Introducción

Lo que redacto a continuación es un articulo sobre filtración que se hizo en el foro de infopez, foro que ya no existe, esta realizado por acuaristas con grandes conocimientos que admiraba y de los que aprendí, en la época que estuve en dicho foro, lo tenia guardado entre mis apuntes de acuariofilia y me ha parecido importante rescatarlo para ponerlo de nuevo visible en la web para el que le pueda interesar, la imágenes que contenía el articulo también se han perdido y yo no las tengo, así que las que he podido las he rescatado de la web.

La Filtración en el acuario

En un acuario, además de entender la filtración como un medio de retirar las “impurezas” que se puedan encontrar en el agua, lo que denominaríamos filtración física o mecánica, nos encontramos con la necesidad de enfrentarnos a uno de los pilares sobre los que se asienta nuestra afición, la llamada “nitrificación” y que nos obliga a hablar de otro tipo de filtración, la biológica.

La “Nitrificación” es el proceso de oxidación del amoniaco (NH3) a nitrato (NO3). Este proceso de nitrificación debe de darse siempre en presencia de O2. El amoniaco (NH3) producido por los peces, así como el producido por los restos de comida, hojas muertas…, etc. Son elementos muy tóxicos que en el caso concreto del NH3, en los peces provoca la dilatación de las láminas branquiales provocando la asfixia, llegando a producir la pérdida de masa en las agallas e incluso la muerte en el caso de una exposición prolongada o una alta concentración de este.

Este NH3, en el primer paso de este “ciclo”, es oxidado por medio de la actividad bacteriana (a través de bacterias del género Nitrosomona) formándose nitritos (NO2) como producto restante, menos tóxico este en proporción al NH3 pero igualmente letal si sube su concentración, ya que estos se introducen en la corriente sanguínea de los peces dificultando el transporte de O2 por la hemoglobina. A su vez los nitritos son de nuevo oxidados (por bacterias del género Nitrospira) formándose nitratos (NO3), mucho menos tóxicos y que a su vez son asimilados por las plantas o reducidos por medio de cambios de agua. Por lo que gráficamente lo podríamos resumir así:

Por todo esto, queda claro que para cumplir con todos los requisitos necesarios, nuestro sistema de filtración debe de ser físico y biológico.

A la hora de diseñar un sistema de filtración se deben de tener en cuenta seis factores primordiales:

  1. Volumen de filtración (volumen de la masa filtrante).
  2. Velocidad de filtración.
  3. Tiempo de contacto.
  4. O2 disponible.
  5. Masa filtrante.
  6. Movimiento de agua en la urna.

 

1º- Volumen de filtración.

Entendemos como volumen de filtrado la cantidad de materia filtrante útil (en litros) que es capaz de contener el sistema. Cuantos mas litros de masa tengamos, más potencial de filtrado tendremos. El volumen de dicha masa debería de estar por encima del 5-10% del volumen del tanque a filtrar.

 

2º- Velocidad de filtración.

Esta depende del tipo de acuario al que nos estemos enfrentando y debe estar en función de cuatro parámetros: el pH, la temperatura, la cantidad de materia orgánica en descomposición y la cantidad de fauna que tengamos; en general el aumento de cualquiera de éstos implica mayores necesidades de filtración.

En acuarios de aguas blandas y Ph ácidos (< 7) donde la presencia de NH3 es menor (existe mayor presencia de amonio (NH4)) y por lo tanto menos riesgo de toxicidad, la velocidad debería de rondar entre 0.35-0.75 veces la capacidad del acuario por hora. Más velocidad solo nos daría problemas de saturación, más mantenimiento y ninguna ventaja añadida. En cambio, en acuarios de Ph alto (> 7,5) debido a la alta toxicidad del NH3 y a la baja presencia de NH4 deberemos de pasar la mayor cantidad de agua posible por el filtro con el fin de retirar el NH3 de manera rápida. En estos casos (acuarios marinos o africanos por ejemplo) la velocidad de filtrado debería de ser de al menos 2-3 veces el volumen del tanque por hora.

Aclaración 1:

En este apartado se nombra como velocidad de filtración a la relación entre el caudal del filtro y el volumen del acuario. La velocidad de filtración debe hacer alusión al caudal de filtración en relación a la sección del filtro usado. Se expresa en unidades de longitud dividido por unidad de tiempo. A mayor sección de filtro menor velocidad.

