Het dimensioneren van een biologisch filter
1.0/5 rating 1 vote

Op de pagina's over de biofilm en biologisch filteren hebben we al veel kunnen lezen over alle biologische processen die in een filter plaatsvinden. Dan wordt het nu eens tijd om te kijken hoe we zo'n filter kunnen dimensioneren. En dat dimensioneren van een biologisch filter is nogal een breed begrip. Daaronder verstaan we onder andere:

  • Hoeveel filtermateriaal
  • Welk filtermateriaal
  • Hoe groot moet een biologisch filter voor een bepaalde bak worden
  • Hoeveel pompcapaciteit hebben we nodig
  • Hoe sluiten we het filter op de bak aan
  • Enz.

Hoeveel filtermateriaal hebben we nodig voor een aquarium?

Als we een licht bezet aquarium hebben met voldoende oppervlak van de bodem, wanden, glas dan hebben we eigenlijk geen filtermateriaal nodig. Maar hoe weten we dat? En als we een zwaarder bezette bak hebben, hoeveel filtermateriaal is er dan nodig?

De belangrijkste taak van een filter is om het ammoniak af te breken en om te zetten via nitriet naar nitraat. De bacterien moeten ons daarbij dus helpen, en die hebben een substraat van voldoende oppervlak nodig.

De grootte van een biologisch filter wordt dus eigenlijk bepaald door de ammonia(k) produktie en niet door de grootte van een aquarium. Vaak is er in literatuur over de grootte van een biologisch filter iets te lezen als "Het biologisch filter moet minstens 10% van de bakinhoud zijn". Da's dus niet helemaal waar. Een kleine bak met een zware visbezetting komt dan in de problemen. Een bak met een lichte bezetting heeft dan eigenlijk een te groot filter (maar da's niet zo'n probleem).

De hoeveelheid filtermateriaal in een filter is dus afhankelijk van de ammoniakproduktie in het aquarium. En wie produceren dat ammoniak? Juist.....onze vissen. Als die voedsel eten dan wordt ammoniak via de kieuwen aan het water afgegeven. Ook in de ontlasting zit nog wat stikstof wat samen met de voedselresten die niet door de vissen is opgegeten door bacterien verder wordt opgepeuzeld en daarbij komt ook nog weer wat ammoniak vrij.

Als we dus de ammoniakproduktie willen weten dan is het een kwestie van vissen tellen en kijken hoeveel ammoniak ze produceren. Da's simpel.....Nou inderdaad. Maar er zijn ook situaties waarbij we meer voeren dan de vissen aankunnen. Bij sommige plantenbakken kan dat wel eens het geval zijn. De ammoniakproduktie wordt dus in eerste instantie bepaald door de hoeveelheid voer die we in het aquarium stoppen. Nou weten we in het ontwerpstadium niet precies hoeveel we voeren. En dan is de ammoniakproduktie van een vis een goed vertrekpunt.

ehfi filtermateriaal

Hoeveel ammoniak produceert een vis?

Hoe meer een vis eet, hoe meer ammoniak wordt er geproduceerd. Dat klinkt logisch. Maar de ammoniakproduktie van een vis is van meer faktoren afhankelijk.

  • Temperatuur
    hoe lager de temperatuur, hoe minder een vis beweegt en hoe minder hij eet. Bij lagere temperaturen wordt daardoor minder ammoniak geproduceerd dan bij hogere

  • Samenstelling voer
    In eiwitrijk voer zit meer stikstof en dan zal er ook meer ammoniak worden gevormd.

  • Grootte van de vis
    Grote vissen verbruiken per gram lichaamsgewicht minder voedsel dan kleinere vissen. Grote vissen kennen per gram lichaamsgewicht dus ook een lagere ammoniakproduktie dan kleinere. Een school van 100 kardinalen van 5 gram is dus een grotere belasting dan 5 vissen van 100 gram.
     
  • Leeftijd van de vis
    Jonge vissen zitten nog in de groeifase en hebben per gram lichaamsgewicht meer voer nodig, en produceren dus ook meer ammoniak.

Bij het berekenen van de hoeveelheid filtermateriaal moet dan rekening gehouden worden met de bovengenoemde faktoren.

Voerhoeveelheid
gram

60
30
30
30
30
Eiwit
 

27,8
13,9
12,1
11,9
12,4
Vet
 

2,9
1,5
4,0
4,6
6,3
Eiwit/Vet
verhouding

9,6
9,3
3,0
2,6
2,0
NH3 produktie
g NH3/kg vis

0,714
0,622
0,42
0,382
0,299

Nou, over hoeveel voedsel vissen nodig is op het web en in literatuur genoeg te vinden. Vaak wordt de hoeveelheid benodigd voedsel uitgedrukt in een percentage van het lichaamsgewicht. Zo hebben kleine vissen 5-7% van hun lichaamsgewicht per dag aan voedsel nodig. Grote vissen ca. 2%. Voor jonge vis kunnen we nog zo'n 1-2% bij de percentages optellen.

