硝化系统与PH值关系

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爱三湖 发表于 2014-10-30 22:46:15 |只看该作者 |倒序浏览

一、硝化系统与pH值关系 水族缸中的“氮循环”会直接影响pH的变化。氮循环是指有机氮化合物在自然界中的物质循环过程，它由微生物的固氮作用、氨化作用、硝化作用及脱氮作用所构成，惟在水族缸中，通常仅发生氨化作用及硝化作用，所以氮循环并不具完整性，必有中间产物遗留于水中，并对pH造成不同程度的影响。
在一般的养鱼缸中，氮循环主要由“相关细菌”来执行物质的转化反应，进而影响pH。例如，氨化作用可由“氨化细菌”将有机氮化合物转化为氨（NH3），氨溶于水中常导致水质呈现碱性。硝化作用可由“硝化细菌”将氨转化为硝酸（HNO3），硝酸溶于水中常导致水质呈现酸性。
基本上，无论原水质的酸碱度如何，氨化作用与硝化作用的相对强度，都可以影响最后水质的pH。本文拟针对这问题作深入探讨，希望您了解其中的来龙去脉之后，有助于未来对pH的调控。
二、氨化作用对pH的影响
氨化作用由氨化细菌来执行，可将有机氮化合物转化为氨。有机氮化合物主要来自鱼体或饲料残饵所衍生的污染源，大部分这类污染源多被汇集在过滤器的物理滤材中，它们大多是氨化细菌的“食物”，当氨化细菌消费这些食物之后，会立即把氨直接排泄于水体中。
氨是一种弱碱性化学物质，溶解于纯水中会导致pH上升。由于自然水体具有缓冲作用系统，所以少量的氨溶解其中，可能仍无法改变自然水的pH，但会削减对OH－缓冲容量。当氨的产量不断增多时，缓冲作用系统逐渐失去缓冲OH－的功能，最终会导致pH上升。
氨的产量会受到氨化作用强度的直接影响，即当氨化作用强度越强时，氨的产量也会相对增加。氨化作用强度又与有机氮化合物的性质及浓度、溶氧量、温度，以及氨化细菌数量等有关。例如，当蛋白质的含量较多、高溶氧量，或温度适当时，会有较激烈的氨化作用，导致氨的产量大幅增加。因此，pH也会受到这些环境因子的间接影响而有升高之趋势。
三、硝化作用对pH的影响
硝化作用由硝化细菌来执行，能将氨分两阶段最终转化为硝酸。含氮化合物是否能有效转化为硝酸，还是仅转化为氨，主要取决于硝化细菌是否存在。如果有硝化细菌存在，它可以把氨氧化为亚硝酸（中间产物），以致硝酸（最终产物），从而获得维生及繁殖的能源。
硝酸是一种强酸性化学物质，溶解于纯水中会导致pH下降。由于自然水体的缓冲作用系统也能适度抵消硝酸对pH的影响，所以少量的硝酸溶解其中，可能仍无法改变自然水的pH，但会削减对H＋缓冲容量。当硝酸的产量不断增多时，缓冲作用系统逐渐失去缓冲H＋的功能，最终会导致pH下降。
硝酸的产量会受到硝化作用强度的直接影响，即当硝化作用强度越强时，硝酸的产量也会因而增加。硝化作用强度又与氨的浓度、pH、溶氧量、温度，以及硝化细菌数量等有关。例如，当氨的产量较多、高溶氧量，或温度和pH适当时，通常会有较激烈的硝化作用，导致硝酸的产量大幅增加。因此，pH也会受到这些环境因子的间接影响而有降低之趋势。
四、硝化系统对pH的影响
由于氨化细菌无所不在，不仅可以在水族缸自生，而且繁殖速率相当快速，所以不需要我们特别去处理，即能自动进行氨化作用。反观硝化细菌就显得有些不同，虽然它也可以在水族缸自生，但是繁殖速率极为缓慢，同时必须要有适当的环境，才能慢慢地繁殖出足够的数量，并藉以进行有效率的硝化作用。
由此判定，在水族缸经常存在强而有力的氨化作用，却不一定出现强而有力的硝化作用。如果您鱼缸的pH有逐渐升高或偏高的迹象时，显示可能只有氨化作用正旺盛在进行，且氨含量一直在攀升之中，也就是说有机污染源转化为氨之后，并未进一步有效的转化为硝酸，使pH得以回降。由此观之，硝化作用效率实际上是影响pH的主要关键所在，而硝化作用效率则是由硝化系统健全与否来决定的。
影响硝化作用效率的相关因子之组合体系，称为硝化系统。健全的硝化系统系由足够数量的硝化细菌，以及执行硝化作用的适当条件建构而成。主要的作用条件，包括合适的温度（20~30℃）及pH（7.5~8.2）、足够的溶氧（至少2 ppm以上）及不受有机污染且可供的硝化细菌附着的的作用表面（如生物滤材）等。
不健全的硝化系统，氨化作用的强度通常高于硝化作用，因此氨生产的速度势必高于被氧化的速度，难免有氨残留于水中，当其累积量多时，足以导致pH上升。健全的硝化系统则是能繁殖出足够数量的硝化细菌，及时把来自氨化作用所生产的氨氧化掉。虽然在硝化作用过程中所产生的硝酸，量多时，可能因pH降低而抑制硝化作用之进行，可是不断由氨化作用所生产的氨，又把酸度给中和掉，让硝化作用又可恢复而能持续进行。因此，最后的演变总是：所有的氨都可能被硝化细菌氧化为硝酸，使水质变酸，但通常又被限制于酸度不低于pH6.0的弱酸性状态之下。
五、结论
硝化系统在纯淡水养鱼缸中，对pH的影响是极端明显的，凡是具有健全硝化系统的缸子，它的水质应该都是呈酸性的。如果不是这样的话，显示缸中的硝化系统可能仍处于不健全的状态。但就水草缸而言，因为水草直接吸收氨/铵为氮肥，可能中断或减少硝化作用之氨源，使硝酸无从生产或产量有限，所以经常无法透过硝化系统左右其酸碱度。