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Biología 9.

 


 


La filtración biológica
© Roberto Petracini

1. Introducción.

Hablar de filtración exige no sólo hablar de los elementos necesarios para tal fin, sino también mencionar los principios sobre los que se sustenta cada sistema o forma de filtrar el agua.
Deberíamos dividir el tema del filtrado en por lo menos dos etapas:  la filtración y la postfiltración.
Dicho de otro modo podemos hablar de la retención de ciertos elementos (filtración) y de un agregado o eliminación o modificación de ciertas sustancias (postfiltración).
Por otra parte la retención de elementos puede dar lugar a un proceso posterior bioquímico (filtro biológico) o a la simple limpieza del agua (filtro mecánico). En los primeros (filtro biológico) la renovación o limpieza muy frecuente del sustrato que retiene las impurezas no es necesario, salvo saturación del mismo.
En los filtros mecánicos la renovación o limpieza del sustrato debe producirse con asiduidad dado que su función es retener grandes cantidades de sustancias en pequeños espacios y el proceso biológico –si bien está presente- no es suficiente para la transformación de las sustancias retenidas.

Para finalizar esta introducción diremos que existe también un sistema de postfiltración en el cual interviene la sustracción física de sales minerales. Este proceso por intercambio de iones es el que permite eliminar ciertas sales minerales con la finalidad de “ablandar” o reducir la dureza del agua. Existe de tal  modo una similitud en el fenómeno, pues mientras los filtros retienen materia en suspensión, los intercambiadores de iones retienen materia disuelta en el agua. Digamos que el término correcto para identificar este proceso sería desmineralización.

No es nuestra intención resumir aquí los principios químicos, físicos y biológicos que intervienen para hacer del agua el elemento esencial de la vida. Pero sí es imprescindible mencionar que ningún otro ser vivo depende de las características del agua tanto como los peces. Y vale la pena recordar que en la práctica del acuarismo los peces se ven obligados a vivir en un medio en el cual no pueden elegir el agua que más les conviene. Es más, en muchos casos deben hacerlo en aguas que no siempre es la que necesitan y hasta en aguas totalmente opuestas a sus necesidades.
El cambio de las condiciones del agua en la naturaleza se va compensando con la posibilidad de los peces de emigrar en busca de mejores condiciones. Esta migración no es posible dentro del acuario, por lo que será el acuarista quien debe extremar ciertos cuidados en relación al agua. Para que ello sea posible debemos conocer al menos dos cosas:
1. las necesidades y exigencias de las especies que se encuentran en el acuario;
2. el tipo de agua de que se dispone.

Para comprender un poco más la acción y reacción del agua, su composición y comportamiento, sugerimos visitar nuestras páginas de Química del Agua donde se encuentran soluciones prácticas a los problemas de pH, dureza, etc.

Partiendo de la base que el aficionado ya conoce las características físico-químicas del agua que será objeto de filtración y/o postfiltración, pasamos a analizar brevemente la filtración biológica.
El tema del agua es tratado en diversas páginas de este Web y recomendamos bajarlas para leerlas detenidamente.

2. La Filtración.

Existen varios métodos o sistemas de filtración del agua de un acuario. Cada uno de estos sistemas han sido desarrollados en función de diferentes necesidades. Para comprender cuáles son las necesidades, trataremos de desarrollar (sintéticamente) los diferentes problemas de filtrado que se deben resolver en un acuario.

En esta página veremos La filtración Biológica. En otras podrás encontrar La filtración mecánica, El filtro con turba, Filtración con ultravioleta, Materiales para filtros.  

El Filtro de fondo o filtro biológico.

Es el más común de los filtros y, prácticamente, de uso universal. Si bien desde hace años se debate sobre las ventajas o desventajas de que el agua circule a través del filtro hacia arriba o hacia abajo, nadie pone en tela de juicio la importancia de este sistema de filtración.

El sistema convencional, por medio del cual el agua circula pasando primero por la grava (o arena gruesa) y luego sale a través de los picos o tubos extractores, se ilustra de la siguiente manera:

El filtro de placas es un mecanismo sencillo que da lugar a un proceso complejo pero simple de explicar. Esto que parece un juego de palabras, será lo que veamos a continuación.
El aire producido por el aireador impulsa, por succión dentro del tubo, una corriente de agua ascendente. El tubo (o pico) está firmemente sujeto a la placa y por lo tanto el agua que asciende es tomada desde debajo de la misma. Esa agua es repuesta por la que está dentro del acuario. Se produce así un circuito cerrado  en el cual la misma agua pasa varias veces por día a través de la grava, por debajo de las placas y retorna por el tubo dentro del acuario (líneas azules en el gráfico)

A medida que el agua circula entre la grava ésta retiene las impurezas, que no son otra cosa que los deshechos orgánicos de los peces, restos de comida, hojas de plantas muertas y otros residuos. 

Este sistema es utilizado también en los acuarios marinos, pero con la diferencia que el lecho en lugar de ser de material neutro (grava o arena) es de material calcáreo (conchilla molida, cuarzo o material similar). (Ver nuestra página “El Acuario marino”).

¿En qué consiste el aspecto “biológico” de éste filtro? Sin profundizar en el tema diremos que en el sustrato (grava) se desarrolla una colonia de bacterias aeróbicas. Es decir bacterias que necesitan oxígeno para su proceso vital. El oxígeno es aportado permanentemente por el agua que circula a través del lecho. Dentro de ese conjunto de bacterias aeróbicas hay dos o tres especies que son de fundamental importancia en el proceso de transformar esos deshechos orgánicos en nitratos.  

