Wasserchemie

Einleitung

Der Fisch ist zeitlebens von Wasser umgeben, ähnlich wie wir von Luft. Wie auch die Luft wird das Wasser von seiner Umwelt geprägt. Regenwasser nimmt schon in der Atmosphäre Umweltschadstoffe auf. Sobald es auf den Boden gelangt und zu versickern beginnt, setzt sich dieser Prozess durch die Aufnahme weiterer Stoffe fort. Laufend verändert sich so seine chemische Zusammensetzung und dementsprechend gleicht kein Wasser dem anderen.

Der Mensch verändert die Art des Wassers ebenfalls. Sei dies unbewusst, durch Verschmutzung der Umwelt, mit Nitraten zum Beispiel, oder bewusst (wenn auch eher selten) durch Zusätze wie Chlor, damit das Wasser durch die Leitungen „rein“ in unsere Wohnungen gelangt. All diese Einwirkungen, in welchen Mengen auch immer, lassen das Wasser überall einzigartig sein. Da Wasser weitgehend die Lebensqualität der Fische beeinflusst, ist es sehr wichtig, dass der Aquarianer mit dieser Eigenart umzugehen weiss.

Ein Aquarium sollte wie ein Biotop funktionieren, um möglichst genau dem natürlichen Lebensraum der Fische zu entsprechen. Werden diese Bedingungen berücksichtigt, sind die besten Voraussetzungen geschaffen, dass sich Ihre Fische wohlfühlen und Ihr Aquarium zu einem Augenschein wird, an dem Sie sich täglich erfreuen können.

Leider zeigt die Praxis, dass diese Voraussetzungen oft zu wenig beachtet werden und entsprechend Pflanzen und Fische aus den verschiedensten Regionen in einem Aquarium vereint werden. Es kommt sogar vor, dass Pflanzen und pflanzenfressende Fische im gleichen Aquarium landen. Vor allem für einen Aquaristikneuling ist es sicher schwierig, sich all dieser Bedingungen von Anfang an bewusst zu sein und es passieren Fehler, die nicht gleich als solche erkannt werden. Unterstützt werden Fehlkäufe dieser Art leider wieder auch dadurch, dass grosse Fachgeschäfte hin und wieder zu stark auf den Umsatz konzentriert sind, als sich für das Wohl der Tiere und die Kundenzufriedenheit zu interessieren.

Der Ärger und die Unkosten, die durch das stetige Austauschen der Pflanzen entstehen, verleiten den Kunden irgendwann nach entsprechender Hilfe zu suchen. Wenn dies rechtzeitig geschieht, können Pflanzen wie auch Fische gerettet und das Aquarium entsprechend umgerüstet werden.

Lassen Sie daher Veränderungen im Aquarium nicht zu lange anstehen, sondern setzen Sie sich möglichst rasch mit uns in Verbindung. Gerne erstellen wir für Sie eine Analyse der kompletten Anlage und beraten sowie unterstützen Sie bei möglichen Massnahmen.

Die folgenden Informationen sollen Ihnen einen kleinen Einblick in die faszinierende Welt des Wassers geben und helfen, Wasser besser zu verstehen.

Leitwert

Mittels des Leitwertes kann der Salzgehalt des Wassers festgestellt werden. Salze lösen sich im Wasser und zerfallen in negativ geladene Anionen und positiv geladene Kationen. Der Leitwert definiert somit die elektrische Leitfähigkeit des Wassers.

Der Leitwert ist aber kein absoluter Wert sondern ein Summenparameter, der bedingt Rückschlüsse auf die Qualität und Eignung des Wassers liefert. Der Leitwert misst die Summe der gelösten Ionen (Anionen und Kationen) im Aquarium.

Er eignet sich vor allem für eine generelle Überwachung des Aquarium Wassers und nicht zum Bestimmen einzelner Teilwerte. Eine Veränderung des Wassers kann anhand des Leitwertes schnell und einfach festgestellt werden.

Im Normalfall bleibt die Wasserhärte im Aquarium konstant. Eine Erhöhung des Leitwertes würde jedoch auf eine Anreicherung anderer Salze, wie zum Beispiel Nitrat, hindeuten. Erhört sich hingegen die organische Belastung, verändert sich der Leitwert nicht.

