Nitratentfernung mit Holz

Eine Methode, Nitrat mittels Holzspänen oder Holzstücken aus Aquarien zu entfernen.

Diesen Artikel habe ich um 1995 herum geschrieben, jetzt (2006) habe ich ihn nur überarbeitet.

Vorgeschichte
Im Frühjahr 1989 wollte ich „Blaue Keilfleckbarben" fotografieren. Zu diesem Zweck richtete ich ein kleines Aquarium mit den Maßen 70 x 35 x 30 cm ein. Als Bodengrund nahm ich Lava, ca. 15 cm hoch. 15 cm von der Frontscheibe entfernt wurde ein halbierter „Eichenast"  mit Silikon zwischen die rechte und linke Seitenscheibe geklebt. So entstand  zwischen Vorder- und Hintergrund ein Höhenunterschied von etwa 15 cm. Ich hoffte, die Fische mit der dunkleren Eiche als Hintergrund fotografieren zu können. Bepflanzt wurde mit verschiedenen Cryptocorynen. Der Filter war  eingeklebt und mit einem kleinen offenporigem Schaumstoffblock  versehen. Außerdem lagen „auf dem Boden" des Filters 1 Liter „Rasbora" Glasschwämme. Mit „auf dem Boden" ist gemeint, daß die „Glasschwämme" (heute heißen sie Siporax®) nicht von Wasser „durchspült" wurden, sondern daß das Wasser nur „darüberhinweg" floß. Betrieben wurde er mit einer kleinen Tauchkreiselpumpe, Leistung 100-200 L pro Stunde. Beleuchtung: 20 W Leuchtstofflampe in Spritzwasser geschütztem Gehäuse ohne Deckscheibe. Abdeckung des Aquariums bis auf eine kleine Aussparung fast luftdicht mit rundum aufliegenden undurchsichtigen Glasscheiben. Es verdunstete also sehr wenig Wasser. Nachdem ich die Keilfleckbarben fotografiert hatte, geriet das Becken ins Abseits. Das heißt, es wurde zwar gefüttert und ab und zu die Frontscheibe geputzt, auch manchmal Wasser gewechselt, aber eigentlich war es nur noch ein „ungepflegtes Aquarium", zwar  ein sehr gut funktionierendes - aber trotzdem. Besatz zu dieser Zeit: Mehrere Guppys, besagte Keilfleckbarben, Antennenwelse und einige Schachbrettcichliden (Crenicara filamentosa).
Als ich das Becken auf „anraten" meiner Frau aus dem Wohnzimmer entfernen sollte, habe ich die Nitratmenge gemessen - und die war 0! Jetzt habe ich aber doch ein wenig geschluckt. Um der Ursache des nicht vorhandenen Nitrats auf den Grund zu gehen, blieb das Aquarium noch eine Weile stehen. An sich ist kaum Nitrat bei einem Aquarium mit wenig Besatz und viel Pflanzenwuchs nichts besonderes. In diesem Fall schienen mir die Cryptocorynen als Nitrat-Verzehrer aber nicht so geeignet. Nun wurde absichtlich viel gefüttert, mehrere Forellenfutterpellets pro Tag als Belastungsprobe. Die Nitratteststreifen blieben aber trotzdem weiß! Als das nach einem Monat immer noch so war, wurde das Aquarium endgültig abgebaut.
Da ich das Nichtvorhandensein von Nitrat damals den „Rasbora Glasschwämmchen" zugute hielt, machte ich in der Folgezeit mehrere Versuche mit diesem Material, stets mit negativem Ergebnis. Nun bin ich manchmal sehr  beharrlich. Die Geschichte mit dem Nitrat ging mir nicht mehr aus dem Kopf, was war die Ursache: Das Lava, der Schaum, die Anordnung des Filters usw. Manchmal dauert's bei mit etwas länger:
Der „Eichenast". 
Nicht der Ast - also das Holz an sich, sondern die Tatsache, daß er auf der hinteren Seite im Lava eingegraben war und dort ein anaerobes Milieu geherrscht hat.
Der war's!
Der Rest war dann „ganz einfach”!

