Nitrificação

O material organico é considerado indesejado para um biofilme voltado para a nitrificação, por que permite que proliferem bactérias heterotróficas aeróbicas, que vão competir tanto por oxigênio (Zhang et al 1994,1995) quanto por espaço , e ainda tem a vantagem de ter uma velocidade de crescimento bem maior que as nitrificantes (até cinco vezes maior - Grady e Lin, 1980). Quando maior a concentração de matéria orgânica, menor é a nitrificação (Pano e Middlebrooks 1983).
Essa redução da população nesses condições foi confirmada (Ohashi 1995).
Matéria orgânica particulada (MOP) também reduz a nitrificação, com redução de 40% quando a MOP atingia valores de 0,2 a 10 ppm, e mais 10% se superasse esse valor.

Por isso, nossa prática de remoção desse material ajuda tanto a estabilizar esses sistemas, seja com a manutençao do filtro, como a rotina de trocas parciais.

Por isso também, concentrações adequadas de oxigênio são cruciais para a manutenção do processo de nitrificação adequado.

Outro parametro importante é o fluxo, e conforme os artigos que indiquei, fluxos maiores permitem maior eficiencia do processo. Interferindo na transferencia de massa de nutrientes, e na espessura do biofilme, além de garantir um aporte mais regular de oxigênio(Chen 2006).

Dureza da água e biofilme!

Entretanto, vários estudos indicam que a água destinada ao consumo animal, deve ter as
mesmas características da água potável consumida pelos seres humanos e que para limpeza
das instalações deve-se usar água isenta de microrganismos, com baixo nível de dureza e pH
entre 6-8. Em resumo, para ter uma produção animal de qualidade deve-se dar à água uma
importância semelhante a que se dá a outros fatores de produção como instalações,
alimentação e manejo (VIANA, 1978; AMARAL, 2001).

A dureza da água refere-se, principalmente, à concentração de íons de cálcio e
magnésio em solução, formando precipitados devido aos carbonatos de cálcio e magnésio,
sendo expressa como mg/L de CaCO3. Em determinados níveis a dureza causa sabor
desagradável à água, incrustações nas tubulações, efeito laxativo e interferência na eficiência
de alguns medicamentos e desinfetantes, como por exemplo, a amônia quaternária que tem
sua efetividade diminuída (BLOCK, 1991; MOUCHREK, 2003; PENZ JUNIOR& FIGUEIREDO,
2003, GAMA et al., 2004; FAIRCHILD & RITZ, 2006).
A dureza da água influencia a capacidade de sabão e detergente em formar espuma,
característica que também deve ser observada na água utilizada em granjas, interferindo no
manejo de limpeza e desinfecção das instalações. VOHRA (1980) relata que a dureza não é
prejudicial às aves, a menos que os íons estejam presentes em quantidades tóxicas, podendo
ocorrer um aumento da mortalidade por doença cardiovascular (NERI et al., 1975). Especulase
se que a dureza da água estaria relacionada com o surgimento da síndrome do fígado
graxo em poedeiras, embora, JENSEN et al. (1977) não tenha conseguido demonstrar esta
relação, experimentalmente. Para água utilizada em granjas avícolas deve-se ter como ideal o
índice de dureza até 60 mg/L, tolerando-se índices até 110 mg/

QUALIDADE QUÍMICA E BACTERIOLOGICA DA ÁGUA UTILIZADA NA
DESSEDENTAÇÃO DE AVES
Nilce Maria Soares Q. Gama
PqC V – Unidade Laboratorial de Patologia Avícola/CAPTAA/Instituto Biológico

Ao contrário do senso comum (acho que o Edson já deve ter visto algo assim também), no biofilme convivem diversas cepas de bactérias, e até mesmo anaeróbias encontram o seu espaço, graças à complexa organização dos canalículos no seu interior.
Mas se esse biofilme se torna muito espesso (é aí que a visão da sujeira pode ter lançado o tema à discussão), acredito que a tendência é de que se reduza o teor de OD que alcance as camadas mais profundas, favorecendo a anaerobiose.