Wat we voeren maakt ook verschil, Nee ik begin niet over N:P of C:N ratios. 50 gram eiwitrijk voer geeft een hogere ammoniakproduktie (en dus uiteindelijk ook meer nitraat) dan 50 gram voer met minder eiwit. Door Schreckenbach (1994) is een verband aangetoond tussen de eiwit/vet verhouding in het voedsel en de uiteindelijke ammoniakproduktie. In de tabel is dit verband te zien. Voedsel met weinig vet/veel eiwit laat hierbij een hoge ammoniakproduktie zien. In de bovenste regel van de tabel is te zien dat als we meer voeren dan nodig (60 gram i.p.v. 30 gram) dat dan de ammoniakproduktie wel toeneemt, maar niet zoals je zou verwachten het dubbele wordt. Het overtollige wordt uitgescheiden via de ontlasting. Maar wordt uiteindelijk door de bacteriën wel omgezet naar NH3!

En zo kunnen we voor een aquarium aan de hand van het aantal vissen, de grootte, temperatuur en voedselsamenstelling aardig inschatten hoeveel voedsel er nodig zal zijn. Zoiets kan dan mooi in tabelvorm:

 

Aantal vissen Gewicht (gram) Voedsel ratio (%) Voer per dag (gr.) Ammonia produktie (gr./dag)
    Totaal
   
Visgewicht
(gram)
ratio
<5 7%
5-20 5%
20-50 4%
50-100 3%
>100 2%
Jong +2%

Ammoniak productie afhankelijk van temperatuur

In de tabel hierboven zien we dus dat we de vijf vissies 3,15 gram voer per dag moeten geven. En daarbij behoort dan een ammoniaproduktie van een 0,12 gram per dag. Het biologische filter moet dus in staat zijn die hoeveelheid ammoniak om te zetten naar nitraat. Maar wat als we meer dan die 3,15 gram voeren? Of ander voer met meer eiwt? Of als er eens een vis dood gaat? Daar moet dus ook rekening mee gehouden worden. Zeker één of meer dode vissen betekenen een plotselinge grote belasting voor een filter. De eerste dag kan ca. 50% van het gewicht van een dode vis omgezet worden. Dat betekent dus een ammoniakpiek die opgevangen moet kunnen worden. Helemaal zal dat nooit lukken omdat de nitrificerende bacteriën zich niet zo snel vermenigvuldigen dat ze zich helemaal op zo'n piek kunnen instellen. In de onderstaande tabel zien we de effecten van een dode vis op de ammoniakproductie en kunnen we zien hoeveel ammoniak een bepaalde hoeveelheid voedsel geeft. Voor de bepaling van de hoeveelheid filtermassa is de grootste waarde van voedsel of van de ammoniak productie maatgevend.

De ammoniakproduktie is ook nog afhankelijk van de watertemperatuur. Is het water koud, dan bewegen vissen traag, eten minder. De ammoniakproduktie is dan ook lager. Door de watertemperatuur in de tabel te veranderen zien we in de tabellen hierboven en onder ook de ammoniakproductie veranderen. Maar pas op!! als we 100 gram voedsel geven dan wordt die naar een bepaalde hoeveelheid ammoniak omgezet. Of dat nou bij lage of hoge temperatuur gebeurd. Alleen bij lage temperaturen zijn er meer bacterien nodig om dat voor elkaar te boksen dan bij hoge temperaturen. Dat effekt zien we in de tabel hieronder dan ook terug. De ammoniakproduktie bij een bepaalde hoeveelheid voedsel veranderd niet, de ammoniakproduktie van de vissen wel!

Temperatuur in het aquarium C

Ammoniak produktie door vissen: g NH3/p.d.
Voer per dag: gram g NH3/p.d.
Hoogste waarde: g NH3/p.d.
Dode vis gram     g NH3/p.d.
Conversie %

Totale ammoniak produktie per dag g NH3/p.d.
Ammoniak verwijderingsfaktor g NH3/m2.p.d.
Reservefaktor

Benodigd filteroppervlak m2
   

Zo, nu zijn we een aardig stuk verder. We hebben de ammoniak produktie in het aquarium bepaald. De 2e stap is het berekenen van het benodigde filteroppervlak. Da's eigenlijk een simpele stap. Een normaal biologisch filter kan ca. 0,2 gram ammoniak per m2 per dag verwerken. Een droog/sproeifilter is wat efficiënter door de goede gasuitwisseling met de atmosfeer en kan 0,5 g/m2.dg verwerken. Een wervelbed nog wat meer die komt wel aan 1,5 g/m2.dag.

