Een van de grootste mythes in de hobby is dat stroming en omloopsnelheid belangrijk zijn. Als ik twee Sunsun 304’s op een aquarium heb met twee plastic pannensponzen in elk filter die het water 6X per uur verpompen, is dit dan beter dan één Sunsun 304 gevuld met veertig plastic pannensponzen die het aquarium 2X per uur verpompen? Natuurlijk niet! Het is het volume van het filter en het oppervlak van het filtermedium dat belangrijk is, niet de omloopsnelheid.
Het concept dat debiet belangrijk is, werd getest. Het bleek dat een verdubbeling van het debiet ongeveer 9% aan de filtercapaciteit toevoegde. Alle sociale media-goeroes zeggen dat het de capaciteit zou moeten verdubbelen. Deze test is te vinden op deze link:
8.3.1. Potfilters verder uitgediept
De Europeanen vinden stroming door een filter niet zo belangrijk en hebben vaak prachtige aquaria met een zeer lage stroomsnelheid, in de orde van één keer de inhoud van het aquarium per uur. Maar filterfabrikanten in de VS hebben bedacht dat stroming de doorslaggevende variabele is bij potfilters. Dit komt omdat het goedkoper is om een grote pomp op een klein filterreservoir te zetten dan om een kleine pomp op een groot filterreservoir te zetten. Het winstbejag slaat weer toe!
De hoeveelheid liters media die in een potfilter past, is VEEL belangrijker dan het debiet. Toch is het in de VS onmogelijk om de inhoud van de mediacapaciteit voor een potfilter te vinden. Je moet het berekenen door de breedte maal de hoogte maal de lengte te vermenigvuldigen.
Een zeer onbegrepen onderwerp is de stroming door de filters en de functie van die stroming. De stroming door de filters voert de volgende belangrijke taken uit:
- De belangrijkste functie is om de “nuttige bacteriën” (autotroof) aan het oppervlak en in de tussenruimten van de biomedia een constante toevoer van ammoniak van de vissen te geven.
- De tweede belangrijkste functie is om een ander type bacteriën (heterotroof) aan het oppervlak en in de tussenruimten van de biomedia te voorzien van een constante aanvoer van koolhydraten en eiwitten uit niet opgegeten voedsel om kristalhelder water te creëren.
- Het kan voor wat beluchting zorgen door het oppervlak van het aquarium te rimpelen (“choppy golven” of “de oppervlaktespanning doorbreken”) als het vanuit het filter terug het aquarium in stroomt.
Het doet de volgende taak niet:
- Verbetert de gezondheid van de vissen door een goede stroming en homogeniteit in het aquarium.
Stroming en moleculaire kinetiek
Er zijn twee soorten stroming: Laminaire stroming met lage snelheid en turbulente stroming met hoge snelheid. Dit zorgt voor een bimodale verdeling van de effectiviteit als het gaat om stroming. De reden waarom stromingstype belangrijk is, heeft te maken met de kinetiek van moleculaire vangst. Een ammoniakgasmolecuul dat in het water drijft, moet het membraan van een autotrofe ammoniakoxiderende bacterie raken zodat de bacterie de ammoniak kan adsorberen en “opeten”. De snelle turbulente stroming geeft een ammoniakatoom dus veel kansen om het membraan te raken. Hetzelfde geldt voor koolhydraat- of eiwitmoleculen en heterotrofe bacteriën.
Dit is een heel eenvoudige verklaring voor een heel complex fenomeen. Maar het is de reden waarom debiet zo belangrijk is. Merk op dat dit geen directe relatie is. Als je de turbulente stroming verdubbelt, zal het vermogen om ammoniak te oxideren met 10% tot 20% toenemen, niet met 100%. Maar als je het debiet van een laminaire stroming verdubbelt naar een turbulente stroming, zou je het filtratievermogen wel eens met een factor tien kunnen vermenigvuldigen. Deze complexe bimodale verdeling komt omdat de kinetiek van moleculaire absorptie door membranen gewoon behoorlijk complex is.
