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Alt 20.12.2002, 21:38   #1
OCTANITROCUBAN
 
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Standard aerobe Denitrifikation ?

Hallo Forum,

Es geht mir um den Prozess der Denitrifikation; im Hinterkopf
habe ich dabei natürlich das Aquarium, allerdings fällt mir mangels Sachkenntnis
das Übertragen der limnologisch orientierten Literatur auf das Aquarium
rel. schwer. Der Artikel stammt aus dem "Journal of Applied Microbiology".

Konkret :

Es geht um ein Bakterium - Pseudomonas stutzeri - das offensichtlich
zur aeroben Denitrifikation (?) befähigt ist.

grob geschildert folgendes Experiment / Ergebnisse :

Nährmedium : (u.a. natürlich) 10 mmol/L NO3 (620 mg/L ), temperiert auf 30°C.
Das Bakterium veratmet während der exponentiellen Wachstumsphase das vorhandene Nitrat.
Nitrit, Sauerstoff und CO2, sowie Lachgas (N2O) wurden währenddessen aufgezeichnet, es ergab sich ein Anstieg des NO2 auf 7 mmol/L nach
9h, nach 13h war keins mehr nachweisbar. N2, N2O und CO2 gingen im selben Zeitraum ebenfalls nach oben,
während NO nie nachweisbar war. Mit dem Abfall des "Nitritpeaks" nach etwa 9h, stieg die N2 - Produktion
noch weiter bis auf 7 mmol/L nach 11h an.
Interessant an dieser Tatsache finde ich, daß O2 während dieser Zeit
im Bereich 25 - 50 µmol/L ( = max. 1.6 mg/L) konstant blieb.
Also gleichzeitige Nutzung von NO3 und O2 als Elektronenakzeptor. Nennen wir sowas simultane Nitratatmung ?
Desweiteren wurde die Wachstumsrate anhand eines sog. "OD550" - Wertes gemessen,
damit kann ich allerdings gar nichts anfangen - eine Art Trübungsmessung vielleicht. Fürs weitere (Un)verständnis aber auch nicht wirklich relevant.
Das Optimum (max. "N2 - Ausbeute") scheint bei ca. 15 mmol / L NO3 zu liegen; wird die Konzentration an
NO3 erhöht, geht die Stickstoffausbeute runter, während die N2O - Ausbeute relativ konstant bleibt, sogar bei Erhöhung des Nährstoffangebots auf 100 mmol / L NO3.
Allerdings bedeutet ein Überschreiten der 15 mmol / L keineswegs eine Reduktion des Wachstums;
dieses wird erst ab 30 mmol / L NO3 weniger. Erklärbar durch Wachstumshemmung aufgrund der stark erhöhten Nitritproduktion.
pH - abhängig ist die Sache auch noch, mit einem Optimum bei 7.

Jetzt die Frage :
wie anaeorb ist anaerob ?
sagen wir, nach Krause findet man bei 30°C in "belüfteten Wässern"
bis zu 7.5 mg/L "Gleichgewichts - O2".
Wenn ich jetzt davon ausgehe, daß diese massive Denitrifikation bei 1.6 mg/L stattfinden
kann, frage ich mich, ob die in der aquaristischen Welt vertretene Meinung "Denitrifikation erfordert
anoxische Zonen" überhaupt haltbar ist ? Finden sich in unseren Aquarien evtl. auch solche zur aeroben
Denitrifikation befähigten Bakterien ?
Gut, die Werte, die als "Optimum" bezeichnet wurden sind im aquaristischen Bereich ja eher irrelevant (620 mg/L),
aber zumindest die Möglichkeit existiert doch. Es muß ja nicht unbedingt Pseudomonas stutzeri sein...
ich weiß bald gar nicht mehr, wie ich das alles im Kopf zusammenbekommen soll..

