Was ist ein Biofilter?

Hilfreich für das Verständnis sind die Beiträge von Dr. Gerd Kassebeer:

• Die Geschichte vom alten Schlamm
• Schlamm im Aquarium - Eigenschaften und Bedeutung

Früher verstand man unter einem Aquarienfilter das möglichst effektive Herausfischen von Trübstoffen aus dem Wasser. Das Filtermedium war zumeist Watte, eventuell auch grober Kies. Dieses Filtermaterial wurde ausgespült, sobald es dreckig erschien und damit war es dann auch gut. Sauberkeit war angesagt.
Die Filter wurden vorzugsweise anhand ihrer Pumpenleistung beurteilt, je mehr, desto besser. So etwa, wie man ein Auto auch anhand seiner Motorleistung einstuft. Auch heute noch trifft man gelegentlich auf solche Ansichten.

Im Laufe der Zeit machte sich aber auch unter den kommerziellen Aquarienbauern die Kunde breit, dass eine biologische Filterung auf eine nahezu geheimnisvolle Weise besser ist. Ich vermute allerdings stark, dass diese Einsicht eher marketingmäßige Gründe hat. Dem Zeitgeist des erwachten Naturschutzgedankens der 80er Jahre folgend entstanden überall Bioprodukte und alles was Öko war, war auch gut und gesund. So auch der Biofilter für das Aquarium.

Auch die sog. Biofilter wurden und werden nämlich nur mit Keramikröhrchen und Biobällen bestückt die als Schlammfalle fungieren sollen. Die Pumpenleistung blieb unverändert. Auch ist die Konstruktionsweise der "Biofilter" unnötig aufwändig, eben so, dass sich daraus ein Produkt formen lässt.
Wenn man aber einen echten Biofilter haben will, dann muss man sich den biologischen Grundsätzen der Mikrobiologie unterwerfen.

Was ist der Filter überhaupt?

Der Begriff "Filter" ist m.E. schon mal ungünstig, da er etwas umschreibt, was eigentlich nicht gemeint ist. Besser wäre der Begriff "Bioreaktor". Ich bitte also darum, bei dem Wort "Filter" immer den Begriff " Bioreaktor" im Hinterkopf einzusetzen, denn im Grunde unterstützt der Filter lediglich ganz normal ablaufende Vorgänge. Er ist in gewisser Weise ein Katalysator. Er forciert etwas ohne sich selbst zu verbrauchen.

Die Siebwirkung, die sich hinter dem Begriff "Filter" ursprünglich verbirgt, ist nach meiner Überzeugung eher eine angenehme Nebensache.

Die Bakterien sind der Filter

Der eigentliche biologische Filter ist in einem Aquarium also die Summe der Bakterien. Diese siedeln sich auf allen Oberflächen an und beleben den Mulm auf und in dem Boden. Sie bilden ihn sogar, denn der Mulm ist von der Sache her nichts anderes als u.a. durch Bakterien teilweise oder schon ganz abgebautes organisches Material. Wenn man den Mulm auf dem Boden akzeptiert und für eine Wasserumwälzung sorgt, braucht es grundsätzlich keines definierten Filters mehr. Der Filter ist schon da. Allerdings funktioniert das nur bei sehr moderat besetzten Aquarien zuverlässig.

Die Menge der Bakterien ergibt sich aus der durchschnittlichen organischen Belastung. Wenn man ein eingefahrenes Aquarium langfristig nicht mehr füttern würde, würde sich die Bakterienflora zurückbilden. Gleichermaßen kann man durch eine kontinuierliche Steigerung der Futtermenge die Mulm/Bakterienmasse auch ständig steigern.

Bakterien vs. Pflanzen

Die Bakterienzahl stellt sich immer so ein, dass sie die mögliche Obergrenze hat und sich gerade noch ernähren können. Sie haben also permanent Hunger und das macht die Bakterien im Gegensatz zu den Pflanzen so leistungsfähig.
Pflanzen können aus verschiedensten das Wachstum und damit die Stickstoffaufnahme stoppen und damit fällt der Pflanzenfilter aus, auch wenn man es ihnen noch gar nicht ansieht.
Wenn ein Kriterium für Pflanzenwachstum nicht mehr erfüllt ist war es das. Sehr riskant, wenn man sich nur darauf verlässt. Die Bakterien sind viel anspruchsloser und leidensfähiger, allerdings erzeugen sie Abbauprodukte und das machen Pflanzen nicht.

Was macht der Mattenfilter?

Auf jeden Fall zaubert er nicht! Er macht biologisch gesehen auch nur das was andere Filter eben so tun, eben weil sich die bakterielle Tätigkeit nicht ändern oder steuern lässt. Er unterstütz sie nur auf eine einfache Art:
Er bietet den Bakterien ideale "Wohn- und Arbeitsbedingungen", so dass kein freier Mulm im Aquarium mehr erforderlich ist (und oft auch nicht vorhanden ist). Da der Mulm/Bakterien in ihm vor Absaugung geschützt sind, ist er eine Art Naturschutzgebiet für die Bakterien. Das ist im Grunde schon das ganze Geheimnis des Hamburger Mattenfilters. Der Mattenfilter stellt lediglich eine Art vertikales Lagergerüst für Bakterien dar, welches vom Wasser definiert durchflossen wird. Aus, Ende, eigentlich bräuchte ich jetzt nicht mehr weiterschreiben. Das ist der Mattenfilter.

Der Filter vergrößert das Aquarium

Das klingt jetzt zwar eigenartig, aber es ist im Grunde so. Man muss es sich so vorstellen, als wenn unser Aquarium einen Flussausschnitt von z.B. 1m Länge darstellt, der Filter aber die biologische Abbauleistung erzeugt, die ein 20m langer Flussabschnitt hätte (die Zahlen sind willkürlich gewählt). Nur deswegen kann das Aquarium übernatürlich stark besetzt sein.