Creio que o limite mínimo do OD é cerca de 4-5 ppm (não me lembro de cabeça e nem estou com o trabalho na mão), para permitir o processo da nitrificação.

Em relação ao pH, é sabido que a acidez reduz a velocidade do processo de nitrificação. Mas concordo com o Edson, acredito que possam havem determinadas cepas mais eficientes nesse ambiente. Um dos motivos que alguns pesquisadores defendem, é que a fração tóxica da amonia é que seria a captada pelas bactérias nitrificantes, e como esta fração é menos disponível em pH mais baixo...

Essa idéia de fluxos mais lentos, tem a ver com as mídias que procuram oferecer a desnitrificação (conversão do NO3 em N2), processo anaerobico.
O biofilme é tremendamente aderido, e não vai ser "lavado" tão facilmente. Inclusive, alguns filtros são desenhados justamente para permitir um atrito contínuo entre as partículas, para conter o espessamento excessivo do biofilme - o exemplo mais evidente são os de areia fluidizada (de eficiência inquestionável).
No meu ponto de vista, é importante manter um fluxo bem distribuído, para oferecer de maneira constante a todo o biofilme, tanto a amonia e nitrito, como também o O2.
Da colocação do Edson, eu entendi que o problema do nitrito, vem da possibilidade, em pH ácido, de ser desviado, ao invés de convertido para nitrato, de originar o ácido nitroso, que por sua vez, seria acumulado.
De qualquer maneira, o nitrito também é o "elo fraco" da corrente, sendo que as bactérias que o convertem, em geral, são mais facilmente atingidas por alterações de parametros.

Após algumas leituras, eis os primeiros "resultados". Lembrando que todas experiências foram baseadas a nível científico em ambientes naturais ou criatórios de larviculturas/pisciculturas, podendo haver resultados diferentes em aquários, já que o tamanho e outros aspectos deste pode ser um fator limitante.

Ok ?

As observações em vermelho são de cunho pessoal.

Além das bactérias nitrificantes presentes no biolfime, há outros elementos vitais para o eficiência do biofilme como micro-algas e cianobactérias, principalmente em água com presença de íons salinos. O

grande obstáculo para a compreensão é que pouco se sabe sobre o tema biofilme e os seres ali presentes, embora com o avanço da bio molecular e uso de novas técnicas é possível identificar grupos filogenéticos e sua variação espacial e temporal.

Nitrificação ?

A nitrificação é um processo realizado por dois grupos de bactérias autotróficas, que utilizam carbono inorgânico como fonte de carbono, sendo o primeiro – Nitrosomonas, responsável pela oxidação à nitrito, e o segundo - Nitrobacter, pela oxidação do nitrito à nitrato (RAMALHO, 1983; ABREU, 1994). A cinética da nitrificação é influenciada por diversos fatores ambientais, tais como a relação C/N, temperatura, pH, alcalinidade, concentração de oxigênio dissolvido (OD), toxicidade. A nitrificação é inibida pela aplicação de elevadas cargas de matéria orgânica, que proporcionam o crescimento de organismos heterotróficos, os quais competem por oxigênio e nutrientes com os organismos autotróficos nitrificantes, segundo taxas de crescimento até cinco vezes maior. O consumo de oxigênio livre devido aos organismos nitrificantes é geralmente referido como a demanda nitrogenada de oxigênio.

Tanto bactérias nitrificantes como desnitrificantes podem ser encontradas no mesmo biofilme, variando os parâmetros da água. Na desnitrificação o nitrato gerado pela nitrificação é aproveitado por organismos passando para forma de gás N2, e esta transformação tem como intermediários alguns compostos tóxicos, razão pelo qual seu excedente deve ser retirado do sistema. Entre as bactérias que convertem o nitrogênio gasoso destaca-se o gênero heterotrófico Pseudomonas (facultativas)

Valores acima de 0,2mg/L inibe a desnitrificação para culturas puras.

