Hamburg Sünger Filitresi - Hamburger Matt

Biyolojik Filtreler 

Günümüze kadar geçen süre içinde akvaryum dünyası, biyolojik arıtmanın, mekanik arıtmaya göre canlıların yaşamı için daha faydalı olduğu sonucuna varmış ve biyolojik arıtma yapan düzenekler sıklıkla kullanılmaya başlanmıştır. Aslında biyolojik filtre ifadesi pek doğru bir kavram değildir. Burada filtre, bakterinin kendisidir ve bu amaçla kurulan düzeneklere Biyolojik reaktör yada kısaca Bio-Reaktör demek daha uygun olur.

Belirli tür mikroorganizmaların, uygun ortamda çoğalarak etkin olmaları ve suda bulunan zehirli azot bileşiklerini, zehirli olmayan azot bileşiklerine döndürmesi özelliklerinden faydalanarak yapılan arıtmaya, Biyolojik Arıtma diyoruz. 

Mekanik ve Biyolojik Filtre arasında ne fark vardır?

Mekanik filtreler kuvvetli bir pompa yardımıyla, ortamdaki suyun, yoğunlaştırılmış filtre malzemesinin (medya) içinden hızla geçirilerek, su içinde askıda kalan parçacıkların, bu medya üzerinde tutulması prensibine göre çalışır. Tutulan parçacıklar, boyut ve miktarına bağlı olarak, kullanılan medyayı tıkayacağından, medyanın ya sıklıkla değiştirilmesi yada kısa aralıklar ile temizlenmesi gerekir. Parçacıkların, medya içinde tutulması sırasında ve gerekli şartların oluştuğu bölgelerde, bir miktar biyolojik arıtma olabilir ancak, hızlı su geçişinin, prensip olarak kabul edildiği bu filtrelerde, biyolojik arıtmayı göz ardı etmemiz yanlış olmaz.

Etkin olarak çalışması beklenen bio-reaktörlerde ise, suyun filtre malzemesi içinden geçiş hızı oldukça yavaştır. Suyun bu yavaş akışı sırasında, sadece suda askıda kalabilen (hafif ve küçük) bir miktar parçacık, filtre malzemesinin geçirgenliği ile ilgili olarak tutulabilir veya tutulamaz. Tutulan bu parçacıklar, medya içinde Filtre çamuru olarak adlandırabileceğimiz organik bazlı yapıyı oluştururlar.

Son yıllarda kullanılmaya başlayan, elektrikli motorlar ile güçlü akıntı yaratan iç ve dış filtreler, aslında daha çok mekanik arıtma yapmak için tasarlanmışlardır. Biyolojik arıtmanın önemi ortaya çıktıkça, yapılarında ve içlerinde kullanılan filtre malzemesi (medya)değişiklikleri ile biyolojik arıtma da yapar hale gelmişlerdir.

Bio-Reaktör çalışma prensibi - Azot döngüsü

Çok kısa olarak bahsetmek gerekirse, Bio-Reaktör çalışma prensibi, uygun şartlarda koloni oluşturmuş bakteri aktivitesine bağlıdır. Bakteriler sudaki atık maddeleri alarak, iç yapılarında karmaşık biyokimyasal reaksiyonlar ile bir başka atık madde haline dönüştürürler veya bünyelerinde biriktirirler. Sözü edilen bakteriler, doğal olarak her ortamda bulunmaktadır. Bu bakterilerin çoğaltılması için aslında hiç bir yardıma gerek yoktur. Zaten her ortamda var olan bakteriler yavaş yavaş büyüyerek çoğalırlar ve ortam şartlarına kendilerini alıştırırlar. Özel olarak Nitrifikasyon olarak adlandırılan amonyağın (NH₄/NH₃) iki aşamada nitrata (NO₃) dönüştürülmesi, azot bileşikleri oksitleyici bakteriler ailesine ait çeşitli türlerde bakteriler tarafından gerçekleştirilir.