Je besser der Filter bakteriell durchwachsen und konzipiert ist, desto mehr vergrößert er das Aquarium, ein desto stärkerer Besatz ist möglich. Das ist eigentlich alles hinter dem Begriff "Filter" und es gibt für jeden Filter.

Verstanden? - Nicht? - Also nochmal anders. Es gibt den Begriff des sogenannten "filterlosen Aquariums." Der Begriff ist irreführend, weil der eigentliche Filter ja immer die Bakterien sind und die sind immer da, "filterlos" gibt es in dem Sinne nicht. Aber die biologische Effektivität eines Aquariums ohne "durchströmte Mulmansammlung" ist begrenzt. Man könnte z.B auf 100ltr 10 mittlere Fische halten. Wenn ich jetzt irgendwo eine dicke Mulmansammlung erzeuge, z.B. in einem richtigen Filter, dann kann ich 5x so viele Fische halten, weil deren organische Last kann auch zügig abgebaut werden. Also ist das Aquarium relativ 5x so groß geworden. Je besser der Filter, desto größer das relative Aquarium im Vergleich mit einem filterlosen Aquarium.

Wirkt der Mattenfilter tatsächlich?

Die bakterielle Tätigkeit lässt sich durch die Redoxspannung verfolgen. Nach einer Fütterung sinkt sie ab, um anschließend wieder anzusteigen. Je kürzer der Peak nach unten ist, desto leistungsfähiger ist die Bakterienflora und desto stabiler ist das biologische System. Auch der Sauerstoffverlauf kann das zeigen, allerdings ist der mit heimischen Mitteln so genau nicht messbar.

Nachfolgende Grafik demonstriert die biologische Wirksamkeit eines Mattenfilters. Dabei wurde an einem eingefahrenem und bepflanzten Aquarien per Pc-Steuerung die Pumpe des Mattenfilters angeschaltet wenn die Redoxspannung den Wert von 315 mV unterschritten und und wieder ausgeschaltet wenn 320 mV erreicht worden sind. Es zeigt sich sehr schön die Amplitude und die Effektivität des Mattenfilters. Die Grenzwerte haben hier keine besondere Bedeutung, sondern wurden von mir anhand meiner Elektrode gewählt.

Die blau eingefärbten Zeitbereiche zeigen die Zeiträume, in denen die Pumpe eingeschaltet war, dass Wasser also durch die Matte gepumpt wurde und die matteninneren Bakterien ordentlich arbeiten konnten.
Hätte man keinen oder nur einen schlechten Filter, so würde der Wiederanstieg sehr viel länger dauern. Solange die Redoxspannung ihren möglichen Maximalwert nach einer Fütterung wieder erreicht, wäre das unerheblich, der Mattenfilter wäre entbehrlich. Aber das bedeutet, dass weniger und evtl. seltener gefüttert werden kann und das ginge nur bei geringerem Fischbesatz. Damit schließt sich der Kreis. Bei geringem Fischbesatz kann auf einen definierten Filter verzichtet werden.

Die Nitrifikation

Etwas Theorie ist unumgänglich, ich möchte es aber kurz halten.
Ein Aquarium wird per Futter und abgefallenen Pflanzen organisch belastet. Die Bakterien setzen in verschiedenen Prozessen die anfallenden Stoffe in andere um. Für jede Umwandlungsstufe sind dazu andere Bakteriengruppen zuständig. Welche Arten genau sich dabei bilden dürfte von Becken zu Becken unterschiedlich sein. Man spricht bei der Kette der einzelnen Umwandlungsprozesse von der sogenannten Nitrifikation. Diese Nitrifikation tritt normalerweise immer ein und lässt sich nur durch extreme Sauberkeit unterbinden. Dazu müsste der Aquarianer aber beständig die Reste absaugen und die Oberflächen putzen. Das funktioniert also nur in einrichtungslosen Kleinaquarien und Aufzuchtschüsseln, macht da aber viel Sinn. Ich praktiziere das so.

In normalen Aquarien ist eine saubere und schnelle Nitrifikation ein absolut wünschenswerter Vorgang und man sollte nichts unternehmen was die Nitrifikation behindert.

Die Nitrifikation ist ein sogenannter aerober Prozess, d.h. die Bakterien sind auf das Vorhandensein von Sauerstoff angewiesen. Ausgangstoffe sind im wesentlichen organische Stickstoffverbindungen, Harnstoffe und Phosphate und Ammonium. Sie entstehen z.B. durch Fischfütterung, Pflanzenreste, tote Schnecken und Fische, der Ausscheidung der Fische usw. Kurz, der ganze biologische Abfall in einem Aquarium ergibt Stickstoffverbindungen. Die Sauerstoffzehrung der Matte liegt nach meinen Messungen im Bereich von 0.5 mg/ltr pro Durchgang. Dieser Wert wurde von anderen inzwischen bestätigt. Das ist wenig wenn man bedenkt, dass der übliche Sauerstoffgehalt eines Aquarienwassers zumeist um 5 mg/ltr und höher liegt.

Nitrifikation erzeugt Nitrat und CO₂

Im Zuge einer chemischen Umwandlung durch verschiedene Bakterien wird aus den Stickstoffen dann Ammoniak (NH₃) bzw. Ammonium (NH₄) gebildet, das wiederum wird zum gefährlichen Nitrit (NO₂) verarbeitet und daraus ergibt sich dann in einer weiteren Stufe das relativ ungiftige Nitrat (NO₃). Zwischen den einzelnen Stufen gibt es weitere Zwischenstoffe.

