Microbe-Lift Wasseraufbereitungsprodukte

Hallo zusammen,
anbei eine Auflistung aus Wikipedia zu den von Torsten genannten Bakterien:

Nitrospira marina: Marine Form

Nitrobacter: Arten dieser Gattung findet man in Böden, Süßwasser und im Meer

Nitrosomonas: Die verschiedenen Arten kommen in unterschiedlichen Habitaten vor. Viele kommen in Böden vor (Nitrosomonas communis, Nitrosomonas europaea, Nitrosomonas ureae), viele in Gewässern (z. B. Nitrosomonas eutropha). Viele Arten sind salzliebend (halophil) und können sich bei hohen Salzkonzentrationen vermehren.

Wenn ich das richtig sehe sind Formen dieser Stämme in Mariner Umgebung wirksam.
Ich verstehe daher die Diskussion hier nicht mehr.

Wird die Wirksamkeit von Bakterienprodukten hier nun in Gänze angezweifelt?

Gruß
honk

Hallo zusammen,

die Welt der nitrifizierenden Bakterien ist erheblich komplexer als uns die Hersteller von den diversen Bakterien-Cocktails glauben machen wollen. Ich habe mir mal die Mühe gemacht und mich in den letzten Tagen in einige wissenschaftliche Publikationen über diese Thematik eingelesen. Die an den marinen Lebensraum adaptierten Bakterien, die in der Lage sind, Ammoniak, Nitrit und Nitrat abzubauen bzw. besser gesagt umzuwandeln, leben in einer sehr komplexen und von Standort zu Standort unterschiedlichen Lebensgemeinschaft zusammen. Je nach Voraussetzungen im MW-Becken dominieren dabei bestimmte Bakterienarten die angebotenen Biotope im Aquarium. Andere bekannte Arten aus der Gruppe der Nitrifizierer sind zwar noch vorhanden, aber deutlich in der Minderzahl, so dass ihre Stoffwechselleistung hier kaum eine größere Rolle spielt.
Quelle: Lemmer/Griebe/Flemming - Ökologie der Abwasserorganismen, Springer-Verlag 1996

Es werden ständig noch neue Arten entdeckt und leider ist die Erforschung der marinen Stickstoffkreisläufe im Gegensatz zu den Süßwassersystemen (Süßwasser - Kläranlagen, - Aquakulturen, - Aquarien) hier noch ziemlich am Anfang.

Je mehr man sich damit beschäftigt, desto mehr Fragen ergeben sich. Selbst wenn die Bakterien in der Flasche in großer Anzahl noch lebens- und vermehrungsfähig (Nachweis fehlt) in das Aquarium gelangen, wie viele davon überleben und wie viele können sich so einnisten, dass sie sich dort auf Dauer vermehren und ihre gewünschte Aktivität aufnehmen. Die Vermehrungsrate ist im Vergleich zu anderen Bakterien sehr sehr langsam und sie benötigen spezielle Umweltbedingungen für die Vermehrung und das Überleben. Anderseits sind in eingefahrenen Becken die "richtigen" Bakterien bereits vorhanden und müssen nur über geeignete Massnahmen kultiviert werden. Es wird so getan, als würde die gesamte Abbauleistung eines MW-Beckens ausschließlich aus einer Flasche kommen können.

Es folgen einige Abschnitte aus öffentlichen Publikationen, die sich mit der Komplexizität des Themas Stickstoffkreislauf im Meerwasser beschäftigen. Ganz unten sind dann noch drei sehr interessante Links zum Thema. Sorry, ist etwas länger geworden... - aber so wird deutlich, wie kompliziert die Vorgänge sind, die tagtäglich bei uns hinter den Glasscheiben ablaufen.

Die unten stehende Tabelle listet nur einen kleinen Teil der für die Nitritfikation verantwortlichen Organismen auf. Dabei fällt auf, dass die für die Nitrifizierung bzw. Denitrifizierung angebotenen Bakterienspezies N. euopaea und N. winogradsky nicht unbedingt im Meerwasser (in der Tabelle mit Seewasser bezeichnet) ihr Optimum haben. Wahrscheinlich hat man sich bei den kommerziell erhältlichen Produkten nur auf die Bakterien beschränkt, die man relativ leicht kultivieren kann = meine Spekulation.

