如题所述
硝化细菌分类:硝化细菌属于自养型细菌,原核生物,包括两种完全不同的代谢群:亚硝酸菌属( nitrosomonas ) 及硝酸菌属( nitrobacter ),它们包括形态互异的杆菌、球菌和螺旋菌。亚硝酸菌包括亚硝化单胞菌属、亚硝化球菌属、亚硝化螺菌属和亚硝化叶菌属中的细菌。硝酸菌包括硝化杆菌属、硝化球菌属和硝化囊菌属中的细菌。两类菌均为专性好气菌,在氧化过程中均以氧作为最终电子受体。大多数为专性化能合成自养型,不能在有机培养基上生长,例如亚硝化单胞菌(Nitrosomonas)、亚硝化螺菌(Ni-trosospira)、亚硝化球菌(Nitrosococcus)、亚硝化叶菌(Ni-trosolobus)、硝化刺菌(Nitrospina)、硝化球菌(Nitrococcus)等。只有少数为兼性自养型,也能在某些有机培养基上生长,例如维氏硝化杆菌(Nitrobacterwinogradskyi)的一些品系。从形态上看,也有多样,如球形、杆状、螺旋形等,但均为无芽孢的革兰氏阴性菌;有些有鞭毛能运动,如亚硝化叶菌,借周身鞭毛运动;有些无鞭毛不能运动,如硝化刺菌。一般分布于土壤、淡水、海水中,有些菌仅发现于海水中,例如硝化球菌、硝化刺菌。
水族硝化细菌,在水族界一直有用硝化细菌的传统,但目前已经不是传统意义上的硝化细菌。到目前为止,水族上的硝化细菌已经发展到第五代。
第一代硝化细菌: 主要由亚硝化单胞菌和硝化杆菌等自养菌组成,生长周期长,其平均代时(即细菌繁殖一代所需要的时间)在10小时以上。产品为液体,杂菌较多,有恶臭味。目前市场上已不常见。
第二代硝化细菌: 实际上是由能降低水体中氨氮的光合细菌组成的,因是自然水体的土著菌种,适应性强,其平均代时(即细菌繁殖一代所需要的时间)在3小时以上。产品为红色液体,杂菌较多,有腥臭味。
第三代硝化细菌:是指由芽孢杆菌纯种发酵后的芽孢休眠体组成的淡乳白色液体,有一定的降氨氮和清水功能,芽孢的萌发需要24小时以上,其平均代时(即细菌繁殖一代所需要的时间)跟大多数异养菌一样,在30分钟左右。产品为淡乳白色液体,无味或有淡腥味,杂菌很少。
第四代硝化细菌:是指由芽孢杆菌和乳酸菌混合发酵后冷冻干燥的粉剂,也称EM菌,白色的是精制品,菌含量较高,杂质少,棕褐色为直接干燥的产物,含有培养基等杂质,菌含量相对较低,有一些产品复合了酶制剂。产品为粉剂(或胶囊)和片剂,无杂菌,无味或淡腥味。
第五代硝化细菌,也称产酶硝化细菌,是由产酶异养硝化菌、产酶芽孢杆菌、好氧反硝化菌、乳酸菌、放线菌等分别发酵,经微胶囊化工艺进行包被后冷冻干燥的粉剂经科学配比而成的。微胶囊技术包被过的菌种活力强,保质期长,可以抵抗低浓度药物和自来水中氯的损伤。其平均代时(即细菌繁殖一代所需要的时间)在25分钟左右。产品有白色粉剂(或胶囊)和片剂,无杂菌,无味或淡甜味,可食用。包被硝化细菌的包材可溶于水或可以在水中降解。
2生命活动编辑
硝化细菌的生命活动:亚硝酸细菌(又称氨氧化菌),将氨氧化成亚硝酸。反应式:2NH3+3O2→2HNO2+2H2O+158kcal(660kJ)。硝酸细菌(又称亚硝酸氧化菌),将亚硝酸氧化成硝酸。反应式:HNO2 + 1/2 O2 = HNO3, -⊿G= 18 kcal。这两类菌能分别从以上氧化过程中获得生长所需要的能量,但其能量利用率不高,故生长较缓慢,其平均代时(即细菌繁殖一代所需要的时间)在10小时以上。硝化细菌在自然界氮素循环中具有重要作用。这两类菌通常生活在一起,避免了亚硝酸盐在土壤中的积累,有利于机体正常生长。土壤中的氨或铵盐必需在以上两类细菌的共同作用下才能转变为硝酸盐,从而增加植物可利用的氮素营养。时至今日,人们尚未发现一种硝化细菌能够直接把氨转变成硝酸,所以说,硝化作用必须通过这两类菌的共同作用才能完成。我们知道,亚硝酸对于人体来说是有害的,这是因为亚硝酸与一些金属离子结合以后可以形成亚硝酸盐,而亚硝酸盐又可以和胺类物质结合,形成具有强烈致癌作用的亚硝胺。然而,土壤中的亚硝酸转变成硝酸后,很容易形成硝酸盐,从而成为可以被植物吸收利用的营养物质。在硝化细菌的作用下,土壤中往往出现较多的酸性物质。这些酸性物质可以提高多种磷肥在土壤中的速效性和持久性,可以防治马铃薯疮痂病等植物病害,甚至可以使碱性土壤得到一定程度的改良。所以说,硝化细菌与人类的关系十分密切。农业上可通过深耕、松土提高细菌活力,从而增加土壤肥力。但硝酸盐也极易通过土壤渗漏进入地下水,成为一种潜在的污染源,造成对人类健康的威胁。因此农业上既可采用深耕、松土的方法提高细菌活力,亦可通过用施入氮肥增效剂(即硝化抑制剂),以降低土壤硝化细菌的活动,减低土壤氮肥的损失和对环境的污染。