Quais são as bactérias nitrificantes (água) ?

As bactérias nitrificantes fazem parte dos grupos a, b, e g-proteobactéria e são responsáveis pela oxidação da amônia a nitrato via nitrito (nitrificação) e seguido pela desnitrificação, que reduz o nitrato a
nitrogênio gasoso, processos que também reduzem o nível de amônia nos tanques de cultivo. As subclasses b, e g-, da classe Proteobacteria, contém a maior parte das espécies de bactérias nitrificantes, isto é, aquelas responsáveis pela oxidação da amônia. Entre estas, se destacam os gêneros Nitrosomonas, Nitrosococcus e Nitrospira (Bothe et al. 2000).

Em qual região do biofilme são encontradas ?

Hibiya et al. (2003) revelaram em seu estudo utilizando FISH que bactérias que oxidam amônia estão distribuídas principalmente no interior do biofilme e as demais bactérias, juntamente com as denitrificantes, estão localizadas nas regiões mais externas.

Qual a sequência sucessional de microorganismos em ambientes aquáticos ?

A seqüência sucessional de microorganismos no desenvolvimento de biofilmes em ambientes aquáticos não têm sido muito investigada, sabe-se, no entanto que o seu desenvolvimento ocorre através de uma

seqüência específica, porém os processos químicos e biológicos da sucessão microbiana são pouco compreendidos (Rickard
et al. 2003b; Buswell et al. 1997; Wimpenny 1996; Cooksey & Wigglesworth-Cooksey 1995).

As bactérias em sua maioria ficam aderidas ou livres na água ?

Stolp (1993) afirma que bactérias podem superar os baixos níveis de nutrientes na coluna d’água se aderindo a alguma superfície, na qual seu crescimento será favorecido pela maior disponibilidade de nutrientes orgânicos. Outros autores têm também discutido as possíveis vantagens de bactérias livres se aderirem ao biofilme. Dang & Lovell (2000) consideram como vantagens das bactérias aderidas o maior acesso a nutrientes, proteção contra toxinas (biocidas, metais pesados e radiação UV), manutenção da atividade de enzimas extracelulares e proteção contra predação. Pedrós-Alió & Brock (1983) mostraram que bactérias aderidas são maiores, tem uma maior freqüência de divisão celular e que foram responsáveis pela maior parte da absorção de acetato que bactérias planctônicas.

O fluxo da água influência no desenvolvimento bacteriano ?

Afirmaram ainda que a disponibilidade de substrato, a força de corrente ou fluxo da água do sistema e a alimentação pelo zooplâncton são fatores que podem controlar a abundância das bactérias na água em ambientes naturais, enquanto que as forças que levam estes organismos aos substratos são principalmente físicas (adsorção de matéria orgânica dissolvida e aderência ao substrato) e químicas (localização de
sítios propícios à fixação e produção de biopolímeros).

Anésio et al. (2003) encontraram que bactérias livres e aderidas apresentam diferentes funções metabólicas, sendo as bactérias livres mais abundantes quando a disponibilidade de carbono orgânico dissolvido é maior, após esse período, são as bactérias aderidas que irão predominar.

Em estudos realizados em áreas lênticas, principalmente em estuário, nota-se um desenvolvimento maior e mais diversificado de microorganismos no biofilme.

Qual a temperatura ideal ?

Amostras do licor misto de um SLA foram tomadas e submetidas a diferentes temperaturas, tendo-se verificado que existe uma faixa ótima e diferente de temperatura para as bactérias nitritadoras e nitratadoras. Verificou-se, também, que com graus acima dessa temperatura ideal, não ocorre mais recuperação do metabolismo quando o ambiente volta à temperatura ótima, porém quando a temperatura é inferior à ótima, a recuperação é viável. Com os dados gerados através do respirômetro também se pôde calcular o coeficiente de Arrehnius e verificar que as bactérias que oxidam amônia a nitrito têm desempenho melhor sob temperaturas mais altas, enquanto que as bactérias que oxidam nitrito a nitrato resistem bem sob temperaturas mais baixas. Foi verificado, ainda, que há uma inversão na taxa metabólica das bactérias nitrificantes: com temperaturas até a faixa de 25 a 30ºC (faixa de transição) as nitritadoras são as limitantes do processo de nitrificação; acima dessa faixa de transição as nitratadoras se tornam as limitantes do processo

Em qual pH há melhor desenvolvimento bacteriano (nitrificação) ?

