Kuitenkin nyt aluksi Hampurilaiseen mattosuodattimeen. Mikä se on? Kyseessä on useimmiten akvaarion päätyseinälle pystyyn asennettu vaahtomuovimatto, jonka läpi poikittaissuunmassa vesi virtaa. Kiertovesipumppu tai ilmakäyttöinen mammuttipumppu liikuttaa vettä mattoa kohti. Suodatinliete kerääntyy mattoon, pääsääntöisesti imupuolelle. Suuren pinnan ja vähäisen paksuuden vuoksi on virtausnopeus matossa paljon pienempi kuin kaupallisissa imusuodattimissa. Siksi siinä ei käytännöllisesti katsoen ole lainkaan tukkeutumisriskiä. Luulin aikaisemmin itse keksineeni tämän suodattimen, mutta se oli erehdys! Tänään tiedän että isä ja poika Baensch Tetra-firmasta patentoivat sen jo 1971. He julkaisivat siitä, mutta eivät hyödyntäneet tätä ideaa kaupallisesti.

Tietämättäni aloin kolme vuotta myöhemmin, tutkia tuollaista suodatinta intensiivisesti ja esitin sen 1981 ensimmäistä kertaa julkisuudessa. Kyseessä oli akvaarionäyttely Norderstedt'issa. 12 metrin allasta oli varustettu tällaisia suodattimilla. Tänä päivänä iloitsen siitä että nuo suodattimet ovat levinneet vähintään viljelijöiden keskuudessa sangen laajasti (näin siis Saksassa, suom. huom.). Sen etuihin kuuluu edulliset rakennuskustannukset (ja rakentamisen helppous, suom. huom.) sekä suuri suodatustilavuus. Lisäksi sitä ei tarvitse sammuttaa edes elävää ruokaa annettaessa, koska virtaus on niin hidas, noin 5 cm/min etteivät edes vesikirput tai artemiat imeydy siihen. Muita etuja on ettei sitä tarvitse käytännöllisesti katsoen lainkaan puhdistaa, ja että se tuottaa suurimmallakin kuormituksella lasinkirkasta vettä. Se on yksi tehokkaimmista suodatintyypeistä, joita tunnen. Ratkaisevaan syyhyn sen suunnattomaan biologiseen tehoon olen vasta myöhemmin tutustunut. Se on liete!

Modernit kunnalliset vedenpuhdistuslaitokset puhdistavat jätevesiä orgaanisista aineista, raskasmetaaleista, typpi- ja fosforiyhdisteistä. Tässä tarvittava tärkeä välinen on aktiiviliete. Jälkiselkeyttämössä se erotetaan puhdistetusta vedestä ja lisätään takaisin välpättyyn veteen. Sitä ajetaan siis kierrossa. Kovasti kuormitetuissa laitoksissa lietteen määrä kasvaa jatkuvasti, niin että päivittäin on poistettava noin 10 % kierrosta. Heikosti kuormitetuissa laitoksissa tämä ei ole välttämätöntä. Näissä lietteen määrä tuskin kasvaa. Se elää lähes vakiona! Tämä liete on biologisesti tavattoman toimivaa! Oheisessa kaaviossa on sekä lietteen kierto että ylijäämälietteen kulku tunnistettavissa. Esimerkin omaista selkeyttämöissä ei ole rakennus- tai käyttötapa, vaan lietteen ja sen iän hyödyntäminen. Akvaarioihin ei pidä rakentaa selkeyttämöjä, vaan ainoastaan biologinen periaate.

Monet kaupalliset akvaariosuodattimet työskentelevät suurilla virtausnopeuksilla, ja niillä on taipumus tukkeutua. Niitä täytyy puhdistaa usein. Siten estetään ettei liete pääse vanhenemaan. Sillä voi olla tuhoisia vaikutuksia, kuten tulemme näkemään, ennen kaikkea jos tuo puhdistaminen on liian perusteellista!

Bakteerilajin ideaalinen lisääntyminen

Aika (tunneissa)		Bakteerien lukumäärä
0		1
1		8
2		64
3		512
4		4096
5		32768
6		262144
7		> 2 miljoonaa

Viereisessä taulukossa on esitetty nopeakasvuisen bakteerin lisääntyminen optimaalisissa oloissa. Jakaantuminen seuraa toistaan joka 20 minuutti. Näemme että vain 7 tunnin kuluttua yhdestä bakteerista on tullut yli 2 miljoonaa.. Perusedellytykset bakteerien leviäminen akvaariossa ovat ravinto ja bakteerit. Ravinnoksi käy kalanruoka, kalojen eritteet ja kuolleet kasvinosat. Ravinto on osaksi liukoista, osaksi suspendoitunutta. Bakteereita on vähäisessä määrin, mutta suurena lajivalikoimana kaikkialla olemassa. Useimmat lajit kasvavat hyvällä ruokamäärällä sangen nopeasti. Niitä ei tarvitse ympätä.

