PASSO 1
PROCESSI FERMENTATIVI, AMMONIFICAZIONE, MINERALIZZAZIONE
Ma da dove proviene l’ammoniaca che innesca la reazione sopra descritta??
Essa proviene dalla fermentazione e degradazione della materia organica presente nel laghetto (escrementi, foglie, etc..).
Queste grandi molecole sono rapidamente "digerite" e trasformate in molecole più semplici (processo di mineralizzazione) a carico di batteri in gran parte eterotrofi non nitrificanti, muffe, larve di insetti, crostacei, etc..presenti nei depositi e fanghi presenti nel laghetto e nel filtro.
Di questi “rifiuti” circa il 40% sono proteine (contenute nel cibo e nei residui animali e vegetali). Le proteine contengono circa il 6,25% di azoto (N). Proprio questo azoto viene utilizzato dagli organismi per mettere in atto quello step di degradazione che porta alla formazione di ammoniaca (ammonificazione).
In questo modo si ottiene ammoniaca libera o in forma di ammonio nel nostro laghetto; essa è estremamente.
Quindi già a questo punto è di fondamentale importanza comprendere che il filtro deve svolgere l'azione di digerire l'ammoniaca trasformandola in sottoprodotti meno tossici, ne consegue che se il nostro filtro è piccolo o funziona male i nostri pesci sono in pericolo di vita!

PASSO 2
La presenza di ossigeno fa sviluppare batteri aerobi utili (Nitrosomonas) alla trasformazione della Ammoniaca in Nitriti (NO2-) e altri batteri aerobi utili (Nitrobacter) che trasformano i Nitriti (NO2-) in Nitrati (NO3-), questo processo di trasformazione è parte del cosiddetto Ciclo dell'Azoto,

NO2- + 1/2O2 -> NO3-

OSSIDAZIONE DI AMMONIACA IN NITRITO

Questa fase avviene a carico della specie autotrofa Nitrosomonas.
Le condizioni ambientali ottimali per questi batteri sono tra 6.0-9.0 di pH e tra 20 e 30 °C di temperatura. La maggior parte delle specie sono mobili grazie a flagelli polari. La temperatura limite di elaborazione dell'ammoniaca è di 5°C, anche se sotto i 20°C i ceppi riducono già la loro efficienza del 20% ogni 4°C di abbassamento di temperatura. Sotto i 5°C i batteri non sono più efficaci, in parte muoiono, in parte danno vita a fenomeni di dormienza e resistenza per superare la fase invernale, questo garantisce in piccola parte la ripresa dell'attività al risveglio primaverile.
I Nitrosomonas hanno la capacità di generare delle membrane che formano tubi lunghi e stretti all'interno della cellula. In queste membrane vengono utilizzati gli elettroni provenienti dall'ossidazione dell'ammoniaca al fine di produrre energia. I batteri di questo genere ottengono il carbonio dall'atmosfera tramite la fissazione del carbonio, la quale converte l'anidride carbonica in carbonio organico. A differenza delle piante, che per questo stesso processo sfruttano l'energia solare tramite la fotosintesi, i Nitrosomonas si servono dell'energia derivata dall'ossidazione dell'ammoniaca per fissare il carbonio gassoso in molecole organiche. Questi batteri devono consumare grandi quantità di ammoniaca prima di potersi dividere e il processo della mitosi può durare svariati giorni. I Nitrosomonas sono fotofobici, per proteggersi dalla luce si coprono di fanghiglia o formano dei gruppi con altri microbi.

