě minimum odpadních látek, odpadne potřeba ji pomocí filtrace čistit. Jelikož ale organické odpadní látky budou v akváriu vznikat vždycky, hlavním úkolem filtrace by mělo být především efektivní odstraňování rozpuštěných organických látek. K tomuto účelu se výborně hodí aktivní uhlí. Se vším ostatním se rostlinné akvárium vypořádá samo. Takže abychom udrželi v akváriu extra čistou vodu, je dobré minimalizovat produkci odpadních látek (tj. mít v akváriu jen malé množství ryb), maximalizovat jejich spotřebu (tj. mít v akváriu co nejvíce různých druhů rostlin) a pomocí aktivního uhlí odstraňovat z vody všechny rozpuštěné organické látky.

V přírodě mají rostliny i ryby zpravidla neomezený zdroj vody, v níž mohou žít. Jezery, řekami a potoky neustále protéká čistá, svěží voda (k jejíž očistě přispívají i deště). Nicméně ve svých akváriích nabízíme našim rostlinným a živočišným přátelům jen uzavřený systém s omezeným množstvím vody. Díky tomu nemají zpravidla rostliny a živočichové v našich akváriích tak čistou vodu jako v přírodě, a ve většině případů se navíc kvalita vody v důsledku rostlinných i živočišných odpadních produktů (tlející listy rostlin, produkty fotosyntézy, výkaly ryb, močovina, nespotřebované krmivo apod.) postupně zhoršuje. Abychom udrželi vodu v akváriu rozumně čistou – vhodnou pro život rostlin a živočichů – je třeba podniknout určité kroky, které nám s její očistou pomohou.
Filtrace se stala pro akvaristy natolik samozřejmou, že o ní v podstatě nikdo nepřemýšlí. Prakticky v každém druhém článku o akvarijní filtraci se dočteme o potřebě používání výkonné filtrace s dostatečně velkou (rozuměj 'co největší') kapacitou pro biologické odbourávání zplodin (především organických sloučenin).

Čištění vody v akváriu

Proč je třeba vodu v akváriu čistit?

Rozpracovat ...

Způsoby čištění vody

Vodu v akváriu je možné čistit:
  1. Mechanicky → odstranění tuhých odpadních látek
  2. Jedná se v podstatě o prostý sběr odpadních částic z vody bez jakéhokoli chemického či biologického efektu.
    → Výměny vody
    → Mechanická filtrace
  3. Chemicky → absorpce a adsorpce škodlivých molekul do pryskyřice či jiného média
  4. Zde jsou odpadní částice chemicky vázány ('přilípnuty') k filtračnímu substrátu.
    → Chemická filtrace (aktivní uhlí, zeolit, purigen, iontoměničové pryskyřice, elektrolýza, UV záření)
  5. Biologicky → bakteriální rozklad (či spotřeba) odpadních látek
  6. Jedná se bakteriální rozklad složitých organických sloučenin na jednodušší sloučeniny nebo prvky (živiny).
    → Bakterie (autotrofní a heterotrofní)
    → Biologická filtrace
    → Rostliny
Nejčastěji používané filtrační materiály:
→ biomolitan
→ keramické materiály (sintrované sklo)
→ přírodní materiály (zeolit, lávová drť, pálený jíl)

Výhody a nevýhody jednotlivých způsobů

  1. Filtr
  2. zajišťuje mechanickou, chemickou a biologickou filtraci (nitrifikaci a částečnou mineralizaci)
    slouží jako 'lapač' živin (především železa a fosforu)
    keramická filtrační média rychle zarůstají bakteriemi a následně fungují jen na povrchu, případně v jejich ucpaných pórech probíhají nežádoucí anaerobní procesy (narůstají v nich kolonie heterotrofních bakterií)
    Intenzita zarůstání biofiltru heterotrofními bakteriemi je závislá na dotaci organických látek do biofiltru a přímo ovlivňuje nutnost jeho čištění. Heterotrofní bakterie zarůstají ponořený biofiltr až do téměř absolutního ucpání. Ucpání filtrační jednotky minimalizuje průtok vody jednotkou a omezí přísun kyslíku aerobním nitrifikačním bakteriím (nejen ucpáním, ale i přerostením). Tím dojde k omezení intenzity jejich metabolismu a účinnosti biologické filtrace. Přerostení nitrifikačních bakterií heterotrofními je dáno rychlostí jejich růstu. Heterotrofní bakterie jsou schopny svou biomasu denně znásobit až 4.7x, nitrifikační bakterie pouze 0.76x (nitritační) respektive 0.65x (nitratační). Poměr přísunu organických látek (C/N) do biofiltru vyšší než 4 způsobuje omezení nitrifikace. CHSKCr na přítoku do biofiltru by mělo být co nejnižší, ale nemělo by klesat pod 2 mg/ℓ. Přirozený náběh nitrifikace, neovlivněný inokulací (bioaugmentací) trvá od 4–6 týdnů do 2 měsíců v závislosti převážně na teplotě vody. Pokud chceme tento proces urychlit, existuje na trhu několik různých produktů, které jsou pro tento účel určeny (otázkou je ovšem jejich složení a účinnost, kterou zatím nemáme u většiny přípravků ověřenu). Z některých testů vyplývá, že při teplotách kolem 18–20°C je při použití některých přípravků možno dobu náběhu biofiltru do plné nitrifikace zkrátit na 14 dní.
  3. Rostliny
  4. Výměny vody

Rozepsat ...

Biologická filtrace

Definice a funkce

V akvaristice se používají tři druhy filtrace: biologická, mechanická a chemická, přičemž ta biologická je považována za nejdůležitější.

Biologická filtrace se definuje jako 1) mineralizace organických dusíkatých sloučenin, 2) nitrifikace a 3) denitrifikace pomocí bakterií ponořených ve vodě nebo přichycených k substrátu či filtračním médiím.

SPOTTE, Stephen H. Fish and invertebrate culture: Water management in closed systems (1970).

Hlavními skupinami bakterií přítomných v rostlinných akváriích jsou heterotrofní a autotrofní bakterie, přičemž ty heterotrofní jsou zde zastoupeny výrazně početnější skupinou. Heterotrofní bakterie využívají organické dusíkaté sloučeniny vyměšované živočichy jakožto zdroj energie a přeměňují je na jednodušší sloučeniny, jako například amoniak. Mineralizace těchto organických látek je prvním stádiem v biologické filtraci. Dochází k němu ve dvou krocích: amonifikace, což je chemický rozklad proteinů a nukleových kyselin, při němž vznikají aminokyseliny a organické dusíkaté báze; a deaminace, při níž se část organických látek spolu s některými produkty amonifikace přeměňují na anorganické sloučeniny. Příkladem tohoto druhého procesu je třeba rozklad močoviny za vzniku oxidu uhličitého (CO2) a neionizovaný amoniak (NH2). Jakmile jsou organické látky heterotrofními bakteriemi zmineralizovány, biologická filtrace se přesune do druhého stádia, kterým je nitrifikace. Nitrifikace je biologická oxidace amoniaku na dusitany a dusitanů na dusičnany pomocí autotrofních bakterií. Tyto organismy, narozdíl od heterotrofů, vyžadují jako zdroj energie anorganické látky a jako jediný zdroj uhlíku využívají oxid uhličitý. Hlavními druhy nitrifikačních bakterií v akváriích jsou rody Nitrosomonas sp. a Nitrobacter sp. Zatímco Nitrosomonas oxidují amoniak na dusitany, Nitrobacter oxidují dusitany na dusičnany. Třetím a posledním krokem v biologické filtraci je denitrifikace. Tento proces se definuje jako biologická redukce dusičnanů či dusitanů na oxid dusný nebo volný dusík. Denitrifikaci mohou provádět nejen heterotrofní, ale i autotrofní bakterie, a probíhat může nejen za anaerobních, ale i aerobních podmínek. Nicméně nutno podotknout, že denitrifikace prováděná heterotrofními bakteriemi za anaerobních podmínek je mnohem běžnějším jevem. Kromě toho při aerobní denitrifikaci, kdy bakterie využívají jako oxidační činidlo zároveň kyslík i dusičnany, vzniká mnohem častěji škodlivý vedlejší produkt oxid dusný. Mineralizace, nitrifikace a denitrifikace jsou součástí koloběhu dusíku. A zatímco jeho mechanismus je stejný v přírodě i v akváriu, jeho účinky už stejné nejsou. Živočichové chovaní v zajetí jsou mnohem více odkázáni na kvalitu a čistotu akvarijní vody, která se může výše uvedenými procesy snadno 'znečistit'.

