Nitrifikation

Nitrifikation – ein komisch klingendes Wort mit beachtlicher Wirkung. Im Aquarium sammeln sich unweigerlich verschiedene (Eiweiß-) Stoffe an, die das Wasser und somit auch die Bewohner belasten können. Sei es durch Futter- und Pflanzenreste, durch Ausscheidungen, aber auch durch die Atmung der Fische und Co.

Damit der Besatz nicht zu Schaden kommt, sind verschiedene Nutzbakterien notwendig, die diese Ansammlungen umwandeln und verarbeiten. Hier spricht man von Nitrifikation, bei der der Stickstoff (N) aus der Ammoniakform (NH3) in die Nitritform (NO2) bis zur Nitratform (NO3) umgewandelt wird und über die möchten wir nachfolgend im Groben berichten…


Nutzbakterien sind substratgebunden – das heißt, sie kommen überwiegend im Bodengrund, auf Deko und Pflanzen und auch im Filter vor. Im Wasser selbst findet man nur sehr wenige nützliche Helferlein, eher schädliche Keime. Deshalb bringt es nicht sehr viel, wenn man zum Beispiel bei einer Neueinrichtung gebrauchtes Wasser aus einem anderen Aquarium verwendet. Wichtiger wäre hier Filterschlamm oder eben etwas von der Einrichtung zu übernehmen. Im Handel erhältlich sind auch spezielle Bakterienkulturen, die bei der Einlaufphase, nach Filterreinigung oder auch nach Medikamentengaben unterstützend helfen können.

Bei den Nutzbakterien unterscheidet man zwischen aeroben und anaeroben Stämmen – also solche die je nach Art in sauerstoffreichen und in sauerstoffarmen Bereichen des Aquariums ihre Arbeit verrichten. Zur Nitrifikation werden die aeroben und zur Denitrifikation die anaeroben Bakterien benötigt.

Bleiben wir aber erstmal bei der Nitrifikation…

Wie schon erwähnt, sammeln sich im Aquarium verschiedene Stoffe an, die, wenn sie nicht verarbeitet würden, das Wasser und die Bewohner stark belasten würden.


  • In der ersten Stufe der Nitrifikation entsteht Ammonium / Ammoniak

Ammoniak NH3 ist ein giftiges Gas, welches ähnlich wie Sauerstoff die Zellwände durchdringen und je nach Konzentration den pH Wert des Zellsaftes sehr hoch ansteigen lassen kann, so daß es gefährlich für die Bewohner wird. Dieses wird von den Fischen und Co. über die Kiemen ausgeschieden und es entsteht durch jeglichen Abfall im Aquarium – wie unter anderem Futterreste, abgestorbene Pflanzenteile und Ausscheidungen. Nitritproduzierende Bakterien (kurz: Nitritbakterien) der Gattungen Nitrosococcus, Nitrosomonas und Nitrosospira verarbeiten das Ammoniak zu Nitrit.

Interessant zu wissen ist, daß Ammoniak vom pH Wert abhängig ist, wodurch bei einem pH Wert von < 7,0 das weniger schädliche Ammonium NH4 nachweisbar ist. Das ist auch ein Grund, warum man gut aufpassen sollte, daß eine CO2 Anlage nicht ausfällt, insofern eine installiert ist, denn CO2 lässt den pH Wert sinken und fällt nun das CO2 aus, kann es zu einem pH Anstieg kommen. Ähnlich gilt es wenn ansäuernde Materialien im Aquarium abrupt entnommen werden sowie auch beim Wasserwechsel, wenn das Frischwasser nicht dem Beckenwasser angeglichen ist und dadurch der pH Wert steigt.

Wie sich das Ammonium und Ammoniak zum pH Wert verhält, findest Du in der nachfolgenden Tabelle…


  • Die zweite Stufe ist die Umwandlung von Nitrit zu Nitrat

Nitrit NO2 ist ebenfalls sehr giftig, besonders für Tiere, deren Blut auf Hämoglobin basiert wie zum Beispiel das von Fischen. Nitrit blockiert den Sauerstofftransport im Blut, weshalb die ersten Anzeichen eines Nitritanstiegs heftiges atmen ist und meist hängen die Tiere dann auch an der Wasseroberfläche oder stehen in der Filterströmung. In der Regel hält sich der Nitritwert im Aquarium <0,1 mg/l und stellt somit keine Gefahr für unsere Schützlinge dar. In neu aufgesetzten Aquarien tritt in den ersten Wochen meist ein abrupter Anstieg von Nitrit auf, welcher in der Regel nach wenigen Tagen von alleine wieder sinkt, sobald sich ausreichende Nutzbakterien gebildet haben – hier spricht man dann von einem Nitritpeak.

