Principios sobre filtración; La nitrificación en acuarios.

     Cuando nos iniciamos en este fascinante mundo, uno de los mayores handicaps a los que nos enfrentamos en nuestro primer día es el periodo inicial de “ciclado del acuario”. Para la gran mayoría, sobre todo cuando se es novel, es un periodo de tiempo insoportable que no entendemos por que debemos de cumplir si ya hemos comprado un filtro para el acuario, pero que si no respetamos, será el principio de nuestro fracaso.

     Acabamos de comprar todo el equipo necesario, urna, iluminación, termostato, filtro, decoración... y nos encontramos con la “pega” de tener que “ciclar el acuario” antes de poder poner los peces.

     (* existen formas de poder reducir al mínimo e incluso saltarnos este proceso, pero lo trataremos más adelante).

     Cuando instalamos un filtro nuevo en un acuario, estamos instalando solamente una serie de materiales por los que circulará el agua reteniendo impurezas. Este proceso es la denominada filtración física o mecánica. Además de esto debemos de entender que nuestro filtro debe también de retirar determinadas sustancias tóxicas, presentes en el medio acuático y que no pueden retirarse solamente haciendo circular agua por un material filtrante. Aquí aparece lo que denominamos filtración biológica, y para que nuestro filtro sea capaz de hacer este tipo de filtración nos encontramos con la necesidad de enfrentarnos a uno de los pilares, si no el pilar, sobre el que se asienta nuestra afición, el “ciclo del nitrógeno”. La llamada nitrificación es la culpable de tener que esperar entre 20 días y un mes para la introducción de los primeros peces, pero, ¿que es exactamente eso?.

     La nitrificación: Dicho sin rodeos es el proceso de oxidación del amonio/ amoniaco (NH4/ NH3) a nitrato (NO3). Este proceso de nitrificación debe de darse siempre en presencia de O2. El amonio/ amoniaco (NH4/ NH3) producido como desecho por el metabolismo de los peces, respiración y excrementos, así como el producido por los restos de comida no ingerida, hojas muertas de las plantas que no son retiradas a tiempo…, etc. es un elemento muy tóxico que en peces puede producir la muerte. En cantidades bajas, de incluso 0,05mg/ litro, si la exposición es prolongada, provoca una progresiva e irreversible pérdida de masa en las agallas, produce problemas de fertilidad y detiene el crecimiento entre otras muchas cosas y, si además, la exposición continúa, la muerte. En cantidades elevadas, de mas de 0,5mg/ litro tiene el mismo efecto pero ya es letal a muy corto plazo, provocando fallos multiorgánicos dando como resultado la muerte de los peces.

     Para nosotros, como acuariofilos, la parte que debe de preocuparnos más del binomio NH4/NH3 es la cantidad de amoniaco NH3 que hay en el agua, ya que el amonio NH4 “no puede” penetrar en los tejidos de los peces y por lo tanto es mucho menos letal. La presencia en el agua de Amonio y amoniaco está en función del ph. A más Ph, mayor concentración de Amoniaco libre y por lo tanto mayor toxicidad. El Ph del amoniaco ronda el 11. cuanto mas nos alejemos hacia valores menores de Ph, la relación existente entre el NH3 y NH4 varía, aumentando la cantidad de NH4 y disminuyendo la de NH3. Para que nos entendamos, a Ph menores de 7, por ejemplo 6, la presencia de NH3 es irrisoria, siendo mucho mayor la proporción de NH4. Debido a esta toxicidad el valor en el acuario deberá de ser de 0mg/ litro.

     Este NH4/ NH3, en el primer paso de este “ciclo”, es oxidado por medio de la actividad bacteriana (a través de bacterias del género Nitrosomona) formándose nitritos (NO2) como producto restante. El NO2 es menos tóxico en proporción al NH3 pero igualmente letal si sube su concentración, ya que estos se introducen en la corriente sanguínea de los peces dificultando el transporte de O2 por la hemoglobina. Los NO2 empiezan a ser letales para los peces a partir de los 2mg/ litro, aunque esto varía según la especie, por lo que su valor en el acuario deberá de ser 0mg/ litro. A su vez los nitritos (NO2) son de nuevo oxidados (por bacterias del género Nitrobacter y Nitrospira) formándose nitratos (NO3), mucho menos tóxicos y que a su vez son asimilados por las plantas o reducidos por medio de cambios de agua. En un acuario, a no ser que hablemos de acuarios muy plantados, y muy poco poblados, donde pueden tener que ser añadidos, la presencia de NO3 no debería de exceder los 25-50mg/ litro, no tanto por su toxicidad, ya que esos valores son perfectamente asumibles, sino por que producirán una proliferación de algas importante. Gráficamente lo podríamos resumir así:

     Por todo esto, para cumplir con los requisitos necesarios, y que nuestro acuario funcione correctamente, nuestro sistema de filtración debe de ser físico y biológico. A la hora de diseñar un sistema de filtración se deben de tener en cuenta seis factores primordiales:

• 1- Volumen de filtración.
• 2- Velocidad de filtración.
• 3- Tiempo de contacto.
• 4- O2 disponible.
• 5- Masa filtrante.
• 6- Movimiento de agua en la urna.