Mineralizace však probíhá pouze v aerobním prostředí. Jakmile se detrit (odumřelý organický materiál) dostane do anaerobními prostředí, mineralizace se přeruší a začne probíhat tzv. humifikace, jejímiž produkty jsou především obtížně rozložitelné huminy, huminové kyseliny a fulvokyseliny. Ty není možné z vody odstranit biologickou filtrací, ale pouze filtrací chemickou (pomocí aktivního uhlí nebo speciálních syntetických materiálů jako Seachem Purigen), případně se dá jejich koncentrace zředit výměnou vody.

Základní druhy biofiltrů

Pomalá vs. rychlá filtrace ...
→ Hamburský rohožkový filtr
→ Zkrápěný (mokro-suchý) filtr
→ Kanystrový filtr
→ Vzduchovací (elementkový) filtr
→ Půdní filtr
Výhody vs. nevýhody (vliv na bakterie, detrit a živiny) ...

Péče o filtrační lože

Salinita

Už v roce 1938 vědci zjistili, že většinu mořských bakterií lze pěstovat i ve sladké vodě. Řada z nich je navíc schopná bez újmy přežít i přímý (náhlý) přechod z mořského do sladkovodního prostředí. Nitrifikační bakterie však mezi tyto vysoce adaptabilní druhy zrovna nepatří a na odlišné prostředí si musejí navykat postupně. Pokud dojde k prudké změně salinity, řada nitrifikačních bakterií uhyne a u těch, co přežijí, se výrazně zbrzdí metabolismus. Na kompletní adaptaci potřebují tyto bakterie obvykle několik dní. To platí i v případě vody obsahující chlór.

Povrch materiálu
Jen 0,002% všech bakterií v akváriu je nitrifikačních.
SPOTTE, Stephen H. Fish and invertebrate culture:
     Water management in closed systems
(1970).

Biologická filtrace souvisí úzce s bakteriemi. V pískové filtraci je celkem asi 18 miliónů bakterií na gram filtračního materiálu, přičemž autotrofních nitrifikačních bakterií je mezi nimi jen asi 425, což v přepočtu na procentuální zastoupení činí pouhých 0,002%. Většina akvaristů si myslí, že funkce biofiltru spočívá hlavně v přeměňování toxického amoniaku na netoxické dusičnany, neboli v nitrifikaci. Ve filtru se toho ale odehrává mnohem více, a nitrifikace je jen zanedbatelná část jeho skutečné funkce (viz oddíl "Bakterie v pískové filtraci" ve výše zmiňovaném článku o bakteriích.)

V odborné literatuře se rovněž uvádí, že ve filtru je asi 100x více nitrifikačních bakterií než ve vodě. Z toho plyne, že důležitou roli při nitrifikaci hraje množství dostupných povrchů pro přichycení bakterií. Existují také důkazy o tom, že i nahromaděný detrit představuje dodatečnou plochu pro nitrifikační bakterie, která se může na celkové nitrifikaci podílet až 25%. Při jednom experimentu odebrali vědci 1 g písku z vrchní vrstvy staršího substrátu a jemně ho propláchli v čisté vodě. V důsledku toho ztratil tento písek 40% své nitrifikační schopnosti. Následné proprání tuto schopnost snížilo ještě více. Při důkladném proprání ztratil písek dokonce 66% své nitrifikační schopnosti, a při druhém proprání přišel o dalších 14%. Tento experiment nám ukazuje dvě věci: 1) podstatná část nitrifikátorů je přichycena k detritu, a 2) důkladné propírání filtračních materiálů vede ke smývání přichycených bakterií. V horních vrstvách pískové filtrace se nachází asi 100 tisíc bakterií oxidujících amoniak a asi 1 milión bakterií oxidujících dusitany na 1 gram filtračního materiálu. V hloubce pouhých 5 cm už jejich populace klesla o 90%. Z toho tedy vyplývá, že mnohem důležitějším parametrem filtračního materiálu je jeho povrchová (okysličovaná) plocha a nikoli objem. Při akumulaci detritu a souvislém pokrytí povrchu příliš jemného či porézního filtračního materiálu dochází zase k narušení proudění, kdy pak voda teče cestou nejmenšího odporu. Výsledkem je nerovnoměrné okysličování a vznik anoxických oblastí, kde dochází k inhibici růstu aerobních bakterií.

Okysličení

Filtrační lože je jako obří, dýchající organismus. Pokud funguje správně, spotřebovává značné množství kyslíku. Mikrobiální spotřeba kyslíku v loži se nazývá BOD (z angl. Biological Oxygen Demand = biologická spotřeba kyslíku). Je-li hodnota této spotřeby kyslíku vysoká, naznačuje to přítomnost velké kolonie aerobních bakterií. Ve filtračním loži se nacházejí jak aerobní, tak anaerobní bakterie, ale v dobře provzdušňovaných systémech aerobní formy převládají. Anaerobní bakterie jsou přítomností kyslíku inhibovány, takže adekvátní cirukulace okysličené vody skrze filtrační lože je pomáhá udržet pod kontrolou. Pokud ale koncentrace kyslíku v systému klesne, přemnoží se anaerobové. Řada jejich metabolitů je toxická. Amonifikace i deaminace probíhají za anaerobních podmínek, ale jejich mechanismus a výsledné produkty jsou odlišné. V anaerobních podmínkách totiž převládají spíše fermentační než oxidační mechanismy. Během amonifikace je pak výsledkem spíše tvorba organických kyselin než zásad, spolu s oxidem uhličitým a amoniakem. Tyto látky, plus sirovodík, metan a několik dalších pak dávají udusanému (ucpanému) filtrovému loži charakteristický hnilobný zápach. Důležitá je i rychlost průtoku (angl. turnover rate) vody skrze filtrační lože, s čímž souvisí i výkon čerpadla. U půdních filtrů se místo čerpadla používá vzduchový kompresor (vzduchovací motůrek) se vzduchovacím kamínkem, který se umístí do spodní části výtokové trubice; probublávání vody zajišťuje její pohyb. Hlavním faktorem ovlivňujícím efektivitu výtlaku vody je procento ponoření výtokové trubice. Objem vzduchu nezbytný k provozu tohoto vztlakového filtru se zvyšuje s poklesem procenta ponoření výtokové trubice. Maximální účinnosti se dosahuje při 70% ponoření. Důležité je i dokonalé utěsnění fólie oddělující filtrační lože ode dna nádrže.

pH

Optimální pH pro průběh nitrifikace se pohybuje v rozmezí 7.1-7.8, přičemž pH 7.8 platí pro přeměnu amoniaku a 7.1 pro přeměnu dusitanů.

Teplota

Optimální teplota pro činnost nitrifikačních bakterií se udává kolem 30°C, ale bakterie jsou schopné fungovat v rozmezí -5 až 37°C. Z toho plyne, že teplota vody v akváriu by měla být nastavena především s ohledem na teplotní nároky ryb, protože výkyvy teplot nemají na nitrifikátory žádný vliv, ledaže se jim dočasně zpomalí metabolismus. Teplota vody je pro filtrační lože tím nejméně důležitým parametrem.