Zuerst etwas Theorie:
Bekanntlich bauen bei Vorhandensein von Sauerstoff, der Fachmann nennt das aerob, Bakterien Eiweiß und Stickstoff über Ammoniak (bzw. Ammonium) und Nitrit zu Nitrat ab. Übrig bleiben also Nitrat und einige Säuren. Man sagt auch, die Bakterien oxydieren Eiweiß zu Nitrat und nennt diesen Vorgang Oxidation. Im Gegensatz zur Reduktion, da geht die Geschichte andersherum. Theoretisch ist es also eigentlich ganz einfach, Nitrat zu entfernen: Man nehme ein sauerstofffreies Milieu und warte darauf, daß sich die entsprechenden Bakterien entwickeln und vermehren und das unerwünschte Nitrat beseitigen.
Praktisch ist es aber gar nicht so einfach. Es wird oft fälschlich angenommen, daß nitratabbauende Bakterien die unter Sauerstoffabschluß leben können, Nitrat fressen würden. Das ist falsch und da liegt auch gleich die Schwierigkeit des praktischen Nitratabbaues. Diese nitratabbauenden Bakterien benötigen zum atmen auch Sauerstoff. Um nicht zu ersticken, klauen sie dem Nitrat ein Molekül Sauerstoff das dadurch zu Nitrit reduziert wird. Zum Schluß bleibt Wasser und Stickstoff übrig. Das ist zwar alles sehr vereinfacht, es besagt aber letztlich nichts anderes, als daß im Wasser außer Wasser nichts übrig bleibt.
Es gibt da aber einen Haken. Die Bakterien brauchen nämlich auch etwas zum fressen. Die Profis in der Wasseraufbereitung geben ihnen als Nahrung Methanol. Es gibt im Zoohandel Geräte zum Nitratabbau, bei denen die Bakterien durch regelmäßige Gaben von käuflichem Futter „gefüttert" werden. Und da glaube ich eine „umweltbewußte " Methode gefunden zu haben, wie der fortgeschrittene Aquarianer ohne Belastung durch Chemie mit natürlichen Stoffen - mit Holz - seine Aquarien nitratfrei halten kann.

Versuchsvorbereitung
Es war nicht klar, was für Holzart überhaupt und in welcher Form diese  Holzart dann am besten  funktionieren würde. Ich besorgte mir Eiche, Fichte, Erle und Meranti. Eiche hatte schon einmal funktioniert, Fichte halt so, Erle ist untergetaucht sehr haltbar (Eiche auch) und Merati  hatte der Schreiner eben auch noch da. Fichte, Eiche und Erle sind wohl klar, bei Meranti handelt es sich um einen Handelsnamen, Meranti ist Mahagoni sehr ähnlich.
Von der Eiche sägte ich zuerst kleine Stückchen von ca. 7 x 3 x 3 cm, ungefähr 70 Liter!! Der Rest wurde gehobelt. Dabei zeigten sich die ersten Unterschiede:
Fichte, Erle und Eiche ergeben viel relativ grobe Späne, Meranti dagegen ergibt bei gleicher Ausgangsmenge weniger und feinere Späne. Auch dann, wenn man die Spandicke hoch einstellt. Es ist ein sehr kurzfaseriges Holz.
Alle Holzarten wurden immer getrennt behandelt.
Zuerst kam alles zum wässern in Kunststofftonnen mit 120 Liter Inhalt. Alle paar Tage Wasserwechsel mit kaltem Leitungswasser. Die Späne gingen schon bald unter. Auch hier zeigten sich Unterschiede der Holzarten:

Fichte:
Das  Wässerungswasser  ist vom ersten Tag an  farb- und auch fast geruchlos. Die Fichtenspäne selbst riechen etwas „harzig". Sie sind auch mit Sicherheit  physiologisch unbedenklich, da während der Wässerung zweimal Titteyabarben in die Tonne gesprungen sind und  es ihnen nicht im geringsten geschadet hat. Nach 14-tägigem wässern hat Fichte nur noch einen sehr geringen Geruch nach Harz, das Wasser ist klar und geruchlos .