Os resultados obtidos demonstraram que tanto os processos de nitritação quanto o de nitratação são adequadamente descritos pela cinética de Monod. O metabolismo foi afetado sem apresentar atividade em pH 4 e 5, já nos ph´s de 6, 7 e 8, a taxa de crescimento especifico apresentou crescimento crescente a medida que se elevava pH.

Quais os métodos usados para a obstenção dos dados precisados acima ?

Variando o tipo de pesquisa, basicamente:

Método de biologia molecular "Fluorescent in situ Hybridization" (FISH) (Pernthaler et al. 2000), que permite enumerar e identificar grupos de bactérias provenientes de amostras do ambiente.

Monitoramento da atividade bacteriana de um sistema de lodos ativados Bardenpho por meio da respirometria.

Abraços!

* Não citarei a bibliografia por ser bastante extensa. Caso alguém queira, passo as referências para posterior consulta em MP.

** Vou pegar os questionamentos antes desta postagem e responderei logo após para não ficar muito extenso e para que os interessados apenas nos questionamentos não tenham que ler esta postagem enorme.

Fiz um resumão e os principais questionamento de aquaristas estão abaixo, mas sem termos técnicos. Qualquer acréscimo ou observação, fiquem a vontade para questionar. O importante é chegar num consenso acerca os paradigmas criados no tópico. Ok ?

As bactérias em sua maioria ficam livres ou aderidas ?

Podem ser encontradas tanto livres na coluna d´água como aderidas a alguma superfície. Bactérias podem superar os baixos niveis de nutrientes na coluna d´água aderindo a alguma superfície, onde seu crescimento será favorecido. Aderidas a alguma superfície (biofilme), possuem ainda vantagens como proteção contra toxinas (bioacidas, metais pedados e radiação UV), atividade de enzimas extracelulares e proteção contra predação.

Supoe-se então que a grande maioria ficam aderidas a alguma superfície formando o biofilme.

Citação:

"Pedrós-Alió & Brock (1983) mostraram que bactérias aderidas são maiores, tem uma maior freqüência de divisão celular e que foram responsáveis pela maior parte da absorção de acetato que bactérias planctônicas. "

Em qual pH há melhor desenvolvimento bacteriano (nitrificação) ?

Inúmeros são os microorganismos que podem compostos amoniacais e somente alguns poucos atuam no processo de nitrificação. Os resultados obtidos demonstraram que tanto os processos de nitritação quanto o de nitratação são adequadamente descritos pela cinética de Monod. O metabolismo foi afetado sem apresentar atividade em pH 4 e 5, já nos ph´s de 6, 7 e 8, a taxa de crescimento especifico apresentou crescimento crescente a medida que se elevava pH.

A taxa de nitrificação se torna mais constante em pH entre 6.3 e 6.7, com margem de 6 até 8 UpH, sofrendo inibição em pH menor que 6UpH e maiores que 8,5 UpH.

Então quer dizer que em pH ácido, não há problemas, levando em condideração que a amônia se converte para amônio, este "inofensivo", em pH ácido ?

Sob condições quase anaeróbicas, a forma NH4+ (amônio), acumula-se rapidamente, quando há aumento do grau de decomposição da matéria orgânica, unindo-se a excreção dos organismos, podendo trazer sérios problemas, dificultando a ineficiente oxidação do nitrito em nitrato. Justamente aqui entra o problema do nitrito não ser convertido em nitrato e sim em ácido nitrico, bastante prejudicial a organismos aquáticos com efeito tóxico em peixes e plâncton por exemplo. Age na Hb, diretamente no eritrócitos, que contem ferro permitindo o transporte de oxigênio pelo sistema circulatório. E uma vez este ácido ligado a Hb, não se solta, asfixiando o organismo afetado.

