Il così detto filtro biologico di solito è un vano contenente materiale inerte altamente poroso, la cui funzione è semplicemente di fare da supporto alle colonie batteriche nitrificanti, tanto più è elevato il rapporto superficie – volume del materiale impiegato, tanto più il filtro sarà in grado di sostenere una colonia numerosa.
I batteri nitrificanti sono detti : autotrofi chemio sintetici (chemiolitotrofici), ovvero ottengono da elementi organici nutrimento ed energia a loro necessari per vivere, alla loro opera incessante diamo la sopravivenza del nostro acquario.
Negli ultimi vent’anni la tecnologia applicabile all‘ acquario ha compiuto passi da gigante, permettendoci di allevare organismi prima ritenuti difficili se non impossibili, tuttavia in questa acquariofilia che si rinnova velocemente alcuni aspetti del nostro hobby sembrano immutati, uno di questi capi saldi è certamente la filtrazione biologica che da sempre riguarda dei microscopici organismi e la loro biologia, a prima vista sembra un argomento noto a tutti,nel quale c’è poco da approfondire ma in realtà le cose stanno diversamente e spesso i casi in cui l acquariofilo registra strani decessi o inspiegabili eventi (opacizzazione improvvisa dell‘acqua , flocculazione,riduzione della concentrazione di ossigeno) possono essere chiari dalla buona conoscenza della teoria della filtrazione biologica e dei batteri nitrificanti.
Grazie a questi microscopici organismi, l acqua che circola nel nostro acquario viene rapidamente depurata da alcune sostanze molto pericolose prodotte dai pesci (principalmente l ammoniaca NH3 e i nitriti NO2) che altrimenti potrebbero raggiungere livelli letali per i nostri ospiti , concentrazioni anche minime di ammoniaca (persino 0,02 mg/l ) possono indurre iperplasia branchiale causare danni agli altri organismi e predisporre i pesci all’insorgere di patologie.
L ‘ammoniaca infatti, e una molecola particolarmente tossica se presente nella sua forma indissociata NH3 , mentre lo è meno se è presente nella sua forma dissociata NH4+ (ione ammonio) , tale differenza di comportamento è legata alla maggiore impermeabilità attraverso le membrane biologiche che l’ammoniaca (NH3) possiede rispetto allo ione ammonio (NH4+) va ricordato inoltre che esiste un equilibrio chimico tra le due forme , principalmente legato al ph e alla temperatura : NH3 + H2O = NH4 + + OH.
Con il ph inferiore a 7 la forma indissociata (NH3) è presente in quantità ridotte , qualunque sia la sua concentrazione totale , mentre aumenta la concentrazione della formula dissociata (NH4+) siamo quindi in una situazione meno grave nella quale si ha più tempo per ricorrere ai ripari . All‘ aumentare del ph la situazione cambia notevolmente ad esempio per un aumento di una unità (da ph 6,5 a ph 7,5) si osserva mantenendo costante la temperatura un incremento di ben 10 volte della formula indissociata (NH3) rispetto alla formula dissociata (NH4+) , risulta evidente quindi, che ad un ph superiore alla neutralita’ occorre stare attenti alla gestione del biofiltro, e anche piccoli errori possono comportare effetti assai dannosi .
Queste due specie chimiche sono pericolose anche per gli stessi batteri nitrificanti: nitrosomonas SPP. È sensibile ad associazioni di ammoniaca dissociata comprese tra i 10 e 150 mg/l mentre nitrobacter SSP. Soffre già a 0,1 mg/l .
I nitriti (NO2) sono tossici per i batteri in acqua dolce già con le concentrazione di 1mg/l .
Per consentire un efficacia abbattimento dell’ ammoniaca , l acqua deve scorrere nel vano filtro dove dopo una filtrazione meccanica (di solito ottenuta mediante lana o spugne sintetiche) incontrerà la colonia dei batteri nitrificanti quest’ ultima dovrà essere di una biomassa adeguata per poter consumare in un unico passaggio tutta l ammoniaca e tutti i nitriti che riceve dalla vasca.