Erle:
Erle hat trocken schon eine schöne rotbraune Farbe, naß wird die Färbung sehr intensiv. Allein aus diesem Grund war sie mir „sehr sympathisch". Das Wässerungswasser ist rotbraun. Erlenspäne und -Wasser riechen anfangs nach Gerbstoffen. Nach 3 Monaten in der Tonne bei mindestens wöchentlichem Wasserwechsel stinken das Wasser  und die Erlen-Späne jedoch nach Schwefelwasserstoff. (Schwefelwasserstoff gilt als starkes Nervengift)
Nachtrag am 27. November 1998: Das Schwefelwasserstoffgas kam daher, daß im Wasser kein Nitrat war.
Nachtrag für Erle: Da mir die Erlenspäne zu sehr nach faulen Eiern (Schwefelwasserstoff) „gerochen" haben, habe ich sie nicht zu weiteren Aquarienversuchen verwendet.

Eiche:
Eiche hatte die meisten Gerbstoffe und entwickelte das meiste Schwefelwasserstoff. Damit die starke Färbung nachläßt, muß Eiche sehr lange gewässert werden.

Meranti:
Meranti ist ein eigenartiges Holz. Beim Einweichen gibt es eine richtige rote Farbe ab. Nach mehrmaligem Wässern verschwindet diese Farbe total und das Wasser wird völlig farb und geruchlos. Auch nach 3 Monaten unter Wasser sind sowohl Wasser als auch Späne praktisch geruchlos.


Versuche

1.) Versuch mit Eiche
Versuchsaquarium: Maße: 130 x 60 x 60 cm
Art des Aquariums: Sogenanntes Schauaquarium, tatsächlich aber Zuchtfisch-Mischmasch überbesetzt mit gutem Pflanzenwuchs, Echinodorus,  Microsorium und Hygrophylia diformis und einigen Cryptocorynen und andere.
 
Anordnung:
Von früheren Versuchen übriggebliebene Plexirohranordnung: 2 Plexirohre, 2m lang, links 20 cm Durchmesser, rechts 16 cm Durchmesser, unten mittels Kasten aus Plexiglas verbunden. Oben auch ein Aufsatz aus Plexiglas, in der Mitte aber mit Trennscheibe. Unten haben die Rohre jeweils ein Gitter.
Tatsächliches Nettovolumen des Ganzen mit Eichenfüllung:
60 Liter Wasser 
Durchlauf pro Stunde: 7,5 Liter
Komplettdurchlauf in 8 Stunden einmal.
Diese beiden  Rohren wurden jeweils bis zur Höhe von ca. 150 cm  mit Eichenspänen befüllt. Die Oberkante Plexifilter befand sich ca. 50 cm über dem Wasserstand des Aquariums, ich mußte also das zu filternde Wasser nur hinaufpumpen, es lief dann über ein eingeklebtes Röhrchen mit 10 mm Durchmesser von alleine wieder zurück. Hinaufgepumpt wurde es mit einer kleinen Tauchpumpe, zur Reduzierung mit Luftschlauch. Das ergab dann einen Durchsatz von ca. 7,5  l  pro Stunde.  Um die zu erwartende Braunfärbung in Grenzen zu halten, ließ ich den Rücklauf durch einen 2-Liter-Eheimtopf, gefüllt mit teurer Aktivkohle, laufen. Die rechte Seite, also der Einlauf, wurde mit ca. 200 ccm Bodenschlamm aus dem Gartenweiher beimpft. In dem Schlamm befand sich offenbar auch ein Schleierschwanzei, der Schleierschwanz schlüpfte und ich ließ ihn bis zu einer Größe von ca. 1,5 cm in dem Rohr schwimmen, wo er mit Artemia gefüttert wurde, er hat sich prächtig entwickelt. (einmal mehr ein Beweis, daß Zuchtbecken nicht im geringsten steril sein müssen und sich gesunde befruchtete Eier selbst auf dem Bodenschlamm noch entwickeln. Aber das nur nebenbei.)