Toxické přípravky

Nitrifikaci může utlumit celá řada anorganických i organických sloučenin, včetně antibiotik, formaldehydu (formalínu) nebo mědi, ale také cigaretového kouře a insekticidů. Přestože jsou bakterie vysoce adaptabilní organismy, takže účinky různých sloučenin lze jen těžko předpovídat, neměly by se v akváriu používat žádné látky, jejichž neškodností si nejsme dokonale jisti. Většina chemických přípravků na ničení řas obsahuje měď, a řada přípravků na léčbu ryb zase antibiotika. Z tohoto důvodu není příliš vhodné (pokud to není nezbytně nutné) se k těmto přípravkům uchylovat. Pokud už musíte antibiotika k léčbě ryb použít, přelovte nemocné ryby do karanténní nádrže, kde aplikace antibiotik nebude tolik vadit.

Výpočet kapacity (zatížitelnosti) biofiltru

Důležitým aspektem biologické filtrace je její kapacita neboli zatížitelnost. Zatížitelnost se definuje jako zátěž či množství živočichů, které filtr dokáže zvládnout.

Pro výpočet nitrifikační kapacity biofiltru potřebujeme znát dvě věci:

  1. Teplotu filtrované vody (od toho si odvodíme potřebnou plochu filtračního materiálu)
  2. Plochu použitého filtračního materiálu

Filtrační plocha potřebná k nitrifikaci amonia z 1 kg krmiva:

Pro odbourání amoniaku vyprodukovaného z 1 kg krmiva dodaného do akvária je potřeba následující plochy filtračních materiálů:
Plocha (m2)Při teplotě
50-56,2515°C
40–4520°C
30-33,7525°C*
20–22,530°C
* běžná teplota v akváriu

Při každém poklesu teploty o 5°C klesá účinnost biologické filtrace (nitrifikace) o 25% a naopak.

Filtrační plocha vybraných filtračních materiálů:

Filtrační materiál (médium)PlochaNitrifikační kapacita
3ℓ média
Množství média nutné
k odbourání 1g krmiva
Předimenzovanost 3ℓ média
pro krmnou dávku 1g/den
Jednotka(m2/ℓ)(m2/m3)(kg krmiva/den)(mℓ)(-krát)
Seachem Matrix~1.5001.500.000133-1500,1133.000-150.000
SubstratPRO~140140.00012-141,212.000-14.000
MicroMec~9090.0008-91,7-1,98.000-9.000
Bioakvacit PPI 30 (jemná)1,451.4500,13-0,145100-120130-145
Bioakvacit PPI 20 (střední)1,251.2500,11-0,125120-140110-125
Bioakvacit PPI 10 (hrubá)0,99000,08-0,09170-19080-90

Výpočet:

Parametry:
Modelový filtr: Eheim Classic 250 (#2213)
Objem filtrační hmoty: 3ℓ
Použitá filtrační hmota: Eheim Substrat Pro
Povrch filtrační hmoty: ~140 m2/ℓ
Denní krmná dávka: 5 g krmiva
3ℓ filtrační hmoty s povrchem 140 m2/ℓ představují celkovou plochu 420 m2 (140*3).
Tato plocha stačí (při teplotě 25°C) na odbourání amoniaku vyprodukovaného rybami z 12-14 kg krmiva denně (420/33,75 až 420/30).
Vzhledem k tomu, že do akvária přidáváme denně jen 5 gramů (0,005 kg) krmiva, je biofiltr v našem modelovém akváriu předimenzován 2400-2800x
(12/0,005 až 14/0,005).
Jinými slovy, na odbourání amoniaku vyprodukovaného rybami z 5 gramů krmiva, stačí 0,17 m2 plochy použitého filtračního materiálu:
1 kg krmiva = 30-33,75 m2 plochy při 25°C
0,005 kg krmiva (5 g) = 0,15-0,17 m2 (33,75*0,005 až 30*0,005)
Má-li 1ℓ filtrační hmoty Substrat Pro povrch 140 m2, tak 0,17 m2 plochy odpovídá 0,0012ℓ, tj. 1,2 mℓ filtrační hmoty (0,17/140).
I kdybychom biofiltr 3x předimenzovali, nebylo by pro nitrifikaci potřeba více než 4 mL filtrační hmoty Eheim Substrat Pro (3*1,2).
Jinými slovy, z celkové kapacity modelového biofiltru (3ℓ) se pro nitrifikaci využívá jen zhruba 1-4 mℓ filtrační hmoty.

Otázka:

Nabízí se tedy kacířská otázka, proč výrobci filtrací vyrábějí filtry s tisícinásobně předimenzovanou filtrační kapacitou, když na samotnou nitrifikaci (o kterou jde při filtraci především) stačí tak málo? Myslí si snad někdo, že u něj bude nitrifikace (tj. přeměna amoniaku na dusitany a dusičnany) probíhat nějak efektivněji, když místo 100x předimenzované filtrační náplně bioakvacit použil 10.000x předimenzovanou filtrační náplň Substrat Pro?

Na co bychom neměli zapomínat:

Aby nitrifikace probíhala správně (optimálně, tj. naplno), potřebuje k tomu vhodné podmínky. Jednou takovou podmínkou je i vhodná rychlost proudění vody, která by se měla pohybovat v rozmezí 3-15 cm/min (ideálně 5-10 cm/min). Při rychlosti proudění vody nad 30 cm/min už nitrifikace prakticky neprobíhá. Navíc tloušťka biomolitanu, přes který voda teče, stačí 2-3 cm (dalším zvyšováním jeho síly efektivita nitrifikace neúměrně klesá). Výše uvedené výpočty jsou tedy platné pouze při optimálních podmínkách nitrifikace (především pak při relativně pomalé rychlosti proudění vody filtračním materiálem při tloušťce jednotlivých filtračních kousků nepřesahující 2-3 cm).

Kromě toho je třeba počítat i s tím, že rychlost proudění po celém průřezu filtračním materiálem nebude rozhodně stejná. Někde bude stát proudění v cestě více překážek než jinde. Voda (resp. proud) půjde vždy cestou nejmenšího odporu, což znamená, že tam, kde bude nejmenší odpor, tam bude rychlost proudění vyšší. Velký vliv na to tedy bude mít i zanášení filtračního materiálu. Pokud nitrifikační bakterie potřebují pomalejší proudění, pak lze předpokládat, že se budou soustředit v místech, kde mají optimální podmínky, a proto jejich rozmístění nebude rovnoměrné. Pokud jako filtrační náplň v kanystrovém filtru použijeme nějaké porézní kuličky (např. Eheim Substrat Pro), tak bude voda poměrně rychle protékat ve volém prostoru mezi nimi, přičemž skrze kuličky bude protékat jen velmi pomalu (pravděpdobně difuzí) nebo vůbec (budou-li ucpané). Voda protékající kolem kuliček bude navíc vytvářet podtlak, který může pomáhat propasírovat vodu skrze kuličky, čímž se zajistí alespoň minimální průtok a tím i minimální rychlost proudění vody skrze kuličky. Keramické válečky, které se v kanystrovém filtru umísťují před tyto kuličky (tj. dospod filtru), pak slouží k "rozbití" vstupního proudu a jeho rovnoměrnému rozprostření napříč celým průřezem filtrační náplně (tomu napomáhá i umístění přívodního kohoutu zboku). Každopádně celá problematika proudění vody skrze filtr je velmi komplikovaná.

"Zaběhnutý" biofiltr

V tropických sladkovodních akváriích klesne prvotní zvýšená koncentrace amoniaku při zabíhání akvária obvykle do 2 týdnů. Po 3 měsících se dá bakteriální populace ve filtračním loži popsat následovně:

  1. Zcela aerobní
  2. Po přidání ryb do akvária se populace bakterií během 2 týdnů zvýší desetinásobně. Maximální hustoty populace 100 miliónů organismů na gram filtračního písku bylo dosaženo za 2 týdny. Po 3 měsících se tato populace ustálila na 10 miliónech na gram filtračního materiálu.
  3. Rozkládající proteiny
  4. Původní populace čítala 1 tisíc organismů na gram filtračního písku a po 4 týdnech se její počet zvýšil 100-násobně. Po třech měsících se populace stabilizovala na 10 tisících. Tento dramatický nárůst byl pravděpodobně způsoben přidáváním krmiva s vysokým obsahem proteinů.
  5. Rozkládající škrob
  6. Původní populace tvořila 10% celkového počtu všech bakterií. Po 3 měsících se populace stabilizovala na 1%.
  7. Nitrifikátoři
  8. Producenti dusitanů dosáhli maximální hustoty po 4 týdnech, producenti dusičnanů pak po 8 týdnech. Po 2 týdnech byli producenti dusitanů přítomni ve větším počtu než producenti dusičnanů. Počet těchto bakterií se ustálil na hodnotách 100 tisíc (producenti dusitanů) a 1 milión (producenti dusičnanů) na gram filtračního písku.

