氮的循环
养龙不得不说的问题
“新缸综合征”、“氮循环”或者“循环水族箱”指的是氨及其转化产物亚硝酸盐在转化为相对无害的硝酸盐之前,上升到一个对水生生物非常危险的浓度的这样一段时期。对水族新手来说一个最大的误区就是买一个缸,放完水,3天后就放入龙鱼。如果你没有“循环”过你的鱼缸的话,你的龙鱼将在之后的30天里度过一个非常艰难的时期。在水族箱里,氨需要有益的细菌(俗称硝化菌)将其转化为亚硝酸盐,而亚硝酸盐也需要另外一些菌将其变成硝酸盐。在一个新设的水族箱内并不存在这些细菌,需要通过一段时间让这些菌繁殖,直到它们足以能够处理鱼儿的排泄物。设立时间较久的缸往往已经完成了氮循环的过程。但是去除大量的细菌,例如换掉水族箱内的砂砾,将会使一个“老”缸经历另一次循环。使用药物治疗、换入大量含氯的新水或者水族箱的温度发生突然和巨大的改变都会使氮循环进程回到起点。新的水族箱的氮循环从加入生命力较强的鱼开始,然后就简单的等一个月。值得注意的是,一直到加入鱼的那刻起,氮循环进程才真正开始(除外在空缸里加入硝化菌营养液,从而开始氮循环的情况)。推荐启动氮循环的鱼只(国内俗称闯缸鱼):小的石首鱼(Smaller barbs),较大的脂鲤(tetras)、鲤科鱼(danios)(斑马)和波鱼属的鱼(rasboras)(清道夫)可以勉强抵挡短时间的较高浓度的氨和亚硝酸盐,另外这些鱼相当便宜,万一发生死亡可以及时补充。Damselfish和mollies是海水缸的闯缸鱼。一旦氮循环进程开始,在其完成前最好不要再加入其他鱼只,并保持水温在25.5~27.7摄氏度之间,因为较低的水温会使氮循环的过程延长。闯缸鱼有机会适应逐渐升高的氨和亚硝酸盐浓度,所有的新鱼一开始都不得不面对被丢入的那缸水质较差的水。同样,也必须规则的喂养这些鱼,一天一到两次,但要适量。任何未吃掉的鱼食都会使本来就差的水质变得更糟。定期的测试氨和亚硝酸盐浓度可以让你了解你的水族箱目前处于氮循环的哪个进程。在毒素的高峰期你的鱼会显示一些痛苦的症状,比如呼吸急促、拒食、眼球突出、腹胀、烂鳍、极易受惊等。在氮循环进程中不建议换水。氨的存在不论其浓度高低对鱼只来讲都是有害的,亚硝酸盐也是如此。当你的测试剂不能测出它们中的任何一个的浓度时,你可以开始放心地放入龙鱼了。
如何抑制酸跌
鱼混养,最头痛的就是酸跌,在龙缸运行一段时间后,PH会在短时间内大幅度下降。在我个人的混养经历中,最多的时候,PH值在一天内下降达到0.7,有一周从7.4跌到4.5的经历。这种情况的发生使得对PH较为关注的养龙人来说,无异于一块心病,我也采取过各种办法,但都不是很理想,对于这个过程中发生的现象,我也试图了解其原理,所以专程到图书大厦花了半天的时间进修“化学”和“水处理”,妄想解开酸跌之迷,无奈这方面的根基实在太差,还停留在高中的阶段,对于很多原理一知半解,很久没有头绪。于是就把这个问题放下了。今天看到原来写的东西和收集的资料,感觉还是有些意义,不如拿出来供大家参考和讨论,更欢迎大家讨论指正。
一、关于制止酸跌的办法无非有以下几种:
1、 换水,通过加入PH较高的新水,中和原缸的PH,但这种做法真的很累。
2、 加入碱性滤材,使用较多的是珊瑚沙,但这种做法虽然可以一定程度的抑制酸跌,但其弊端是导致KH的急剧上升,感觉并不理想,并且这种方法也不是万能的,当缸运行较长时间后,酸跌同样会发生。
3、 加入碱性树酯,这种做法由于软水树酯的迅速饱和,其止跌的效果十分有限。
4、 大量暴气,这种做法是我目前采用的做法,应当说配合换水,还是起到了一定的功效,但这种方法的原理是我迫切想了解清楚的。
5、 采用PH升高剂:实际就是加入碱性溶液,对于一直很少使用添加剂的我根本没有引起重视。
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基本的生物过滤系统硝化过程:
1、阿摩尼亚(NH4)
通常是由鱼的排泄物,及饲料投予过剩,而沉淀于底层后腐烂所造成的,为有毒的物质,对鱼只会造成伤害。阿摩尼亚可以经过好氧性微生物的分解,成亚硝酸→硝酸盐。
2、亚硝酸(NO2)
阿摩尼亚经微生物分解形成亚硝酸,本身亦为有毒物质,低浓度的亚硝酸对藻虾会造成伤害,高浓度的亚硝酸会使鱼出现缺氧症状,此时必须透过换水降低浓度。当过滤系统健全时,好氧性微生物就能将亚硝酸转换成较无害的硝酸盐。
3、 硝酸盐(NO3)
为亚硝酸经微生物分解,转变成硝酸盐,硝酸盐本身为水草的营养素之一,是能被水草所吸收利用,但硝酸盐含量太高时,会影响水草生长,使藻类滋生,要使其含量降低,可以靠换水来降低含量。 二、是生化过程不完全导致酸跌吗?