Ist das biologische Gleichgewicht gestört bzw. kommen die Nutzbakterien ihren Aufgaben nicht nach z.B. wenn mal deutlich zuviel gefüttert wurde, weitere Aquarienbewohner eingesetzt werden, nach Medikamentengaben oder auch wenn Tiere verendet sind, so kann es zwischendurch immer mal einen Nitritpeak geben. Je nach Höhe des Nitritwerts sind hier großzügige Wasserwechsel anzuraten. Ein bis mehrmals täglich bis zu 80% sollten es dann schon sein, um eine ausreichende Verdünnung zu erreichen und das solange bis sich alles stabilisiert hat und der Nitrit dauerhaft unter 0,1 mg/l bleibt.

Nitratproduzierende Nutzbakterien (kurz: Nitratbakterien) der Gattungen Nitrobacter, Nitrococcus und Nitrospina verarbeiten das Nitrit weiter zu Nitrat.


  • Das durch den Abbau von Nitrit nun entstandene Nitrat NO3 ist relativ komplex

Es ist ein Teil der Nahrung der Aquarienpflanzen, kann aber wenn zu wenig vorhanden ist, es dem Algenwuchs leichter machen. Ist zuviel Nitrat im Wasser, könnten Algen ebenfalls leichteres Spiel haben und je nach Konzentration kann es dann auch für den Besatz schädlich werden sowie Wachstumsblockaden bei den Pflanzen entstehen. In den meisten Fällen hat sich ein Nitratwert zwischen 5 und 25 mg/l als akzeptabel herausgestellt, doch bei sehr empfindlichen Tieren würden wir so wenig Nitrat wie möglich anstreben. Verarbeiten die Pflanzen mehr Nitrat als im Aquarium vorhanden ist, kann man mit speziellem Nitrat- bzw. Stickstoffdünger entsprechend aufdüngen.

Wissenswert ist, daß das Leitungswasser durchaus auch mit Nitrat belastet sein kann und Werte von bis zu 50 mg/l sind nicht unbedingt ungewöhnlich. In solchen Fällen bringt es also nicht sehr viel hohe Nitratwerte im Aquarium mit Wasserwechsel zu bekämpfen. Hier würden wir dann auf spezielle Filtermaterialien zurückgreifen oder besser noch gleich eine entsprechende Aufbereitungsanlage z.B. eine Umkehrosmoseanlage verwenden und dieses fast reine Wasser anschließend mit speziellen Mineralsalzen auf die gewünschten Werte bringen, denn so eine Anlage entfernt neben Schadstoffen auch Härtebildner.


Wie oben bereits erwähnt, sind zur Nitrifikation Nutzbakterien notwendig, welche Sauerstoff verbrauchen. Ist ein Aquarium im Gleichgewicht und wird die Pflege nicht vernachlässigt, so stellt das normalerweise kein Problem dar, doch bei sehr hohen Wasserbelastungen und wenn sich Bakterien abrupt vermehren (Bakterienblüte) kann es schnell mal sehr eng mit dem Sauerstoff werden, was sich entsprechend auch negativ auf die Pflanzen und Bewohner auswirken würde. Besonders Nachts kann das sehr gefährlich werden, da dann die Pflanzen ebenfalls Sauerstoff verbrauchen und CO2 produzieren. Neben der Ursachensuche und Behebung derselben wäre darauf zu achten, daß der Filter gut läuft und die Wasseroberfläche möglichst gleichmäßig bewegt wird, damit die Sauerstoffsättigung und der Gasaustausch gewährleistet ist. Ein zusätzlicher Ausströmer oder ein sogenannter Oxydator, welcher mit Hilfe von Wasserstoffperoxid und einem Katalysator reinen Sauerstoff produziert, kann ergänzend sehr hilfreich sein.

