翻译国外资料之二——一个封闭系统的基本硝化过程

dragonraja

翻译于国外水族资料，此篇是介绍了鱼缸硝化系统的运行原理，另一篇无鱼开缸可以看做这个理论的实践。文章为不同年代不同作者。给有兴趣的人看，应该不会再翻译了...

Thefundamental nitrification process of a closed system by Billy Smith

一个封闭系统的基本硝化过程——比利·史密斯

鱼缸中的细菌

首先硝化/反硝化细菌有两种形式,自养型和异养型。自养细菌需要氧气合成自己的食物,所以他们称为好氧菌。异养细菌不能自己合成食物，所以他们需要有机质，如鱼的排泄物,死去的细菌,动植物尸体等等, 有异养菌部分是好氧的(氧化有机物需要氧气),尽管大多数异养菌都是兼性厌氧菌(他们既可以生长在厌氧条件下或也可以再 有氧条件下存活),而厌氧菌则不需要氧就能存活和繁殖。

硝化细菌(消耗氨和亚硝酸盐)

曾经被认为是硝化细菌的亚硝酸单胞菌和硝化杆菌，它们并不是淡水中的硝化细菌。但是它们经常被用于硝化细菌补充剂，如通常使用的Seachemstability,Fluval Cycle（海化、富华产品）等，这类细菌是从土壤中获得的。它们虽然会在短时间内消耗氨和亚硝酸盐，但是不能长时间存活在水生环境中。这就是为什么你需要每天使用这些产品。他们会慢慢死亡,而真正的水生硝化细菌产品只需要添加一次。

Nitrosonomasmarina亚硝化单胞菌菌株把氨转化为亚硝酸盐，硝化螺菌属Nitrospiramarina和Nitrospiramoscoviensis（专业名词凌乱了）把亚硝酸盐转变成硝酸盐。这个数据已经得到接受和证实。现在已经用于产品,如瓶装原菌Fritzzyme7 - 700, DR Tims ，Tetra safestart and ATM Colony（注：这些是水生硝化细菌）,这些产品带有氨源通常能在几天之内完成建立硝化系统而不是几周。在使用它们之前最好先检查一下产品的有效期以及了解一下它们在商店的存储方式。

如果不加硝化细菌剂,一个新的鱼缸大概需要8周时间，里面的硝化细菌数量才能够100%消除氨和亚硝酸盐，达到氨氮正常循环的水平，这取决于几个因素,如PH值和温度，我后面会详细说明。

     

真正的硝化细菌是定居在介质表面的，它们有粘性渗出蛋白质涂层，使它们形成一块粘膜，我们倾向于称之为生物膜。它们任何时候都不生活在水体中，使用旧鱼缸老水并不会带来硝化细菌。它们主要生活在滤材上，也生活鱼缸底床上，通过流动的水不断提供氧气和食物。硝化螺菌（亚硝酸盐→硝酸盐）在 超高浓度氨的水体中会被抑制，不能繁殖。当氨浓度过高，亚硝酸菌群会进入休眠状态。通过换水降低氨浓度能够刺激细菌的繁殖，因此需要测试氨的浓度水平。

dragonraja

换水必须在除氯的情况下，最好在水进入鱼缸前处理(国外通常使用水质稳定剂)。PH值对硝化细菌有直接影响。硝化细菌在pH8.3时拥有100%活性，当pH值降低时，这种效率水平会降低。pH7.0时效率只有50%，6.5时只有30%。低于6.0时，硝化细菌进入了休眠状态，完全停止繁殖。幸运的是在酸性水（pH低于7.0）氨自动电离成铵NH4+,而氨对水生生物有毒，而铵的毒性较小类似于硝酸盐，除非它高到离谱的水平，这种情况很少发生。（补充：pH会影响氨和铵的浓度。在恒定温度（例如20°C）和pH<7，氨以100％铵NH4+存在，而在pH> 10以100％游离态氨NH3存在。pH值在7和11.5之间具有平衡的铵和氨随pH的变化而变化。温度还会影响铵/氨的浓度，相同pH下的低温比高温的氨浓度更低，一般鱼缸温度区间小影响不大。）
    当氨氧化细菌处于休眠状态时，不会产生亚硝酸盐，这降低了对鱼类和其他水生动物的危害(亚硝酸盐剧毒)。温度也影响细菌繁殖速度，最佳温度在25-30℃，在18度只有50%，在35度时，细菌的繁殖和工作极为困难。在0度和100度，所有的硝化细菌都会死亡。亚硝化单胞菌和硝化螺菌不能在干燥条件下生存；没有水，它们都会死。(干粉状硝化菌?)自来水中的氯和氯胺会杀死这些细菌。许多抗菌药物会对硝化细菌产生不同程度的负面影响，而含铜离子药物则不会，除非剂量高度足以伤害有鳞鱼。(自来水除氯和抗生素药物)