La velocidad de filtración influye directamente sobre la estabilidad de la colonia bacteriana en su sustrato. A mucha velocidad hay riesgo de desprendimiento y a poca velocidad hay riesgo de bajar la concentración de O2, responsable del buen trabajo de las mismas.

Se le podría nombrar como Índice de Renovación y expresaría las veces que atraviesa la totalidad del agua del acuario a través del filtro en 1 hora.

 

3º- Tiempo de contacto.

Este tercer apartado es el punto de unión con los otros dos. Cuanto mas tiempo tarde el agua en atravesar nuestro filtro, mas eficaz será la actuación de este. Se me hace imposible expresar cual debería de ser el tiempo de contacto del agua con nuestro filtro, pero si mantenemos las directrices de los puntos anteriores:

  • Volumen de filtración mayor del 5-10% del volumen del tanque.
  • Aguas ácidas velocidad de entre 0.35-0.75 volumen total / hora.
  • Aguas alcalinas velocidad de entre 2-3 veces volumen total / hora.

En el caso de aguas ácidas, un volumen del 10% del total, debido a la lentitud de paso nos daría un tiempo de contacto adecuado, mientras que en un medio alcalino, la velocidad alta de circulación nos obligaría a aumentar 2 ó 3 veces el volumen del filtro con respecto al que se usaría en aguas ácidas (20- 30% del volumen total).

Aclaración 2:

En el artículo se nombra Tiempo de Contacto a lo que habitualmente, en el argot de la filtración, se denomina “Tiempo de Residencia”, aunque eso es lo de menos, una vez que se aclara el concepto. Se define como Tiempo de Residencia al valor del volumen del lecho filtrante dividido por el caudal de la bomba del filtro.

Hay que distinguir el Tiempo de Residencia de un sistema filtrante cíclico a un sistema no cíclico. La filtración del acuario es obviamente un sistema cíclico, en tanto que el agua que se filtra será filtrada de nuevo dentro de un “circuito” incesante. La filtración en el acuario es reiterativa. Un sistema filtrante no cíclico es aquel que filtra agua que posteriormente no va a volver a ser filtrada.

El Tiempo de Residencia “instantáneo”, en un sistema cíclico sería equivalente al Tiempo de Residencia total en un sistema no cíclico.

En base al concepto citado, el caudal de filtración no hará otra cosa que conseguir mejorar la filtración, siempre que el tiempo de residencia instantáneo no sea ni muy bajo (riesgo de desprender la colonia bacteriana del sustrato) ni muy elevado (riesgo de anoxia en el lecho bacteriano). Para ello hay que coordinar caudal con sección y volumen filtrante. Estos conceptos son aplicados a filtros estancos trabajando a la presión que ejerce la bomba.

Aconsejo elevados caudales de filtración con un consecuente Índice de Renovación elevado siempre que se contemplen de forma racional todos los demás apartados influyentes en la optimización de cualquier sistema.

Caudales de filtración elevados con secciones de paso bajas en lechos filtrantes repercutirá negativamente en la calidad de la misma. Hay que conjugar con buen criterio velocidad de filtración y sección de paso de filtración para conseguir un sistema cuyo funcionamiento sea óptimo.

El caudal de filtración está estrechamente ligado al aspecto cuantitativo y cualitativo de un sistema optimizado. A mayor caudal, mayor filtración.

Nunca se filtra en exceso si se contemplan adecuadamente los valores citados. Si se filtra una sustancia previamente filtrada, jamás repercutirá negativamente en la calidad de lo filtrado; en el peor de los casos quedará como antes de ser refiltrada.

Para un caudal determinado, la velocidad de filtración adecuada depende de la sección del lecho filtrante y el tiempo de residencia instantáneo depende de la velocidad de filtración y del volumen del lecho filtrante (sección x altura).

 

4º- O2 disponible.

La importancia del O2 disuelto se explica conociendo la disposición de las diferentes grupos de bacterias en las masas filtrantes:

El biofilm bacteriano es un ecosistema en si mismo, en él no sólo los conjuntos de colonias de bacterias heterótrofas que metabolizan distintos componentes de la MO (materia orgánica) dan a éste una complejidad enorme, sus redes tróficas de nutrientes y energía son tan complejas como, por ejemplo, las de un “bosque” . La dificultad de resumir inteligiblemente el funcionamiento del biofilm nos obliga a limitarnos a la parte que más nos interesa, la nitrificación.

