Stikstof in het aquarium

Stikstof in het aquarium…Wat een onderwerp! zul je zeggen. Nou inderdaad, stikstof speelt een belangrijke rol in veel processen in het aquarium. Het wordt dus tijd hier wat pagina’s aan te wijden.

Stikstof (Chemisch symbool N) komt in ons aquarium net als in de vrije natuur voor in veel verbindingen met andere stoffen. Een aantal hiervan zijn:

• Vrije stikstof (N2)
• Eiwitten, aminozuren
• Ammoniak (NH3) en ammonium (NH4+)
• Nitriet (NO2-)
• Nitraat (NO3-)

Al die stoffen reageren onderling met elkaar, al dan niet door biologische processen. En zo ontstaat in er in onze bak een soort stikstofkringloop die er uitziet als het schema hieronder.

Voedsel

Elk pondje komt door het mondje. Je bent wat je eet.
Deze volkswijsheden gelden niet alleen voor mensen maar ook voor ons aquarium. De afloop van biologische processen in een aquarium wordt voor een belangrijk deel bepaald door het voeren. Hierbij zijn de samenstelling van het voer, en de hoeveelheid die wordt gevoerd allebei van invloed.

De stikstofkringloop in ons aquarium, het begint met het voeren. Als er in het voedsel weinig stikstof zit dan zal er ook weinig ammoniak en dus ook weinig nitraat gevormd worden.

Voor de anti-algen freaks is dit dus ook een belangrijk punt! Te weinig aan fosfaat of te weinig nitraat geeft kans op algen, een teveel aan die stoffen ook. Of er veel of weinig ammoniak wordt gevormd uit het voedsel heeft dus ook verdere invloed op het aquarium. Meer daarover later, maar bij N:P voedsel kun je al lezen wat de Stikstof : Fosfor verhoudingen (N:P, Redfield Ratio) voor verschillende voedseldieren zijn.

De vis

Het voedsel dat onze vissen opnemen wordt gebruikt voor het leveren van energie, voor opbouw van eiwitten, huid, schubben, eieren, etc. Het deel wat niet kan worden gebruikt wordt weer uitgescheiden.

Het overtollige stikstof in het voedsel wordt voor het grootste deel door de vissen uitgescheiden via de kieuwen als NH3. Een klein deel als NH4+.

Zilverpoepers

Een vis scheidt de overtollige stikstof via de kieuwen uit als NH3. Maar een klein deel van die stikstof wordt opgeslagen in het lichaam van de vis zelf. De stikstof wordt omgevormd tot guanine. Die guanine zorgt onder andere voor het gasdicht maken van de zwemblaas. Een veel opvallender effekt van guanine is te zien als deze stof in de huid van de vis onder de schubben of in de schubben zelf wordt opgeslagen. Dit guanine zorgt namelijk voor de zilverachtige glans van vissen.

Denk daar maar es aan als je een haring weghapt.
Het uitscheiden van stikstof als NH3 via de kieuwen kost weinig energie. Dieren die hun stikstof als urea uitscheiden (zeevissen, wijzelf) zijn meer energie nodig omdat de NH3 dan omgezet moet worden naar urea.

Waarom scheiden zeevissen dan geen NH3 uit?? Dit hangt samen met de osmotische huishouding van de vis. Maar daar gaan we hier nu even niet verder op in.

Ammoniak & Ammonium

Het door de vissen uit het voer geproduceerde Ammoniak (NH3) komt dus in onze bak terecht. Daar reageert het direkt al met water en vormt ammonium (NH4+). Voor de in chemische vergelijkingen geinteresseerde aquarianen:

NH3 + H2O <> NH4+ + OH-

Bij het omzetten van ammoniak naar ammonium wordt OH- gevormd. Dit is een basische reaktie. Door de gevormde OH- ionen zal pH hierdoor wat stijgen.

Maar niet alle Ammoniak reageert met water tot Ammonium. Het is maar een deel dat tot ammonium wordt omgevormd. Het percentage in het water aanwezige Ammoniak is namelijk afhankelijk van de pH van het water. Hoe lager de pH des te meer is er aanwezig als ammonium (NH4+). Hoe hoger de pH des te meer is er aanwezig als NH3. In de grafiek hieronder is dat goed te zien.

We zien dat bij een pH van 9,26 er net zoveel Ammoniak als Ammonium aanwezig is (Beide op 50%). In het gebied waar wij met onze bakken vaak zitten (pH 6,8-7,5) schommelt het aandeel Ammoniak (NH3) tussen de 0,4% en 1,7%. Als er in onze bak Ammoniak aanwezig is dan zal dit dus meestal voor het grootste deel worden omgezet naar Ammonium.