0.5-1ppm的氨在中性的PH值可能会导致永久的鳃损伤。如果我们的测试剂能检测到任何水平的氨都代表着不健康。鱼缸中吸收氨最快的是植物。氨既可以被植物以铵盐吸收利用，也可以直接被植物以毒素NH3形态吸附。硝化细菌只消耗铵NH4+,当铵离子水平降低时，更多的氨被转换成铵NH4+，直到消耗完.  
0.25ppm的亚硝酸盐在短时间内就能影响鱼，而0.5ppm的亚硝酸盐就会变得危险；当亚硝酸盐的浓度为1.0ppm时，它通常是致命的。植物不吸收亚硝酸盐，但幸运的是我们可以通过添加氯CL-去中和亚硝酸盐的毒性（原理我在网上找到可能是亚硝酸根离子在酸性条件下不稳定，且有一定氧化性），这可以在水族盐很容易找到，但是氯化钙（大多数缓冲配方）是更好的选择。(亚甲基蓝也可以降低亚硝酸盐的作用)
高浓度的硝酸盐超过了40ppm,会减缓鱼的生长，降低免疫系统，鱼更容易生病。采用水草植物和定期部分换水，可以在鱼缸中实现理想的平衡状态。(生态缸)
硝化细菌繁殖需要铵和氧气，因此你的鱼缸需要一个过滤系统来增加氧气。如果没有过滤器，你就不能将含有氧气的氨输送给硝化细菌。(滤材表面水流过的地方才是硝化细菌最活跃的地方)

dragonraja

反硝化细菌
一些异养细菌通过消耗硝酸盐中的氧和释放出氮气来利用硝酸盐。这些是异养细菌中的有益菌，因为反硝化系统对一个健康的鱼缸非常重要。
腐败细菌
同所有的细菌异养，它们也会占据表面，最常见的就是底床和滤材。它们的许多物种可以在完全干燥的情况下存活，使得它们即使在介质晒干后仍能保持活性。它们与硝化细菌竞争氧气和生存空间，研究表明，即使在相对洁净的鱼缸中，它们也占据了滤材可用面积的50%。在过滤器中，如果有机废料增加，异养细菌的繁殖会异常迅速，实际上会窒息并杀死自养硝化细菌。最好的控制措施就是限制有机物。在无水草的鱼缸中，这一点更为关键，这正是活性碳过滤的作用所在。因为它吸收了对于这些异养菌来说必不可少的有机碳。,Purigen and Chemipure（国外两个蛋白球品牌）产品比标准活性炭能更高效吸附。
硝化细菌的繁殖 -新鱼缸综合征
在新鱼缸，如果缺乏明显的有机废物，硝化细菌还会繁殖吗？
当水体经过水质稳定剂之后，水体中的有机废物会供给异养细菌，会迅速的繁殖，使得水体浑浊。当然通常没有这么严重，有时需要通过对比才会发现较小的差别。因为水草也会从有机物中吸收营养盐。当异养细菌在水中繁殖时，它们从厌氧菌转变成好氧菌同时消耗了水中大量的氧气。这个过程会给鱼类带来缺氧的风险。可以在过滤器中加入活性炭或者蛋白棉来减轻负担，并添加真正的硝化细菌有助于转换氨氮，如ATM’s Colony, DR tims or Tetra safestart。
此时需要迅速测试并记录氨氮数值。异养菌把有机碳转变成氨供硝化细菌消耗（氨氧化细菌——名词太多，可能是亚硝化细菌），如果没有足够的硝化细菌，氨氮浓度会很快爆表。通常情况不用换水除非氨超过了1-2ppm。因为就算这些漂浮的异养生物通过换水换出去，而其他细菌将以更快的速度繁殖来弥补损失，从而使恶化。如果留下异养细菌。。它们通常在几天内消失。请记住大多数自来水都含有磷酸盐，异养生物和蓝藻细菌都可以以此为食物，所以大量换水可能只是喂养了这些细菌。（氨氮超标时，换水只能临时起到降低作用，很快氨氮又会上升。）
-硝化已建立的鱼缸
细菌爆发通常是因为有机物增加过快而破坏了鱼缸生平衡引起，比如过量投喂，动植物的腐烂，密度过高产生的额外废物等等。异养细菌通过吃有机物快速繁殖，这就产生了副产品—氨，而突然激增的氨超过了硝化细菌的处理量，而硝化细菌需要时间来增殖赶上氨的产量。水草也会有帮助，因为他们可以快速的吸收和利用大量的氨。请记住，细菌爆发导致氨的上升，而不是一些人认为的相反。在一个稳定的鱼缸，应该从根源上去解决。清理砂石，去除鱼便残饵，不要过量投喂，减少密度等。

