T
TonHageraats †
Guest
Hoe krijgen dan onze bacteriën hun voedsel? Dit gebeurd door het verschijnsel diffusie. Hierbij zullen voedingstoffen door concentratieverschillen in de biofilm getransporteerd worden. Verrassend is dus eigenlijk dat de watersnelheid in bijvoorbeeld een filter maar weinig effekt heeft op de voedingstofvoorziening. In het figuur hieronder is dit goed te zien.
Snelheidsverloop over biofilm 7,0 kB
In het midden van een buis of bak of opening in een filtermateriaal is de watersnelheid het grootst (midden stromingsprofiel). Gaan we naar links, richting de biofilm dan zien we dat de snelheid drastisch terugloopt! (De biofilm begint bij 200 um) In het rechterfiguur is het snelheidsverloop over de biofilm nog wat vergroot weergegeven. We zien dat het dan niet echt veel meer uit maakt of de snelheid in de buis nu groot was of niet.
Best wel grappig eigenlijk! Want wat leert ons dit? Iedereen klaagt over de hoge watersnelheden in de potfilters en dat die daardoor nooit goed kunnen werken. Nou hierbij moge duidelijk zijn dat ze ondanks die hoge watersnelheden wel degelijk kunnen werken! Eheim is niet gek......Zo, weer een mythe de wereld uit. Potfilters kunnen wel goed werken!. De werking van de bakkies in een biofilm is maar beperkt afhankelijk van de watersnelheid. Het wordt nog fraaier, nog even geduld.
Bacteriën in de biofilm krijgen dus hun voedsel voornamelijk via diffusie. Nou is in water diffusie al een traag proces. Hoe zit het in een biofilm? Nou gelukkig valt het mee. Voor kleinere moleculen en ionen met een moleculair gewicht kleiner als 1000 (zoals zuurstof, nitraat, ammonium) gaat diffusie in de biofilm net zo snel als in gewoon water. Voor grotere moleculen (>240.000 moleculair gewicht) dan gaat de biofilm pas een hindernis vormen en wordt de diffusie van zulke grote moleculen belemmerd. De diffusiesnelheid is dan nog ca. 60% van die in water.
Omdat diffusie een relatief traag proces is zien we dat in een biofilm de concentraties sterk kunnen varieren. Ook al is de biofilm maar erg dun! Dit is goed te zien in de onderstaande grafiek
concentratieverloop over biofilm 7,8 kB
Het voorbeeld hier boven laat een voorbeeld zien van een denitrificerende biofilm. Het zuurstofgehalte daalt al voordat de biofilm oppervlakte is bereikt (diepte=0), evenals het nitraatgehalte. In de biofilm zien we in de bovenste laag het nitriet stijgen. Dan zien we het teruglopen en omdat ondertussen het zuurstofgehalte naar nul is gelopen zien we dat zich in de diepere lagen H2S begint te vormen.
Een goed voorbeeld dat denitrificatie onder anoxische omstandigheden voorkomt (bij anoxisch is er nog een heel klein beetje zuurstof). H2S vormt zich pas onder echt zuurstofloze omstandigheden.
concentratieverloop over biofilm 6,4 kB
Nog een dan, dit keer een nitrificerende biofilm. We zien hier dat het zuurstofgehalte al daalt voordat de biofilm is bereikt. Al na 0,1 mm is de biofilm zuurstofloos! Het nitrietgehalte loopt in de biofilm langzaam op. De moraal van het verhaal?? dikke biofilmen worden snel zuurstofloos en er treedt al snel denitrificatie op. Veel sneller dan iedereen zou verwachten! Dus kamp je met een tekort aan nitraat?? maak je filter eens schoon!
Even een eigen ervaring. Toen ik mijn mattenfilter eindelijk eens grondig schoon maakte ging het nitraatgehalte geleidelijk omhoog van 2,5 naar 7,5 mg/ltr. Het werkt dus. Bij de N
verhouding (Redfield ratio) speelt een filter dus een belangrijke en vergeten rol. Bij mij op de vereniging kampte iemand met blauwalg. Bleek dus z'n filter lange tijd niet schoongemaakt te hebben. Dus mijn advies zal duidelijk zijn. Filter schoonmaken, weg blauwalg. Nou hoeft dit niet elke keer zo te zijn. de combinatie schoon filter en blauwalg komt ook wel eens voor. Maar dan moet je het in een andere hoek zoeken.
