Terminologie
De “bruine smurrie” die in aquariumfilters wordt aangetroffen, is allemaal een soort aggregaat dat een “biofilm” wordt genoemd; een matrix of gel van polysachariden en eiwitten met bacteriën, protozoa, schimmels en waterschimmels. Voor de doeleinden van dit artikel zullen we het dunne buitenoppervlak van de “bruine smurrie” een “biofilm” noemen. Het binnenste van de “bruine smurrie” heeft een andere bacteriepopulatie dan de “biofilm” en we zullen het eenvoudigweg “bruine smurrie” noemen.
Mythen
Er zijn twee belangrijke mythen die we hier moeten ontmaskeren.
- De eerste mythe is dat vrijwel alle nuttige bacteriën in een filtermedium stevig gebonden zijn aan het oppervlak van het medium, en niet aan de bruine smurrie op de media en tussen de media.
- Een soortgelijke mythe, aangevoerd door sommige leveranciers van filtermedia, zoals Seachem Matrix en BioHome, is dat de meeste bacteriën in ‘poreuze’ media leven.
In beide gevallen is precies het tegenovergestelde waar. Het oppervlak van de “bruine smurrie” zowel op als tussen de media zal de meeste nuttige bacteriën bevatten, het buitenoppervlak van de media zal gematigde hoeveelheden nuttige bacteriën bevatten en er zullen GEEN nuttige bacteriën BINNEN een medium zoals keramische ringen, lavasteen, Biohome of Matrix zitten.
“Bruine Smurrie”
Alle aquaria krijgen ergens ‘bruine smurrie’. Let op: een dunne laag “bruine smurrie” kan kleurloos zijn. Andere woorden die worden gebruikt om dit materiaal te beschrijven zijn biofilm, “poep”, slib, modder, afval, “bah”, puin, afval, mulm en “organisch materiaal”. ‘Bruine smurrie’ is veel complexer dan veel mensen beseffen.
De vele soorten bacteriën en organismen die in ‘bruine smurrie’ zijn verwerkt, produceren een zeer geordende structuur met lagen en kanalen die zeer efficiënt zijn in het ontgiften en verwijderen van ammoniak uit het water. Deze structuur verwijdert ook efficiënt iets dat “opgeloste organische verbindingen” of DOC’s wordt genoemd. Deze structuur is grotendeels levend, niet dood.
Deze kleine open kanalen in de bruine smurrie zorgen ervoor dat zuurstof via Brownse beweging en diffusie zeer dikke lagen bruine smurrie (zoals tientallen centimeters lagen) doordringt. Dus zelfs zeer dikke afzettingen van bruine smurrie in bijvoorbeeld een potfilter die al jaren niet is schoongemaakt, zullen NIET hypoxisch worden. Hypoxische condities verraden zichzelf door slecht, heel slecht te ruiken. En ik heb veel filters gezien waarbij de bruine smurrie enorm is en er geen vieze geur is.
Deze bruine smurrie wordt belichaamd door de bruine gel die na enkele maanden gebruik in wervelbedmedia (Kaldnes van “K1”) wordt aangetroffen. Het is een dunne, filmachtige, doorschijnende bruine gel.
Bruine smurrie wordt aangetroffen in de poriën van zeer open filtermedia zoals filterschuim (urethaanschuim) en op de oppervlakken van filtermedia zoals keramische ringen. Bruine Smurrie wordt NIET aangetroffen in keramische media of media zoals Matrix. Bruine smurrie kan ook vrij drijvend worden aangetroffen in sommige systemen met een lage stroming, waar het mulm wordt genoemd. Bruine smurrie uitvergroot ziet er zo uit:
Deze structuur lijkt sterk op urethaanschuim, is zeer poreus en is makkelijk doordringbaar door water. Het is uiteraard op veel kleinere schaal dan urethaanschuim. De oranje en paarse lichamen zijn nuttige bacteriën (zowel heterotrofe als autotrofe) en de wanden zijn slijm dat door deze organismen wordt uitgestoten.
Hieronder ziet u een elektronenmicroscoop opname van de bruine smurrie op een stuk grind dat werd gebruikt in een ondergrindfilter.
En hier is nog een elektronenmicroscoop foto:
Wetenschap van Bruine Smurrie en Biofilm
De wetenschap van bruine smurrie is behoorlijk complex. Technisch gezien vormen biofilms zich niet alleen op het oppervlak van de media in een filter. Ze vormen zich in de holtes in de media en creëren geleiachtige slijmballen van bruine smurrie. Als de stroom door de mediaholtes te snel is, zal de bruine smurrie zich niet vormen. Als de stroom te langzaam is, zullen de verschillende organische verbindingen en ammoniak die de nuttige bacteriën consumeren niet bij de bacteriën komen en op de juiste manier worden verwijderd. Het wordt dus eigenlijk behoorlijk moeilijk om de prestaties van media in een filter te voorspellen, vooral bij een zeer hoge visbezetting.