Po založení akvária růst heterotrofních bakterií převyšuje růst autotrofních bakterií. Velké množství amoniaku vznikajícího při amonifikaci a deaminaci využívá jako svůj zdroj energie částečně i heterotrofní populace. Autotrofní nitrifikační bakterie oxidující amoniak nastupují na scénu až poté, co počty heterotrofních bakterií klesnou a ustálí se. Počty bakterií v novém systému hrají roli jen do chvíle, kdy se jednotlivé druhy bakterií nestabilizují. Pak už se dále populace nezvyšuje, a kolísání v dostupnosti zdrojů energie kompenzují spíše zvýšením metabolické aktivity jednotlivých buněk. Jinými slovy, bakteriální populace se ustálí na určitém počtu, a i když se pak náhle v akváriu zvýší množství jejich potravy, kolonie se dále nerozrůstá a náhlý nárůst potravy řeší spíše jejím rychlejším odbouráváním (pracují rychleji). To platí i o nitrifikačních bakteriích, jejichž hustota populace, která obývá dané množství povrchů, je relativně stálá a nezávislá na množství dostupných zdrojů energie. Celková oxidační kapacita bakteriální populace v zaběhnutém akváriu se přizpůsobuje stabilnímu každodennímu přísunu oxidovatelné potravy. Náhlý nárůst v počtu živočichů, jejich hmotnosti či množství denní krmné dávky vede k měřitelnému nárůstu koncentrace amoniaku a dusitanů. Tento stav trvá, dokud se bakterie nepřizpůsobí novým podmínkám. Míra, do jaké se budou amoniak a dusitany zvyšovat, závisí na tom, jak moc bude náhlý nárůst bakteriální potravy vytěžovat kapacitu biofiltru. Pokud nárůst počtu živočichů a krmiva nepřesáhne maximální kapacitu (zatížitelnost) biofiltru, pak se tomu obvykle bakterie přizpůsobí do 3 dnů. Pokud však zátěž systému překročí maximální kapacitu biofiltru, povede to k trvalému zvýšení koncentrace amoniaku a dusitanů. Amonifikace, deaminace, nitrifikace a denitrifikace jsou procesy, které jdou v novém akváriu víceméně za sebou. Jakmile se akvárium tzv. "zaběhne", probíhají pak všechny zároveň. V zaběhnutém akváriu koncentrace amonia (NH4+) nepřekračuje zpravidla 0.1 mg/ℓ.

Při zabíhání akvária se doporučuje systém tzv. překompenzovat, což znamená zabíhat ho s mírně vyšším počtem ryb, než pak bude nakonec hostit. Tím se lze do budoucna vyhnout nárůstům koncentrace amoniaku. Pokud akvárium zabíháme v určité fázi s rybami, měli bychom použít jen vysoce odolné druhy. Citlivé druhy ryb by neměly být do akvária nasazeny předtím, než se plně neustaví nitrifikace.

Urychlení zabíhání

Existuje pouze jeden způsob, jak se dá zabíhání biofiltru urychlit, a tím je použití části vrchní vrstvy písku (vč. detritu, který obsahuje velké množství bakterií) z již zaběhnutého systému, případně použití vhodných komerčních bakteriálních násad.

Mechanismus tvorby detritu

Detrit je volně nahromaděný materiál skládající se z organických i anorganických látek (s nesmírně složitou kompozicí), v jehož tvorbě hrají důležitou roli heterotrofní bakterie a také vzduchové bubliny. Tvorba detritu je nikdy nekončící proces, dokud tedy akvárium obsahuje nějaké živé organismy a rozpuštěné organické látky. Uplatňují se při ní dva mechanismy: stmelení (slepení) a adsorpce. Nejprve nahromaděné částice přilnou k zrnkům písku, až postupně vyplní mezery mezi jednotlivými zrnky. Zároveň se díky elektrostatické přitažlivosti lepí i k sobě navzájem, až nakonec utvoří jasně viditelné shluky. Druhý faktor (adsorpce) se uplatňuje především v místě styku vody se vzduchem, například u výtoku vody z filtru, který čeří hladinu. Kolem vzduchových bublinek se utvoří organický povlak, z něhož pak při prasknutí bublinky vznikne monomolekulární film, který klesne ke dnu a zároveň se stane vhodným místem pro agregaci dalšího rozpuštěného materiálu (vč. bakterií). Detritus však vzniká i během deaminace a amonifikace, a to bez probublávání vody, které se k tomuto účelu využívá spíše v mořských akváriích. Ve sladkovodních akváriích dochází pravděpodobně při uvolňování amoniaku v těsném okolí organických sloučenin k alkalizaci, která pak může zapříčinit vysrážení anorganických jader, kolem nichž se pak mohou začít formovat organické agregáty.

Detrit je sám o sobě neškodný, ale určité problémy může přivodit, pokud se přespříliš nahromadí. Organické agregáty se už nevznášejí volně ve vodě a nemohou proto snadno přecházet do živočichů. Toxické vlastnosti rozpuštěných látek se po jejich extrakci z vody a uložení do detritu výrazně sníží. Tohoto principu se využívá při chemické filtraci pomocí aktivního uhlí → látka adsorbovaná v pórech uhlí už vlastně není v roztoku (tj. ve vodě), a proto se nemůže adsorbovat na jemné tkáně živočichů (např. na žábry). Při nahromadění detritu v něm mohou začít převládat anaerobní procesy dekompozice, neboli humifikace, při níž vzniká humus (huminy, huminové kyseliny a fulvokyseliny). Při humifikaci pak může docházet i k hnití neboli anaerobnímu bakteriálnímu rozkladu, kdy mohou vznikat toxické vedlejší produkty, např. sirovodík a metan. Při humifikaci (dekompozici detritu v anaerobním prostředí) tedy mohou vznikat nejen složité organické látky podílející se na zvyšování koncentrace DOM (z angl. dissolved organic matter = rozpuštěné organické látky) ve vodě (která bývá spojována s přemnožením ruduch), ale i vyloženě toxické sloučeniny.

Detrit může také sloužit jako potrava pro mikroskopické organismy (např. larvy Artemií).

Mechanická filtrace

Definice a funkce

Mechanická filtrace je fyzické oddělení a nahromadění vznášejících se částic látek z protékající vody. K tomuto "odchycení" částic z vody dochází při průchodu vody vhodným filtračním materiálem. Zachycený materiál je pak různými metodami (v závislosti na typu a stavbě filtru) odstraňován.

Funkce mechanické filtrace v akváriu je trojí: 1) omezit zákal vody způsobený ve vodě rozptýlenými mikroorganismy a jinými pevnými částicemi, 2) omezit úroveň organických koloidů, 3) odstranit nahromaděný detrit z biologického filtračního lože. Mechanické filtry se rovněž používají k předfiltrování akvarijní vody proudící do biofiltru.