3存活条件编辑
硝化细菌的存活条件:硝化细菌的存活需要水分,还需要很高的氧气,所以只能生活在生化棉、生化球、玻璃环、陶瓷环等各种有微孔的滤材中。只有同时满足了水分与氧气的供应,它们才能存活。硝化细菌最适宜在弱碱性的水中生活,在温度达到25度左右时生长繁殖最快。它的繁殖不遵循分离定律和自由组合定律。
4注意事项编辑
误区
不少鱼友对硝化细菌的认识产生了一定的误解,有的人认为硝化细菌能够分解粪便;有的认为可以净化水质,中和水中的悬浮物,这些认识是不准确的,或者可以说是错误的,硝化细菌是生产者。
分解有机物
首先先说说分解有机物,这个粗重的体力劳动可不是娇贵的硝化细菌能完成的,他是靠其它净水细菌完成的。在水生态循环系统中,若无其它异养营性细菌存在,水中将到处充斥未被细菌分解的有机物,此种自我污染的水族环境一样使鱼儿无法生存其中。因此,它们常被视为是水质自净作用的先锋部队,其重要性并不亚于硝化细菌。这类细菌普遍存在于各种不同环境,它们几乎无所不在,而繁殖速度相当惊人,大部份的异营性净水细菌,在理想的环境只需几十秒钟即可自行增殖一倍,一般只需二十几分钟即能增殖一倍。但要是裸缸饲养,我们就要借助物理循环,把水中的剩饵或粪便吸出。
悬浮物
鱼友中不少人去买硝化细菌,按照说明每星期按时添加,这样做对吗?可我要告诉大家的是,你们的做法没错,可你们对硝化细菌的认识产生的错误。因为我们买的这种每星期添加的所谓的硝化细菌其实是光合细菌。
光合细菌
光合细菌,俗称:b菌。光合细菌是一种水中微生物,因具有光合色素,包括细菌叶绿素和类胡萝卜素等,而呈现淡粉红色,光合细菌能在厌氧和光照的条件下,利用化合物中的氢并进行不产生氧的光合作用。
光合细菌可以在某种污染环境下生存,并担负着重要的净化水质的角色。但只有在生存环境和污染物质符合其生理、生态特性时,才会发挥其作用,否则很难获得预期。例如在无光或者有氧环境下,光合细菌就很难发挥效果。
水族箱中若存在光合细菌,它将那些有机质或硫化氢等物质加以吸收利用,而使耗氧的异营性微生物因缺乏营养而转为弱势,因而降低发生有毒分解产物的机会,同时,底质中的水质借以得到净化,而促使养殖的水族生物的健康成长。
目前,水族市场出售的光合细菌,主要是光能异营型红螺菌科(rhodospirilaceae),特别是其中的红假单细胞属(rhodopseudomonas)的种类。这种光合细菌在不同的环境条件下,能以不同的代谢方式,有效地净化水质。需要注意:光合细菌在水质ph8.2-8.6的环境下发挥效果最佳,因而比较适合在海水水族箱中使用。所以这中光合细菌只能起到短暂的效果,因为我们鱼缸里没有他生活的理想环境。除非我们制作一个无氧过滤区还要有照明。
有害原因
第一步:
鱼类的排泄物和未吃过的食物将会转变为氨(俗称阿摩尼亚);那是因为在这些东西里需要氧的细菌会令蛋白质分裂。而氨是有毒的。
第二步:
生存于氧气中的硝化细菌,能把氨会转变为亚硝酸盐(NO2);亚硝酸盐虽然含较少的毒素,但仍对鱼类有致命的毒害。
第三步:
亚硝酸盐及后又被第二种硝化细菌转变为硝酸盐(NO3);而这硝酸盐几乎是无毒的,但突然或长期暴露在高浓度的硝酸盐里是有害的。但幸运地,硝酸盐的浓度是可以靠更换鱼缸的水来降低。
第四步:
硝酸盐及后会被不依附氧气而生存的细菌(厌氧性细菌)变为氮气而升华,这就是一个完整的「氮化合物循环」。
5提高含量编辑
在养殖池中存在的有毒物质主要是氨及亚硝酸,这两种有毒的物质可由硝化细菌所消耗,并生成无毒性的硝酸,硝酸又是藻类的最佳氮肥,能被藻类所吸收及同化。因此,在养殖池中绝对不可缺少硝化细菌,如果硝化细菌缺乏,水中的氨含量将急速增加,使池水内的鱼虾有致死的危险。许多人通常不了解这个问题的重要性,以致于常遭遇到养殖失败的命运。这说明如果您不去了解这个问题的症结所在,并谋求改善的话,即使是有经验的业者,都可能会败在硝化细菌不足的危害之下。
从池水的生态观点来说,我们是无法防止氨的产生的,但是却可以设法提高硝化细菌的数量来消耗池水中大量的氨。因为硝化细菌是消耗氨的克星,只要数量足够,它们就会很自然地消耗掉每天自产的氨,使氨不会在水中被大量的累积下来,成为水产养殖的隐形杀手。
至于我们应如何做才能提高硝化细菌的数量呢?从理论的角度而论,为硝化细菌塑造一个理想的繁殖场所是最根本的解决办法。怎么说呢?原来硝化细菌在繁衍过程中,有附着于固定物外表的倾向,若能在池水中安置若干多表面积的固定物供其附着,它就能迅速地附着在这些固定物的表面上,并开始增殖。
