Vliv korálových polypů na populaci obrněnky Amyloodinium ocellatum
v prostředí mořského akvária.

Jedním z důvodů obtížného chovu korálových ryb je velmi častý výskyt ektoparazitózy, běžně známé pod názvem amyloodiniaza (čti amyloodynyáza). Původcem je obrněnka druhu Amyloodinium ocellatum patřící do říše Chromalveolata, infraříše Alveolata (Wikipedia). Jsou to mixotrofní (různým způsobem se živící) organizmy. Uvedený druh je parazitický převážně na rybách. Dospělec – trophont (výsl. trofont) je lokalizován na kůži a někdy i na žábrech ryb, kde destruuje tkáň a živí se tělními (buněčnými) tekutinami. Asi po 48 hodinách trophont odpadá s těla ryby. Na dně akvária se mění ve stadium zvané tomont (tomont), který encystuje (zapouzdří se), uvnitř se dělí a vzniká shluk až 250 nových jedinců (Colorni a Burgess,1997) , které tomont posléze uvolňuje do vodního prostředí akvária – vzniká velké množství jednotlivých rejdivých jedinců zvaných dinospora (výsl. dynospóra). Toto stádium je pohyblivé a je součástí obecného nanoplanktonu pelagiálu (hustou síťkou nezachytitelné, ve volném vodním prostoru). Dinospory vyhledávají svého hostitele – rybu. Přisedají na její tělní povrch a zavrtávají se do tělního sekretu, mezi šupiny a nebo přisedají na žaberní povrch, který je ideálním stanovištěm, vzhledem přístupu k tělním tekutinám. Zde se postupně mění opět v trophonty – ovšem, nyní již ve velkém počtu. Trophont se zvětšuje a s ním i rozsah destrukce na povrchu těla. Je viditelný pouhým okem (drobné bílé body 80 až 100 mikrometrů (Schwarz & Smith) do maximální velikosti 350 mikrometrů (Noga & Levy, 1995)  a vzhledem k rychlosti opakujícího se vývojového cyklu, vzrůstá i počet, pro rybu nebezpečného ektoparazita (invazní charakter). Napadená ryba je silně stresovaná, odmítá potravu, straní se od méně napadených ryb, otírá se o předměty ve vodě, těžce a zrychleně dýchá, povrch těla je s prašným nebo matně sametovým leskem, podle něhož tato nemoc dostala svůj patologický název (amyloodiniaza). Podle autorů(Noga & Levy, 1995 a Stoskopf, 1993), vyšetření ukázala preferenci napadení žaberního epitelu  ryb (Noga & Levy, 1995 a Stoskopf, 1993).Tělní povrch je viditelně v rozpadu. Rychle nastupuje sepse (otrava organizmu toxickými látkami uvolňujících se při rozkladu odumřelé tkáně). Finálním projevem je střelovitý pohyb do prostoru nádrže – šok, při kterém zůstanou křečovitě napnuté ploutve a naplno otevřená skřelová víčka bez dalšího pohybu – smrt ryby. U odolnějších rybích jedinců byly zjištěny tzv. spící útvary stadia tomontu v jícnu, žaludku a střevu relativně vyléčených ryb (Noga & Levy, 1995), aby po nějaké době v akváriu opět propukla invazní parazitóza.

Je téměř nemožné počítat s tím, že při importu korálových ryb, nedojde k zavlečení parazitických obrněnek, jsou totiž běžným mikroorganizmem tropických a subtropických moří a tak je vysoce pravděpodobné, že při každém importu ryb z dané oblasti, ať přímo z moře nebo i z odchytových stanic (zde je situace, vlivem koncentrace chycených ryb po delší, dobu vůbec nejhorší), získáme tuto „metlu mořské akvaristiky“ do našeho akvária.

Prevence proti výskytu – karanténa s použitím chemoterapeutik typu Oodinopur, octanu měďnatého apod. doporučovaných, převážně měďnatých léčebných prostředků na trhu, dále prostředky jako chlorochin difosfát, formalín, peroxyd vodíku, ozon a UV sterilizace, nepřináší uspokojivý výsledek. Projeví se synergický účinek tlaku několika stresorů na rybí organizmus jako: následek transportu (dlouhý pobyt v malém vodním prostoru), přechod do nového, neznámého prostředí, náhlý přechod do syntetické akvarijní, (uměle vyrobené) mořské vody s některými výše uvedenými chemickými, v podstatě toxickými látkami apod. V součtu je tento proces adaptace a léčby natolik zatěžující, že další stresový stimul (náhlý a prudký pohyb u akvária, náhlá změna světla a tmy aj.) má s uvedenými faktory, zmíněný nežádoucí účinek, který nastartuje,  šokové chování ryby.

Podobný výsledek nastane při dalším léčebném experimentu, tentokrát bez měďnaté chemie, jen s využitím změny osmotického tlaku. Princip je relativně jednoduchý. Ryba se umístí na určenou dobu (zde je problém s individuální odolností ryby) do sladkovodní, vytemperované lázně. Počítá se s efektem prudké změny nastavených fyziologických procesů jednobuněčných obrněnek v systému regulace hustoty tělních tekutin. Vzhledem k nízké hustotě okolní vody v prostředí této metody je očekávaný výsledek – diverze okolní vody do o něco hustší tekutiny v buňce. Při relativně odzkoušené expoziční době dojde při náhlém výkyvu hustoty tělní tekutiny v parazitické buňce k letálnímu stavu obrněnek. Dále je namáhaná polopropustná membrána buňky s její výslednou rupturou. Mnohobuněčný organizmus ryby je odolnější k podobným destrukcím. Zdánlivě jednoduché řešení je však velmi zranitelné nesprávným odhadem doby pobytu v této lázni. Velmi těžko ji určíme a opět se projeví efekt intenzivního stresu o jehož výsledku jsem se v předešlém textu již zmínil. Další potíže s destrukcí plazmatické buněčné membrány jsou způsobeny zpevňujícím komplexem celulózních destiček, vyskytujícím se pod membránou, čímž je celá buňka více krytá a tudíž odolnější k mechanickému poškození Proto je tento taxon nazván obrněnky. Při vědomí hrozby ataku, v zažívacím traktu „spících“ tomontů, po čase uvolňujících nové dinospory, je tato metoda časovanou bombou. Persistence (přetrvávání) obrněnek v tomto stadiu může být i několik let a v akváriu, kde se latentně vyskytují, jsou trvalou hrozbou pro případnou novou skupinu ryb.

Tolik zdůrazňovaná karanténa rybích importů je v tomto případě téměř zbytečnou záležitostí. Recidiva amyloodiniazy je více než pravděpodobná a doporučované terapie jsou, dle mých zkušeností, naprosto neúčinné. Parazitické obrněnky jsou ve srovnání s parazitózou, podobného průběhu, ale jiné druhové etiologie (Cryptocaryon irritans), nesrovnatelně zhoubnější.
Při potápění na korálových útesech jsem se zaměřil na pozorování a vyhledávání přisedlých stádií (trophont) na tělech plavajících i odchycených ryb. Nebyl jsem úspěšný. Jakoby vůbec neexistovaly.  V nekonečných vodních prostorách oceánů jsou tito parazité solitérní. Invazní se stanou až v omezených kubaturách našich akvárií. V mořích mají svého konzumenta, jsou součástí oceánického potravinového řetězce. Přemýšlel jsem, kdo by tím podstatným regulátorem populace obrněnek mohl být. Logicky mě napadlo, že vedle samotných ryb, jejich larválních stadií, nebo třeba tzv. čističů ať už rybích nebo i jiných (př.r. Labroides, r. Lysmata), kteří odstraňují povrchové parazity přímo z těl a žaber ryb), tak  vzhledem ke své velikosti a četnosti dinospor, tím hlavním konzumentem obrněnek musí být nějaký filtrátor. V mořích jich je bohaté druhové spektrum – houby, žahavci, mlži, sumýši… No, a protože korálové ryby se zdržují na korálových útesech, tak miliony korálových polypů jsou právě ty organizmy, které při své heterotrofní aktivitě (žíví se lovem – zde filtrací jakéhokoli planktonu) udržují populaci hlavně rejdivých stádií této parazitózy na relativně neškodné úrovni solitérních parazitů. Přirozeně se množství obrněnek mění i s celkovým množstvím rybího společenství v prostředí daného korálového útesu. Více ryb, znamená více obrněnek. Více obrněnek, zajistí početnější populaci nejen čističů ryb, ale hlavně úspěšnost produkce organické hmoty vlastního korálového útesu – počet polypů se zvětší.