我最初的想法是由于鱼缸中的生化过程不完全,导致大量的亚硝酸产生;或者是硝化过程完全,产生大量的硝酸所致,所以我一直试图通过硝化反应的过程找到答案。于是收集了以下这些影响硝化反应的因素
1、控制温度
生物硝化反应在4~45℃内均可进行,适宜温度为20~30℃,一般低于15℃硝化速率降低。12~14℃下硝酸菌活性受到严重的抑制,出现HNO2积累。 15~30℃范围内,硝化过程形成的亚硝酸可完全被氧化成硝酸。温度超过30℃后又出现HNO2积累。因此,控制硝化阶段温度在低温或较高温度时,硝化产物主要是亚硝酸。
2、控制溶解氧浓度
亚硝酸菌和硝酸菌均是绝对好氧菌,一般认为至少应使溶解氧浓度在0.5mg/L以上时才能很好地进行硝化作用,否则硝化作用会受到抑制。降低溶解氧浓度,对亚硝酸进一步氧化成硝酸有明显的阻碍,并产生亚硝酸积累。
3、控制pH值
pH 是亚硝酸硝化的一个决定因素,最近研究表明,当pH值为7.4~8.3时,亚硝酸盐积累速率达到很高;NO2生成速度在pH值8.0附近达到最大;而 NO3生成速度在 pH值7.0附近达到最大。所以在混合体系中亚硝酸菌和硝酸菌的最适宜pH值分别为8和7附近。利用亚硝酸菌和硝酸菌的最适宜pH值的不同,控制混合液中 pH值就能控制硝化类型及硝化产物。试验表明,pH值>7.4时亚硝酸盐氮所占比率高于90%,亚硝酸型硝化要求pH值必须控制在7.4~8.3之间。
4、控制NH3浓度与氮负荷
氨随pH值不同分别以分子态和离子态形式存在。分子态游离氨(FA)对硝化作用有明显的抑制作用,硝化杆菌属比亚硝化单胞菌属更易受到FA的抑制, 0.6mg/L的FA几乎就可以全部抑制硝酸菌的活性,从而使HNO2氧化受阻,出现HNO2积累。只有当FA达到5mg/L以上才会对亚硝酸菌活性产生影响,当达到40mg/L,才会严重抑制亚硝酸的形成。所以,当水中NH3浓度较高,pH值偏于碱性时,易形成亚硝酸型硝化,在相反的条件下,则形成硝酸型硝化的倾向很大。另外氨氮负荷过高时,在系统进行初期有利于繁殖较快的亚硝酸菌增长,使亚硝酸产生量大于氧化量而出现积累。
但这个过程很不好量化,同时其原理中可能产生的其他反应我无法解释,所以这种考虑进展甚微,但应当还是有些作用。
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三、湖泊酸化的启示:
偶然看到以下文章,似乎有了想法:
1、何谓湖泊酸化?
天然水体中含有碳酸氢根离子;有的水质发浑, 含有某些有机碱;因此它们有中和酸的能力。碱度就是酸中和能力。碳酸氢盐水体中的碱性主要来自于含钙和镁的矿物质的风化。因此水体碱度为碳酸氢根离子浓度, 加上两倍的碳酸根离子的浓度(因为每个碳酸根离子可中和两个氢离子) , 再加上氢氧根离子浓度, 即:碱度 = [HCO3 target=_blank> + 2[CO3 target=_blank> + [OH target=_blank> - [H target=_blank>。
当酸性物质进入碳酸氢盐水体, 首先中和氢氧根离子, 然后中和碳酸根离子形成碳酸根离子, 最后中和碳酸氢根离子形成碳酸,再增加氢离子,水体将明显酸性提高。因此, 水体碱度大, 酸中和能力大, 其对酸性的缓冲能力大, 可容纳更多额外增加的酸。据碱度定义, 湖泊完全失去碱性叫酸化。当某水体接受氢离子量超过其本身中和离子量 (通常是碳酸氢盐) , 便发生了酸化。
2、酸湖是怎样形成的呢?
