Ozon vs. UV - Zwei gängige Sterilisationstechniken im Vergleich
Quelle: tfhmagazine.com Autor: Valerio Zupo
Ein Aquarienwissenschaftler erklärt wann Sterilisatoren im Aquarium sinnvoll sind, und wie sich Ozon und UV unterscheiden.
Natürliche Sterilisatoren
Ozon und ultraviolette (UV) Strahlung sind zwei sehr starke natürliche Sterilisatoren. Ozon ist ein Gas, das aus drei Sauerstoffatomen besteht, während der Sauerstoff, den wir atmen, aus zwei Sauerstoffatomen besteht. Seine chemische Struktur macht Ozon sehr reaktionsfreudig, weshalb es ein so wirksamer Sterilisator ist.
In Aquarien kann ein Ozonisator, auch Ozongenerator genannt, eingesetzt werden, um die Wasserqualität zu maximieren. Bei dieser Art von System wird Luft in die Ozonisatoreinheit gepumpt wo sie bei den meisten modernen Modellen einer elektrischen Hochspannungsentladung ausgesetzt wird, die die Sauerstoffmoleküle aufbricht. Wenn sich die Moleküle rekombinieren, entsteht ein Teil des Ozons. Das Gas gelangt dann in eine Eiweißabschäumerkammer oder einen Ozonreaktor, wo es sich mit Aquariumwasser vermischt. Der Ausfluss aus der Kammer wird dann durch Aktivkohle gefiltert, um restliches Ozon zu entfernen, bevor das Wasser ins Aquarium zurückkehrt.
Ozon findet sich in der Ozonosphäre, einer hochkonzentrierten Schicht in der Atmosphäre. Tatsächlich ist der von der Ozonschicht geschaffene Filter lebenswichtig, da UV-Strahlung bekanntermaßen für alle Lebewesen gefährlich ist, da sie Mutationen in der DNA verursachen kann.
Aus diesem Grund ist das Ozonloch zu einem so beliebten Thema geworden - die Verringerung der Ozonkonzentration, besonders an den Polen (wo das Ozon sowieso schon dünner ist), erhöht die UV-Strahlung in der Biosphäre, was unter anderem zu Schäden an unserer Haut und den Korallenriffen führt. Die durch UV-Strahlen verursachten Schäden sind allerdings für Aquarianer wichtig, weil sie eine enorme Kraft besitzen, die zur Zerstörung unerwünschter Mikroorganismen genutzt werden kann.
Energie im Überfluss
Sowohl Ozon als auch UV arbeiten auf der Grundlage eines Energieüberschusses. Einige Ozonisatoren produzieren das Gas sogar durch Bestrahlung der Luft mit UV-Licht. Ozon ist sehr reaktiv, weil es sehr instabil ist. Um zu einem niedrigeren Energieniveau zurückzukehren, muss es ein Sauerstoffatom verlieren, das zu einem freien Radikal wird - etwas, das in der Lage ist, fast alles in der natürlichen Umgebung zu oxidieren.
UV-Strahlen enthalten auch eine sehr hohe Energiemenge, und sie können Zellen durchdringen und die DNA erreichen, wo sie das Genom zerschneiden und seine Funktionalität stören können. Nach einigen Sekunden wird normalerweise in der Zelle ein Selbstzerstörungsprogramm (bekannt als Apoptose) eingeleitet. Bei geringerer Exposition kann die Zelle jedoch überleben und einfach „nur“ geschädigt werden.
Alle höheren Organismen - sowohl Pflanzen als auch Tiere - sind durch ihre äußeren Strukturen (wie z.B. die Haut oder den Kortex) vor einer geringen Exposition gegenüber UV-Strahlung geschützt. Arten, die sich in Bereichen entwickeln, die größeren Mengen UV-Strahlung ausgesetzt sind, entwickeln oft eine dickere Haut, die in der Lage ist, die Strahlung herauszufiltern, bevor sie Schaden anrichten kann. Umgekehrt fehlen kleinen Organismen wie Bakterien und Protozoen oft diese Schutzstrukturen und können daher sehr empfindlich gegenüber UV-Strahlung sein.
Die UV-Strahlen selbst sind aber auch recht empfindlich und können durch Filter wie einige Gase (z.B. Ozon), Glas, Wasser, Plastik usw. blockiert werden.
Daher ist es sinnvoll, dass die Lampenkolben in UV-Lampen aus Quarz hergestellt werden, da Quarz die UV-Strahlen nicht herausfiltert. Wasser hingegen filtert die Strahlen abhängig von seiner Tiefe. Aus diesem Grund ist der Raum zwischen dem Quarzkolben und dem äußeren Glas- oder Kunststoffrohr, in dem das Wasser fließt, in der Regel nur wenige Millimeter dick - ein dickerer Raum würde die Stärke der UV-Strahlen verringern und Bakterien und anderen Mikroorganismen das Überleben ermöglichen.