A forma mais comum para que isso não ocorra é a renovação de água regularmente.

Quanto a concentração elevada de amônia em ph alcalino, não comentarei, já que todos estão carecas de saber que ela é muito mais letal que o amônio em Ph ácido, ocasionando por exemplo elevação do pH sanguíneo dos organismos presentes, entre outros problemas graves. E quanto maior a temperatura em pH alcalino, mais tóxico a amônia será!

O excesso ou falta de OD na água influência a nitrificação ?

O correto é o oxigênio não estar escasso e nem em excesso!

Não havendo quantidade suficiência de OD, poderá ocorrer um processo de decomposição de proteínas, produzindo aminoácidos, que podem ser parcialmente desdobrados em amônia, ácidos graxos e ácido carbônico.

Nem é preciso dizer que os elementos acima são prejudiciais né ?

Citação:

Citação de Helcias Bernardo de Pádua

"Alguns aminoácidos sofrem decomposição bacteriana (anaeróbia), produzindo hidrogênio sulfídrico, indol e escatol, exalando odores, resultantes do processo de fermentação (decomposição). A curto prazo e em grandes quantidades do indol e escatol, pode-se obter concentrações tóxicas de fenolis, entre outros, o que ocasiona a morte de organismos nem sempre diagnosticada pelo criador. Outra possibilidade, é a que o nitrato sofra redução para nitrito e amônia."

Se desenvolvem melhor em luminosidade alta ?

É fato que desenvolvem-se tanto com iluminação excessiva ou moderada. Em ambiente marinho ou estuarino, nitrificantes desenvolvem-se mais eficazmente na ausência ou pouca presença de UV. Em ambiente dulcícola ou paludícola não encontrei nenhuma menção confiável, mas deve serguir o mesmo raciocínio.

Microorganismos nitrificantes (Nitrosomonas, Nitrobacter, Nitrosococcus, Nitrospira e Nitroococcus) são autótrofas (prozudem seu próprio alimento), mas podem se utilizar de compostos como CO2 satisfazendo suas necessidades quanto ao carbono e luz e compostos inorgânicos para obter ATP.

O fluxo da água influência no desenvolvimento das bactérias benéficas ?

Não há nenhuma pesquisa no sentido de indicar o quanto o fluxo/velocidade influência na nitrificação, ao menos eu não encontrei. Em estudos realizados em áreas lênticas, principalmente em estuário, nota-se um desenvolvimento maior e mais diversificado de microorganismos no biofilme.

Então pode-se considerar que o fluxo é indiferente, desde que proporcional a área do biofilme. Em superfícies maiores se houver um fluxo lótico não haverá problemas, enquanto em superfícies menores e fluxo lótico poderá haver menor desenvovimento de microorganismos, mas ainda assim haverá. Mas isso é apenas teoria, na prática pode ser diferente.

Por vias das dúvidas, eu ainda prefiro usar dois ou mais filtros, sempre destinando um com vazão entre 700 a 1.000L/H para fitragem biológica/biofilme e outro de vazão identica ou maior (desde que o aquário seja de grande porte) para filtragem mecânica/química.

Dependendo do nível de DO e outras características, pode coabitar milhares de microorganismos no mesmo biobilme. Alguns exemplos:

Algas
bactérias fotossintetizantes: quando houver incidência de luz
bactérias quimiolitróficas: obtem energia a partir da oxidação de compostos orgânicos e sua grande maioria é autotrófica, , i. e., utilizam CO2 como fonte única de carbono. Entre elas estão:

Bactérias do hidrogênio (quimiolitotrófica facultativa)
Bactérias do enxofre
Bactérias nitrificantes
Bactérias do ferro (não fotossintetizantes, grande presença na água, podem ser autotróficas ou mixotróficas)
Em pH neutro Fe2+ oxida-se com o oxigênio do ar espontaneamente em Fe(OH)3, que é insolúvel. Portanto bactérias que obtém energia a partir da oxidação de Fe2+ vivem em ambientes de pH ácido (acidófilas), como em rios que drenam minas de carvão.