Bevorzugte Biotope und Substrate der bekannten Arten der lithoautotrophen Ammoniak bzw. Nitrit oxidierenden Bakterien:

Arten...............................Substrat..................bevorzugte Standorte

Nitrosoma communis.................Ammoniak.............Böden, oligotroph
Nitrosomas ureae.....................Ammoniak..............Böden, oligotroph
Nitrosomas europaea............Ammoniak.............Abwasser, eutroph
Nitrosomas eutropha................Ammoniak..............Abwasser, eutroph
Nitrosoma oligotropha...............Ammoniak.............Abwasser, oligotroph
Nitrosoma aestuarii...................Ammoniak.............Seewasser
Nitrosoma marina.....................Ammoniak.............Seewasser
Nitrosoma halophila..................Ammoniak.............Seewasser
Nitrosoma cryotolerans.............Ammoniak.............Seewasser

Nitrosococcus mobilis...............Ammoniak..............Seewasser
Nitrosococcus oceanus............Ammoniak...............Seewasser
Nitrosococcus halophilus..........Ammoniak...............Seewasser

Nitrospira briensis...................Ammoniak...............Böden, oligotroph
Nitrosolobus multiformis..........Ammoniak...............Böden
Nitrosovibrio tenuis................Ammoniak...............Böden, oligotroph

Nitrobacter winogradskyi.....Nitrit.....................Böden, Süßwasser
Nitrobacter hamburgensis........Nitrit.....................Böden, Süßwasser
Nitrobacter vulgaris................Nitrit......................Böden, Süßwasser

Nitrococcus mobilis.................Nitrit.....................Seewasser
Nitrospina gracilis....................Nitrit.....................Seewasser
Nitrospira marina....................Nitrit......................Seewasser

"Viele dieser Bakterien sind rein lithoautotroph, d.h. sie gewinnen ihren Bedarf an Energie und Reduktionsmitteln aus ausschließlich anorganischen Stoffen. Für die Vertreter der Gattung Nitrobacter konnte auch ein heterotrophes Wachstum nachgewiesen werden, sie gewinnen den zum Aufbau ihrer Substanz benötigten Kohlenstoff aus bereits synthetisierten organischen Verbindungen, z.B. aus Ethanol bei der Vodka-Methode. Alle zusammen gehören zudem zu den langsam wachsenden Bakterien. Die Generationszeiten liegen selbst unter optimalen Bedingungen kaum deutlich unter 10 h und können sogar wesentlich größere Zeiträume umfassen. Das bedeutet, dass sich nur in Sedimenten und evtl. in verlangsamt partikulärem Material (Flocken) zahlenmässig stabile Populationen aufbauen und halten können. Frei im Wasser suspendierende Teilpopulationen sind dagegen i.d.R. auf ständige Neuzufuhr von Zellen aus dem Sediment oder aus der partikulären Phase (Biofilme, Flocken) angewiesen. Eine effiziente Nitrifikationsrate kann bei hohen Durchflussraten, wie wir sie teilweise im MW-Aquarium antreffen, nur dann gewährleistet werden, wenn Ammoniak- und Nitritoxidanten in natürlichen oder künstlichen Biofilmen oder Flocken eingebunden sind. Bei frei suspendierenden Nitritfikanten (Bakterien) würde es wegen der relativ langen Generationszeiten schnell zu einer starken Ausdünnung der Populationen kommen."

Quelle: Lemmer/Griebe/Flemming - Ökologie der Abwasserorganismen, Springer-Verlag 1996

Die abwassertechnischen Probleme der mikrobiellen Ammoniumoxidation (Nitrifikation) sind im wesentlichen auf die biologischen Eigenheiten der nitrifizierenden Bakterien zurückzuführen. Im Vordergrund steht dabei die Tatsache, dass diese Organismen im Vergleich zu den nicht nitrifizierenden heterotrophen Bakterien nur eine überaus geringe Vermehrungsrate haben. Die Generationszeit der heterotrophen Bakterien (red. das sind die Bakterien, die von organischen Abfällen leben) liegt bei ca. 2 Stunden, die der Nitrifikanten bei ca. 12 Stunden. In diesen Fällen steht den Nitrifikanten im Wasserkörper nicht genug Zeit zur Verfügung, um sich zu einer hinreichend leistungsfähigen nitrifizierenden Bakterienpopulation zu entwickeln. Quelle: http://www.wasser-wissen.de/abwasserlexiko…trifikation.htm

Bemerkung: Daher kommen evtl. auch die manchmal unerklärlichen Effekte bei der Vodka-Methode zustande, wo in manchen Fällen die heterotrophen Bakterien stark begünstigt werden und richtige Bakterienteppiche bilden können.