Die Ionen entstehen aus den verschiedensten Salzen, zu welchen auch die Nitratsalze gehören. Nitrat ist als Stickstoffquelle ein lebenswichtiger Nährstoff für Pflanzen. Die Nitrate werden deshalb etwas später im Text ausführlicher beschrieben.

Um die Qualität des Wassers zu beurteilen, werden in der Aquaristik die folgenden Werte gemessen:

Gesamthärte (GH)
Karbonathärte (KH)
pH-Wert
Nitrat- und Nitritwerte (NO2 und NO3)

Ein wichtiger Parameter bezüglich der Wasserqualität ist die Wasserhärte. In der Aquaristik sind dabei die Gesamthärte und die Karbonathärte massgebend.

Gesamthärte (GH)

Der Begriff Gesamthärte im aquaristischen Sinn bezeichnet die Summe aller im Wasser gelösten Erdalkalimetallionen, Kalzium, Magnesium, Barium und Strontium. Im Süsswasser spielen als Härtbilder nur Kalzium (Ca) und Magnesium (Mg) eine Rolle, die beiden anderen Metalle sind nur in sogenannten Spuren im Wasser gelöst.

Konkret wird mit der Wasserhärte die Äquivalentkonzentration (Konzentration der Kationen) der im Wasser gelösten Ionen in speziellen Zusammenhängen, aber auch deren anionischer Partner, bezeichnet. So kann grob die Aussage gemacht werden, dass die Wasserhärte von 1 °dH in etwa 33µS/cm (Leitfähigkeit in Mikrosiemens je Zentimeter) entspricht.

Wenn somit viel Kalzium/Magnesium gelöst wurde, ist das Wasser hart. Bei wenigen gelösten Ca/Mg-Ionen hingegen ist es weich.

Härtegrad °dH Beschreibung
0 – 5.6 sehr weich
5.6 – 11.2 weich
11.2 – 16.8 mittelhart
16.8 – 22.4 hart
> 22.4 sehr hart

Quelle: ETH Zürich

Der GH-Wert ist einer der wichtigsten Werte, da die Gesamthärte die organischen Funktionen aller Lebewesen im Wasser beeinflusst. Ein Fisch kann im falschen Wasser durchaus sterben – oder schlimmer – sehr lange leiden.

Pflanzen können bei falschen Werten nicht richtig arbeiten, was bedeutet, dass sie nicht wachsen oder sogar eingehen, was eine Übersättigung an Nährstoffen und damit verbunden ein stärkerer Algenwuchs zur Folgen haben kann.

Der GH-Wert sollte wöchentlich kontrolliert werden.

Karbonathärte (KH)

Die Karbonathärte bildet das Pendant zur Gesamthärte und besteht aus Anionen. Darunter fallen Karbonate und Hydrogenkarbonate (Bikarbonat), die als Salz eine Verbindung mit Kalzium oder Magnesium haben. Die Karbonathärte hat durch ihr Säurebindevermögen einen Einfluss auf den pH-Wert und wirkt so als Puffersystem.

Sie verhindert eine zu starke und zu rasche Veränderung des pH-Wertes. Wegen dieser Funktion wird der Karbonathärte eine höhere Bedeutung als der Gesamthärte zugemessen.

Das enge Zusammenspiel zwischen Karbonathärte und pH-Wert ist für das Wohlbefinden unserer Pfleglinge lebenswichtig.

Der KH-Wert sollte wöchentlich kontrolliert werden.

pH-Wert (potentia Hydrogenii)

Im Wasser lösen sich nicht nur Salze sondern auch saure, basische und neutrale Stoffe. Je nach deren Gleichgewicht ist das Wasser folglich sauer oder alkalisch (auch basisch genannt). Chemisch reines Wasser hat einen pH-Wert von 7 und gilt somit als neutral.