Wie kann man die Effektivität steigern?
Die Wirksamkeit der UV-Lampe ist auch proportional zu ihrer Leistung. Dies wird gemessen in Watt, und der Dauer der Bestrahlung - je höher die Wattzahl und/oder je länger die Bestrahlungszeit, desto wirksamer ist die Strahlenbehandlung. Obwohl die Geschwindigkeit des Wassers variiert werden kann, sollte die Reproduktionsgeschwindigkeit der Mikroorganismen berücksichtigt werden, die man ausrotten möchte. Einige können ihre Populationsgröße unter bestimmten Bedingungen in nur 10 Minuten verdoppeln! Deshalb ist es wichtig, eine vernünftige Durchflussrate im Inneren der Lampe aufrechtzuerhalten, denn bei einer zu hohen Geschwindigkeit gelangt eventuell nicht genügend Strahlung zu den zu zerstörenden Organismen.
Man kann sich das wie das Bräunen in der Sonne vorstellen. Je nach Breitengrad und Jahreszeit muss man sich länger der Sonne aussetzen, um eine gewisse Bräune zu erhalten.
Das richtige Verhältnis
Die Leistung der UV-Lampe und die Geschwindigkeit der Pumpe müssen im richtigen Verhältnis zur Größe des Aquariums stehen. Im Allgemeinen funktioniert 1 Watt pro 20 Liter Wasser gut, und eine Durchflussrate von etwa dem zweifachen Volumen des Aquariums pro Stunde ist angemessen. Denken Sie daran, dass eine UV-Lampe nie direkt über ein Aquarium gehen sollte, da sie die nützlichen Bakterien, die bei der biologischen Filterung verwendet werden, abtötet und wahrscheinlich die anderen Bewohner schädigt.
Wann ist nun ein Sterilisationssystem sinnvoll?
In der Natur gibt es natürlich keine Sterilisatoren. Ozon ist auf hohe Schichten der Atmosphäre beschränkt, in denen es fast kein Leben gibt, und UV-Strahlen werden normalerweise gefiltert, bevor sie den Boden erreichen. Da ein Aquarium ein gutes Abbild einer natürlichen Umgebung sein sollte, warum sollten wir also versuchen, es zu sterilisieren oder zu desinfizieren?
Man muss bedenken, dass in den meisten Fällen die Organismen in ihrer natürlichen Umgebung in geringerer Dichte vorkommen als dies in Aquarien der Fall ist. Becken, die überfüllt sind oder wenig Wasserwechsel erhalten, können daher gefährlich werden, da die Konzentration der Bakterien in diesen Fällen stark erhöht ist.
Natürliche Umgebungen mit niedrigem Bakteriengehalt
Es sollte auch berücksichtigt werden, dass einige tropische Fische in Gewässern mit sehr geringer Bakteriendichte leben, weniger als in jedem Becken mit gemäßigtem Klima. Diskus zum Beispiel leben oft in Gewässern, die aufgrund eines sehr niedrigen pH-Wertes und des Vorhandenseins von Huminstoffen oder aufgrund einer sehr effizienten mechanischen Filterung fast frei von Bakterien sind. Tatsächlich können Diskus, die in Gewässern mit einem hohen Anteil an opportunistischen Mikroorganismen gehalten werden, Gesundheitsprobleme bekommen. In solchen Fällen kann ein Sterilisator sehr vorteilhaft sein.
Krankheitserreger
Schließlich wird unser Aquarium manchmal auch von Krankheitserregern befallen, und die Verwendung eines Sterilisators kann ausreichen, um das Problem zu lösen, ohne schädliche Chemikalien einzuführen. Die Aktivität eines Sterilisators kann auch dazu beitragen, überschüssiges organisches Material und Mikroalgen zu beseitigen und/oder bakterielle Explosionen (milchiges Wasser) zu reduzieren. Auch wird das Oxidations-Reduktionspotential des Wassers erhöht, wodurch z.B. der Verlust von Eiern durch Pilze und Mykobakterien verringert werden kann.
Auswahl eines Sterilisators
Vor- und Nachteile von UV
Die Wahl des zu verwendenden Sterilisators ist leicht zu treffen, wenn man sich vor Augen hält, was jeder Sterilisator tut. Wenn Sie die Zugabe von toxischen Verbindungen zum Wasser vermeiden, aber gleichzeitig die Häufigkeit von Bakterien und anderen Mikroorganismen verringern möchten, ist ein UV-Entkeimungsgerät der richtige Weg. Das Wasser wird nach der Reise durch die UV-Röhre viel weniger Bakterien enthalten, und nach jedem Zyklus wird es reiner sein, aber Bakterien, die z.B. im biologischen Filter vorhanden sind, werden durch diese Behandlung nicht beeinflusst. Dies trägt auch dazu bei, das Wasser nahezu frei von Bakterien und Mikroalgen zu halten - das Wasser wird kristallklar sein.