Denitrifikation:
Bei stark anaeroben Bedingungen können einige Mikroorganismen anstelle von molekularem Sauerstoff den Sauerstoff des Nitrat-Anions als Elektronenakzeptor benutzen und Nitrat zu NO, N2O oder N2 reduzieren (z. B. Bakterien der Gattungen Rhizobium und Pseudomonas). Diesen Vorgang nennt man Denitrifizierung.
Hier wird über mehrere Stufen gasförmiger Stickstoff gebildet, der über die Wasseroberfläche entweicht. Das ist die optimale Stickstoffentsorgung aus dem MW-Becken, aber auch die schwierigste. Die vollständige Denitrifikation umfasst die sequentielle Reduktion von Nitrat zu Nitrit und dann über die Zwischenstufen NO und N2O weiter zu N2.

Anammox:
Vor gut 10 Jahren wurde mit der anaeroben Ammoniumoxidation (anaerobic ammonium oxidation = Anammox) (Mulder et al., 1995; van de Graaf et al., 1995; Jetten et al.,1999) ein weiterer Prozess entdeckt, der zur Bildung gasförmiger N-Verbindungen führt. Bei der Anammox-Reaktion wird unter anaeroben Bedingungen Ammonium mit Nitrit als Elektronenakzeptor oxidiert, wobei N2 entsteht (Gleichung 3) (van de Graaf et al., 1995 u.1997). Gleichung 3: Anaerobe Ammoniumoxidation (Anammox). Aus Op den Camp et al., 2007.
NH4 + NO2 -> N2 + H2O
Die für diese Reaktion verantwortlichen Organismen wurden als Angehörige der Ordnung der Planctomycetales identifiziert (Strous et al., 1999). Da Anammox-Bakterien sehr schwer zu kultivieren sind (Egli et al., 2001; Kuenen & Jetten, 2001; Jetten et al., 2003), gibt es bisher nur wenige benannte Spezies mit Kandidatenstatus, die aus Anreicherungskulturen beschrieben wurden. Anmerkung: Anamox-Prozesse wurden leider in MW-Aquarien und marinen Aqua-Kultursystemen noch nicht nachhaltig nachgewiesen.

Stickstoffentfernung in (marinen) Aquakultursystemen:
Die Hauptanforderung an Biofilter in Aquakultursystemen mit Wasserrückführung ist die Entfernung von überschüssigem Stickstoff, um eine N-Akkumulation und die damit einhergehende Entstehung toxischer NH3- und NO2- -Konzentrationen (siehe Kap. 1.1.3) zu verhindern. Dies geschieht klassischerweise über die Prozesse der Nitrifikation und der Denitrifikation. In marinen Systemen sind dabei die unter anaeroben Bedingungen stattfindenden Interaktionen zwischen N- und S-Kreislauf zu berücksichtigen.

Der mit dem Ammonium im Gleichgewicht stehende Ammoniak (NH3) ist das Hauptendprodukt des Proteinstoffwechsels bei Fischen und wird beständig über die Kiemen ausgeschieden (Eddy, 2005). Dies führt zum periodischen Auftreten von Ammoniumpeaks nach dem Füttern. Andererseits ist NH3 für aquatische Organismen bereits in sehr niedrigen Konzentrationen toxisch. Um die Entstehung toxischer NH3-Konzentrationen zu vermeiden, muss die Akkumulation von Ammonium verhindert werden. Die Herausforderung für ein nitrifizierendes Konsortium ist deshalb, einerseits schon unter sehr niedrigen Substratkonzentrationen zu funktionieren, andererseits Ammoniumpeaks nach dem Füttern effizient zu entfernen.