dragonraja

后记——感谢鱼友JamesX提供的资料和耐心解释。
1. 文中提到了硝化细菌有土壤和水生硝化细菌之分。即使是用了来自土壤里硝化细菌产品，它们虽然无法在水中自我复制，但是也有积极意义。因为这些暂时性的硝化细菌会给新鱼缸提供一个很好的缓冲期。在这些不可复制的硝化细菌自然消亡的过程中，来自空气中孢子状态的各种硝化细菌，其中真正的适合水生的硝化细菌会开始扎根繁殖。当那些“冒牌硝化细菌”全死光的时候，真正的原生菌通常就建立完成了。然后无鱼开缸的目的也达到了。（硝化细菌存在于世界上的各个角落，品种也是千千万万的，空气中的是孢子状态并不是活菌）
2.硝化细菌在环境恶劣时候进入休眠，不是死亡，休眠状态的硝化细菌因为没有食物会在1-2个月后逐渐死去。

3. 反硝化细菌在普通鱼缸里没太大意义。因为过滤中缺氧的区域太少，而且反硝化的效能和硝化不可同日而语，在居家鱼缸的环境下无法取代换水的作用。不过反硝化在大型繁殖的场所是有意义的，节省能源。咱们普通鱼缸里玩反硝化基本上就是交智商税，毫无意义。

4. 文章中提到了一个品牌Dr.Tim，这个品牌就是就是创始人名字，他就是 70年代首先发现硝化细菌在水族中的人。

曲水藕香

先收藏着慢慢看

dragonraja

曲水藕香 发表于 2022-5-7 15:32
先收藏着慢慢看

看完你会对硝化细菌有了全新的理解，也能解释很多硝化系统问题

面条我滑倒了

是不是有点问题：2L:硝化细菌只消耗铵NH4+-------------------------硝化细菌利用的是氨NH3和亚硝酸盐，NH4+铵离子利用不了，但可以被水草直接利用

dragonraja

面条我滑倒了 发表于 2022-5-7 16:02
是不是有点问题：2L:硝化细菌只消耗铵NH4+-------------------------硝化细菌利用的是氨NH3和亚硝酸盐，NH4 ...

“硝化细菌利用的是氨NH3和亚硝酸盐，NH4+铵离子利用不了”，这里是我翻译的问题专业名词太多，纯手打难免有误，已经修改了很多了。就是指的氨氮。 氨的形态有两种，离子态和游离态。相信你能理解