Si parla di filtro “immaturo” quando questo , mediante l attività di batteri che lo popolano non riesce ad abbattere immediatamente tutti i cataboliti tossici che lo attraversano è il caso degli acquari appena installati, dove infatti il filtro va aiutato con un reintegro giornaliero di piccole quantita di batteri in modo di procedere per un corretto popolamento per il filtro biologico. Si devono seguire delle semplici e universali regole : un innoculo con ceppi di buona qualità, una costante alimentazione dell’ innoculo per farlo trasformare in una colonia ben sviluppata ed infine delle periodiche analisi di ammoniaca , nitriti e nitrati, che ci permetteranno di comprendere se le colonia dei nitrificanti è in crescita e se è pronta a depurare i cataboliti che verranno prodotti dai pesci quando l’acquario sarà a regime . Uno dei più classici errori nella fase di allestimento dell’ acquario è quello di non alimentare le colonie batteriche nitrificanti attendo i fatidici 30 giorni di maturazione del filtro sperando che alla fine tutto sia pronto per ospitare i pesci,niente di più errato , al momento dell’ allestimento l acquario è sterile e quindi nel filtro ci saranno pochissimi batteri nitrificanti , di solito se ne aggiunge un innoculo di uno dei tanti prodotti presenti nel commercio ma questa manovra da sola spesso non basta , infatti i batteri per crescere numericamente e raggiungere una popolazione di ragguardevoli dimensioni hanno bisogno di essere nutriti giornalmente.
Ciò negli impianti di acquacoltura e nelle vasche degli acquari pubblici avviene grazie all’ aggiunta di quantitativi noti di ammoniaca (di solito i Sali di ammonio) mentre nel caso dell’ acquariofilo il problema può essere risoluto procedendo alla missione di qualche piccolo pesce invertebrato nutrendo il pesce o il gamberetto si pongono i presupposti per cui esso produca un piccolo quantitativo giornaliero di ammoniaca che nutrirà la nascente colonia. L’efficacia del processo però deve essere monitorata mediante l’analisi giornaliera di NH3 e NO2 cosi facendo si ha il polso della situazione e si riesce a correggere un eventuale picco di ammoniaca , magari con un cambio parziale di acqua oppure grazie all’ aggiunta di batteri nitrificanti ,da notare che questi batteri mostrano un optimun di crescita a temperature piuttosto elevate ( 30 -32° C) , per cui è buona norma rispettare questi valori se si desidera ottenere rapidamente la colonizzazione nel corso della fase di allestimento .
Ma facciamo un passo indietro e torniamo al filtro biologico vero e proprio , Il cosi detto filtro biologico di solito è un vano contenente materiale inerte altamente poroso, la cui funzione è semplicemente di fare da supporto alle colonie batteriche nitrificanti, tanto più è elevato il rapporto superficie – volume del materiale impiegato, tanto più il filtro sarà in grado di sostenere una colonia numerosa.
Si comprende quindi come i tanti materiali in commercio (cannolicchi di ceramica , roccia lavica , siporax , bio-balls ) avendo un rapporto superficie/volume tra loro molto diverso offrano delle differenti prestazioni ,va detto però che altri parametri ( peso specifico, omogeneità e dimensioni dei pori, tasso di lisciviazione , durezza , ecc .. )sono degni di nota per stabilire qual’e il materiale migliore con cui riempire il filtro biologico , tutto legato alle nostre specifiche esigenze ,ad esempio in certi casi i materiali plastici in ragione del loro minore tasso di ostruibilità sono preferibili a roccia lavica o siporax , sebbene sviluppino minor superfici di prodotto .
La roccia lavica è un materiale che ha il vantaggio di costare poco e di avere una buona superficie sviluppata ma al contempo ha lo svantaggio di avere pori disuguali ,di pesare molto e di tendere nel tempo a frantumarsi e di produrre una sottilissima sabbia. Il siporax è invece un materiale molto ben studiato per la filtrazione biologica si tratta di un vetro sinterizzato in quanto sviluppa una grandissima superficie per litro a pori molto omogenei e della dimensione giusta per l’insediamento dei nitrificanti ed un peso relativamente basso però è trai materiali più costosi .
Il materiale inerte qualunque esso sia oltre ad ospitare le colonie batteriche le mantiene in contatto con l’acqua facendo si che i batteri ricevano i nutrimenti a loro necessari come NH3 ,NO2 carbonio solitamente nella formula CaCO3 e ossigeno potendo inoltre eliminare i loro cataboliti (CO2) .
I batteri nitrificanti sono detti autotrofi chemiosintetici (chemiolitotrofici) , ovvero ottengono il nutrimento e l’energia a loro necessari per vivere da elementi inorganici come lo ione ammonio (fonte di idrogeno e azoto) dai carbonati e dai bicarbonati (fonte di carbonio) dall’ aria e dall’ acqua .
Le specie batteriche coinvolte nella nitrificazione sono moltissime ed appaiono morfologicamente molto simili le forme più comuni sono: i cocchi e bacilli geneticamente assai diversi , tutte necessitano di molibdeno come catalizzatore delle azioni di nitrificazione. La prima parte di queste reazioni prevede la trasformazione dell’ azoto ammoniacale in azoto nitroso. Tra i principali generi di batteri che intervengono con questa trasformazione citiamo : nitrosomonas , nitrosococcus , nitrospira, nitrosocystis e nitrosoglea .
