Allestimento di un Acquario - La scelta del filtro

di Orlando Mauro Petrone

Il filtro è un elemento essenziale quanto indispensabile nella totalità degli acquari, e non a torto può essere considerato il “cuore” dell’acquario, in quanto è da esso, principalmente, che ne dipende il buon funzionamento. A causa dell’argomento particolarmente vasto ho ritenuto opportuno suddividere l’articolo in tre sezioni: la prima tratta della collocazione dei filtri in vasca, la seconda della biochimica dei filtri e la terza dei vari tipi disponibili in commercio.

COLLOCAZIONE DEL FILTRO IN VASCA

La maggior parte dei filtri in commercio è composta da più scomparti, che sono posti in successione al fine di ottenere il più lungo percorso possibile per l’acqua; il motivo di ciò verrà in seguito esplicato. A titolo di esempio osserviamo il seguente disegno che schematizza il flusso dell’acqua in un filtro biologico laterale:

B bocchette per l’ingresso dell’acqua

P pompa centrifuga

R ritorno dell’acqua in vasca

Ogni filtro è dotato di un ingresso e di un’uscita per l’acqua, ed è importante sapere come e dove posizionarli. L’ingresso dell’acqua deve essere realizzato in modo da non otturarsi facilmente e da non permettere l’ingresso dei pesci nel filtro: perciò sono da evitare griglie troppo strette o troppo larghe o boccole uniche di superficie ridotta, mentre sono da prediligere, ove ne sia possibile l’uso, le bocchette fessurate (normalmente reperibili nei negozi di acquariologia) in numero di tre o superiore. Se ciò non fosse possibile, come nel caso dei filtri esterni dove normalmente l’ingresso dell’acqua è l’imboccatura di un tubo, conviene dotare l’acquario di un piccolo prefiltro in vetro, simile al primo scomparto dei filtri biologici laterali, dotato di tre o più boccole per l’ingresso dell’acqua ed in cui andrà a pescare il tubo di ingresso del filtro. L’uscita dell’acqua solitamente è rappresentata da un tubo ma, volendo, si possono aggiungere ad esso varie appendici: un tubo rigido tappato ad un’estremità e forato lateralmente in modo regolare è un buon metodo per ottenere un movimento dell’acqua lento e uniforme, mentre un tubo che decorra longitudinalmente all’acquario e porti l’uscita dell’acqua all’estremità opposta a quella in cui si trova il filtro permette di creare un buon movimento dell’acqua in vasche molto lunghe. Il posizionamento dell’ingresso e dell’uscita dell’acqua dipende dall’intensità del movimento che si vuole imprimere alla massa d’acqua. La scelta dipende dal tipo di pesci allevato: per quei pesci che prediligono acque ferme o lente è preferibile porre l’uscita dell’acqua circa 4-5 cm sotto il livello dell’acqua, mentre uno degli “ingressi” dovrebbe essere posto a fior d’acqua, in modo da non permettere la formazione di patine batteriche in superficie a causa dell’immobilità dello strato d’acqua più superficiale; la pompa (nel caso di filtri interni) deve avere una portata pari a circa due volte la capienza dell’acquario. Se occorre una forte corrente nella vasca conviene porre l’uscita del filtro a fior d’acqua, mentre non ci sono vincoli per l’ingresso dell’acqua. In questo caso la portata della pompa (sempre nel caso di filtri interni) deve essere pari a circa quattro volte la capienza dell’acquario; potrebbe essere necessario, inoltre, aggiungere una pompa supplementare in vasca, e ciò è particolarmente utile in vasche molto lunghe. Se prendiamo in considerazione l’uso di filtri esterni, generalmente la portata della pompa dovrebbe essere pari a circa due volte la portata della pompa che adopereremmo se usassimo un filtro interno.

COME FUNZIONA IL FILTRO

Prima di scegliere un metodo di depurazione dell’acqua bisogna definire esattamente cosa si intende per filtrazione. Il filtraggio è un sistema che permette di portare l’acqua a contatto con materiale filtrante allo scopo di rimuovere sostanze presenti in sospensione (filtro meccanico) e/o in sospensione (filtro biologico).