Ein weiteres Produkt ist CO₂, welches gerne von den Pflanzen aufgenommen wird. Dieses CO2 ist auch der Gründ für Pflanzenwuchs in CO2-ungedüngten Aquarien.
Das Nitrat stellt somit vorläufig das Endprodukt der Nitrifikationskette dar. Es wird in [mg/l] angegeben. Werte zwischen 5 und 50 mg/l sind in Aquarien häufig anzutreffen. Dieses sind Mengen, die nicht grundsätzlich als Katastrophe anzusehen sind, aber dennoch für etliche Pflanzen und Fischarten zu hoch liegen können. (In Deutschland liegt der gesetzliche Grenzwert bei 50 mg/l, ab da kann es bei überempfindlichen Kleinkindern u.U. zu Schäden kommen). Ziel sollte es sein, den Nitratwert dauerhaft unter 20 mg/ltr zu halten. Dann sind zumindest vom Nitrat her keine Probleme zu erwarten.

Auch die Pflanzen greifen sich einen Teil des Stickstoffes als Nahrung ab. Entweder schon als Ammonium NH₄ oder als Nitrat NO₃. Bei stark bepflanzten Aquarien kann es so weit kommen, dass gar kein Nitrat feststellbar wird, bzw. schon in Mangel gerät.

Die Denitrifikation

Sollte der O₂-Wert partiell zu gering sein, so stellen einige Bakterienarten von einer Sauerstoffatmung auf Nitratatmung um. Es kommt dann zu einer Nitratreduktion. Aus dem Nitrat kann wieder das Nitrit werden. Ein für die Fische gefährlicher Prozess, wenn die Mengen zu groß sind. Dieses wird in Kläranlagen zwar bewusst herbeigeführt, ist dort aber auch machbar, da das Wasser entgasen kann, bevor es in den nächsten Vorfluter eingeleitet wird. Eine bakterielle Nitratreduktion in der Aquaristik wird in Spezialfiltern bewusst erzeugt. Da hierfür aber fast sauerstoffreies Wasser erforderlich ist und dieses wiederum nur bei langsamsten Durchfluss erzeugt werden kann, kann ein Nitratfilter nicht als "Nachbrenner" in einem normalen aeroben Filter eingebaut sein. Nach der Nitratentstehung ist Schluss! - Dann kommt der Wasserwechsel dran.

Es gibt inzwischen nachvollziehbare Hinweise und Überlegungen, dass in gewissem Umfange die Denitrifikation in jedem Aquarium vorhanden ist bzw. sein muss. Ein grund dafür ist die stabile pH-Bilanz. Bei der Nitrifikation wird Hydrogenkarbonat verbraucht und das müsste nach einiger Zeit zu einem pH-Sturz führen. Das geschieht höchst selten und auch die KH bleibt lange konstant. Hydrogenkarbonat entsteht bei der Denitrifikation und so liegt die Vermutung nahe, dass die verbrauchte KH auf diesem Wege wieder zurück kommt, zumindest teilweise.

Das Filtersubstrat

Das wichtigste Bauteil eines Filters ist das Substrat. Hier sollen die Bakterien ihre Arbeit verrichten. Man muss ihnen also ein Material bieten, auf dem sie sich ansiedeln können und das permanent von dem zu filternden Wasser umströmt wird. Da sehr viele Bakterien gebraucht werden, muss die besiedelbare Oberfläche sehr groß sein. Man kann dieses bewerkstelligen, in dem man ein Material wählt, dass viele Löcher und kapillare Durchgänge enthält. Man muss sich das wie bei den bekannten Tonröhrchen vorstellen, nur dass eben nicht ein großes Loch vorhanden ist, sondern viele viele kleine. Bei gleichbleibender äußerer Oberfläche steigt die innere, also die durch die Löcher gebildete, extrem stark an.

Die Bedeutung der Anströmgeschwindigkeit

Wie wir gesehen haben, läuft der Prozess der Nitrifikation biologisch ab. Bakterien wandeln chemische Stoffe in andere um. Eine wichtige Voraussetzung dafür ist, dass sie ausreichend Zeit haben. Es leuchtet daher ein, dass die Verweildauer des Wassers im Filter von großer Bedeutung für die Wirksamkeit des Filters ist. Im Idealfall bleibt das Wasser so lange im Filter, bis alle Umwandlungsvorgänge vollständig beendet sind. Das wird aber in der Praxis nicht erreicht. Muss auch nicht, denn dann kommt das unverdaute Molekül beim nächsten Durchlauf halt noch mal vorbei.

Es ist dabei ein Faktor von großer Bedeutung: Die Anströmgeschwindigkeit des Wassers an das Medium und damit an die Bakterien. Man geht in der Klärwerkstechnik davon aus, dass sich die Bakterien sich nur bis zu einer Anströmgeschwindigkeit von ca. max 30 cm/Minute auf ihren Substrat festhalten können. Ob das wirklich so ist sei mal dahingestellt.
Ist die Geschwindigkeit höher, so steigt die Neigung der Bakterien, sich einen weniger "stürmischen" Platz zu suchen. Sie gehen auf Wanderschaft und lassen sich an anderer Stelle im Aquarium nieder. Dann arbeiten sie halt da und der Aquarianer merkt nichts. Solange nicht, wie er nicht zufällig diese Stelle man sauber macht oder den freien Mulm absaugt. Wenn der einen wesentlichen Teil der nitrifizierenden Bakterien beinhalten, was durchaus häufig vorkommt, dann hat man sich quasi die Filter abgesaugt und das ist u.U. nicht so wirklich gut.

Das ist auch der Punkt, an dem sich mechanische Filter von biologischen Filtern unterscheiden. Ein biologischer Filter kann aus diesem Grunde nicht schnell arbeiten. Es ist ihm ganz einfach unmöglich. Eher von Bedeutung, wenn man schon "optimieren" möchte, sind pH-Wert und Temperatur. So haben nitrifizierende Bakterien ihren optimalen pH-Wert um 8 herum und die angenehmste Temperatur liegt bei ca. 37°C. Das sind aber wohl kaum die Werte die man im Aquarium sehen möchte und selbst wenn man es so einrichten würde, es änderte kaum etwas. Also, die Nitrifikation funktioniert auch bestens bei aquaristischen Werten. Da muss man nicht "optimieren" oder sowas. Wer daran denkt oder es gar versucht, der sollte eher an seiner aquaristischen Praxis arbeiten und weniger ein theoretischen "Optimierungsversuchen".

