I BATTERI DEL CICLO DELL'AZOTO E LORO IMPORTANZA IN ACQUARIO

I batteri del ciclo dell'azoto sono quei ceppi di batteri che effettuano la degradazione della sostanza organica azotata; trasformando quest'ultima in composti dell'Azoto inorganici.

La sostanza organica in vasca deriva dalla materia di origine animale o vegetale che va incontro a fenomeni di decadimento e decomposizione (deiezioni dei pesci e degli animali presenti, residui di vegetali in decomposizione, eccessi di mangime non consumato, etc,).
Questa materia organica viene attaccata e degradata in composti via via più semplici da una lunga serie di organismi; tra i quali, oltre a funghi, protozoi, nematodi ed altri animali, una parte di rilievo è rappresentata da svariati ceppi batterici.
Questi possono dividersi in:
- Batteri Eterotrofi
- Batteri Autotrofi

Partendo dall'Azoto organico, la loro opera di degradazione e le sostanze risultanti da questa degradazione possono essere rappresentati come da immagine qui sotto. 

E, più in dettaglio:

I BATTERI ETEROTROFI

I batteri eterotrofi costituiscono uno dei primi passi della degradazione della sostanza organica azotata, trasformandola in composti organici intermedi (come le proteine e gli amminoacidi) via via più semplici, fino ad arrivare ad un composto Azotato inorganico: l'Ammonio/Ammoniaca *

* Ha senso parlare di Ammonio/Ammoniaca e non di uno solo dei due composti, perché questi sono in equilibrio reciproco e non esistono, in acqua, individualmente.

I batteri eterotrofi, per i nostri fini, non hanno particolari esigenze, sono ubiquitari (si trovano dappertutto), colonizzano le nostre vasche senza che alcun intervento sia necessario da parte nostra, si riproducono molto velocemente (anche ogni 20 minuti!) e si nutrono grazie alla sostanza organica che inevitabilmente è presente nelle nostre vasche (sedimento, cibo residuo, deiezioni dei pesci, foglie morte, etc.).

Il loro iniziale e necessario insediamento e sviluppo in vasca non ci pone quindi problemi e non necessita di un nostro specifico intervento.
Piuttosto dovremo generalmente occuparci del fatto che non si sviluppino in maniera incontrollata, effettuando le debite e regolari operazioni di pulizia, rimozione dei residui e sporco accumulatosi in vasca (fondo, filtro, etc.) e cambio d'acqua.
Questo per evitare essenzialmente:
- Una eccessiva produzione di sottoprodotti azotati organici (come amminoacidi), che possono portare allo sviluppo di alghe molto nocive (come le alghe nere a pennello del genere Audouinella)
- Lo sviluppo di batteri e microorganismi patogeni (batteri, ma anche miceti e protozoi)
- Un loro eccessivo consumo dell'ossigeno disciolto in acqua
- Una produzione troppo elevata di Ammonio/Ammoniaca (composto dannoso in vasca oltre piccolissime concentrazioni).

I BATTERI AUTOTROFI

I batteri autotrofi invece costituiscono la seconda fase della degradazione dei composti Azotati, operando solo sui composti Azotati inorganici e differenziandosi in due macro-gruppi:
- Nitrosanti (convertono ammonio/ammoniaca in Nitriti)
- Nitrificanti (convertono Nitriti in Nitrati).

I Nitrosanti effettuano le reazione: NH3 + 1.5 O2 => HNO2 + H2O E= -234 KJ/mole (guadagno energetico)

Ovvero trasformano l'Ammonio/Ammoniaca in Nitriti ricavandone energia

I Nitrificanti, effettuano la reazione: NO2- + 0.5 O2 => NO3- E = - 54 KJ/mole (guadagno energetico)

Ovvero trasformano i Nitriti in Nitrati ricavandone energia

Per semplicità comunque, da questo momento, ci riferiremo ad entrambe queste famiglie batteriche con il termine di: "batteri nitrificanti".

Da evidenziare che la degradazione/trasformazione delle suddette sostanze azotate inorganiche serve per ottenere l'energia necessaria per fissare il Carbonio (CO₂) e per la sintesi degli altri composti organici necessari alla vita ed alla proliferazione dei batteri.

I batteri autotrofi del ciclo dell'Azoto giocano quindi un ruolo fondamentale nell'ecosistema dell'acquario, in quanto:
- detossificano i composti tossici Ammonio/Ammoniaca e Nitriti trasformandoli in un composto molto meno tossico (Nitrato).
- stabilizzano dal punto di vista microbiologico la vasca, riducendo enormemente lo sviluppo di altri ceppi batterici nocivi/patogeni e le probabilità di sviluppo algale incontrollato

E' quindi estremamente importante per il corretto mantenimento dello stato di salute dell'acquario, cercare di mantenere al meglio la sua popolazione di batteri nitrificanti, conoscendone bene le caratteristiche e bisogni vitali e fornendo quindi loro quanto necessario.
Questo è ancora più necessario in considerazione del fatto che i batteri Nitrosanti/Nitrificanti non sono ubiquitari nell'ambiente, si riproducono molto più lentamente dei batteri eterotrofi (circa ogni 12 ore) ed hanno delle necessità specifiche, che fanno sì che, a differenza dei batteri eterotrofi, il loro insediamento e la loro proliferazione in vasca siano costantemente a rischio.