In sostanza per il nostro laghetto tutto questo significa che:
- Sono la specie più veloce a riprodursi, vanno inoculati nella fase di avvio perchè la tossicità dell'ammoniaca è elevata, ma una volta generata la colonia a regime, la loro efficienza è sufficientemente elevata.
- Hanno bisogno di essere protetti dalla luce, per questo è bene che il filtro non sia trasparente e abbia un coperchio.
- Devono essere nuovamente inoculati al risveglio primaverile e nel primo periodo in cui si alimentano le koi per garantire che l'ammoniaca sia subito trasformata

PASSO 3
OSSIDAZIONE DI NITRITO A NITRATO
I Nitrobacter sono ceppi di batteri autotrofi specializzati nella trasformazione dei Nitriti in Nitrati nelle fasi della trasformazione dell'ammonio nel ciclo d'azoto.
I Nitrobacter, così come i Nitrosonomas, fanno parte degli Eubacteria, una delle divisioni del regno dei Prokaryonta. Questi sono Eubacteria chemioautotrofi, ovvero organismi autotrofi che sfruttano l'energia derivante da reazioni chimiche di ossidazione tra sostanze inorganiche per produrre materia organica.
Il tasso di riproduzione di questa specie è tipicamente il più lento della catena, per questo motivo il problema più frequente in impianti di filtrazione inadeguati è l'accumulo di nitriti. E' indispensabile,  durante tutto l'anno, inoculare questi ceppi batterici per garantire il corretto ciclo di degradazione, sopratutto in fasi critiche come il risveglio primaverile, l'aggiunta di nuovi ospiti, il cambio dell'acqua, dopo trattamenti e interventi di pulizia. Nel kit del buon koi keeper oltre ai batteri è bene sia presente anche un prodotto in grado di eliminare velocemente i nitriti in caso di necessità.
Da notare che in caso di accumulo di NO3- l'attività di trasformazione delle pericolose molecole di ammoniaca e nitriti a carico dei batteri nitrificanti (ossidazione) può essere rallentata con il rischio di accumulo di queste sostanze e possibili conseguenze tossiche;
- è quindi di fondamentale importanza controllare il livello dei nitrati e provvedere ad una loro eliminazione periodica in caso di accumulo.
Ovviamente un metodo diretto per la loro eliminazione, alternativo alla denitrificazione batterica, è il cambio dell’acqua periodico. Per chiudere il ciclo dell’azoto e dare alla natura ciò che le spetta..dobbiamo, per esempio, utilizzare l’acqua di scarto ricca di nitrati per fertilizzare le piante del nostro giardino.

Riepilogando:
NH3/NH4+ = ammoniaca/ione ammonio (le due specie sono sempre in equilibrio fra loro in acqua)
NO2-- = ione nitrito (presente in soluzione come sale o anche come ione libero)
NO3- = ione nitrato (presnte in soluzione come sale, acido coniugato o ione libero)
N2 = azoto gassoso (scarsamente solubile in acuqa tende ad essere espulso velocemente dal laghetto come gas)
Batteri eterotrofi: addetti alla decomposizione dei rifiuti organici complessi in ammoniaca, o del nitrato in azoto gassoso
Batteri autotrofi (nitrosomonas, nitrobacter): addetti al processo di nitrificazione con consumo di ossigeno, trasformano ammoniaca in nitrito e nitrato

Poche regole:
- Installare un filtraggio meccanico performante che permetta di ridurre il carico organico in arrivo al filtro biologico.
- Dimensionare correttamente e opportunamente il filtraggio biologico (corretto bilanciamento dimensione/efficienza materiali) in modo che sia in grado di gestire il carico organico della vasca.
- Controllare i principali parametri chimici (ammoniaca, nitriti, nitrati) almeno 1 volta al mese
- Inoculare nitrosomonas/nitrobacter durante tutto l'anno, fino ad una temperatura minima di 5°C, utilizzando opportuni attivatori batterici.
- Inoculare ceppi ammonificanti eterotrofi sopratutto nelle fasi critiche (risveglio primaverile, nuovi pesci,nuovi mangimi proteici, dopo le cure, etc..).
- Fare cambi d'acqua periodici (max 25%) per controllare il livello dei nitrati considerando una soglia massima di 50 mg/litro.

CICLO DELL'AZOTO