番王蝦舖

本文節錄自 微清海洋部落格 (http://vekin.pixnet.net/blog/post/22543884)

硝化作用Nitrofication

硝化作用分為兩階段，分別為兩類硝化細菌完成
第一階段：銨鹽氧化為亞硝酸鹽（亞硝酸菌Nitrosomons）
第二階段：亞硝酸鹽氧化為硝酸鹽 （硝酸菌Nitrobacter）

硝化細菌（Nitrifying bacteria）特性

        無論是亞硝酸菌或硝酸菌均非單一菌種，可能有不同生理特徵。硝化細菌大小依種類不同差異極大，約0.3~3.5μm。僅有少部份為懸浮性個體，大部份屬於附著性種類，常於暗處的固體表面生長。硝化細菌生長速度與一般細菌比較，顯得較為緩慢，約24~36hr增殖一倍。因為生長所需的有機物無法靠外界攝取而來，只能自已合成。

        硝化細菌合成有機物所需要的能量來自於硝化作用，由銨鹽或亞硝酸鹽而來，屬於無機化學能。硝化細菌進行硝化作用時，需要有硝化酵素的催化。這些酵素會受到氨或亞硝酸鹽、溶氧等濃度所影響。硝化細菌合成有機物時，也需要無機碳的參與，來源有二氧化碳、可溶性碳酸氫鹽及碳酸鹽等
。

        硝化細菌需要附著在底質上，通常集體生活並凝聚成團而形成凝菌膠團。它們所需要的銨源，靠擴散作用或水流運送，屬於被動式供應養份。

硝化細菌抑制因子

有機污染：硝化細菌只能利用無機營養鹽，不能分解及利用有機廢物；大量的有機污染會直接或間接抑制硝化菌的生長。此外，有機污染也會干擾硝化細菌對養份的趨向性。

競爭性排除作用：水中有機廢物，會導致大量腐生細菌族群增生，對硝化菌產生空間的競爭，競爭性排除作常發生於過濾器內部。當過濾器運轉初期有機物在過濾上層被攔截住，因此容易滋生腐生菌。但當過濾器運轉一段長時間，堆積有機質越多，容易侵入並污染過濾器下層。腐生細菌向下漫延時，相對地會與硝化細菌競爭，進而排除硝化細菌。

水中掠食者：硝化細菌在水中的掠食者有輪蟲（rotifora）、原生動物（protozoa）或甲殼類（crustacea）幼蟲等。其中以輪蟲威脅最大。

強光照射的危害：硝化細菌並無光合色素，所以不能利用光能來作合成作用，並且反而會受到強光照射的傷害。光線會對硝化細菌的生長及繁殖有或多或少的傷害，生態上硝化細菌有避光現象。另外，紫外線會使硝化細菌傷害或死外。

抑制劑危害：抑制劑指會抑制硝化反應或降低硝化作用的化學物質。例如，某些腐生菌會分泌醋酸、乳酸或其它干擾酵素系統物質（例：硫化氫）。而某些硝化細菌必需物質，如溶氧、氨與亞硝酸鹽等，若濃度過高，也會產生抑制作用。例如：氨濃度大於10~150ppm即會抑制亞硝酸菌生長，若大於1ppm則會抑制硝酸菌。亞硝酸鹽濃度若大於2.8ppm亦會抑制硝酸菌生長。另外，某些人造化學物質，如戴奧辛及殺蟲劑等，也有可能破壞及干擾硝化菌生理功能。

硫化氫的影響：硫化氫是腐生細菌消化蛋白質時的產物，在無氧環境中穩定。硝化菌會受硫化氫毒害而死亡，取而代之為厭氧無機營養細菌（可代謝硫化氫）。通常硫化氫出現，可能因為累積有機廢物過多，導致厭氧環境出現。

硝化作用與影響因子

硝化作用有兩階段：

第一階段：亞硝酸菌（Nitrosomonas）將氨氧化為亞硝酸鹽，稱之為亞硝酸化作用
2NH₄⁺ + 3O₂ → 2NO₂^- + 4H⁺ + 2H₂O + 168Kcal

第二階段：硝化細菌（Nitrobacter）將亞硝酸氧化為硝酸鹽，又稱為硝酸化作用
2NO₂^- + O₂ → 2NO₃^- + 35.6Kcal

        硝化作用所得的反應熱，僅有少部份，約5~14%被硝化細菌所利用，其餘以熱量方式散發至水體中。硝化作用的效率會因為環境因子，如溶氧、pH值、溫度等，而受到影響。

溶氧對硝化作用的影響

        溶氧是硝化作用中，不可缺少的要素之一，同時也是維持硝化細菌生理代謝的重要因子。硝化作用要消耗大量氧氣，建議最少溶氧不要低於2ppm以下，最適5~8ppm之間。如果濃度高於20ppm，可能會對許多菌種的硝化作用產生抑制。

pH值對硝化作用的影響

        pH值會影響水中分子性氨（NH₃）與離子性銨（NH₄⁺）的濃度平衡，其中只有分子態氨能用於硝化作用。在總氨量一定狀況下，pH值越高，氨濃度比例越高。因此用於硝化作用的反應基質濃度越高，硝化速率越有利。換言之，硝化作用在中性或鹼性環境遠比在酸性環境中更能快速進行。此外，pH值會直接影響硝化酵素的活性，通常最適pH值約為7.5~8.2之間，依溫度不同而有所差異。由於硝化作用中會產生硝酸，造成水質酸化，會使pH降低，影響硝化作用。

溫度對硝化作用的影響

        溫度主要會催化硝化反應的酵素活性，最適溫度約在35~40℃之間，但還需視溶氧濃度取得一最高效率平衡。一般以不超過30℃，不低於20℃為較佳區間。

有機污染對硝化作用的影響

        有機污染對硝化作用有確實的抑制現象，但其作用機制不詳。推測可能為間接的抑制性，例如有機污染所造成的腐生菌大量生長，與硝化細菌有競爭性的排除作用。也可能為腐生菌消化有機物而將氧氣耗盡所導致。雖然消化有機物所產生的氨可充分供給硝化反應，但所減少的溶氧卻變成限制因子而抑制了硝化作用。