RSS 2.0
Simulace přírodní mořské vody
Přihlášení
Nepřihlášený uživatel
Reference
Facebook
Alternative Picture
Témata - Přírodní mořská voda
Dusík - (Nitrogenium) - N
Amoniak
Dusičnany
Filtrační média
CS NitraClean
CS DeChlorAmm

Dusík se na Zemi vyskytuje především jako molekulární dusík v atmosféře. Podle své průměrné molární koncentrace 2,25.10-5 mol/l je patnáctým nejvíce zastoupeným prvkem v mořské vodě. V hmotnostním vyjádření se jeho koncentrace pohybuje od 0 do 45.10-6 g/l (0 - 45 μg/l).



Version 2012-III

Dusík - (Nitrogenium) - N

N

Dusík se na Zemi vyskytuje především jako molekulární dusík v atmosféře. Podle své průměrné molární koncentrace 2,25.10-5 mol/l je patnáctým nejvíce zastoupeným prvkem v mořské vodě. V hmotnostním vyjádření se jeho koncentrace pohybuje od 0 do 45.10-6 g/l (0 - 45 µg/l).

Úvod

Výskyt dusíku v mořské vodě

PON
Dusík v nerozpuštěných organických částicích (> 0,4 mikrometru)
0,002%
DON
Dusík v rozpuštěné organické hmotě (částice < 0,4 mikrometru)
2,300%
DIN
Dusík v rozpuštěné anorganické hmotě (celkem 97,698%):
- molekulární (N2)
95,200%
- ostatní (NO3-, NO2-, NH4+)
02,498%

Zjednodušený oceánský cyklus dusíku

Nitrogen Cycle
1
Tvorba PON
vÝSTUP
Živé organismy získávají dusík přímou fixací rozpouštěného molekulárního N2 (minimální – pouze některé druhy bakterií a sinic), asimilační redukcí DIN (NO3-, NO2-, NH3 – řasy, fytoplankton), asimilací DON (baktérie) a konzumací jiných organizmů (ryby, savci, korýši atd.). Z exkrementů a z těl uhynulých živočichů se do mořské vody uvolňují nerozpustné organické částice obsahující dusík – PON.
PON
V mořské akvaristice je hlavním faktorem ovlivňujícím tuto část cyklu dusíku jednoznačně krmení (chemicky dodávání částicové organické hmoty - POM) a aplikace rozpuštěných živin (chemicky dodávání rozpuštěné organické hmoty - DOM). Jestliže v systému dojde k překrmení (POM) nebo předávkování (DOM), nespotřebovaná organická hmota vstoupí přímo do druhé respektive třetí části cyklu.
2
Tvorba DON
vÝSTUP
Jelikož chemická vazby mezi uhlíkem a dusíkem v PON je relativně reaktivní, PON rychle degraduje na DON - Rozpuštěný organický dusík.
DON
3
Amonifikace
vÝSTUP
DON je za ne zcela jasných podmínek degradován heterotrofními bakteriemi za vzniku amoniaku (enzymaticky řízené reakce) a následně vzniká reakcí s H+ amonný iont NH4+.
NH3 / NH4+
4
Nitrifikace
vÝSTUP
4a - Baktérie Nitrosomonas oxidují amonný iont na dusitan
NO2-
4b - Dusitany jsou dále oxidovány na dusičnany baktériemi rodu Nitrospira a Nitrobacter.
NO3-
Nitrifikace je rychlý proces a vyžaduje kyslíkaté prostředí (přítomnost kyslíkatých zón v systému)
5
Denitrifikace
vÝSTUP
Některé heterotrofní bakterie (např. Paracoccus denitrificans) asimilují dusičnany. Významná část dusičnanů je ale při tomto procesu redukována na dusitan a následně na molekulární dusík, který se uvolní do atmosféry a nestane se tedy součástí nově vzniklé biomasy.
N2
Proces bakteriální denitrifikace je relativně pomalý a vyžaduje redukční prostředí s velmi malým nebo žádným obsahem kyslíku (anoxické a hypoxické zóny), dále značné množství energie pro baktérie ve formě rychle metabolizovatelného organického uhlíku a také přísun esenciálních stopových prvků.