Filtrační materiál (např. písek) snižuje zákal vody zachycováním tuhých částic a jejich odstraňováním z vody. Ve vodě plovoucí látky a koloidy uvíznou v prostoru mezi zrnky písku, a následně přilnou k elektrostaticky nabitým povrchům na zrnkách. Účinnost těchto procesů závisí na následujících faktorech: velikost zrnek písku (menší zrnka mají větší povrch, na který se mohou částice přichytit, a zároveň docháží zachytit jemnější částice), akumulace detritu (nahromaděný detrit dokáže zachytit jemnější částice, proto bývá voda filtrovaná přes starší filtrové lože obvykle čistší), tvar zrnek (nepravidelný tvar má větší povrchovou plochu), frakce (ideální je stejná frakce písku), rovnoměrné rozložení písku (tak aby voda proudila rovnoměrně skrze celé filtrové lože).

Druhy mechanické filtrace

K mechanické filtraci akvarijní vody se používají nejčastěji tři druhy filtrů: 1) předfiltr (obvykle v podobě biomolitanu umístěného buď přímo v akváriu na přívodu vody do biofiltru, nebo jako první vrstva filtrace v hlavním filtru → k tomuto účelu se většinou používá asi 1 palec tlustá vrstva jemné vaty), 2) biologické lože (v tomto případě plní funkci mechanické filtrace samotný hlavní filtr s biologickou náplní), 3) mikronový filtr (používaný zpravidla jen ve výjimečných případech, například při zeleném zákalu vody způsobeném přemnoženými jednobuněčnými řasami).

Kompletní odstranění nahromaděného detritu z biologického filtru není při jeho čištění nikdy žádoucí; alespoň část detritu by měla ve filtru zůstat, aby pomáhala plnit biologickou i mechanickou filtraci.

Chemická filtrace

Definice a funkce

→ Biologická filtrace (probíhá-li za aerobních podmínek) odstraňuje z vody prostřednictvím mineralizace část organických látek.
→ Mechanická filtrace zase snižuje ve vodě množství tuhých částic a koloidních organických látek.
→ Žádný z těchto procesů však nedokáže udržet v bezpečných mezích koncentraci rozpuštěných organických látek (především pak těch složitých). Toho lze dosáhnout pouze pomocí chemické filtrace (nebo výměn vody).

Chemická filtrace je odstranění látek (převážně rozpuštěných organických látek, ale také sloučenin dusíku a fosforu) z vody na molekulární úrovni pomocí adsorpce na porézním substrátu, případně pomocí přímé chemické frakcionace či oxidace. To je důležité hned ze dvou důvodů: 1) Snížením koncentrace organických látek se snižuje i počet dostupných substrátů pro heterotrofní bakterie, což vede ke snížení oxidačního potenciálu systému a pomáhá ho udržovat v mezích jeho filtrační kapacity (zatížitelnosti); 2) Řada organických látek přítomných ve vodě má na vodní živočichy (a někdy i rostliny) nežádoucí účinky. Klasickým příkladem nežádoucích organických látek ve vodě mohou být třeba nahromaděné vitamíny nebo nerozpustné filmy na hladině vznikající ze zbytků nespotřebovaného krmiva, rybích výkalů a některých produktů fotosyntézy.

Předcházení vzniku rozpuštěných organických látek

Nejúčinnějším způsobem odstranění rozpuštěných organických látek z vody je v první řadě předcházení jejich vzniku. Toho lze docílit jednak tím, že podpoříme v akváriu aerobní procesy, pak také tím, že do největší možné míry omezíme množství producentů organického odpadu (především ryb a krmiva), a nakonec tím, že zabráníme hromadění detritu v místech, kde je nedostatek kyslíku (tj. především v substrátu a filtru). Pokud hromadění detritu a jeho hnilobnému rozkladu v anaerobních podmínkách zabránit nedokážeme, měli bychom pak podniknout dostatečně účinné kroky k co nejefektivnější eliminaci všech negativních následků (mezi něž patří především zvyšování koncentrace rozpuštěných organických látek ve vodě a tvorba toxických sloučenin v substrátu).

Odstranění rozpuštěných organických látek pomocí adsorpce

Aktivní uhlí
Schematický průřez granulí aktivního uhlí s adsorbovanými molekulami v pórech (zvětšeno)

Aktivní (nebo dřevěné) uhlí je porézní materiál, jehož účinnost (resp. adsorpční kapacita) se měří na základě celkového povrchu uvnitř pórů, který dokáže chemicky vázat organické molekuly. Velikost těchto vnitřních povrchů je značná. 500 gramů kvalitní práškové varianty může obsahovat několik miliónů čtverečních stop povrchové plochy. V akvaristice se obvykle používá granulovaná (či válečkovitá) forma.

V jednom pokusu, který zkoumal účinnost aktivního uhlí při odstraňování organických látek z odpadní vody, byla tato voda přefiltrována přes velké tlakové filtry s náplní granulovaného aktivního uhlí. Výsledek můžete vidět v tabulce níže.

Znečišťující látkaVstupJednotkaVýstup
Mechanické nečistoty10.0mg/ℓ<1.0
Chemická spotřeba kyslíku (ChSK)47.0mg/ℓ9.5
Rozpuštěné ChSK31.0mg/ℓ7.0
Celkový organický uhlík (TOC)13.0mg/ℓ2.5
Dusičnany jako N6.7mg/ℓ3.7
Zákal10.3JTU1.6
Barva30.03.0
Pach12.01.0
ChSK (chemická spotřeba kyslíku) = angl. COD

Tyto výsledky mimo jiné ukazují, že aktivní uhlí je také vynikající mechanický filtrační materiál (viz hodnoty Mechanické nečistoty a Zákal). Snížené hodnoty dusičnanů na výstupu z filtru jsou ve studii připisovány spíše denitrifikačním bakteriím než adsorpční schopnosti aktivního uhlí. Vědci rovněž odhadují, že 10-20% hodnoty odstraněné rozpuštěné ChSK (COD) má na svědomí biologická mineralizace. Zároveň zjistili, že každých 45 kg aktivního uhlí dokáže odstranit 25 kg rozpuštěné ChSK.

Účinnost míry adsorpce aktivního uhlí ovlivňuje 6 faktorů: pH, teplota, koncentrace rozpuštěných organických látek, velikost granulí aktivního uhlí, druh použitého uhlí a doba, po kterou je voda v kontaktu s uhlím. Snížení pH má za následek sníženou adsorpci negativně nabitých látek, zatímco zvýšení pH má za následek sníženou adsorpci pozitivně nabitých látek. Účinnost aktivního uhlí roste spolu se vzrůstající teplotou. Množství odstraněných rozpuštěných organických látek aktivním uhlí není v čase lineární; jinými slovy, rychlost adsorpce je nejvyšší na začátku, a postupem času pak klesá. Čím menší jsou také granule, tím větší je povrchová plocha. Zdaleka největší povrchovou plochu (a tím pádem i největší adsorpční kapacitu) má aktivního uhlí v práškové podobě. Tato forma je však pro běžné použití nepraktická (není možné ji jednoduše udržet ve filtru → snadno by se vyplavila do akvária). Většina aktivního uhlí se vyrábí z materiálů na bázi celulózy, jako je uhlí, dřevo či několik druhů ořechových skořápek, zejména pak kokosové a pekanové ořechy (v některých případech dokonce i z živočišných kostí, což ale není tak efektivní materiál). Čím delší dobu je voda v kontaktu s uhlím, tím větší množství organických látek se adsorbuje.

Regenerace či obnovení adsorpčních vlastností nasyceného uhlí je možné jen tlakem páry. Suché teplo, jako třeba při pečení v troubě, samo o sobě nestačí, protože nedokáže rozložit a odstranit významnou část nahromaděných organických látek. Vzhledem k nákladnosti provozu parní pece je však levnější nasycené uhlí jednoduše vyhodit a pořídit si nové. Před aktivní uhlí ve filtru je vhodné umístit nějaký předfiltr nebo skelnou vatu, tak aby se zabránilo zbytečnému zanášení granulí koloidními částicemi.

