Biofilme und Biofilmreaktor

Bild: Schematischer Aufbau eines Biofilms
Bild: Schematischer Aufbau eines Biofilms

Mikroorganismen sind fast überall zu finden - lediglich Reinsträume sollten frei von Ihnen sein. Sie sind weit verbreitet, weil sie Spezialisten in der Anpassung sind. So sind sie in der Tiefsee, an Vulkankratern, ebenso existent, wie in arktischen Bereichen oder im Darm von Mensch und Tier. Der Biofilm ist für sie Schutz- und Lebensraum. Die Mikroorganismen leben im Biofilm speziell geordnet, vergleichsweise wie Menschen in einer Großstadt. Es sind viele unterschiedliche Arten von Mikroorganismen in einem Biofilm, denn auch hier gilt ein Grundsatz der Natur, das Artenreichtum Lebensqualität ist. Solche Biofilmsysteme sind schon vor ca. 3,5 Milliarden Jahren auf der Erde nachzuweisen.

Im Teich werden sich mit der Zeit Mikroorganismen auf allen wassererreichbaren Oberflächen niederlassen und Biofilme bilden. Für diese Bildung brauchen sie viel Zeit, da die notwendigen Bedingungen zum Aufbau eines soliden Biofilms im Teich meist nicht gegeben sind. Je ungünstiger die Bedingungen zur Biofilmbildung sind, desto qualitativ und quantitativ schlechter wird sich ein Biofilm bilden. Dies ist gut zu vergleichen mit dem Bau eines Hauses, das nur so gut sein kann, wie die Materialien und Handwerksleistungen, die zum Bau eingesetzt wurden.

Bild: Biofilm unter dem Mikroskop
Bild: Biofilm unter dem Mikroskop

Die Bildung von Biofilmen - bei z.B. Teichneubefüllung - trifft häufig auf Schwierigkeiten, bis sich ein aktiver Biofilm auf der betreffenden biologischen Einheit gebildet hat. Dabei kann es sich um Monate oder sogar um 1 Jahr handeln, bis sich eine aktive Biologie bildet. Das ist aus mikrobiologischer Sicht nicht verwunderlich. Der Inhalt an für die Mikrobiologie verwertbaren Ausscheidungen der Koi differiert stark durch die unterschiedlichen Futterzusammensetzungen (Kohlenhydrat, Fette, Proteine). Das mag zwar banal erscheinen, ist aber für den Aufbau eines Biofilm essentiell. So kann es, auch durch andere Faktoren bedingt, zu einem Nicht-Aufbau oder den Aufbau eines nicht „soliden" Biofilms kommen. Ein „unsolider" Biofilm kann z.B. durch stärkere Anströmung, toxische Stoffe oder andere Ursachen schnell zerstört werden. Das soll heißen, das nicht jeglicher Biofilm ein wirklich aktiver „solider" Biofilm ist. Dies ist aus Forschungsergebnissen bekannt und nachweisbar. Dieser solide Biofilm zeigt sich im Biofilmreaktor besonders dadurch aus, dass er auch medikamentösen Behandlungen widersteht. Bei herkömmlicher Biologie, z.B. Kammerfilter, wird in der Regel nach einer Medikamentengabe die Biologie im Wasserkreislauf umgangen. Das wird deshalb gemacht, um die Kammer-Biologie vor der Wirkung der Medikamente zu schützen. Beim Biofilmreaktor ist aber ein solider Biofilm vorhanden. Dieser widersteht den Medikamenten und die Fische können auch nach Medikamentengabe weiter gefüttert werden. Dies ist in zahlreichen Anwendungen schon praktiziert worden und entspricht auch dem Naturell eines soliden Biofilms. Ein weiterer gravierender Vorteil ist, dass im Biofilmreaktor kein übermäßiger Biofilm aufgebaut wird. Es befindet sich immer nur so viel im Reaktor, wie es die Wasserwerte ermöglichen. Das macht die speziell von Kammerfiltern bekannten, zeitraubenden Reinigungsaktionen, überflüssig.

Um den schleichenden und schlechten Aufbau eines Biofilms und damit eine schlechte Reinigungsleistung für die Teichwasserreinigung qualitativ und quantitativ wesentlich zu verbessern, ist der Biofilmreaktor entwickelt worden.

Unter speziellen Bedingungen wird ein solider Biofilm im Biofilmreaktor, auf geeigneten Oberflächen, aufgebaut. In diesem soliden Biofilm siedeln sich die Mikroorganismen an, die auch im jeweiligen Teich zu finden sind. Da in jedem Teich die Artenart und Anzahl (von bis zu 80 verschiedenen Mikroorganismenarten ist auszugehen) der Mikroorganismen immer unterschiedlich ist, wird der Biofilmaufbau mit original Animpfwasser aus den mit dem Biofilmreaktor auszustattenden Teich aufgebaut.

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Photo: Biofilm angefärbt unter einem Konfokalen Laser Raster Elektronenmikroskop       (Max-Planck Inst., Dortmund)

Nach dem Aufbau, das dauert in der Regel ca. 4-7 Tage, wird der Biofilmreaktor in den Wasserkreislauf des Teiches integriert und erreicht schon am Anfang eine Leistungsfähigkeit von ca. 75%. Nach ca. 3-4 Wochen hat er, dies ist abhängig von der Temperatur, seine volle Leistungsfähigkeit.

Diese beinhaltet in der Regel einen geschlossenen Stickstoffkreislauf. Das heißt, es sind Mikroorganismen im Filter aktiv, die die Nitrifikation als auch die Denitrifikation vollziehen. Um diese Aktivitäten verfolgen zu können, muss eine geeignete Analytik über einen bestimmten Zeitraum für das Teichwasser angelegt werden.