En el gráfico se aprecia como la expansión de los grupos de bacterias se realiza en tres dimensiones. Las zonas mas interiores corresponden a los primeros núcleos colonizados, mientras que el contorno exterior se refiere a los últimos grupos en aparecer en escena.

Para que las bacterias puedan pasar de NH3 (amoniaco) a NO2 (nitrito) y luego a NO3 (nitrato), se necesita O2. Al apartado del proceso metabólico nitrificante que utiliza esta incorporación de O2 se le denomina oxidación y en los filtros comunes (permanentemente sumergidos), este O2 se obtiene del agua circundante, con lo que al consumo de O2 por parte de nuestros peces, plantas…etc., deberemos de sumar el de nuestro filtro. En los filtros denominados “seco- húmedos”, este O2 se obtiene directamente del aire. Una de las normas que se cumple en este sistema es que a mayor cantidad de O2 mas superficie de biofilm se activa.

El biofilm toma el O2 a favor de gradiente, es decir cuanto mayor es la concentración de O2 zonas mas profundas de dicho film son capaces de obtener dicho O2 y procesar por lo tanto NH3 ó NO2. Por lo tanto cabe decir que a la hora de montar nuestro sistema de filtración deberemos de diseñarlo de manera que la concentración de O2 en el agua sea la máxima posible. Esto se consigue, o bien con filtros seco húmedos, sistemas de sumidero, y movimiento superficial de agua.

 

5º- Masas filtrantes.

De su calidad y disposición depende gran parte del éxito de un sistema de filtración. En el proceso de filtración debemos distinguir la filtración mecánica y la biológica que, aunque independientes y siendo posible el montar únicamente una de las dos en nuestro filtro, para una correcta y completa filtración deberían estar presentes ambas fases.

Para la filtración mecánica se utilizan gran cantidad de esponjas y fibras de diferentes grosores que permiten de una manera adecuada retener las partículas en suspensión en el agua. Si se dispone del espacio, conviene utilizar varias de estas esponjas de diferentes grosores para retener poco a poco las partículas así como evitar usar materiales muy “cerrados” o apelmazados que impidan la correcta circulación del agua o den lugar a saturaciones. Si disponemos, por ejemplo, de tres esponjas de tres pasos diferentes, se deberían colocar de manera que la mas permeable sea la primera y la menos la última, de esta forma las diferentes impurezas se depositarán gradualmente a lo largo de las fibras sin bloquear el acceso y sin apelmazarse en una zona concreta. La principal función de esta parte de la filtración consiste en conseguir que el agua que atraviese esa zona lo haga en las mejores condiciones para que la siguiente fase (la biológica) del mismo no se sature por causa de las partículas que puedan atravesarla.

En la parte “biológica es donde propiamente dicho se va a efectuar la mayor colonización bacteriana, y por lo tanto el mayor trabajo de nitrificación. Para esto existen numerosos materiales, cuya principal característica debe de ser la de tener mucha superficie de asentamiento y permitir el correcto flujo de agua en el menor espacio posible, a fin de que el espacio de colonización por unidad de volumen sea el máximo posible. Gráficamente la distribución de un filtro podría ser como sigue:

 

6º- Movimiento de agua en la urna.

Este es quizás el mas fácil de ver. La circulación del agua dentro del acuario debe de ser tal que permita pasar todo el volumen de agua del tanque por el filtro, sin dejar zonas muertas.

Bueno después de todo esto solo faltaría un apunte sobre uno de los factores de más uso en grandes instalaciones aunque algo complejo para ser usado en instalaciones de las denominadas “domésticas”, La sedimentación. Esta se produce en filtros grandes con gran sección de paso de agua y pequeños caudales (lo que nos limita su uso único en instalaciones con Ph altos). En estos filtros no hay presión, lo que posibilita que las partículas sedimenten (precipiten en el fondo) antes de llegar al filtro mecánico, es decir el concepto se basa única y exclusivamente en bajar la velocidad del flujo del agua, permitiendo así la sedimentación de partículas, cuyo tamaño sera menor cuanto más lento sea el flujo conseguido, es decir que cuanto más ancha y profunda sea la cámara de decantación y menor el caudal que pase a través de ella, “mas limpia quedará el agua. El tamaño mínimo necesario es igual por lo tanto al máximo disponibles. Si tenemos en cuenta esto nos daremos cuenta que este efecto es solo factible en filtros del tipo sumidero.