Zuerst wechselte ich die Hälfte des Wassers und reinigte den Filter. Da es ein schon lange laufendes Aquarium  ist, gab es noch nie Probleme mit Nitrit. Danach wurde die Anordnung in Betrieb genommen. Das Wasser wurde trotz Kohlefilterung leicht bräunlich, die Fische sahen sehr gut aus, machten einen lebhaften Eindruck und hatten gute Farben. So reichte z.B. das Rot bei den Rotkopfsalmlern sehr weit vom Kopf in den Körper hinein. Nitrat zu diesem Zeitpunkt etwa 50 mg, Nitrit 0.  Bei  einer ersten Nitratmessung am Filterauslauf nach 2 Tagen war ca. 30-50 mg Nitrat vorhanden - und genausoviel rot bei Nitrit! In den nächsten Tagen wurde das Wasser etwas milchig. Nitrit und Nitrat hielten sich weiterhin bei ca. 30 mg die Waage. Nach 8 Tagen war kein Nitrat mehr im Filter-Auslauf, aber Nitrit. Im Aquarium wurde das Nitrit sofort oxydiert, es war nicht zu messen. Am nächsten Tag war im Filterauslauf  0 Nitrit und 0 Nitrat. Im  Filtereinlauf und im Aquarium 0 Nitrit, aber leicht rötlich Nitrat, Nitrit gleichfalls 0. Nach insgesamt 3 Wochen war im Aquarium weder Nitrat noch Nitrit nachweisbar. Die Teststreifen blieben schön weiß!

Zusammenfassung
Man bewegt sich mit Eiche auf einem sehr schmalen Pfad. Einerseits wirken die Gerbstoffe offenbar stimulierend, andererseits bergen sie die gleichen von TANNIN bekannten Gefahren. Nachdem ich mehrfach Wasser gewechselt und wegen Schwefelwasserstoff (Geruch nach faulen Eiern) den Filterauslauf belüften mußte, brach ich den Versuch nach 6 Wochen ab.

Nachtrag 2006, der Schwefelwasserstoff im Auslauf kam daher, daß kein Nitrat mehr im Wasser war. Der Filter war für das einzelne Aquarium zu groß bzw. die Belastung zu gering.


2.) Versuch mit Fichte
Versuchsanordnung:
Plexifilter Nr. 2, bis oben mit Fichtenspänen befüllt. VA-Wanne mit 1 cbm Inhalt , "besetzt" mit  40 - 50 ausgewachsenen Apfelschnecken samt vielleicht 1000 Nachkommen. Außerdem noch ca. 100 halbwüchsige Papiliochromis ramirezi. Regulärer Filter ein mit hohem Sauerstoffgehalt  betriebener  Behälter mit 400 Litern Inhalt. Dank dieses Filters ist es unmöglich, in dieses System Nitrit hineinzubringen, auch gelegentliche Gaben von 250 g Rinderherz auf ein mal bringt das System nicht ins Wanken.
Warum also einen Filter, um Nitrat zu entfernen?
Ganz einfach: Apfelschnecken sind ungemein empfindliche Tiere, sie bieten sich geradezu an, wenn man feststellen will ob ein System biologisch funktioniert oder nicht!
Das man mit Holz Nitrat entfernen kann, war ja bereits klar, jetzt ging es nur darum, ein Holz zu finden, das wenig oder gar kein Schwefelwasserstoff erzeugt und mit Sicherheit unbedenklich ist. Um es vorweg zu nehmen: mit Fichte geht es.
Allerdings hat es die Fichte bei der VA-Wanne nie geschafft, den Nitrat-Spiegel auf 0 zu senken, dazu ist das Filtervolumen zu gering, die „Verweildauer" im Filter zu kurz bzw. die Durchlaufmenge zu gering (irgendwie ist das ja alles das gleiche). Bei gesteigerter Durchflußmenge erscheint am Filterauslauf  wieder Nitrit, was zwar in diesem Fall belanglos, aber auch nicht erwünscht ist.
Dieser Nitrat-Filter läuft  und funktioniert  immer noch.