Amonya veya amonyumun (NH₃/NH₄) ve Nitrit'in (NO₂) varlığı özellikle içinde balık bulunan akvaryumlarda istenmez. Hedef değer genelde kullanılan ölçüm metodları ile (0) sıfırdır.

Nitratın (NO₃) varlığı, balıklar için direk ölümcül değildir. Yemleme zaman ve miktarı, uzaklaştırılmamış ölmüş balık yada çürüyen yapraklar veya yeni eklenen canlılar dolayısıyla, bakteri nüfusunun değişmesine paralel olarak nitrat konsantrasyonuda, sürekli değişiklik gösterir. 75 mg/l lik konsantrasyon balıkların yaşamasını engellemeyecek bile olsa ortalama olarak sınır değerin 20-30 mg/l üstüne çıkmaması hedeflenir. Ancak nitratın, sürekli yüksek konsantrasyonlarda bulunması, balıkların bağışıklık sistemlerinin zayıflayarak, hastalık yapıcı mikroorganizmaların olumsuz etkilerine maruz kalmalarına ve sonucunda balık kayıplarına sebep olur.  

Bio-Reaktör için uygun koşullar nelerdir.

Canlılar için en önemli madde : Oksijen

Azot döngüsü süreci sırasında bahsedilen bakteriler önce amonyağı, sonra buna bağlı oluşan nitrit'i oksitleyerek, nitrata çevirirler ve döngünün bu kısmını tamamlarlar. Ortamda çözünmüş oksijen miktarı, bakterilerin bio-kimyasal reaksiyonlarını etkin olarak gerçekleştirmeleri için birinci derecede önemlidir.

Çözünmüş olarak bulunan oksijen, atmosferden suya , akvaryumun atmosfere açık yüzey alanı boyunca sürekli olarak geçer. Akvaryumda bulunan ve fotosentez yaparak gelişmekte olan bitkiler, ortama bıraktıkları oksijen nedeni ile önemli bir kaynaktır. Havalandırma esnasında, bir miktar oksijenin suda çözünmesi mümkün bile olsa, asıl gaz geçişi akvaryumun yüzey alanı boyunca olur. Bu yüzden geniş yüzey alanına sahip tanklar tercih edilmekte ve önerilmektedir.

Koloninin oluşması gerekli mekan: Filtre malzemesi (medya)

Bio-Reaktörün en önemli parçası, bakteri kolonisinin yerleşebileceği ve görevini yapacağı, bakteri yatağı olarak kullanılacak filtre malzemesidir. Bakteriler,bu malzeme içinde yerleşecekler, zaman içinde oluşan çamur benzeri yapıda bulunan bio-film içinde ve üzerlerinden geçen sudan, yaşamları için gereken besinleri alarak, kendilerinden beklenen bio-kimyasal dönüşümü yapacaklardır.

Bio-Film içinde koloni oluşturan bu bakteri ve diğer canlılar, besin buldukları ölçüde çoğalırlar ve filtre malzemesi yüzeyine yerleşerek büyürler. Zaman içinde oluşan bu miro-fauna içinde denge sağlanıp, değişmeyen (stabil) bir ortam oluşur. Dolayısıyla, sayıca çok miktarda oluşan bu bakteriler için büyük miktarda yüzey alanı sağlamak gerekir. Geniş yüzey alanı olanağı sunduğu için delikli, bol girintili çıkıntılı yapılı malzemeler, bakteri ve kolonilerinin yerleşip gelişmesi için oldukça elverişlidir.