V ex situ (mimo místo výskytu – zde akvárium) se dlouho příliš nedbalo na to, aby se simulovalo korálový ekosystém v širším druhovém zastoupení. Většinou se korálové ryby prezentovaly v nepřírodně stylizované podobě akvária dle možností a znalostí nadšenců pro mořskou akvaristiku – ekologické myšlení převážně chybělo…
V osmdesátých letech minulého století jsem podnikal výpravy do oceánických oblastí resp. moří. Jednalo se hlavně o karibskou oblast , prostředí Rudého moře a Malediv. Tam došlo k mému přesvědčení  o nutnosti tvoření korálových expozic výhradně na bázi zvládnutého chovu jak osmičetných, tak šestičetných (Octocorallia, Hexacorallia) zástupců korálnatců. V té době to byl problém s experimentováním v málo známé oblasti akvaristiky s cenným živým materiálem, který nebyl v naší zemi běžný. Díky dlouholeté práci na úseku prezentace mořských ryb v zoologické zahradě, jsem se dostal do situace, kdy jsem mohl tento problém, z tehdy dostupných materiálu, nastudovat a postupně i zavádět do praxe. Přesto to trvalo celá léta, poněvadž to bylo hodně závislé na materiálně-technické úrovni mého pracoviště.

V roce 1990 jsem se rozhodl pro následující pokus. Vytvořil jsem dvě stejně velká akvária. Experimenální a kontrolní. První akvárium bylo vytvořeno živými korálnatci různých druhů, avšak s malými polypy. Po adaptační době (polypi byly přirozeně vysunuté ze skeletů a pohybovaly drobnými chapadly), kdy bylo zřejmé, že přijímají vodu a v ní se vyskytující mikročástice alternativní potravy, jsem do tohoto akvária vypustil skupinu korálových ryb (početně s ohledem na velikost akvária). Souběžně s tím jsem do kontrolní nádrže, která byla osazena pouze korálovými skelety bez polypů přidal stejnou druhovou a početní rybí osádku, jako u  předešlé nádrže. Do 12 hodin se v obou akváriích začaly objevovat na rybách, okem viditelné bílé tečky na ploutvích a později i na různých místech těla. Do 24 hodin od expozice ryb obrněnkami, se u akvária bez filtrátorů (bez polypů) objevila invazní situace amyloodiniázy. Ryby jevily velký neklid (trhavé pohyby dopředu, dozadu) a otíraly se o dno a kostry korálnatců. Po dalších 12 hodinách docházelo k postupné šokové reakci na četná poranění a rozsáhlou destrukci kožního epidermisu, převážně na terminálech ploutevních paprsků a jejich kožních lemech. Ryby hynuly, na konec zůstala jedna menší ryba, která byla pak po několik dalších dní opětovně atakována neinvazním průběhem parazitózy a vzhledem ke sníženému potravnímu apetitu (reakce na výskyt) ryby postupně redukovala tělní energetické zdroje až uhynula také. U experimentální nádrže s polypy se početnost viditelných trofontů nezvýšila, pouze setrvávala bez viditelných změn. Stav parazitózy nebyl v tomto akváriu invazní a ryby jen ojediněle dávaly najevo přítomnost parazitů.  V experimentální nádrži se po řadu dalších dní vyskytovala roztroušená nekompaktní formace parazitických trophontů, která měla nepodstatný vliv na pokračující adaptační proces ryb. Při následném postupném přidávání dalších nových ryb do tohoto akvária se poměrně rychle epizootická  situace zhoršovala. Četnost parazitů se posouvala do stavu ohrožující již tak labilní klimax (stav relativního optima) – ryby jevily neklid. Muselo dojít ke snížení počtu ryb v této nádrži.

Uvedený pokus a následný výstup nové metody, zvládnutí obtížné počáteční fáze adaptace nových importů, v závislosti na dodržení přírodních aspektů biomu korálového útesu v podmínkách mořského akvária, byl poté využíván v mých expozicích nejen v naší ZOO, ale následně i na dalších mých zahraničních pracovištích. Tato metoda je dnes, vzhledem k pokročilému materiálně-technickému vybavení v oblasti akvaristiky, snadno realizovatelná a navíc přináší i podstatně zajímavější expoziční kvalitu. Avšak, bez ekologického myšlení je i při sebedokonalejším, pouze technicko- chovatelském „Know-How“, situace prognosticky stále nejistá.

Autor příspěvku: Dr. Mgr. Ivan Pojar

Dodatek k článku o ektoparazitóze mořských ryb.

Je více než pravděpodobné, že potravou korálových polypů nejsou pouze pelagická stadia tzv. dinospory druhu Amyloodinium ocellatum, ale i další mikroplanktonní bezobratlí, pohybující se jako adultní jedinci ve vodě a hledající hostitele – rybu. Také u další mořské ektoparazitózy druhu Cryptocaryon irritans je podobný vývojový cyklus, a také i zde jsou pelagická infekční stadia zvaná (theront), která jsou výsledkem ještě složitějšího vývoje od stadia trophont, přes útvar zvaný protomont, dále tomont, který vytváří množinu tomitů a z nich se následně tvoří obrvení theronti. Ti, pokud nejsou pohlceny korálovým polypem (filtrátor), se mění na přisedlé trofonty – destruenty krycí tkáně hostitelských ryb. Amyloodinium a Cryptocaryon, parazitující na rybách, mají relativně delší čas, než nabydou invazního charakteru (čím menší prostor – menší akvárium, tím více strmý je  vzestup infektu. V moři se invaze nevyskytuje – soliterní výskyt trofontů). U dalších mikroplanktonních parazitických druhů může jejich počet rychle narůstat během několika málo hodin. Významným konzumentem trofontů v mořském prostředí jsou tzv. čističi (krevetky r. Lysmata, garnáti, na kožní parazity, potravně specializované ryby  r. Labroides a mnoho dalších. Dále se v menším množství objevuje méně častý a také méně známý ektoparazitický prvok Brooklynella hostilis, který se ojediněle, volně pohybuje v mořské vodě a může být rovněž pohlcen polypy korálnatců. Zato přisedle na hostiteli, je schopen se množit velmi rychle konjugací, přímo na těle ryby. Odpadá složitý vývoj mimo tělo hostitele, ve vodním prostoru, a tím je velmi nebezpečný, protože se rychle množí v místě napadení. Uronema marinum má přímý životní cyklus, podobně jako BrooklynellaVizuelní identifikace je přes hlubokou kožní destrukci. I tento ektoparazit je filtrován z mořské vody, pokud se v ní právě pohybuje.

Fotografie uváděných parazitóz viz vlevo, jsou převzaty z internetu (autor je neznámý).

Vybrané informace o kvalitě akvarijní vody. 
Metoda a technologie udržení vhodných biochemických
parametrů akvarijní vody.

Jakou vodu pro naše akvarijní ryby?  To je debatní téma, trvající od počátků chovu akvarijních ryb a nutno podotknout, že jen tak v blízké budoucnosti asi nebude uspokojivě definováno. Nelze totiž, kategoricky a univerzálně, tuto problematiku pojmout. Vždy bude chápána ve vztažnosti k určitému specifickému druhu a jeho nárokům na životní podmínky a obráceně s ohledem na charakteristiku daného prostředí a v něm žijící druhy, evolučně na toto prostředí adaptované.

Nejprve bych se pozastavil nad úvahou o kvalitě vody, v prostoru tak složitých vodních systémů, jakými jsou téměř všechny lokality tropických deštných pralesů. Kvalita je odvislá hlavně na množství srážek, rychlosti toku (výměna vody), geologickém podloží, rozsahu humifikace, obsahu funginů, tříslovin a procesu enzymatické fermentace při průniku povrchových vodních průsaků pralesním substrátem aj. Uvedené faktory odehrávající se v přírodě, nemůžeme, ve stejné podobě, vytvořit v našich akváriích ani náhodou. A opačně. Kdybychom se některé sledované parametry, které známe z běžné akvarijní praxe, pokoušely nalézt v přírodní vodě, zcela určitě bychom byli překvapeni, že hodnoty našich testů a měření (pH, konduktivita, dusíkaté látky, fosfáty aj.),  ukazují takové hodnoty, které v komplexu, zde v přírodě, nikdy nemůžeme nalézt, v úrovni těch akvarijních. Nedělejme si iluze. Naše akvária jsou žumpy (tak to nazval kolega Dočekal při jedné rozpravě na dané téma)!!!  Ano, to ostatně potvrzuje i to, že by jsme se asi se zlou potázali, kdybychom se napili vody  z akvária, na rozdíl od konzumace vody potoků protékajících pralesním substrátem. Pokud akvarista uvažuje jinak, tak je to pravděpodobně důsledek absence při výuce chemie ve škole, nebo předstíraná ignorace z titulu hraní si na Pána Boha. Zcela určitě se naše akvarijní rybičky budou cítit lépe v přírodní vodě, než v původně pitné, kterou máme běžně k dispozici, a která se v akváriu rychle mění ve vodu splaškovou (omluvte prosím vodárenskou terminologii), kontaminací rozkládajícími se organickými látkami, které se v akváriu rychle koncentrují v podobě nebezpečných sloučenin, ale velmi neúměrně pomalu se rozkládají na inertní hmotu, která je vůči rybímu organizmu neškodná. To je důvod k tomu, abych nejen z pouhého přesvědčení, získaného z teorie i praxe letitého bádání v oboru ekologie vod, důrazně akcentoval význam této problematiky.