Kuvassa esitetään kovasti yksinkertaistettuna liuenneiden aineiden käyttäminen. Aineita otetaan soluseinän läpi, hengitetään hapen kanssa, ja luovutetaan hiilidioksidia veteen. Tällä tavoin käy sekä vedessä vapaina olevien että pinnoissa kiinni olevien tai hiutaloituneiden bakteerien aineenvaihdunta.

Voidaan lähteä siitä että äsken perustetussa tai uudelleen perustetussa akvaariossa on jo saman päivän aikana riittävästi bakteereita selvitäkseen liuenneiden orgaanisten aineiden ylijäämistä. Sitä väistämättä seuraavan nälkiintymisen aikana lisääntyminen lakkaa melkein kokonaan. Jos ravinnon tarjoaminen pysyy vakiona, pysyy myös bakteerien määrä vakiona. Jakaantuminen ja kuoleminen pitävät toisensa tasapainossa.

Tämän osoittaa myös oheinen käyrä. Kun nyt bakteerit, jotka elävät liuenneista orgaanisista aineista, suoriutuvat hyvin nopeasti tehtävistään, näyttää tilanne kokonaan toiselta nitrifioivien bakteerien osalta. Esimerkiksi ammoniumia hajottavat bakteerit tarvitsevat ainakin kolme päivää kasvaakseen ja kyetäkseen estämään ammoniumpiikin . Nitriittiä nitraatiksi hapettavat ovat vielä hitaampia. Niiden jakaantumisväli on noin vuorokausi. Tästä enemmän myöhemmin.

Hyvä akvaariovesi:		~10^5 solua millilitrassa
Huono akvaariovesi:		>10^6 solua millilitrassa
Raakaliete tai liete:		~10^12 solua millilitrassa

Bakteerien asuttamisen alkuvaiheessa bakteerit ovat jakautuneena vapaaseen veteen ja/tai ne peittävät kaikkia pintoja. Kun bakteerisoluja on yli miljoona millilitrassa, ovat ne jo valkeana samennuksena havaittavissa. Muutaman tunnin tai päivän kuluttua vesi kirkastuu äkkiä. Bakteerit hiutaloituvat aktiivista kasvua seuraavan vapaassa vedessä ravinnon vähyydestä, ja ne erkanevat raakalietteenä tai suodatin lietteenä vedestä. Hiutaloitumista ei kirjallisuuden mukaan ole vielä täydellisesti selitetty. Selkeyttämön toiminnassa hiutaloitumisella on olennainen merkitys. Ilman hiutaloitumista ja sedimentaatiota ei liete erkanisi Mikään ei pelota selkeyttämö-henkilökuntaa niin paljon kuin lietteen hajoaminen. Ilmeisesti on kilpailutilanne hiutaleita muodostavien ja ei muodostavien bakteerilajien välillä. Heikossa kuormituksessa hiutaloituvien määrä on voitolla. Liejussa suurin joukoin elävät yksisoluiset eläimet syövät suspendoituneita bakteereita ja antavat etua hiutaloiville bakteereille.

Vapaasti elävien bakteerien määrä vähenee voimakkaasti. Samoin akvaariossa on hiutaloitumisella ratkaiseva rooli. Ilman sitä vesi jäisi sameaksi. Kuva antaa lukuesimerkin. Hiutaleet muodostuvat normaalisti suodattimessa, mutta myös akvaarion pohjassa ja kasvien lehdillä. Hiutaleisiin rikastuu myöhemmin, paitsi bakteereita, myös sedimenttihiukkasia, kolloideja ja epäorgaanisia hiukkasia, kuten rautahydroksidia ja kalsiumfosfaattia. Mitä parempaa hiutaloituminen on, sitä kirkkaampaa vesi on. Jos puhdistuksessa onnistuu poistaa kaikki hiutaleet, niin vedessä ei enää ole juuri lainkaan bakteereita, toisin sanoen bakteerien määrä laskee alle 100 000 kpl/ml. Jos lietetila on liian pieni hiutaleille eikä lietekerrokselle ole tilaa, tai ravinteiden määrä kasvaa liian suureksi, jää osa bakteereista vapaaseen veteen ja vesi samenee. Tällaista tapahtunee runsaskalaisissa kirjoahvenakvaarioissa, joissa ei ole juuri kasvillisuutta.