然而,要在池水中安置固定物通常是不可行的,理由是这种方式可能会阻碍鱼类的活动及不利于捞补。比较可行的处理方式是在过滤系统中安置「生化培养球」,这种产品是专门为硝化细菌提供一个繁衍场所而设计的,它通常是由黑色的塑料骨架所制成,大小约为3 ~ 5 公分直径的空心球体,并有很大的表面积可供硝化细菌附着。它的原理是让硝化细菌成为「有壳蜗牛」,增加硝化细菌的生活空间,因此可让硝化细菌依附在这种人造的球体上进行硝化活动,使滤水中的氨及亚硝酸被硝化细菌所消耗。
添加硝化细菌制剂也是另一种可行的方法,尤其是在做水质检测发现水中氨浓度偏高时,采用这种方法最有效率。但这种方法只是治标方法,不是治本方法,因为这些制剂在水中被活化成为活菌之后,它们仍然多属「无壳蜗牛」,在池水中无法增殖,甚至因环境不适而逐渐死亡,故必须定期添加才能发挥预期效果。
6硝化使用编辑
硝化细菌制剂是一种用于控制养殖池水自生氨浓度的处理剂,不仅使用相当方便,而且能发挥立竿见影的效果,故越来越受渔友的欢迎。使用时可直接将该剂散布于池中,不久即能发挥除铵的功效。
市售硝化细菌制剂可分为活菌及休眠菌两种,渔友可依自己的需要选购使用。前者是利用细菌的活体制成,在显微镜的观察下,可看到它们的活动情形。后者是利用休眠菌制成,在显微镜的观察中,则无法看到它们具有活动能力。
选择活菌的好处是除氨效果迅速,最适用于氨浓度过高的紧急情况。但是因活菌对氧气的要求十分严格,尤其是硝酸菌属的细菌只能在有充份氧气存在下才能生存,正因为如此,要将活菌保存并制成产品,常有保存上的困难,所以在购买这类产品时,要特别注意它的有效使用期限,如果使用过期产品,就除氨的观点而言,也是没有什么效率的。
择休眠菌的优点是能耐久藏,较不用担心失效的问题,但是因为由休眠菌变成活菌所需的活化时间可能需要数天之久,所以无法使用于紧急状况之处理,仅适用于日常的水质管理。一般言之,休眠菌的保存期限约为1 ~ 2 年,使用时仍需注意商品所标明的使用期限,以免过期失效。另外,此种产品仅亚硝酸菌属之细菌能被制成制剂,故使用后可能会有多余的中间物 no2- 滞留累积于水中,使亚硝酸的浓度有暂时性突然提高的现象,惟对水质不会有明显之影响
注意事项
水中有有机污染源,净水细菌是靠水中有机污染而存活的,如果因为水中没有污染源存在,它们就无法长期生存。因此,在新水阶段就加入细菌是否有效,是值得研讨的。
勿与消毒杀菌药剂同时使用
为了避免净水细菌被杀灭,切记勿与消毒杀菌药剂同时使用,如果必须使用杀菌药剂或治疗鱼病的药剂,需等药物使用至少一星期以上再进行使用净水细菌。
要注意调整适合细菌生长的温度
在净水细菌的使用过程中,能有效地控制在最适宜的水温条件下,当然其发挥的效果也是最理想的。例如:光合细菌在23-29℃的范围内均能正常生长繁殖,当水温低于23℃时,它们的生长逐渐停滞,因此低于23℃的水族箱使用这类细菌效果较差。
要注意调整适合细菌生长的ph值
在净水细菌的使用过程中,必须注意水质酸碱度ph的变化。例如:淡水硝化细菌在ph值等于中性时的效果最佳,在酸性水质中效果最差,因此若能将水族箱中的水质调整至中性或弱碱性,它的净水效果会好一些。而光合细菌在ph值8.2-8.6的水质中最具效果,所以它比较适合用于海水水族箱中的使用。
要注意细菌之间的共容性
若要同时放养不同的净水细菌应该注意细菌之间的共容性。例如:硝化细菌和光合细菌并不适合同时放养在同一水族箱内,因为它们净化水质的过程互有抑制作用,可能会降低其净化效果。
要为细菌提供足够的可居住空间
如果只让细菌生活于水族箱中可能无法满足其繁衍上的需要,这会严重限止细菌的数量使其无法增加。因此,我们应该配合生化过滤系统为细菌细菌再创造更多的可居住空间供它们繁衍,以期待它们加速降低有害物质以及加强它们分解能力。
一个新开缸的水族箱,第一周最好不要使用硝化细菌,因为第一周的时间里水体不仅不会产生足够的氮,胺等物质,而且水体中的残留氯还会抑制硝化细菌的着床和生长。建议在开缸的第一周每日在水族箱水体中加入适量的光合细菌,来分解有害物质。
7脆弱之处编辑
[1]它们可以在这个团体中安定的生活,需要确保的只有它们得具有适当的黏着性质,以能保留在它们需要停留的地方,并攫取它们所需要的生存资源。但是在养殖池中适合它们生长的地方似乎不多,使它们的数量不可能有大量繁衍之机会。与其它异营性腐生细菌相较,显然这是一个很大的缺陷。
除了栖息环境很少外,硝化细菌的生殖很慢,也是一项非常不利的弱点。某些学者(如Shilo and Rimon,1982;Belse,1984)曾就养殖池中的硝化细菌作过生长及繁殖速度的测定,结果发现一些常见的亚硝酸菌种平均要花上26小时才能增殖一倍,而硝酸菌种生殖的周期更长,平均要花上60小时才能增殖一倍。硝化细菌在养殖池中的低生殖率,使它们在微生物的生态系中仅占有一个相当低的百分率。