Experimentování v oblasti úpravy akvarijní vody není, až na výjimky, v akvaristické obci nikterak časté. Myslím tím pokusnictví poněkud náročnější, neomezující se pouze na občasnou výměnu vody ve společném akváriu, nebo použití odlišné a jen pro reprodukci nezbytné vody, kterou si namícháme za pomoci různých chemických přípravků, nebo za  použití speciálních technologií. Taktéž vodu kterou získáme v přírodě, v tomto případě ze zkušenosti, rad jiných, intuice anebo na základě výsledků různých testů (většinou pro indikaci nežádoucích látek ve vodě akvária, běžně používaných v akvaristice), nelze považovat za nějak výjimečné bádání. Zkrátka, celá problematika udržení vodních parametrů z hlediska aplikace v akvaristice, je stále na hony vzdálená přírodnímu ideálu. A tak se v akváriích vodní situace řeší výměnou části vody za vodu novou. Tím se vlastně pouze ředí stupeň znečistění v dané chvíli, ale ve výsledku obsah škodlivin stejně narůstá, dle schematu „jeden krok dopředu, dva dozadu“. V týdenních intervalech tak obsah rozpuštěných organických látek velmi kolísá a  ryby se dle toho chovají. Po poloviční výměně vody začnou ryby náruživě přijímat potravu. Během třech dní  se zvedne hladina škodlivin ve vodě a ryby postupně přestávají mít zájem o potravu. Co znamená následující několikadenní výpadek v potravní aktivitě ryb? Vyhasínání potravního reflexu, nebo snaha enormního příjmu potravy (bulimie) – zátěž trávicího traktu, oslabení organizmu z periferních stavů (hlad – nadměrná konzumace), ohrožení imunity, stagnace růstu těla ve srovnání s přírodními velikostními standardy, aj. neblahé, dietetické následky. V souvislosti s metodou výměny vody bych chtěl upozornit na výsledný opak vžitého a výše uvedeného schematu týdenní „údržby„ akvária, než bychom očekávali. Při opravdu velké výměny vody cca 25% objemu akvária, čerstvou (málokdy temperovanou vodou), dochází k nepřirozené teplotní kolizi, což je další závažíčko do celkového součtu stresorů. Skryté nebezpečí je ovšem jinde. Vodovodní voda je ve vodním řadu natlakovaná a pod tlakem je v ní rozpuštěno velké množství vzduchu. Při rychlém napuštění do akvária se tento vzduch uvolňuje a chytá se na jakoukoli hmotu v něm (efekt náhle odzátkované lahve). Protože, voda běžně a kontinuálně proniká do jemných struktur žaberního epitelu, zažívacího traktu apod., stane se, že se vzduch uvolní v podobě bublinek i v těle ryby, přímo v orgánech. Ryba pak, při takové výměně vody, náhle „vystřelí“ a padne mrtvá na dno. Je to embolie v cévním systému (srdce, žábra). Vzpomeňme případ tzv. otravy ryb, avizované majitelem zařízení, v jednom veřejném pražském akváriu – televizní divák si v přímém přenosu mohl všimnout četných vzduchových bublin na skle akvária, které znamenaly jediné – o žádnou otravu se nejednalo, pouze se v akváriu měnilo příliš mnoho vody…Pitva prokázala embolii.

Velkým problémem chovu ryb v akváriích je relativně malý prostor vlastního akvária. Ve srovnání s přírodními podmínkami se jedná o příliš malý objem vody na jednotku rybí hmoty. Nežádoucím výsledným efektem je náhlé a kvantitativně-kvalitativní kolísání bio – chemicko – fyzikálních parametrů vody v akváriu. V přírodě jsou uvedené veličiny také proměnné – nestabilní, avšak jejich limitní hranice a prostor mezi jednou a následnou změnou (jejich periodičností) jsou jiné a jsou přirozeně akceptované rybími druhy, které se jim po velmi dlouhý čas přizpůsobovaly (nepřizpůsobivé vyhynuly) a později je i převzaly za svůj životní standard. V prostředí akvária, není možné v relativně krátkodobém historickém horizontu, očekávat, že my akvaristé, tento adaptační proces – evoluci, zkrátíme, že si ryby v následných generacích odchovaných v ex situ (zajetí), na takovou torturu zvyknou. Jediné, čeho pravděpodobně dosáhneme, vedle ztrát rybích chovanců, je možná genetická mutace přeživších, některých, bůh ví proč, odolnějších jedinců. Otázkou však je, jestli bude výsledek pozitivní, nebo opačně. Z hlediska respektu k přírodním aplikacím, to asi nebude to pravé řešení.
S ohledem na většinu realizovaných akvarijních aktivit v komorním prostředí bytu, je jedinou možností hledat řešení v miniaturizaci systému úpravy akvarijní vody. To je však hodně náročné na technologii a metodu. Otázka zní. Je to vůbec proveditelné a funguje to potom stejně jako v přírodě? Sám bych si to ale, po letech experimentování, nedovolil  kategoricky posuzovat, natož definovat. Tak nějak si uvědomuji, že se lze jen více-méně přiblížit tomu, co je v přírodě běžné. Přesto však, bych vás chtěl seznámit s mým vlastním pokusem o řešení. Avšak, jen jeho dlouhodobá funkce a vyhodnocení jeho vlivu na akvarijní ekologii, dá odpověď. To však až na závěr tohoto sdělení. Zcela určitě bude na pokračování.
Nejprve však konkretizace výčtu sledovaných parametrů akvarijní vody a jejich vlivu na akvarijní ryby. Jedním z nejvýznamnějších kritérií kvality vody je hodnocení rizik výskytu dusíkatých látek a jejich vlivu na život v akváriu. Zde se hlavně jedná o kvantitativní výskyt jejich limitních hodnot. Jinak řečeno, množství dusíkatých produktů v určitém reaktivním statutu ve vodě akvária, je určující. Jsou to totiž nejčastější se vyskytující látky ve vodě, vzhledem k neustálému koloběhu života a smrti organizmů, a s tím souvisejícími biochemickými procesy. Na jejich množství a druhu je, zda se akvarijním rybám bude dařit, nebo budou jen živořit vlivem permanentního chemického stresu. Jsem si vědom , že o nich bylo napsáno mnoho a tak každý zvídavý akvarista už asi bude znát mé následující informace a doplnil by je dalšími, podle něho, důležitými informacemi. Omezím se tedy na standard.

Takže, pro připomenutí uvádím, že se jedná o dusičnanyNO3 – nitráty, jsou to soli kyseliny dusičné HNO3, dusitany NO2 – nitrity, jsou soli kyseliny dusité HNO2 a amoniak NH3 – toxický plyn, ve vodě zásadité reakce – čpavek. Ano, tyto tři látky, produkty rozkladu proteinů po odumření živých těl a opakujících se a na sebe navazujících dějů, zvaných redukce – oxidace – redukce…, za výhradní účasti buď nitrifikačních anebo denitrifikačních baktérií, probíhající ve vodním prostředí (exogenní) nebo i v těle vodních živočichů (endogenní), jsou zodpovědné za nejvyšší stupeň ohrožení námi preferovaného stupně života – za život akvarijních ryb. S ohledem na jejich zde uvedené pořadí, stoupá i jejich toxický význam. Nejsou jedinými škodlivými sloučeninami pro život v akváriu, jsou ale nejčastěji se vyskytující, protože jak jsem již uvedl, vytvářejí se rozkladem bílkovin z těl odumřelých organizmů a ten je principiálně běžnou součástí přírodních dějů (koloběhu látek v přírodě). Bakterie, respektive jejich enzymy jsou „katalyzátory“ redukčně-oxidačních-redukčních procesů a tím i výkonnými konstruktéry dusíkatých, pro akvaristiku velmi nebezpečných látek.