Die UV-Entkeimung hat jedoch einen kleinen Nachteil: Sie tötet kaum bewegliche Mikroorganismen, die sich auf den Substraten oder Pflanzenblättern befinden, nicht ab, da nur Mikroorganismen behandelt werden, die durch die Kunststoff- (oder Metall-) Röhre gelangen. Interessant: Metallröhrchen aus Titan haben eine stärkere sterilisierende Wirkung als andere.
Ein weiterer möglicher Nachteil von UV-Sterilisatoren liegt in ihrer Struktur. Die innere Quarzröhre, die die Lampe enthält, ist mit einer Gummidichtung an der äußeren Kammer befestigt. Sie funktionieren im Allgemeinen mindestens ein Jahr lang einwandfrei, können aber mit der Zeit spröde werden oder brechen. In diesem Fall könnte beim Zusammenbau des Sterilisators nach der Reinigung etwas Feuchtigkeit eindringen und in die elektrischen Bereiche gelangen, wodurch ein Kurzschluss entsteht und möglicherweise giftige Chemikalien ins Wasser gelangen (insbesondere im Fall von Meerwasser). Dies ist bei hochwertigen UV-Geräten kein Problem, also recherchieren Sie vor dem Kauf und achten Sie trotzdem bei jeder Reinigung darauf, die Gummidichtung zu überprüfen.
UV-Sterilisatoren sind im Allgemeinen einfacher zu bedienen als Ozonisatoren, da nichts im Wasser gelöst wird. Die einzige nennenswerte Gefahr ist der Kontakt von Wasser (insbesondere Meerwasser) mit den Elektroden aufgrund mangelnder Wartung.
Vor- und Nachteile von Ozon
Bei den Ozonisatoren ist die Situation umgekehrt. Sie benötigen wenig Wartung (nur der Luftfilter muss jährlich gereinigt werden) und sind in der Regel ein Leben lang robust. Allerdings ist das Ozongas, das direkt im Wasser gelöst wird, sehr giftig für Fische, Wirbellose und Menschen. Daher müssen Sie sicher sein, dass Sie genau die richtige Menge in eine Kontaktsäule (nicht in das Hauptaquarium) geben. Bevor das Wasser das Hauptaquarium erreicht, muss es gefiltert werden. Aktivkohle ist hier wirksam, da sie Ozon-Nebenprodukte abbaut.
Die meisten Hersteller empfehlen im Allgemeinen die Zugabe von 0,3 bis 0,5 mg Ozon pro 4 Liter Wasser pro Stunde. Oft reicht aber die Hälfte dieser Menge aus, um die Bakterienkonzentration im Aquarium sehr niedrig zu halten und die gesamte organische Substanz zu oxidieren, ohne die Leistung des biologischen Filters zu beeinträchtigen.
Man muss immer vermeiden, dass überschüssiges Ozon in das Aquarium gelangt, da dann zuerst die Wirbellosen sterben, gefolgt von den Fischen.
Vorteile von Ozon
Ein interessanter Vorteil der Zugabe von Ozon besteht darin, dass Ammoniak sofort in Nitrat umgewandelt wird, was offensichtlich ein wünschenswertes Ergebnis ist. Es wird auch geglaubt (aber immer noch diskutiert), dass die Aktivität eines Abschäumers in einem Meerwasseraquarium erheblich gesteigert wird, wenn er in Kombination mit Ozon verwendet wird. Mikroalgen und Cyanobakterien werden in der Gegenwart von Ozon ein hartes Leben haben.
Ozon messen
Da wir wissen, dass selbst extrem niedrige Ozondosen Fischen und Wirbellosen schaden können, ist es wichtig, messen zu können, wie viel Ozon sich im Aquarium befindet. Um die richtige Menge zu bestimmen, ist die beste Methode, sie indirekt zu messen, indem man das Oxidations-Reduktions-Potential (ORP) des Wassers misst. Man beginnt mit der Messung des ORP, bevor Ozon hinzugefügt wird, lässt das Wasser dann durch den Sterilisator laufen und misst das ORP erneut.