Abraços!

Cerâmicas

Ao contrário do que muitos pensam, a cerâmica tem vida útil sim. Embora elas possam durar para sempre é necessário fazer uma reciclagem com o tempo.

Se pegarmos as instruções dos grandes fabricantes de cerâmica veremos que eles recomendam trocar metade da cerâmica de seis em seis meses.

Isso não é somente para eles venderem mais, a cerâmica com o tempo entope devido a formação de biofilme. As bactérias vão crescendo uma em cima da outra e quando elas vão morrendo a estrutura celular continua lá, mas morta, assim com o tempo não sobra espaço para bactérias novas. Para que a sua filtragem biológica continue sempre eficiente, de seis em seis meses retire metade da cerâmica do seu filtro e deixe de molho em uma parte de água sanitária em 5 partes de água por umas duas a três horas.

Depois lave-as cerâmicas muito bem com água corrente e ferva (ou jogue água fervendo) para eliminar qualquer resíduo de cloro.

Deixe-as de molho mais uma hora em água com dosagem triplicada de anticloro.

Depois é usá-la novamente.

Isso garantirá uma filtragem biológica sempre ativa e eficiente.

- Lavagem com água do aquário:

Não, pois essa lavagem mensal é apenas superficial e renova o biofilme apenas da superfície externa da cerâmica, fazendo com que os poros internos desta se acumulem em paredes celulares mortas, com o tempo isso provoca o entupimento destes poros devido ao acumulo destas estruturas.

Ao fazer uma lavagem com água sanitária por tempos mais prolongados há a quebra destas estruturas, devido a oxidação e quebra das ligações químicas que compõe a parede celular e das estruturas poliméricas do biofilme. Liberando novamente os poros para uma recolonização, por isso o método é recomendado ser feito apenas com metade das cerâmicas e não com ela toda.

Ao fazer esse tipo de lavagem com metade da cerâmica você não estará acabando com toda a microbiologia do aquário e se os poros da cerâmica estiverem ocupados a maior parte por paredes celulares mortas e depósitos de polissacarídeos e proteínas não irá fazer muita diferença se você limpá-las por completo.

Ainda assim, essa lavagem seria só na superfície externa, pois o formato das cerâmicas são feitos para quebrar o fluxo da água, a água não chegará ao interior das estruturas porosas com força suficiente para arrancar o biofilme (se isso ocorresse não precisaria nem lavar com água do aquário pois um filtro com alta vazão faria o serviço), diferente do filtro de areia fluidizada que o biofilme se forma apenas na superfície externa dos grãos de areia e o tamanho do biofilme é controlado pelo atritos dos grãos de areia.

Sabe porque o filtro de areia fluidizada é extremamente eficiente e necessita de pouca manutenção? É porque o biofilme contido na superfície da areia está em constante renovação, pois ele é desgastado mecanicamente através do atrito dos grãos de areia.

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As chamadas "cerâmicas comuns" possuem, essencialmente, poros fechados que vão, aos poucos, entupindo. Uma vez entupidos, ou você executa a limpeza sugerida pelo Gustavo ou terá apenas a superfície externa do material para colonização, diminuindo drasticamente sua área disponível para colonização.

Certos materiais vítreos especiais como o Siporax não apresentam (ou apresentam muito pouco) os famosos "poros fechados" para entupir - seus poros são, na maioria, poros abertos, permitindo melhor oxigenação interna do biofilme. Por causa dessa circulação, Siporax não entope (ou entope após muito tempo de uso - anos e anos). Outros materiais especiais como o Biomax embora possua uma área colonizável maior que a do Siporax, possui um número maior de poros fechados. Por esse motivo entopem mais rápido que o Siporax. Matrix também é um desses materiais com poucos poros fechados.