另外,就环境因子而言,影响硝化细菌最重要的因子主要有光线、pH值及温度的变化等,它们仅能在合适的环境因子中生长及繁衍,如果这些因子的变化超出了它们所能忍受的范围,就很容易受到伤害,严重的话,将引起死亡。下面的论述将以这三个因子为主题,来谈它们脆弱的一面。
光对硝化细菌的不良影响是一般人很难想象的,从许多的相关研究中均显示光对硝化细菌的生长及繁殖均有抑制的现象(Johnstone and Jones,1988;Diab and Shilo,1988)。亚硝酸菌对近紫外线的可见光非常敏感(Alleman,1987),但太阳光中普遍含有这种光谱。紫外线对硝化细菌的伤害更大。因此在生态上,硝化细菌均有避光现象(Alleman,1987)。光线对硝化细菌所造成之负面冲击(negative impact)的真正原因尚未查出,不过已知只要将光线减弱,则亚硝酸细菌的活性又会逐渐增强(Alleman,1987),因此可推测硝化作用在黑暗中的效率应该比在光照中还要得高。
当外界的pH值发生变化时,某些硝化细菌(如N. europaea)可以借着调节细胞内(intracelluar)的pH 值作良好的适应(Frijink et al.,1992),但大部份对pH值的改变颇为敏感。对亚硝酸菌而言,最佳的pH值通常是7.8(Painter,1970;Jones and Paskis,1982;Kumar and Nichols,1983),其生长和活性则随pH值的减少而降低,这种现在低于pH=7时就表现得特别明显(Hankison and Schmidt,1988),如果pH值降到低于6以下,可能对硝化细菌造成直接的伤害(Alleman,1987)。
在温度的适应方面,一般认为最适合硝化细菌生长的温度是25℃,理由是硝化作用所产生之化学能与进行生理代谢所消耗之化学能两者相抵消,在这个温度之下可能有最大的净余值。至于温度的变化对硝化活性之影响,也有多位学者加以研究,发现在温度低于5℃或高于42℃时,硝化作用已经无法进行(Painter,1970),后又发现硝酸菌忍耐高温的门坎(threshold)要比亚硝酸菌高约7℃,原因是亚硝酸菌的活性若从7℃开始测定,则随温度之升高越来越强,并呈现一种直线正比关系向上攀升,直到达35℃后随即开始急速下降,但硝酸菌的活性必须高至42℃后才有急速下降的情形(Wortman and Wheaton,1991)。硝化细菌在低温无法进行硝化作用之原因,可能是由于生理代谢受到低温的干扰发生代谢失常的现象,而在高温可能是由于高温使细胞内的 发生瓦解(disruption)之故(Alle-man,1994)。
8自白编辑
大家对我们可能都不陌生了吧,我们叫硝化细菌,可不是帮助你们消化大鱼大肉的那个消化哦。我们兄弟二人(等等,怎么是两个?),别急,一会你们就明白了。
哥哥叫硝酸菌,弟弟叫亚硝酸菌,因为我们哥儿俩老是形影不离,长得又酷似双胞胎,人们就把我们统称为硝化细菌了,其实我们兄弟两个差别还不小呢,硝酸菌虽然是哥哥,但干起活来打头阵的还是靠弟弟。
说了半天,大家怎么也不和我们打个招呼呀,伤自尊了,也难怪,我们太小了,大家如果不用显微镜是根本看不见我们的,哎,真是“菌微言轻”啊,好吧,既然看不到我们,那我们兄弟就自我描述一番吧:我们身材都很苗条,人称我们“杆菌”(像电线杆)。在革兰氏染液(一种专门染细菌的染液)里洗过澡后,我们都是红色的。我们大部分的同胞都长着长长的鞭毛,我们可以借助它们像船桨一样在水中自由地游泳。我们的重要性大家了解吗?不是吹牛,如果没有我们兄弟两个,大家在水族箱里养鱼种草几乎是一件不可能的事,真的,不信给大家显摆显摆:在大家的草缸中,氮元素是普遍存在的,水草、鱼、饲料、藻类甚至鱼类粪便中都有它的踪影,它是构成蛋白质的必要元素。那么,烂掉的水草叶子、死去的鱼儿、没吃完的饲料、凋亡的藻类和鱼儿的粪便中的氮后来去哪里了呢?有人可能说,我从来没有注意过它们,可最后都不见了啊,其实它们是被一些称为腐生细菌的家伙分解了,有机的氮变成了无机的氨,就像一条刚死的鱼是没有味的,腐败时就会产生刺鼻的臭味,这里边就有氨的味道。氨对于鱼类是剧毒的,它能使鱼类血液中的蛋白质变性而失去生理功能,导致鱼类的死亡。当水体中氨浓度超过0.2ppm时就会造成鱼类急性死亡。氨有如此剧毒,那为何大家的鱼都还好好的呢?哈哈,就是因为有我们硝化细菌呀。弟弟亚硝酸菌负责把氨氧化成亚硝酸盐,再由哥哥把亚硝酸盐氧化成硝酸盐。亚硝酸盐也是有毒的,但比起氨来说是小得多了,而硝酸盐是无毒的,它是水草等水生植物很好的氮肥。
