Ki hitte volna, hogy az akvarisztika is köszönhet valamit Teller Edének a hidrogénbomba atyjának. Pedig bizony Na de ne rohanjunk előre. Ugye mostanság sokat beszélünk a biológiai szűrőanyagok fontosságáról. Ehhez a gyártók a szűrőfelület méretével és néhány látványos grafikonnal igyekeznek segítséget nyújtani a döntésünk meghozásában. Azonban nekünk nem szabad ezeknek bedőlni.

Kezdjük ott, hogy már általában arról sincs elképzelésünk sem, hogy hogyan lehet, egy porózus anyag felületét megmérni. Hát erre jött rá Brunauerrel és Emmettel együtt Teller Ede.

Az elméletet a tudósok neveinek kezdőbetűiről nevezték B.E.T. elméletnek. Mi is az elmélet? Hogy ne legyen a poszt száraz, csak röviden összefoglalom, az itt olvasottakat. Tehát a módszer röviden: zseniális.

De inkább kicsit hosszabban fejteném ki. Egy adott felület, nagyon gyenge adszorpciós vonzással magához vonzza a gázokat. Ha ez így van, már pedig Tellerék ezt bebizonyították, akkor nincs más feladat, mint megmérni, hogy mennyi gázt vonzz magához adott mennyiségű anyag és a gáz térfogatáról következtethetünk az anyag felületének nagyságára. A kísérletet a cseppfolyós nitrogén hőmérsékletén végzik és általában kripton gázt használnak. Az adszorbeált gáz mennyiségét általában térfogatmérésen alapuló, vagy folyamatos áramlási módszerrel végzik. Az alapból a felületen lévő gázokat természetesen előtte eltávolítják. (Általában vákuumos megoldással magas hőmérsékleten.)

Hogy érthetőbb legyen, mintha adott mennyiségű folyékony mézet öntenénk valamire és hagynánk végigfolyni rajta, majd az alján egy csuporban megmérnénk mennyi méz folyt le. A ráfolyatott és a csuporban összegyűlt méz mennyiségének különbözete maradt az anyagon. Minél nagyobb a felület, annál kevesebb méz lesz a lenti csuporban. Persze ez csúnyán sarkosított példa, de szemléltetésnek megfelel.

Ezzel a módszerrel tehát megbizonyosodhatunk a különböző porózus anyagok valódi felületéről. Minél nagyobb ez a felület, annál porózusabb az anyag. Emlékezzünk csak vissza az aktívszénre. 1 gramm akár 2000 négyzetméter is lehet. Brutális felület. De vajon akkor miért nem az aktívszén a legjobb biológiai szűrőfelület? Hamarosan erre is fény derül.

Az amerikai kutatás, három márka biológiai szűrőfelületét vizsgálta. Egy kőzet alapúét és két manapság igen elterjedt és divatos szinterelt üveg alapúét.  A két szinterelt  közül az egyik egy komoly német szűrőgyártócégé, a másik egy német teljes akvarisztikai felszereléspalettát forgalmazó cégé. A kőzet alapú, közel ötször annyi – a baktériumoknak használható – felülettel rendelkezett, mint a jobban szereplő szinterelt üveg alapú és 9X annyival, mint a kicsit rosszabb minőségű.

A méréshez szükség volt még egy pórus méret analizátorra. Már meg sem lepődöm, hogy ehhez is egy magyar kutató Vas László Mihály munkásságát használták fel.  Azt gondolom nem szükséges pontosan ismernünk a működését, mindenesetre a műszer pontos képet ad az anyag pórusainak méretéről és alakjáról.

Az összehasonlításhoz három szemszögből kellett megvizsgálni az anyagokat.

B.E.T. felület egy adott tömegre (m2/g),

1. kőzet: 2,117 m2
2. szinterelt üveg A: 0,217 m2
3. szinterelt üveg B: 0,1051

Egy liter anyag tömege, (g/liter)

1. kőzet: 752
2. szinterelt üveg A: 656
3. szinterelt üveg B: 888

A két mérésből kijön, hogy egy liter anyagnak, mennyi a felülete (m2/l). Hisz a hobbiakvaristának erre az adatra van szüksége, mivel adott helyre kell betuszkolni a szűrőanyagot.