Běžnou otázkou ohledně chemické filtrace pomocí aktivního uhlí je, jak často by měla být náplň měněna, jinými slovy, jak rychle se její kapacita vyčerpá (nasytí). Na tuto otázku sice neexistuje jednoznačná odpověď (přesná doba závisí na mnoha faktorech, např. zatížitelnost akvária, druhy předfiltrů a rychlost zanášení, charakter organických nečistot, teplota, pH, velikost karbonové mřížky apod.), ale obecně se doporučuje vyměňovat náplně po 1-2 týdnech. Jako hrubý odhad maximální možné účinnosti aktivního uhlí se udávají 3 měsíce. Pokud se náplň nevymění, začne na filtračním materiálu nasyceném organickými látkami probíhat mineralizace v důsledku činnosti mikrobů (heterotrofních bakterií). Jediný spolehlivý způsob, jak poznat, zda je aktivní uhlí již nasycené (a nemůže dále adsorbovat žádné další organické látky), je monitorovat na výtoku z filtru (nebo jednoduše v akváriu) koncentraci rozpuštěných organických látek. Když začne koncentrace stoupat, je načase náplň vyměnit. Minimální množství aktivního uhlí potřebného k udržení koncentrace organických látek na určité úrovni, nebyla nikdy stanovena. Podobně jako u jeho kapacity zde totiž vstupuje do hry celá řada faktorů.

Na podobném principu jako aktivní uhlí funguje i chemický filtrační materiál Seachem Purigen (vysoce porézní syntetický polymer). Jeho velkou nevýhodou je extrémně vysoká pořizovací cena, ovšem mezi jeho výhody patří kromě vysoké adsorpční kapacity i relativně snadná a levná regenerace (narozdíl od aktivního uhlí je tento filtrační materiál možné po nasycení regenerovat/recyklovat a znovu používat).

Iontoměničové pryskyřice

Iontoměničové pryskyřice jsou elektrochemicky nabité pryskyřičné kuličky, které odstraňují z vody určitý druh iontů výměnou za jiný druh iontů. Tyto pryskyřice se vyrábějí v následujícím provedení: silně kyselý katex, slabě kyselý katex, silně zásaditý anex, slabě zásaditý anex. Výběr vhodné pryskyřice závisí na vlastnostech látky, kterou chceme z vody odstranit. Lepší jsou samozřejmě slabší pryskyřice (pokud dokáží odstranit, co potřebujeme), protože jdou lépe regenerovat (kapacita každé pryskyřice se jednou vyčerpá a je třeba ji regenerovat/obnovit). Silně kyselé katexy v sodíkové formě se používají například k odstraňování amoniaku, zatímco silně bazické anexy v chloridové formě jsou vhodné k odstraňování dusičnanů nebo fosforečnanů. Regenerace těchto anexů se provádí obvykle průplachem pryskyřice 10% roztokem NaCl. Z toho pak plyne, že pokud je ve vodě vysoká koncentrace chloridů (anebo síranů), navážou se tyto ionty na pryskyřici, čímž se může rapidně snížit jejich efektivita při odstraňování dusičnanů a fosforečnanů (uvádí se, že už 200 mg/ℓ chloridů mělo na výměnu iontů výrazně rušivé účinky). Vysoké koncentrace některých iontů tedy mohou efektivní funkci pryskyřic bránit. Používání iontoměničových pryskyřic ve sladkovodních akváriích má ale také minimálně dvě nevýhody: 1) jsou náchylné na organické usazeniny a 2) řada látek, které se používají k odstranění organických látek z pryskyřice (při regeneraci) jsou buď přímo toxické (např. metanol) nebo nežádoucím způsobem mění vlastnosti vody (např. NaOH a HCl, které mohou významným způsobem měnit pH). Organické koloidy ve vodě obalují pryskyřičné částice a snižují tak počet výměnných míst (ploch). Předpokládá se, že jakmile se na povrchu pryskyřice vytvoří obal (molekulární vrstvička) z rozpuštěných organických látek, nedochází už v podstatě k žádné další adsorpci. Při odstraňování rozpuštěného ChSK (COD) tudíž iontoměničové pryskyřice nebývají příliš efektivní.

Poznámka: Mezi iontoměničové pryskyřice patří například i Lewatit, který používal Karel Rataj při svých experimentech s mineralizací a růstem rostlin. Z dostupných informací však není zřejmé, jaký konkrétní druh Lewatitu používal.

Odstranění rozpuštěných organických látek pomocí odpěňování

Tuto metodu odstraňování organických látek znají především mořští akvaristé používající tzv. bílkovinový odpěňovač (angl. protein skimmer). Ve sladkovodních akváriích tato technika nefunguje příliš efektivně, protože sladká voda má nižší hustotu než mořská, a tudíž i nižší povrchové napětí, v důsledku čehož zde bubliny (resp. pěna), na kterých by ulpívaly organické látky, vznikají mnohem hůře. Ne, že by snad tato technika ve sladkovodních akváriích vůbec nefungovala, ale nedosahuje tak pronikavých výsledků. Kromě toho má použití odpěňovače v rostlinných akváriích ještě jednu velkou nevýhodu, a tou je odplynění oxidu uhličitého, k němuž při tomto procesu dochází. Odpěňovač sice zvýší prokysličení vody (což je žádoucí), ale na druhou stranu rapidně sníží obsah rozpuštěného CO2 (což je v rostlinných akváriích nežádoucí). Ve sladkovodních akváriích je proto mnohem efektivnější a levnější metodou, jak ve vodě snížit obsah rozpuštěných organických látek, prostá výměna vody.

Princip této metody spočívá v tom, že vzduch ve vzduchových bublinkách stoupajících odpěňovačem (úzkou trubicí) vzhůru se promíchává s vodou, v níž oxiduje a koaguluje (sráží) část rozpuštěných organických látek. Vysrážené látky (koagulát) pak na hladině vytvářejí opadní pěnu, která přepadává do vedlejší nádoby, odkud je pravidelně odstraňována. Odpěňování je účinnější, použijí-li se co nejjemnější vzduchové bublinky. Odpěňování neodstraní z vody tuhé organické látky. Při odstraňování rozpuštěných organických látek je odpěňování pravděpodobně účinnější než iontoměničové pryskyřice, ale zase méně učinné než aktivní uhlí. Podobně jako aktivní uhlí je možné odpěňování použít jak ve sladkovodních, tak mořských akváriích, přestože v mořských akváriích (jak už bylo zmíněno) funguje mnohem lépe.

Odstranění rozpuštěných organických látek pomocí oxidace

Ozon

Ozon (O3) snižuje počet mikroorganismů a také koncentraci rozpuštěných organických látek ve vodě. Ozon působí na mikroorganismy jako protoplazmatické oxidační činidlo, a už 1.5 mg/ℓ O3 dokáže za pouhých 5 minut snížit počet bakterií ze 70.000/mℓ na nulu. Ozon je při oxidaci organických látek (a pravděpodobně i při redukci amoniaku) učinnější než kyslík. Akvarijní ozonizéry (či ozonizátory) se dají pořídit v cenovém rozmezí zhruba od 1 do 10 tisíc Kč. Během ošetřování vody ozonem by měl být ozon vždy mísen s vodou v oddělené nádobě (např. v odpěňovači), odkud může bez problémů vyprchat, aniž by přišel do styku s akvarijními živočichy. Nikdy by neměl být aplikován přímo do akvária.

UV záření

Ultrafialové (UV) lampy snižují počet mikroorganismů ve vodě podobným způsobem jako ozon. Při tomto procesu se ničí organismy menší než 15 µm, včetně bakterií, prvoků a virů.

Vyhodnocení jednotlivých metod

V chovných akváriích (s žádným nebo malým počtem rostlin) bývá biologická filtrace nezbytná. I v hustě osázených rostlinných akváriích však může biologická filtrace urychlit některé mineralizační procesy, a pomoci tak se zlepšením kvality akvarijní vody. Pokud jde o chemickou filtraci, jejímž cílem je snížení rozpuštěných organických látek ve vodě, pak se na základě dostupných údajů jeví jako nejlepší řešení použití aktivního uhlí, protože adsorpce patří jednoznačně mezi nejspolehlivější a nejúčinnější způsoby odstraňování organických látek z vody. Pokud by chtěl někdo používat v akváriu všechny výše uvedené způsoby filtrace, pak by je měl zapojit v následujícím sledu (což poskytuje nejefektivnější provoz): akvárium → mechanický filtr (mechanické odstranění organických koloidů) → biologický filtr (mineralizace) → odpěňovač (frakcionace) a/nebo ozonizér (oxidace) → aktivní uhlí (adsorpce).