Come prima cosa dobbiamo distinguere tra filtraggio meccanico e filtraggio biologico. Il filtraggio meccanico si limita a trattenere le sostanze in sospensione nell’acqua ed ha luogo solitamente nei primi scomparti del filtro ad opera di diversi materiali che possono presentare caratteristiche diverse in base alla diversa trama o porosità. E’ importante provvedere alla regolare pulizia di questi materiali filtranti onde evitare un accumulo di detriti che, oltre ad essere un possibile focolaio di batteri patogeni, a lungo andare può ridurre l’afflusso di acqua nel filtro, con tutti i problemi che tale situazione comporta: ridotta capacità filtrante, possibilità per la pompa di rimanere a secco, accumulo di sostanze inquinanti in vasca (che vengono degradate da batteri decompositori del carbonio con consumo di ossigeno). E’ altresì importante, qualora si utilizzino filtri privi di uno scomparto per il filtraggio biologico (come i filtri a cartuccia), che tali materiali, durante le operazioni di pulizia, vengano sciacquati con acqua tiepida al fine di evitare uno shock termico ai batteri nitrificanti. Tali batteri sono, infatti, quelli che si occupano del filtraggio biologico (che è così detto proprio poiché reso possibile da organismi biologici). In ogni acquario la decomposizione dei composti organici contenenti azoto (feci e urine dei pesci, residui di cibo, resti di piante) comporta una produzione costante di ammoniaca (NH₃), composto altamente tossico, che a pH neutro o basico (³7) è presente sotto forma di ione ammonio (NH₄⁺), meno tossico ma ugualmente pericoloso (il rapporto NH₃Ö NH₄⁺ dipende dal pH). Una parte dell’ammoniaca può essere utilizzata dalle piante, un’altra piccola parte può essere ceduta all’aria, ma la maggiore quantità permane nell’acquario dove, se non ci fosse un sistema di nitrificazione a livello del filtro, si accumulerebbe provocando gravi danni. Un filtraggio biologico di base è sempre presente anche nelle vasche prive di filtro (ad opera dei batteri che si trovano su tutte le superfici colonizzabili in acquario), però per ottenere la quasi completa eliminazione dei rifiuti organici è necessaria la presenza nel filtro di uno scomparto per il filtraggio biologico. Questo scomparto deve contenere un substrato inerte che fornisca ai batteri nitrificanti la massima estensione in superficie: a tal fine si utilizzano cannolicchi in ceramica, bio-ball, argilla espansa, graniglia lavica e altri materiali inerti e porosi in genere; il motivo di ciò è da ricercarsi nel fatto che le colonie batteriche si accrescono soprattutto in superficie e maggiore è la superficie a disposizione, maggiore sarà la popolazione batterica e di conseguenza maggiore sarà l’efficienza del filtro. E’ importante sottolineare che questi substrati non vanno mai sostituiti né sciacquati, pena la perdita di tutta la popolazione batterica con gravi danni per il funzionamento del filtro e per il delicato equilibrio presente in acquario.

Un primo gruppo di batteri, di cui Nitrosomonas è un genere, ossida l’ammoniaca a nitriti secondo le seguenti reazioni:

NH₃ + O₂ + 2H⁺ + 2e^- <= NH₂OH + H₂O (catalizzata dall’enzima ammonio monoossigenasi)

NH₂OH + H₂O + 4e^- <= HNO₂ + 4H⁺ (catalizzata dall’enzima idrossilammina ossidoreduttasi)

La reazione globale è quindi:

NH₃ + O₂ + 6e^- <= HNO₂ + 2H⁺

L’acido nitrico (HNO₂) in acqua si trova presente come ione nitrito (NO₂^-). Lo ione nitrito è certamente meno pericoloso dell’ammoniaca, anche se si rivelano letali concentrazioni di 1.5-2 mg/l. Il valore massimo tollerabile è di circa 0.2 mg/l.