Aika (päiviä)		Bakteerien lukumäärä
0		1
3		8
6		64
9		512
12		4096
15		32768
18		262144
21		> 2 miljoonaa

Akvaarioveden puhdistukseen osallistuu suuri joukko bakteereita. Osaksi ne kilpailevat keskenään ja osaksi ne täydentävät toinen toisiaan. Eri lajit suorittavat eri vaiheita hajotustyössään peräkkäin. Niinpä ammoniumin hapettamiseen nitriitiksi osallistuvat eri lajit kuin sitä seuraavaan nitriitin hapettamiseen nitraatiksi. Taulukossa on nitrifioivien bakteerien kasvunopeus. Tämä perustuu 24 tunnin välein peräkkäisiin jakautumisiin. Nitriittiä hapettavat bakteerit tarvitsevat keskimäärin kaksi viikkoa kasvaakseen niin suureksi määräksi, että se riittää pitämään akvaariossa syntyvän nitriitin määrän alhaisena.

Käyrä näyttää ensin ammoniummäärän nousun, jota seuraa nitriitin määrän nousu. Nitriitin hajottamiseen ei aluksi ole riittävästi bakteereita. Tässä vaiheessa voi nitriittipitoisuus osoittautua myrkylliseksi kaloille, kuten käyrä osoittaa. Mitä perusteellisemmin akvaariota puhdistetaan, sitä kauemmin kestää myrkyllinen pitoisuus, ja sitä kauemmin kalat altistuvat myrkylliselle pitoisuudelle. Noin viikon kuluttua akvaarion uudelleen perustamisesta tulevat nitriittikuolemat.

Valkuaisaineet aminohapot
Ammonium aminohapot ammonium
(virtsa-aine ammonium)
ammonium nitriitti
nitriitti nitraatti
(nitraatti typpi)

Typpiyhdisteitä annetaan akvaarioon ruoan proteiineina ja typpipitoisina rakennusaineina. Kalat erittävät näitä aineita osittain sulaneina, osaksi virtsa-aineena ja ammoniakkina. Virtsa-aine hajoaa muutamassa minuutissa useaasi-entsyymin toimesta ammoniumiksi ja hiilidioksidiksi.

Typpipitoiset rakennusaineisiin kuten raakakuituun ja kitiiniin tarttuvat bakteerit ja ne hajoavat hitaasti ammoniumiksi ja muiksi aineiksi. Ammoniumin hapen läsnäollessa nitriitiksi ja nitraatiksi. Akvaarioissa, joissa on runsaasti kaloja, kasvaa nitraattipitoisuus. Happamuus voi laskea vaarallisen alas jos vetykarbonaattien määrä vähenee. Tämä torjumiseen on useita keinoja. Yksinkertaisinta on istuttaa runsaasti kasveja, jotka ottavat ravinnokseen ammoniumia ja nitraattia, sekä kalojen varovainen ruokinta.

Hyvä keino, pitää nitraatin kohoaminen aisoissa, ovat johdannossa mainitut säännölliset vedenvaihdot. Hankalissa tapauksissa rakennellaan ja pystytetään erikoisia suodattimia poistamaan nitraattia erilaisin menetelmin. Kirjallisuudessa esitellään tällaisia suodattimia. Kuvassa on oma viritelmäni. Se on vasta kehittelyversio.

Periaate on seuraava: akvaariovesi virtaa hitaasti sen läpi. Käyttövoimana on ilmapumpun käyttämä mammuttipumppu. Bakteerit käyttävät hitaasti paraffiinia hiilenlähteenään. Paraffiini toimii hengitettävänä ainesosana nitraatin reduktiossa typpikaasuksi. Sopiva bakteeristo kehittyy astiaan ilman sen kummempia toimenpiteitä, Samanaikaisesti tapahtuu simultaani denitrifikaatio. Se on vasta jokunen vuosi sitten hollantilaisten mikrobiologien keksimä. Sitä tapahtuu lietteen/esilietteen sisässä kovassa kuormituksessa. Ammoniumia ei tällöin hapeteta nitriitin kautta nitraatiksi, vaan muutetaan nitriitin kautta typeksi. Reunaehtona ovat orgaaninen aines ja vähän tai ei lainkaan happea sekä soveltuva bakteeristo. Ei ole vielä kokonaan selvitetty tapahtuuko tämä samassa paikassa vai erikseen eli lietteen pinnalla ja sen sisässä. Tämän samanaikaisen denitrifikaation seurauksena akvaariossa, jossa on vanhaa lietettä pysähtyy nitraattipitoisuuden nousu verraten alhaiseen arvoon, reunaehdoista riippuu, jääkö tuo arvo 2 - 50 mg/l-alueelle. Eräs näistä ehdoista on suuri lietetilavuus, jonka läpi vesi hitaasti virtaa. Samanaikainen denitrifikaatio estää pH:n syöksyn alas, koska kaikkea esiintyvää vetykarbonaattia ei käytetä. Tämä tapahtuma selittää myös pH:n muutokset johdannossa mainitsemistani vanha-vesi-kokeissani, mutta ei kovuuden pysähtymistä.