Het biofilmverhaal wordt nog gekker.
Misschien heb je mijn verhaal over demineralisatie en over de N ratio van voedsel wel gelezen.
Die C:N ratio blijkt namelijk bij het nitrificatie proces zeer belangrijk te wezen!
Bij hoge C:N ratio's dus veel koolstof en weinig stikstof blijkt namelijk het nitrificatieproces helemaal plat te gaan!
Het is namelijk zo dat heterotrofe bacteriën wanneer er veel organische koolstof aanwezig is de nitrificerende bacteriën verdringen. Bij voldoende organisch materiaal worden de nitrificerende bakkies uit de biofilm weg geconcurreerd. Op zich ook wel te verklaren want die heterotrofe bacteriën groeien veel en veel sneller dan de nitrificerende. Als dus de omstandigheden voor die heterotrofe bacteriën gunstig zijn is het met onze nitrificerende bakkies al snel gebeurd.
Daarom is wat je voert ook van groot belang op de goede werking van een filter!
Voeren met een lage C:N ratio houdt de omvang van de heterotrofe bakkies beperkt. De biofilm blijft kleiner en platter (daarom blijft de bodem van een bak ook mooi schoon als je met een lage C:N ratio voert).
Ach, nog even een grafiekje om het effekt te laten zien:
Invloed C:N ratio op nitrificatie 5,0 kB
Zo, hierboven is het duidelijk te zien. Als we organische koolstof in de vorm van suiker (glucose) toevoegen dan zien we de nitrificatie teruglopen. Het toevoegen van een aftreksel van de suikeresdoorn (Acer saccharum) geeft een zelfde effekt. De nitrificatie loopt terug als je meer organische koolstoffen inbrengt.
Maar eigenlijk, eigenlijk kennen wij aquarianen dit effekt al wel een beetje. Denk maar aan turf, dat heeft antibacteriele eigenschappen. Turf kent ook een hoge C:N ratio. Dus veel koolstof en weinig stikstof. En zo zal het toevoegen van turf de nitrificatie vertragen. Ook met toevoegen van thee voeg je extra organische koolwaterstoffen toe. Zelfde effekt, minder nitrificatie.
Het gunstige effekt van turf en thee op planten is hiermee deels verklaard. Minder nitrificatie betekend immers ook dat er meer NH4+ voor de planten overblijft. Verder daalt de pH wat en worden daardoor voedingsstoffen beter opgenomen (Zie spoorelementen). Hou de pH wel tussen 6,5-7,2 voor optimale plantengroei, dus teveel turf is ook niet goed. Afijn, de puzzelstukjes vallen langzaam ineen.
Eigenlijk is ook deze pagina te lang geworden, ik moet maar eens een tweede pagina maken waarin we dit verhaal over biofilms eens toe gaan passen op de opbouw van een filter, en is een filter eigenlijk wel nodig?? We zullen zien!
Even resumerend, wat hebben we nu 'ontdekt':
Een biofilm is drie dimensionaal en niet plat.
Nitrificerende bakkies zitten vaak onderin een biofilm.
De watersnelheid zakt in de buurt van een biofilm snel in elkaar.
De watersnelheid in een biofilm is erg laag. Diffusie is het voornaamste proces.
Potfilters kennen wel degelijk een biologische werking.
Het zuurstofgehalte in een biofilm zakt erg snel met de dikte van de film.
In een biofilm treedt al sneller dan verwacht denitrifikatie op.
Bij een hoge C:N ratio verdringen heterotrofe bacteriën de nitrificerende.
De C:N ratio is van grote invloed op de nitrifikatie.
Turf en thee werken negatief op nitrifikatie en positief op plantengroei.
Bron, Aquarius Tubanti / Adriaan Briene
Een van de grote voorbeelden in de Nederlandse aquarium wereld was Adriaan Briene. Zijn artikelen over de verlichting van het aquarium, de waterwaarden, evenwichten Co2 en nog vele anderen worden door vele aquarianen gebruikt als voorbeeld en als referentie. Helaas is Adriaan in 2010 overleden in een poging een drenkeling te redden. Tijdens de reddingspoging werden beiden gegrepen door twee hoge golven waarbij ze beiden het leven lieten. Helaas is zijn website Aquarius Tubanti niet meer online.