Weiterhin sind auch schon Bakterienstämme aus Klärschlamm japanischer Kläranlagen (Schweinemast) isoliert worden,
die bei 92%iger Sauerstoffatmosphäre denitrifizieren . Als ich das gelesen habe, ist es mir etwas anders geworden.......
Ich weiß es mal wieder nicht, vielleicht ist das ein alter Hut, aber wo stehen wir in der Aquaristik eigentlich momentan ?

Ich habe das heute gelesen und mußte das jetzt hier loswerden...wo auch sonst.....
Fällt dazu irgendjemandem irgendwas ein ?

ganz schön verwirrten

Gruß
Mark
OCTANITROCUBAN ist offline  
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Alt 20.12.2002, 22:01   #2
Roland Bauer
 
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Hi, Marc!

Es gibt auf alle Fälle die Beobachtung von Becken, die
  • unbepflanzt sind (keine pflanzlichen Nitratverbraucher)
    Sandboden haben (keinen nennenswerten Austausch mit anoxischen Zonen im BG)
    deren Filter eine sehr starke Durchströmung haben (viel sauerstoffreiches Wasser im Filter, keine nennenswerten anoxischen Bereiche),

und trotzdem keine nennenswerten Nitratanreicherungen vorzuweisen haben. Eine Nitratveratmung unter aeroben Bedingungen scheint die einzig plausible Erklärung zu sein.

gruss, roland
Roland Bauer ist offline  
Alt 20.12.2002, 23:31   #3
OCTANITROCUBAN
 
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Hallo Roland,

Zitat:
Zitat von Roland Bauer
Es gibt auf alle Fälle die Beobachtung von Becken, die
  • unbepflanzt sind (keine pflanzlichen Nitratverbraucher)
    Sandboden haben (keinen nennenswerten Austausch mit anoxischen Zonen im BG)
    deren Filter eine sehr starke Durchströmung haben (viel sauerstoffreiches Wasser im Filter, keine nennenswerten anoxischen Bereiche),

und trotzdem keine nennenswerten Nitratanreicherungen vorzuweisen haben. Eine Nitratveratmung unter aeroben Bedingungen scheint die einzig plausible Erklärung zu sein.
Kennst Du dazu konkrete Beispiele ? Gibt es Meßwerte ?
Wie sehen diese Becken aus (Werte / Besatz / Technik) ?
Ab wann ist dieses Phänomen zu beobachten (Laufzeit ?)
Wie stark ist dieser Effekt ausgeprägt (keine nennenswerten Nitratanreicherungen, Stagnation des NO3 oder echte Zehrung ?)
Wieso findet das nicht in jedem Becken statt ?
Oder tut es das und merken wir es nur nicht ?
Irgendeine Idee, wie man sowas forcieren kann ?

Mir fallen noch zig andere Fragen ein, aber ich glaube,
das ist noch alles zu sehr graue Theorie...

Gruß
Mark
OCTANITROCUBAN ist offline  
Alt 20.12.2002, 23:42   #4
Roland Bauer
 
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Hi, Mark!

meiner Erinnerung nach muss dass das Ostafrikaner-Becken im Vereinsheim von Ralf R. sein.

Irgendwie ist Tobias da auch längerfristig dran mit der These, dass da auf der Wurzelholzoberfläche stattfindet.

Abwarten bis sich von den beiden einer hier zur Wort meldet....

gruss, roland
Roland Bauer ist offline  
Alt 21.12.2002, 08:00   #5
Ralf Rombach
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Hi, Mark, hi Roland,

> meiner Erinnerung nach muss dass das Ostafrikaner-Becken im
> Vereinsheim von Ralf R. sein.

Nicht Ostafrika, sondern Mittelamerika und nördliches Süamerikabecken.

Kiesboden, Massen von Holz, etwa 1400 l Wasser, 1 Aponogeton crispus, ein paar Anubias. Filterung in separatem Filterbecken über Watte. 2 Vieja synspila, 1 Astronotus ocellatus, 2 Acarichthys heckeli, 1 Glyptoperichthys gibbiceps, 1 unidentifizierter Hypostominae, 1 Hypostomus spec. 2 Panaque maccus, ein paar Corydoras schartzi, 1 Weißstirnmesserfisch, 1 Hechtsalmler.

