基础知识学习——硝化菌的理想工作环境.doc

基础知识学习硝化菌的理想工作环境转贴硝化菌的理想工作环境鱼缸内的垃圾，比如屎、所有大细生物尸体、分泌物、吃剩的食物等，都是有机化合物，会被NH3生产菌吃了，化作NH3 / NH4，是为氨化作用。NH3有毒，NH4冇(有说有毒，不过轻微)。两者的相对含量，与水的pH有关。pH每上升1.0，NH3的含量升十倍。Ph7时有99.7%NH4，0.3% NH3；pH8.4时有84.7% NH4，15.3% NH3。 硝化作用nitrification是两个步骤，1）, NH3化为NO2。2）, NO2化为NO3。由两种细菌，化NH3菌和化NO2菌负责，它们统称硝化菌。硝化菌的理想工作环境： 1，温度：摄氏8-30度。30度为最佳1，即工作效率最高。所以在开缸时，把水温调至30度，有最好效果。2，pH：pH7.5 8.51。在pH6或以下，硝化工作会慢下来，甚至停下。所以水草缸中，ADA的泥不是正，因太酸，pH肯定低过6，这使泥中完全没有硝化作用。海水、淡水的硝化作用，会生产H离子，副作用是使水质的pH下降，即消耗碱性。其公式是：NH3 + 2O2化为NO3 + H2O + 2H (公式1)。3，氧气：起码高过2ppm1。从公式1的左手边，可看见须加入O2氧气，才能成事。水流去生化滤水器(包括底喉)，第一关卡的硝化菌开始抢劫氧气，经历硝化菌十入铜人阵后，后面的氧可能已所余无2了。因此多生物环未必多硝化菌。运作良好的水缸，水中应有约6ppm的氧含量。所有鱼缸，氧多百利无一害，没有高压，你不可能做到有害的含量。足氧更是护垫，能应付万一有生物死去，腐化时，有关细菌的抢氧。 4，毒害：有趣的是，虽然硝化菌吃NH3，NO2，但它们含量高时，也会毒死硝化菌。就如有些珊瑚爱光，但你用十万w灯来照牠，一样照死牠。微元素也一样。所以开缸时，有不要心急的格言，其真义在于不能使到NH3太多，化NH3菌才能生存，又NH3给菌降至一定度数时，化NO2菌才能生存。有些天才误会了，以为狂落开缸鱼，食物，或他们以为能使NH3上升的东西，比方食物、死尸，就开缸开得快。这些东西加得太多，第一步就是使NH3生产菌得益，用去大量氧，霸占生物过滤滤材的空间，酸化住所，生产大量NH3，总总使化NH3菌更难起头。重金属对硝化菌有毒性，银、水银、锌、镍等是例子。医鱼病的铜也是重金属，施药时应考虑。它在NH3含量高时，毒性更重Satoetal,1988。沙（所以要洗）、水喉水、和低质盐有可能含重金属，有些新水剂如seachem的prime能除之。厕所水就一定有添。水喉水的氯和chloramine氯胺是用来杀菌的，硝化菌等益菌也是菌。把水喉水放一段时间，打气，前者能散出，后者不能，新水剂却能清除。植物，藻会分泌出phenol，也对硝化菌有毒性，幸好正常来说量不多，活性碳，skimmer能帮手除之。不过沙面，石面有太多藻，可能对沙，石的生物过滤有点影响。Reference: 1US EPA ,1977, Wastewater biology, Bitton Gabriel上面所说的有毒物质，影响化NH3菌较大；pH，温度则影响化NO2菌较多。每化一个NH3，其细菌得能量2.75KJ。每化一个NO2，得75KJ。这是化NO2菌生长速度较高的其一原因。NH3，为什么咁毒？水族缸中，NH3另一来源，是尿。这句只答对一半，因渗透压力，淡水鱼会痾很多尿，但海水鱼却小得交关。咸水鱼排放NH3的机制，主力是鳃，以扩散形式进行。水中的NH3浓度越高，扩散率越低，即鱼本身的排毒(NH3)率越低。理论上，当鱼内和水中的浓度相等时，便扩散不到。NH3的另一麻烦处，是它不带电荷 (NO2，NO3，NH4全带电荷)。以此特性，它很容易便进入生物的细胞，话入就入，冇得防御。题外话，H2S也是不带电荷的。NH3=0鱼缸才算合格。它含量高，鱼会有烂鳍、烂鳃的症状。珊瑚会不开。NH3会伤害生物的器官。0.5ppm的份量已能使鱼的红血球失去运输氧的能力，于是鱼便吸气快急。