Harald Hecke
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Handelsübliche Austauscher-Säulen mit Harz gefüllt.

Nitrat-Filtersäulen

Mein Zweisäulen-Nitratfilter im halbfertigen Zustand. Der linke obere Flansch ist noch nicht verschlossen und die Dichtung ist sichtbar.


Nitrat-Filtersäulen in Betrieb

Diese Aufnahme zeigt den Nitratfilter im Betriebszustand. Das obere Rohr ist der Rücklauf, in ihm ist die eingeschobene Elektrode für die Redoxmessung zu erkennen.


 


Biologischer Nitratfilter

Im Sommer 1999 habe ich einen 2-Säulen-Nitratfilter gebaut. Ich habe die Bauart dieses Filters bei dem bekannten Züchter Willi Brockskothen gesehen. Diese Filter brachten einwandfreie Ergebnisse. Leider hat Herr Brockskothen über diese gut funktionierenden Filter bisher nichts publiziert. Der Filter läuft bei mir seit Herbst 1999 einwandfrei.

Im DiskusBrief 1/2000 habe ich folgenden Artikel über diesen Filter veröffentlicht:


Die Entfernung von Nitrat aus dem Aquarium

Es ist für jeden Aquarianer und Diskusfreund ein Muß, seinen Pfleglingen ein Milieu zur Verfügung zu stellen, in dem sich die Fische wohlfühlen und vermehren. Dazu gehört es, mit verschiedenen Techniken den Lebensraum „Wasser“ optimal zu gestalten.

Gerade Diskusfische sind anspruchsvolle Pfleglinge, die nur bei optimalen Umweltbedingungen gut gedeihen. Ein Hauptproblem stellt in diesem Zusammenhang das Nitrat dar, das zwar nicht giftig ist, aber in Bereichen von über 100 mg/l, je nach Ausgangswasser, nicht ignoriert werden darf.

Da bei normalen Filtern durch den Stickstoffkreislauf (z.B. durch die Eiweißbestandteile des Futters, durch abgestorbene tierische und pflanzliche Zellen) das in der Regel vorliegende Ammonium über das giftige Nitrit zu Nitrat oxidiert wird, reichert sich Nitrat im Aquarium zwangsläufig an.

Unser Ziel sollte es demnach sein, dieses ständig anfallende Nitrat zu verdünnen oder besser noch, es aus dem Aquarienwasser zu entfernen. Dazu sind mir im Moment drei in der Süßwasseraquaristik gebräuchliche Verfahren bekannt

1.Wasserwechsel
2.Nitratentfernung durch Harze
3.Denitrifikation

Wasserwechsel

Der Wasserwechsel ist wohl die am weitesten verbreitete Methode. Hierbei wird jedoch das im Wasser zwangsläufig anfallende Nitrat nicht entfernt, sondern je nach Nitratgehalt des Frischwassers und der Menge des gewechselten Wassers nur verdünnt. Es werden aber Nitratwerte erreicht, die den Aquarienfischen zuträglich sind. Wasserwechsel ist allen Aquarianern anzuraten, die sich im üblichen Rahmen mit der Aquaristik, vor allem mit der Haltung von Zierfischen, hier im besonderen Diskusfischen, beschäftigen, denn es ist die einfachste und günstigste Methode.

Wer jedoch in seinem Ausgangswassser schon hohe Nitratwerte (25 bis 50mg/l) vorliegen hat, wird natürlich niemals niedrige Nitratwerte erzielen können, auch nicht durch Wasserwechsel. Und wer darüber hinaus Diskusfische züchten will und damit früher oder später vor dem Problem der Aufzucht steht, wird sich irgendwann mit der Nitratentfernung durch Harze oder der Denitrifikation beschäftigen.

Ich möchte im Folgenden auf meine Erfahrungen mit der Nitratentfernung mit Harzen und auf die für mich beste Methode, die Denitrifikation, eingehen.