大家种水草时并不添加氮肥,液肥、基肥、根肥的说明书讲得明明白白:不含氮、磷,那为什么大家的水草还养得那么好啊?还不是有我们兄弟呗。有人认为鱼的排泄物可以当作水草氮肥,可水草根本无法直接利用鱼类排泄物。这些排泄物必须在那些腐生细菌的“帮助”下(可不是我们兄弟哦,这种事可不能争功)变成一些小分子无机物如氨、硫化氢等(净是剧毒物,这帮小子)。我们得给它们收拾残局,把氨转化成水草可以直接利用的硝酸盐,这才把大家的草养得肥肥壮壮的,鱼儿也避免了氨毒之苦。
下面着重介绍下我们的生活特点:
1.我们属于自给自足性的自食其力的细菌,科学家叫我们自养型细菌,我们用最简单的无机物如二氧化碳为碳源来构成我们的身体,而建造我们自己的能量源泉就是我们氧化氨和亚硝酸盐过程中所释放出来的能量。可见我们的工作也不光为了大家,更重要的是为我们自己,那句话怎么说来着“菌不为己,天------”不说了,有点太不厚道了。我们这种生存方式,大家看是不是和水草很相似啊,只不过水草是利用光能来养活自己,我们是利用化学能而已,而另一些家伙比我们聪明得多,它们被称为异营性细菌(就是那些专门制造毒物的家伙),它们用有机物做碳源来构建它们的身体。
2.我们除了像水草一样进行糖类合成反应外(把二氧化碳和水在化学能的作用下合成葡萄糖),也需要其他的营养元素,如铁、锰、磷、钾等,用以代谢合成我们生长所需的一些蛋白质和脂肪等物质,所以大家给水草施的肥料和二氧化碳,我们也笑纳了些,抱歉没打招呼哦。
3.要说我们最不喜欢呆的地方,那就是一个充满了有机废物(如鱼便便)的环境,因为过多的有机物让我们无法忍受,我们又不能把它们当作食物,过多的有机物将会抑制我们的生长和繁殖,但是哥哥硝酸菌对有机物并不那么敏感,有时甚至还能“吃”些水溶性有机物(啊,变节啊),但大多时候我们配合还是非常默契的,兄弟就是兄弟嘛。因为我们有这一特性,所以大家就别指望我们在有一大堆鱼便便的肮脏的过滤棉上安家了,最适宜我们居住的地方是比如生化球、生化环、生化棉这样的,当然在水流流过我们家之前最好把水里的鱼便便、烂叶子提前过滤掉,不然的话,这些东东堵在我们家里,我们可就惨啦,拜托了啊。
4.前边说过了,我们很多兄弟都是游泳健将,我们可以在水中做主动的迁移,虽然这很耗费体能,但如果我们居住的家园受到外来干扰、没有食物吃、有外族入侵、生活环境突然变化时,我们还是会做主动的战略转移的,在转移的途中,我们可是不会吃任何东西的,所以一旦我们背井离乡,请赶快给我们找一个家吧,让我们固定下来好为大家更好地服务。不用担心我们无法在固体表面固定的问题,我们兄弟可是这方面的高手,我们在水中到处游荡时,如果发现有什么固体物质,就会立即分泌一种粘性物质,牢牢地把自己粘到那上边,这样一层层地粘上去,直到形成一个膜,大家都管我们形成的这个膜叫“生物膜”,水质的净化就要靠它了。
5.再透露些比较隐私的问题,就是我们的繁殖了。我们的繁殖速度说起来真有些不好意思,我们是微生物世界的“大象”,繁殖周期非常长,和那些异营性的腐生菌比较一下大家就明白了。在20个小时内,1个异营性细菌可以分裂成十亿个,但我们还停留在1个的状态,这也没有什么奇怪的,我们维持生命和繁殖的物质都是靠自己制造的,要耗费大量能量和时间,而那些异营性细菌则可以利用很多现成的东西。讲到这里就不能不说一种发生在开缸后不久容易发生的问题,我们暂且叫它开缸综合征。有些人在开缸后的一个月内鱼儿会不明不白的死去,这主要是因为鱼类的排泄物被那些异营性细菌分解为氨等有毒物质,它们繁殖得实在太快了,相信大家都了解夏天饭菜变质的速度,越来越多的氨在产生,直到超出了鱼、虾能够忍受的极限,它们就……,好痛心啊,那大家问,你们干什么去了?真白养活你们了!各位老大先别急,这事不怪我们,在刚开缸的一个月内,因为我们生得实在太慢了,根本没办法处理那么多的氨,寡不敌众啊。所以提醒各位在开缸后的一个月内勤换换水、少喂喂鱼、用点细菌制剂吧。
水族硝化细菌,在水族界一直有用硝化细菌的传统,但目前已经不是传统意义上的硝化细菌。到目前为止,水族上的硝化细菌已经发展到第五代。
第一代硝化细菌: 主要由亚硝化单胞菌和硝化杆菌等自养菌组成,生长周期长,其平均代时(即细菌繁殖一代所需要的时间)在10小时以上。产品为液体,杂菌较多,有恶臭味。目前市场上已不常见。
第二代硝化细菌: 实际上是由能降低水体中氨氮的光合细菌组成的,因是自然水体的土著菌种,适应性强,其平均代时(即细菌繁殖一代所需要的时间)在3小时以上。产品为红色液体,杂菌较多,有腥臭味。
第三代硝化细菌:是指由芽孢杆菌纯种发酵后的芽孢休眠体组成的淡乳白色液体,有一定的降氨氮和清水功能,芽孢的萌发需要24小时以上,其平均代时(即细菌繁殖一代所需要的时间)跟大多数异养菌一样,在30分钟左右。产品为淡乳白色液体,无味或有淡腥味,杂菌很少。