同等份量也伤害到珊瑚Matt Clarke,2002。咸、淡水水草，巨藻(如提子草，羽毛草)，藻(包括珊瑚的共生藻)等植物，最喜爱，最优先吸取的不是NO3，而是NH3。全因其不带电荷，话入就入的特性，植物吸取NH3时，花费的气力是最低的。若吸取NO3，植物又要用多些能量去吸，又要自制出酵素来帮手。第二原因，植物会以NH4的形式来贮存，及使用。植物吸NH3再把它变NH4不难，如植物体内是低pH，NH3自动变身。这比直接吸NH4节省工夫。但植物吸NO3后，把它变为NH4，便要多多任务序了。所以，一缸水中，若有齐NH3、NO2、NO3，植物会优先吸NH3，吸到冇，才吸NO2和NO3。因此，开缸时见到啡藻开始出现，是不等于NO3已形成的。另一谬论是，N氮循环的结尾是NO3被植物吸收了。只是很多人讲极都唔信。蠢人和氮气，永远是过剩的。要注意，太高NH3浓度，一样毒死植物的。 植物吸食NH3，硝化菌也吸食NH3，故，彼此是敌对的。植物有对策，就是刚才说硝化菌毒害时的phenol，还有vanillic acid, syringic acid, gallic acid, tannic acid等都是硝化菌抑制素。Tannic acid 是单宁酸，我们饮红酒时的涩味，就是它的味度。这些植物毒素是有机物质，skimmer，碳能帮手，通常缸中也不会有大量。NO2NO2=0鱼缸才算合格。它含量高，鱼鳍会有啡色条纹的症状。珊瑚会不开。跟NH3一样，它能影响红血球失去运输氧的能力，和伤害生物的器官。海水中的盐是NaCl，原来其Cl氯化物会帮助海水鱼抵抗NO2的。Cl和NO2会争着被鱼吸收，前者通常是赢家Matt Clarke,2002。所以淡水鱼有加盐疗法，不过大部分人都不知为何加盐，却加盐。 脱氮作用Denitrification也谈谈NO3。 脱氮作用就是NO3-(化成)NO2-N2O-N2-(公式2)。由化NO3菌掌管。最后产品是N2氮气，会升上水面，再蒸发到空气。 化NO3菌喜欢的环境：1，pH7-8.5，最好是7Christensen and Harremoes, 1977。2，温度，摄氏35-50度Christensen and Harremoes, 1977。3，含氧量：低Christensen and Harremoes, 1977。即是微氧anoxic 0.5 to 2.0 ppm，但不是无氧anaerobic。如果在无氧状态，化NO3菌不会行公式2，却会行：NO3-NO2-N2-NH4Bob Goemans,2000。最后产物NH4又会有部分变成NH3，因海水缸的pH。Plenum过滤法，沙内那个架的功能，就是氧气贮存室，用来保证沙内的微氧量，不至去到无氧。这过滤法很妙，妙在其中文名。照翻译它，及它的别名，可叫做天然硝酸盐（NO3）减除过滤法（NNR，Natural Nitrate Reduction），充水层过滤法（plenum），质巴过滤法（发明者是Jean Jaubert质巴博士，他在80年代后期，于Nice大学提出）。或改个贴切的名，但不知那位天才，改为活沙过滤法。活沙是live sand，乃沙的一种，指沙内住有菌、虫及其它生物的沙。Plenum用活沙啊！DSB也用活沙，又叫那名字吗？那么底喉过滤法用活沙，或放些活沙去滤水器，也应叫做活沙过滤？ 4，毒害，跟硝化菌的相同，但敏感度较低。为何鱼缸的NH3，NO2低到测不到，但却有NO3？第一，从化NO3菌喜欢的环境中，pH与温度两项，可见到海水缸的环境是偏心向硝化菌的。海水缸一例pH8.2，摄氏25度。第二，微氧环境较难做成，掌握。九成DSB专家都是靠估的。第三，化NO3菌工作效率较硝化菌慢。 此脱氮作用会便pH上升。 NO3一样有毒，只是害性较低。海水鱼，珊瑚缸中，它应低过15ppm。过高NO3与头洞病lateral line erosion的形成有直接关系J.Davids,1993。淡水鱼的应低过40ppm。 