Er is nog een ander concept dat verband houdt met ‘bruine smurrie’, iets dat een ‘biofilm’ wordt genoemd. Een wetenschapper zal alle ‘bruine smurrie’ als een ‘biofilm’ beschouwen. Zoals hierboven vermeld, beschouwen we alleen het dunne oppervlak van de “bruine smurrie” als een “biofilm”. Dit komt omdat de dunne buitenste laag een andere bacteriepopulatie heeft dan de binnenste lagen.
De nuttige nitrificerende bacteriën in de “bruine smurrie” bevinden zich op het oppervlak van de “bruine smurrie” in de dunne maar ingewikkelde biofilm met een andere bacteriële samenstelling dan de binnenkant van de “bruine smurrie”. In gevestigde filtermedia wordt het grootste deel van de ammoniakoxidatie uitgevoerd in een dunne “biofilm” die zich bovenop een “bruine smurrie” bevindt.
Een ‘biofilm’ die wordt aangetroffen in snelle stromingen of waar voedingsstoffen schaars zijn, is slechts 100 tot 200 micron (de dikte van een mensenhaar) dik. En er is geen “bruine smurrie” in gebieden met zulke hoge stromingen. Deze biofilm kan zeer hardnekkig zijn en vrijwel onmogelijk te verwijderen. Deze zelfde dunne, hardnekkige harde biofilm zal ook heel langzaam worden geproduceerd in gebieden met een lage stroming, onder een zachtere ingewikkelde biofilm.
Als je over een enorme hoeveelheid biofiltratie beschikt, kun je op alle oppervlakken een onzichtbare dunne biofilm hebben. Ben Ochart heeft een zwaar bezet aquarium met zowel een groot bioloog als een met schuim gevulde FX6 op het aquarium. Hij haalde de FX6 na zes maanden gebruik uit elkaar en het schuim was “schoon als een fluitje”. Maar ik garandeer dat er eigenlijk een heel dunne, onzichtbare en zeer effectieve biofilm op alle urethaanoppervlakken in het schuim zat.
Bovendien zal er een zachtere bruine smurrie ontstaan die zich zal vormen in gebieden met een lagere stroming. Deze zachtbruine smurrie (die technisch gezien ook een biofilm is) zal een biofilm met een andere samenstelling op het oppervlak hebben.
Een goed voorbeeld van de twee soorten biofilms zijn de twee biofilms die zich op iemands tanden vormen.
- Er verschijnt een zachte, dikke, korrelige biofilm op uw tanden als u ze een paar dagen niet poetst. Het kan zich snel vormen. Het is ruw, dik en korrelig. Het kan gemakkelijk worden verwijderd met een tandenborstel.
- Er zal zich in de loop van een aantal maanden een dunne, gladde en harde biofilm op uw tanden vormen. Dit moet door een mondhygiënist met stalen werktuigen en ultrasone beitels worden afgeschraapt.
Hetzelfde gebeurt met alle filtermedia. Een zachte, dikke biofilm zal zich binnen enkele weken snel vormen en het zal vele maanden duren voordat een harde, dunne biofilm ontstaat. De dunne biofilm vormt zich doorgaans onder een zachte biofilm, net zoals wat er op iemands tanden gebeurt. BEIDE vormen van biofilm zijn perfect in staat ammoniak te oxideren en opgeloste organische verbindingen te absorberen.
“Nuttige bacteriën” (technisch gezien “nitrificerende bacteriën”) worden alleen aangetroffen in de bovenste 50 micron van elke biofilm. De reden hiervoor heeft te maken met de energie die wordt geproduceerd door geoxideerde ammoniak tot nitraat. Deze reactie is een reactie met zeer lage energie. Elke nuttige bacteriecel moet dus in contact komen met miljoenen ammoniakmoleculen en deze adsorberen. Dit contact kan alleen plaatsvinden als er een snelle turbulente waterstroom is.
De nuttige bacterie kan dus alleen groeien als er een goede waterstroom over de bacterie stroomt. Als gevolg hiervan groeien nuttige bacteriën alleen op de oppervlakken van structuren, niet binnen de structuren.
Maar als de biofilm “korrelig” en ingewikkeld is, heeft hij veel meer oppervlakte dan een dunne platte biofilm (2x tot 10x meer), waardoor het vermogen van een biofilm aanzienlijk beter wordt als hij ruw en oud wordt.