Der pH-Wert dient als Mass für die Konzentration (Aktivität) der Wasserstoffionen in einer wässrigen Lösung. Bei der Angabe des pH-Wertes handelt es sich um eine Aufteilung im Zehnerlogarithmus, was bedeutet, dass ein pH-Wert von 6 dementsprechend zehnmal so sauer wie ein pH-Wert von 7 ist. Falsche pH-Werte können fatal sein, weil die Abweichung grösser ist als die effektive Zahl zu sein scheint.

pH-Wert Beschreibung
4 – 7 saures Wasser
7 – 10 alkalisches Wasser

Der pH-Wert spielt für das Wohlbefinden der Fische im Aquarium, für die Flockung und Filtration für das Korrosionsverhalten des Wassers und nicht zuletzt für ein gutes Pflanzenwachstum eine entscheidende Rolle. Alle Lebewesen haben einen Toleranzbereich im Bezug auf den pH-Wert und können ausserhalb dieses Bereiches nicht überleben, wobei Fische etwas heikler sind als Pflanzen. Sehr empfindlich reagieren sie auf eine rasche und starke Veränderung des pH-Wertes, welche zum Beispiel durch einen Säuresturz in relativ weichem Wasser ausgelöst werden kann, wenn sämtliches Bikarbonat aufgebraucht ist.

Der Toleranzbereich kann je nach Pflanze oder Fisch sehr unterschiedlich sein. Es gibt Pflanzen, die lieben saure Böden, wie zum Beispiel Torfmoos, der einen pH-Wert von 3.4 bevorzugt, dagegen aber Huflattich, der einen alkalischen Boden mit einem pH-Wert von 8 benötigt.

Der pH-Wert sollte anfänglich alle drei Tage kontrolliert werden.

Sollte der pH-Wert über eine längere Zeit stabil bleiben, genügt eine wöchentliche Kontrolle.

Nitrifikation

Durch die Ausscheidungen der Fische (Ammonium, Ammoniak) sowie durch Pflanzen und Futterreste (Eiweiß) gelangen organische Verbindungen ins Wasser. Diese organischen Stoffe werden im Aquarium zuerst in Ammonium oder Ammoniak umgewandelt. Welcher der beiden Stoffe sich bildet, hängt vom pH-Wert ab.

Das freigesetzte Ammonium/Ammoniak wird im Aquariumfilter durch nitrifizierende Bakterien in zwei Schritten zu Nitrat oxidiert. Diesen Prozess bezeichnet man als Nitrifikation. Die Nitrifikation ist ein Teilprozess des Stickstoffkreislauf-Ökosystems. Sie besteht aus zwei Teilprozessen, wobei im ersten Ammoniak zu Nitrit und im zweiten dieses zu Nitrat oxidiert. So entsteht für Pflanzen stickstoffhaltiger Mineralnährstoff.

Wird ein Aquarium neu eingerichtet, ist die Population dieser Nitrifikanten (Nitrosomas und Nitrobakter) oft noch zu gering, was zu einer Überlastung des Wassers und so zu einer Vergiftung der Fische führen kann.

Eine Einfahrzeit des Aquariums von mehreren Wochen ist daher unumgänglich und selbst teuer angepriesene Mittel können die nötigen Bakterien nicht sofort aufbauen. Wird diese Einlaufzeit aber berücksichtigt hat man die besten Voraussetzungen geschaffen, damit das Aquarium stabil und mit gesunden Werten für die Lebewesen laufen kann.

Ammonium / Ammoniak (NH4+/NH3)

Ammonium (NH4+) ist ein Kation, das chemisch ähnlich reagiert wie Alkalimetall-Ionen und Salze entsprechender Formel bildet, beispielsweise Ammonsalpeter (Ammoniumnitrat) NH4NO3 oder den Salmiak (Ammoniumchlorid). In der Natur entsteht Ammonium in erster Linie beim Abbau von Proteinen. Ammoniak ist eine chemische Verbindung von Stickstoff und Wasserstoff mit der Summenformel NH3.

Ammonium/Ammoniak ist das erste Glied in der Nitrifikationskette. Es wird direkt von den Fischen über die Kiemen ausgeschieden. Zu viel Futter (Überfütterung), Fischkot oder tote Tiere, in anderen Worten durch den Zerfall organischer Stoffe (insbesondere eiweisshaltiger Stoffe) entsteht als Endprodukt Ammonium/ Ammoniak. Durch die biologische Filterung wird mittels der Nitrosoma-Bakterien das Ammonium/Ammoniak zu Nitrit oxidiert. Dieser Prozess verbraucht im Filter einen Anteil des Sauerstoffes.

In einem optimal funktionierenden Becken wird Ammonium/Ammoniak von den Pflanzen als Nahrungsquelle genutzt, wodurch ein biologische Gleichgewicht entsteht.