Wenn die rechenerische Anströmgeschwindigkeit zwischen 5 und 10 cm/Minute liegt man im sicheren Bereich. Dieser Wert ist keinesfalls als heiliges Gesetz zu betrachten. Wenn sich rechnerisch mal 3 cm/Minute ergeben oder 15 cm/Minute oder mehr, so ist das auch kein Beinbruch. Es spielen ja noch etliche andere Kriterien mit hinein, welche die rechnerischen Ergebnisse beeinflussen. Nur hat sich dieser Wertebereich in der Praxis als sehr gut erwiesen. Entscheidend ist in jedem Falle dass das Aquarium funktioniert.

Korrekterweise muss besagt werden, dass die reale Strömungsgeschwindigkeit an dem Bakterienrasen aufgrund der kleinen Kapillaren des Siedlungssubstrates deutlich höher ist. Das gilt aber auch für Motortopffilter. Somit kann man die 5-10 cm/Minute wirklich nur als Richtwert ansehen, nicht aber als ein eisernes Grundgesetz.

Mattenfilterdimensionierung

Die Anströmgeschwindigkeit steht in einem direktem Zusammenhang zur Pumpenleistung und dem Querschnitt des Filters. Daraus ergibt sich dann die Verweildauer des Wassers im Filter. Die Verweildauer des Wassers im Filter ist zudem noch von der Dicke des Filterkörpers abhängig. Je dicker die Filtermatte ist, desto länger braucht das Wasser für die Duchquerung.
Beim Mattenfilter kann man davon ausgehen, dass große Teile der Abbauvorgänge in den ersten 1 bis 2 cm erfolgen. Wäre dem nicht so, müssten sich signifikante Unterschiede zwischen 3 und 5cm starken Matten feststellen lassen. Dem ist aber nicht so. Das bedeutet auch, dass der Wirkungsgrad des Mattenfilters nicht linear von seiner Dicke abhängig ist. Es bringt nichts 2, 3 oder 5 Matten hintereinander zu stellen in der Hoffnung, dass man damit den 2, 3 oder 5-fache Wirkungsgrad erzielt. Die tatsächliche Zunahme dürfte sehr gering sein und den Aufwand nicht lohnen.

Bei der Filterung gibt es direkte Zusammenhänge zwischen Anströmgeschwindigkeit der Filterfläche (Mattengröße) und dem Filterdurchsatz pro Stunde. Wenn man eine Pumpe und/oder eine Matte dimensionieren will, definiert man als erstes die Pumpe.

Man geht i.d.R. davon aus, dass der Beckeninhalt 2x pro Stunde durch den Filter soll. Ob man das nun mit oder ohne Bodengrund betrachtet, ist unerheblich. Ich nehme immer den Bruttoinhalt. Bei einem 200ltr-Aquarium muss die Pumpenleistung also etwa 400 ltr/h betragen. Da die Pumpe bei dem Mattenfilter ohne viele Rohrleitung und Schläuche auskommt, ist der Leistungsverlust auch entsprechend gering.

Da man nun die Pumpenleistung kennt, kann man jetzt unter Vorgabe einer gewünschten Fließgeschwindigkeit die erforderliche Mattenfläche berechnen. Sie ergibt sich zu etwa 1000cm² für das 20lltr-Aquarium. Da ein 200ltr-Aquarium aber einer Seitenscheibe von 40*50=2000cm hat, ergibt sich bei der gewählten Pumpe real eine Fließgewindigkeit von etwas mehr als 3 cm/Minute. Die Pumpe sollte also etwas stärker gewählt werden, auch wenn das Wasser dann mehr als 2x pro Stunde durch den Filter geht. So tastet man sich an die richtige Kombination von Mattengröße und Pumpenleistung heran.

Der andere Weg geht über die vorhandene Filterfläche. Im Allgemeinen nimmt man die Seitenscheibe des Aquariums, damit liegt die Mattengröße fest. Unter Vorgabe einer gewünschten Fließgeschwindigkeit lässt sich die erforderliche Pumpenleistung finden. Das wiederum gibt den Beckendurchsatz pro Stunde vor. Wenn der deutlich höher als 2x pro Stunde ausfällt, so ist da kein Problem. Ich selbst bin der Ansicht, dass wir häufig zu wenig Strömung im Aquarium habe und etliche Probleme daher kommen. Nicht unbedingt weil die Filterung fehlt, sondern vielmehr weil die Strömung etliche Bereiche eines Aquariums nicht mehr erreicht und es da zu Ärger kommt.

Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass es nicht immer möglich sein wird alles im Sinne der hier genannten Zielwerte unter einen Hut zu bekommen, also die Strömungsgeschwindkeit, die Wasserumwälzung und dann noch die einfache Bauweise über die komplette Seitenscheibe. Das macht nichts. Man sollte es nicht zu verbissen sehen.

Gleichungen

Hier die Gleichungen zur Berechnung (unter Berechnungen können diese Gleichungen als Online-Tool genutzt werden)

Fließgeschwindigkeit im Filter:

Damit berechnet man die Anströmgeschwindigkeit der Matte. Der Faktor 1000 resultiert aus der Tatsache, dass 1 Liter = 1000 cm₃ ist. Dieses muss natürlich berücksichtigt werden, um einheitenkonform zu bleiben.