Stručně o jejich účincích. Dusičnany NO3 – nitráty a dusitany NO2 –nitrity,reagují se sekundárními aminy většinou v gastrointestinálním (trávicím) traktu ryb a vznikají sloučeniny zvané nitrosamidy a nitrosaminy, souhrnně označované jako N-nitrosloučeniny, které jsou prokázanými karcinogeny. Z hlediska karcinogeneze jsou právě ony nejvýznamnějšími (Dusitany a dusičnany ve stravě – jejich negativa a pozitiva, Veronika Hlobilová, nutriční terapeut, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita Brno). Vedle karcinogenních a některých přímo toxických vlivů jsou, NO3 a NO2, však hlavně nebezpečné pro živočichy, mající v krvi,  jako nosič dýchacích plynů, hemoglobin. Ten je reaktivní hlavně s dusitany NO2 a mění se při tom na methemoglobin, který nemá afinitu ke kyslíku (neváže se s ním a tudíž netransportuje kyslík k tělním buňkám). Výsledkem je smrt vnitřním zadušením. To ostatně každý akvarista zažil při své praxi, aniž by to takto chápal. Někdy, i přes domnělou vysokou péči o akvarijní ryby, jsme byli svědky náhlého kolapsu – úhynu ryby v relativně dobré tělesné kondici, dá se říci, přímo před našima očima. Nebo, při chovu velkého množství ryb pohromadě, se po noci, k ránu, nachází často, nějaká ta ryba, mrtvá na dně akvária. Jediným pozorovatelným symptomem v předvečer uhynu bývá zvýšená dechová frekvence spolu s kontrastním vybarvením ryby a samozřejmě naprostá ignorace potravy. Pokud pozorujeme u ryb zrychlené dýchání, nebo v horším případě spojené s kývavým pohybem prsních ploutví u ryby stojící na místě a ústním otvorem při hladině, změřme hodnotu dusičnanů-dusitanů, zda se akvarijní voda nepodobá svojí kvalitou opravdu spíše vodě odpadní – splaškové. Nečekejme až bude voda kalná. Zdánlivě čistá a průhledná, může být také smrtící. Dusíkaté látky ve vodě nejsou vidět a neprobíhá také žádná změna v jejím zbarvení. Pokud se řídíme případným testem a jím zjištěného obsahu NO3 v námi kontrolované vodě, tak nás zároveň porovnávací barevná  vzorkovnice informuje o jeho vlivu na kvalitu života ryb. Berme na vědomí, že opravdová hranice nebezpečí, která není v NO3 testu uvedená, začíná už kolem 10mg / l (při déle trvající expozici)!!! Dosažení této úrovně je běžné už po jednom dni krmení ryb a jejich pobytu v nepříliš rybami zatíženém akváriu, od týdenní – třetinové  výměny vody (z objemu akvária). Nenechme se zmást že, pokud je voda mikrobiálně nezávadná, je obsah dusičnanů do 50 mg / l, z hlediska výše uváděné methemoglobinemie, bezpečný i pro kojence. Ne, tak pro akvarijní ryby! Ty jsou naopak v prostředí permanentně, mikrobiálně velmi bohatém, a přítomné redukující-oxidující-redukující… bakterie se dokáží v prostředí narůstajících eutrofizačních zdrojů, velmi činit a zvyšovat rychle hranici dusičnanů – dusitanů, nad tuto úroveň. Zde je potřebné zdůraznit, že následující rychlá přeměna dusičnanů na dusitany, je vlastně tou smrtící reakcí, neboť teprve dusitany NO2, jsou odpovědné za vznik uvedené hemoglobinové dysfunkce. Norma NO2 pro pitnou vodu je 0,5 mg / l, na akvarijním Tetra nitrit NO2 testuje však uvedeno, že ideální hodnota NO2 v akváriu by měla být mezi 0 a 0,3 mg / l. Úroveň NO2 by neměla převyšovat hodnotu 0,8 mg / l. Koncentrace převyšující 1,6 mg / l je pro ryby už velmi škodlivá, vedoucí k zmíněnému udušení. Zjednodušeně řečeno, co může pít člověk, v tom nemůže být ryba! Proto je důležité kontrolovat hodnotu NO2 minimálně v týdenních intervalech! AmoniakNH3 – jako plyn rozpuštěný ve vodě – čpavek, vzniká mikrobiálním rozkladem organických zbytků, exkrementů a moči živočichů, přičemž se většinou váže ve formě amonných solí. Někteří živočichové, například ryby a obojživelníci, vylučují většinu odpadního dusíku ve formě amoniaku. Ryby se zbavují přes 90 % veškerého amoniaku, vznikajícího v důsledku metabolismu jejich těla, uvolňováním přes žábra na základě koncentračního spádu viz Wikipedie, „Cytologie – transport látek přes semipermeabilní membránu“. Stoupající koncentrace amoniaku v okolní vodě tak může bránit a posléze i zablokovat jeho další uvolňování z těla ryb. To může vést postupně až k autointoxikaci ryb, jejich onemocnění a posléze i úhynu. Ryby zasažené toxickým amoniakem jeví neklid, nouzově dýchají, podobně jako v přítomnosti dusitanů. Typickým znakem jsou křeče svaloviny (neurotoxický efekt), světlá barva, podráždění dýchacích cest, pulmonální potíže – odchlíplá skřelová víčka s intenzivní ventilací (dechová nedostatečnost), silně prokrvená a zahleněná žábra, drobné krváceniny, destrukce sliznic a poleptání jemných tělních struktur. I v nízkých koncentracích je amoniak velmi jedovatý zvláště pro vodní živočichy. Nedokáží jej konvertovat za pomoci enzymů v těle na méně nebezpečné močové produkty jako vyšší obratlovci, a proto jej vylučují přímo do vody.  Amoniak se ve ve vodě prudce rozpouští (chemická reakce s efektem lokálního ohřevu), stoupá toxicita s klesajícím pH vody, a se snižující se koncentrací kyslíku ve vodě.
Naprostá většina akvaristů žije v mylné představě o čistém a zdravém vodním prostředí svého akvária. Usuzuje tak na základě optického hodnocení průhlednosti, nebo zabarvení vody při pohledu do akvária. Vzpomínám si, jak v dřívější akvaristické literatuře, byla doporučovaná kvalita vody označena jen jako „stará voda nebo čerstvá voda“. To vše s uvedením druhů ryb a rostlin vyžadujících tu, či onu. Bohužel, takových zjednodušených norem  a způsobů řešení, bylo publikováno mnoho a odpovídaly úrovni praxe té doby. Z jednoduchých pískových nebo vatových filtrů (jednalo se pouze o zachycení makročástic z vody akvária, kvůli zlepšení průhlednosti akvarijní vody) se později, představa péče o vodu našich rybiček, rozšířila o další hodnoty a z toho plynoucí funkce, a proto už dnes, bychom snad neměli používat výraz filtr, filtrování, ale úpravna vody, úprava vody. Nejen, že používání slovních archeotypů přetrvává i dnes, ale i návody, rady, doporučení atp. také setrvávají na akvaristické scéně. Některé jsou už kontroverzní, některé přímo škodlivé. Jedna z nejhorších rad se týkala, někdy téměř tajemně sdělované receptury, na složení akvarijního dna. To hlavně kvůli očekávanému, bohatému růstu vodních rostlin. Povědomí (pokud vůbec nějaké bylo) o procesu eutrofizace (distribuce a koncentrace anorganických látek ve vodě) bylo jednostranně posuzováno až ignorováno, bez ohledů na komplexnost života v daném prostředí. Ještě dnes vídáme, že akvaristé vytváří , z bůhví jakého popudu, v akváriu vysoký horizont dna z hrubého písku, ve kterém se záhy začne ukládat rozkládající organická hmota tzv. detrit. To se dá přirovnat k časované bombě, která je před očima akvaristy ukrytá právě v tom písku. Lze jen suše konstatovat, že neznám akvaristu, který by pravidelně, minimálně 2x denně pečlivě odsával tyto nečistoty z takto aplikovaného a zároveň komplikovaného akvarijního dna, a který by současně po 1-2 dnech měřil hladinu nitrátů (o měření nitritů a amoniaku ani nemluvě). Pro většinu akvaristů je představa stupně péče o zdravé prostředí akvária limitována stupněm ochoty o akvárium pečovat. Důsledek je potom velmi často předmětem teatrálního lamentování, vymlouvání se a nekompromisního podsouvání představ o tom, či onom, což „musí přece stačit“… Proto, důrazně varuji před použitím vysoké vrstvy hrubého písku! Je to nejen pohledově nelogické (proč se dívat do horizontu pískového dna?), ale dříve nebo později i toxické.  Bláhová zůstává vžitá domněnka o ozdravné funkci vodních rostlin v akváriu. I když jsou zmíněné dusíkaté produkty v určité chvíli a kvalitě, pro rostliny v podstatě potravou, tak však, jen do určité logistické úrovně s ohledem na fotosyntézu (asimilaci) probíhající pouze za světla, tzn. že za tmy rostliny takto „ozdravně“ nepracují. Paradoxně jsou tak i ony, ohroženy na životě, při nezvládnutelném zpracování  dusíkatých produktů.

