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关于硝化系统

来源: 柯清水、柯志翰 更新时间:2014-01-27 10:20:20 已经有6776人关注

图一:硝化系统包括亜硝酸菌将氨氧化为亜硝酸盐,及将亜硝酸盐氧化为硝酸盐的二个过程。

关于硝化系统

一、前言


在水族界,许多人对于硝化系统
(Nitrification)的重要性,都能朗朗上口,说得头头是道,因此 早已不是什么新鲜的话题了。也就是说,大部分喜欢饲养观赏鱼的人应该都知道,若期盼能在水族获得成功之养殖经验与乐趣,毫无疑问,必须在鱼缸中先建立一个有效率的硝化系统,将养鱼过 程中必然的蛋白质代谢产物一氨(NH3)给消除殆尽,否则鱼类极可能有受到毒害之隐忧,因为氨是 一种剧毒性化学物质,只需在极低浓度之下,即足以对鱼类造成致命的毒害反应。


硝化系统是由硝化细菌所推动的一个作用系统
这类细菌分成亜硝酸菌(Nitrosomonas)及硝酸 (Nitrobacter)二类通常能在有氧(或好氧)的条件下分别将氨(NH3)氧化为亜硝酸盐(NO2-)或将 亜硝酸盐氧化为硝酸盐(NO3-)最终使氨转化为无毒的硝酸盐()。如果硝化系统的强度足够大 ,即可随时将鱼缸中自产的氨给予转化掉,所以这类细菌常被视为是养鱼的好帮手。相较于一些致 病的病原菌,硝化细菌显然是一类有益细菌。有些人喜欢在鱼缸内添加硝化细菌制剂,也是基于这 项因素使然。


图一:硝化系统包括亜硝酸菌将氨氧化为亜硝酸盐,及将亜硝酸盐氧化为硝酸盐的二个过程。



硝化系统也是氮循环不可或缺的一环
如果氮循环没有硝化作用参与其中可能会因而中断 无法继续运作如此一来存在于自然界中的氮气、无机氮化合物和有机氮化合物就不能再相互移 动与转化这对所有生物的影响极为深远其后果实在难以想象。所幸,这个作用系统在合适的环 境中都能自动建立,因为只要环境中经常存在有氨源氧气水份,以及必要的矿物离子,以及温度、pH等环境因子又合适,硝化细菌就能自生其中,并进行硝化作用,使得氮循环得以持续不断地进行。由于鱼缸的生态环境很适合硝化细菌生存,因此它们也可以在鱼缸中自生,并且也能自动在缸内建立硝化系统。


二、硝化系统建立于何处


虽然许多人对于硝化系统的重要性都已经十分了解
但是对于硝化系统究竟是建立于何处却所 知不多如果不知道硝化系统是建立于何处那么对于硝化系统在操控上是否恰到好处可能全然 不知结果常发生因过于盲目追求及增强人工硝化系统的效能反而产生水质过度酸化之后遗症 使得鱼只难以适应甚至引起死亡相信不少人都有这种不愉快的经验。由此可知,人工硝化系统若做得过头,就跟做得不够一样,是不合适的。


想要知道硝化系统是建立于何处之前
必须先探讨硝化细菌一个相关的生态习性。已知硝化细 菌是一类着生细菌,通常必须附着在好气性物体表面才能进行分裂增殖及生长,同时也只有在这种 状态下,才能发挥有效率的硝化作用将氨给去除掉,因此只要鱼缸内具有这些好气性表面,可譲硝 化细菌做为栖身之所,它们自然可着生其间,并默默进行发挥除氨的功能。如果能充分了解这个习 性,自然就知道,原来硝化系统都是建立在各种好气性表面之上()

图二鱼缸的硝化系统都是建立在各种好气性表面之上


鱼缸内有许多好气性表面,包括缸壁、底砂、各种浸水器材水草藻类,甚至鱼体等静态或
动态表面均可供作硝化细菌栖身的场所,这些表面常被称为是硝化细菌的「菌床」,因此硝化细菌 能在不知不觉之中,自动在这些菌床上逐渐繁衍起来,而成为建构硝化系统的基础。不过,由于硝 化细菌的分裂增殖速度很慢,导致其生物膜的形成过程颇为耗时,所以硝化系统的建构需要给它一 些的时间,一旦各种菌床上的生物膜都成熟,则它们整体的除氨表现,就是推动整个鱼缸进行硝化 作用的动力所在,也就是我们所称的硝化系统,其强度可由硝化细菌数量的多寡来决定,所以只要 给予足够的菌床,就能培养出较多的硝化细菌,使硝化系统变成更为强大且有效率。


三、为何还需要再架设人工硝化系统


既然硝化系统能自动在鱼缸内的各种好气性表面建立,那为何还需要再架设人工硝化系统?例
如,生物过滤器就是一种最典型的人工硝化系统之装置,它内部除了物理滤材之外,还安置有一些 生物滤材,专门用其表面来培养硝化细菌的生物膜,然后再藉由该生物膜来去除循环滤水中的氨, 许多鱼缸都有架设这类附属装置。如果从这个角度切入,则本问题可以更具体地改问说:既然硝化 系统能自动在鱼缸内的各种好气性表面建立,那为何一般鱼缸还需要再架设生物过滤器?