I nitriti vengono ossidati a ione nitrato (NO₃^-) dai Nitrobacter e da alcuni altri gruppi di batteri. La reazione che avviene è la seguente:

NO₂^- + H₂O + e^- <= NO₃^- + 2H⁺ (catalizzata dall’enzima nitrito ossidasi)

Lo ione nitrato (NO₃^-) presenta una scarsa pericolosità, a meno che non si raggiungano concentrazioni molto elevate (cioè superiori a 100 mg/l).

Il passo successivo di questa catena sarebbe la denitrificazione, ossia la trasformazione dello ione nitrato in azoto molecolare (N₂), passando attraverso vari intermedi gassosi (ossido nitrico ed ossido nitroso, rispettivamente NO e N₂O), che si allontanerebbero dall’acquario in quanto gas, secondo le seguenti reazioni:

NO₃^- + e^- + 2H⁺ <= NO₂^- + H₂O (catalizzata dell’enzima nitrato reduttasi)

NO₂^- + e^- + 2H⁺ <= NO­ + H₂O (catalizzata dell’enzima nitrito reduttasi)

2NO + 2e^- + 2H⁺ <= N₂O­ + H₂O (catalizzata dell’enzima ossido nitrico reduttasi)

N₂O + 2e^- + 2H⁺ <= N₂­+ H₂O (catalizzata dell’enzima ossido nitroso reduttasi)

In queste reazioni gli elettroni (e^-) sono donati dalla sostanza organica (amminoacidi, carboidrati, acidi umici, acido fulvico) sfruttata dai batteri.

Però, purtroppo, i batteri che si occupano di tale trasformazione sono batteri anaerobi, a differenza degli altri batteri precedentemente considerati che sono aerobi. A causa di questa loro caratteristica i batteri denitrificanti non possono trovare in acquario un ambiente ideale su cui insediarsi: per ovviare a questo inconveniente occorrono dei filtri particolari, detti per l’appunto filtri denitrificatori (molto costosi) che richiedono una costante manutenzione e hanno molte spese fisse: il loro compito è quello di creare un ambiente anossico in un particolare contenitore da porre all’esterno dell’acquario e che deve essere collegato al filtro; comunque, prima che si diffondano negli acquari come gli altri tipi di filtri, occorrerà ancora parecchio tempo e, fino ad allora, ritengo sia sempre necessario ricorrere periodicamente ai cambi parziali dell’acqua (un terzo della capacità dell’acquario ogni 15-20 giorni). Attenzione all’uso di resine per l’eliminazione dei nitrati perché, in caso di funzionamento incompleto, si producono nitriti (più tossici dei nitrati) ed altre sostanze (es.: cloruri) non sempre positive per il delicato ecosistema acquatico.

Bisogna comunque precisare che i batteri nitrificanti fino ad ora citati (tranne i denitrificanti) si formano normalmente in acquario dopo un po’ di tempo dall’allestimento. Per ottenere i migliori risultati è meglio allestire completamente l’acquario (anche con le piante, meglio se a crescita rapida) e metterlo in funzione regolarmente. Quindi far passare almeno quindici giorni prima di introdurre i primi pesci. Durante questo intervallo di tempo sarà proficuo versare quotidianamente nel filtro un po’ di mangime, al fine di fornire ai batteri una fonte di sostanza organica. Volendo, già dopo una settimana dall’allestimento si possono aggiungere (senza esagerare in numero) dei pesci fitofagi (come Epalzeorhynchus siamensis, Otocinclus affinis, Ancistrus dolichopterus, specie appartenenti al genere Plecostomus ed alcuni Poecilidi), che, oltre a ripulire l’acquario dalle prime alghe, sono anche fonte di sostanze azotate con le loro deiezioni. Se non si opera in questa maniera si rischia, dopo una settimana dall’allestimento, di ritrovarsi con la maggior parte dai pesci morti, colpevolizzando ingiustamente per questo il negoziante che ce li ha venduti. Naturalmente questa non è una certezza, ma una possibilità, che è comunque meglio evitare. Questo fenomeno si presenta poiché i batteri del genere Nitrosomonas si moltiplicano molto più velocemente dei Nitrobacter, per cui potrebbe aversi una massiccia produzione di nitriti con conseguente moria di pesci. Vi è comunque una via alternativa: in commercio si trovano batteri già pronti in varie forme da aggiungere all’acqua e che permettono l’introduzione quasi immediata dei pesci. C’è da dire, comunque, che questi prodotti sono abbastanza costosi, e non sempre mantengono ciò che promettono.