Das Verhältnis der Anteile  des Ammoniums zu Ammoniak steht in einer Wechselbeziehung und ist abhängig vom pH-Wert des Wassers und der Temperatur. Bei einem pH-Wert unter 7 steigt der Anteil an Ammonium und es liegt praktisch kein Ammoniak vor, dagegen bei einem pH-Wert von über 7 nimmt der Anteil an giftigem Ammoniak zu. Bei einem pH-Wert knapp über 8 liegen Ammonium und Ammoniak in etwas im Verhältnis 1:1 vor. Folgende Tabelle verdeutlicht dieses Verhältnis:

NH4+ / NH3
Gesamtgehalt
(mg/l)
Anteil des giftigen Ammoniak (mg/l)
bei pH-Wert
Bewertung
6 6,5 7 7,5 8
0,1 <0,001 <0,001 <0,001 <0,002 <0,006
0,2 <0,001 <0,001 <0,001 <0,004 <0,011 harmlos
0,3 <0,001 <0,001 <0,002 <0,006 <0,017
0,5 <0,001 <0,001 <0,003 <0,01 <0,029
0,8 <0,001 <0,002 <0,005 <0,015 <0,046
1 <0,001 <0,002 <0,006 <0,019 <0,057
1,2 <0,001 <0,002 <0,007 <0,023 <0,069 kritisch
1,5 <0,001 <0,003 <0,009 <0,029 <0,086
2 <0,001 <0,004 <0,012 <0,038 <0,114
4 <0,002 <0,008 <0,024 <0,076 <0,229
6 <0,003 <0,011 <0,036 <0,114 <0,342 akut
8 <0,004 <0,015 <0,048 <0,152 <0,458 gefährlich
Die Tabelle bezieht sich auf 24° C Wassertemperatur (nach Krause)

Ammonium ist ein optimaler Pflanzendünger und ungiftig für die Fische. Hingegen Ammoniak ist ein starkes Fischgift! Dabei stellt ein Ammoniak-Gehalt ab 0,02 mg/l bereits eine Gefährdung dar (orangefarbige Felder). Bei Werten ab 0,2 mg/l (rote Felder) tritt akute Lebensgefahr ein.

Laut Diana Walstad, einer der führenden Experten im Bereich Aquaristik, bevorzugen Pflanzen das Ammonium. Solange es zur Verfügung steht, wird kein Nitrat verarbeitet, da die Nitratverarbeitung einen höheren Energieaufwand bedeutet.

Liegt Ammonium in einer geringen Menge stetig vor, können Pflanzen sehr gut wachsen. In modernen Filtern wird Ammonium schnell zu Nitrit und Nitrat verarbeitet, weshalb es häufig nicht mehr verfügbar ist. Liegt ein Ammonium Mangel vor, sind Pflanzen gezwungen Nitrit oder Nitrat zu verwerten, was sie deutlich mehr Energie kostet und dadurch ihr Wachstum gehemmt wird.

Nitrit (NO2)

Bei der Oxidation von Ammoniumionen unter Verbrauch von Sauerstoff wird Nitrit gebildet. Es gilt als Zwischenprodukt der vollständigen Oxidation des Stickstoffs zu Nitrat und sollte möglichst tief gehalten werden.

Nitrit ist sehr giftig für Fische und kann diese bei zu hoher Konzentration töten. Der Nitritwert sollte bei 0,0 liegen. Werte von 0,1 – 0,2 sind kurzfristig (für wenige Stunden) tragbar, müssen aber umgehend nach dem Nachweis durch einen grosszügigen Teilwasserwechsel reduziert werden.

Nitrit kann nur durch eine funktionierende biologische Filterung und mässigem Besatz dauerhaft klein gehalten werden.

Der Nitritwert sollte alle zwei Tage gemessen werden.

Bereits ein totes Tier kann die Nitrifizierung eines kleinen Aquariums überfordern und es kann zu einem sogenannten Nitritpeak, dem zeitlichen Maximum der Konzentration von Nitrat im Wasser, kommen. Ein solcher kann schlussendlich für viele Tiere tödlich enden.