Snelheidsverloop over biofilm 7,0 kB
In het midden van een buis of bak of opening in een filtermateriaal is de watersnelheid het grootst (midden stromingsprofiel). Gaan we naar links, richting de biofilm dan zien we dat de snelheid drastisch terugloopt! (De biofilm begint bij 200 um) In het rechterfiguur is het snelheidsverloop over de biofilm nog wat vergroot weergegeven. We zien dat het dan niet echt veel meer uit maakt of de snelheid in de buis nu groot was of niet.
Best wel grappig eigenlijk! Want wat leert ons dit? Iedereen klaagt over de hoge watersnelheden in de potfilters en dat die daardoor nooit goed kunnen werken. Nou hierbij moge duidelijk zijn dat ze ondanks die hoge watersnelheden wel degelijk kunnen werken! Eheim is niet gek......Zo, weer een mythe de wereld uit. Potfilters kunnen wel goed werken!. De werking van de bakkies in een biofilm is maar beperkt afhankelijk van de watersnelheid. Het wordt nog fraaier, nog even geduld.
Bacteriën in de biofilm krijgen dus hun voedsel voornamelijk via diffusie. Nou is in water diffusie al een traag proces. Hoe zit het in een biofilm? Nou gelukkig valt het mee. Voor kleinere moleculen en ionen met een moleculair gewicht kleiner als 1000 (zoals zuurstof, nitraat, ammonium) gaat diffusie in de biofilm net zo snel als in gewoon water. Voor grotere moleculen (>240.000 moleculair gewicht) dan gaat de biofilm pas een hindernis vormen en wordt de diffusie van zulke grote moleculen belemmerd. De diffusiesnelheid is dan nog ca. 60% van die in water.
Omdat diffusie een relatief traag proces is zien we dat in een biofilm de concentraties sterk kunnen varieren. Ook al is de biofilm maar erg dun! Dit is goed te zien in de onderstaande grafiek
concentratieverloop over biofilm 7,8 kB
Het voorbeeld hier boven laat een voorbeeld zien van een denitrificerende biofilm. Het zuurstofgehalte daalt al voordat de biofilm oppervlakte is bereikt (diepte=0), evenals het nitraatgehalte. In de biofilm zien we in de bovenste laag het nitriet stijgen. Dan zien we het teruglopen en omdat ondertussen het zuurstofgehalte naar nul is gelopen zien we dat zich in de diepere lagen H2S begint te vormen.
Een goed voorbeeld dat denitrificatie onder anoxische omstandigheden voorkomt (bij anoxisch is er nog een heel klein beetje zuurstof). H2S vormt zich pas onder echt zuurstofloze omstandigheden.
concentratieverloop over biofilm 6,4 kB
Nog een dan, dit keer een nitrificerende biofilm. We zien hier dat het zuurstofgehalte al daalt voordat de biofilm is bereikt. Al na 0,1 mm is de biofilm zuurstofloos! Het nitrietgehalte loopt in de biofilm langzaam op. De moraal van het verhaal?? dikke biofilmen worden snel zuurstofloos en er treedt al snel denitrificatie op. Veel sneller dan iedereen zou verwachten! Dus kamp je met een tekort aan nitraat?? maak je filter eens schoon!
Even een eigen ervaring. Toen ik mijn mattenfilter eindelijk eens grondig schoon maakte ging het nitraatgehalte geleidelijk omhoog van 2,5 naar 7,5 mg/ltr. Het werkt dus. Bij de N
verhouding (Redfield ratio) speelt een filter dus een belangrijke en vergeten rol. Bij mij op de vereniging kampte iemand met blauwalg. Bleek dus z'n filter lange tijd niet schoongemaakt te hebben. Dus mijn advies zal duidelijk zijn. Filter schoonmaken, weg blauwalg. Nou hoeft dit niet elke keer zo te zijn. de combinatie schoon filter en blauwalg komt ook wel eens voor. Maar dan moet je het in een andere hoek zoeken.Het biofilmverhaal wordt nog gekker.