Při bakteriální denitrifikaci vzniká kromě molekulárního dusíku také amonný iont a oxid dusný. Většina molekulárního dusíku a oxidu dusného se uvolní do atmosféry, menší část ale zůstane rozpuštěna ve vodě a společně s amonným iontem se znovu vrací do různých fází výše popsaného cyklu.

 

Denitrifikace v mořských akváriích

Dusíkaté látky v mořském akváriu

Některé meziprodukty a vedlejší produkty cyklu dusíku mohou mít vážné negativní nebo fatální účinky na mořské živočichy:

PON

Prekursor

Částicový organický dusík - sám o sobě není problémem. Avšak PON stojí na počátku cyklu. To znamená, že více včas odstraněného PON zapříčiní menší problémy v dalších fázích cyklu a určuje maximální důležitost částicové předfiltrace.
DON

OK

Rozpuštěný organický dusík - sám o sobě není problémem - rychle vstoupí do procesu amonifikace.
NH3
NH4+

Vysoce toxický

Amoniak a amonný iont jsou vysoce toxické pro ryby a další živočichy i ve stopových koncentracích (především NH3).
NO2-

Toxický

Dusitany jsou od určité malé koncentrace toxické pro ryby a další živočichy.
NO3-

Škodlivý

Dusičnany - nad určitou koncentraci specifickou pro každého živočicha - mohou být škodlivé. Dusičnany jsou navíc asimilovány mnoha baktériemi, sinicemi a řasami, což způsobuje tvorbu jejich kolonií.
N2

OK

Inertní.

Na základě faktů uvedených výše je jasné, že hladký průběh cyklu dusíku v mořském akváriu je nezbytný. Navíc nemá smysl řešit pouze určitou část cyklu, ale je nutné se jím zabývat jako celkem. A to je možné pouze za přítomnosti lidského faktoru, protože rozdíly mezi přirozeným oceánským prostředím a mořským akváriem neumožňují nezávislý běh cyklu dusíku.

 

Metody denitrifikace

BIOLOGICKÉ - přirozené bakteriální

Klíčový faktor
Nevýhody
Bacteria
Baktérie
None

BIOLOGICKÉ - Baktérie v médiu

Klíčový faktor
Požadavky / Nevýhody
Bacteria
Baktérie
Médium
Vyžaduje zvláštní nádrž nebo biologický filtr. Pro médium (keramika, plast, sklo) je klíčová jeho poréznost a odolnost proti mořské vodě

BIOLOGICKÉ - Refugium

Klíčový faktor
Požadavky / Nevýhody
Bacteria
Řasy
Vyžaduje zvláštní nádrž.
Odumřelé části řas musí být pravidelně odstraňovány
Metabolizmus řas může negativně ovlivňovat pH v systému

BIOLOGICKÉ - Rostliny

Klíčový faktor
Požadavky / Nevýhody
Bacteria
Mangrove
Mangrove patří k náročnějším rostlinám.
Většinou není možné pěstovat potřebný počet rostlin.

Fyzikálně-chemické - Absorpce

Klíčový faktor
Požadavky / Nevýhody
Bacteria
Sorbent
Nelineární průběh absorpce v čase.
Nutná pravidelná výměna sorbentu.
Kapacitu sorbentu není nikdy možné využít na 100%.

Fyzikálně-chemické - Chemická reakce

Klíčový faktor
Požadavky / Nevýhody
Bacteria
Reaktor
Chemikálie
Vyžaduje reaktor.
Nutná pravidelná údržba a výměna chemikálií.
Nebezpečné pro živočichy v případě poruchy.

Ať už je pro denitrifikaci použita jakákoli metoda, je třeba sledovat pH a zvláště redox-potenciál. Ideální hodnoty redox-potenciálu jsou -100 až -200 mV. Při hodnotách pod -300 mV vzniká také vysoce toxický sirovodík. Naopak při hodnotách redox-potenciálu 0 -50 mV vzniká nebezpečí úniku NO2- neboť celý řetězec rozkladu neproběhne do konce.