Simultaani denitrifikaatio kokeissani tarvitsi kuusi kuukautta, tuottaakseen stabiilia vettä! Palaan vielä kovuuden nousun pysähtymiseen. Sekin on yksi vanhan lietteen ominaisuus.

Tuore liete koostuu melkein kokonaan eri lajisista bakteereista. Mitä happamempaa ympäristö on, sitä suurempi on hiivojen ja sienien osuus lietteessä. pH-arvolla 4 adaptoituneessa lietteessä tapahtuu hajoavien aineiden mineralisaatio yhtä nopeasti kuin pH-arvossa 7,5, joskin toisten bakteerien toimesta. Se on vastoin monia kirjallisuustietoja, mutta minun akvaarioissani se toimii ja suoallikoissa myös. Näissä alhaisissa pH-arvoissa ei samanaikainen denitrifikaatio näytä toimivan tai se toimii huonosti.

Vanha liete tarkoittaa:

optisesti puhdasta vettä

alhaista solumäärää

stabiilia pH arvoa

myrkytöntä vettä

samennuksen hajoamista

kasviravinteiden vapautumista

stabiilia nitraattiarvoa

Vanha liete rikastuu vähitellen erilaisista aineista, kuten esimerkiksi selluloosa, ligniini, kitiini, raakakuitu, humusaineet, rautahydroksidi, rautafosfaatti, kalsiumfosfaatti ja monet raskasmetallit. Vanha-vesi-kokeissani kiinnitti huomiotani, ettei fosforipitoisuus koskaan noussut yli 6 mg/l. Siihen löytyi yksinkertainen ratkaisu. Fosfaatti muodostaa raskasmetallien kuten rauta ja kalsiumin kanssa vaikealiukoisia suoloja. Nämä suolat laskeutuvat pohjalle ja joutuvat suodatinlietteeseen.

Tämä selittää kovuuden stagnaation. Päivä vedenvaihdon jälkeen oli fosfaattipitoisuus eräässä akvaarioistani jälleen yhtä korkea kuin aiemmin seurauksena fosforin takaisinliukenemisesta lietteestä. Sama pH:n suhteen. pH:n nousu vedenvaihdon jälkeen hävisi jonkun ajan kuluttua. Mahdollisesti vaikuttivat tässä, kuten humusmaassakin humusaineet puskureina. Toisaalta vaikeasti hajoavat aineet mineralisoituivat, joskin hitaasti. Tässä toimivat bakteerit esiintyivät vasta vanhassa lietteessä.

Nuoremmassa lietteessä noita bakteereita ei vielä ole. Vanhan veden kellertävä väri ei suinkaan johdu kalojen virtsasta, vaan vesiliukoisista fulvohapoista, joita syntyy humus-aineiden hajoamisesta. Lisäksi ne ovat heikkoja kompleksinmuodostajia, jotka pitävät raskasmetalleja, kuten rautaa ja kuparia pieninä pitoisuuksina liuoksessa. Keinotekoiset kompleksinmuodostajat, kuten EDTA hajoavat useuden kuukausien mittaisen adaptaatiovaiheen jälkeen vedestä bakteerien toimesta. Jos työskentelette Fetrilonin tai muiden rautaa sisältävien kasvilannoitteiden kanssa, voitte muutaman kuukauden kuluttua huomata ettei vedessä emää muutaman tunnin kuluttua lisäyksestä enää ole rautaa osoitettavissa. Liuenneet raskasmetallit absorboituvat vaikealiukoisiksi fosfaateiksi, hydroksideiksi tai karbonaateiksi. Toisaalta vapautuu koko ajan mikrogrammoja litrassa pitoisuuksina pieniä määriä, mikä riittää kasveille. Lääkkeet absorboituvat nopeasti ja ne menettävät tehonsa. Jos lääkitään suuremmilla annoksilla, vahingoitetaan ainakin osaa bakteeristoa.