第四代硝化细菌:是指由芽孢杆菌和乳酸菌混合发酵后冷冻干燥的粉剂,也称EM菌,白色的是精制品,菌含量较高,杂质少,棕褐色为直接干燥的产物,含有培养基等杂质,菌含量相对较低,有一些产品复合了酶制剂。产品为粉剂(或胶囊)和片剂,无杂菌,无味或淡腥味。
第五代硝化细菌,也称产酶硝化细菌,是由产酶异养硝化菌、产酶芽孢杆菌、好氧反硝化菌、乳酸菌、放线菌等分别发酵,经微胶囊化工艺进行包被后冷冻干燥的粉剂经科学配比而成的。微胶囊技术包被过的菌种活力强,保质期长,可以抵抗低浓度药物和自来水中氯的损伤。其平均代时(即细菌繁殖一代所需要的时间)在25分钟左右。产品有白色粉剂(或胶囊)和片剂,无杂菌,无味或淡甜味,可食用。包被硝化细菌的包材可溶于水或可以在水中降解。
2生命活动编辑
硝化细菌的生命活动:亚硝酸细菌(又称氨氧化菌),将氨氧化成亚硝酸。反应式:2NH3+3O2→2HNO2+2H2O+158kcal(660kJ)。硝酸细菌(又称亚硝酸氧化菌),将亚硝酸氧化成硝酸。反应式:HNO2 + 1/2 O2 = HNO3, -⊿G= 18 kcal。这两类菌能分别从以上氧化过程中获得生长所需要的能量,但其能量利用率不高,故生长较缓慢,其平均代时(即细菌繁殖一代所需要的时间)在10小时以上。硝化细菌在自然界氮素循环中具有重要作用。这两类菌通常生活在一起,避免了亚硝酸盐在土壤中的积累,有利于机体正常生长。土壤中的氨或铵盐必需在以上两类细菌的共同作用下才能转变为硝酸盐,从而增加植物可利用的氮素营养。时至今日,人们尚未发现一种硝化细菌能够直接把氨转变成硝酸,所以说,硝化作用必须通过这两类菌的共同作用才能完成。我们知道,亚硝酸对于人体来说是有害的,这是因为亚硝酸与一些金属离子结合以后可以形成亚硝酸盐,而亚硝酸盐又可以和胺类物质结合,形成具有强烈致癌作用的亚硝胺。然而,土壤中的亚硝酸转变成硝酸后,很容易形成硝酸盐,从而成为可以被植物吸收利用的营养物质。在硝化细菌的作用下,土壤中往往出现较多的酸性物质。这些酸性物质可以提高多种磷肥在土壤中的速效性和持久性,可以防治马铃薯疮痂病等植物病害,甚至可以使碱性土壤得到一定程度的改良。所以说,硝化细菌与人类的关系十分密切。农业上可通过深耕、松土提高细菌活力,从而增加土壤肥力。但硝酸盐也极易通过土壤渗漏进入地下水,成为一种潜在的污染源,造成对人类健康的威胁。因此农业上既可采用深耕、松土的方法提高细菌活力,亦可通过用施入氮肥增效剂(即硝化抑制剂),以降低土壤硝化细菌的活动,减低土壤氮肥的损失和对环境的污染。
3存活条件编辑
硝化细菌的存活条件:硝化细菌的存活需要水分,还需要很高的氧气,所以只能生活在生化棉、生化球、玻璃环、陶瓷环等各种有微孔的滤材中。只有同时满足了水分与氧气的供应,它们才能存活。硝化细菌最适宜在弱碱性的水中生活,在温度达到25度左右时生长繁殖最快。它的繁殖不遵循分离定律和自由组合定律。
4注意事项编辑
误区
不少鱼友对硝化细菌的认识产生了一定的误解,有的人认为硝化细菌能够分解粪便;有的认为可以净化水质,中和水中的悬浮物,这些认识是不准确的,或者可以说是错误的,硝化细菌是生产者。
分解有机物
首先先说说分解有机物,这个粗重的体力劳动可不是娇贵的硝化细菌能完成的,他是靠其它净水细菌完成的。在水生态循环系统中,若无其它异养营性细菌存在,水中将到处充斥未被细菌分解的有机物,此种自我污染的水族环境一样使鱼儿无法生存其中。因此,它们常被视为是水质自净作用的先锋部队,其重要性并不亚于硝化细菌。这类细菌普遍存在于各种不同环境,它们几乎无所不在,而繁殖速度相当惊人,大部份的异营性净水细菌,在理想的环境只需几十秒钟即可自行增殖一倍,一般只需二十几分钟即能增殖一倍。但要是裸缸饲养,我们就要借助物理循环,把水中的剩饵或粪便吸出。
悬浮物
鱼友中不少人去买硝化细菌,按照说明每星期按时添加,这样做对吗?可我要告诉大家的是,你们的做法没错,可你们对硝化细菌的认识产生的错误。因为我们买的这种每星期添加的所谓的硝化细菌其实是光合细菌。
光合细菌
光合细菌,俗称:b菌。光合细菌是一种水中微生物,因具有光合色素,包括细菌叶绿素和类胡萝卜素等,而呈现淡粉红色,光合细菌能在厌氧和光照的条件下,利用化合物中的氢并进行不产生氧的光合作用。
光合细菌可以在某种污染环境下生存,并担负着重要的净化水质的角色。但只有在生存环境和污染物质符合其生理、生态特性时,才会发挥其作用,否则很难获得预期。例如在无光或者有氧环境下,光合细菌就很难发挥效果。