Weiterhin entsteht während der Oxidation von Ammoniak (NH3) zu Nitrit (NO2) und dieses zu Nitrat (NO3) zudem ein Wasserstoff-Ion (H+), so daß zuerst die salpetrige Säure (HNO2) und dann Salpetersäure (HNO3) entsteht:

Nitritbildung
NH3 + 1½ O2 → HNO2 + H2O

Nitratbildung
HNO2 + ½ O2 → HNO3

Gesamtprozeß (gekürzte Reaktionsgleichung)
NH3 + 2 O2 → H+ + NO3 + H2O + Energie

Die Salpetersäure greift die Karbonathärtebildner (Hydrogencarbonat HCO3) an:

HNO3 + 1/2 Ca(HCO3)2 → 1/2 Ca(NO3)2 + H2CO3

Wodurch Calciumnitrat (Ca(NO3)) und Kohlensäure (H2CO3) entstehen. Diese beiden teilen sich in Wasserstoff (H+) und Hydrogencarbonat (HCO3) und es entsteht Kohlenstoffdioxid (CO2) sowie Wasser (H2O):

H+ + HCO3 → CO2 + H2O

Wichtig zu wissen ist, daß die Karbonathärte und der CO2 Gehalt den pH Wert bestimmen. Zudem fungiert die Karbonathärte als eine Art „Sicherung“ für den pH Wert. Fällt die Karbonathärte auf 3°dKH oder weniger, ist der Puffer weg und ein Säuresturz kann die Folge sein und so einer wäre natürlich sehr fatal für unsere Schützlinge.

Nach der Nitrifikation würde noch die Denitrifikation (oft auch als Nitratatmung bezeichnet) folgen. Hier wird Nitrat von anaeroben Bakterien zum gasförmigen Stickstoff N2 reduziert, welcher anschließend aus dem Wasser entweicht. Wie oben bereits geschrieben, benötigen diese Art von Bakterien sauerstoffarme Bereiche. Diese findet man in kaum und nicht mehr durchströmten Bereichen im Bodengrund – besonders bei recht hohen Sandschichten, aber auch in Filtern, wenn diese (zumindest stellenweise) sehr gering durchströmt sind und gute Mengen organische Substanzen aufweisen. Wird das Nitrat abgebaut, steigt die Karbonathärte und es entstehen Hydroxid-Ionen (OH+), welche auch den pH Wert steigen lassen.

Ein recht komplexes Thema, wenn es man es in alle Richtungen weiterführen möchte.


Grob zusammengefasst entstehen durch jegliche Abfälle und Ausscheidungen zuerst Ammonium / Ammoniak, welches durch Nutzbakterien zu Nitrit oxidiert wird und dieses dann zu Nitrat, welches von Pflanzen als Nährstoff verarbeitet wird und zudem wird das Nitrat von anaeroben Bakterien zu Stickstoff (N2), Lachgas (N2O) und weiteren Stoffen reduziert, welche in die Luft entweichen.

Ist alles im Gleichgewicht, achtet man auf einen zur Aquariengröße angemessenen Besatz, wird stets mit hochwertigem Futter moderat gefüttert, werden Wasserwechsel und weitere Pflegemaßnahmen nicht vernachlässigt, aber auch nicht übergründlich durchgeführt, wachsen die Pflanzen gut und kräftig, sorgt man dafür, daß sich gut durchströmte und auch sauerstoffarme Bereiche bilden können, werden Schadstoffe umgehend verarbeitet und man braucht sich weder um eine starke Sauerstoffzehrung noch um einen Karbonathärteschwund und somit nicht um einen pH Sturz Sorgen machen und im Gegenzug auch nicht um einen stetigen Anstieg der Werte.

Treten dennoch ungewöhnliche Schadstoffansammlungen auf, ist es ratsam, nach der Ursache zu suchen und diese zu beheben, bevor der Besatz Schaden nimmt. Mit Wasserwechseln, Stärkung der (de-)nitrifizierenden Bakterien und wenn notwendig mit entsprechend weiteren Gegenmaßnahmen, sind die Werte zu senken.

Danke


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