Dit illustreert hoe de bio-activiteit van de nuttige bacteriën toeneemt. De rode lijnen (biofilm) zijn de ENIGE gebieden waar er gunstige bacteriële activiteit is. Het is niet het volume van de bruine smurrie, maar eerder het oppervlak dat belangrijk is. De bruine smurrie is op zijn hoogtepunt in maand vijf. Na zes maanden krijgt de bruine smurrie voldoende volume om de stroom af te sluiten en de biofiltratie te stoppen.
Deze periode van zes maanden is typerend voor goed gefilterde en zwaar bezette aquaria en filterschuim van 30 poriën per inch. Als de hoeveelheid urethaan afneemt, zal de tijdsperiode afnemen. Kleine hoeveelheden schuim in kleine potfilters van grote aquaria kunnen binnen twee weken verstopt raken. Bij zeer zwaar gefilterde aquaria met grote hoeveelheden schuim kan het schuim nooit verstopt raken.
De bruine smurrie/biofilmcomplexen die zich langzaam vormen, zullen aanzienlijk beter zijn in het geven van kristalhelder, schoon en gezond water dan de complexen die zich snel vormen.
Niet alle bruine smurrie is goed
Een snel gevormde bruine smurrie zal meer heterotrofe bacteriën bevatten en minder autotrofe nuttige bacteriën en minder nuttige microscopische organismen. Dus hoe sneller een bruine smurrie ontstaat, des te minder wenselijk die bruine smurrie is. Hoe langzamer het bruine smurrie/biofilmcomplex zich vormt, des te beter het zal zijn om het aquariumwater kristalhelder en bacterievrij te houden en de vissen gezond te houden. Hoe sneller er zich een bruine smurrie vormt, des te sneller vertraagt deze de stroom en moet deze worden gereinigd.
Een andere factor is de sterkte van de bruine smurrie/biofilm. Als de bruine smurrie/biofilm zich snel vormt, zoals binnen twee weken, zal deze erg zwak zijn en gemakkelijk worden afgebroken, waardoor de goede eigenschappen ervan worden vernietigd. Een snel ingedraaid sponsfilter dat uit het ene aquarium wordt gehaald en in een andere wordt geplaatst, zal er dagen of zelfs weken over doen om weer enig vermogen te krijgen om ammoniak te oxideren. Alleen al het verplaatsen ervan vernietigde de biofilmstructuur.
Een bruine smurrie/biofilm die zich langzaam, gedurende een periode van maanden, heeft gevormd, is veel sterker. Een sponsfilter dat al enkele maanden in bedrijf is, kan doorgaans van het ene aquarium naar de andere worden overgezet met weinig of geen invloed op het vermogen om ammoniak te oxideren.
De snelheid waarmee bruine smurrie ontstaat, is afhankelijk van verschillende factoren:
| “Brown Gunk” build-up speed | |||
|---|---|---|---|
| Parameter | Good Slow Build-up | Bad Rapid Build-up | |
| Food Protein Level | High > 50% | Low <40%{{{wpml_tag_31}}} {{{wpml_tag_32}}} {{{wpml_tag_33}}} {{{wpml_tag_34}}}pH{{{wpml_tag_35}}} {{{wpml_tag_36}}}High > 7.2 | Low <6.7 |
| Filter Size | Large | Small | |
| Aeration | High | Low | |
De auteur houdt al zijn aquaria in de groene omgeving, VER in het groene gebied! Houd er rekening mee dat het toevoegen van suiker aan de mix tijdens het indraaien hetzelfde is als het gebruik van zeer lage eiwitgehalten in het voedsel en een zeer zwakke bruine smurrie/biofilmstructuur zal opleveren.
De bruine smurrie schoonmaken
Omdat mensen mensen zijn, reinigen de meeste hobbyisten hun biomedia van alle bruine smurrie die ze kunnen, zodra ze zich realiseren dat er zich wat in een filter heeft opgehoopt. Het hele concept van “reinheid naast godsvrucht” is zo ingebakken in onze cultuur dat alles wat “vies” is, zoals bruine “smurrie” in de biomedia, slecht moet zijn en koste wat het kost moet worden geëlimineerd.
Een goedbedoelende maar onnauwkeurige commentator zei:
“Als de belangrijkste biologische media vuil worden of bedekt raken met slijm, wordt de biologische activiteit aanzienlijk verminderd.”
Precies het tegendeel is waar. Het ‘slijm’ waar ze het over hebben is een dikke, ingewikkelde, grove laag biofilm met een groot oppervlak waar nuttige bacteriën zich kunnen vestigen. Dit is precies wat je wil in je biologische filter.
