Význam. Organické sloučeniny byly původně objeveny jako součást živých organismů, ale později byly nalezeny i v mrtvé hmotě. Dnes se za organické sloučeniny považují takové, v nichž atomy uhlíku tvoří kostru přímých nebo rozvětvených řetězců, kruhů nebo podobných struktur; na tuto kostru jsou vázány další prvky, zejména vodík, kyslík, dusík, síra a fosfor. Možnosti vazby jsou mimořádně rozmanité, proto se odhaduje, že existuje asi pět milionů různých organických sloučenin.

Přírodní vody často obsahují překvapivě velké množství organických sloučenin. Pravidlo z hydrologie říká, že ve vodě je rozpuštěno asi 10-20krát více mrtvého organického materiálu, než je vázáno v živé biomase (plankton, ryby, rostliny)! Organické sloučeniny rozpuštěné ve vodě jsou z velké části živočišné nebo rostlinné exkrementy nebo produkty rozkladu odumřelých organismů. Z přísně hygienického hlediska jsou jednoznačně kontaminanty vody. Nicméně, protože slouží jako živiny pro další živé organismy, mohou nepřímo velmi pozitivně ovlivňovat vývoj ryb a rostlin! Vody z bažinatých oblastí obsahují obzvláště bohaté organické sloučeniny, konkrétně humusové látky.

Vody z bažinatých oblastí jsou obzvláště bohaté na organické sloučeniny, konkrétně na humusové látky. Ty vznikají při neúplném rozkladu rostlinných zbytků, např. při tvorbě rašeliny.  Jedná se především o huminové a fulvokyseliny, které dodávají vodě typický slabě kyselý charakter. Fulvokyseliny také způsobují typické hnědé zbarvení bažinatých vod a černých řek, které se vyskytují například v některých oblastech Indonésie, Malajsie a Amazonie. 

Pro srovnání uvádíme některé údaje z přírodních vod: Podzemní vody obvykle neobsahují žádné organické sloučeniny, povrchové vody asi 2-25 mg/l, tropické černé vody asi 100 mg/l.

Organické sloučeniny v akvarijní vodě pocházejí například z odumřelých drobných organismů, zbytků rostlin a především ze zbytků potravy a rybích výkalů. Jsou to tedy bílkoviny, tuky, sacharidy, močovina atd. Organické sloučeniny jsou proto považovány za hygienicky nežádoucí nečistoty vody. Podle WACHTELa (1988) 100 gramů ryb (přibližně 100 dospělých neonek červených) denně znečistí vodu organickými látkami odpovídajícími množství 500 až 1000 mg/l BSK5. – V dobře zařízeném akváriu, a ještě účinněji ve filtru, se většina organických sloučenin pomocí bakterií postupně rozkládá na relativně neškodné soli nebo ionty, vodu a oxid uhličitý, přičemž procházejí nejrůznější mezistupně.

Akvarijní praxe ukázala, že minimální obsah organických látek je ve vodě nezbytný, zejména pro dobrý stav ryb. Čerstvá, tj. „čistá“ voda z vodovodu působí agresivně na sliznice a žábry; zkušenosti ukazují, že v čerstvě založených akváriích a po rozsáhlých výměnách vody velmi snadno propuknou nemoci.

Agresivitu čerstvé vody lze snížit přidáním vhodných organických sloučenin, jako je ethylcelulóza nebo jiné deriváty celulózy. Velmi vhodné jsou také polyvinylpyrrolidony (MG asi 6 000 až 50 000), které se používají v lékařství jako krevní náhražky. Jednorázové přidání přibližně 10 mg/l se osvědčilo. 

Vodní rostliny také velmi vděčně reagují na minimální množství organických látek, zejména proto, že mnohé z nich působí jako chelátory a slouží tak jako ochranné nosiče živin citlivých na oxidaci. Kromě toho mohou organické látky při svém bakteriálním rozkladu vyvolat redoxní procesy, při nichž se již vysrážené živiny stávají opět rozpustnými ve vodě, a tedy dostupnými pro rostliny. Například malý přídavek kyseliny citronové může výrazně zvýšit obsah železa ve vodě v dobře zaběhlém akváriu; stejné množství kyseliny chlorovodíkové to nedokáže! Proto může mít přídavek samotného chelátoru na růst silný stimulační účinek. Vhodnější než kyselina citronová je například kyselina ethylendinitrilo-tetraoctová (EDTA), která je obsažena téměř ve všech hnojivých přípravcích. Syntetické látky (EDTA, EDDHA, NTA atd.) však mají obvykle zřetelně nižší biologický účinek než chelátory přírodního původu. Podrobněji se chelatačním účinkem např. huminových látek v přírodních vodách zabývali STEINBERG a STABEL (1978). Výzkumy mimo jiné ukázaly, že železo je chelatováno zvláště stabilním způsobem, což dokládá jedna z nalezených vazebných řad:

Fe >Ni >Mn >Cu >Cr >Pb

Tyto poznatky a zkušenosti ukazují, že hygienicky čistá (pitná) voda nemůže být ideální akvarijní vodou. Z toho vyplývá, že v akváriu mohou jistě vzniknout problémy v důsledku příliš intenzivní filtrace. A skutečně, mnoho akvárií je přefiltrovaných!

Příliš vysoký obsah anorganických sloučenin je z hlediska hygieny zvířat nežádoucí. Stává se také, že léky pro ryby jsou vázány nebo chelatovány organickými látkami; to může vyvolat dojem, že lék je málo účinný nebo že se patogen stal rezistentním. Dodávkování po podání může být nebezpečné, protože pokud dojde k rozpadu sloučenin v důsledku jakýchkoli změn prostředí, stávají se (často nikoli toxické) léky opět plně aktivní!

Měření: Přesné stanovení organických látek podle druhu a množství vyžaduje mimořádně vysoké laboratorní úsilí, a proto se často využívají běžná fyzikální nebo chemická stanovení sumy.

Fyzické metody: Tyto metody zahrnují například stanovení absorpce UV záření, protože mnoho organických sloučenin má schopnost absorbovat ultrafialové záření.

Princip měření: Nádoba z křemenného skla se vzorkem vody je z jedné strany osvětlena UV lampou (254 nm). Na opačné straně měří fotočlánek intenzitu záření. Z poměru intenzit bez vzorku vody a se vzorkem vody, s přihlédnutím k tloušťce vrstvy, lze usuzovat na obsah organických sloučenin.

Tato poměrně jednoduchá metoda má bohužel tu nevýhodu, že dusičnany rovněž absorbují UV záření, a proto jsou v měření zahrnuty. To však lze zohlednit pomocí kalibračních křivek, viz HABERER (1985). Tato metoda nebyla dosud zavedena do akvaristiky, mimo jiné proto, že dosud používané UV fotočlánky jsou velmi drahé a mají jen krátkou životnost.

Další fyzikální jev, který mohou praktici využít k odhadu, je snížení povrchového napětí vody mnoha organickými sloučeninami. V čerstvé vodovodní vodě zůstávají bublinky pěny na hladině jen zlomek sekundy. Pokud však bublinky pěny na hladině sladké vody zůstávají několik sekund, je to vždy jasnou známkou přítomnosti organických sloučenin!

Chemické metody: Tyto metody se většinou zakládají na chemické nebo biologické oxidaci organických sloučenin. Mezi obvyklé procesy patří:

• „Chemická spotřeba kyslíku“ (CHSK). Organické látky obsažené ve vzorku vody se oxidují v roztoku dichromanu draselného při 148 °C, přičemž spotřeba dichromanu draselného se přepočítává na spotřebu kyslíku.
• „Spotřeba manganistanu draselného“. Vzorek vody se po přidání manganistanu draselného (KMnO₄) převaří. Množství KMnO₄ spotřebované na oxidaci organických sloučenin je vyjádřeno v mg/l.
• „Celkový obsah organického uhlíku“ (TOC). Běžná je vysokoteplotní oxidace při 950 °C atmosférickým kyslíkem na katalyzátorech z kobaltu nebo oxidu nikelnatého. Měří se množství CO2 vznikajícího při spalování a přepočtený uhlík (C) se udává v mg/l.
• „Biochemická spotřeba kyslíku za 5 dní“ (BSK5). Organické sloučeniny ve vzorku vody jsou oxidovány bakteriálně a je uveden kyslík spotřebovaný při tomto procesu.

Výsledky všech těchto metod nejsou navzájem striktně srovnatelné, protože různé látky mohou být oxidovány odlišně. Například huminové látky jsou plně detekovány metodou TOC, ale pouze částečně metodou BSK5, protože jsou poměrně odolné vůči napadení bakteriemi.