Nitratharze

Eine sehr elegante Methode, Nitrat zu entfernen, scheint die Entfernung durch Harze und hier insbesondere durch die so genannten nitratselektriven Harze, zu sein. Die Harze, Anionenaustauscher, sind relativ einfach in der Handhabung und werden mit 10%-iger Kochsalzlösung regeniert. Da sie nicht nur Nitrat entfernen, sondern auch andere wichtige Stoffe, z.B. jene, die bei Torffilterung an das Aquarium abgegeben werden (aber nicht kationische Spurenelemente), sind sie jedoch aus meiner Sicht für die Weichwasser-Aquaristik nicht sehr optimal, auch wenn sie als nitratselektive Harze bezeichnet werden. Das Wasser wird durch die Harze in seinen Eigenschaften verändert und dadurch unter Umständen für unsere Zwecke unbrauchbar. Dieser Effekt kann im weichen, mineralarmen Wasser sehr viel schneller auftreten als im harten, mineralstoffreichen Wasser.

In meiner Anlage konnte ich die Beobachtung machen, daß ausgewachsene Diskusfische, die optimal ernährt wurden und sich vermeintlich bester Gesundheit erfreuten, ohne erkennbaren Grund in Becken, die über nitratselektive Harze gefiltert wurden, Flossenprobleme bekamen. Lang ausgezogene Brustflossen bildeten sich plötzlich zurück, im letzten Zentimeter wurden die Hartstrahlen weich und flatterten wie Fahnen im Wind. 4 Wochen nach dem Entfernen des Nitratfilters bildeten sich die Brustflossen langsam wieder voll aus. Für mich ist dies ein eindeutiges Indiz für eine kontinuierliche und unkontrollierbare Verarmung eines relativ nährstoffarmen, weichen Wassers.

Ein weiterer Nachteil der Nitratentfernung durch Harze ist die Tatsache, daß der Zeitpunkt, der Regeneration, der unter anderem auch vom Sulfatgehalt des Wassers abhängt, nur durch ständige Kontrollmessungen exakt bestimmt werden kann. Verpaßt man diesen Zeitpunkt, brechen manche Harze durch, d.h., im Auslauf eines erschöpften Ionenaustauschers fließt mehr Nitrat ab als ihm zufließt. Nach der Veröffentlichung von R. Karl in DISKUS BRIEF 3/99, S. 91-93, verläuft dieser Nitratdurchbruch allerdings (entgegen füherer Meinung) nicht schlagartig, sondern langsam. Nitratselektive Ionenaustauscher besitzen den Vorteil, dass sie nie mehr Nitrat abgegen können, als ihnen zuströmt. Erkauft wird dieser Vorteil allerdings durch eine etwas geringere Kapazität.

Mein Ausgangswasser (Leitungswasser) enthält kein Nitrat und kommt mit einem LW von 170 mS und einem pH-Wert von 7,6 aus der Leitung. Ich kann hier natürlich nur von den Beobachtungen in meinem Wasser berichten. Es wäre jedoch interessant zu wissen, ob bei anderen Diskushaltern ähnliche Beobachtungen in vergleichbaren oder in härteren Wässern gemacht wurden. Außerdem müßte diese Thematik unter Laborbedingungen mit verschiedendsten Wässern untersucht werden. Hierzu sind jedoch Messungen notwendig, die im privaten Bereich nicht durchführbar sind.

Solange solche Untersuchungen nicht endgültig durchgeführt wurden, rate ich in weichem Wasser von der Nitratentfernung durch, egal welche, Harze unbedingt ab.

Denitrifikation

Die Methode der Denitrifikation wurde auch im DISKUS BRIEF schon oft beschrieben; viele Filtersysteme wurden propagiert und einige Modelle werden von der Industrie verkauft. Das Prinzip ist in der Theorie ziemlich einfach: unter sauerstoffarmen Bedingungen, also im anaeroben Bereich wird Nitrat von Bakterien unter Zugabe von beispielsweise verdünnter Essigsäure zu Lachgas und Stickstoff reduziert. Die entstehenden Gase entweichen in die Atmosphäre. Das ablaufende Wasser ist nitratfrei oder nitratarm.