Nitrat konstant bei 10-12,5 mg/l unabhänigi von Fütterung und Wasserwechsel. Leitung mit 10 mg/l.

Wir gehen von Nitratatmung am Holz aus.
 
Alt 22.12.2002, 09:33   #6
OCTANITROCUBAN
 
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Hallo Ralf,

Zitat:
Zitat von Ralf Rombach
Wir gehen von Nitratatmung am Holz aus.
wieso am Holz ?
das Filterbecken kommt nicht in Frage ?
der Kiesboden ?

... ob das ganze da aerob oder anaerob abläuft ist
wohl nicht zu klären, oder sind anaerobe Zonen
auszuschließen ?
Eine Klärung des Sachverhalts scheint wohl nicht möglich,
oder siehst Du das anders ?

Gruß
und schöne Feiertage
Mark
OCTANITROCUBAN ist offline  
Alt 22.12.2002, 09:49   #7
Ralf Rombach
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Marc,

ein gutes Mikrobiologiebuch wäre empfehlenswert als Weihnachtsgeschenk.

Der kleine Schlegel: Mikrobiologie aus dem Thieme Verlag ist empfehlenswert.

Derzeit wohl die Bibel ist die deutsche Übersetzung des Madigan, Martinko, Parker: Mikrobiologie - Verlag Spektrum der Wissenschaften, kostet aber um die 80 Euro. Ist sein Geld aber wert.


> wieso am Holz ?

Weil die Jungs eine C-Quelle brauchen.


> das Filterbecken kommt nicht in Frage ?

Doch, theoretisch auch, das müsste man an dem Becken noch ganz konkret nachmessen. Rein von den entstehenden Oberflächen her ist es aber unwahrscheinlich, da ist der Holzstandort und der vollkommen vermulmte Überlaufschacht die geeignetere Standort.


> der Kiesboden ?

Wird von den Fischen zu stark umgearbeitet.


> ... ob das ganze da aerob oder anaerob abläuft ist
> wohl nicht zu klären, oder sind anaerobe Zonen
> auszuschließen ?

Um es kurz zu machen, eine aerobe Denitrifikaktion als solche, bezogen auf den biochemischen Prozess gibt es nicht. Die Standorte für die Nitratatmung müssen aber mitnichten Sauerstofffrei sein, sondern es reicht ein dauerhaftes, evtl. auch kleinmosaikartiges Sauerstoffdefizit. Biofilme ist da das Stichwort. Ihre Zusammensetzung und Wirkungsweise ist nur ansatzweise verstanden.

Nimm Dir mal hier die längeren Threads in diesem Subforum vor über die Feiertage, das haben wir schon mal ausführlich diskutiert, und was hier drin steht, ist in etwa auch Stand des Wissens in der Aquaristik, evtl. auch weiter, ohne auf Primärliteratur zurückgreifen zu müssen.


> Eine Klärung des Sachverhalts scheint wohl nicht möglich,
> oder siehst Du das anders ?

Nur mit entsprechendem Labor- und Zeitaufwand.

Schöne Feiertage
 
Alt 22.12.2002, 11:03   #8
Ralf Rombach
Gast
 
Beiträge: n/a
Standard

Hallo Olaf,

> einer Denitrifikation kommt man tendenziell auch in einem
> Aquarienkeller auf die Schliche, allerdings nicht ohne
> Photometrie.

An den technischen Voraussetzungen arbeite ich noch. Ich denke, im Laufe 2003 wird ein Photometer einziehen bei uns.


> Das eigentliche Problem ist die Definition und Vorbereitung des
> Versuchsbeckens. Wenn das nicht richtig läuft, misst man alle
> möglichen Einflüsse und kann diese anschließend nicht
> differenzieren.

Korrekt und zugestimmt.


> Ich bin aber der Meinung, dass man hinsichtlich der
> Filterkenntnisse an einer Stelle angekommen ist, wo man mit
> allgemeinen Beobachtungen an normalen Aquarien nichts mehr
> wird. Was man beobachtet ist zwar real, hingegen ist die
> Wahrscheinlichkeit, dass die darausfolgende Erklärung richtig ist,
> wiederum sehr gering.