Po nastudování potřebných informaci, jsem došel k závěru, že v prostorově omezených akvaristických kuloárech, je poměrně obtížné instalovat objemná zařízení na úpravu akvarijní vody. Někdo tvrdí, že řešením by bylo zřízení velkoprostorové „kořenové čističky“, avšak to je ve zkutečnosti jen sen, jehož realizace a funkčnost naráží především právě na prostorové nároky, dále na technické, epizootické, klimatické aj. požadavky zdravého chovu. Přesto. Stále tím neřešíme rychlou přeměnu proteinových zdrojů dusíkatých látek na dusík, který by vodní rostliny uplatnily při asimilaci. To dokáží pouze bakterie viz dále. Vodní rostliny však neumí samy aktivně zasáhnout do jejich chemických reakcí. Nedokáží to co umí saprofyti, denitrifikační a nitrifikační bakterie. Rostliny pouze konzumují dusík – produkt vyrobený mikroorganizmy.
Po rozsáhlé počáteční komunikaci a odborné konzultaci, s pracovišti VŠCHT a dále s firmami, zabývajícími se čištění odpadních vod, jsem se pokusil o navržení funkčního mechanizmu a jeho reálné konstrukční aplikace, který by byl ještě možný v prostoru bytových podmínek, konkrétně pod akváriem a s úspěchem se mohl používat. Peripetie s tím spojené, se nyní pokusím popsat.

K úvaze, napodobit běžné přírodní děje, udržující určitou homeostázi (rovnováhu) dusíkatých derivátů v prostředí, mě inspirovala nejprve moje zkušenost v mořské akvaristice, ve které je uvedený problém obzvláště palčivý. V jedné etapě mé praxe jsem používal aktivní uhlí, jako hlavního eliminátora dusitanů. V popisech jeho účinků se vždy objevovalo upozornění na postupnou absenci jeho očekávané funkce – sorpci, a tudíž jeho nutné výměny po nějaké době, kdy tato jeho funkce postupně ustane. Jak to bývá, na výrobcem doporučovanou výměnu, jsem nespěchal, nebyl důvod, měřené dusitany byly nízké. Přesto, i po více měsících, jsem při testování akvarijní vody, žádné alarmující hodnoty dusitanů nezjistil. Mezitím se na scéně začaly objevovat konstrukce tzv. biologických „filtrů“, kde odstraňování dusíkatých škodlivin měly provádět bakterie. Čím více specifických bakterií, tím lépe. Jenže jejich množství v takových zařízeních bylo závislé hlavně na struktuře povrchu „filtrační“ hmoty (nosiče baktérií) na kterých se bakterie dokázaly udržet, aniž by byly, proudem odtékající vody z „filtračního“ prostoru, odnášeny do nepříliš vhodného prostředí akvária. Nevhodného vzhledem k odlišné, bio-chemické situaci požadovaného aerobního a anaerobního režimu a tudíž udržení velkého množství odlišných (z hlediska specifického prostředí) bakterií. V uzavřeném a odděleném prostoru UAV (zkr. úpravna akvarijní vody) se dá snáze udržovat stav požadovaný bakteriemi, v akváriu to je pouze částečně možné. Na trhu se objevily porézní nosiče v podobě UH (zkr. umělá hmota) granulátu, keramických artefaktů apod. Avšak, vzhledem k jejich velikosti a hlavně velikosti jejich povrchu v pórech, byla vlastní UAV stále příliš náročná na prostor a přitom omezená co do funkcí. Hledal jsem způsob, jak ji miniaturizovat, jak vyřešit nepřímou úměru – malý objem filtrační hmoty při maximálním rozsahu a účinku úpravy vody. Vzpomněl jsem si na dobu mé práce s aktivním uhlím. Konzultoval jsem otázku jeho pórovitosti povrchu s odbornými firmami a náhle jsem začal mít jasno, proč fungovalo aktivní uhlí i po jeho expiraci tj. „ztrátě“, fyzikálně-chemické  funkce, fyzikální adsorpce achemisorpce.  Jsou to procesy, jejihž principem je hromadění plynné látky ze směsi plynů nebo rozpuštěné látky v kapalině – adsorbátu, na povrchu pevné látky – adsorbentu účinkem mezipovrchových přitažlivých (Van der Waalsových) sil. Při fyzikální adsorpci pronikají molekuly do sousední fáze. Při tomto procesu zůstávají adsorbované látky chemicky nezměněny. Fyzikální adsorpce je reversibilní (vratný) děj, tzn. adsorbované látky se mohou za určitých podmínek získat v původním složení. Při chemisorpci dochází k chemickým vazbám mezi adsorbovanými látkami a povrchem tak, že se mění jejich chemická struktura. Chemisorpce je pevnější než fyzikální adsorbce a je ireversibilní (nevratná) zdroj: Chemap, všeobecné informace – aktivní uhlí Silcarbon. Přestože expirace používaného aktivního uhlí měla dávno skončit , nestalo se tak, a „něco“ stále odstraňovalo nežádoucí dusitany z vodního prostoru mořského akvária. Později, po získání detailnějších parametrú aktivního uhlí mně došlo, že to jsou bakterie. Dusíkaté bakterie – mikroorganizmy, které osídlily povrch velmi malých a četných pórů akt. uhlí. Ve smyslu jeho sorpčních schopností (fyzikální adsorpce a chemisorpce), došlo postupně k regresi zmíněné sorpce a jeho fyzikálně-chemickou sorpční roli převzaly denitrifikační bakterie, které našly vhodný, a hlavně rozsáhlý prostor, v bezkyslíkaté zóně vnitřního prostoru aktivního uhlí. Bakterie nitrifikační osídlily prostor v zóně kyslíkaté tzn. vně aktivního uhlí. Začal jsem se blíže seznamovat s těmito bakteriemi a jejich rolí v přírodě.

Dusíkaté bakterie vyžadují ke svému životu mimo jiné i dusíkaté látky a vyskytují se  se všude tam, kde je jich dostatek tzn. ubývají v prostředí s klesající koncentrací dusíkatých produktů. Jelikož jejich počty na danou plochu nosiče průběžně kolísají, tak i při náhlé početní regresi jsou, neuvěřitelně rychlou reprodukcí, schopné své stavy rychle obnovit. Hlavně musí mít, vedle velkého obsahu dusíku a organického uhlíku (obou je v biomase a ve vodě akvária více než dost), také už zmíněnou, velkou povrchovou plochu nosiče tzv. pevné lůžko, na které se přichytí. Nosiče nepoměrně výhodnějšího k poměru plocha : počtu bakterií, než jsou uváděné v předešlém (umělohmotné a keramické částice). Je to uhlí, aktivní uhlí! Uvádí se, že 1 čajová lžička nespecifikovaného akt. uhlí má povrch velký jako fotbalové hřiště. Tedy, ne uhlí jakékoli, a už vůbec ne takové, které je běžně dostupné pro ohřev. Jedině aktivní uhlí je speciálně teplotně a tlakově upravováno do struktury obrovského množství pórů v dané výrobní tvarové úpravě (práškové, zrněné, granulované) tzn. že název aktivní uhlí je používán po prodělané tlakové a teplotní úpravě vybrané organické hmoty bohaté na uhlík (dřevo, spíše černé než hnědé uhlí, skořápky z peckovic kokosovníku aj.) Mně byl doporučen typ Silcarbon K (vyrobený z kokosových skořápek) – objem pórů aktivních uhelných zrn je obecně větší než 0,2 ml/g, vnitřní povrch větší než 400m/g a šířka pórů je v rozmezí 0,3 – 1000 nm (všeobecné informace, firma Chemap). Doporučované hodnoty jako, doba styku tohoto akt. uhlí s upravovaným médiem, průtoková rychlost  a poměr výšky UAV k průměru vrstvy úpravné látky (asi 2 :1, pro účely akvaristiky), jsou předmětem dalšího zkoumání viz dále. Pozitivní role aktivního uhlí (chemickou a fyzikální cestou dokáže z vody odejmout, mimo jiné, i molekuly sloučenin dusíkatých látek), později sorpčně neaktivního, coby pouhého nosiče baktérií (pracují mnohem citlivěji s úpravou a výslednou kvalitou vody, pro život ryb), fungovala nakonec v mořských akváriích po dobu mnoha let. A tak jsem si z tohoto zjištění odvodil, že by to mohlo být stejné i při „čistění“ sladkovodního akvária. Směr mých úvah se počal ubírat cestou hledání existujících, dobově odpovídajících, teoretických publikací v oboru biologických úpraven. Při jedné návštěvě mého přítele Herberta Nigla, šéfa Aquarium Dietzenbach, Hessen, Německo, jsem k mému překvapení v jeho „grosshandlu“ spatřil, nově instalované kolony biologických úpraven akvarijní vody a Herbert mě poté stručně seznámil s jejich funkcí. Zanedlouho jsem díky jemu, byl i já v kontaktu s americkou firmou, která prováděla v dietzenbachském akváriu první provozní spouštění systému jejich firmy. Můj zájem byl motivován v té době, mojí přípravou na investiční záměr nové expozice oceánu a kontinentu, Jenže a bohužel, se na můj projekt „Ocean & Continent“, kde bylo počítáno právě s touto americkou technologií, nenašla podpora v místě realizace a tak zůstalo pouze u kusých informací viz www.ocean-cont.cz. Domnívám se však, že tato technologie, ačkoli byla a je, u pana Nigla funkční i dnes, po cca 14 letech, tak pro bytová akvária je příliš komplikovaná a monstrózní.  A tak jsem dále přemýšlel a vracel k představě vymýšlení malého, ale výkonného  zařízení…