Pürüzlü yapıdaki ve büyük yüzey alanı imkanı sunan her tür malzemenin, yüksek sayıda bulunan mikroorganizmaların, kolaylıkla bu yüzeye tutunarak yerleşebilecekleri ve çoğalabilecekleri akla gelebilir ancak yüzey alanının büyüklüğü, etkin bir bakteri kolonisi yerleşimi için tek başına yeterli ve anlamlı değildir. Bakterilerin boyutları 200 nanometre (10^-9) ila 10 mikrometre (10^-6) arasında değişmektedir. Aynı zamanda, bakterilerin beslenmeleri için ihtiyaç duydukları maddelerinde, koloninin tutunduğu bölgeye ulaşması gerekeceği hesaba katılmalıdır. Gerekli besinlerin belli bir boyutu olduğu ve suyla birlikte hareket ederek bakterilere ulaşması gerektiği düşünülürse, seçilecek filtre malzemesi iç yapısının, yeterli büyüklükte hacimler sunması gerektiği sonucuna varılır. Çok büyük yüzey alanı sağladığı söylenen malzemelerin (sinterlenmiş cam, aktif karbonun bazı türleri, v.b) sadece bu özellikleri ticari sebepler ile ön plana çıkarılmasına rağmen, yalnızca geniş yüzey alanı özelliği, etkili bir bio-reaktör için yeterli değildir. Akvaryum suyuna herhangi bir olumsuz katkı yapmadığı düşünülen, süngerden ibaret filtre malzemesi , bio-reaktör içinde kullanılmak üzere, elverişli alana ve hacime sahip olup aynı zamanda diğer malzemelere kıyasla oldukça ucuz bir malzemedir. Bio-Reaktör için sünger kullanımı akvaryum dünyasında çok yaygındır.

Süngerden ibaret olan Bio-Reaktörün çalışma prensipleri, sert yüzey gerektiren ve başarılı olarak biyolojik arıtma yapan  ıslak kuru filtreler ("wet&dry" / "Trickle filter") ve "Bio-wheel" çalışma prensiplerinden farklı olduğu unutulmamalıdır. Burada, tamamı su içinde çalışan bio-reaktörün genel hatlarıyla, çalışma prensiplerinden bahsedilmektedir. Çok çeşitli şartlara bağlı olarak değişen ve birbirleriyle sürekli etkileşimli dinamik yapıdaki akvaryumlarımız için 'en iyi filtre' ifadesinden kaçınarak, şartlara ve amaca göre, 'en uygun filtre' ifadesini kullanmak daha yerindedir.

Bio-reaktörden geçen suyun hızı ve önemi

Bakterilerin, amonyaktan nitrit'e ve nitrit'ten nitrat'a dönüştürme işlemi için belli bir zamana ihtiyaç duyacağını düşünmek doğaldır. Endüstriyel su arıtma tesislerinde yapılan çalışmalar sonucunda, bakteri yatağından geçen suyun hızı (velocity) için en uygun değerlerin, 1-30 cm/dakika arasında olduğu ve bakterilerin en verimli ve etkin (optimum) olarak, bu hız aralığında aktif olduğu belirtilmektedir. Bakterilerin üzerinden, daha yüksek hızlarda geçen su sebebi ile bakterilerin bulundukları ortama tutunmayı bırakıp yada tutunamayıp, daha sakin akıntıya sahip bölgelerde yerleşip çoğalma eğilimine girdikleri, gerekirse oluşan bio-filmi kalınlaştırarak, bu katmanların daha alt kademelerine geçtikleri ve bununda bio-reaktörün etkinliğini azaltıcı yönde etki yaptığı gözlenmiştir. Dolayısıyla, medya içi yapısındaki düzensizliklerden kaynaklanan turbulans nedeni ile filtre yatağından geçen suyun farklı ve yüksek hızlarda olabileceği düşüncesiyle, medya öncesinde, su hızının 5-10 cm/dakika olmasını öngörmek uygundur. Bu değerin 3 cm/dakika veya 15 cm/dakika olması Bio-Reaktörün etkinliği açısından fark yaratmasa, akvaryum dünyasındaki tecrübeler, hedef olarak 5–10 cm/dakikalık değerin, bio-reaktör tasarımı için en uygun olduğu sonucunu ortaya koymuştur. Bu hız düşük bir hızdır ve her zaman mekanik arıtma için yeterli olmayabilir. Fakat bundan daha hızlı akan su da, biyolojik arıtma için uygun değildir. Mekanik arıtma ile biyolojik arıtma arasındaki temel fark budur. Büyük tanklarda gerek tüm suyun bio-reaktöre ulaşması, gerekse yeterli bir mekanik filtrasyon ve ölü alanların oluşmaması için ayrıca tank içi sirkülasyonun sağlanması gerekebilir.