“Turbulente stroming”
Het water moet met een redelijke snelheid over het filtermedium stromen zodat de nuttige bacteriën hun werk kunnen doen. Maar deze stroomsnelheid is minder belangrijk dan je op grond van alle hype zou denken. Er zijn twee soorten vloeistofstroming, “turbulent” en “laminair”. Zo zien ze eruit:
Als de stroming turbulent is, komen de meeste ammoniak- of andere voedingsmoleculen bij de nuttige bacteriën op de zijwanden van de buis terecht. Dit effect is dramatisch. De wand van de buis met turbulente stroming kan biofiltratie uitvoeren met een snelheid die tien tot twintig keer hoger ligt dan die van de buis met laminaire stroming.
Er is een snelheidsgetal waarbij de waterstroming een zogenaamde “turbulente stroming” wordt (dit getal wordt “getalvan Reynold” genoemd). Dit is onmogelijk te berekenen voor iets dat zo complex is als een filtermedium. Het volstaat te zeggen dat alleen zeer grote media met lage stroomsnelheden de laminaire stroming zullen hebben.
Iets als keramische ringen in een potfilter zou mogelijk een laminaire stroming kunnen hebben met een kleine pomp op het filter. Maar uit onze tests met media in jerrycans bleek dat het oppervlak blijkbaar de enige variabele was wanneer keramische ringen in een jerrycan werden geplaatst. We zagen geen afname die kon worden toegewezen aan laminaire stroming versus turbulente stroming.
Deze turbulente/laminaire stromingskarakteristiek geldt ook voor harde oppervlakken in het aquarium zelf, niet alleen in het filter. De gangbare mantra zegt dat alle oppervlakken in een aquarium een goede biofiltratie hebben, inclusief de decoraties en het substraat. Dit is onjuist. De reden dat dit niet klopt is dat de stroming over deze oppervlakken relatief langzaam is en dus laminair, niet turbulent. En turbulente stroming is nodig voor een goede biofiltratie. Dus het substraat, de rotsen en de decoraties in een aquarium hebben geen significante kolonies nuttige bacteriën op zich, tenzij er een wavemaker op gericht is.
Er werd een test uitgevoerd met een centimeter grindsubstraat versus andere filters. De centimeter grind oxideerde een achtste van de ammoniak die een klein patroon hangend aan een achterfilter oxideerde. Het idee dat een grindsubstraat werkt als een goed biofilter is dus een mythe. Aangezien het grindsubstraat een enorm oppervlak heeft, maar slechts lamellaire stroming had, is dit een test die bewees dat het type stroming erg belangrijk is.
Je kunt deze test bekijken op deze link:
8.1.1. Filtertest
Om deze stapsgewijze functie met betrekking tot stroming op een ZEER IDEALE manier te illustreren, stel je een van onder naar boven hangend filter voor dat gevuld is met keramische ringen na een maand in een aquarium met kleine vissen van 5 centimeter:
- Met 5 liter per uur kan het de ammoniak van 1 vis verwijderen.
- Met 10 liter per uur kan het de ammoniak van 1 vis verwijderen.
- Met 20 liter per uur kan het de ammoniak van 1 vis verwijderen.
- Met 75 liter per uur kan het de ammoniak van 2 vissen verwijderen.
- Met 170 iter per uur kan het de ammoniak van 3 vissen verwijderen.
- Met 210 liter per uur kan het de ammoniak van 20 vissen verwijderen.
- Met 380 liter per uur kan het de ammoniak van 21 vissen verwijderen,
- Met 570 liter per uur kan het de ammoniak van 22 vissen verwijderen,
- Met 800 liter per uur kan het de ammoniak van 23 vissen verwijderen.
1 – 1 – 1 – 2 – 3 – 20- 21 – 22 – 23. Zie je het stapsgewijze effect van de stroming en de sprong van 3 naar 20? Dit is waar turbulente stroming begint. Vrijwel alle filters en de meeste filtermedia hebben een turbulente stroming. De belangrijkste variabele wordt dus het oppervlak. Nogmaals, dit is ALLEEN een zeer geïdealiseerd concept. Er zijn alleen grindsubstraattesten die het concept ondersteunen.