Všechny metody vyžadují značné laboratorní nasazení. Pro akvaristiku je vhodná následující zjednodušená metoda BSK5:

Stanovení biochemické spotřeby kyslíku (BSK5):

1. Vzorek vody (přibližně 0,25-0,5 l) se několik minut provzdušňuje pomocí vzduchového čerpadla. Výsledkem je definovaný a reprodukovatelný počáteční obsah kyslíku; při 20 °C je to 9,1 mg/l.
2. Vzorek vody se poté uzavře bez vzduchových bublin a uchovává se při konstantní teplotě (20 °C) ve tmě. – Mikroorganismy nyní začnou co nejvíce rozkládat organické sloučeniny, přičemž spotřebovávají kyslík. Obsah kyslíku ve vzorku se proto snižuje.
3. Po pěti dnech se změří obsah kyslíku. Rozdíl O2 mezi začátkem a koncem experimentu je biochemická spotřeba kyslíku BSK5. Čím vyšší je obsah (bakteriálně rozložitelných) organických látek, tím vyšší je BSK5.

Poznámka: Pokud lze na konci testu naměřit méně než 2 mg/l O₂, musí se test opakovat s novým, zředěným vzorkem. Výsledek se pak vynásobí ředicím faktorem.

Metoda BSK5 je náchylná k selhání z mnoha důvodů. Spotřebu O₂ ovlivňuje například hodnota pH, živné soli a počet a typ přítomných mikroorganismů. Kromě toho anorganické oxidační procesy, které probíhají současně, také vážou kyslík; například přeměna 0,1 mg/l NH₄⁺ na NO₃^–  již spotřebuje 0,46 mg/l kyslíku. Význam BSK5 je proto omezený; spolehlivé srovnání je možné pouze za stejných podmínek měření.

Zkouška. Nepoužije se.

Mezní hodnoty. Čistá pitná voda má 0 mg/l BSK5. V akvaristice nejsou téměř žádné zkušenosti s mezními hodnotami. Akvarijní literatura je skoupá; podle WACHTELA (1982) jsou v akváriích běžné hodnoty mezi 1,5 a 4 mg/l BSK5. 

Vzhledem k citlivosti stanovení BSK5 a možným odchylkám v postupu nelze uvedené hodnoty v žádném případě považovat za závazné.

Zvýšení. Například na začátku zmíněné expandéry plazmy, ethylcelulóza nebo EDTA mohou být přidány do čerstvé vody v množství přibližně 10 mg/l. EDTA je ve své základní formě špatně rozpustná ve vodě, proto je nejlepší použít její sodnou sůl (Na-EDTA), která je k dispozici pod různými obchodními názvy, např. Ti-triplex III®. V obchodě s domácími zvířaty je k dispozici řada přípravků připravených k použití, jejichž receptury vycházejí z uvedených základních látek.

V zaběhlém akváriu obvykle nejsou žádná aditiva nutná, protože spolu s krmivem pro ryby jsou průběžně přidávány organické sloučeniny, které se postupně přeměňují v důsledku metabolismu ryb a mikroorganismů.

Snížení. Pokud je BSK5 příliš vysoký, je kapacita bakteriálního rozkladu příliš nízká nebo je rybí obsádka příliš vysoká. Proto nainstalujte účinnější filtry nebo raději drasticky snižte rybí obsádku! V případě akutní nouze proveďte výměnu vody. Ve zvláštních případech pomáhá filtrace přes aktivní uhlí, které adsorbuje mnoho organických sloučenin, včetně barviv, pesticidů (např. insekticidů, herbicidů, fungicidů…), huminových látek a léků. Ujistěte se, že kvalita aktivního uhlí byla testována v akváriích! Některé typy nežádoucím způsobem mění hodnotu pH vody nebo uvolňují toxické látky z výrobního procesu.

Filtrace. K rozkladu organických sloučenin bakteriemi dochází v podstatě všude, kde se bakterie mohou usadit: na každém zrnku písku, na každé dekoraci, na skleněných stěnách atd., tedy v celém akváriu! Ve filtru probíhají naprosto stejné procesy, ale koncentrovanější. Podle studií WACHTELA (1988) snižuje dobře fungující filtr o objemu 6 litrů v akváriu o objemu 200 litrů organickou zátěž (měřeno jako BSK5) přibližně o polovinu. To znamená, že 6litrový filtr může poskytnout přibližně stejnou degradační kapacitu jako 200litrové akvárium.

