Ammoniak verlagen

Leestijd 6 minuten / Laatst gewijzigd 31 december 2023 / Auteur Ruud de Keijzer

Door uitscheiding van vissen en door afstervend en dood organisch materiaal, komt de stikstofverbinding ammoniak of ammonium vrij. Deze verbindingen zijn onderdeel van de stikstofkringloop. Planten, algen en veel micro-organismen hebben stikstof nodig.

Te veel stikstof in een aquarium wordt echter gevaarlijk geacht. In de praktijk valt dit eigenlijk wel mee en wordt ammoniak onder de pH 8 en 25°C omgezet in het veel minder problematische ammonium.

Ammoniak en stikstof

Stikstof (N) is een essentieel element voor het leven op aarde en is onderdeel van aminozuren en nucleïnezuren. Aminozuren zijn de bouwstenen van eiwitten. Nucleïnezuren zijn de bouwstenen van DNA en RNA.

Ammoniak is stikstof in de vorm van NH3.

Ammoniak en vissen

Stikstof zit in het voedsel dat we aan vissen in een aquarium geven. De vissen scheiden stikstof, in de vorm van ammoniak, uit via hoofdzakelijk de kieuwen. Een hoge concentratie ammoniak in het water kan tot problemen leiden. Vissen kunnen het ammoniak dan niet meer uitscheiden via de kieuwen en dus stapelt het zich in de vis op. Overigens is dit dan in de vorm van ammonium.

Ammoniak is gevaarlijk

Het internet staat er vol mee. En dierenspeciaalzaken trouwens ook.

“Ammoniak is gevaarlijk. Daarom moet je eerst een aquarium indraaien. Zonder vissen natuurlijk. Indraaien doe je met middeltjes en testkits. Zodra het aquarium is ingedraaid, kun je vissen toevoegen.”

Maar als vissen voortijdig dood gaan, wordt vaak met beschuldigende vinger naar stikstof gewezen. Stikstof is immers giftig. Bovendien kan stikstof makkelijk worden gemeten. Dat maakt het tastbaar.

Laten we er eens nuchter naar kijken.

Ammoniak is meestal niet gevaarlijk

Ammoniak concentraties zijn vaak laag

Laten we voor het gemak uitgaan van alleen uitscheiding door vissen. Stel we gaan uit van een 100 liter bak waarin 20 ember tetra’s / Hyphessobrycon amandae rondzemmen.

Iedere vis weegt 1 gram. Een vis consumeert dagelijks ongeveer 2% van zijn lichaamsgewicht. Dus een totaal van 20 gram vis consumeert dagelijks 0.4 gram voedsel.

  • Het proteïne gehalte van het voedsel bepalen we op 25%
  • De hoeveelheid N in proteïne bedraagt 16%
  • 70% van deze hoeveelheid wordt uitgescheiden als NH3
    (de meeste zoetwatervissen scheiden hoofdzakelijk ammoniak, NH3 uit)
  • De verhouding NH3 tot N bedraagt 1.216

De 0.4 gram voedsel per dag resulteert dan in 0.014 gram ammonia per dag.

In een 100 liter bak met 20 ember tetra’s komt er dagelijks 0.014 gram of 14 mg ammoniak vrij. Dit komt neer op 0.14 mg/l of ppm ammoniak per dag.

Voor de goede orde: miligram per liter (mg/l) = parts per minion (ppm).

Ammoniak is meestal ammonium

De meeste zoetwater vissen scheiden hoofdzakelijk ammoniak NH3 uit, via passieve diffusie door de kieuwen. Vandaar dat er in de conversietabel hierboven NH3 gegeven staat. Dit is het niet-geïoniseerde, “vrije”, of gasvormige ammoniak, en wordt gezien als de giftige vorm voor vissen.

pH
Bij een lagere pH verbindt NH3 met waterstofionen H+ tot ammonium, NH4+. Dit is de geïoniseerd vorm en wordt als veel minder giftig geacht.

De zogenaamde pKa ligt op 9,25, bij 25°C. Deze waarde geeft de pH waarde aan waarbij de helft als NH4+ aanwezig is en de andere helft als NH3. Naarmate de pH daalt, wordt het aandeel NH4+ groter.

In een bak met kraanwater ligt de pH zo rond de 7,8. In een bak met kraanwater en leven, ligt de pH lager, zo tussen de 6 en 7.

Temperatuur
Ook de temperatuur heeft invloed. Hoe lager, hoe meer ammonimum in plaats van ammoniak.

Bij een pH onder de 7 en een temperatuur onder de 25°C is de kans dat er problemen ontstaan niet heel groot. Het giftige NH3 dat vissen uitscheiden wordt dan grotendeels omgezet naar NH4+ .

Let wel: NH4+ is ontzettend giftig vanaf bepaalde concentraties binnen het lichaam van een vis. NH4+ is bovendien het meest voorkomend binnen het lichaam van een vis vanwege de pH.

ammoniak

De 0.014 gram ammoniak die dagelijks door de ember tetra’s wordt geproduceerd, is bij 24 graden Celsius en een pH van 7, slechts 0.0052% ammoniak.

Oftewel, 0.0000728 gram of 0.0728 mg in 100 liter, dus 0.00728 mg/l ammoniak.

Het aandeel ammonium is dan 0.14 mg/l – 0.00728 mg/l = 13.3 mg/l.

Wanneer ammoniak gevaarlijk is

Als er in het water veel NH3 aanwezig is, dan wordt uitscheiding door NH3 diffusie problematisch. Als NH3 dan niet uitgescheiden kan worden, dan bouwt NH4+ zich in het lichaam op en ontstaan er problemen.

Onder een pH van 7.5 zit je eigenlijk altijd redelijk safe.