Doorstroming is niet direct belangrijk voor de gezondheid van vissen
Dan voor het onjuiste idee dat stroming op een of andere directe manier belangrijk is voor de gezondheid van de vissen. Het idee dat stroming de gezondheid van de vissen verbetert, is op geen enkele wetenschap gebaseerd. De stroming in een aquarium met een willekeurig filter is meer dan voldoende om homogeen water in het hele aquarium te krijgen. Een aquarium is veel te klein om gelaagdheid in het water te hebben en zelfs een kleine stroming zou een eventuele gelaagdheid onderbreken.
En wat als de temperatuur van het water een paar graden verschilt? In de natuur kan om 14.00 uur op een zonnige dag, als het water aan het oppervlak van een meer 9 pH en 29 graden Celsius is, het water vijf meter lager 7 pH en 24 graden (Wurts en Durborow, University of Kentucky, 1992, en Masser, Texas A&M University, 2012). Toch zwemmen vissen snel en constant op en neer door deze natuurlijke thermoclines zonder nadelige gevolgen.
Een verhoogd debiet uit een filtermondstuk KAN de beluchting aanzienlijk verbeteren ALS het debiet zodanig op het oppervlak wordt gericht dat er woelige golven ontstaan. In dit zeer beperkte geval is het debiet dus INDIRECT gekoppeld aan een betere gezondheid van de vissen. De stroming moet “de oppervlaktespanning breken” of ” woelige golven creëren ” om de gezondheid van de vissen te verbeteren door meer beluchting.
Er is hier nog een uitzondering. Als de stroming over het substraat erg laag is, kan zich boven het substraat een bruine, dikke “mist” van mulm vormen. Deze mulm is zeer schadelijk voor bodemvissen zoals voorns en corydoras. Het veroorzaakt epistylis bij voorns en bacteriële ontbinding van de barbeel bij corydoras. Al mijn aquaria van meer dan 29 liter hebben wavemakers die op het substraat zijn gericht om mulmvorming te voorkomen.
Lage stroomsnelheden zijn NIET noodzakelijkerwijs slecht voor de filtratie
Er is nog een andere factor dan stroming aan het werk bij aquariumfiltratie. Dit is de tijd dat een filtermedium op zijn plaats heeft gezeten. Filtermedia die drie of vier maanden oud zijn en waar veel bruine smurrie op zit, zijn veel betere filtermedia dan media van één maand oud met alleen maar helder slijm erop, ervan uitgaande dat de media niet zijn ontdaan van de bruine smurrie.
Deze bruine smurrie heeft geen hoge stroomsnelheid nodig om een turbulente stroming te krijgen. Ik heb verschillende oude, zwaar gevulde aquaria gehad met alleen een luchtlift-ondergrindfilter of alleen een luchtlift-sponsfilter waar de stroming bijna tot stilstand kwam. Het verrassende is dat er geen enkel teken van slechte filtratie was. Het water was kristalhelder en de ammoniak en nitriet vertoonden geen pieken. De drempel voor turbulente stroming is dus vrij laag.
Stroming en bruine smurrie in het filter.
Het is MOGELIJK (maar hoogst onwaarschijnlijk) om te veel water door een filtermedium te laten stromen. Als het waterdebiet door een medium erg hoog is, kan er zich geen bruine smurrie vormen. Dit kan het vermogen van de filtermedia om goed te werken en kristalhelder water te geven sterk beperken.
Ik heb dit alleen gezien bij een 45 liter sump met een 1700 liter pomp erin. De sump weigerde kristalhelder water te geven, zelfs na vele maanden draaien. In het schuim in de sump zat heel weinig smurrie. De stroming door het schuim was gewoon te groot. Maar dit is een zeer ongebruikelijk geval. De stroomsnelheid moet erg hoog zijn om dit een factor te laten zijn.
Dus je hebt zoiets als – ZEER ZEER lage debieten zijn lamellair en werken niet – ZEER ZEER hoge debieten verwijderen de bruine smurrie en werken niet – en de 99% van de debieten tussen deze twee uitersten is erg ongevoelig voor filtratie versus debiet.
Startpagina Aquariumscience
Bron: Aquariumscience.org – David Bogert
