ゼオライトフィルター:ゼオライトの使用とその機能について (全訳)

(ドイツのアクアリスト Jens Kallmeyer氏のエッセーによる。)

海水魚飼育のためのゼオライトフィルターは、数年前から人気があるようになりました。 以来、愛好家の間で多くの議論を引き起こしました。一部の愛好家は珊瑚の「聖杯」と考え、熱心にこの技術を販売促進する一方で、かとおもえば同じくらいの激しさでそれを非難する人もいます。大部分の賛成者で議論が不足していることは、この技術の背景にある原理の実際の説明です。残念なことにほとんど情報がなく、それが一人歩きしてしまい、ゼオライトフィルターの製造元の言うように「取扱説明書で述べているように使いなさい」と終わってしまっているのです。

当初、この技術がまだ真新しかった時、水族館がこの技術に変更すると、ひどい珊瑚の死に直面しました。それゆえ、長年海水水槽を管理していたものにとってこの方法は排他的に扱われ、この不運な出来事は、未熟な初心者には(それはわからないので)関係ないという事態だったのです。

しかし、(現在では)ゼオライトフィルターにより多くの美しい水槽が存在します。 これには、とてもカラフルなSPS珊瑚を保てる改善方法があり、よく機能するという十分な証明があります。しかし、なぜ、それが良く効く水槽もあり、そうでない水槽があるのでしょうか?

ゼオライトは、長い間淡水の水族館で有名でした。全く素速く栄養分濃度を減らすその能力に着目し、水族館長に海水水槽で淡水のゼオライトを試す気にさせました。しかし残念ながら、ほとんどのケースでは、これらのテストは、大破局で終わりました。 では、そのような過去の「水槽の殺人者」と新しいゼオライトフィルターのそれらの違いは、何でしょうか? その原因はあきらかにフィルタそのもののデザインではなく、基本的に高い流量率によるフィルタによるものであり、また、最初に使われるぜオライトの種類によります。第2に、それは全部の概念の一部としてゼオライトを使う方法だったからです。明らかに、1パックのゼオライトを買って、それを容器-フィルタに投げ込むことで多くの考慮しなければならないものがあるのです。

では、詳述する前に、このフィルターシステムの背景にある基本的な原則を理解することは、重要です。基本から始めるとして、問題を尋ねましょう、 「ゼオライトは、実際に何なのですか?」 ゼオライトは鉱物で、大部分は二酸化ケイ素とアルミニウムから成るさらに、他の要素は珪素、カルシュウム、鉄分とマグネシュウムのようなものを含んでいます。ぜオライトで最も面白い特徴は、彼らの結晶構造です。ゼオライトは1メートルあたり何10億もの極微小の穴からなるもので、異なるサイズの穴によるスポンジとみなすことができます。これらの穴のサイズは、鉱物の化学組成に依存します。自然界に、あるいは更には多くの異なる合成ゼオライトで知られている何百もの異なるぜオライトがあります。これらの鉱物をとても特別にしているのは、特定の合成物を吸収するその能力です。その構造に従ってゼオライトは優先して異なる合成物を吸収します。 うまく両方とも利用できるならば、これはゼオライトが他より1つの合成物を吸収しそうであることを意味します。産業的に使用されるゼオライトについてはその吸収の特性により選定されてきました。 しかし、単に「吸着剤」としてゼオライトと少し単純化しすぎです。

ゼオライトは、実は「イオン交換体」なのです。

合成物が結合する穴は、空でなく、ナトリウムまたはカリウムでいっぱいです。好ましい合成物が利用できるとすぐに、もう一つの合成物、通常−ナトリウムまたはカリウムは放たれます、そして、合成物は吸収されます。この反応(もう一つのイオンのための1つのイオンの置き換え)は、イオン交換と呼ばれています。

左の上の図(原典を参照のこと)は、新しいゼオライトを表します。ナトリウム(Na)とカリウム(K)イオンは、他の荷電するイオンと交換される準備ができています。右の上の図は、アンモニウムイオンと引きかえにカルシュウムとカリウムの放出を表しています。