Sünger filtrelere bir örnek Duvar filtresi (Hamburg matten filter)

Akvaryum hobisinin ilk olarak ortaya çıktığı yerlerden biri olan Hamburg ta, sünger filtreler uzun yıllardır başarı ile kullanılmaktadır. Günümüzde yaygınlaşan çeşitli tipte filtreler, piyasalarda satılmaya başladıktan sonra bu tip filtrelere ilgi azalmış görünmektedir. Halbuki etkinliği açısından diğer filtrelerden aşağı olmayan bu tip filtrenin yapımıda oldukça ucuz ve kolaydır. 

Aşağıda Şekil1 ve Resim1-2 deki gibi, akvaryumun yan camı boyunca konulacak sünger ve suyun bu süngerin içinden geçmesini sağlayacak su akışı elde edildiği zaman, etkili ve kolay bir bio-reaktör elde etmiş oluruz.  

Şekil 1:

Resim 1: Yavruluk örneği

Resim 2: Ana tank içinde kullanılabilen yavruluklar

* Resimler www.aquarienbastelei.de sitesinden alınmıştır.

 

Nasıl Bir sünger kullanalım?

Kendi ağırlığını taşıyacak kadar sert yapıda ve suya olumsuz etkileri olmadığını bildiğimiz her türlü sünger olur. Süngerin rengi zamanla kahverengileşecek veya alg ile kaplanacak ve doğal bir görüntü oluşacaktır. Süngerin yüzeyine açılacak ince yarıkların içine Java moss (Vescularia dubyana) veya Java Fern ( Microsorum pterops) yerleştirilerek te farklı görüntüler yaratılabilir. Bu yerleşimim olumsuz yanı olarak görülebilecek, akvaryum hacminin azalması, bazı yavru balıkların sünger ile cam arasına sıkışıp ölmeleri ve kişilerin tercihlerine bağlı olarak görüntünün beğenilmemesi olabilir. Bu durumda bu düzenek akvaryum dışına da yapılabilir.

Süngeri nasıl yerleştireceğiz?

İster yan veya arka duvar, ister eğerek köşeye koyacağımız süngeri yerleştirirken yanlarından suyun geçmemesi için tam ölçülerde kesilmesi ve akvaryumun tabanından itibaren konulması yararlıdır. Zaman içinde süngerin çıkarılıp bakımının yapılması veya tamamen değiştirilmesi için ince cam kuşaklar ile çerçevelenmesi (Taban dahil) yararlı olur. Burada en çok dikkat edilmesi gereken nokta, yerleştirilen sünger ile cam duvar arasında minimum 2 cm aralık kalmasının sağlanmasındır. Bu ölçü minimum olup yerleştirilmesi düşünülen filtre motoru nedeniyle daha fazla olması filtrenin çalışmasını engellemez. Önemli olan suyun süngerin tamamından geçişinin sağlanmasıdır. Yüksek akvaryumlarda su basıncının etkisiyle duvara doğru eğilmesi muhtemel durumlar için cam duvar ile sünger arasına su akışını engellemeyecek desteklerin konması gerekebilir.

Ne büyüklükte sünger kullanalım?

Yukarıda açıklandığı gibi bakterilerin yerleşmesi için gereken yüzeyin büyük özellikle oksijene ulaşılabilir olması gerekmektedir. Bu yüzden 5 cm kalınlığında bir sünger kullanmak yeterlidir. Yavruluk için kullanılan akvaryumlar için daha ince süngerlerinde kullanılması tasarımı etkilemez.

Bir Sünger Duvar Filtresi tasarlıyalım.

Akvaryum biyolojik bir sistemdir ve biyolojik olaylarda kesin hesaplamalar ve formüllerin yeri yoktur. Burada verilen formül ve hesaplamalar daha çok ampirik formüllerdir ve yıllar içindeki deneyimlerin sonucunda elde edilmiş sonuçları ortaya koymakta olup ve tartışmaya açıktır.