Ammoniak & Ammonium zijn giftig

Ammoniak (NH3) is dus een product van de stofwisseling van onze vis.
En helaas, AMMONIAK IS GIFTIG voor vissen. Ammonium is ca. 300-400x minder giftig dan ammoniak. Vaak kunnen we lezen dat ammonium niet giftig is. Da’s dus niet helemaal zo, maar voor onze aquaria is toch ammoniak de waarde die we in de gaten moeten houden en is ammonium wat minder van belang.

Ammoniak is namelijk een molecuul en geen ion. Ammoniak heeft geen lading zoals Ammonium (NH4+) dat wel heeft. Hierdoor kan NH3 gemakkelijk door celwanden heen dringen. Hier verstoort het de interne stofwisseling.

In water opgeloste stoffen hebben de natuurlijke neiging van een hoge naar een lage concentratie te gaan. Om ammoniak goed af te voeren zal de concentratie van ammoniak in het vissenbloed hoger zijn dan in het water. De pH van het bloed in een vis ligt zo rond de 7,2-7,8. Hoe lager nu de pH van het water des te minder ammoniak is er verhoudingsgewijs in het water aanwezig en des te beter kan de vis z’n ammoniak kwijt. Is de pH van het water hoger dan de pH van het bloed, dus hoger dan 7,2-7,8 dan wordt het voor de vis moeilijker om z’n ammoniak kwijt te raken. Dus hoe hoger de pH van het water des te moeilijker raakt een vis de ammoniak kwijt!

Het maximaal toelaatbare gehalte ammoniak is dan ook geen vaste waarde maar een waarde die afhankelijk is van de pH. In de praktijk wordt een maximale concentratie aan ammoniak van 0,2 mg/ltr aangehouden. Dit is tot pH waarden van 8,0 een goed maximum. Erboven is het aan te bevelen nog lagere maxima aan te houden van bv 0,1 mg/ltr.

De kans op een ammoniakvergiftiging is dan ook groter in bv. een Tanganjika aquarium met z’n hogere pH’s dan in een Amazone bak.

Uit de grafiek blijkt ook dat bij lagere pH’s minder NH3 aanwezig is. en minder NH3 geeft minder kans op ammoniakvergiftiging. Ook de watertemperatuur speelt een rol. Hoe hoger de temperatuur des te meer verschuift de hele grafiek naar rechts, richting ammoniak. Bij hoge temperaturen is er dus een grotere kans op een ammoniakvergiftiging dan bij lagere temperaturen.

Is er een te hoge concentratie ammoniak en is er sprake van ziekteverschijnselen dan kan het verlagen van de pH en/of van de temperatuur de ziekteverschijnselen doen afnemen.

NH3 is gasvormig. Er is dus net als bij zuurstof en CO2 sprake van uitwisseling met de atmosfeer. Bij een teveel aan ammoniak in het water kan het beluchten dan ook nog wat helpen om de NH3 uit te drijven.

De testsetjes in de handel meten Ammoniak EN Ammonium gelijktijdig. Om te zien wanneer het aanwezige ammoniak giftig is moeten we dus ook de pH van het water weten om daar iets zinnigs over te kunnen zeggen. De grenswaarde voor ammoniak ligt bij ca. 0,2 mg/ltr maar al vanaf 0,02 mg/ltr ammoniak hebben de vissen op wat langere termijn al nadelige gevolgen zonder dat die met het blote oog te zien zijn!

De onderstaande ammoniak/ammonium calculator laat hierbij snel zien of u in het kritische gebied zit of niet.

Het Ammoniak/Ammonium wordt in onze aquaria snel opgenomen in de biologische kringloop. Het kan worden opgenomen door nitrificerende bacteriën, of door de planten en algen. Planten en algen nemen namelijk als stikstofbron liever ammonium op dan nitraat (NO3-). Het kost namelijk minder energie ammonium op te nemen dan nitraat.

Ammoniak is verder eigenlijk als een gas aanwezig in het aquarium. En aangezien het water aan lucht grenst zal ook een deel van die ammoniak naar de lucht boven de bak ontwijken. Hoe meer er belucht wordt des te meer ammoniak zal ontwijken. Een proces waarvan in de industrie middels gaswassers dankbaar gebruik van wordt gemaakt.