I problemi che si presentano più facilmente quando il filtro non funziona sono: la comparsa di alghe, le morie inspiegabili dei pesci, la frequente comparsa di malattie, l’acqua che emana cattivo odore, la formazione di una sottile patina traslucida di origine batterica sulla superficie dell’acqua. In questi casi conviene controllare attentamente il funzionamento del filtro per capire se c’è qualcosa che non va. Prendendo come spunto i dati forniti in questo articolo potrete risalire più facilmente alla causa dei vostri problemi. C’è da dire, però, che alcuni di questi problemi possono essere causati anche dalla concomitanza di altri fattori, quali luce o sovraffollamento.

I FILTRI

Oggigiorno, osservando gli scaffali dei negozi, possiamo trovare un’offerta di filtri tale da coprire tutte le più disparate esigenze e tutte le fasce di prezzo. Terminata questa breve analisi biochimica dell’ambiente filtro, passiamo ad occuparci di come questi sono fatti.

I filtri possono essere divisi, in base alla posizione rispetto all’acquario, in filtri interni ed esterni.

I filtri interni possono essere, a loro volta, così suddivisi:

-Filtri a cartuccia: Si tratta di piccoli filtri destinati ad essere usati in piccole vasche o come filtri ausiliari, magari per utilizzare particolari sostanze filtranti come carbone o resine. Sono costituiti da un corpo unico smontabile in più pezzi per le operazioni di manutenzione e sono così costituiti:

I vantaggi risiedono soprattutto nel basso costo d’acquisto, mentre gli svantaggi consistono nell’assenza di un efficace filtraggio biologico, nell’esiguo spazio utile per il materiale filtrante, nella frequenza delle operazioni di pulizia dato il ridotto volume di materiale filtrante (che si sporca in poco tempo), nella vicinanza tra ingresso ed uscita dell’acqua tale da non consentire la creazione di un buon riciclo dell’acqua.

-Filtri ad areatore: Analoghi ai filtri a cartuccia ma con capacità filtranti ridotte. Ve ne sono di due tipi: nel primo i materiali filtranti sono alloggiati in un vano apposito, mentre nel secondo il filtraggio è garantito da una spugna a cui non vi è possibilità di aggiungere altri materiali filtranti:

Il funzionamento è semplice: le bolle d’aria, salendo, creano una corrente ascensionale che favorisce il richiamo d’acqua attraverso i materiali filtranti. E’ il sistema più economico in assoluto ma, oltre a non creare correnti d’acqua ha un’efficacia ridotta, pertanto è adatto solo per piccoli acquari (circa 20 litri) o per l’allevamento degli avannotti.

-Filtri biologici laterali: Sono attualmente i filtri più diffusi negli acquari di medie dimensioni. Hanno generalmente il seguente schema:

Tra i vari tipi di filtri non saranno forse i più efficaci in assoluto ma sono quelli più funzionali oltre che esteticamente migliori. Possono essere in plastica od in vetro. Quelli in plastica, presenti soprattutto negli acquari costruiti dalle grandi ditte, sono forse esteticamente più validi ma hanno uno spazio utile minore rispetto a quelli in vetro (a parità di misure). Inoltre, essendo in plastica, se non adeguatamente trattati, tendono a scollarsi dal vetro. I filtri laterali in vetro, invece, sono più funzionali: lo spazio utile per i materiali è più regolarmente e razionalmente diviso. Unico inconveniente è che devono essere montati contemporaneamente all’acquario per ottenere il migliore effetto. Naturalmente i vetri che costituiscono le pareti del filtro devono essere oscurate. Un buon sistema consiste nel porre della carta adesiva nera all’esterno ed uno strato di silicone nero sulla parete rivolta verso l’interno dell’acquario. Sconsiglio l’utilizzo di vetri colorati poiché potrebbero cedere all’acqua sostanze tossiche per i pesci.