Während der Einfahrphase gibt es noch keine Bakterien (Nitrobakter), die diese Aufgaben erledigen. Sie bilden sich erst bei genügend Nahrung, daher kommt es während der Einfahrphase bereits zu einem Nitritpeak. Nach diesem Peak sollte man mindestens noch eine Woche abwarten, bevor die ersten Tiere eingesetzt werden. Der gesamte Einfahrprozess kann unter Umständen 4-6 Wochen dauern.

Nitrat (NO3)

Nitrate sind die Salze und Ester der Salpetersäure (HNO3).

Im Wasser werden Nitrate durch die bakterielle Nitrifikation gebildet. Bei der Zersetzung eiweisshaltiger organischer Stoffe wird zuerst Ammoniak freigesetzt. Durch die Oxidation der Nitrosomas führt dies zu Nitrit, welches dann wiederum durch die Nitritoxidierer (Nitrobakter) zu Nitrat weiteroxidiert.

Nitrat ist das Endprodukt der Nitrifizierung und wird nicht weiter abgebaut, sondern reichert sich im Aquarium stetig an. Es wird von den Pflanzen als „Nahrung“ aufgenommen, durch nitratatmende Bakterien beeinflusst oder verlässt das Aquarium über den wöchentlichen Teilwasserwechsel. Der Wasserwechsel ist bei normalen Aquarien mit üblichen Filtern der einzige Weg, um den Nitratgehalt im Grenzbereich zu halten.

Nitratanionen selbst sind weitgehend ungiftig. Grenzen zur Toxizität für die Fische liegt in der gleichen Grössenordnung wie bei Chloriden und Sulfaten, nämlich im zweistelligen Grammbereich (Wert höher als 50 mg/l). Es gilt jedoch zu beachten, dass normalerweise der Nitratwert zwischen 1 und 35 mg/l liegt und selbst dieser für gewisse Fische bereits zu hoch sein kann.

Pflanzenwuchsproblem können auf einen zu hohen Nitratwert zurückzuführen sein. Es gibt einige Pflanzenarten die sogar sensibler auf den Nitratwert reagieren als Fische.

Kohlendioxid (CO2)

CO2 ist für die Wasserpflanzen der Hauptnährstoff und bildet die energetische Grundlage für deren Wachstum.  Die Pflanzen produzieren in der sogenannten Photosynthese aus CO2, Wasser und Lichtenergie die Energiestoffe Zucker und Stärke. Die Pflanze gibt Sauerstoff ab, den wiederum die Tiere zur Atmung brauchen.

Bei schwach beleuchteten Aquarien mit einer grossen Anzahl von Fischen und wenig Pflanzen kann es vorkommen, dass der CO2 Wert zu hoch ist. Normalerweise wird das CO2 über die Wasseroberfläche oder kann mittels der Installation eines Ausströmersteins oder eines Diffusors am Filterauslauf reduziert werden. Das CO2 sollte den Wert von 20 mg/l nicht übersteigen. Ein zu hoher CO2 Gehalt kann bei den Tieren die Atmung über die Kiemen erschweren.

Herrscht ein starker Pflanzenbestand kann es zu einem CO2-Mangel kommen. In diesem Fall sollte eine zusätzliche Zufuhr über entsprechende CO2-Anlagen erfolgen. Dabei sollte der CO2-Gehalt des Wassers nicht unter 5mg/l fallen, ideal wäre ein Gehalt von 10 – 20 mg/l. Liegt ein massiver CO2-Mangel vor, kann es zur sogenannten biogenen Entkalkung kommen.

CO2 wird durch die Fische am Tag ausgeatmet und über die Pflanzen wieder in Sauerstoff umgewandelt. In der Nacht dagegen verbrauchen die Pflanzen kein CO2, wodurch der CO2-Wert während dieser Zeit leicht ansteigt.

Sauerstoff (O2)

Sauerstoff ist die Grundlage für alle lebenden Organismen im Aquarium, insbesondere für die Atmung der Fische. Ebenfalls wird bei der Oxidation von Ammoniumionen zu Nitrit oder durch den Abbau organischer Verbindungen im Filter eine beachtliche Menge des Sauerstoffes verbraucht.

Zugeführt wird Sauerstoff von den Pflanzen (Umwandlung von Kohlendioxid in Sauerstoff) oder es diffundiert über die Wasseroberfläche ein. Bei einem Sauerstoffmangel kann dieser auch durch sogenannte Oxydatoren in gelöster Form eingebracht werden. Regelmässiges Reinigen der Filter sowie artgerechte nicht zu reichliche Fütterung der Fische kann den Verbrauch des Sauerstoffes entsprechend in Grenzen halten.