Durch die Umstellung zu

ergibt sich die erforderliche Pumpenleistung in Abhängigkeit von dem vorhandenen Filterquerschnitt und der gewünschten Anströmgeschwindigkeit. Dividieren durch 1000, um von [cm₃] auf [ltr] zu kommen. Multiplizieren mit 60, um von [ltr/Min] auf [ltr/h] umzurechnen

Verweildauer

Die Verweildauer errechnet sich dann aus der Mattendicke dividiert durch die Anströmgeschwindigkeit.

n = Beckendurchsatz pro Stunde
Q = Beckeninhalt (Brutto)
V = gewünschte Fließgeschwindigkeit

Der erforderliche Filterquerschnitt ergibt sich zu

Richtwerte

Mit den vorgenannten Gleichungen kann man einen Filter hinsichtlich der Pumpe und des Querschnittes dimensionieren. Dabei sollte man folgende Ergebnisse anstreben:

Umwälzung:

Der Beckeninhalt sollte mindestens 1-x pro Stunde durch den Filter. Gut bewährt hat sich eine 2-fach Umwälzung pro Stunden und wenn mehr ist und dabei die Strömungsgeschwindigkeit nicht zu hoch wird, ist das auch absolut ok, teilweise sogar besser. Eine fest definierte Grenze gibt es nicht. Es gibt nicht einmal annäherungsweise Untersuchungen dazu. Daher scheue ich mich auch klare Grenzen zu ziehen.

Wenn es bei aeroben Filtern weniger als 1x pro Stunde wird, kann es zur Zunahme von Ammonium im Aquarium kommen, da der bakterielle Abbau nur noch unvollständig geschieht. Ammonium ist zwar ein beliebter Pflanzennährstoff, aber bei pH-Werten über 8 mutiert es zumehmend zu Ammoniak. Das ist gerade bei hochbelasteten und luftbesprudelten Aquarien mit Leitungswasser eine Gefahr. Ich gehe davon aus, dass Ammoniak (NH3) äufiger die Todesursache ist als Nitrit (NO2). Da Ammoniak jedochj relativ zügig zu Nitrit umgebaut wird misst der Aquarianer am nächsten Morgen das Nitrit und verdächtigt dieses. Das tatsächlich das Ammoniak die Fische umgelegt hat bleibt unentdeckt.
Das ist an sich zwar egal, aber es reicht oft den pH zu senken (über Härtesenkung) und die Ammoniakgefahr schwindet deutlich.

Anströmung:

5 bis 10 cm/Minute haben sich als gut herausgestellt. Dabei macht es nichts nachweisbares aus, wenn man nur 4 cm/Minute erreicht oder z.B. auf 18 cm/Minute kommt. Es wirken eh verschiedene unberücksichtigte Parameter ein, so dass real höhere Geschwindigkeiten in den Röhren herrschen. Genau aus diesem Grunde ist es aber wichtig, dass die Geschwindigkeit limitiert wird. Wenn man mit 50 oder 80 cm/Minute rechnet können im Medium selber deutlich mehr auftreten da die Querschnittsverengung durch das Filtermedium und die Vrschlammung in die Gleichung nicht mit eingehen.

Aufbau des Mattenfilters

Wenn man jetzt ein Becken durchrechnet wird man feststellen, dass man einen wesentlich größeren Filterquerschnitt braucht, als er in den üblichen Filtern vorhanden ist. Beim Hamburger Mattenfilter wird eine Schaumstoffmatte senkrecht mit etwa 2 cm Abstand neben die Seitenscheibe gestellt. Der Abstand kann durch Schaumstoffstreifen oder Plastikröhren erzielt werden. Durch den Abstand soll eine Klarwasserkammer hergestellt werden. Würde die Matte plan an der Scheibe anliegen, so würde das Wasser vorrangig in dem Bereich um die Absaugung durch die Matte dringen und dann natürlich dort auch viel schneller. Ziel muss es sein, die gesamte Matte von dem Wasser durchströmen zu lassen. Lediglich der Teil unterhalb der Bodengrundoberfläche bleibt unberücksichtigt.

In Skizze 1 ist der schematische Aufbau dargestellt. Der Kreis unten ist ein Plastikrohr- oder Schlauchabschnitt, der als Abstandshalter zwischen Scheibe und Schaumstoff wirkt. Er soll verhindern, dass die Matte gegen die Scheibe gedrückt wird. Der Abstand zwischen Matte und Seitenscheibe liegt bei ca. 2 cm. Er sollte 1 cm nicht unterschreiten, damit ein gleichmäßiger Wasserdurchfluss durch die Matte gewährleistet bleibt. Die Pumpe ist also vor der Matte an der rückwärtigen Glasscheibe per Saugfüße befestigt.

Das Wasser wird per Schlauchleitung hinter dem Filter hervor gesaugt und dann knapp unter der Oberfläche ins Becken zurück gedrückt. Die Verwirbelungen an der Oberfläche lassen sich dabei regulieren. <

Die erforderlichen Rohre und 90°-Rohrbögen lassen sich normalerweise in jedem gut sortiertem Aquariumfachgeschäft beschaffen. Besonders sind hier die Produkte der Firma "Hobby" hervorzuheben, die alle erdenklichen Innen- und Außendurchmesser als Meterware herstellt. Sogar die Farbe der Rohre ist transparent grün.
Das erforderliche Loch in dem Schaumstoff läßt sich einfach per Messer herstellen. Bei der Variante mit den Lufthebern ist es etwas anders. Das Steigrohr befindet sich hinter der Matte.

Das Ausströmrohr ist in einen passenenden Schlitz oben in der Matte eingelegt und ragt ca. 5 cm über die Matte hinaus, damit keine kleinen Fische hindurch krabbeln können. Das machen einige Arten sehr gerne. Die Tiere werden durch die Strömung geradezu hypnotisiert und angelockt. Man kann sehr gut den Heizstab sowie das Thermomenter in dem Raum zwischen Matte und Scheibe installieren. Auch Mess-Sonden für pH, Redox usw. lassen sich hier gut und geschützt unterbringen.