Bilder unten: Die VA-Wanne, der weiße PE-Behälter dahinter und das 100x30x30er Aquarium dienten jahrelang für verschiedene Versuche. Bei diesem Nitratversuch war die abgeklebte Plexisäule dazu da den Restsauerstoff aus dem Wasser zu entfernen, daneben die eigentliche Nitratsäule, mit Eichenstücken gefüllt. Die leere 2m-Säule dazwischen diente zeitweise als Ozonreaktor. Im Hintergrund ist der große VA-Austauscher zu sehen. Die Tanks links waren Wasserwechseltanks, es waren noch mehr da! Die Verbindungsschläuche sind bereits entfernt. Die Aufnahmen entstanden nach Stillegung des Betriebes. Das war so ziemlich die unordentlichste Ecke der ganzen Anlage, ansonsten hat es ordentlicher ausgesehen.

Nachtrag 2006: Damals wußte ich noch nicht, daß Schwefelwasserstoff entsteht, wenn kein Nitrat mehr im zulaufenden Wasser ist. Die Versuche mit Fichte in dem größeren und stark belasteten VA-Wannen-System sind deshalb - jedenfalls meistens - ohne Schwefelwasserstoff geblieben, weil die Plexisäule die gesamte Nitratmenge selten geschafft hat. Das berüchtigte Schwefelwasserstoff ist aber soo schlimm nicht, es stinkt dermaßen, daß man es sofort merkt - und somit ganz schnell die Ursache abstellt. Schlechter ist, daß manche PVC-Verbindungen wie in diesem Fall unsere weiße Südseitenverkleidung auf Schwefelwasserstoff in der Luft sofort mit dunklen Verfärbungen reagieren.


Zusammenfassung:
Soweit der Fast-Original-Aufsatz von ca. 1995.
(Zu dieser Zeit war die Nitratabbaugeschichte noch nicht so allgemein bekannt wie heute - 2006).

Ich habe natürlich noch einige Jahre weiter probiert und dabei folgendes festgestellt:
Im Prinzip funktioniert die Sache! Nur auf Dauer nicht mit Hobelspänen, egal welche Holzart. Die Späne haben zu wenig Zwischenräume, sie sind zu dicht gepackt. So kann die sich bildende Luft nicht nach oben entweichen und irgendwann drückt es den ganzen Inhalt der Säule nach oben. Später habe ich als Substrat Stroh, abgeschnittene Tonkinstäbe (Foto rechts oben, das abzwicken war richtige Arbeit) und kleingegesägte und gehackte Eichen- und Fichtenstückchen genommen, das hat dann ganz gut funktioniert. Wichtig ist, daß das Substrat so viel Zwischenraum bietet, daß die Luft ungehindert nach oben entweichen kann. Es ist aber das Problem geblieben, daß man den Durchlauf genau auf die Nitratmenge abstimmen muß. Wenn die Filtersäule zu wenig Nitrat bekommt, entsteht sofort Schwefelwasserstoff. Dann muß man den Durchsatz erhöhen. Wenn der Durchsatz zu hoch ist, kommt Sauerstoff in die Säule und dann geht gar nichts mehr - also besser mehr Nitrat geben. Auch muß die ganze Säule irgendwann gespült werden, weil sie verschlammt oder besser verschleimt.