 

Optimální řešení - Přirozená bakteriální

Pro akvaristu je jednoznačně nejjednodušší a nejvýhodnější dosáhnout a udržet v nádrži přirozený proces bakteriální denitrifikace. Úspěch však vyžaduje splnění následujících podmínek:

  • V nádrži musí být dostatek hypoxických a anoxických zón
  • V nádrži musí být přítomny nitrifikační a denitrifikační bakterie
  • Proudění vody musí probíhat v celém objemu nádrže
  • Denitrifikační bakterie musí mít stálý přísun „rychlé energie“ a stopových prvků v dostatečném množství

Obecným požadavkem je pak správné složení mořské vody a správná hodnota jejich fyzikálních parametrů. Z pohledu denitrifikace se jedná především o pH (8,1) a redox-potenciál (250 mV).

 

Ad 1 - Oxické, anoxické a hypoxické zóny

Přítomnost výše uvedených zón v systému může být dosažena přes:

  • Živé kameny
  • Vysoce kvalitní keramické kameny s dostačnou porézností a odolností proti mořské vodě
  • Vhodný pískový substrát na dně nádrže o tloušťce nad 6 cm

Ad 2 - Nitrifikační a denitrifikační baktérie

Určité množství baktérií je v podstatě přítomno v každém živém kameni - pokud je to opravdový živý kámen... Potřebné množství baktérií je tak možno získat z importovaných živých kamenů, živých písků, uměle oživovaných mořských kamenů nebo z komerčně vyráběných biologických katalyzátorů (směs daných druhů baktérií na poylmerním nosiči).

Ad 3 – Prudění vody

Zatímco nitrifikace je dosti rychlý proces, vyžadující vysoce kyslíkaté prostředí a relativně rychlý průtok vody, denitrifikace vyžaduje podstatně odlišné podmínky.

 

Protože se jedná o pomalý a energeticky náročný proces, rychlý průtok vody je nežádoucí. Zajistit tuto podmínku ve speciálním sumpu se živými kameny je jednoduché, ve vlastním akváriu naopak. Současným trendem je masivní výměna vody mezi akváriem a sumpem v tisících litrech za hodinu, naštěstí je průtok vody zpomalován třením o povrch kamenů a je obecně nižší u dna. Problémem ale mohou být "mrtvé zóny", kde už je průtok vody vlemi nízký - zde může docházet k tvorbě sedimentu organických nečistot a nežádoucím rzokladným procesům které již s denitrifikací nemají nic společného.

Ad 4 – Rychlá energie a esenciální stopové prvky

Jak již bylo uvedeno výše, denitrifikace vyžaduje stálý vysoký přísun "rychlé" chemické energie ve formě organického uhlíku. Tuto potřebu mohou v podstatě naplnit pouze uhlohydráty (sacharidy). Je samozřejmě možné experimentovat s nízkomolekulárními "suchozemskými" cukry nebo alkoholy, tyto metody jsou ale nepřirozené a proto rizikové.

Především u alkoholů je vysoké riziko předávkování, zatímco aplikace "suchozemských" cukrů ma nežadoucí vedlejší účinky. Jedinou přirozenou cestou přísunu rychlé chemické enrgie pro nitrifikační denitrifikační baktérie je použití přírodně identické směsi těch uhlohydrátů, které se vyskytují v přírodní mořské vodě, doplněné o esenciální stopové prvky.

Literatura

An Introduction to Marine Biochemistry, Susan M. Libes, John Wiley & Sons, Inc.

CS Reefkeeping Concept

CS Concept
 
TOPlist
Hledání
Napište nám
Produktové informace
coral-shop
Nejprodávanější produkty
Profi Plus Additives
Marine Line Additives
CS DispoPhos
Platinum Reef Additives
CS NitraClean
Test Kits
Animal Care Products
CS DeChlorAmm
UM Removal Set
Channel One Dosing
Novinky
Nejnavštěvovanější