Akvarijní filtry pracují převážně oxidačně, tj. rozkládají organický obsah vody za asistence bakterií s vazbou kyslíku. (Redukční filtry se používají pouze ve zvláštních případech, např. ke snížení obsahu dusičnanů). Jednotlivé procesy biochemické oxidace jsou velmi složité. Jejich přesný průběh závisí mimo jiné na teplotě, obsahu kyslíku a typu organických sloučenin. Zhruba řečeno, například bílkoviny se štěpí v následujících fázích, přičemž pokaždé jsou aktivní jiné skupiny bakterií:

proteiny —» peptidy —» aminokyseliny —» amonium —» dusitan —» dusičnany

Informativní je zejména následující přehled:

Ze 100 g bílkovin vzniká 324 g dalších látek. Ke zvýšení množství dochází navázáním dalšího kyslíku, který je odebírán z protékající vody. 

Z toho vyplývá: biologicky správně fungující akvarijní filtr spotřebovává kyslík! Na 1 gram organických sloučenin totiž připadá asi 2,2 gramu kyslíku.

Samotný filtrační materiál se neúčastní procesu filtrace, ale slouží pouze jako prostor pro usazování kolonií bakterií. Proto by měl mít co největší „vnitřní“ povrch a chovat se chemicky neutrálně. Obzvláště se osvědčil materiál, který má také podíl velmi jemných pórů, v nichž se voda může dlouho zdržovat. Vznikají bezkyslíkaté oblasti, v nichž redukční procesy významně podporují rozklad organických sloučenin. (Čištění komunálních odpadních vod je v zásadě oxidační a redukční.) Takové příznivé vlastnosti mají například některé pěny. Naopak filtrační materiál s hladkým povrchem, jako jsou keramické kroužky nebo hrubé oblázky, se neosvědčil. 

Technické provedení filtru (vnější, vnitřní, hrncový, tryskový, povrchový filtr atd.) může ovlivnit účinnost filtrace v důsledku rozdílného zásobování kyslíkem. Oxidační biochemický filtrační proces však zůstává v podstatě stejný.

Potřebná velikost nebo výkon filtru nezávisí na velikosti akvária – jak se často předpokládá – ale na množství produkovaných organických látek. Rozhodujícím faktorem je tedy osádka ryb, přesněji řečeno množství potravy, které se dostává do vody v akváriu; nezáleží na tom, zda potrava ve vodě změkne, aniž by byla zkonzumována, nebo zda vodu znečistí až poté, co se oklikou projde rybím střevem. Například 80litrová nádrž se 120 neonkami musí být filtrována velmi intenzivně, zatímco 500litrové akvárium s rostlinami a pouze 30 neonkami nepotřebuje žádný filtr!

U každého nového filtru trvá několik týdnů, než se v něm vytvoří dostatečně účinné kolonie bakterií. Proces lze urychlit naočkováním použitým filtračním materiálem. V zásadě však lze výkonnost filtru posoudit pouze tehdy, když je akvarijní systém v provozu alespoň jeden až dva měsíce bez jakýchkoli poruch, např. měřením BSK5. Dobrou indikací je také obsah dusitanů, který lze stanovit během několika minut: výkonnost filtru je zjevně příliš nízká, pokud je i přes dostatečnou dobu záběhu stále přítomno více než 0,2 mg/l NO2. – Zkušenosti ukazují, že příliš vysoký výkon filtru brání růstu akvarijních rostlin, protože důležité živiny pro rostliny (železo atd.) jsou příliš rychle oxidovány a odfiltrovány!

Literatura

DIN 38 409 Teil 51: Bestimmung des Biochemischen Sauerstoffbedarfes in n Tagen. Beuth-Verlag, Berlin 30.
HABERER, K. (1985): Über die Anwendung von Messungen im UV-Bereich bei der Trinkwassergewinnung. Zeitschrift für Gewässerschutz – Wasser – Abwasser 79, Seite 172-220.
WACHTEL, H. (1982): Erfahrungen mit dem Biotropfkörper. DATZ36, Seite 179. Reimar-Hobbing Verlag, Essen.
WACHTEL, H. (1988): Zur Aquarienökologie: Filtertechnik. DATZ 41, Heft 4, Seite 42-44. Ulmer, Stuttgart.
STEINBERG, C. und STABEL, H. (1978): Untersuchungen über gelöste organische Substanzen und ihre Beziehungen zu Spurenmetallen. Vom Wasser 51, Seite 11-32.

Publikováno 12.9.2024