この「イオン交換効果」自体は、海水水槽(後で若干の他の説明があります)の濾過において、ぜオライトの使用には特に重要です。しかし、それは産業の応用についても非常に重要です。 それから他のイオンに対して交換される特定のイオンで「予め吸収されることができる」非常に特定のイオン交換能力で合成ゼオライトをつくることは可能です。海水水槽で、いずれにしろ海水の主な構成要素であるナトリウムまたはカリウムの放出はきっと取るに足りないものでしょう。

ゼオライトが完全に淡水域で働いたとしても、なぜ、海水のゼオライトによるそれほど多くの初期の試みは失敗して終わたのでしょう? 答えは簡単です。

淡水で一般に使われるぜオライトはアンモニウムを吸着します。そして、それは初期の望ましい機能です。しかし、ゼオライトはカルシウムを好みます。海水の中に何があるか想像するとわかるでしょう!ほとんどカルシウムが通常通常の淡水にはないので、ゼオライトはアンモニウムを吸収します。一方、海水では多くのカルシウムがあるので、特定のゼオライトがカルシウムを好むので、破滅的な結果にいたり、カルシウム値は急激に減少します。水族館長が淡水のゼオライトで海水水槽を測定したとき、200mg/l未満の非常に低いカルシウム濃度で終わったとされます。(訳者注:通常はその倍以上必要)

 

現在優先して海水のために使われるゼオライトはアンモニウムを吸収します、しかし、これはちょうど語の半分です。残り半分は生物学が入ってきます。いままで述べたようにゼオライトには非常に多孔質構造になっています。顕微鏡の下で、彼らはほとんどスポンジのように見えます。より大きな穴はより小さなものよりずっと大きいのです。およそ1000倍より大きいです。この多孔質構造はバクテリアが定着するのにかなりの表面積があるのです。アンモニウムが結晶構造によって吸着されて、ゼオライトにたよって暮らしているバクテリアは彼らの食物を彼らのすぐそばに届けさせます。濾過能力を強化するためには、ほとんどの場合直接水槽にではなく、フィルタに、炭素源は加えられます。ほとんどの場合、水槽は炭素源は制限されています。したがって、炭素源を加えることによって、水槽のすべてのバクテリアは、さらにいくらかの多くの食物を受けることになります。しかし、それらとして、ゼオライトに座るバクテリアはアンモニアを非常により簡単なものにします、そして、他の水槽よりバクテリアはカーボン追加からの非常により良い「利益」を儲けることができます。これらのフィルタを効率速度を上げるために、一部の企業は細菌のスターターキットを提供しているようです。その有用性は議論の余地がありますが。

 

我々がゼオライトの上で起こる基本的な原則を議論した今、次に我々は各々の「穀物」の中を見てみなければなりません。材料の多孔質構造と各々の「穀物」の表面をおおっている細菌膜のために、酸素はゼオライトの中に速くなくなります。まさしくその表面で、酸素がまだ利用できる所で、アンモニウムは硝酸塩に硝化バクテリアによっても酸化されて、それから、従属栄養細菌によってすぐに窒素ガスに減り、あるいは、アンモニウムは直接窒素にされるわけです。 後のプロセス(嫌気性アンモニウム酸化、アンモナックス)は、下水処理工場に使われると知られており、当初は自然で最近確認されるだけでした。もしできるとしても、このプロセスがゼオライトフィルタで起こっているかどうかの証明が非常に難しいでしょう。これにより、フィルタのユーザーは悩んではいけません。本質の反応は、同じことです:アンモニウムは水から除去されて、窒素ガスへ移されます。そして、それは空気に出ます。炭素源が加えられるとき、すべてのこれらの反応は起こるのです。炭素源なしでは、フィルタはアンモニウムと他の何も最初に吸収するだけで終わります。それは、つまり単純なイオン交換体に終わるのです。 2〜3日後あるいは数週間後、以下の反応で示されるように、無機栄養細菌はアンモニウムを含んだゼオライトに定着し硝酸塩へ酸化させます: NH4+ + O2 + 3OH-= NO32-+ 2 H2O したがって、そのようなフィルタは実は硝酸塩を生産します、そして、水族館のその用途はむしろその点に限定されてしまいます!私がイオン交換プロセスそのものが海の水族館で多くの重要性でないと前に言ったとき、私は少しあまりに単純すぎたかもしれません。