水族箱中若存在光合细菌,它将那些有机质或硫化氢等物质加以吸收利用,而使耗氧的异营性微生物因缺乏营养而转为弱势,因而降低发生有毒分解产物的机会,同时,底质中的水质借以得到净化,而促使养殖的水族生物的健康成长。
目前,水族市场出售的光合细菌,主要是光能异营型红螺菌科(rhodospirilaceae),特别是其中的红假单细胞属(rhodopseudomonas)的种类。这种光合细菌在不同的环境条件下,能以不同的代谢方式,有效地净化水质。需要注意:光合细菌在水质ph8.2-8.6的环境下发挥效果最佳,因而比较适合在海水水族箱中使用。所以这中光合细菌只能起到短暂的效果,因为我们鱼缸里没有他生活的理想环境。除非我们制作一个无氧过滤区还要有照明。
有害原因
第一步:
鱼类的排泄物和未吃过的食物将会转变为氨(俗称阿摩尼亚);那是因为在这些东西里需要氧的细菌会令蛋白质分裂。而氨是有毒的。
第二步:
生存于氧气中的硝化细菌,能把氨会转变为亚硝酸盐(NO2);亚硝酸盐虽然含较少的毒素,但仍对鱼类有致命的毒害。
第三步:
亚硝酸盐及后又被第二种硝化细菌转变为硝酸盐(NO3);而这硝酸盐几乎是无毒的,但突然或长期暴露在高浓度的硝酸盐里是有害的。但幸运地,硝酸盐的浓度是可以靠更换鱼缸的水来降低。
第四步:
硝酸盐及后会被不依附氧气而生存的细菌(厌氧性细菌)变为氮气而升华,这就是一个完整的「氮化合物循环」。
5提高含量编辑
在养殖池中存在的有毒物质主要是氨及亚硝酸,这两种有毒的物质可由硝化细菌所消耗,并生成无毒性的硝酸,硝酸又是藻类的最佳氮肥,能被藻类所吸收及同化。因此,在养殖池中绝对不可缺少硝化细菌,如果硝化细菌缺乏,水中的氨含量将急速增加,使池水内的鱼虾有致死的危险。许多人通常不了解这个问题的重要性,以致于常遭遇到养殖失败的命运。这说明如果您不去了解这个问题的症结所在,并谋求改善的话,即使是有经验的业者,都可能会败在硝化细菌不足的危害之下。
从池水的生态观点来说,我们是无法防止氨的产生的,但是却可以设法提高硝化细菌的数量来消耗池水中大量的氨。因为硝化细菌是消耗氨的克星,只要数量足够,它们就会很自然地消耗掉每天自产的氨,使氨不会在水中被大量的累积下来,成为水产养殖的隐形杀手。
至于我们应如何做才能提高硝化细菌的数量呢?从理论的角度而论,为硝化细菌塑造一个理想的繁殖场所是最根本的解决办法。怎么说呢?原来硝化细菌在繁衍过程中,有附着于固定物外表的倾向,若能在池水中安置若干多表面积的固定物供其附着,它就能迅速地附着在这些固定物的表面上,并开始增殖。
然而,要在池水中安置固定物通常是不可行的,理由是这种方式可能会阻碍鱼类的活动及不利于捞补。比较可行的处理方式是在过滤系统中安置「生化培养球」,这种产品是专门为硝化细菌提供一个繁衍场所而设计的,它通常是由黑色的塑料骨架所制成,大小约为3 ~ 5 公分直径的空心球体,并有很大的表面积可供硝化细菌附着。它的原理是让硝化细菌成为「有壳蜗牛」,增加硝化细菌的生活空间,因此可让硝化细菌依附在这种人造的球体上进行硝化活动,使滤水中的氨及亚硝酸被硝化细菌所消耗。
添加硝化细菌制剂也是另一种可行的方法,尤其是在做水质检测发现水中氨浓度偏高时,采用这种方法最有效率。但这种方法只是治标方法,不是治本方法,因为这些制剂在水中被活化成为活菌之后,它们仍然多属「无壳蜗牛」,在池水中无法增殖,甚至因环境不适而逐渐死亡,故必须定期添加才能发挥预期效果。
6硝化使用编辑
硝化细菌制剂是一种用于控制养殖池水自生氨浓度的处理剂,不仅使用相当方便,而且能发挥立竿见影的效果,故越来越受渔友的欢迎。使用时可直接将该剂散布于池中,不久即能发挥除铵的功效。
市售硝化细菌制剂可分为活菌及休眠菌两种,渔友可依自己的需要选购使用。前者是利用细菌的活体制成,在显微镜的观察下,可看到它们的活动情形。后者是利用休眠菌制成,在显微镜的观察中,则无法看到它们具有活动能力。
选择活菌的好处是除氨效果迅速,最适用于氨浓度过高的紧急情况。但是因活菌对氧气的要求十分严格,尤其是硝酸菌属的细菌只能在有充份氧气存在下才能生存,正因为如此,要将活菌保存并制成产品,常有保存上的困难,所以在购买这类产品时,要特别注意它的有效使用期限,如果使用过期产品,就除氨的观点而言,也是没有什么效率的。
择休眠菌的优点是能耐久藏,较不用担心失效的问题,但是因为由休眠菌变成活菌所需的活化时间可能需要数天之久,所以无法使用于紧急状况之处理,仅适用于日常的水质管理。一般言之,休眠菌的保存期限约为1 ~ 2 年,使用时仍需注意商品所标明的使用期限,以免过期失效。另外,此种产品仅亚硝酸菌属之细菌能被制成制剂,故使用后可能会有多余的中间物 no2- 滞留累积于水中,使亚硝酸的浓度有暂时性突然提高的现象,惟对水质不会有明显之影响