     1º- Volumen de filtración. Entendemos como volumen de filtrado la cantidad de materia filtrante útil (en litros) que es capaz de contener el sistema. Cuantos mas litros de masa tengamos, más potencial de filtrado tendremos. La teoría dice que el volumen de dicha masa debería de estar por encima del 2-5% del volumen del tanque a filtrar, en función de si el sistema es por presión o por decantación. Es decir, Un acuario de 100 litros, debería de tener un volumen de filtración de entre 2 y 5 litros. Con las técnicas y materiales modernos, ese volumen puede reducirse considerablemente, y si nos fijamos en los filtros comerciales nos daremos rápidamente cuenta de ello, pero no cabe duda que un mayor volumen siempre será mejor. 

                          

     2º- Velocidad de filtración. Esta depende del tipo de acuario al que nos estemos enfrentando y debe estar en función de cuatro parámetros: el pH, la temperatura, la cantidad de materia orgánica en descomposición y la cantidad de fauna que tengamos; en general el aumento de cualquiera de éstos implica mayores necesidades de filtración. En acuarios de aguas blandas y Ph ácidos (< 7) donde la presencia de NH3 es menor (existe mayor presencia de amonio (NH4)) y por lo tanto menos riesgo de toxicidad, la velocidad puede rondar entre 2 y 3 veces la capacidad del acuario por hora. Más velocidad, si el volumen de filtración es el adecuado, solo nos daría problemas de saturación, más mantenimiento y ninguna ventaja añadida, ahora bien, en sistemas de filtración con poco volumen suplimos esa deficiencia con una mayor velocidad de filtrado. En cambio, en acuarios de Ph alto (> 7,5) debido a la alta toxicidad del NH3 y a la baja presencia de NH4 deberemos de pasar la mayor cantidad de agua posible por el filtro con el fin de retirar el NH3 de manera rápida. En estos casos (acuarios de la falla del Rift Valley por ejemplo) la velocidad de filtrado debería de ser de al menos 4-5 veces el volumen del tanque por hora. En estos casos, si o si debemos de contar con un volumen adecuado.

     3º- Tiempo de contacto. Este tercer apartado es el punto de unión con los otros dos. Cuanto mas tiempo tarde el agua en atravesar nuestro filtro, más tiempo estará el agua en contacto con el material filtrante y mas eficaz será la actuación de este. Se me hace imposible expresar cual debería de ser el tiempo de contacto del agua con nuestro filtro, pero si mantenemos las directrices de los puntos anteriores: -Volumen de filtración mayor del 2-5% del volumen del tanque. -Aguas ácidas velocidad de entre 2-3 volumen total / hora. -Aguas alcalinas velocidad de entre 4-5 veces volumen total / hora. El tiempo de contacto era adecuado. Si aumentamos el volumen de filtración, aumentaremos el tiempo de contacto mejorando la filtración.

     4º- O2 disponible. La importancia del O2 disuelto se explica conociendo la disposición de las diferentes grupos de bacterias en las masas filtrantes. Las bacterias se agrupan entre si en algo que llamamos Biofilm bacteriano. El biofilm bacteriano es un ecosistema en si mismo, en él sólo Los conjuntos de colonias de bacterias heterótrofas que metabolizan distintos componentes de la MO (materia orgánica) dan a éste una complejidad enorme, sus redes tróficas de nutrientes y energía son tan complejas como, por ejemplo, las de un “bosque” . La dificultad de resumir inteligiblemente el funcionamiento del biofilm nos obliga a limitarnos a la parte que más nos interesa, la nitrificación.

     En el gráfico se aprecia como la expansión de los grupos de bacterias se realiza en tres dimensiones. Las zonas mas interiores corresponden a los primeros núcleos colonizados, mientras que el contorno exterior se refiere a los últimos grupos en aparecer en escena.