湖底基岩一般为碳酸盐, 不断以碳酸氢盐形态慢慢溶入湖水中, 故一般湖水为弱碱性或中性。酸雨引入湖中的氢离子, 首先中和碳酸氢根离子形成弱酸性的碳酸, 这时湖水的pH值下降很慢, 有时需要数年时间; 一但该过程中和完毕, 碳酸氢根被耗尽时, 再引入新的氢离子, pH值就下降很快了, 可能一年之内便可酸化。
3、水体酸化敏感性指标
虽然目前我国水体, 包括湖泊酸化并不严重, 例如我国重酸雨地区四川和贵州省水体大致pH值在6.5-8.5 之间, 没有发现大面积已酸化水体,且近期也不会被酸化。要防患于未然。因此首先要着眼于找出那些对酸化敏感的水体, 先行防范。要评价某水体对酸化的敏感性, 就要订出一项水体酸化敏感性指标。
参照国外和前人经验, 我国学者提出一种 "抗酸化容量" 指标来评价天然水体的酸化敏感性。经过他们的研究, 我国天然水体的pH值一般在6.5-8.5之间。此时, 水体中碳酸氢根占碳酸溶解量的60-95% ,成为水体中的主要缓冲因素。首先, 假定水体酸化临界值为pH=6.5, 测出水体实际pH值后, 可得pH增加值△pH, 即△pH=pH-6.5;既而, 测得水体的碱度 [Alk target=_blank>;最后, 由水体碳酸平衡公式, 算出水体可承受的总酸量△A。
据此指标, △A < 0.5 毫克当量/升 , 是敏感水体; △A=0.5-1.0 毫克当量/升 , 为中等敏感水体; △A > 1.0 毫克当量/升 , 为不敏感水体。
4、鱼虾等能生活在酸湖之中吗?
湖水pH值在9.0~6.5之间的中性范围时,对鱼类无害;在5.0~6.5之间的弱酸性时,鱼卵难以孵化,鱼苗数量减少;当湖水pH值低于5.0时,大多数鱼类不能生存。因此,湖泊酸化会引起鱼类死亡。相对于忍耐湖水酸化的能力而言,虾类比鱼类更差,在已酸化的湖泊中,虾类要比鱼类提前灭绝。
草本食物是一些鱼、虾类生活的基础。湖水酸化,水生生物种群将减少,例如某湖酸化后,绿藻从26种减至5种;金藻由22种减至5种;兰藻由22种减至10 种。俗语说,大鱼吃小鱼,小鱼吃虾米,虾米吃滋泥,其实滋泥中就含有大量水生生物;鱼虾离开了水草和水生生物,好比鸟兽离开了森林。因此,从生态食物链角度来看,湖泊酸化,也将使鱼虾难以生存。
这给我提了醒,可以不可以这样理解,假如我们把缸理解为一个小湖,最初设缸时由于缸中有碳酸盐,在缸中以碳酸氢盐形态存在,在我们一般的水体中比较多的是碳酸钙和碳酸氢钙,而当缸中养了鱼之后,鱼类排出的废物经过生化过程产生了亚硝酸和硝酸酸,鱼类的呼吸排出的二氧化碳产生碳酸,这些酸中的氢离子, 首先中和碳酸氢根离子形成弱酸性的碳酸, 这时的pH值下降很慢,可能需要几个月、半年或者更长时间,因为我们毕竟还在经常换水,适当的补充碳酸氢盐。但混养缸中,由于鱼只多,生化过程产生的氢离子大于补充的碳酸氢根离子,一但该过程中和完毕, 碳酸氢根被耗尽时, 再引入新的氢离子, pH值就开始急剧下降, 于是酸跌就发生了,水体会在很短的时间酸化。
下图是我画的一张示意图:
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前面的过程应当说新水中具备较高的缓冲力,酸跌产生后其氢氧根离子几乎完全耗尽,根本没有缓冲力,所以即便部分换水还是会重复从临界点开始的酸跌过程,还是无法抑制酸跌。至于暴气,是不是可以解释为由于暴气产生碳酸盐,所以可以一定程度的中和氢离子,所以减缓水体酸化的时间。
[ 本帖最后由 普尼 于 2007-6-9 19:06 编辑 ]