Mineralizace

Přeceňování filtrace v rostlinném akváriu

Silně osvětlené rostlinné akvárium bez filtru a substrátu

Ne každé akvárium potřebuje mít nutně filtraci. V rostlinném akváriu to platí dvojnásob! V akváriu s velkým počtem rostlin, vhodným substrátem, malým počtem ryb a častými výměnami vody totiž není žádný filtr v podstatě ani zapotřebí (pokud nevěříte, vyzkoušejte to). V takovém akváriu totiž vzniká jen relativně malé množství odpadních látek, které zvládnou rostliny a bakterie většinou efektivně zpracovat. Amoniak ani dusitany se v hustě osázeném rostlinném akváriu prakticky nemají šanci dostat na nějakou toxickou úroveň (pokud se v akváriu nestane něco mimořádného → např. náhlý a nepozorovaný úhyn většího počtu živočichů). Kromě toho, že se u rostlinných akvárií běžně podceňuje jejich samočistící schopnost, se také výrazně přeceňují mineralizační schopnosti filtrů. Jinými slovy, zatímco nitrifikaci zvládá drtivá většina akvarijních filtrů více než dostatečně, v oblasti mineralizace většina z nich naopak selhává. A přitom právě dokonale fungující mineralizace patří v rostlinných akváriích k nejdůležitějším ukazatelům jeho stability. Pokud se v akváriu nerozkládají dokonale organické látky, filtrace neplní svou hlavní funkci. Dovolím si totiž tvrdit, že hlavním cílem filtrace v rostlinném akváriu není odbourávání amoniaku a dusitanů (= nitrifikace), ale odbourávání rozpuštěných i nerozpuštěných organických odpadních látek (= mineralizace, neboli dokonalá a úplná přeměna organického odpadu na anorganické rostlinné živiny). Samotná nitrifikace (přeměna amoniaku a dusitanů na dusičnany) je jen nepatrnou (a v podstatě druhořadou) součástí tohoto procesu.

Podívejte se na obrázek jednoho mého testovacího akvária (viz výše), kde jsem nepoužíval žádný filtrační materiál ani substrát (pouze rostliny), udržoval jsem zde poměrně vysoké koncentrace živin (20-30 mg/ℓ NO3, 1-3 mg/ℓ PO4, 5-10 mg/ℓ K, 0.2-0.5 mg/ℓ Fe → týdenní dávky), přidával CO2 (20-30 mg/ℓ), používal relativně silné osvětlení (100-400 µmol PAR), a jednou týdně měnil 50% vody. Voda se nekazila, řasy se dramaticky nemnožily, a hladina toxických látek (amoniaku a dusitanů) byla běžnými testy neměřitelná. Pokud chceme mít stabilní rostlinné akvárium s malým počtem ryb bez viditelně přemnožených řas, potřebujeme dokonale fungující mineralizaci, neboli dokonale fungující mikroflóru. Jakmile mineralizace (mikroflóra) nefunguje dokonale, budou se v akváriu hromadit organické zbytky a detrit, tvořit mastná hladina a ve větší míře vznikat nežádoucí organické živiny pro řasy. Těmto nežádoucím procesům může významně napomoci také použití nevhodného substrátu, filtru nebo příliš velkého počtu ryb (přerybnění a překrmování), živin a světla.

Kdy je filtrace zapotřebí

Ve zaběhnutém, stabilním a dobře udržovaném rostlinném akváriu není filtrace zapotřebí (až na níže uvedené výjimky) nikdy. Naproti tomu v chovném akváriu s velkým počtem vydatně krmených ryb je filtrace zapotřebí vždycky. Pokud však zůstaneme u rostlinných akvárií, kterým se tyto webové stránky věnují především, pak může hrát filtrace důležitou roli v podstatě jen v několika případech: 1) Při zabíhání akvária, kdy se ve vodě výrazně zvyšuje hladina toxických látek (především amoniaku a dusitanů), a my z nějakého vážného důvodu potřebujeme do akvária vysadit ryby ještě předtím, než se zaběhne a stabilizuje. 2) Při kalamitním stavu, kdy se náhle výrazně zhorší kvalita vody a je žádoucí ji pomocí filtrace rychleji pročistit (i když jsou v takovém případě mnohem efektivnější spíše výměny vody). Případ přerybněných rostlinných akváriích s velkým množstvím hromadícího se organického odpadu zde neuvažuji, protože se podle mého názoru jedná o diletansky provozovaná akvária, kde se ryby jen trápí.

Kdy je filtrace vhodná

Ať už v akváriu použijete jakkoli výkonný filtr,
dokud vám nebude dokonale fungovat mineralizace,
vaše akvárium nemůže být z principu stabilní.

Filtrace je vhodná všude tam, kde nejsme schopni uvést rostlinné akvárium do stabilního stavu s dobře vyvinutou mikroflórou, a zajistit tak dokonale fungující mineralizaci (a nitrifikaci) přímo → v samotném akváriu. V takovém případě je lepší si "pomoct" nějakou přídavnou filtrací (v Evropě používají akvaristé nejčastěji kanystrové filtry, v USA jsou populární tzv. mokro-suché filtry).

Přestože filtrace plní teoreticky řadu důležitých funkcí (především mineralizační a nitrifikační), ve skutečnosti (jak už bylo zmíněno) většina filtrů mineralizační funkci příliš dobře nezvládá. Důkazem je hromadění detritu (v lepším případě) v substrátu nebo (v horším případě) i přímo ve filtru. Největším zdrojem organického znečištění v akváriu jsou tuhé rybí výkaly, nespotřebované krmivo a rozkládající se rostlinná pletiva. Největším zdrojem anorganického znečištění bývá hnojení a v některých případech i samotná pitná voda (pokud obsahuje nežádoucí množství některých látek). A zatímco odstranění organického odpadu je žádoucí, odstranění anorganických živin v rostlinném akváriu žádoucí není. Filtr ale ve většině případů dělá přesný opak toho, co chceme: zatímco organický odpad odbourává jen sporadicky (a plní v podstatě jen nitrifikační funkci, kterou ale bez problémů zvládnou i bakterie v akváriu), anorganické živiny z vody odbourává velmi účinně (především pak železo a fosforečnany). Proto si dovolím tvrdit, že filtace bývá v rostlinných akváriích spíše ke škodě, než k užitku (v lepším případě je pouze zbytečná).