-Filtri biologici laterali mobili: Sono una tipologia di filtri che attualmente è stata riscoperta dalle aziende produttrici di accessori per acquari. Consistono in un filtro analogo ad un filtro biologico laterale ma da appendere o attaccare ad una parete dell’acquario. Sono un po’ più scomodi nelle operazioni di manutenzione poiché di solito non presentano aperture superiori e ogni ditta utilizza un sistema diverso per l’accesso ai materiali filtranti.

-Filtri sottosabbia: Sono filtri andati in disuso ed il loro utilizzo è limitato a particolari esigenze (ad esempio negli acquari marini), poiché soppiantati da altri tipi di filtri migliori per efficienza e facilità di manutenzione. Possono funzionare con una pompa o con un areatore, secondo i seguenti schemi:

I vantaggi risiedono unicamente nell’economicità del sistema. Gli svantaggi consistono nella ridotta efficacia filtrante, nella creazione di un’innaturale corrente d’acqua che va dall’alto verso il basso, nella difficoltà di manutenzione: difatti è il ghiaino a fungere da materiale filtrante il quale, con il passare del tempo, accumula lo sporco fino a quando non si rende necessario disallestire l’acquario per effettuare le opere di pulizia con tutti gli svantaggi che ne conseguono.

I filtri esterni possono essere a loro volta, così suddivisi:

-Filtri esterni propriamente detti: Hanno generalmente il seguente schema:

L’acqua è prelevata dall’acquario tramite un tubo e, grazie alla potenza della pompa, passa nel cestello che contiene il materiale filtrante (biologico e/o meccanico) secondo diversi percorsi, dopodiché spinto dalla potenza della pompa torna in acquario tramite un altro tubo. Solitamente è usato come filtro ausiliario, ma non sono rari i casi in cui è usato come filtro principale. Questo sistema di filtraggio presenta vantaggi e svantaggi. Il vantaggio è che non si utilizza spazio prezioso all’interno dell’acquario, gli svantaggi sono evidenti durante le operazioni di pulizia e manutenzione che risultano piuttosto laboriose e durante le quali risulta quasi impossibile non bagnare tutt’intorno all’acquario; lo spazio utile per i materiali filtranti risulta inoltre alquanto ridotto, il costo d’acquisto è abbastanza elevato ed inoltre la pompa, specie quando si acquistano prodotti economici, ha breve durata o diviene rumorosa.

-Filtri a percolazione: Sono generalmente usati per i grossi acquari e necessitano di uno spazio libero al di sotto o al di sopra dell’acquario. Questi sono gli schemi generali nei due casi:

Il sistema è molto semplice, ed in pratica, osservando bene lo schema di funzionamento, si può riconoscere la spiccata somiglianza con i filtri interni laterali biologici.

In questo tipo di filtri il fattore più importante è la pompa, che, indipendentemente dalla portata, che deve essere comunque elevata, deve avere una prevalenza almeno doppia rispetto all’altezza a cui la pompa dovrà spingere l’acqua. Ciò perché la portata diminuisce con l’aumentare dell’altezza: sarà pertanto massima a livello della pompa e quasi nulla al valore corrispondente alla prevalenza indicata dal costruttore.

Solitamente, in questo tipo di filtri, si usano dei supporti per il filtraggio biologico specifici, come ad esempio le bio-ball, o supporti alternativi, come l’argilla espansa. C’è da sottolineare, comunque, che questo tipo di filtro può essere auto-costruito, ma esistono in commercio filtri percolatori di vario tipo, più sicuri ma con un prezzo mollto elevato. I vantaggi di questo tipo di filtro sono la notevole efficacia, che lo rende consigliabile in particolar modo alle specie più esigenti, ed il notevole spazio utile per i materiali di filtraggio. Gli svantaggi consistono nelle difficoltà a creare un simile tipo di filtro (specie per ciò che concerne i meccanismi contro il trabocco dell’acqua), il costo elevato della pompa, specie se ci si indirizza verso alte portate, e la necessità di avere un ampio vano dove alloggiare questo tipo di filtro.