Daha önce bahsedildiği üzere, sünger içinden geçen suyun hızının, araştırma ve deneyimler sonucunda 5 –10 cm/dakika olduğu kabul edilmektedir. Sünger boyutunun en az ne olabileceği hakkında fikir yürütmemezi sağlayacak aşağıdaki formülleri kullanarak, süngeri boyutlandırmaya çalışalım. Hesaplama için kullanacağımız formüller aşağıdadır ve bu formüller yukarıda çizimde görülen filtrenin tasarlanması için yeterlidir.

1. Akvaryum hacmi Q (litre) = boy (cm) x en (cm) x yükseklik (cm) / 1000

Q : Tankın brüt hacmi

 

2. Gerekli sünger alanı A= [n x Q x 1000] / [ V x 60]

Burada;

V: Filtre malzemesi içinde geçen suyun hızı

Q: Tankın hacmi

A: Filtre malzemesinin alanı

n: akvaryumda ki suyun bir saat içinde çevrileceği sayı

Tasarım için Kabuller:

Biyolojik filtrenin nasıl çalıştığının anlatıldığı bölümlerde bazı en uygun değerlerden bahsedilmişti, buna göre

Filtre malzemesi içinde geçen suyun hızının (V) en uygun 5-10 arasında seçilmesi uygun olur.

Biz 5 cm/dakika olarak seçelim.        V= 5 cm/dakika

Akvaryumda ki suyun saatte 1 veya 2 kere çevrilmesi nin uygun olduğu yine belirtilmişti.

Biz 3 kere çevrildiğini düşünelim.     n= 3

Örnek tasarım:

100 cm x 50 cm x 40 cm akvaryum için yukarıdaki formülde bilinen ve kabul edilen değerleri yerine koyalım.

n= 3

V= 5

Q = 200         Örneğimizdeki tank için 100 x 50x 40 /1000 = 200 litre dir.

A= [ 3 x 200 x 1000] / [ 5 x 60]  -à  600.000 / 300  --à  2.000 cm² olarak bulunur.

Örnek tankımızın yan duvarı boyunca süngeri koyacağımızı düşünürsek

Alan = en x yükseklik --à  yükseklik = Alan / yükseklik  formülünde bilinen değerleri yerine koyarsak;

En = 2000 / 50 --à   40 cm çıkar.

Akvaryumun eni (40 cm) olduğuna göre, bu ölçüyü rahatlıkla karşılamaktadır. Su seviyesinin üstünde 1 cm fazlalık ve süngerin sıkı sıkıya yerleşmesi için, enininde 0,5-1 cm fazla kesilmesi uygun olur. Böylece 51 cm x 40,5 (41) cm lik ebatlarında, 5 cm kalınlığında süngeri, akvaryumun yan duvarına hafifçe sıkıştırarak koyabiliriz. Bu süngere açacağımız küçük bir deliğe koyacağımız filtre kafa motoru ile tasarımını tamamlamış oluruz. Kullanılacak motorun kapasitesi için aşağıdaki basit hesabı yaparsak;

n= 2 kabul ettiğimizden  200 litre x 2 = 400 litre/saat kapasiteli bir motor  koymanın yeterli olduğunu görürüz.

Daha küçük boyutlu akvaryumlarda kafa motoru yerine hava motoru ile çalışan boru kullanarak gerekli filtre akışını sağlayabiliriz. Hava miktarını ayarlamak şartıyla, 13 mm çapında borudan hava ile birlikte çıkan su ile 60 litrelik bir akvaryumun filtreleme ihtiyacını karşılayabiliriz. Daha fazla miktarda suyun devretmesi için daha kuvvetli bir hava motoru ile birlikte çift borulu bir sistemde kullanabiliriz.