Existují samozřejmě i výjimky → akvária, kde filtrace skutečně plní svou primární funkci, tj. mineralizaci. Osobně ale moc takových akvárií neznám. Většina akvárií, které znám, má s mineralizací problémy. Částečně je to podle mě dáno i tím, že spousta akvaristů (soudě podle diskuzí o filtraci na různých akvaristických fórech) vlastně ani neví, jak má správná filtrace vypadat a co má být vlastně jejím hlavním smyslem. Moderní je dnes používat filtry s co největším filtračním objemem a vysoce porézními filtračními materiály. Málokdo už ale ví, co se vlastně v takových filtrech odehrává a jestli je to žádoucí nebo nežádoucí, případně jak moc nám to vlastně pomáhá. V drtivé většině případů se dnes používají rychletekoucí filtry s vysoce porézními kuličkami, které se sice detritem tak moc nezanášejí (především kvůli rychlému proudění vody, který usazování detritu brání), ale které nám zároveň moc nepomohou při mineralizaci, jejíž těžiště není ve filtru, ale v akváriu (především pak v horních vrstvách substrátu). Použijeme-li v akváriu filtr, přesouváme uměle těžiště mineralizace mimo akvárium (do filtru), ale zapomínáme přitom na to, že většina tuhých odpadů se do filtru prostě nedostane. Do filtru se dostanou jen jemné částečky vznášející se volně ve vodě, a pak rozpuštěné látky. Většina tuhých odpadních látek však zapadne do substrátu, kde z nich vznikne detrit (= dále již v podstatě nerozložitelný humus, který se tam bude hromadit). Jinak řečeno, pomocí filtrace řešíme jen následky, ale nikoli příčinu, tj. zdroj organického odpadu v akváriu. Hlavním zdrojem znečištění (jak už bylo řečeno) nejsou látky rozpuštěné ve vodě, ale látky dosud nerozpuštěné, které leží na substrátu nebo do něj zapadají, a pak také látky vysrážené, které byly původně rozpuštěné, ale ve filtru se vysrážely (na ty se pak ve filtru nabalují další organické látky a vznikají tím nežádoucí tlusté biofilmy). Přirovnal bych to k hygienické stanici, která se snaží stáhnout z oběhu všechny závadné lahve s alkoholem. Asi každému je jasné, že dokud se nezastaví výroba lahví v továrně, nemá příliš velký smysl řešit lahve, které jsou na pultech obchodů. Podobně nemá příliš velký smysl řešit dočišťování vody pomocí filtru (hygienické stanice), když nevyřešíme rozklad tuhých odpadních látek v akváriu (továrna), které jsou zdrojem rozpuštěných organických látek ve vodě (lahve s alkoholem). I kdybychom použili ve filtru jakkoli kvalitní filtrační materiál (např. Seachem Purigen), budeme tím řešit pouze následky. Dokud se nám ale nepovede vyřešit (pomocí efektivní mineralizace) zdroj znečištění, bude to jen nekonečný boj s větrnými mlýny. Podobně nekonečné budou i výměny vody, kterými se také řeší pouze následky (tj. rozpuštěného organické látky ve vodě, nikoli zdroj znečištění v akváriu).

Problémy s mineralizací (resp. s funkcí heterotrofních aerobních bakterií) a filtrací (resp. eliminací žádoucích živin z vody) jsou podle mého názoru vůbec nejčastější příčinou problémů s řasami a špatným růstem rostlin. Pokud budete mít v akváriu čistou vodu (s vhodným redoxem, pH, alkalitou a teplotou, dobře prokysličenou a s přiměřeným množstvím živin), a zároveň vám bude dokonale fungovat mineralizace organických odpadních látek, bude se tam dobře dařit rostlinám i živočichům. Největší podíl na čistotě vody má dokonale fungující mineralizace.

Stručný rádce pro zajištění dokonalé mineralizace:

  1. Substrát
  2. Nejvhodnějším substrátem je jemný, inertní křemičitý písek o zrnitosti 0.4-0.8 mm (písek do bazénové filtrace), který bude jednak bránit zapadávání tuhých odpadních látek hlouběji do substrátu, a jednak nebude jakýmkoli nežádoucím způsobem ovlivňovat živiny dostupné rostlinám. V případě použití tzv. výživných jílovitých (porézních) substrátů je třeba počítat s nevyhnutelným hromaděním detritu a následnými nežádoucími anaerobními procesy.

  3. Filtr
  4. Použijte filtr s co nejmenší filtrační kapacitou. Filtrační náplň by měla být jen tak velká, aby zvládla odbourávat amoniak a dusitany, které v rostlinném akváriu v malém množství vznikají (ve většině případů k tomuto účelu žádná filtrace zapotřebí ani není). Použití velkého množství filtračního materiálu má obvykle negativní vliv na dostupnost živin ve vodním sloupci a negativní vliv na mineralizaci (ve filtru se může hromadit organický odpad, který pak slouží jako další zdroj znečištění).

  5. Mikroflóra
  6. Úplná, kompletní mineralizace může probíhat pouze v aerobním prostředí za přítomnosti dostatečně velkého množství aerobních heterotrofních bakterií. Z tohoto důvodu nemohou být organické zbytky zapadlé do substrátu dokonale mineralizovány, protože v hlubších vrstvách substrátu či detritu panují anaerobní podmínky. Díky tomu tam pak probíhá neúplná mineralizace s řadou vedlejších (zpravidla nežádoucích) produktů a vzniká obtížně rozložitelný humus. Pokud se k tomu přidá nesprávně fungující filtr jakožto další potenciální zdroj znečištění, promění se akvárium v odpadní žumpu. Aby mohla mineralizace probíhat co nejefektivněji, je třeba do maximální možné míry omezit zdroje organického znečištění a minimalizovat všechny negativní faktory (např. filtr = odpadkový koš a lapač živin), a dále zajistit aerobním heterotrofním bakteriím optimální prostředí pro

  7. Hnojení
  8. Hnojení je důležité především pro akvarijní rostliny, ale mají z něj užitek samozřejmě i bakterie a další mikroorganismy. Jelikož filozofií celého konceptu stabilního akvária je podpořit samočistící schopnost akvária, resp. přesunout co nejvíce rozkladných procesů z filtru do akvária (na všechny dostupné povrchy), je dobré tomu vhodně přizpůsobit i ostatní dílky skládačky (hnojení a osvětlení). Aby rostliny dobře rostly a poskytovaly dostatek plochy pro ochranný bakteriální film, je důležité jim zajistit dostatek živin ve správném poměru. Na základě mých růstových experimentů i zkušeností dalších akvaristů se optimální množství živin pohybuje zhruba kolem 10 mg/ℓ NO3, 5 mg/ℓ K, 1 mg/ℓ PO4, 0.1 mg/ℓ Fe (+ přiměřené množství ostatních živin), s alkalitou kolem 3°dKH a tvrdostí 6°dGH (přičemž poměr Ca:Mg ideálně v rozmezí 2-4:1). Větší množství živin k dobrému růstu převážná většina běžně pěstovaných akvarijních rostlin nepotřebuje. V případě, že použijete výživný substrát, není samozřejmě nutné (ani vhodné) udržovat takto vysoké koncentrace živin ve vodním sloupci.

  9. Světlo
  10. Nejvíce světla v akváriu potřebují rostliny (a ostatní fotosyntetizující organismy, jako jsou např. řasy), a o něco méně pak ryby. Většina bakterií (s výjimkou např. sinic) světlo k životu nutně nepotřebují. Světlo může mít navíc negativní (destrukční) účinky na některé organické sloučeniny, např. cheláty. Většina světlomilných vodních rostlin potřebuje k dobrému růstu světelné záření o minimální intenzitě alespoň 30-50 µmol PAR. Stínomilné rostliny si vystačí i zhruba s poloviční až třetinovou intenzitou. Maximální využitelná intenzita světelného (slunečního) záření se u vodních rostlin pohybuje někde v rozmezí 500-1000 µmol PAR (vyšší intenzita už je pro vodní rostliny v podstatě zbytečná a nevede k žádnému dalšímu zvýšení rychlosti fotosyntézy). Akvarijní rostliny tedy potřebují k dobrému růstu zhruba 50-500 µmol PAR, přičemž já osobně bych doporučoval držet se v rozmezí 100-300 µmol PAR (~100 µmol PAR u dna akvária a ~300 µmol PAR u hladiny). Při vyšších intenzitách už bývají obvykle větší problémy s řasami.

Literatura

  1. SPOTTE, Stephen H. Fish and invertebrate culture: Water management in closed systems. New York: Wiley-Interscience, 1970, xiv, 145 p. ISBN 0-471-81760-0.
  2. WALSTAD, Diana L. Ecology of the planted aquarium: A practical manual and scientific treatise for the home aquarist. 3rd ed. Chapel Hill, N.C: Echinodorus, 2013. ISBN 978-0-9673773-6-0.
  3. PELIKÁN, Vladimír. Filtry a filtrace vody v okrasném akváriu [online]. 2013 [cit. 2016-04-26]. Dostupné z: http://planta.aquariana.cz/filtry.htm