＜生物ろ過の仕組み＞

・生物ろ過 まず、ろ過をしないと水槽内がどのようなことになるのかを知っておきましょう。 水槽内に熱帯魚が何匹かいたとします。その熱帯魚はフン等でアンモニアを排出します。また、エサや枯れた水草等からもアンモニアは発生します。この「アンモニア」は生物にとって非常に有害で(それゆえに体内から排出されるのです)、そのままでは水槽内に蓄積されていきます。 アンモニアは水中では、アンモニウムイオン(NH4+)となり、これは生物にとって有害ではありません。問題になるのはイオン化しなかったアンモニア分子(NH3 )です。アンモニウムイオンの濃度が高くなってくると、アンモニアの濃度のそれに従って上昇します。 ある濃度を超えると、熱帯魚は生きていくことが出来なくなり、死んでしまいます。だいたい、0.1g/l がデッドラインですね。 「生物ろ過」は、このアンモニアをいくつかのプロセスに分けて分解していくことで、水槽内から除去することが出来ます。 まず、アンモニアは生物ろ過(消化バクテリア、)によって、「亜硝酸(NO2-)」へ分解(酸化)されます。亜硝酸も毒性はあるのですが、アンモニアと比較するとかなり毒性は低いです。次に、亜硝酸は同じ分類のバクテリアによって「硝酸塩(NO3-)」へと変化します。この「硝酸塩」はほとんど毒性が無く、ここまで分解されれば高濃度で無い限りとりあえず生体が生きていくことが出来ます。 ところが、「硝酸塩」は水草を代表とする植物の肥料になるのですが、同時にコケの肥料にもなり、この硝酸塩を水槽内から除去しなければ、コケが大発生してしまうこともあります。 硝酸塩は脱窒素バクテリアによって除去(脱窒)されます。脱窒素バクテリアは通性嫌気性バクテリアです(硝酸還元菌)ので、無酸素環境下で脱窒することが出来ます。(バクテリアには好気性と嫌気性があり、絶対好気性は酸素がある環境、絶対嫌気性は無酸素環境で生活します(それぞれ逆の環境では、数秒で死滅します)。通性嫌気性細菌は、十分な酸素が存在する環境下では好気呼吸(硝化・アンモニアを亜硝酸へ変化させる反応)を行い、無酸素環境になると硝酸塩呼吸(還元・脱窒する反応)を行います。) 嫌気性バクテリアは通常、「腐った」水のにおいを発するバクテリアが多く生息する環境です。ですので、その環境はなるべく水槽内に作らないのが基本です。つまり、結果的に脱窒素バクテリアが存在する環境が少なくなり、硝酸塩の還元が進みにくいのです。 このバクテリアをどれだけ、水を腐らせずに水槽へ定着されられるかが、重要なポイントでもあります。 一般的には、脱窒素バクテリアの定着は期待せず、換水で対応するのが普通です。ところが、自然の池等では脱窒が行われています。ですので、「水槽の基本」でお話した、最終目標は自然を再現すること、というのはこう言う事なのです。レイアウト等を自然に近くすることで、嫌気領域が適度に構築されて、うまく硝酸還元菌が定着する可能性が高くなるのです。 脱窒素バクテリアはフィルターに定着しないので、これはフィルターとはまた別問題なのですが、コケに対する知識として覚えておくといいと思います。例えば、コケがひどく、水質を試験紙で測ったとしましょう。アンモニア、亜硝酸は全く検出されないのに硝酸塩だけが異常に濃度が高いという状況であるなら、脱窒素バクテリアが不足していることになります。コケだらけだからといって、フィルターのろ過能力不足と決め付けるのは、あまりにも短絡的です。 この、アンモニアから硝化物になり、最終的に窒素になることを、窒素サイクル(窒素循環)といいます。 窒素サイクルでは、大まかに以下の反応が起きています。 CO(NH2)2 + H2O → 2NH3 + CO2 (ウレアーゼ尿素分解酵素によって、尿素からアンモニアが発生) NH3 + H2O ←→ NH4+ + OH- (アンモニアは水に溶けると、一部は無害なアンモニウムイオンとなります) N2 → NH3 (窒素固定) NH4+ → NH2- → NH3- (硝化) NH3- → NO2- → NO → N2O → N2 (還元) この窒素サイクルがうまく働いていれば、化学ろ過は必要ありません。また、過密飼育でなければ、物理ろ過も最小限で済みます。水槽内にある目に見える有機物(フン、死骸、枯れた水草等)は貝類やエビ等に分解され、分解者、つまりバクテリアによってさらに細かく分解していきます。その為に、時間は掛かりますが自然と同じ分解サイクルが水槽内で再現されるのです。 生物ろ過が完璧に安定している水槽は、非常に崩れにくいです。

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