-Filtri a cascata: Sono una particolare tipologia di filtri, che viene applicato ad un lato dell’acquario e azionato da una pompa centrifuga. Sono un’alternativa economica agli altri tipi di filtri esterni e sono pensati per lo più per acquari nati senza filtro. Sono così schematizzabili:

Come si può vedere si tratta di un ibrido tra filtro di tipo interno ed uno di tipo esterno. I vantaggi sono il costo non molto elevato e la praticità d’uso e di pulizia. Lo svantaggio maggiore è il ridotto potere filtrante, che lo rendono adatto soprattutto per acquari di piccole dimensioni.Terminiamo questa carrellata di sistemi di filtraggio con una tabella riassuntiva che consente una consultazione più semplice e rapida.

filtri esterni:	VANTAGGI	SVANTAGGI
FILTRO ESTERNO PROPRIAMENTE DETTO	-non si usa spazio all’interno dell’acquario	-operazioni di manutenzione laboriose -ridotto spazio utile per i materiali filtranti -elevato costo d’acquisto -ridotta durata della pompa
FILTRO A PERCOLAZIONE	-notevole efficacia filtrante -notevole spazio utile per i materiali filtranti	-difficoltà costruttive -necessità di predisporre adeguati sistemi anti-trabocco -elevato costo d’acquisto della pompa -elevato costo d’acquisto in assoluto di filtri di produzione industriale -necessità di avere un ampio spazio libero dove alloggiare il filtro
FILTRO A CASCATA	-medio costo d’acquisto -praticità d’uso -facili operazioni di pulizia	-ridotto potere filtrante -difficoltà di reperimento sul mercato

filtri interni:	VANTAGGI	SVANTAGGI
FILTRO SOTTOSABBIA	-basso costo d’acquisto	-ridotta efficacia filtrante -creazione di un’innaturale corrente d’acqua -difficoltà nelle operazioni di pulizia
FILTRO BIOLOGICO LATERALE MOBILE	-si può aggiungere senza problemi ad un acquario già allestito	-abbastanza costoso -operazioni di pulizia non sempre facili
FILTRO BIOLOGICO LATERALE	-buon effetto estetico -adeguato volume a disposizione per i materiali filtranti -facili operazioni di pulizia	-se in vetro devono essere montati contemporaneamente all’acquario per ottenere i migliori risultati -se in plastica sono meno funzionali
FILTRO AD AREATORE	-basso costo d’acquisto	-adatto solo per piccoli acquari o per l’allevamento degli avannotti -assenza di un buon riciclo dell’acqua
FILTRO A CARTUCCIA	-basso costo d’acquisto	-assenza di un efficace filtraggio biologico -esiguo spazio utile per il materiale filtrante -frequenti operazioni di pulizia -ridotto volume di materiale filtrante -assenza di un buon riciclo dell’acqua

GLOSSARIO

BIO-BALL Un particolare supporto per il filtraggio biologico: sono sfere di materiale plastico variamente scolpite che offrono un’elevata superficie per l’insediamento dei batteri nitrificanti, ma sono indicati esclusivamente per filtri di grosse dimensioni.

ENZIMA Una proteina che ha la capacità di rendere più veloce (catalizzare) una specifica reazione chimica.

AEROBIO Un microrganismo capace di usare ossigeno nella respirazione.

ANAEROBIO Un microrganismo che non utilizza ossigeno nella respirazione e che può venire inibito dalla sua presenza.

ANOSSICO Privo di ossigeno.

PORTATA Un parametro fondamentale nella scelta di una pompa: esprime la quantità di litri d’acqua pompati in un’ora.

PREVALENZA Indica l’altezza massima a cui la pompa è in grado di spingere la colonna d’acqua.

BIBLIOGRAFIA

Brock T.D., Madigan D., Martinko J.M., Parker J. (1995) - MICROBIOLOGIA, Città Studi Edizioni, 597 pp.

Horst K. & Kipper H.E. (1998) - L’acquario ottimale, ADI Acquaristica Diffusione-Bologna, 211pp.