最近になって多くの人々は、非常に優雅な方法で実際にこの効果を使いはじめています。新しいタンクにおいて、ゼオライトでいっぱいのカートリッジがついたパワーヘッドは、水槽の水の安定に、非常に良い影響を及ぼすことができます。 アンモニウムが亜硝酸塩に酸化されて、アンモニウム濃度の縮小はかなり最初の段階に亜硝酸塩のピークを減らします。それが酸化して、問題を引き起こし始める前に過剰なアンモニウムがシステムから取り出されて、ゼオライトは水槽で窒素循環を安定させるバッファとしてフィルターに通過します。そのような場合ですと、ゼオライトは二、三日ごとに変わらなければなりません、そして、炭素源は加えられません。 (訳者注:単にアンモニアの除去という効果だけに終わるとという意味です)

一方で炭素源の追加による「通常の」ゼオライトフィルタでは、アンモニウムが硝化作用により有機栄養バクテリアの合同の努力によって鉱物から絶えず除去されるので、これらのフィルタは長期の期間の間動作することができます。まず第一に、細菌膜は孔の上でゆっくり詰まります、それによって吸着している能力を減らして、第二に他のイオンはゼオライトの上へも吸着されます。バクテリアがこれらのイオン(優先して無意味なものではなく)を除去しなくてはならず、彼らはゆっくり豊潤になり、したがってアンモニウムを吸着することが利用できる場所の数を減らします。そのため、しばらくして、ゼオライトは消耗されて、バクテリアが鉱物からアンモニウムを除去すると、フィルタは永遠に動作しないことになります。 そのため産業応用ではゼオライトはしばしばリサイクルされますが、これは危険な薬品を使用することがあり、これは確かに家庭用水槽のキーパーのための選択肢でありません。あなたの台所でこうしようとするならば、家族の健康と他の人のそれを危険にさらします!このようにしてお金を節約することは、まったく愚かです。水槽をセットアップすると決めたなら、きちんとその中で維持する余裕を持つことができることを確認してからはじめてください。

ゼオライトフィルターで働いている栄養の除去のもう一つの方法があります。細菌膜が積み重なって、多くの窒素合成物は実は生物に吸着しており、それによって水から除去されます。その膜があまりに厚くなって、離れて裂けるとき、プロテインスキマーがそれらを捕え、それによって生物学上で固定された栄養分を除去するかもしれません。

 

トップの上の図(原典を参照のこと)は、バクテリアがゼオライトで罠にかけられ、アンモニアが局部に高く集中することを利用していて、窒素ガスにそれが変化することを表します。底の上の図(原典を参照のこと)はゼオライトから運ばれてきている彼らの命の終わりに達した、栄養を含む豊かなバクテリアを表します。そして、水槽からスキマーで除去される運命にあります。