     Para que las bacterias puedan pasar de NH3 (amoniaco) a NO2 (nitrito) y luego a NO3 (nitrato), se necesita O2. Al apartado del proceso metabólico nitrificante que utiliza esta incorporación de O2 se le denomina oxidación y en los filtros comunes (permanentemente sumergidos), este O2 se obtiene del agua circundante, con lo que al consumo de O2 por parte de nuestros peces, plantas…etc. deberemos de sumar el de nuestro filtro. En los filtros denominados “seco- húmedos”, este O2 se obtiene directamente del aire. Una de las normas que se cumple en este sistema es que a mayor cantidad de O2. mas superficie de biofilm se activa.

     El biofilm toma el O2 a favor de gradiente, es decir cuanto mayor es la concentración de O2 zonas mas profundas de dicho film son capaces de obtener dicho O2 y procesar por lo tanto NH3 ó NO2. Por lo tanto cabe decir que a la hora de montar nuestro sistema de filtración deberemos de diseñarlo de manera que la concentración de O2 en el agua sea la máxima posible. Esto se consigue, con filtros seco húmedos, sistemas de sumidero, y movimiento superficial de agua.

     5º- Masas filtrantes. De su calidad y disposición depende gran parte del éxito de un sistema de filtración. En el proceso de filtración debemos distinguir la filtración mecánica y la biológica que, aunque independientes y siendo posible el montar únicamente una de las dos en nuestro filtro, para una correcta y completa filtración deberían estar presentes ambas fases. Para la filtración mecánica se utilizan gran cantidad de esponjas y fibras de diferentes grosores que permiten de una manera adecuada retener las partículas en suspensión en el agua. Si se dispone del espacio, conviene utilizar varias de estas esponjas de diferentes grosores para retener poco a poco las partículas así como evitar usar materiales muy “cerrados” o apelmazados que impidan la correcta circulación del agua o den lugar a saturaciones. Si disponemos, por ejemplo, de tres esponjas de tres pasos diferentes, se deberían colocar de manera que la mas permeable sea la primera y la menos la última, de esta forma las diferentes impurezas se depositarán gradualmente a lo largo de las fibras sin bloquear el acceso y sin apelmazarse en una zona concreta. La principal función de esta parte de la filtración consiste en conseguir que el agua que atraviese esa zona lo haga en las mejores condiciones para que la siguiente fase del mismo ( la Biológica) no se sature por causa de las partículas que puedan atravesarla. En la parte “biológica es donde propiamente dicho se va a efectuar la mayor colonización bacteriana, y por lo tanto el mayor trabajo de nitrificación. Para esto existen numerosos materiales, cuya principal característica debe de ser la de tener mucha superficie de asentamiento y permitir el correcto flujo de agua en el menor espacio posible, a fin de que el espacio de colonización por unidad de volumen sea el máximo posible. Gráficamente la distribución de un filtro podría ser como sigue:

     6º- Movimiento de agua en la urna. Este es quizás el mas fácil de ver. La circulación del agua dentro del acuario debe de de ser tal que permita pasar todo el volumen de agua del tanque por el filtro, sin dejar zonas muertas. A veces, y dependiendo del tamaño del tanque serán necesarias bombas auxiliares dentro del mismo para asegurar la correcta circulación.

     Bueno después de todo esto solo faltaría un apunte sobre uno de los factores de más uso en grandes instalaciones aunque algo complejo para ser usado en instalaciones de las denominadas “domésticas”, La sedimentación. Esta se produce en filtros grandes con gran sección de paso de agua y pequeños caudales (lo que nos limita su uso único en instalaciones con Ph altos). En estos filtros no hay presión, lo que posibilita que las partículas sedimenten (precipiten en el fondo) antes de llegar al filtro mecánico, es decir el concepto se basa única y exclusivamente en bajar la velocidad del flujo del agua, permitiendo así la sedimentación de partículas, cuyo tamaño sera menor cuanto más lento sea el flujo conseguido, es decir que cuanto más ancha y profunda sea la cámara de decantación y menor el caudal que pase a través de ella, "mas limpia quedará el agua. El tamaño mínimo necesario es igual por lo tanto al máximo disponible. Si tenemos en cuenta esto vemos que este efecto es solo factible en filtros del tipo sumidero.

     Cuando vemos todo lo dicho por encima, puede parecer algo terriblemente complejo, y si tratamos de profundizar en ello, efectivamente lo es, pero a nivel Acuariofilo, basta con entender que el acuario debe de ser capaz de convertir ese NH4/ NH3 que aparece como consecuencia de excrementos, hojas muertas etc., en NO3, que este, en general, ha de ser eliminado por medio de cambios de agua, y que en acuarios nuevos, este proceso necesita de un tiempo de entre 20 días y un mes para completarse, por lo que, en principio, siguiendo las ortodoxas reglas de la acuariofilia, deberemos de ser pacientes, aunque pronto veremos como podemos reducir ese periodo.