Schema des Hamburger Mattenfilters mit Luftheber:

Zumeist ist der neue Schaumstoff blau. Die leuchtend blaue Farbe verliert sich jedoch nach einiger Zeit in ein tarnendes braungrün. Sollte dieser Effekt nicht eintreten, so kann davon ausgegangen werden, dass sich die Bakterienflora noch nicht vollständig gebildet hat.
Man muss den Bakterien aber schon einige Wochen Zeit geben. Besonders gröbere Matten mit einem lockeren Kunststoffgefüge brauchen mitunter deutliche länger für die Erstbesiedelung. Ist die Matte aber belebt, so steht sie dem anderen Schaumstoff in nichts nach.

Die Matten lassen sich mit Javamoos gut bepflanzen. Man klemmt einfach ein Büschel Moos zwischen Matte und Scheibe. Das Moos wächst relativ gut an, wenn es nicht durch ständiges Befummeln gestört wird. Die Pumpe wird mit der Zeit total verdeckt. Es können sich nach einiger Zeit Pinselalgen auf der Matte bilden. Diese sind für die Wirkung des Filters nicht schädlich. Ausschnitt aus Pumpenbereich mit Moos Pflege des Filters.

Eine direkte Pflege des Filters, wie bei Topffiltern üblich, ist nicht erforderlich. Man schadet eher noch. Beim Wasserwechel können Grobstoffe vorsichtig von der Frontseite der Matte abgesaugt werden. Nach einiger Zeit bildet sich Mulm hinter dem Filter. Dieser Mulm sollte unbedingt unangetastet bleiben, das er zum Großteil aus nitrifizierenden Bakterien besteht. So gepflegt, hält ein Mattenfilter viele Jahre. Erst wenn er innere Auflösungserscheinungen zeigt, erkennbar daran, dass der Wasserspiegel hinter der Matte stark absinkt, sollte er ausgebaut und durchgewaschen werden. Bis es soweit ist, sollte es allerdings ein paar Jahre brauchen. Je nach Fischbesatz kann es aber auch schneller gehen und es kann sogar sein, dass ein Mattenfilter nicht mehr geeignet ist.

>Anwendungsbereiche / Leistungsgrenze

Beckenart und Beckengröße:

Der Mattenfilter ist für Süßwasserbecken geeignet. Dort kann er für kleinste Zuchtaquarien genutzt werden, bis hin zu großen Aquarien mit über 1000 ltr. Entscheidend ist dabei immer nur, dass die Beckenumwälzung pro Stunde (üblicherweise 1 bis 2 mal) und die Strömungsgeschwindigkeit (normal 5-10 cm/Minute) gegeben sind. Bei großen Matten ist darauf zu achten, dass sie stabil bleiben. Man kann auch die Pumpenleistung auf mehrere Pumpen verteilen und die Wasserrückführung per Rohrleitungssystem so gestaltet werden, dass keine Totzonen im Aquarium auftreten. An dieser Stelle der Hinweis: Die 1-2x Umrührung pro Stunde und die 5-10cm/Minute Duchflussgeschwindikeit sind kein Gesetz!!!!!!!!!! Es wurde leider in der Vergangenheit verschiedendlich so aufgefasst und weitergetragen.

Für Meerwasserbecken ist der Mattenfilter eher ungeeignet. Es mag gesonderte Fälle geben, in denen er geht, aber das entzieht sich meiner Kenntnis. Man möge sich in einschlägigen Foren aufschlauen lassen.

Organische Belastung:

Wenn die organische Belastung zu groß wird, schafft auch der Mattenfilter nicht mehr die ordnungsgemäße Umsetzung in Nitrat. Es wird zunehmend NH4 und NO3 messbar werden. Das ist aber eigentlich nur bei extrem belasteten Aquarien bekannt. Andererseits braucht ein Mattenfilter (damit das Aquarium) auch eine Mindestbelastung an organischen Stoffen, also Futter und Fischkot. Ist es zu wenig, so nimmt die Filterschlamm-Masse ab und das Aquarium wird biologisch instabil.

Viel Wasser passiert ungeklärt die Matte. Auch das kann zu Problemen führen. Da ich seit einiger Zeit aufgrund von Zeitmangel einiger meiner Killibecken (je 25 ltr Inhalt) fischfrei im Leerlauf betreibe, kann ich dort zunehmend Blaualgen feststellen. In gesund besetzten und befütterten Becken passiert das nur selten.
Überhaupt bin ich der Ansicht, dass ein stabiles aquatisches Milieu unmittelbar von der vorhandenen Filterschlamm / Mulmmenge abhängt. Je mehr Mulm, desto stabiler das Becken. Mulm entsteht aber nur infolge organischer Belastung. Also muss durch eine gezielte und kontrollierte Fütterung diese Mulmmenge erst aufgebaut und anschließen gepflegt werden. Das ist ein entscheidender Punkt in der erfolgreichen Aquaristik. Im eingefahrenen Mattenfilter befindet sich eine solche aktive Mulmmenge und das ist der eigentliche Sinn des Mattenfilters.

Es ist m.E. erforderlich, dass eine gewissen Mulmmenge im Aquarium auf dem Bodengrund und zwischen Pflanzen vorhanden ist und geduldet wird. Das ist in normalen Aquarien eigentlich immer der Fall. Grund ist der, dass grobe Partikel, z.B. Pflanzenteile und Futterreste, erstmal vorzerlegt werden müssen, damit sie überhaupt zum Filter gelangen. Diese Vorverdauung erfolgt im wesentlichen durch Bakterien und andere Mikroorganismen, Schnecken und auch gründelnde Fische. Wenn diese Vorverdauung nicht funktioniert, kann der beste Filter nichts ausrichten. Es ist also keine Sonderforderung des Mattenfilters.

Alternative Bauweisen

Eine Ingenieursregel besagt, dass eine Konstruktion dann ideal und optimal ist, wenn man nichts mehr wegnehmen kann ohne sie zu verschlechtern. Ziel ist es also, eine möglichst einfache und effiziente Konstruktion / Lösung zu erhalten.
Am Mattenfilter wurde in den letzten Jahren viel herumprobiert. Die meisten Varianten halte ich für ungeschickt. Einige missachten das Prinzip des Mattenfilters total. Ich hatte mitunter den Eindruck, dass man sich einfach nicht damit abfinden wollte, dass es doch so einfach und effizient sein kann. Wie man die Effenktivität der Bakterien konstruktiv verbessern kann ist mir auch nicht klar.

