Der Stickstoffkreislauf im Aquarium
Ausscheidungen der Fische, Futterreste und abgestorbene Pflanzenteile reichern das Aquarienwasser mit Ammonium und dem hochgiftigen Ammoniak an. Um diese Stoffe in das relativ ungefährliche Nitrat zu wandeln, sind zwei Schritte notwendig, die von den entsprechenden Bakterien unter Verbrauch von Sauerstoff umgesetzt werden (Nitrifikation). Zunächst wandeln die Nitrosomonas-Bakterien das Ammonium/Ammoniak in Nitrit, anschließend die Nitrobacter-Bakterien das ebenfalls stark giftige Nitrit in Nitrat um. Nitrat wiederum wird von den im Aquarien befindlichen Pflanzen verbraucht und dient somit als Dünger. Pflanzen können zwar auch etwas Ammonium/Ammoniak aufnehmen, jedoch nur in geringen Konzentrationen, so dass der Prozess der Nitrifikation für ein stabiles Aquarium unabdingbar ist. Die hierfür notwendigen Bakterien siedeln sich überall im Aquarium an (Bodengrund, Dekoration) wo sie ausreichend mit Sauerstoff versorgt werden. Der Filter stellt den Bakterien allerdings durch die Auswahl von porösem Material große Besiedelungsflächen zur Verfügung, um einen genügenden Abbau der Schadstoffe zu gewährleisten.
Der sich anschließende Prozeß der Denitrifikation, bei dem das Nitrat, das in hohen Dosen ebenfalls giftig für die Fische ist, über Nitrit zu Stickstoff und Sauerstoff gewandelt wird, findet nur unter nahezu sauerstofffreien Bedingungen statt. Diese sind in den meisten handelsüblichen Filtern jedoch nicht gegeben, da das Filtermaterial ständig von sauerstoffreichem Wasser gespült wird. Somit muss das nitratreiche Wasser beim regelmäßigen Wasserwechsel durch frisches ersetzt werden. Ist bereits im Ausgangswasser viel Nitrat enthalten, kann der Einsatz eines speziellen Nitratfilters sinnvoll sein, um Algenwachstum und natürlich Vergiftungen bei den Fischen vorzubeugen. Diese Nitratfilter haben eine sehr geringe Durchflussleistung, so dass der Sauerstoffgehalt im Filter gering bleibt und die anaeroben Prozesse ablaufen können.