Lösung der praktischen Probleme

Ich selbst habe in der Vergangenheit einige Filter-Modelle gebaut und ausprobiert, mußte jedoch immer wieder frustriert feststellen, daß die Filter eine Zeit lang liefen, jedoch einfach zu kompliziert im Handling waren, um auf Dauer eine zufriedenstellende und sichere Lösung zu bieten.

Also, so einfach die Reduktion in der Theorie ist, umso problematischer ist es, die technischen Probleme in der Praxis in den Griff bekommen und dies gelingt leider nur mit einem gewissen Aufwand. Die größten Probleme bereiten der langsame Durchlauf sowie die exakte Dosierung der Essigsäure. Außerdem ist es gar nicht so einfach den Sauerstoffgehalt des Wassers auf das erforderliche Maß zu reduzieren. Tropfergarnituren, wie sie in Krankenhäusern benutzt werden und mit denen ich die Durchflußmenge der hochgehängten Behälter mit Essigsäure dosieren wollte, blieben nach einiger Zeit stehen. Wahrscheinlich verstopften die dünnen Schläuche. Da ich normalerweise Biofilter verwende, die unter den Becken stehen, mußte das Wasser hochgepumpt werden und bei kleinen Pumpen mit geringen Durchlaufmengen reichte dazu der Druck nicht aus.

Die Lösung brachte dann ein neuer Filter der aus 2 Säulen besteht. Die Essigsäure wird durch eine exakt einstellbare Dosierpumpe dosiert, den Wasserdurchlauf besorgt eine leistungsfähige Pumpe. Der Wasserdurchlauf erfolgt durch ein Rohrsystem im Bypass, das durch Kugelhähne reguliert werden kann.

Schema Nitratfilter

Für den Filter besorgte ich mir zwei 125 cm hohe transparente PVC-Rohre mit einem Außendurchmesser von 110 mm. Auf die Rohre wurden oben und unten jeweils ein Flansch aus PVC angebracht. Die Anschlüsse bestehen aus PVC-Fittings und Garten-Anschlüssen (z.B. Gardena), die Verrohrung aus PVC-Rohren 20 mm Durchmesser. Der Einlauf in den Filter erfolgt durch ein Fallrohr, welches am oberen Flansch verklebt ist und das Wasser nach unten in den Filter führt. Das Wasser läuft von unten nach oben durch die Säulen. Dies ist wichtig, damit auftretende Gasblasen auf diese Art und Weise oben aus dem Filter entweichen können. Außerdem wurde an den Säulen unten jeweils ein Flansch montiert, der zur Reinigung und zur späteren Befüllung mit der Filtermasse dient. Ein wichtiger Aspekt dieser Bauart ist, daß das verwendete Filtermaterial (wie z.B. Zeolith oder Siporax) beim Reinigen möglichst schonend behandelt werden kann. Siporax neigt dazu, durch mechanischen Abrieb abzusanden, es nutzt sich also ab. Das etwas teuere Material sollte deshalb bei einer anstehenden Reinigung so schonend als möglich behandelt werden. Die Bauart des Filters unterstützt dies.

Als Filtermedium verwende ich für beide Säulen Siporax. Es kann aber in der ersten Säule, die für die Sauerstoffreduktion zuständig ist, auch mit anderen Filtermedien gearbeitet werden. Wichtig ist, daß auch diese Säule langsam durchflossen wird. Der Durchlauf der ersten Säule ist bei mir auf10 l/h eingestellt. Das Wasser im Ablauf hat einen Sauerstoffgehalt von <2 mg/l.