Viele Interessenten des Mattenfilters stört die Tatsache, dass der Mattenfilter Platz im Aquarium verbraucht. Ich kann aus eigener Erfahrung dazu nur sagen, dass der aufgewendete Platz gut genutzt ist. Sofern das Becken in anderen Bereichen auch vernünftig betrieben wird, z.B. bei Fischbesatz und Fütterung, erreicht man ein stabiles biologisches Milieu. Das sollte es einem auch wert sein. Auch ist meines Erachtens die hier beschriebene Originalform am sichersten im Dauerbetrieb. Durch die Biegung einer Matte werden an der Innenseite die Poren gedrückt. Ob und wie sich das auswirkt, ist noch unbeschrieben. Der externe Mattenfilter in einem gesonderten Aquarium verliert einen Teil seiner Vorteile, da wieder Schläuche ins Spiel kommen und auch der Sog im Aquarium an einer Stelle konzentriert ist.

Man sollte sich m.E. also sehr genau überlegen, ob die Gründe für die abweichende Bauform tatsächlich so gegeben sind.

>Platzsparmatte:

Meine kleinsten Aquarien haben mal gerade 5 ltr Inhalt. Es sind Fotobecken. An der Rückwand sind die Filtermatten als Platzsparmatten untergebracht. Es funktioniert sehr gut.

Matten hintereinander:

Was gerne überlegt wird, aber nicht wirklich viel bringt, ist das in Reiheschalten mehrerer Matten. Das liegt daran, dass der Hauptabbau nur in den ersten 1 bis 2 cm stattfindet. Weiter nach hinten nimmt die Effektivität ab. Ich sage damit aber nicht, dass nur in den ersten 1-2cm was stattfindet! Das wurde verschiedentlich fälschlicherweise so ausgelegt.

Also, es nützt nichts, die Matte sollte die erforderliche Anströmfläche haben.

Gebogene Matte:

Dann kann die Matte auch in eine Ecke eingebogen werden, als Viertel- oder Halbkreis. Die Befestigung erfolgt durch senkrecht eingeklebte Glasstreifen als Führungsschienen. Die ca. 3 cm breiten Glasstreifen werden mit Aquariensilikon so eingebaut, dass sich die gebogene Matte stramm einpassen lässt. Der Radius muss so gewählt sein, dass die erforderliche Fläche wieder gegeben ist. Der Bogen sollte nicht zu stark sein, da innenseitig der Schaumstoff ja gedrückt wird und im Gegensatz zur geraden Matte mehr Fließwiderstand erzeugt. Wo die Grenzen sind, hängt vom jeweiligen Schaumstoff und der Mattendicke ab.

Sehr schön beschrieben worden ist diese Variante von Jörn Carstens. Wer sich dafür interessiert, sollte seinen Bericht unbedingt lesen.

>Bilddokumentation eines Aufbaues

Hier zeige ich den Aufbau eines Mattenfilterbeckens als Fotostrecke.
Gewählt wurde die Eckvariante. Gewählt wird hier ein einfaches 40cm-Aquarium der 20,- €-Kategorie. Es soll der Haltung und Zucht von Aphyosemion dienen.

Das Schutzpapier unter der Bodenscheibe sollte entfernt werden. Auch wenn es direkt nicht stört, es würde ohnehin später gammeln und sich auflösen. Man benötigt Silikon, einen ca. 2cm breiten Glasstreifen der gut 2x so lang ist wie die Beckenhöhe. Die sollten etwa 5mm niedriger sein als die lichte Aquarienhöhe. An einer Ecke müssen die Leisten leicht angefast werden, damit sie über die innere Silikonnaht des Aquariums reichen. Ansonsten stoßen sie darauf auf und man hat Probleme beim Einbau.
Teilweise verwende ich auch Streifen, die ich aus dem baumarktüblichen 4mm-Bastlerglas geschnitten habe. Das liegt daran, dass mir rein werkzeugmäßig die Verarbeitung leichter fällt. Dieses Plastikzeugs per Silikon kraftschlüssig und dauerhaft auf Glas zu kleben ist allerdings nicht ganz unproblematisch. Man sollte dann zusätzliche Stabilisierungen einplanen, z.B. kleine dreieckige Streifenabschnitt horizontal in Abständen eingeklebt, die wie eine Rückenstütze für die eigentliche Leiste wirken. Bei Glas auf Glas ist das nicht erforderlich.

Jetzt werden die Eckleisten eingeklebt. Der Abstand zur Ecke wurde vorher anhand eines Mattenrestes per Probeanpassung ermittelt. Berechnet wurde der Abstand nicht, da die Matte ohnehin keinen 1/4-Kreis beschreibt, sondern eher etwas geknickt wird. So richtig halbrund lassen sich solche Radien nicht ausbilden, zumindest nicht mit meinen Matten.
Die Matte wurde übrigens aus einer handelsüblichen 5cm-Matte hergestellt, die ich dickenmäßig halbiert habe. Mit einem groben und scharfen Brotmesser geht das ganz gut. Der Schnitt sieht nicht so schön aus, aber das sieht man eh nicht.

Ein unterer Abschluss für die Matte gegen den Bodengrund wurde bewusst nicht eingebaut, da sich diese bei mir als nutzlos und eher störend erwiesend haben.

Das Ausströmrohr wird in einen passenenden Schlitz oben in der Matte eingelegt und ragt etwas über die Matte hinaus in das Aqaurium hinein, damit keine kleinen Fische hindurch krabbeln können. Das machen einige Arten sehr gerne. Die Tiere werden durch die Strömung geradezu hypnotisiert und angelockt.