 

Ammonia verwijderingsfaktor
Normale bioloog         0,2 g/m2.dag
Dichtgeslibde bioloog 0,1 g/m2.dag
Droog/sproeifilter     0,5 g/m2.dag
Wervelbedfilter         1,5 g/m2.dag

Dit komt o.a. door het intensieve kontakt tussen water en biofilm op de rondwarrelende korrel en doordat de schurende werking voorkomt dat de biofilm te dik wordt. Daarom kan een wervelbed ook een stuk kleiner zijn dan een normale bioloog.

Dan is het een kwestie van rekenen. Voor een bak met een produktie van 0,4 gram per dag aan NH3 hebben we dan bij een normaal biologisch filter: 0,4/0,2 = 2 m2 meter aan filteroppervlak nodig. Daarover kunnen we nog een extra toeslag geven. Immers de effectiviteit van de bacteriën is niet helemaal constant maar wordt beinvloed door pH, licht, schoonmaken van het filter, temperatuur, enz. Maar is zo'n toeslag echt nodig?

Want we hebben nu wel het benodigde filteroppervlak bepaald. Maar die bacteriën zitten echt niet alleen in het filter. Die zitten ook in enorme aantallen in de bodem, op de wanden, het glas, in de slangen, enz. Voor een normaal aquarium kunnen we dus eigenlijk zo'n toeslagfaktor achterwege laten. Voor een kweekbak zonder bodemsubstraat en met veel jonge (gevoelige) vis is het beter met een veiligheidsfaktor van 2 te rekenen. Voor aquaria met lage pH's (lager dan 6) of hele hoge (>8,5) kan ook met een faktor van 2 gewerkt worden. Bij lage en hele hoge pH's zijn grotere bacteriekolonies nodig voor een zelfde capaciteit en die grotere bacteriekolonies hebben nu eenmaal ook meer ruimte nodig.

Nu zijn we een aardig stukje verder. Want als we het aantal m2 filteroppervlak weten dan kunnen we ook uitrekenen hoeveel liter filtermateriaal er nodig is. Tenminste als we van dat filtermateriaal weten hoeveel m2 er in een liter van dat filtermateriaal zit. Nou van een groot aantal filtermaterialen zijn daar wel gegevens van bekend en anders kun je het wel uitrekenen. De tabel hieronder geeft daarvan een overzichtje.

siporax2

In de tabel zien we voor het specifieke oppervlak van Siporax twee waarden staan, 10.000 en 500. Siporax kent namelijk bijzonder fijne poriën. Daarin kunnen natuurlijk prachtig bacteriën groeien. Maar welke? De buitenkant van zo'n pijpje wordt ook gecoat met een biofilm. En zo worden de poriën afgesloten door de buitenste biofilm. Dat betekent dat in die poriën de omstandigheden behoorlijk zuurstofarm zullen zijn en er daar weinig nitrificatie zal plaatsvinden. Daar in die poriën is de kans op denitrificatie groter. Voor het omzetten van ammoniak naar nitraat mogen we dus eigenlijk niet met het enorme poriënoppervlak rekenen maar moeten we rekenen met het veel kleinere buitenoppervlak. Hetzelfde geldt ook voor andere materialen met fijne poriën zoals kool, cokes, Ehfisubstraat e.d.

Aandeel filtermateriaal
% (in volume)
Type filtermateriaal Specifiek filteroppervlak in m2/m3

Fijn filterschuim 1000
Normaal filterschuim 600
Grof filterschuim 200
Siporax 10000 (500)
Zand gem. 1-2 mm 2800
Grind 2-5 mm 1200
Bio-ballen 550
Totaal (%)

Gemiddeld filteroppervlak (m2/m3)
Benodigd filteroppervlak (m2)
Benodigd filtervolume (liter)
   

 Zo, we zijn er! Voor de vijf vissen in dit voorbeeld is dus minstens 3,15 gram voer per dag nodig en als we de vissen 5 gram voer per dag geven en filteren over gewoon filterschuim dan dient dat filtermateriaal een volume van 3,3 liter te hebben. Deze hele berekening is ook te maken met een excel blad dat van deze site is te downloaden. Klikkerdeklik.

Nu we de benodigde hoeveelheid filtermateriaal weten gaan we verder met de opbouw van een biologisch filter. Hoe zit het met de zuurstofvoorziening? En hoe richten we zo'n bioloog het beste in? Da's te lezen op de volgende pagina.

Auteur: Adriaan Briene

Auteur

Adriaan Briene

Zoeken

Wij gebruiken cookies om de website te analyseren, sociale media te kunnen gebruiken, advertenties aan te bieden en om het verkeer te analyseren. Deze informatie delen we ook met onze sociale media, adverteerders en analyse partners die het kunnen combineren met andere informatie de je hen hebt gegeven of die ze hebben verzameld doordat je hun diensten hebt gebruikt. Meer informatie over ons cookie gebruik