Das behandelte Wasser kann als sicher angesehen werden, wenn die Differenz nicht mehr als etwa 30 mV beträgt. Beachten Sie jedoch, dass es sich hierbei nicht um absolute Messungen handelt. Wenn das Wasser keine organischen oder anorganischen Verbindungen enthält, die oxidiert werden können, dann ist der gemessene Anstieg ausschließlich auf freies Ozon und seine Nebenprodukte zurückzuführen. In diesem Fall könnten sogar 30 mV Differenz leicht gefährlich sein. In anderen Fällen, wenn das Wasser stark verschmutzt ist, ist die Veränderung des ORP nur auf die Oxidation verschiedener Schadstoffe zurückzuführen, und das Wasser könnte sicher sein, auch wenn es einen großen Unterschied aufweist.
Belüftungstechniken
Um herauszufinden was für Ihr System angemessen ist, verwenden Sie eine starke Belüftung über einen längeren Zeitraum. Nach drei oder vier Stunden Belüftung werden Sie feststellen, dass der Redoxwert konstant bleibt, d.h. dass Sie eine neue Basislinie für Ihr Wasser erreicht haben. Mit anderen Worten, das gesamte Ozon ist ausgetrieben worden, Nebenprodukte sind wahrscheinlich nicht vorhanden, und das höhere ORP ist nur auf oxidierte organische Verbindungen zurückzuführen. Glücklicherweise muss dieser Vorgang nur einmal durchgeführt werden, nämlich beim Hinzufügen des neuen Sterilisators.
Die einfachsten Ozonisatoren können an eine Kontaktsäule (z.B. einen Abschäumer) angeschlossen werden, und das Wasser kann anschließend durch Aktivkohle gefiltert werden, um unbeabsichtigte Rückstände des Gases zu entfernen. In diesem Fall kann die Einstellung des Ozonisators gemäß den oben beschriebenen Vorschlägen erfolgen. Andere Systeme, die komplexer sind, enthalten ebenfalls einen kontinuierlichen ORP-Sensor und regeln automatisch die Menge des zu lösenden Gases, wodurch Probleme mit Fischen und Wirbellosen vermieden werden. Beobachten Sie Ihre Tiere in den ersten Phasen nach der Installation eines Ozonisators stets sorgfältig und halten Sie sich bereit, den Ozonisator zu stoppen, wenn Sie Probleme feststellen.
Fazit
Wenn es um die Entscheidung geht, was für Ihr System Sinn macht, ist zu beachten, dass beide Systeme unterschiedliche Vorteile haben.
Denken Sie z.B. an ihren Einsatz gegen bestimmte Krankheiten. Ozon kann absichtlich in einer höheren Dosis verabreicht werden (bis zu 35 bis 40 mV Unterschied), um einige Fischkrankheiten zu heilen. Tatsächlich wirken das gelöste Ozon und seine Oxidationsprodukte direkt auf den Körper (Epidermis, Kiemen, Flossen) von Fischen und können Bakterien, Pilze und einige Protozoen schnell abtöten. So kann es zum Beispiel sehr wirksam sein, um eine Infektion von Columnaris zu stoppen, die die Flossen von Fischen verfaulen lässt, oder schwarze Flecken auf dem Körper von Garnelen verursacht.
Wie bei jeder Behandlung müssen die Probanden streng überwacht werden. Der Hauptvorteil besteht darin, dass das oxidierende Gas sofort aus der Lösung austritt und das Aquarium sofort wieder in seine ursprüngliche Form zurückkehrt, ohne dass eine Filterung mit Aktivkohle, ein Wasserwechsel usw. erforderlich ist. Ozon ist auch perfekt, wenn Sie das Wasser für ein Reproduktions- oder Quarantänebecken desinfizieren müssen, denn Sie können die Ozonisierung in maximaler Stärke verwenden, dann über Nacht belüften und sicher sein, dass das Wasser rein und sicher ist.
UV-Entkeimungsgeräte eignen sich besser für Süßwasseraquarien für den Dauereinsatz. Sie fügen dem Wasser nichts hinzu und töten alles ab, was durch die Umwälzpumpe läuft (wenn das System gemäß den oben genannten Vorschlägen verwendet wird), aber sie töten keine Parasiten ab, die am Körper der Tiere anhaften oder im Schleim, an Felsen usw. enthalten sind.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sowohl UV-Sterilisatoren als auch Ozonisatoren zur Lösung spezifischer Probleme notwendig, manchmal sogar unentbehrlich sein können, dass sie jedoch nur dann eingesetzt werden sollten, wenn sie tatsächlich benötigt werden, mit den richtigen Vorsichtsmaßnahmen und nach bestimmten Techniken.
Ziel ist nicht, pauschal jedes Wasser durch Desinfektion zu „reinigen“. Natürliche Gewässer sind vollkommen sauber, wenn sie nicht sterilisiert werden.