这问题似乎不难回答,其理由主要是担心既有硝化系统的除氨效率很低,以及有时又常遭破坏
(如檫拭缸壁、翻动底砂,硝化细菌被掠食者呑噬等),所以才有此种补强的做法。相信多数人都会 乐意这样做,因为只要多作一层保护措施,就可以降低一层的烕胁。由于一般生物滤材的表面积通 常都非常巨大(,仅需在过滤器中布置少量的滤材,则其总表面积就可能数倍于鱼缸内各种物 体表面积之和,因此可以在滤材表面培养出更庞大的硝化细菌族群,用来提高对氨的去除效率,使 氨不再成为鱼缸中的隐形杀手。

图三一般生物滤材的表面积通常都非常巨大是培养硝化细菌的优良底质。


然而,有些人因过度重视硝化系统对养鱼成败的影响,以及又不知这样做可能会发生水质过度
酸化的后遗症,竟然将人工硝化系统做得比实施上的需求还要来得大许多,例如,小鱼缸配置大规 袼的生物过滤器,或者在生物过滤器中塡充更多的生物滤材等,结果因硝化细菌数量的培养过多, 导致硝化系统太强,硝化作用所生产的硝酸速度太快,鱼缸的水质酸化得非常利害,虽然可用某些 措施来改善,如使用小苏打来中和酸度,可是仅能让pH暂时回升,不久又告急速下降,始终无法 从根本上去解决pH过低问题。职是之故,在使用生物过滤器期间,必须注意防范这问题的发生。


四、人工硝化系统应适可而止


氨在水中有二种存在形态
即氨(NH3)(NH4+)二者浓度之和称为总氨量。氨 有剧毒,铵无毒,因此总氦量不能代表是否有毒,必须求出总氦量中的氨含量才能确定。氨在总氨 量中的含量会受到PH的影响而产生微妙变化:当pH<7时,总氦量中并无氨之存在,所以只要水质 一直维持在PH<7,就不会有鱼产生氨中毒的危险;当pH>7时,随着pH增高,氨的存在比例越高 ,则鱼受到氨中毒的机率也相对提高。


虽然铵无毒
不过由于受到PH改变的影响铵也有可能转换为氨所以理想的硝化系统运作 状态应以能将氨与铵同时去除为指标也就是说总氨量的检测値宜等于0 ppm只要整个鱼缸 能经常保有这样的检测结果就可以显示它的硝化系统的强度是足够的。如果鱼缸本身既有的硝化 系统有能力做到这一地步,纵然不另外再架设人工硝化系统也是无所谓的。这时候就不需要花大钱去装置价袼昂贵的生物过滤器,使用一般廉价的物理过滤器即可。


当然
如果为了能有多一分的保障宁可采用生物过滤器亦无可厚非不过在使用这种装置 期间最好控制其塡充生物滤材所培养硝化细菌之量以刚好能将总氨量完全消除即可因为一旦 达到这水平之后即使生物滤材塡充再多其结果通常都是一样(总氨量测出値都等于0PPm)可是 硝化系统的强度会因而大幅增强硝化反应的速度也将会加快由此所产生的硝酸势必会加速中和 缸水的碱度(KH)使得碱度来不及在下次定期换水之前获得适当的补充于是水质自然而然就越来越酸了


五、结论


在网络上经常可以发现诸如「鱼缸水质变酸如何处理?」一类的话题
(造景堂也曾经遇 现过类似的讨论。参与讨论的人通常都很热烈,可见这类话题相当受到关注,同时也显示鱼缸水质变酸的问题似乎很普遍,可是大家对于如何解决的看法却相当纷歧。例如在其他网站,有人认为, 鱼缸水质变酸与喂鱼的饵料有关,建议改变饵料的种类来因应;也有人指出,只要鱼有在吃有在拉 都很容易降酸,所以水质变酸问题是鱼缸的宿命,难以改善;亦有人表示,降酸是硝化作用过于旺 盛所产生的H+消费掉水中HCO3-所导致,因而建议降低硝化作用的强度。

图四:鱼缸水质变酸如何处理是一个热门的话题


尽管参与讨论提供意见的人不少
但是比较能譲多数人接受的看法是鱼缸水质变酸的原因 主要是硝化作用过于旺盛所致所以认为只要设法降低硝化作用的强度应可获得根本的改善。于 是何降低硝化作用的强度」又成为另一个新话题,可是很少人对此发表较贴切的做法。例如, 有人建议,可把生物滤材拿出来用自来水冲一冲来缓和硝化作用;或也有人主张,可暂时停止生物过滤的运作,等到改善后再继续使用。


其实,「如何降低硝化作用的强度」一点也不难,只需从生物过滤器中,把一些多余的生物滤
材拿掉,譲硝化细菌的数量减少一些,就能达到目的。例如,在本网站的相关讨论中,曾有一位网 友的鱼缸,因长期受到水质过度酸化的问题所困扰,以及始终无法改善而感到十分懊恼。我们从他 的叙述中得知,水质变酸而难以改善的原因,是因他过度强化硝化系统之建立所致,因此建议他从 生物过滤器中,把一些多余的生物滤材拿掉。不久之后,他惊喜地发现这个方法果然有效,于是后 来干脆一不做二不休,把全部的生物滤材全部取出,只使用物理过滤,不再采用生物过滤。历经 一个月之后,他成坊地将PH4拉升到6.8,而且后来都经常保持PH6.8的状况。由这个成功的改善 案例即足以证明硝化系统确实过犹不及。


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