Tuttavia le specie nitrosomonas europaea è N.monocella sembrano essere quelle maggiormente responsabile di questo passaggio ossidativo , il secondo processo è quello in cui l’acido nitroso viene trasformato in azoto nitrico , questo passaggio è reso possibile dall’ intervento di nitrobacter agile N. winogradskyi, batteri come i precedenti necessitano di un ambiente aerobico per poter sopravvivere e compiere queste trasformazioni, c’è tuttavia da notare un peculiarità di questa seconda reazione rispetto alla precedente :
essa è reversibile cioè in assenza di ossigeno procede da nitrati a nitriti fattore che deve far riflettere l acquariofilo in relazione a come gestisce il suo filtro,bisogna prestare molta attenzione al fatto che trai materiali scelti come supporto della colonia non si creino sacche anossiche, dove invece di ottenere un utile processo di ossidazione da nitriti-nitrati , potrebbe avvenire il contrario da qui si comprende perche’ una delle regole di base della gestione del filtro è di pulire frequentemente i materiali della filtrazione meccanica in questo modo si evita che del materiale organico si depositi sulle colonie di batteri nitrificanti fattore che impedirebbe loro di nitrificare.
Recenti studi hanno dimostrato che la percentuale di nitrificazione decrescente all’ aumento della concentrazione del materiale organico nel biofiltro . Infatti, questa condizione favorisce la crescita dei batteri eterotrofi che competono con i nitrificanti per lo spazio , per i nutrienti e per l’ossigeno , i batteri eterotrofi sono inoltre molto più adattabili dei nitrificanti e si moltiplicano ad un ritmo vertiginoso ciò comporto un problema spesso sottovalutato nel tempo il materiale inerte potrebbe venir totalmente colonizzato dai batteri eterotrofi , in questi casi gli arredi dell’ acquario possono comunque contribuire a creare degli spazi utili per i nitrificanti , tuttavia la capacità depurativa del filtro biologico sarà sicuramente ridotta se non annullata , un metodo per ovviare a tutto ciò è proteggere il filtro biologico con delle lampade uv , le quali provvederanno ad evitare che i cannolicchi si sporchino con i batteri eterotrofi queste lampade però vanno installate solo quando la flora batterica nitrificante si è completamente sviluppata e stabilizzata ed inoltre la lampada uv per ovvi e vari motivi non è applicabile nei plantacquari . I nitrati (NO3) pur essendo meno tossici di ammoniaca e nitriti a concentrazione elevate (+ di 50 mg/l) possono incidere negativamente sulla crescita e sullo stato fisiologico generale dei pesci.
Idrogeno , azoto e ossigeno non sono gli unici elementi necessari ai batteri nitrificanti per i l loro metabolismo di “spazzini” , le reazioni di nitrificazione consumano anche molto carbonio (sotto forma di carbonati e bicarbonati) , determinando quindi nel tempo una riduzione della durezza carbonatica (KH) e parallelamente un progressivo abbassamento del PH , controllare quindi il ph e KH diviene una necessita specialmente se allestito una vasca dove questi valori sono di per se già bassi.
I batteri nitrificanti operano in un intervallo di PH compreso tra 6 e 9 con un optimun intorno alla neutralità , mentre la concentrazione minima di CaCO3 necessaria è compresa tra i 20 e 50 mg/l, tra i parametri fondamentali per un buon funzionamento del filtro biologico c’è poi la concentrazione di ossigeno che non deve mai scendere sotto i 2 mg/l ,l optimun di resa si osserva con concentrazioni di ossigeno intorno a 5 – 6 mg/l, in questo scenario quindi il blocco del flusso dovuto al malfunzionamento della pompa o alla mancanza di energia elettrica diminuisce drasticamente l apporto di ossigeno e batteri ciò può ometterne la sopravivenza , in questi casi è sempre bene procedere con una serie di test ravvicinato dell’ ammoniaca e dei nitriti in modo da monitorare il comportamento della colonia batterica tenendosi pronti con cambi parziali e reintegro dei batteri.
Foto utilizzata presa dal Web se qualcuno la riconoscesse e ne vuole la rimozione basta contattare lo staff
<P< BIBLIOGRAFIAAA. VV.: Acquacultura responsabile ( 2001)-unimar-uniprom,Roma.
J. Colt&D.Amstrong : “Nitrogen toxicity to fish …. ” ( 1981)
Proc Bio – engineering Symp . Fish Cult
Articolo scritto Da marte82, Venerdi’, 8 Gennaio 2010 23:30
e impaginato da Marco Ferrara