Vediamo quindi quali sono le caratteristiche e le necessità di questi batteri e di cosa dobbiamo preoccuparci ed occuparci, da parte nostra, per permettere a questi batteri di effettuare il loro importantissimo lavoro nelle nostre vasche.

Caratteristiche:

Sono batteri di forma ovoidale compresa tra circa 0,6 e circa 2-3 micron.
Una delle loro caratteristiche peculiari è il fatto di vivere all'interno di un
cosiddetto “Biofilm”.
Ovvero, a differenza dei batteri eterotrofi, sono batteri sessili, che vivono dentro una matrice mucosa (il biofilm), di spessore generalmente compreso tra 200 e 500 µm.

Questo biofilm, prodotto dai batteri stessi, serve a mantenere le colonie batteriche immobilizzate contro una superficie presente in una zona in cui sussistono le condizioni ambientali adatte (vedremo a breve quali) alla loro proliferazione.

Il biofilm deve essere spesso abbastanza da proteggerli, ma sottile abbastanza da permettere l'ingresso di Ossigeno, Bicarbonati e nutrimento e la fuoriuscita delle sostanze di rifiuto (prevalentemente ioni H+ e Nitrato).
Analogamente, il biofilm deve risiedere in una zona costantemente sottoposta ad un buon ricircolo d’acqua, che apporti ossigeno e nutrienti e dilavi le sostanze di rifiuto prodotte.

I batteri Nitrosanti/Nitrificanti hanno ben precise necessità vitali, che sarà bene cercare di assecondare nelle nostre vasche.
In particolare, riguardanti:

pH
il pH ideale è intorno a 7,6-7,8, e, per pH decrescenti, la loro attività metabolica decresce linearmente fino a fermarsi sotto pH circa 6.0.
Poichè comunque, nelle nostre vasche il pH va impostato in funzione di altre considerazioni e necessità, possiamo dire a riguardo che dobbiamo semplicemente preoccuparci del fatto di non abbassare il pH eccessivamente ed inutilmente.
Ovvero laddove non si abbia assoluta necessità per esigenze particolari.

Temperatura
La temperatura ideale è intorno ai 35 °C.
Ma anche per la temperatura vale quanto detto per il pH; dovendo fissarla in funzione delle specie animali e vegetali allevate/coltivate.

Ossigeno
I batteri Nitrosanti/Nitrificanti necessitano di grandissime quantità di Ossigeno disciolto.
Per ogni grammo di ammoniaca ossidata, vengono consumati 4,6 grammi di ossigeno.
Ossigeno che deve venire apportato tramite un ottimo ricircolo d’acqua sulla superficie del biofilm batterico.

Alcalinità
I batteri Nitrosanti/Nitrificanti producono come ultimo metabolita acido Nitroso/Nitrico, che abbassa il pH nel biofilm batterico.
Per evitare questo e le sue conseguenze (verdi sopra, nel paragrafo relativo al pH ottimale), l'acido prodotto deve essere prontamente portato via dal biofilm batterico (tramite flusso d'acqua costante) e/o deve essere compensato da una buona quantità di bicarbonati (sempre apportati da un flusso d'acqua costante).

Carbonio inorganico-CO₂
Come tutti gli esseri viventi, anche i batteri Nitrosanti/Nitrificanti hanno bisogno di Carbonio; ma, a differenza dei batteri eterotrofi, necessitano di Carbonio inorganico.
Questi batteri ricavano quindi il Carbonio che serve loro a crescere e riprodursi dalla CO₂ disciolta in acqua.

Addirittura circa l’80% della energia ricavata dalla nitrosazione/nitrificazione e’ utilizzata per fissare la CO₂ disciolta e ricavare il Carbonio necessario.
Anche questa CO₂ deve essere apportata tramite un costante flusso d'acqua attraverso le colonie batteriche.

Ferro e microelementi
Necessari e da fornire in piccole quantità

Fosforo
Necessario e da fornire in piccole quantità

SUBSTRATO (MATERIALE FILTRANTE) IDEALE

Detto questo, e ricordando che i batteri nitrificanti sono batteri sessili che vivono all'interno di un biofilm da loro prodotto, dobbiamo quindi comprendere appieno quali sia il miglior ambiente/substrato idoneo all'attacco del loro biofilm ed alla crescita e mantenimento delle colonie batteriche.
Questo deve garantire alcuni parametri fondamentali; e precisamente:

Superficie globale
Deve, ovviamente, essere la più ampia possibile (maggiore superficie a disposizione = maggiore possibilità di sviluppo del biofilm).