En otra página de este sitio Web hablamos de los procesos de nutrición. Nos referimos a ello cuando tratamos los temas Alimentación, Enfermedades, etc. Y debemos hacerlo nuevamente aquí porque el proceso de filtrado no es otra cosa que  un proceso de nutrición en el cual ciertas bacterias obtienen sus nutrientes de los deshechos orgánicos acumulados en el lecho de grava (biomasa).
En un acuario hay muchos tipos de bacterias diferentes. Que unas se desarrollen más que otras depende de las características del medio. En un medio altamente oxigenado se desarrollarán mejor las bacterias aeróbicas. En un ambiente carente de oxígeno se formará una importante  colonia de bacterias anaeróbicas.
Las bacterias llegan al acuario por diversos medios, ya que están omnipresentes en todos los ambientes (en el aire, en el agua o en cualquier superficie sólida). Entre las bacterias siempre presentes, encontramos también Aeromonas sp. y Pseudomonas sp., causantes de muchas enfermedades.

Vamos a dar como cierto que el visitante ya consultó nuestra página sobre nutrición, o que conoce el tema, y pasamos a mencionar que las bacterias heterotróficas (aquellas que se nutren de las ligaduras de carbono-hidrógeno presentes en los deshechos) inician un proceso de multiplicación explosivo ni bien encuentran biomasa para nutrirse. Son las primeras en desarrollarse en un acuario, interviniendo activamente en el ciclo del carbono. Ellas producen carbono y bióxido carbónico en su proceso nutricional a partir de los primeros deshechos.
El siguiente grupo en desarrollarse son las autotróficas (quimioautotróficas), o sea las que utilizan carbono inorgánico (en forma de bióxido carbónico) para su nutrición. En ese proceso las Nitrosomonas oxidan las sustancias amoniacales (por ejemplo el amoníaco) para reducirlo a nitritos, utilizando la energía provista por el oxígeno molecular. Los nitritos formados se oxidan a su vez por medio de bacterias de los géneros Nitrobacter y Nitrocystis dando lugar a la formación de nitratos.  

En todo este proceso es fundamental la abundancia de oxígeno. El agua dulce, bien aireada, puede contener (a 24º C) 12 mg/litro de oxígeno (12 ppm), el agua marina a igual temperatura contiene 7 mg/litro (7 ppm) y el aire atmosférico (el lugar donde mejor se desarrollan las bacterias aeróbicas) contiene 200 mg/litro (200.000 ppm, o sea un 20% de oxígeno).

Esta es la razón por la cual los filtros seco-mojado (dry-wet) son mucho más efectivos que los de placa, ya que al existir mayor contacto con el aire atmosférico, el filtro contiene abundante oxígeno.  

Gracias a este mayor aporte de oxígeno, el cultivo de bacterias aeróbicas puede crecer todo lo necesario en proporción a los nutrientes disponibles. Y no olvidemos que los nutrientes de estas bacterias son los compuestos que perjudican a los peces.
Las bacterias autotróficas requieren de mejores condiciones y de mayor tiempo para multiplicarse. Este es el problema que surge en los acuarios nuevos, donde la existencia de los primeros deshechos origina una rápida multiplicación de las bacterias heterotróficas, las que producen como resultado de su proceso gas nitrogenado, mientras que aún no se ha desarrollado el cultivo de las bacterias nitrificantes.
En los comercios expenden bacterias liofilizadas o en solución salina para “sembrar” los acuarios y “madurar” el filtro.
En realidad Nitrobacter no pueden ser liofilizadas ni envasadas de otra forma por su extrema sensibilidad. Es decir que lo que estamos sembrando en nuestros acuarios no son otra cosa que bacterias heterotróficas, ni más ni menos que aquellas que forman parte de la primera etapa de la cadena. Si no se desarrolla en poco tiempo un cultivo para transformar los nitritos, el acuario alcanzará un nivel de nitritos muy elevado y no estará en condiciones de alojar peces.
La conclusión obvia es que la “maduración” del filtro, con o sin sembrado de bacterias envasadas, requiere de un tiempo y de un proceso que sólo pueden acelerarse mediante un mayor aporte de biomasa y oxígeno.  

No olvidar lo mencionado antes: las bacterias nitrificantes necesitan más tiempo para desarrollarse.

Gráficamente, este proceso se podría ilustrar del siguiente modo:

El ciclo se completa cuando las plantas y algas, utilizando la energía de la luz toman los nitratos, que asociados con el anhídrido carbónico se transforman en sales, para su propio proceso nutricional. En lugar de producir como deshecho gran cantidad de CO2, las plantas producen O2 (oxígeno) y muy pequeñas cantidades de dióxido carbónico. Gráficamente se ilustra de la siguiente manera: 

 

En otra página de este Web se analiza y diagrama el filtro seco-mojado (dry-wet), pudiendo ser consultado para mayores detalles.

Para evitar la saturación del filtro de placas, se pueden utilizar filtros mecánicos adicionales, tales como los filtros canister (de canasta), filtros cascada (de rebalse o mochila) o filtros sumergibles (interiores). Cada uno de ellos cumple la finalidad retener material, pero algunos de ellos también pueden cumplir otras funciones. Puedes visitar las páginas de filtración con links al pie de esta página para informarte.

  Filtrado por turba | Filtrado 4 (Materiales y filtros 1) | Filtrado 5 (Materiales y filtros 2) |
| Filtración por diatomeas | Filtrado 6 (Carbón activado) |  Filtración por ultravioleta | 

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