Nejprve jsem si ujasnil teoretické procesy redukčně-oxidačně-redukčního děje při odstraňování dusíkatých látek z vody. Dalo by se to popsat asi takto. Koloběh dusíku v přírodě probíhá v několika fázích (uvádí se, že nejméně 5 redukčních a 3 oxidačních reakcích). Stručně řečeno, celý komplex reakcí je svojí četností důležitý a probíhá stručně takto. Protein z mrtvých těl organizmů, zbytků potravy, z exkrementů, moči a některých metabolitů se v teplé vodě akvária rozkládá a procesy nazývanými redukce postupně na dusičnany, dále na dusitany a v konečné podobě na amoniak (o jejich vlivu na život v akváriu viz předešlé). Dusičnany se, mimo toto schema, dostávají do vody také uvolňováním z některých minerálů obsahujících dusík, kyslík a kovový prvek. To je ovšem trochu jiná kapitola a takový minerální původ by se neměl, v rozpuštěné podobě, v pitné vodě, vyskytovat. Takže zpět k jejich proteinovému původu. Jak jsem uvedl, mrtvá těla (organický materiál), jejich protein (jeho základními stavebními kameny jsou dusík a uhlík) je rozkládán. Nejprve především saprofytickými bakteriemi rodu Bacillus, Acillus, Nitrobacter, Cellulomonas, Enterobacter aj., houbami (saprotrofní bazidio mycety) a hlenkami r. Fuligo, ale i řasami a některými prvoky. Tito reducenti rozkládají organické látky a přeměňují je na anorganické (mineralizace). Při rozkladu veškerého organického materiálu se organický dusík mineralizačními procesy uvolňuje ve formě  amoniaku – amonných solí (amonizace). Nevyužitý amoniak podléhá v přírodě postupné biochemické oxidaci nitrifikačními aerobními bakteriemi. Tato biologická nitrifikace probíhá ve dvou stupních. V prvním se amoniakální dusík v podobě amonných solí NH4+ či volného amoniaku NH3, oxiduje na dusitany (tato reakce se nazývá nitritace) a ve druhém jsou vzniklé dusitany NO2− oxidovány na dusičnany NO3− (reakce zvaná nitratace). Souhrnné rovnice nitrifikace jsou následující: 1. nitritace: NH3 + O2 → NO2− + 3H+ + 2e− + 275 kJ energie, 2. nitratace: NO2− + H2O → NO3− + 2H+ + 2e− + 76kJ energie.  Nenitrifikované molekuly unikají do atmosféry. Reakce NH3→NO2 je typická pro rody nitritačníčních bakterií Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrocystis nebo Nitrosospira . Na jejich činnost navazují bakterie nitratační, rodů Nitrobacter, které oxidují dusitany na dusičnany (nitráty) – reakce NO2 → NO3. Jak z výše vyplývá, je nitrifikace proces, závislý na přítomnosti kyslíku. Rychlost nitrifikace je ovlivněna těmito faktory: koncentrací rozpuštěného kyslíku, hodnotou pH – při procesech nitrifikace, zejména nitrataci dochází k uvolňování vodíkových iontů H+, čímž dochází k okyselování prostředí, to znamená k poklesu pH někdy až kolem 4 – 4,5. Aby však nitrifikační bakterie, optimálně pracovaly, potřebují pH spíše neutrální nebo lehce zásadité 6,5 – 8,5. Dalšími podmínkami pro optimální průběh nitrifikace je dostatek výživy pro bakterie, což jsou nejčastěji amonné soli (NH4+), dále teplota vody (12-26°C) a zdroj energie CO2.  Dalším významným procesem podílejícím se na koloběhu dusíku je denitrifikace – je to anerobní proces redukce dusičnanů na oxid dusný N2O a molekulový dusík N2 (uniká rovněž do atmosféry). Rovnice NO3- → NO2- → NO → N2O → N2 .Tohoto procesu se účastní denitrifikační anaerobní bakterie rodu Pseudomonas neboParacocus – jsou fakultativními anaeroby, které za bezkyslíkatých podmínek, získávají energii oxidací organických látek. K tomu využívají kyslík vázaný v dusičnanech  a dusitanech, Dusík z nich, je tím redukován na zmíněné plynné produkty a uvolněn do atmosféry. Pro optimální průběh denitrifikace je potřeba pH mezi 7- 8, dostatek NO3- a zdroj uhlíku, nejčastěji z biomasy, která je v každém akváriu a jeho filtru přítomna.

Pokud denitrifikace v akváriu – jeho filtru nefunguje a obsah dusičnanů (NO3) stoupne nad 100mg / l, může dojít k zpětné, rychlé redukci dusičnanů na dusitany (NO2), což může v extrémním případě vést až k úhynu akvarijních ryb. To vše znamená, že pokud chceme provést kompletní odstranění dusíku, musí na sebe navazovat i funkční komplex aerobních a anaerobních bakterií, při čemž každá skupina striktně požaduje své kyslíkaté nebo bezkyslíkaté prostředí. Opačné, je pro ně letální. To je velmi důležité při konstrukci kombireaktoru (viz terminologii v dalším), kde jedna část je nitrifikační a druhá denitrifikační. Každá s příslušnými výše uvedenými, specifickými rody bakterií. Přitom je potřebné vzít v úvahu, že tyto procesy na sebe navazují a to v pořadí, které je určeno momentální kvalitou a množstvím těch, či jiných dusíkatých stupňů v pořadí dusičnany, dusitany, amoniak v redukčně-oxidačním nebo opačně v oxidačně-redukčním ději. V přírodě je pro tyto situace různě specifický, přitom propojený prostor struktury dna a tak celá tato množina redukujících a oxidujících ložisek, umožňuje flexibilní a rychlou změnu v kvalitě dusíkatých látek. A právě tato opakující se souslednost (denitrifikace-nitrifikace-denitrifikace…) soustavně se opakujících dějů v různých místech vodní plochy, je vzhledem k požadavku technologické miniaturizace, tím pravým „oříškem“, který je předmětem mých úvah a hledání.

Na vlastním návrhu funkčního schematu jsem začal pracovat až po konzultaci s odborníky. Následuje ukázka e-mailové komunikace v dané problematice. Nemohu však uvádět jméno mého konzultanta, nemám jeho souhlas a proto bude uváděna jenom instituce.