Van de leverancier van Poret-schuim (Swiss Tropicals):
“Het bruine filterslib in een filter is voor het grootste deel levend en niet louter afval. Het verwijderen van deze smurrie doet meer kwaad dan goed. Het doel van de filtermedia is niet om deeltjes uit het water te filteren zoals vaak wordt aangenomen. De media dienen als habitat voor een breed scala aan micro-organismen, waaronder bacteriën, archaea, wormen, ciliaten, flagellaten en vele andere. Deze micro-organismen leven in een gemeenschap die gebaseerd is op biofilms. De biofilms worden gemaakt door bacteriën die extracellulaire polymere substantie (EPS) afscheiden, die vaak “slijm” wordt genoemd. De gemeenschap vormt een bioreactor die het afval verwerkt en omzet in voedsel en energie voor haar leden, en uiteindelijk in organische of anorganische producten die vervolgens door planten worden gebruikt, verdampen of worden verwijderd door waterverversing. Het kost een aanzienlijke hoeveelheid tijd om deze “filtergemeenschap” op te zetten; Daarom is het heel belangrijk om het niet te verstoren, tenzij het absoluut noodzakelijk is.”
Dit is een van de intelligentste teksten die een leverancier van aquariumartikelen ooit heeft geschreven. Het is ongelooflijk nauwkeurig in elk aspect dat het vermeldt. Dit citaat is zo belangrijk dat dit het vierde artikel is waarin ik dit citaat heb geplaatst.
Onderzoekers hebben ontdekt dat beluchte wervelbedreactoren met een hoog debiet en media van het Kaldnes (K1)-type eenvoudigweg de best mogelijke biofiltratie zijn. De reden hiervoor is dat K1-media bruine, klevende, pluizige films van geleiachtige bruine smurrie op de wanden van de binnenkant zullen vormen. Er is een hoge stroom goed zuurstofrijk water door het binnenste van deze K1-media (zoals je ziet in de bovenstaande illustraties) en een zeer goede biofiltratie door deze “bruine smurrie” wordt onvermijdelijk.
Vanwege het constante botsen tussen elk stuk K1-filtermedium terwijl ze rondwervelen in een wervelbed, kan er nooit een situatie ontstaan waarin de bruine smurrie zich ophoopt tot een punt waarop het de stroom kan stoppen. De bruine smurrie wordt altijd afgestoten en valt uiteen voordat het deze omvang kan bereiken. Dus de onderhoudsvrije situatie die u aantreft bij K1 wervelbedden.
Bruine smurrie en voedsel
Er is een interessante relatie die voorkomt in aquaria. De hoeveelheid nuttige nitrificerende bacteriën, bruine smurrie en nitraat die in een filtermedium wordt geproduceerd, is afhankelijk van de verhouding tussen koolstof en stikstof in het voedsel. Bij hogere koolstof-stikstofverhoudingen worden er minder nuttige bacteriën geproduceerd, wordt er meer stikstofhoudende bruine smurrie geproduceerd (meer “assimilatoire denitrificatie”) en minder nitraat in het water.
Het is dus wenselijk om voedsel met een hoog eiwitgehalte te gebruiken (een voedsel met een lage koolstof-stikstofverhouding) en om de meer nitraten te verwijderen die worden geproduceerd met meer waterverversingen. Veel bruine smurrie met weinig nuttige bacteriën erin is NIET goed voor een aquarium. Het verstopt de filtratie en vertraagt alles.
Het effect is aanzienlijk. Een voedingsmiddel met 50% eiwit heeft een koolstof-stikstofverhouding van ongeveer 5,4. Een voedingsmiddel met 35% eiwit heeft een koolstof-stikstofverhouding van grofweg 13,5, een verhouding die bijna twee en een half keer groter is. Het 35% eiwitrijke voedsel bevat snel grote hoeveelheden bruine smurrie, lage hoeveelheden nuttige bacteriën, “dof” water en frequente ammoniakpieken. Het 50% eiwitrijke voer bevat heel weinig bruine smurrie, veel nuttige bacteriën, kristalhelder water en geen ammoniakpieken. Het 50% eiwitrijke voer heeft tweemaal zoveel waterverversingen nodig als het 35% eiwitrijke voer.
Meer over deze relatie vindt u in het volgende artikel:
3.9. Visvoer en bruine smurrie
Er zijn verschillende manieren waarop men een ongewenst hoge koolstof-stikstofverhouding kan bereiken. Eén daarvan is het gebruik van eiwitarm voer. Een andere methode is het gebruik van “Stress Coat” met aloë vera-gel (polysachariden of gepolymeriseerde suikers zonder stikstof en veel koolstof). Dit is één van de redenen waarom wij stresscoat-producten NIET aanbevelen.
Verder Uitgediept
Voor een beter begrip van het complexe onderwerp van bruine smurrie en biofilms klikt u op deze links:
6.8. Grondige reiniging
6.2. Biofiltratie
6.2.1. Detritus uitgelegd
6.2.3. Troebel water
2.12. Nuttige Bacteriën
Startpage Aquariumscience
Source: Aquariumscience.org – David Bogert