Como final dejar una frase de Antonio Trías que define este tema de una forma más o menos ….: Todo está un poco relacionado, a mayor velocidad, pues antes se colmata una sección de filtro, por tanto a mayor sección, menos servicio. La velocidad “necesaria” dependerá de la toxicidad del NH3 y esta es función de la carga biológica, del pH y del O2 disponible, este a su vez es proporcional a la superficie del sistema y a la carga biológica y a la T. La velocidad “de retirada” depende del caudal, y el mantenimiento del filtro, es directamente proporcional a ese caudal. El concepto es que tenemos “muchos” botones que “tocar”.

Autor: Ikerka con la colaboración de Antonio Trias.

Aclaraciones: por Alberto Sosa.

Link al articulo original:
http://www.infopez.com/viewtopic.php?f=17&t=651

Link al post con las aclaraciones:
http://www.infopez.com/viewtopic.php?f=47&t=15407&start=75

Nota: Los link no funcionan ya que el foro de infopez ya no existe y por desgracia se han perdido tanto el articulo como el post original, lo relatado aquí es una copia que tenia guardada para documentación propia.

 

Actualización (5-10-2020)

Buscando las imágenes que no tenia del articulo original, he dado con el blog del autor: http://creativeaquariumdesign.blogspot.com/

Dejo enlaces a los artículos sobre filtración que tiene:

 

Debatiendo los conceptos

En relación al articulo había un post donde se debatían conceptos de lo escrito en el articulo y que transcribo a continuación:

Tachenk: “lo que no leo es la referencia a bomba de recirculacion, y por supuesto que esta relacionado, velocidad de filtración y movimiento de agua, que es a lo que voy, a mas L/S del filtro mas circulación en el acuario, ayudando así, a que la M.O. no se deposite o acumule por los rincones, que siempre lo hará, pero menos.”

Ikerka: “eres casi tan cabezota como yo jejeje, tu puedes conectar cabezas de poder, es decir bombas que muevan agua sin que necesariamente estén conectadas a un filtro, eso se usa en marino (Esa cosa que no me gusta) y se les llama bombas de recirculación y en grandes instalaciones (ya sean de marino, tanques de cocodrilos, imitación de riberas de amazonia…) donde generar corrientes solo a partir de la circulación del filtro es una estupidez, o piensas que en acuarios públicos de 10 metros cúbicos de agua hacen pasar por el filtro 100 ó metros cúbicos de agua… va a ser que no. Es decir con un filtro en Ph 6.0 de bajo caudal tenemos un rendimiento optimo, si aumentamos el caudal del filtro para mejorar la circulación perdemos rendimiento en el filtro, en cambio colocando bombas de SOLO circulación, mejoramos el rendimiento general sin disminuir el del filtro.”

Tachenk: “hablaba de limpiar mas a menudo el filtro mecánico, no si tal o cual acuario debe ser abonado o no, que eso es un mundo. Sabemos que uno de los problemas universales de los aficionados es la acumulación de NO3 y del bajo consumo que se hace de el en el acuario, por escasez de plantas, y que la materia orgánica se acumula en el filtro en mayor cantidad y velocidad de oxidación, con el consiguiente disminución del oxigeno disponible en el agua, para la función de las bacterias, y aumento de “alimento”, con lo que se produce un desequilibrio entre O2 y productos nitrogenados, de todo esto consejo: Limpiar mas a menudo la zona de filtración física.”

Ikerka: “Me parece cojonudo que se limpie, totalmente de acuerdo contigo, PERO , esos problemas de exceso de NO3 SIEMPRE SE PRODUCEN POR EXAGERAR LA CAPACIDAD DEL TANQUE, tanto a nivel poblacional como a dar de comer a PALAS, con lo que el defecto no es el filtro, sino la mano de quien se encarga del acuario. El único medio de entrada de materia en el acuario es su dueño, y es a través de comida en el 99% de los casos…., si tienes exceso de NO3 ¿a que no adivinas quien se esta pasando?”.