From: PaedDr.Mgr Ivan Pojar [mailto:pojar@ocean-cont.cz]
Sent: Wednesday, October 02, 2013 12:07 PM
To: VŠCHT
Subject: Dotaz

Dobrý den pane profesore, dovoluji si Vás oslovit ve věci biologického čistění akvarijní vody. Jak je zřejmé, způsob čistění (odstranění hlavně dusíkatých sloučenin) je předmětem mého pokusu ohledně zhotovení tzv. biologického reaktoru na míru (prostorovým a různým funkčním podmínkám mého akvarijního provozu). Konzultoval jsem princip i technologii ve vyspělých akvarijních provozech v NSR a USA – jejich technologie funguje, je to v podstatě systém následných kolon, ve kterých probíhají známé chemické procesy (spíše biochemické) nitrifikace a denitrifikace s různě optimalizovanými životními podmínkami pro výkonné bakterie. Vzhledem k tomu, že se pokouším o zhotovení biologického reaktoru nejlépe typu „vše v jednom“, tak mým dotazem je v podstatě asi tato primární myšlenka. Co má být první a co následné? Jestli nejprve nitrifikační proces a teprve potom denitrifikace? Mně to není úplně jasné. Jednak jsem si to při osobních návštěvách uvedených zařízení bohužel nezjistil a fyzicky neprohlédl, a v českých obrazových schematech zařízení typu ČOV, to není zcela zřejmé. A teď náhled do mých představ…
Voda obsahující dusičnany, dejme tomu 50-80mg/l, dusitany – také něco (samozřejmě pod letální hranici tolerovanou rybami), amoniak totéž, přichází z akvária do tělesa filtrace. Dotaz je: má tato voda přijít nejprve do nitrifikační zóny (nitritační,nitratační), kde probíhá aerobní proces oxidující amoniak na nitrity a následně na nitráty? Teprve potom by voda obsahující pouze nitráty procházela denitrifikační zónou, kde by vlivem bakterií anaerobního prostředí došlo k přeměně uvedených nitrátů na volný plynný dusík, unikající do ovzduší? Nebo je vhodnější stupně otočit? Nejprve denitrifikační zóna a následně nitrifikační? V úvahu beru jednak otázku vytvoření optimálního anoxického prostředí pro denitrifikaci s minimálním vlivem přítoku byť částečně okysličené vody – v případě, že bude tato zóna zařazena za nitrifikační (aerobní, zde se bojím o životaschopnost bakterií), jednak teoretické chemické schema oxidace  1. nitritace: NH3 + O2 → NO2− + 3H+ + 2e− + 275 kJ energie 2. nitratace: NO2− + H2O → NO3− + 2H+ + 2e− + 76kJ energie, kdy je asi potřebná následná denitrifikace  NO3- → NO2- → NO → N2O → N2. Ve schematech podobných zařízení pro vodárenské účely, není totiž vůbec zřejmé, jak je konstrukce biol. filtru funkční z hlediska vhodnosti a optímální návaznosti biochemických procesů, míněna viz příloha. Já sice určitou představu mám, avšak rád bych ji porovnal s Vaší domněnkou – znalostí odborníka. Prosím moc o chvíli strpení za věnování se odpovědi mně – laikovy.
S pozdravem. Dr. Mgr. Ivan Pojar, Dvůr Králové nad Labem

From: VŠCHT
To: PaedDr.Mgr Ivan Pojar
Sent: Thursday, October 10, 2013 9:46 PM
Subject: RE: Dotaz

Vážený pane doktore,

Odpovídám až nyní, protože jsem bohužel dříve nenašel chvíli času, abych se Vašemu dotazu věnoval. Ten problém skutečně není tak jednoduchý.
Odstraňování dusíkatých sloučenin probíhá (i v přírodě) tak, že dojde nejprve k jeho oxidaci na dusičnanový dusík (nitrifikace) a ten se následně redukuje na elementární dusík (denitrifikace).
nitrifikace                   NH3  +  2 O2      NO3-  +  H+  + H2O
denitrifikace               4 NO3- +  5 Corg     2 N2  +  5 CO2  +  OH-
Logicky by tedy měla být první nitrifikace v oxidační (provzdušňované) zóně následovaná redukční (neprovzdušňovanou) zónou. V praxi je to však složitější, protože denitrifikace potřebuje organický substrát (C org.), který je ale v při předchozí oxidaci NH3 simultánně spotřebován.
Je-li tedy uspořádání: nitrifikace – denitrifikace, je účinnost denitrifikace velmi nízká, kvůli limitaci organickým substrátem.
Je-li uspořádání: denitrifikace – nitrifikace je nezbytné recirkulovat vodu z nitrifikační do denitrifikační zóny a tak je také tato technologie uspořádána na většině čistíren odpadních vod. Pokud byste měl zájem o podrobnější konzultaci zastavte se na u nás na VŠCHT.
S pozdravem VŠCHT

From: PaedDr.Mgr Ivan Pojar [mailto:pojar@ocean-cont.cz]
Sent: Monday, OctobFromer 14, 2013 1:16 PM
To: VŠCHT
Subject: Re: Dotaz

Dobrý den pane profesore, děkuji Vám za Váš stručný posudek (oslovil jsem i jiné osoby a instituce z oboru) i částečně s ohledem na technologii vodárenských čistíren, ale Vám děkuji i za pozvání ke konzultaci. Prosím Vás ještě o jednu maličkost – o potvrzení, zda to chápu správně (mimochodem – také mě to už napadlo předtím). Myslíte tedy, že by voda , která prošla denitrifikací a následně nitrifikací (Vaše tzv. druhé uspořádání) by mohla (měla) jít znovu do denitrifikace? Moc Vám děkuji.
S pozdravem a přáním všeho dobrého. Dr. Mgr. Ivan Pojar

From: VŠCHT
To: PaedDr.Mgr Ivan Pojar
Sent: Thursday, October 15, 2013 9:12 PM
Subject: RE: Dotaz

Záleží na jakou limitní koncentraci se chcete dostat, při uspořádání denitrifikace – nitrifikace závisí účinnost na stupni recirkulace,  voda tedy jde znovu do denitrifikace.
S pozdravem VŠCHT