Hoeveel pH zit er in kraanwater? In een bak met water waar geen leven in zit, zal de pH zo rond de 7,8 zijn. In een bak met water én leven, zal de pH waarschijnlijk zo rond de 6,5 – 7,5 variëren.

De meeste vissen in de hobby komen uit habitats met lagere pH waarden. Maar er zijn ook vissoorten die afkomstig zijn uit habitats met gemiddeld hogere pH waarden, zoals Tanganyika cichliden. Deze vissoorten hebben mechanismen ontwikkeld om om te gaan met (tijdelijk) hogere NH3 concentraties in het water. Zoals het omzetten van NH3 naar urea.

Meten is weten, als je weet wat je meet

De API Ammonia test kit is een populaire methode om het ammonia niveau te bepalen. Het gewenste niveau zou lager uit moeten vallen dan 0,25 ppm.

De API Ammonia test kit meet Totaal Ammoniakaal Stikstof (TAN). De API Ammonia test kit meet dus NH3 en NH4+.

Bij een pH van 7,0 en een temperatuur van 25°C is 0,566% van TAN aanwezig als NH3. Als er dan 0.25 ppm TAN wordt gemeten, is slechts 0.0014 ppm in de NH3 vorm.

Voorbeeld: Als TAN 23 ppm is, zal de hoeveelheid ammoniak 0.13 ppm zijn bij 25°C en pH 7. Deze hoeveel wordt de populaire kardinaal tetra, Paracheirodon axelrodi, fataal.

Zie Oliveira et al. Tolerance to temperature, pH, ammonia and nitrite in cardinal tetra, Paracheirodon axelrodi, an amazonian ornamental fish. Acta Amazonica, 38, 2008.

Een TAN waarde van 23 ppm ligt in ieder geval een stuk hoger dan de 0.25 ppm die regelmatig wordt voorgeschreven.

Ammoniak en micro-organismen

Los van het gegeven dat stikstof dus niet zo snel gevaarlijk zal zijn voor vissen, wordt ammonium en ammoniak door bepaalde micro-organismen omgezet naar het uiteindelijk redelijk onschuldige nitraat.

Deze micro-organismen zijn niet één bepaalde soort micro-organismen, maar diverse soorten ammonium oxiderende bacteriën en ammonium oxiderende archaea die ammonium omzetten naar nitriet. Nitriet oxiderende bacteriën die nitriet omzetten naar nitraat. En Nitrospira bacteriën die ammonium direct in nitraat omzetten.

Archaea zijn net als bacteriën, eencellige organismen, maar met unieke moleculaire organisatie waardoor ze zich van de andere twee domeinen van het leven, de bacteria en eukaryota, onderscheiden.

De exacte soorten die een aquarium zullen bewonen hangen af van variabelen als de concentratie ammonium en ammoniak, pH, temperatuur en zuurstof. Maar ook de dynamiek. De soorten die aanvankelijk een aquarium bewonen zullen waarschijnlijk niet dezelfde soorten zijn, die na een jaar het aquarium bewonen.

Zie bijvoorbeeld Al-Ajeel et al. Ammonia-oxidizing archaea and complete ammonia-oxidizing Nitrospira in water treatment systems, Water Research X, Volume 15, 2022.

Indraaien of opstarten van een aquarium

Het indraaien van een aquarium zonder vissen, maar met ammonium uit een flesje en het gebruik van een testkit is eigenlijk onzinnig. Er wordt typisch veel meer ammonium toegevoegd dan representatief is. De micro-organismen die het ammonium gaan omzetten, zijn waarschijnlijk niet de organismen die het ammonium van vissen zullen gaan omzetten. En zoals betoogd, is ammonium nauwelijks gevaarlijk voor vissen.

Een filter is eigenlijk niet nodig

Om te bepalen hoeveel microben noodzakelijk zijn om deze hoeveelheid ammonia om te zetten, maken we voor het gemak gebruik van Total Ammonia Nitrogen (TAN, NH3/NH4+) en gaan we uit van ongelimiteerde opgeloste zuurstof in het water.

De TAN conversie ratio wordt uitgedrukt als TAN (g) / oppervlakte (m3) / dag en soms als TAN (g) / oppervlakte (m2) / dag. Hier gaan we uit van M2.

Op basis van een beetje grasduinen in wetenschappelijke publicaties met betrekking tot aquacultuur, gaan we uit van een conservatief ingeschatte TAN conversie ratio van 0.2 g / m2 / dag.

Om de 0.014 g TAN van de 20 ember tetra’s te verwerken, is een oppervlakte van 0.07 m2 of 700 cm2 nodig. Dat is gelijk aan 26,5 cm x 26,5 cm.

De ember tetra’s zwemmen in een 100 liter tank. De binnenkant van het aquarium is dus al ruim voldoende om de micro-organismen te huisvesten die de TAN zullen omzetten.

Waterbeweging zal ongetwijfeld helpen. De micro-organismen hebben namelijk veel zuurstof nodig om de TAN om te zetten.

Een filter zonder media, waarmee de doorstroom behouden blijft, is in de meeste gevallen dus het beste.

Ammoniak en planten

De droge stof van planten bestaan voor ongeveer 4% uit stikstof. Planten nemen dus graag stikstof op. Het is niet ongebruikelijk voor beplante aquascape om een tekort aan stikstof te hebben, waardoor bemesting noodzakelijk is.

In een gezond, goed beplant aquarium vormt stikstof nooit een probleem voor vissen en invertebraten. Samen met micro-organismen filteren ze het aquarium water. Die micro-organismen worden ook nog eens door planten voorzien van extra zuurstof.

Blijf scapen,
Ruud

© Nature Scapes