Mit diesem niedrigen Sauerstoffgehalt läuft das Wasser über den Bypass in die zweite Säule. Die Durchlaufgeschwindigkeit der zweiten Säule beträgt 2-3,5 l/h. Diesem Wasser werden alle 2 Stunden 6 ml 5%ige Essigsäure zudosiert. Bei entsprechender Fütterung vermehren sich die Bakterien rasch und bilden einen bräunlichen Belag auf dem Filtermaterial. Die Zugabe der Essigsäure variiert natürlich und kann nur als Anhaltswert betrachtet werden. Hier muß jeder Anwender die für seine Bedingungen erforderlichen Werte austesten. Auf diese Art und Weise erhalte ich täglich 40 - 80 Liter nitratfreies Wasser. In meiner Zuchtanlage hat sich so ein dauerhaft niedriger Nitratwert von ca. 12,5 - 25 mg/l eingestellt. Seit Juli 1999 läuft der Nitratfilter an der erwähnten Aufzucht und Zuchtanlage, die z.Zt. aus drei Becken mit jeweils 160 l Wasser besteht. Die Aquarien werden über einen offenen 250-l-Biofilter gefilter. Beschafft man sich die benötigten Einzelteile des Filters preisgünstig, so liegen die Gesamtkosten für den Zweisäulen-Filter bei etwa DM 800,--, inclusive der nicht ganz billigen Dosierpumpe (ca. DM 270,--).

Der Wasserdurchlauf sollte während der Anlaufphase von etwa zwei bis drei Wochen fast auf Null gestellt werden. Danach kann die Durchlaufgeschwindigkeit langsam auf ca. 2 l/h erhöht werden. Das Wasser sollte dann im Auslauf nitratfrei sein. Während der ersten Zeit kann sich Nitrit bilden. Ich habe den Auslauf des Nitratfilters direkt in die erste Kammer des Bio-Filters geführt, sadaß ich in den besetzten Aquarien keinerlei Nitrit messen konnte. Das zu verwendende Filtermaterial sollte man vor Inbetriebnahme eine Z Zeit lang im normalen Filter mitlaufen zu lassen. Dadurch ist es bereits mit Bakterien besiedelt und die Anlaufphase gestaltet sich weit weniger problematisch.

Eine elektronische Steuerung der Dosieranlage über den Redoxwert habe ich nicht vorgesehen, da sich die sehr empfindlichen Platinspitzen der Elektroden während der Dauermessung im Durchlauf zwangsläufig schnell mit Bakterien und Algen belegen und deshalb nur ungenaue Ergebnisse liefern. Die Elektrode müßte, um exakte Werte zu liefern, täglich gereinigt werden. Allen, die über die Redoxelektrode messen wollen, sei gesagt, daß alle negativen Redoxwerte eine funktionierende Denitrifikation anzeigen. Unter -250 mV sollte jedoch der Wert nicht sinken, da dann eine Reduktion von Sulfaten zu Schwefelwasserstoff beginnt. Diese Reduktion ist unerwünscht und gefährlich. Die besten Ergebnisse erziele ich zwischen ca. –100 mV und - 200 mV. Die oben erwähnten 40 - 80 l nitratfreies Wasser wurden bei Redoxwerten von ca. –180 mV und -100 mV erreicht.

Ich bevorzuge die regelmäßige Messung durch Tropfen (z.B. Tetra oder Sera) bzw. Mess-Stäbchen (z.B. Merck) im Filterauslauf. Diese Art der Messung ist genau genug, um größere Veränderungen erkennen zu können. Die Redox-Elektrode habe ich nur zur zusätzlichen Kontrolle angebaut. Die ermittelten Werte geben mir eine zusätzliche Sicherheit. In der Praxis hat sich herausgestellt, daß diese Elektrode nicht erforderlich ist.

Abschließend möchte ich nochmals die Notwendigkeit der Nitratentfernung betonen. Auch wenn Herr Harringer aus Österreich im DISKUS BRIEF 1/1996 darüber berichtet, daß er „Pigeon Blood“-Diskusfische bei extrem hohen Nitratwerten zu Riesenfischen großziehen konnte, es bleibt dabei, Nitrat ist insbesondere für die Brut und Jungfische ein Wachstumshemmer und hat in erhöhten Konzentrationen im biologisch einwandfreien Aquarium nichts verloren.

Literaturhinweise:


DISKUS BRIEF 1/1996 S. 4, 2/1996 S. 49, 1/1997 S. 20 ff., 2/1997 S. 47, 3/1997 S. 95, 4/1997 S. 127,3/1998 S. 94, 4/1998 S. 144, 1/1999 S. 13, 3/1999 S. 91