1. kőzet: 1592
2. szinterelt üveg A: 142
3. szinterelt üveg B: 93

Mindez nagyon látványos, de minket nem olyan könnyű megvezetni. Ez abban az esetben igaz, ha egy nagy massza lenne az egész szűrőanyag. Persze ez nem így van, sőt egyes biológiai töltetek üreges, hengeres előnytelen alakjuk miatt rettenetesen pazarolják a szűrőkosár értékes négyzetcentimétereit. Ezek az anyagok ugyanazon térfogaton jelentősen kisebb értékelhető felülettel rendelkeznek. A legjobb lenne, ha pici legókockákból lehetne a szűrőanyagokat összerakni. Azonban a szűrő teljesítményét jelentősen visszafognák. Ezért az optimális bioszűrőtöltet anyag alakok, a kerekded, drazsé nagyságú darabok. Így a víz is könnyen talál utat és az anyag is meglehetősen sűrűn helyezkedik el.

És most következik a nagy kérdés, hogy akkor vajon miért nem az aktívszén a legjobb biológiai szűrőanyag? A megoldás, a hasznos lebontó baktériumok fizikai méretében rejlik. Ugyanis nem minden résbe férnek be. A nagyobb résbe beférnek ugyan, de túl “lazán”. Adott térfogatú anyagnak kisebb lesz a felülete, így kevesebb baktérium tud megtelepedni rajta. Azt pedig már jól tudjuk, hogy több milliárd egyedről beszélünk. Nem mindegy tehát, hogy 1 vagy 10 milliárd lebontást végző baktérium dolgozik-e ugyanazon a helyen.

Ettől függetlenül természetesen remek biológiai szűrőfelület az aktívszén, de nem a legoptimálisabb választás. Az a szűrőanyag a legjobb, amelynek pórusai 0,4 mikronnál nagyobbak, de nem sokkal, hisz akkor viszont túl pici lesz a felület.

Tehát, ha egy gyártó hatalmas szűrőfelületet ír a termékére, azzal nem biztos, hogy lódít, de mi már tudjuk, hogy abszolút nem is számít, hiszen nekünk úgy is csak az a felület számít, ami valóban alkalmas a biológiai szűrést végző mikroorganizmusok megtelepedésére. Ez nem megállapítható szemmel, ránézésre. Az sem jelent semmit, hogy van-e a felületén biofilm vagy nincs. Ezt csakis műszeres vizsgálattal lehet megállapítani.

A teszt végeredményét tehát ez a vizsgálat hozta meg. A pórusanalizátorral  végzett vizsgálat eredményét egy logaritmikus görbén jól lehet szemléltetni.  A görbe, a különböző pórusok nagyságát és annak egymáshoz viszonyított mennyiségét is kimutatta. A feladat már csak annyi volt, hogy a 0,4 mikronnál kisebb pórusokat kivonták és megkapták a valós felületet, ahol valóban megtelepedhetnek a baktériumok. A kisebb felület remek egyéb funkciók ellátására alkalmas, az aktívszénhez hasonlóan. Ilyen felülete viszont jóformán a csak a kőzetnek volt.

Az alábbi értékeket összehasonlítva a feljebb említett mért felülethez képest, jól látható, hogy a kőzet 10X nagyobb felületéből a fele nem alkalmas a bacik letelepedésére. Azonban előnye még így is tetemes.

Az eredmény elég megdöbbentő. A kőzet biológiai szűrésre alkalmas felülete 4,5X nagyobb volt mint a jobb szinterelt üvegé és 9X nagyobb, mint a rosszabbul végzetté.

1. kőzet: 0,97 m2/g
2. szinterelt üveg A: 0,217 m2/g
3. szinterelt üveg B: 0,105 m2/g

Az alábbi diagrammok jól szemléltetik a mérési eredményeket:

Kőzet:

A diagrammról jól kitűnik, hogy a kőzet felülete 0,2 mikron és 8 mikron közt adja a legtöbb pórust. Ezt támasztja alá, a jóval nagyobb mért felület is.

Szinterelt üveg A:

Ez a szinterelt üveg anyag sok 4 és 13 mikron közti pórussal rendelkezik,  viszont nagyon szétnyílik és feleslegesen nagy pórusokat is tartalmaz.

Szinterelt üveg B:

Ez a felületi görbe nagyon jó lenne, ha nem 20 és 60 mikron közöttiek lennének a pórusok. Így az összfelület sajnos még kisebb, mint a többi anyagnál.

Zárszóként már csak annyit jegyeznék meg, hogy ezek az adatok szemmel nem megállapíthatók. Ezek a szűrőanyagok biológiai szűrésre tökéletesen alkalmasak. Az eredmény viszont elég nagy szórást mutat, úgyhogy olyan gyártó termékeit érdemes választani, akinek hiszünk. Nagy baj nem érhet minket