换水能冲淡NO3，纲上有有关的计算器 ： http:/www.practicalfishkeeping.co.uk/pfk/pages/water_change_calculator.php 题外话，减小藻类数量的另一办法，是不用，或减小用蓝色的灯。因为蓝光会使缸水内的铁量上升。铁是植物最需要的一种重金属养分，用来制造电子传递，和氧化 /还原功能的酵素。在水中，大部分的铁，会跟DOC合在一起，藻类等植物是享用不到的。但蓝光会使铁逃走出来，植物便能吸收。这是photoreduction作用。uv也有相同效果。 所有菌在繁殖时，及bb期吸取NH3等物有最劲的效率。 慢性毒害是指毒性未能实时杀死缸中的生物、益菌，但慢慢伤害。拿破仑便是晚晚饮一杯被人加了些少料的蜜糖水而死的。毒性低能使生物不适，就算是微微不适，也会使牠们有压力stress，长期stress便有问题，如免疫力下降，冇胃口，难繁殖等。有些人养鱼、珊瑚，总是养不长，或生长慢，或常生病（如白点），都是慢性毒害的结果。可能是NO3长期15ppm；NH3、NO2长期0.1ppm；小量毒害如重金属的存在等。例一，鱼友换水时，不去清除水喉水的chloramine、氯气等毒害。换水后，肉眼看到鱼儿无问题，不过长线对生物及硝化系统会有影响。例二，用含铜的药，就算事后换水，铜也永存，因它会黏在沙、石、玻璃等表面，慢慢走回入水中。它不断微微的影响硝化菌，及在生物体内积少成多。其它的药，也有其它的毒害。所以应在缸外用药，或把应放入垃圾筒的鱼掉入垃圾筒。后者能训练决断力。 生物膜bio film硝化菌、化NO3菌和另外多种菌，都不是在水中浮游的。所以uv器材、换水也不会伤害，或减小牠们的数量。牠们是住在固体表面上，像生物环、沙、玻璃等。牠们住在一起，大家齐齐分泌出多糖类polysaccharide的弹性树胶质出来，合成生物膜。这膜是滑而黏的，阁下的旧沙黏在一起，就是生物膜的杰作。其它例子有牙齿表面的膜，水面的膜等。生物膜的厚度约是菌的600-900倍Masuda S等，1991。生物膜是有结构，有组织的，当中有水道，使水能流出流入，带来食物、氧气，带走排泄物等。生物膜有保护作用，Powell SJ等在1992曾做实验，把毒药分别放入一瓶住在生物膜的菌，及另一瓶浮游的菌。结果是住在生物膜的菌没有事，浮游的死了82%。老了的膜，或长得太厚的会脱落sloughing。沙缸底、滤水器底的污物，有部分便是它们，它们也会腐化成NH3,4的。水喉水的氯会使生物膜脱落。 其实每粒位于面层的生物过滤滤材(包括沙)，都同时有化NH3、NO2菌的生物膜，和化NO3菌的生物膜。前者好氧，所以牠的膜在最外层，这块膜会包着后者的膜。后者的膜包着无氧菌的膜。无氧菌的膜包着生物过滤滤材的表面。生物过滤器还有清除病菌、寄生虫、病毒的功能，但效率低而不稳定。科学家现在也未知为什么做得到，推想是牠们被生物膜吸收了。 硝化菌补充剂无论是在开缸时，或后，你不用硝化菌补充剂，也一样会成功。在开缸方面，就算氮循环能运行，也不等于完成开缸。盖因一个鱼缸，有很多种循环，如碳循环、磷循环、生物链（能量循环）等，它们通通运行良好，才算开缸成功?nbsp;硝化菌补充剂要注意存放温度，例如Johnson的PSB便要在夏日时放入雪柜。想象一下炎夏的夜里，店子内的温度，跟雪柜内的差别。又部分菌会以生物膜的方式黏在樽内壁，倒不出来的。硝化菌并非在水中浮游，所以换水后不用加此补充剂。补充剂的硝化菌若还健康生存，没有生物膜的牠们，加入缸水后，会有一段历险。在水中有其它细菌、原生菌、真菌等追杀；不被水泵的压力拉碎，也被车叶打死；skimmer打走等。平安去到生物环的，我想万中无一。缸中水流强的话，落到沙面的机会又小了，继续在水中历险的时间又长了。到达沙面，又被藻的phenol毒害，也有其它猎人候驾。过滤棉一个有合格生物过滤系统的水族缸，换棉，是不用去犹豫的。有些鱼友患上硝化菌思觉失调症，慌死换走了棉中的硝化菌。这些菌主要住在生物过滤滤材，如生物环、沙、石。棉中的其实数量极少，1)厚、薄、蓝色生物棉的表面面积很低，大块棉及不上一粒优质生物环。2)滤棉把固体污物格着，所以棉中的菌大多是NH3/