Esposizione al flusso d'acqua
La superficie a disposizione dei batteri deve essere anche COSTANTEMENTE, uniformemente e correttamente bagnata, ovvero uniformemente sottoposta ad un flusso costante di acqua, in grado di apportare Ossigeno e sostanze nutritive e di dilavare le sostanze di rifiuto generate.
Il corretto flusso d’acqua, inoltre, esfolia costantemente la colonia, permettendo il suo mantenimento ottimale.

Non ostruibilità
La superficie a disposizione dei batteri deve essere tale da permettere che la superficie del biofilm batterico, che funge da superficie di scambio, possa essere SEMPRE mantenuta libera da pulviscolo/detriti, etc. Evitando così lo sviluppo di batteri eterotrofi che danneggerebbero l'operato e la stessa vita dei batteri autotrofi contenuti nel biofilm.
Questo sia consumando direttamente l'Ossigeno disciolto necessario ai batteri autotrofi, sia ostruendo la superficie del biofilm ed impedendone gli scambi di Ossigeno, nutrimento e bicarbonati in ingresso, nonchè di sostanze di rifiuto in uscita.

Vanno evitati quindi materiali filtranti con presenza di zone in cui il flusso ristagna, con conseguente possibile accumulo di particolato/detrito superficiale.

Queste considerazioni relative alla superficie di alloggio, hanno fatto sì che, ormai da molti anni, si siano sviluppati tutta una serie di substrati artificiali per permettere l'insediamento massiccio ed ottimale delle colonie di batteri nitrificanti.

Questi substrati artificiali sono anche molto conosciuti in acquariofilia ed ancora più in acquacoltura e negli impianti di trattamento delle acque reflue, che necessitano di grande efficienza di filtrazione batterica

Il substrato/materiale filtrante deve essere costituito da fori passanti, in cui l’acqua possa scorrere libera sulla superficie.
Non devono quindi essere presenti cavità cieche, che rendano difficoltoso il flusso/ricircolo d’acqua all’interno.

I fori inoltre devono essere sufficientemente larghi da permettere la crescita del biofilm su tutte le sue pareti interne fino al suo spessore ottimale (200 – 500 micron => 0,2 – 0,5 mm) senza che questo danneggi o impedisca il flusso d’acqua attraverso il materiale filtrante.

In base a queste considerazioni è evidente che il miglior substrato (materiale filtrante) per la filtrazione biologica aerobica dell’acqua è ovviamente costituito da un materiale con porosità controllata e costante, con pori passanti dal diametro di pochi millimetri.

Inevitabilmente questo dovrà essere un materiale sintetico appositamente progettato e prodotto, essendo i materiali naturali porosi (come le pomici) poco adatti alla filtrazione prettamente aerobica, per via della loro conformazione (pori spesso non passanti, di diametro troppo piccolo e disomogeneo, etc.).

In alxyon quindi, oltre a materiali a base di pomice (come Pro-Filter BR1), utilizzabili per un filtraggio misto aerobico-anaerobico, abbiamo pensato e realizzato Pro-Filter BF1:   un prodotto specificatamente ottimizzato per la filtrazione prettamente aerobica dell’acqua.

Pro-Filter BF1 è costituito di una schiuma di un materiale plastico atossico e perfettamente resistente all’acqua, con pori totalmente aperti e passanti di diametro controllato ed uniforme di circa 2 mm.
Pro-Filter BF1 è tagliato in forma di cubetti di 15 mm per garantire la migliore occupazione del volume dei filtri nei normali acquari domestici e quindi la più elevata superficie disponibile alle colonie batteriche.
E’ inoltre di colore nero opaco, per non trasmettere la luce, deleteria per le colonie batteriche nitrificanti.

Questo permette a Pro-Filter BF1 di fornire una amplissima superficie (di oltre 1400 mq/mc) totalmente sfruttabile dalle colonie batteriche nitrificanti in quanto totalmente esposta al flusso d'acqua, offrendo quindi l'ambiente ideale per l'attecchimento di colonie batteriche nitrificanti prettamente aerobiche.

Le suddette caratteristiche strutturali garantiscono la totale esposizione della superficie di BF1 al flusso d'acqua e la omogenea distribuzione di questo all'interno della struttura di BF1; riuscendo a garantire l'ottimale apporto di ossigeno, nutrienti e bicarbonati e l'asportazione dell'acido e delle sostanze di rifiuto prodotte dai batteri.

Non si intasa quindi (se normalmente/correttamente mantenuto) con la crescita delle colonie batteriche e permette il flusso ottimale per il corretto mantenimento e rigenerazione del biofilm, che viene costantemente esfoliato in superficie e, quindi, correttamente ricambiato/rigenerato.

Tutto questo fa di alxyon Pro-Filter BF1 il mezzo filtrante aerobico più efficiente attualmente disponibile.