Tachenk: “El guiri este, Walter Emmens , debería estar pensando en mi acuario o en el suyo, ya que por mucho canutillo cerámico poroso o biobolas en un volumen de 1 o 2 L en el mejor de los casos, nunca podrá estar en un 90% asentadas aquí, en comparación con todo un acuario de digamos para este volumen de asentamiento biológico de 200 o 300 L, con su decoración, agua, grava, etc., por supuesto e insisto en un acuario que bien madurado por el tiempo. Debemos tener en cuenta que hay diseños de filtro y diseño de filtros, que todos no son Eheim, que cada vez que sacamos la materia filtrante limpias todo el recipiente, vamos que si quieres ver verdaderas colonias bacterianas, te invito a ver mi Fluval.”

Ikerka: “otro concepto erróneo. EL asentamiento bacteriano depende del total de la superficie de contacto. Un material muuuuuuy poroso multiplica por 10.000 la sup de un trozo de granito, o un tronco de tu acuario a igualdad de VOLUMEN, si a esto le añades un paso de agua adecuado en cantidad y velocidad, que no existe en el acuario el rendimiento no es 10.000 sino millones de veces superior, no es cuestión de Fé, de esa tengo poca, son hechos. Si tu prefiltras correctamente un medio biológico este no tiene por que estar sucio, así que no juegues con las palabras que por ahi No”.

Tachenk: “Pues en esto, yo adecuaría, una velocidad a un volumen de agua, no al revés, por el motivo ya descrito de las corrientes en el acuario, sin recurrir a bombas de recirculacion, que no es el tema. Insisto, si en un filtro circulan mas L/S, mas O2 disponible, por lo tanto mas bacterias, sin entrar si tienen mas o menos alimento que es otro condicionante. La cantidad de biofilm, disminuye, esta claro al retirar el asentamiento en el filtro, pero todavía les queda el filtro en si mismo y todo un acuario.

Pregunta: Cuantos Cmts.2 tiene la superficie del acuario, contado grava, paredes, decoración,…y cuanto las biobolas?. Ojo que no estoy diciendo que se retire el soporte para el crecimiento de las bacterias, sino una comparación al hilo del tema.”

Ikerka: “hacia referencia al volumen de masas no al de agua. y ES FALSO QUE A MAS VELOCIDAD MAS O2, esto es una perogrullada, pues el O2 consumido a nivel bacteriano es RIDÍCULO en acuarios domésticos e incluso con tasas de 1mg/ litro mortales para peces, las partes superficiales del biofilm seguirían funcionando. A mas velocidad, el O2 no aumenta, pues no se añade por este concepto al medio, y el tiempo de contacto si disminuye, por lo tanto REDUCES LA CAPACIDAD. Si me hablas de ph de 8.0 donde necesito quitar NH3 a toda ostia si, pues necesito que aunque solo sea la parte superior del biofilm, lo retire, pero en acuarios maduros a Ph ácido no. El tema de la superficie es mas que claro, pues como te he dicho antes es superficie, tiempo de contacto y velocidad de contacto, en agua parada, no sirve casi de nada la superficie del medio, pues de ser así quitaríamos el filtro y pondríamos una bomba a mover agua y listo….Y ESO NO OCURRE.”

Tachenk: “Con lo dicho anteriormente esto pierde su sentido. Por eso de que lo tengo asimilado por los años, es por lo que lo digo, bueno mas bien por los años de mi filtro, que no es un tubo cargado de capas y capas circulares filtrantes de lo que sea y que en acuarios de A. Fria o de mucha carga de M.O. se colmata rápidamente. Aumenta la superficie de filtración mecánica, y tendrás que limpiarlo bastante menos, y en zonas que circula el agua que es todo alrededor interior del deposito tengo mas bacterias que en todo el filtro y acuario restante, te puedo asegurar que en zonas de mayor corriente, tengo como 1m/m de espesor, vamos que parece una ciudad con calles y todo, y por que?, pues a la presencia suficiente de 02.”

Ikerka: “Mas de lo mismo, si tus acumulaciones de desechos (que no tienen por que ser colonias bacterianas, las provocas en las paredes mas que en el material…., el fallo es del pasillo de agua, no del material que lo compone, así que ala, a revisar conceptos, que es Domingo y te veo desentrenado Pescador.”