Der Sauerstoffgehalt des Wassers sollte grundsätzlich den Wert von 6 mg/l nicht unterschreiten. Dabei ist zu beachten, dass der Sauerstoffgehalt am Abend am höchsten ist, weil die Pflanzen diesen tagsüber laufend produzieren. Dieser Umwandlungsprozess von Kohlendioxid in Sauerstoff durch die Pflanzen findet in der  Nacht jedoch nicht statt, sodass der Sauerstoff während dieser Zeit durch die Atmung der Fische reduziert wird und dadurch am Morgen am niedrigsten ist. Der O2-Gehalt sollte 4mg/l auf keinen Fall unterschreiten.

Das Lösungsvermögen des Wassers ist von der Temperatur abhängig. Je höher also die Temperatur, desto niedriger ist der Sauerstoffgehalt.

Kupfer (Cu)

Kupfer in Wasser gelöst ist für Fische und auch Schnecken sehr giftig. Allerdings ist Kupfer aber auch ein wichtiges Spurenelement, dass von Pflanzen in geringen Mengen benötigt wird. Eine etwas höhere Konzentration kann die Pflanzen vollständig zerstören. Algen reagieren ebenfalls sehr empfindlich auf Kupfer. Hingegen können die üblichen Aquarienbakterien bis zu 1 ppm Kupfer ertragen. Einzelne Süsswasserfische können diese Konzentration an Kupfer maximal einen Tag lang aushalten.

Kupfermangel kann hingegen zu Krankheiten führen, da es wie Eisenmangel Chlorosen hervorruft. Im Aquarium kommt dies jedoch selten vor, da nebst dem aus der Wasserleitung zugeführten Kupfer auch das Futter kleine Kupferspuren enthält.

Der Kupfergehalt im Wasser sollte nicht nachweisbar sein. Vor allem beim Teilwasserwechsel sollte darauf geachtet werden, dass nur kaltes Wasser aus der Leitung verwendet wird. Denn durch warmes Wasser wird mehr Kupfer aus den Leitungen gelöst. Es empfiehlt sich auch vor dem Bezug von Wasser für das Aquarium dieses vorgängig etwas fliessen zu lassen. Ansonsten empfiehlt sich ein Wasseraufbereiter zu verwenden, damit nicht zu viel Kupfer ins Aquarium gelangen kann.

Eisen (Fe)

Eisen ist für die Pflanzen ein wichtiges Spurenelement. Man sollte versuchen, einen Eisengehalt von etwa 0,05 – 0,1 mg/l zu erreichen.

Eisen ist ein Metall, das in allen natürlichen Gewässern vorkommt und bei vielen biologischen Vorgängen eine zentrale und lebensnotwendige Rolle spielt. Zum Beispiel würde der Transport von Sauerstoff in den roten Blutkörperchen ohne Eisen sowie auch die Photosynthese der Pflanzen und die lebensnotwendige Verwertung des Nitrat zum Aufbau von pflanzlichem Eiweiss nicht funktionieren.

Für den Pflanzenwuchs sind sowohl zu niedrige als auch zu hohe Eisenwerte schädlich. Der optimale Eisenwert liegt bei 0,1 mg/l. Erhöht sich dieser auf über 0,2 mg/l, kann es bei empfindlichen Wasserpflanzen zu Mangelsymptomen, wie der gelblichen Verblassung der Blätter oder allgemeinem Verkümmern führen.

Temperatur

Die Temperatur muss den Fischen angepasst werden und sollte sich grundsätzlich in deren Toleranzbereich bewegen. Vor allem bei der Auswahl der Fischarten sollte auf deren Temperaturbedürfnisse geachtet werden, damit zum Beispiel nicht tropische Fische mit solchen aus Gebirgsseen gemischt werden. Die Futteraufnahme wie auch der Stoffwechsel der Fische sinken mit fallenden Temperaturen. Die gewünschte Temperatur kann über die sogenannte Heizung erreicht werden. An heissen Sommertagen kann es vorkommen, dass eine Raumkühlung benötigt wird, damit die Temperatur nicht zu stark ansteigt.

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