nomadi

支持一下，话说昨天发的那个我还在思考消化中，温故而知新。

dragonraja

nomadi 发表于 2022-5-7 16:54
支持一下，话说昨天发的那个我还在思考消化中，温故而知新。

学而不思则罔理论联系实际更好，内容也不一定完全正确，自取所需吧。

dragonraja

自己翻译完读了好几遍，再比较目前我们对于鱼缸过滤，硝化系统，有些矛盾也许触碰到商家的蛋糕，但是不吐不快。还是写出来，供大家批判吧。
    1. 草缸的硝化系统和鱼缸不同，水草有强大的吸收利用氨氮能力，水草泥底床也是天然的硝化菌载体，同时24小时加入碳使得水体偏酸，让产生的氨变成了低毒的铵离子，不开灯时鱼类也能安全。是不是我们只用一个简单前置过滤就可以满足草缸了，大容量的不锈钢桶的感觉就是“原子dan打蚊子”。
    2.关于滤材，硝化菌，是否要除氯，看完的心中应该都有了衡量。困水/晒水，感觉是国内特有的，有些神话了，困水作用就是除氯升温加氧，困水缸培养不出多少有益细菌，细菌的繁殖需要载体。
    3. 一般情况下老滤棉开缸很有效，里面丰富的硝化细菌，但是不要使用最上层的脏棉，硝化菌不喜欢有机物，那是腐生细菌的食物。滤材仓和滤桶水路设计的好，比堆滤材容量更有效果。这点和常理联系吻合。有条件的放个沙头，也会提升过滤效率。
4.我们鱼缸使用的干湿分离就是模拟的水产养殖的微滤机，相比较多层干湿分离，最后一道滤棉选择很关键。滤棉最下一层最好用高目数的棉，100目（不知道有没有，可能堵水也厉害）的拦截细小的微粒，同时适量喂食加上勤洗棉，能更好的维护滤材。如果怕堵水只用了羊绒棉加粗棉，后面生化仓的滤材就容易被水中有机物微粒污染了。。

a2821174

dragonraja 发表于 2022-5-7 18:23
自己翻译完读了好几遍，再比较目前我们对于鱼缸过滤，硝化系统，有些矛盾也许触碰到商家的蛋糕，但是不吐不 ...

关于困水我认为，困水不打氧还不如不困水，直接自来水。

dragonraja

a2821174 发表于 2022-5-7 21:55
关于困水我认为，困水不打氧还不如不困水，直接自来水。

我简单查过过国内和国外的自来水标准，主要指标都差不多。我们多用困水，晒水，爆氧，国外多用水稳，三胞胎净水器都很少，可能一个是效率问题，另外水稳的效果比较直观。

at2015

楼主大牛啊,果断收藏此帖.

dragonraja

at2015 发表于 2022-5-8 11:13
楼主大牛啊,果断收藏此帖.

我是还在摸索的新手而已，鱼也养的不好，跟大牛还差的远，就是有点喜欢追根到底。

at2015

dragonraja 发表于 2022-5-8 12:40
我是还在摸索的新手而已，鱼也养的不好，跟大牛还差的远，就是有点喜欢追根到底。

做事有钻研精神

thanks0001

事实证明一个长期稳定运行的PH4.4的生态鱼缸里（没错就是我的鱼缸）仍然可以检出硝酸盐和亚硝酸盐含量，基于以上事实，硝化细菌在PH小于6时无生物活性的猜想被否定。

dragonraja

thanks0001 发表于 2022-5-8 21:59
事实证明一个长期稳定运行的PH4.4的生态鱼缸里（没错就是我的鱼缸）仍然可以检出硝酸盐和亚硝酸盐含量，基 ...

首先欢迎讨论，这是原文翻译的内容，其次面向养鱼新手向。不是专业论文，可能说的比较笼统。下面我回答你的结论
1. pH是影响硝化速率的重要因素。,硝化反应的适宜 pH基本都在8.3-6.5。硝化反应氧化氨氮需要消耗水中碱度，因此如果水中没有足够的ph缓冲,随着硝化的进行,pH会急剧下降，而硝化细菌对pH非常敏感,亚硝酸细菌和硝酸细菌分别在7.0～7.8和7.7～8.1时活性最强，pH低于这个范围,其活性就会急剧下降。
2. 关于你的鱼缸中长期ph4.4,存在硝化细菌。有研究表明经过一段时间驯化后,部分硝化细菌可以在低pH条件下进行(如 pH=5.5)，至于ph4.4有没有硝化菌我没有找到明确的文章。但是突然降低pH,则会使硝化反应速度骤降乃至休眠,当pH 升高后,硝化反应速度又会很快恢复。
低 pH的影响比起pH骤降的影响要小得多。文中的数据和结论对于大多数普遍情况来说还是很严谨的，经得起推敲。

thanks0001

所以我在您转发并翻译的第一篇文章就阐明了，系统稳定的重要性。这些开缸方法其实都是舍本逐末了。

沈欣炎

好文章，值得收藏