Bisher gibt es nur wenige Studien, die sich mit Nitrifikanten-Gemeinschaften in marinen Biofiltern befassen. Frühe Untersuchungen zeigten, dass sich die für die Ammoniumoxidation verantwortlichen Bakterien in Süßwasseraquarien von denen in Salzwasseraquarien unterscheiden (Hovanec & Delong, 1996). In Salzwasseraquarien schienen Nitrosomonas europaea und verwandte Phylotypen die aktiven AOB (Ammoniak-oxydierenden Bakterien) zu sein. Zu diesem Zeitpunkt konnten jedoch weder die Ammoniumoxidierer in den Süßwasseraquarien noch die Nitritoxidierer in beiden Aquarientypen identifiziert werden. Spätere Studien (Hovanec et al., 1998; Burrell et al., 2001) konzentrierten sich hauptsächlich auf die Identifikation der Nitrifikanten-Gemeinschaft in Süßwasseraquarien. Während der letzten Jahre wurde die Präsenz von Nitrosomonas cryotolerans-, Nitrosomonas marina-, Nitrosomonas aestuarii- und Nitrosomonas sp. Nm143-verwandten AOB (Tal et al., 2003; Grommen et al., 2005; Itoi et al., 2006) und Nitrospira marina-verwandten NOB (Tal et al., 2003) in Biofiltern mariner Aquakulturanlagen oder Aquarien nachgewiesen. Darüber hinaus wurde kürzlich der zu den Crenarchaeen gehörende Ammoniumoxidier "Candidatus Nitrosopumilus maritimus" aus einem marinen Aquarium isoliert (Könnecke et al., 2005), worauf Gene von Archeen auch in marinen Sedimenten und Belebtschlamm entdeckt wurden (Francis et al., 2005; Park et al., 2006). Allerdings gibt es bisher keine quantitativen Daten zur Struktur von Nitrifikanten-Gemeinschaften in marinen Biofiltern.

Unter den kultivierten Ammoniumoxidierer-Spezies ist ein bestimmter Salzgehalt essentiell für N. halophila, Nc. mobilis, N.marina, N. aestuarii, N. cryotolerans, Nc. oceani und Nc. halophilus. Die anderen beschriebenen Spezies benötigen kein Salz zum Wachsen (Koops et al., 2003). Allerdings sind alle von ihnen bis zu einem gewissen Grade salztolerant, was von 0,6% (Nitrosospira tenuis) bis 10,5% NaCl (Nitrosococcus halophilus) reicht. Salzgehalte, wie sie im Pilotsystem von Rehovot (Israel - Malikulturanlage) vorliegen (ungefähr 2%), scheinen deshalb für eine Vielzahl von Ammoniumoxidierern tolerabel zu sein. Von den wenigen beschriebenen Nitritoxidierern sind Nitrococcus mobilis, Nitrospina gracilis und Nitrospira marina obligat halotroph, während Nitrospira moscoviensis und die meisten Nitrobacter-Spezies kein Salz benötigen (Koops & Pommenering-Röser, 2001).

Wechselwirkungen zwischen Stickstoff N- und Schwefel (hier Sulfat) S-Kreislauf unter anaeroben Bedingungen

Ein Problem bei der Behandlung von Abwässern aus marinen Systemen ist der hohe Sulfatgehalt.
Da Stickstoff, vor allem in Form von Nitrat, in geschlossenen Aquakultursystemen häufig sehr stark akkumuliert, wird versucht, zumindest einen Teil des Nitrat-N wieder aus dem System zu entfernen. Klassischerweise geschieht dies über den Denitrifikationsprozess. Ein Problem, das bei der anaeroben Abwasserbehandlung speziell in marinen Systemen mit seinen von Haus aus hohen Sulfatkonzentrationen im Wasser auftritt, ist die Sulfatreduktion. Unter anaeroben Bedingungen findet Sulfatreduktion statt und es entsteht Sulfid (H2S) (Cytryn et al., 2003 und 2005a). Sulfid ist schon in sehr geringen Konzentrationen toxisch für Fische und andere aquatische Organismen (siehe Kap. 1.1.3), aber auch für viele Mikroorganismen (Reyes-Avila et al., 2004). Neben seiner toxischen Wirkung auf Fische und andere aquatische Organismen hat Sulfid auch einen spezifischen Effekt auf Nitratreduktion und Denitrifikation. Es kann die N2O-Reduktase von Denitrifikanten inhibieren, eine Verschiebung von der Denitrifikation hin zur dissimilatorischen Nitratreduktion zu Ammonium verursachen oder auch als Elektronendonor für die Nitratreduktion dienen. Anmerkung: Auch dieser Effekt ist den MW-Aquarianern wohl bekannt. Sobald alle verfügbaren Nitratquellen im Wasser erschöpft sind, bildet sich giftiger Schwefelwasserstoff in den Nitratfiltern.

Quelle:
Mikrobiologie der Stickstoffentfernung in den Biofiltern einer marinen Aquakultur mit geschlossenem Wasserkreislauf
(7,23 Mb)
Dissertation an der Universität Bayreuth Fakultät Biologie, Chemie und Geowissenschaften
Bärbel U. Fösel, geb. Krieger
Bayreuth, August 2007

Links zum Thema:

- Ammoniak - ein starkes Fischgift

- Nitrit - ein giftiges Zwischenprodukt

- Nitratentfernung - eine Übersicht