Misschien heb je mijn verhaal over demineralisatie en over de N
ratio van voedsel wel gelezen.Die C:N ratio blijkt namelijk bij het nitrificatie proces zeer belangrijk te wezen!
Bij hoge C:N ratio's dus veel koolstof en weinig stikstof blijkt namelijk het nitrificatieproces helemaal plat te gaan!
Het is namelijk zo dat heterotrofe bacteriën wanneer er veel organische koolstof aanwezig is de nitrificerende bacteriën verdringen. Bij voldoende organisch materiaal worden de nitrificerende bakkies uit de biofilm weg geconcurreerd. Op zich ook wel te verklaren want die heterotrofe bacteriën groeien veel en veel sneller dan de nitrificerende. Als dus de omstandigheden voor die heterotrofe bacteriën gunstig zijn is het met onze nitrificerende bakkies al snel gebeurd.
Daarom is wat je voert ook van groot belang op de goede werking van een filter!
Voeren met een lage C:N ratio houdt de omvang van de heterotrofe bakkies beperkt. De biofilm blijft kleiner en platter (daarom blijft de bodem van een bak ook mooi schoon als je met een lage C:N ratio voert).
Ach, nog even een grafiekje om het effekt te laten zien:
Invloed C:N ratio op nitrificatie 5,0 kB
Zo, hierboven is het duidelijk te zien. Als we organische koolstof in de vorm van suiker (glucose) toevoegen dan zien we de nitrificatie teruglopen. Het toevoegen van een aftreksel van de suikeresdoorn (Acer saccharum) geeft een zelfde effekt. De nitrificatie loopt terug als je meer organische koolstoffen inbrengt.
Maar eigenlijk, eigenlijk kennen wij aquarianen dit effekt al wel een beetje. Denk maar aan turf, dat heeft antibacteriele eigenschappen. Turf kent ook een hoge C:N ratio. Dus veel koolstof en weinig stikstof. En zo zal het toevoegen van turf de nitrificatie vertragen. Ook met toevoegen van thee voeg je extra organische koolwaterstoffen toe. Zelfde effekt, minder nitrificatie.
Het gunstige effekt van turf en thee op planten is hiermee deels verklaard. Minder nitrificatie betekend immers ook dat er meer NH4+ voor de planten overblijft. Verder daalt de pH wat en worden daardoor voedingsstoffen beter opgenomen (Zie spoorelementen). Hou de pH wel tussen 6,5-7,2 voor optimale plantengroei, dus teveel turf is ook niet goed. Afijn, de puzzelstukjes vallen langzaam ineen.
Eigenlijk is ook deze pagina te lang geworden, ik moet maar eens een tweede pagina maken waarin we dit verhaal over biofilms eens toe gaan passen op de opbouw van een filter, en is een filter eigenlijk wel nodig?? We zullen zien!
Even resumerend, wat hebben we nu 'ontdekt':
Een biofilm is drie dimensionaal en niet plat.
Nitrificerende bakkies zitten vaak onderin een biofilm.
De watersnelheid zakt in de buurt van een biofilm snel in elkaar.
De watersnelheid in een biofilm is erg laag. Diffusie is het voornaamste proces.
Potfilters kennen wel degelijk een biologische werking.
Het zuurstofgehalte in een biofilm zakt erg snel met de dikte van de film.
In een biofilm treedt al sneller dan verwacht denitrifikatie op.
Bij een hoge C:N ratio verdringen heterotrofe bacteriën de nitrificerende.
De C:N ratio is van grote invloed op de nitrifikatie.
Turf en thee werken negatief op nitrifikatie en positief op plantengroei.
Bron, Aquarius Tubanti / Adriaan Briene
Een van de grote voorbeelden in de Nederlandse aquarium wereld was Adriaan Briene. Zijn artikelen over de verlichting van het aquarium, de waterwaarden, evenwichten Co2 en nog vele anderen worden door vele aquarianen gebruikt als voorbeeld en als referentie. Helaas is Adriaan in 2010 overleden in een poging een drenkeling te redden. Tijdens de reddingspoging werden beiden gegrepen door twee hoge golven waarbij ze beiden het leven lieten. Helaas is zijn website Aquarius Tubanti niet meer online.