これらのフィルタが市場に紹介され、彼らは栄養分濃度を通常太平洋(地球で最も栄養を含む減少する海のうちの1つ)で見つかるレベルに保つと証明されました。とてもカラフルなSPSサンゴはフィジー、トンガ、その他から輸入します、それはすぐにしばしば茶色になりましたが、すぐに、驚くべき色を保つことが可能となりました。 多くのユーザーに、このシステムは、SPS-サンゴ管理の進展を提供することになりました。 異なる濾過システム上で運用している驚く美しい水槽をもつ一部の長年のSPSサンゴ愛好家でさえ、ゼオライト濾過に変えた後、よりカラフルな珊瑚を得るようです。 これらのフィルタの大きな長所は、彼らの大きな危険でもあります:ゼオライトは、非常に速く、そして、とても能率的に、アンモニウムを除去します。アンモニウム濃度が決して高くない(そうであってはならない最少の意味)が、それは窒素循環の非常に重要な構成要素です。ほとんど完全にそれを取り除くことによって、他の全てのプロセスは、同様に影響をうけます。これらのフィルタが市場に入ったとき、一部の人々はタンクの全体的な化学作用に対する彼らの影響を過小評価しました。より高い栄養分濃度によるむしろ古いタンクにおいて、珊瑚はこれらの状況によく適応していましたが、その急落な変化により数十年にわたってよく発展していた群落に変化を引き起こしました。珊瑚は飢えて、寄生虫と病気にかかりやすくなりました。珊瑚が死ぬほど飢えない場合は寄生虫がサンゴを殺しました。古く水が確立したタンクがそれにずっと敏感な一方で、ゼオライト濾過から始めた水槽が非常に良好に、そして、大きな問題なしでキープされるようです。 異なるシステムからゼオライト濾過へ切り替えるとき、新しいシステムの効果が完全に明らかになる前に、いくつかの報告によると最高1年もの時間がかかっているようです。

ゼオライトは利用できる最も効果的アンモニウム吸着材であることを忘れないでください。あなたの珊瑚を観察してください。そして、最初の週にわたって日に一度少なくとも栄養を含むレベルを測定してください。珊瑚があまりに大幅に水質の変化に反応するならば、ゼオライトの量は減らす必要があります。 あなたがそのようなシステムであなたの運をためしたくなるならばやってみてください。それは、驚くべき水槽への方向になります。この方法は市場で利用できるいくつかの他の方法よりそれほど簡単でないか、安くないか、ひょっとしたらよくないかもしれません。それは、まさに異なるからです。 あなたの水槽に適当で定期的なメンテナンスから解放することにはならないし、そして、美しい水槽を夢見てあなたをこの方法をためしても、まさに同じもののように見えるという保証がありません! たとえ何をしても、誠実で我慢強くいてください。このシステムは、キーパーについての知識の欠如、怠惰と我慢がたりなさに対処することができないのですから。

ともかく、幸せなサンゴ飼育をたのしんでください!

 

<POINTS>

ゼオライトは昔から優秀なアンモニアの吸着剤として使われてきたがサンゴ水槽では壊滅的な打撃が大きかった。

その理由はゼオライトがその固有の特徴であるイオン交換機能がサンゴ水槽に必要なカルシュウムやカリウムイオンなどを急速に奪うからである。

しかし海水水槽で炭素源を加えて(ウオッカメソッドのような)管理するとゼオライトの表面にバクテリアが住み着きアンモニアイオンなどを食し無害化する。また、そこで増殖しフォルムを作り出すのでそれをはがすことで引き続きゼオライトフィルターは有効に機能する。炭素源を加えないならただのアンモニア吸着フィルターで終わってしまう。

低栄養海水によりサンゴの色上がりに貢献すると考えられる。ただし、時間をかけてゆっくりしないと失敗に終わる可能性が大

ご参考:我が家のゼオライトフィルター

HYDOR CRLSTALFILTER にゼオライトを入れて起動。毎分7L程度の流量。(一寸多いかもしれないので調整中)

毎朝カートリッジをはずして手でシェイクし、その水をサンゴに与える。毎朝ウオッカを0.5ml程度投入。水槽のカベに気泡がつくと投与中止。

 

   b

ゼオライトはZEOVIT やULTRALITH 専用のゼオライトでなければならないと言われているが 一般使用で海水でも使用できるもので代用。カルシュウムの量に影響を与えるとされるので測定しながら留意して運用している。いまのところ別段不都合は生じていない。これは基本的にゼオライトはアンモニアを吸着するという点を見たものであり、上記のエッセーのように炭素源を加えることでバクテリアフィルムをそこに定着させるという点はZEOVITであれULTRALITHであれこの簡単なゼオライトフィルターであれ同じ原理であるからである。サンゴの色上がりについてはサンゴの餌や光量に関係することも大きく、ゼオライトフォルターを使用したからといって極彩色のサンゴに必ず仕上がるというという保証はない。

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