Kiinteiden orgaanisten ainesten pinnalle kerääntyy bakteereita, jotka mineralisoivat tuon hiukkasen hitaasti. Selluloosan kohdalla nuo ovat bakteereita, jotka erittävät sellulaasia. Oheisessa kuvassa on kovasti yksinkertaistaen esitetty, miten tätä entsyymiä erittyy soluseinämän läpi, ja miten hajotuksessa vapautuvat aineet otetaan taas solukalvon läpi. Tämä kiinteiden aineiden hajottaminen vapauttaa hikidioksidia sekä hivenaineita sekä edistää kasvien ravinnonsaantia. Tosin se kuluttaa happea ja noin kaksi kertaa enemmän kuin jos lietettä poistettaisiin säännöllisesti. Jollei tuuleteta tai lisätä vedenkiertoa, johtaa se alhaiseen happipitoisuuteen. Tämä hapen väheneminen ei kuitenkaan johda suodattimen hapettomuuteen ellei vedenkierto akvaariossa alita 10 %-rajaa tunnissa. Tällöin tosin jo suurin osa biologisesta hajoamisesta tapahtuu itse akvaariossa eikä enää suodattimessa. Se puolestaan ei ole toivottavaa! Lietteessä on fauna (eläimistö), joka saa ravintonsa bakteereista. Yksisoluisten eläinten (Protozoa) lisäksi ovat tohvelieläimet ja kelloeläimet tunnetuimpia. Lisäksi on nematodeja, rataseläimiä ja pieniä kotiloita. Tämä fauna huolehtii vanhan lietteen nollakasvusta.

Viereinen diagramma osoittaa häiriöttömän lietteen kasvua tilavuus tasapainoon. Tämä prosessi edellyttää riittävän kookasta suodatinta, esimerkiksi "Hampurger mattenfilter", tai riittävää lietekerrosta akvaarion pohjalle. "Sahanteräviiva" kuviossa osoittaa säännöllistä suodattimen puhdistusta. Mitä kuviossa ei voi näyttää, on bakteeriston pysyvä häiriintyminen, joka ei voi johtaa optimaaliseen tulokseen. Jos suodatin on lian pieni kooltaan, niin joko muodostuu raakalietettä ja/tai suodatin menee tukkoon. Veden täytyy virrata lietteen läpi, jotta se toimisi optimaalisesti. Pitkälle tehokkain on virtausta kohti oleva lieteflokki esimerkiksi veden kiertosuuntaan kohtisuora vaahtomuovimatto. Mikrohuokoselliset suodatinmassat toki asuttuvat, mutta niissä oleva bakteeristo ei juuri osallistu veden puhdistukseen. Syynä on se ettei vesi virtaa massan mikrohuokosissa, vaan aineenvaihdunta käy diffuusion kautta. Diffuusion nopeus, joka noissa massoissa tapahtuu aineiden vaihdon sijaan on hyvin hidasta. Avosoluisessa matossa, joka on täynnä aktiivilietettä, ja suuri läpivirtausnopeus on ideaalista. Viljelijöille tuossa matossa vielä mielenkiintoinen sivuilmiö. Monet kalalajit, kuten monet eläviä synnyttävät ja imumonnit?, saavat osan ravinnostaan laiduntamalla maton pintaa.

Suodatin tunkee jatkuvasti osan lietefaunastaan filtraatin (suodatetun veden) mukana, mikä on ideaalista kalanruokaa pienille poikasille. Nälkiintyvät bakteerit kykenevät ottamaan ympäröivästä vedestä liuenneita aineita sangen pieninä pitoisuuksina ja rikastamaan soluun. Ne käyttävät tähän erilaisia mekanismeja. Tämä selittää, miksi ne kykenevät tuottamaan niin puhdasta vettä. Juomavedenpuhdistuksessa käytetään bakteereita esimerkiksi ammoniumin ja nitraatin poistoon.

Lopputulos Bakteerit ratkaisevat tapahtumien kulun akvaariossamme, halusimmepa sitä tai ei! Ymmärtämällä mikrobiologisia tapahtumia akvaariossamme, voimme tukea bakteereita toimissaan ja jopa välttää virheitä vedenhoidossa. Mitä itse suodatustekniikkaan tulee, on käsittääkseni uudelleen ajattelun paikka sekä akvaristeille että laitevalmistajille välttämätöntä. Lietteen hoitaminen johtaa puhtaaseen ja niukkabakteeriseen akvaarioveteen (ja vähäiseen potentiaalien tautibakteerien määrään. suom. huom.)