Man kann sehr gut den Heizstab sowie das Thermomenter in dem Raum zwischen Matte und Scheibe installieren. Auch Mess-Sonden für pH, Redox usw. lassen sich hier gut und geschützt unterbringen.

In diesem Falle beträgt die aktive Filterfläche ca. 13*25=325 cm². Das Aquarium hat 25ltr Inhalt. Es wird ein Luftheber verwendet weil ein so kleine Pumpe habe ich nicht und die drosselbaren Kleinpumpen heizen das Wasser für meine Fische zu sehr auf. Wenn ich von 50ltr Wasserumwälzung pro Stunde ausgehe, dann erhalte ich eine Strömungsgeschwindigkeit von

v = (50 * 1000) / (60 * 325) = knapp 3 cm/Min.

Das ist nicht so viel, könnte gerne etwas mehr sein, aber die Praxis hat gezeigt dass es so in den Aquarien geht. Also baue ich die Matte so. Hinzu kommt, dass durch die Leisten die Querschnittsfläche noch reduziert wird, die rechnerische Geschwindigkeit also noch etwas zunimmt.

>Geschichte

Der Mattenfilter an sich ist schon älter. Meines Wissens wurde er schon in den 60iger Jahren in verschiedenen Zuchtkellern betrieben. Dieses vornehmlich im Hamburger Raum, da die Züchter sich ja kennen und gegenseitig beraten. Ich bitte dieses unbedingt zu würdigen, denn verschiedentlich wurde ich als der Erfinder des Mattenfilter bezeichnet, was nicht der Tatsache entspricht. Ich war das nicht, der Mattenfilter ist älter wie ich selbst. Dann betrat ein heutzutage weitbekannter Aquarianer in Hamburg die aquaristische Bühne. Aufgrund seines naturwissenschaftlichen Studiums und seinem Interesse an tieferliegenden biochemischen Zusammenhängen im Aquarium, erkannte er schnell die Wirkungsweise und Effizienz dieser Filterung. Er hat dieses über Jahre auf Vorträgen aufgezeigt, aber die Meinungen waren geteilt. Die einen hatten ihn schon, die anderen vertrauten mehr der Technik. Begriffe wie 'Bio' und 'Öko' waren damals ja noch nicht so verbreitet. So zogen die Jahre hin und der Mattenfilter führte ein Schattendasein

Irgendwann kam ich dann auch mal mit dem besagten Aquarianer in Kontakt. Da ich seinerzeit als Lehrling chronisch pleite war, kam mir die Anregung mit dieser Filterart ganz recht. Schön billig war es und einfach. Optimal sozusagen. Ich baute die Dinger ein, bzw. konnte meine Beckenanzahl steigern, ohne überall teure Topffilter installieren zu müssen. Nach und nach überzeugte mich diese Filterung immer mehr. Viele andere aber nicht. Die bauten noch auf Technik und versuchten mit allerhand Zauberfüllungen und Säulen die Natur zu überlisten. Viel Durchsatz muss ja schließlich auch viel bringen. Manch einer sieht es auch heute noch so. ....

Die Jahre gingen weiter, ich studierte und ein Vorlsesungsfach befasste sich mit dem Thema 'Siedlungswasserwirtschaft'. Treffender ist wohl die Bezeichnung'Schiss und Piss'. Neben den öden Vorlesungen machten wir auch verschiedene Exkursionen zu Kläranlagen. Irgendwann kamen immer mehr Begriffe dabei ans Licht die ich auch schon aus der Aquaristik kannte und von meinem aquaristischen Freund, der ja als Chemiker hauptberufliche Analysegeräte u.a. für Kläranlagen entwickelte. Der Kreis schloss sich allmählich.

In der Aquaristik hatten sich die Mattenfilter bis dahin immer noch nicht nennenswert weiter verbreitet. Da erschien dann der nächste bedeutungsvolle Mensch: Mein damaliger Vereinsvorsitzender und folgende VDA-Präsident Jochen Matthies. Er befand in seiner direkten Art, dass der der VDA auch ins Internet müsse. Das war Ende 1996. Artig und unbeholfen habe ich mich an die Erstellung der gewünschten Seite herangemacht. Manch einer kann sich vieleicht noch an die ersten Gehversuche im Internet erinnern. Dieses Gebastel und Geschreibe brachte mir im Laufe der Zeit immer mehr Spaß und im Zuge der Surferei und der Aquaristik wollte ich nun auch eine eigene Homepage haben. Eine Seite, die nicht unbedingt Bilder von Aquarien zeigt und die Bestandsliste der Becken, sondern praktischen Nutzen für den Leser hat. Was lag da näher, als den Mattenfilter zu beschreiben.

Als Ingenieur sieht man viele Sachen anders als Chemiker und Biologen es tun. So habe ich den Mattenfilter dann auch mal technisch "untersucht" und so ergaben sich unter Berücksichtung der biochemischen Aspekte die heute bekannten Gleichungen und Ansätze.
Offensichtlich war aber genau diese Betrachtungs- und Beschreibungsweise der Schlüssel. Auch Leuten, die ihn vorher schon kannten, jedoch nicht einbauen mochten. installierten jetzt Mattenfilter. Nur am Internet hat es also nicht gelegen.

Die vorbeschriebenen Erklärungen zum Mattenfilter sind also das Ergebnis zweier Betrachtungsweisen, der biologischen und der technischen Seite. Jedenfalls etablierte sich der Mattenfilter von da an immer fester in der allgemeines Aquaristik und fand seinen Weg heraus aus den Zuchtkellern, hinein in die Wohnzimmerbecken.

Inzwischen hat sich sogar ein kleiner Markt um den Mattenfilter entwickelt. Es haben sich Shops gebildet die ihn als großes Produkt verkaufen. Der Mattenfilter ist und bleibt aber in erster Linie ein Konzept, ein Prinzip aber bestimmt kein Produkt.