Das ist auch absolut richtig, und genau aus dem Grund schlafen derzeit die Filterdiskussionen etwas ein. Wir sind gemeinsam an einem Punkt angelangt, wo es ohne saubere Versuchsaufbauten kaum noch weiter geht.


> Diese Nitratkonzentration muss sich anschließend ja ändern. Es
> sollte keine Pflanze im Aquarium sein, die kann und wird auch
> Nitrat aufnehmen und das Ergebnis verfälschen.

Etwas gesnippt.

Auch zugestimmt. Letztlich geht es im nächsten Schritt um Stoffbilanzen, die wir erst mal unter möglichst genau definierten Bedingungen uns anschauen.
 
Alt 23.12.2002, 15:15   #9
Gerd Kassebeer
 
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Standard Re: aerobe Denitrifikation ?

Hallo Forum!

Zunächst OD550: Ich tippe auf eine Trübungsmessung (Optical density) bei 550 nm. Damit kann man Zelldichten messen.

>>>>>Jetzt die Frage : wie anaeorb ist anaerob ?

Wenn ich jetzt davon ausgehe, daß diese massive Denitrifikation bei 1.6 mg/L stattfinden
kann, frage ich mich, ob die in der aquaristischen Welt vertretene Meinung "Denitrifikation erfordert
anoxische Zonen" überhaupt haltbar ist ? Finden sich in unseren Aquarien evtl. auch solche zur aeroben
Denitrifikation befähigten Bakterien ?
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die bei 92%iger Sauerstoffatmosphäre denitrifizieren . Als ich das gelesen habe, ist es mir etwas anders geworden.......
Ich weiß es mal wieder nicht, vielleicht ist das ein alter Hut, aber wo stehen wir in der Aquaristik eigentlich momentan ?

Ich habe das heute gelesen und mußte das jetzt hier loswerden...wo auch sonst.....
Fällt dazu irgendjemandem irgendwas ein ?<<<<<<<

Ja! Ich beschäftige mich seit langem mit Nitratatmung. Ich glaube, daß der Streit aerob - anoxisch - anaerob müßig ist, daß im Innern von Flocken und Biofilmen wesentlich weniger O2 vorhanden ist als im freien Wasser, aber wahrscheinlich mehr als Null.
Der potentielle Energiegewinn der Nitratatmung ist nur ungefähr 10% geringer als der der O2-Atmung.
Einige relevante Literaturzitate habe ich im Mulm-Thread in Olafs Forum angeführt, vor allem Rheinheimer: Mikrobiologie der Gewässer.
In meinen Altwasserbecken finden sich trotz hoher Belastung nur 10 - 30 mg NO3/l. Das ist nur mit simultaner Nitratatmung zu erklären. O2 liegt in meinen Becken bei 4 - 6 mg/l. Gut, ich habe einen sehr starken Pflanzenwuchs. Der erklärt aber nicht das asymptotische Einlaufen in eine reproduzierbare Endkonzentration nach einem Wasserwechsel.
Ich kenne auch ein Cichlidenbecken ohne Pflanzen und mit Schnellfilter, was konstant 40 mg NO3/l hat.
Die simultane Nitratatmung gibt es in der Aquaristik schon von Anfang an. Nur die verbesserten Meßmöglichkeiten haben uns darauf gebracht, sie wahrzunehmen!
Auf die Notwendigkeit einer C-Quelle wies Olaf hin. Ich vermute, daß die Umschaltung der Enzyme für O2- bzw, NO3-Atmung bei einem bestimmten O2/NO3-Verhältnis erfolgt.

Die wesentliche Bedeutung der simultanen Nitratatmung besteht m. E. darin, daß dadurch der Säuresturz verhindert wird, denn nebenbei entsteht Hydrogenkarbonat!

Gruß Gerd
Gerd Kassebeer ist offline  
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