Sizde akvaryum ölçülerinize, çalışma şartlarında belirtilen sınırlar içinde kalarak, yukarıdaki basit formülü kullanarak çeşitli ebat ve su devir hızına sahip sünger duvar filtreler tasarlayabilirsiniz. Eğer kullanmayı düşündüğünüz pompanın kapasitesi tüm akvaryumda su sirkülasyonunu yeteri kadar sağlıyamıyacağına inanıyorsabız, ilave bir pompa koyarak ayrıca gerekli akışı sağlayabilir ve dolayısıyla mekanik filtrasyonun etkinliğini arttırabilirsiniz.

 

Resim3: Sünger filtrenin akvaryumda kullanılması örneği.

* Resim http://www.mabi.de/~boehm/filter.htm sitesinden alınmıştır.

 

Süngerin temizliğini nasıl yapacağım?

Bu ölçülerde tasarlanan bio-reaktörü, akvaryumdaki balık sayısı ve yemleme şekline göre değişmekle birlikte, çok uzun süre temizlik yapmadan kullanabilirsiniz. Kurulumundan bu yana 11-12 yıl geçmiş akvaryumlarda, hiç temizlenmeden etkili arıtma yapan bio-reaktörler olduğu bildirilmektedir. Resim3 de görünen sünger filtrenin 12 yıldır hiç temizlenmeden kullanıldığı belirtilmektedirSünger tıkanmadan süngere dokunmak doğru bir yaklaşım olmaz. Süngerin tıkandığını, süngerin duvar ile arasında kalan bölgedeki su seviyesinin farkından anlıyabilirsiniz. Eğer süngerin arkasındaki bölgedeki su seviyesi normalden çok aşağıdaysa, süngeri temizleyip kullanmaktansa yenisi ile değiştirilmesi uygun olur.

Resim3: Sünger filtrenin akvaryumda kullanılması örneği.

Resim http://www.mabi.de/~boehm/filter.htm sitesinden alınmıştır.

Birden fazla sünger kullanabilirmiyim.

Elbette kullanılabilir. Özellikle büyük ebatlı tanklarda birbirine zıt duvarlarda bu filtrele kullanılabilir. Çünkü hesap ile ortaya çıkan pompanın suyu sirküle etmesi, büyük boyuttaki akvaryumlar için yeterli olmayabilir. Bu olumsuzluğu ikinci bir sünger duvar filtre koyarak ortadan kaldırabiliriz.

Köşeye bombeli olarak süngeri koyabilirmiyim?

Akvaryum içine köşeye bombeli olarak sünger konulabilir. Eğilmeden dolayı bir miktar alanın kaybolacağı düşünülürsede, bu eğimin etkisi ihmal edilebilir. Bombe dışa doğru olabileceği gibi, arkasında yeteri kadar alan kalacak şekilde önlem alındığında, içe doğru bombeli olarakta kullanılabilir. Şekil2 de, böyle tankın üstten görünüşü bulunmaktadır.

 

Şekil 2: Köşe sünger uygulaması

Su değişimi yapmasak olurmu?

Kısaca bu sorunun cevabı hayırdır. Gerek akvaryumdan buharlaşan su nedeniyle artan tuzluluğun giderilmesi, gerekse biyolojik arıtma son ürünlerinin (nitrat v.b), suda birikmesinin önlenmesi veya çözünmüş organik madde miktarının kontrol altında tutulması için su değişimlerinin aksatılmadan yapılması gerekir. Su değişimi sırasında su hazırlayıcılar kullanmak ve suyu bir süre dinlendirmek, akvaryumda barındırılan canlıların yaşamlarını ve biyolojik filtrenin aktivitesini ani olarak kaybetmesine karşı alınbilecek en kolay tedbirdir.

Bu filtreyi deniz akvaryumlarında kullanabilirmiyim?

Normal şartlar altında bu tip fitrenin tuzlusu akvaryumlarında kullanımı önerilmemektedir.

Sünger duvar filtre ne zaman olgunlaşır?

Etkin bir filtrasyon için süngerin olgunlaşma süresi 12 hafta olarak verilebilir.

 

---

Kaynak:

Olaf Deters , Aquaristik ohne Geheimnisse - http://www.deters-ing.de