Tolik ukázka z konzultačních dokumentů.
Ujasněme si nyní, co je potřebné v akvarijní vodě eliminovat v první až poslední zóně reaktoru. Na základě toho, zde zároveň předkládám model funkcí, neboli průběh a reakce probíhající v jeho komorách a částečně i nástin jeho konstrukce.
Voda z akvária, kontaminovaná rozkladem organických látek (především proteinů) odchází z akvária přepadem do níže umístěné kolony reaktoru (výhodný je prostor pod akváriem). Při průtoku v samostatných komorách dochází nejprve k odstraňování dusičnanů v první komoře, ve stupni procesu zvaném redukce (proces vedoucí ke vzniku toxičtějších dusitanů, ale také k částečnému úniku oxidu dusného N2O a molekulového dusíku N2). K tomu je potřebný bezkyslíkatý prostor. Takže první komora reaktoru (pojem kombireaktor je výstižnější vzhledem ke komplexu biochemických reakcí v oddělených komorách zařízení), bude muset snížit úroveň dusičnanů přicházejících vodou z akvária, redukčním procesem (anaerobní bakterie na nosiči z aktivního uhlí). Při tom se však zároveň urychlí vznik nebezpečnějších dusitanů. Proto musí následovat pokračování průtoku reaktorem směrem do druhé komory. V ní bude zajištěné jemně bublinkové provzdušňování a kapacitně výkonná fluidizace (vířící směs křemičitého písku a vody). Písek je zde nosičem pro aerobní bakterie viz výše. Pohyb vody z první do druhé komory bude podporován průtokovým čerpadlem. V této komoře, v aerobním prostředí (procesem oxidace), zajistí uvedené bakterie likvidaci nejen amoniakálního dusíku ale i dusitanů, přeměnou na méně toxické dusičnany (zde  se vlastně dusičnany objevují v UOV podruhé, poprvé přicházejí do první komory s vodou z akvária viz výše). Ve  třetí komoře (pohyb vody do ní a z ní je stále podporován zmíněným čerpadlem, zařazeným před druhou komorou) dochází opět v anaerobním prostředí k redukci dusičnanů (anaerobní bakterie na nosiči z aktivního uhlí)Při tom však probíhá, podobně jako v první, tak i ve třetí komoře, únik zdroje dusíku v podobě  výše uvedeného plynného dusíku viz první komora. Ze třetí komory už voda vytéká přímo do akvária. Technická připomínka: druhá a třetí komora musí být překrytá těsným víkem (tlak vody z čerpadla).Tímto složitým procesem se při průtoku  uvedenými komorami, vytěsňuje dusík z akvarijní vody, což je pro regulaci hladiny škodlivých dusíkatých derivátů, podstatné. Z výše popsaného vyplývá, že v reaktoru se musí nacházet minimálně dvě komory s odlišnými funkcemi (denitrifikační a nitrifikační). Nejlépe opakovaně, střídavě vždy v řadě za sebou – denitrifikační, nitrifikační, denitrifikační, nitrifikační, denitrifikační… Kombireaktor může tedy být i vícekomorový, nejméně však doporučuji tříkomorový. To je ještě ve výsledku nenáročné na prostor. V souladu s regulací průtoku (zde se jedná o množství vody za jednotku času s ohledem na kvalitu požadovanou rybami), se pravděpodobně zajistí dostatečná kvalita akvarijní vody. Dosavadní test vedený v mé praxi, týkající se činnosti první komory (denitrifikace), mně však, v průběhu 4 měsíců, ukázal nejprve jedno významné negativum, které odpovídá rčení: „Čeho je moc, toho je příliš. Pokusím se jej sdělit.
Protože konstrukce celé sestavy reaktoru byla pro mě dodavatelsky nákladná, nechal jsem zhotovit pouze jednu komoru (denitrifikační) s tím, že postupně přidám zbylé, doporučené dva stupně, poté seřadím tyto tři komory ve správném směru oběhu vody, do celkové sestavy kombireaktoru, tak jak bylo výše navrženo. K testu jsem zvolil akvárium se dvěma dospělými rybími jedinci druhu Pterophyllum altum. Ačkoli se jednalo o poměrně cenné akvarijní ryby, nebylo zbytí a tak jsem musel, tuto částečnou úpravu vody, odzkoušet a provést kategoricky na nich, z několika důvodů. Jednak jsem celý upravovací systém připravoval právě pro tento druh ryb (vzhledem k pouhé 4. generaci ryb odchovaných v ex situ, jsou tyto ryby ještě velmi citlivé na negativní vodní parametry a náhlé změny, bez přechodových stupňů) a také proto, že jiné druhy ryb ani nechovám a uvedení dva jedinci byly pro mě nejméně chovatelsky cenní (projevy inbreedingu F4 generace). Podotýkám, že zmíněné dvě ryby byly v testovacím (experimentálním) akváriu již před započetím experimentu, tedy přibližně 2 roky ve standardních podmínkách. Ryby tedy byly dostatečně adaptované v daném prostoru (důležité pro snazší identifikaci změn chování příp. zdravotního stavu). Shodou okolností jsem v té době, kdy jsem spustil provoz denitrifikačního filtru v tomto akváriu, změnil i kvalitu vody z 256 uS na 0 uS, v témže akváriu. Změnu konduktivity jsem provedl záměrně, poněvadž jsem právě získal vodu z transportních sáčků, z importu Pterophyllum altum z Kolumbie. Voda byla naprosto demineralizovaná – měla hodnotu 0 uS. To mně „nedalo spát“ a chtěl jsem zkusit, jaký vliv bude mít takto extrémně „měkká“ voda na dlouhodobý pobyt ryb v ní. Bylo mně jasné, že v rozsáhlé lokalitě Amazonsko – Orinockého přírodního „bazénu“ je geologické podloží převážně tvořené křemičitými písky, které minimálně ovlivňují kvalitu vod nad ním, ve smyslu nárůstu úrovně rozpuštěných minerálů. Dále je to vysoká srážková činnost, většinou dešťové (povrchové) vody, celkový rozsah vodních ploch, jejich kubatura, objemově vysoký přítok z prameništních ledovcových lokalit v Andách a průtok pralesním humózním patrem, to vše mě přesvědčilo, že voda v prostředí výskytu zmiňovaného druhu, musí logicky být chudá na rozpuštěné minerály. Předesílám, že to časové propojení obou změn v akváriu s rybami, nebylo plánované a už vůbec ne domyšlené, což mně následně velmi zkomplikovalo určit příčinu, z toho vzniklých problémů. Dnes bych provedl změny po sobě, až po vyhodnocení účinků změny předešlé. Zpět k tomu, co se dělo. Asi po  měsíci pobytu ve velmi „měkké“ (voda z RO) a zároveň opticky „ultračisté“ (voda prošla denitifikační komorou), ustal v této nádrži růst řas na sklech akvária. Dále jsem také pozoroval snižující se potravní aktivitu ryb. Potom se začaly rozpadat terminální okraje ploutví (hřbetní, ocasní, řitní). Rozpad se objevil i na některých ploutevních paprscích viz fotopřílohy. Následovala úplná potravní absence. Konstitučně slabší ryba se začala nekoordinovaně pohybovat těsně pod hladinou, se ztrátou fyziologické polohy, tzn. začala plavat hlavou nahoru, ocasní ploutví dolu. Ve finále asi 2 měsíčního experimentu, vše skončilo smrtí této ryby! Druhá ryby byla velmi robustní a celkově vitálnější, ale potom se stejným průběhem pokračovala ke stejnému cíli – smrti. Zde musím odbočit do popisu mých úvah, které se zpočátku problému odehrávaly v úzkém rozsahu chaotických teorií nemocí ryb a bohužel s jediným myšlenkovým výstupem – jak dále, když vlastně nevím proč? Z dřívějších, dětských pokusů, umístit naše sladkovodní ryby do čisté studniční vody zahradních bazénů, jsem věděl, že ryby přinesené z přírody obtížně snáší tuto „čistou a čerstvou“ vodu a brzy hynou, o potravní ignoraci ani nemluvě. Měl jsem, na základě toho a mám i nyní, pocit, že ryby mají větší nebo menší potřebu určitého stupně eutrofizace vody, a to druh od druhu. Po prostudování dalších pramenů pojednávajících o aktivním uhlí ve vodních filtrech, jsem se dozvěděl, že je individuálně limitován čas jeho působení na vodu, pro jeho extrémní schopnost absorbovat téměř vše, co se ve vodě vyskytuje. Stanovil jsem si rozložení působnosti akt. uhlí na akvarijní vodu do expozičních úseků 24 hodinového času. Vzal jsem do úvahy rychlost průtoku, množství a kvalitu aktivního uhlí. Stručně řečeno. Celý komplex reaktoru (pouze jedna komora) musel být nejprve obezřetně nastaven na konkrétní podmínky v akváriu s ohledem na požadavky a individuální citlivost rybího druhu. Naštěstí je toto nastavení možné provést kdykoli, v poměrně delším čase od začátku použití úpravny s aktiv. uhlím, vzhledem k  poměrně velké odolnosti ryb k výše uvedeným změnám ve kvalitě vody při tomto experimentu, ale i v konečné praxi. Domnívám se, že je to především věc úrovně druhové tolerance k rozsahu minerálů ve vodě (ryby euryhalinní x ryby stenohalinní), dále stupně imunity ryb, udržovaný soustavnou iritací imunologie těla ryb nepříznivými vlivy (upevňuje se pohotovostní stav a tím i její včasná iniciace). To vše do takové úrovně, aby nedošlo k nevratnému poškození rybích chovanců. U silných a zdravých jedinců je návrat k zdravotnímu optimu celkem snadný. Zdá se, že užití aktivního uhlí, i s jeho možným negativním  působením při dlouhodobém působení na ryby, je reálné za předpokladu, průběžné kontroly ryb a vodních parametrů.
Můj optimizmus není apriorní. Odlovením  naposledy zmiňované ryby do jiného akvária s „měkkou“ vodou (bez úpravny s aktivním uhlím), se tato ryba začala vzpamatovávat, a z téměř beznadějného stavu, došlo k jejími „uzdravení“ – prozatím, viz foto. Celý problém, který v tomto příspěvku popisuji, by neměl pozitivní výstup, kdyby dále pokus nepokračoval v původní experimentální nádrži s novým jedincem stejného druhu, avšak tentokrát také s novým a včasným časovým přenastavením délky provozu denitrifikační jednotky, v momentu prvních příznaků počínajícího rozpadu ploutví aj. signálů. U nově testované ryby v závislosti na čase a výkonu filtrace, bylo jiné nastavení příčinou, že změny na ploutvích i když se staly,  dále nepokračovaly a další symptomy ohrožení, jako snížení potravního apetitu, nebyly vůbec zaznamenány. Ryba žije v takto upravované vodě již dva měsíce – bez následků. Voda v tomto akváriu nebyla také 2 měsíce měněná, pouze je doléván odpar demineralizovanou vodou z RO. Parametry vody v testovaném akváriu jsou: 110 uS, hladina NO3 osciluje kolem 12-15 mg / l, přičemž hodnotu konduktivity je možné snížit dle libosti. Pardon, raději dle úrovně, kterou určila dlouhodobá evoluce druhu, v závislosti na daných podmínkách prostředí. Odpadá výměna vody (prozatím).  Testovaná ryba nemá potravní výpadek, potravu přijímá stále stejně, bez hladovění a bulimických příznaků. Tolik k pozitivnímu zjištění.
Pokus bude dále pokračovat, budou se zapojovat další stupně kombireaktoru. Průběžně se také upravuje jeho konstrukce. Určitě bude sledována hladina dalších látek ve vodě – fosfátů a především stimulačních příměsí jako jsou huminy, funginy, třísloviny a také podrobnější etologie ryb v souvislosti s možnými vlivy plynoucími z jeho funkce. Výsledky budou opět zveřejněny na mém webu.

Dr. Mgr. Ivan Pojar

P.S. Pokud se někomu zdá, že celý proces úpravy vody je příliš složitý, a že při hledání optimálního řešení je možné dělat chyby, tak vězte, že „věda je dlouhou řadou opravovaných chyb“ (to nemám ze své hlavy, to někdo napsal).