Letztendlich ist die ganze Angelegenheit nur etwas für Leute, die gerne experimentieren. Mit einer neuen automatischen Anlage mit Redoxmessung, Steuerung und Essigsäure- oder Mondaminfütterung geht die Nitratentfernung heute bedeutend einfacher und bequemer.
Mit Wasserwechsel übrigens auch!

In dem Buch von Hans J. Mayland „Praxis Diskusaquarium” vom Landbuchverlag von 1995 wird meines Wissens das erste Mal von Willy Brockskothen beschrieben, wie man halbautomatisch mit Essigsäure und kontinuierlicher Redoxmessung Nitrat entfernen kann. Solche Anlagen gibt es inzwischen fertig zu kaufen.



Versuch einer einfachen Erklärung der ganzen Angelegenheit:
Wenn man es etwas vereinfacht ausdrückt ist zumindest ein Teil des Ganzen gar nicht so schwer zu verstehen. Was mir immer nicht gefallen hat ist der Ausdruck eines promovierten Biochemiker-Spezies, daß die Bakterien das Nitrat „verstoffwechseln” würden. Das ist nämlich zumindest irreführend, da die Bakterien das Molekül Sauerstoff, welches sie dem Nitrat entnehmen nicht „verdauen”, sondern veratmen. Das ist zwar irgendwie auch „verstoffwechseln”, aber der „normale” Mensch stellt sich da doch etwas anderes darunter vor.
Solange in dem Behälter, in dem Nitrat abgebaut werden soll, ein sauerstoffloses Milieu herrscht, Nitrat als Sauerstofflieferant und Futter für die Bakterien, also Kohlenstoff in Form von Mondamin, Kartoffelstärke, Alkohol - Whiskyfilte//Gin/Korn/Wodkafilter - oder eben auch Holz oder Stroh vorhanden ist funktioniert alles zufriedenstellend. Nitrat und Nitrit werden vollständig abgebaut.
Die Bakterien „fressen” also Kohlenstoff und „atmen” Sauerstoff, den sie aus dem Nitrat abspalten, wenn kein Nitrat mehr da ist nehmen sie das Sauerstoff-Molekül vom Nitrit. Wenn nun kein Nitrat und auch kein Nitrit mehr im Behälter ist wird es kritisch. Jetzt haben die Bakterien nämlich keinen Sauerstoff mehr und müßten eigentlich ersticken. Zwar weiß ich - mangels eigener chemischer Kenntnisse - nicht wirklich wie das funktioniert, aber plötzlich entsteht in dieser Situation Schwefelwasserstoff (Schwefelatmung), der ganz furchtbar stinkt. Gibt man in den Behälter wieder Nitrat hinein, so verschwindet der Schwefelwasserstoffgestank sehr schnell und das Nitrat wird auch wieder sehr schnell abgebaut.
Es scheint mir also so zu sein, daß die Bakterien welche Nitrat und Nitrit abbauen ohne diese auf eine andere Atmung  „umschalten” können und dann Schwefelwasserstoff produzieren. Sobald wieder genug Nitrat im Zulauf ist, verschwindet der Gestank nach faulen Eiern sofort wieder.
Da in den Tonnen mit Eiche und Erle keinerlei Nitrat war, haben sie so gestunken. Das war Sulfatatmung, so nennt das der Fachmann. (Auf dem Gebiet der Chemie bin ich nun wirklich keiner) 

Ich lehne natürlich jede Haftung  für Schäden ab, die durch das nachmachen oder ausprobieren der beschriebenen Versuche entstehen können.

Oktober 2006
Überarbeitet, ergänzt: Februar 2007, Oktober 2008, größere Fotos eingefügt

© 2006 - 2024  Uwe J. Splett, www.afizucht.de