注意事项
水中有有机污染源,净水细菌是靠水中有机污染而存活的,如果因为水中没有污染源存在,它们就无法长期生存。因此,在新水阶段就加入细菌是否有效,是值得研讨的。
勿与消毒杀菌药剂同时使用
为了避免净水细菌被杀灭,切记勿与消毒杀菌药剂同时使用,如果必须使用杀菌药剂或治疗鱼病的药剂,需等药物使用至少一星期以上再进行使用净水细菌。
要注意调整适合细菌生长的温度
在净水细菌的使用过程中,能有效地控制在最适宜的水温条件下,当然其发挥的效果也是最理想的。例如:光合细菌在23-29℃的范围内均能正常生长繁殖,当水温低于23℃时,它们的生长逐渐停滞,因此低于23℃的水族箱使用这类细菌效果较差。
要注意调整适合细菌生长的ph值
在净水细菌的使用过程中,必须注意水质酸碱度ph的变化。例如:淡水硝化细菌在ph值等于中性时的效果最佳,在酸性水质中效果最差,因此若能将水族箱中的水质调整至中性或弱碱性,它的净水效果会好一些。而光合细菌在ph值8.2-8.6的水质中最具效果,所以它比较适合用于海水水族箱中的使用。
要注意细菌之间的共容性
若要同时放养不同的净水细菌应该注意细菌之间的共容性。例如:硝化细菌和光合细菌并不适合同时放养在同一水族箱内,因为它们净化水质的过程互有抑制作用,可能会降低其净化效果。
要为细菌提供足够的可居住空间
如果只让细菌生活于水族箱中可能无法满足其繁衍上的需要,这会严重限止细菌的数量使其无法增加。因此,我们应该配合生化过滤系统为细菌细菌再创造更多的可居住空间供它们繁衍,以期待它们加速降低有害物质以及加强它们分解能力。
一个新开缸的水族箱,第一周最好不要使用硝化细菌,因为第一周的时间里水体不仅不会产生足够的氮,胺等物质,而且水体中的残留氯还会抑制硝化细菌的着床和生长。建议在开缸的第一周每日在水族箱水体中加入适量的光合细菌,来分解有害物质。
7脆弱之处编辑
[1]它们可以在这个团体中安定的生活,需要确保的只有它们得具有适当的黏着性质,以能保留在它们需要停留的地方,并攫取它们所需要的生存资源。但是在养殖池中适合它们生长的地方似乎不多,使它们的数量不可能有大量繁衍之机会。与其它异营性腐生细菌相较,显然这是一个很大的缺陷。
除了栖息环境很少外,硝化细菌的生殖很慢,也是一项非常不利的弱点。某些学者(如Shilo and Rimon,1982;Belse,1984)曾就养殖池中的硝化细菌作过生长及繁殖速度的测定,结果发现一些常见的亚硝酸菌种平均要花上26小时才能增殖一倍,而硝酸菌种生殖的周期更长,平均要花上60小时才能增殖一倍。硝化细菌在养殖池中的低生殖率,使它们在微生物的生态系中仅占有一个相当低的百分率。
另外,就环境因子而言,影响硝化细菌最重要的因子主要有光线、pH值及温度的变化等,它们仅能在合适的环境因子中生长及繁衍,如果这些因子的变化超出了它们所能忍受的范围,就很容易受到伤害,严重的话,将引起死亡。下面的论述将以这三个因子为主题,来谈它们脆弱的一面。
光对硝化细菌的不良影响是一般人很难想象的,从许多的相关研究中均显示光对硝化细菌的生长及繁殖均有抑制的现象(Johnstone and Jones,1988;Diab and Shilo,1988)。亚硝酸菌对近紫外线的可见光非常敏感(Alleman,1987),但太阳光中普遍含有这种光谱。紫外线对硝化细菌的伤害更大。因此在生态上,硝化细菌均有避光现象(Alleman,1987)。光线对硝化细菌所造成之负面冲击(negative impact)的真正原因尚未查出,不过已知只要将光线减弱,则亚硝酸细菌的活性又会逐渐增强(Alleman,1987),因此可推测硝化作用在黑暗中的效率应该比在光照中还要得高。
当外界的pH值发生变化时,某些硝化细菌(如N. europaea)可以借着调节细胞内(intracelluar)的pH 值作良好的适应(Frijink et al.,1992),但大部份对pH值的改变颇为敏感。对亚硝酸菌而言,最佳的pH值通常是7.8(Painter,1970;Jones and Paskis,1982;Kumar and Nichols,1983),其生长和活性则随pH值的减少而降低,这种现在低于pH=7时就表现得特别明显(Hankison and Schmidt,1988),如果pH值降到低于6以下,可能对硝化细菌造成直接的伤害(Alleman,1987)。
在温度的适应方面,一般认为最适合硝化细菌生长的温度是25℃,理由是硝化作用所产生之化学能与进行生理代谢所消耗之化学能两者相抵消,在这个温度之下可能有最大的净余值。至于温度的变化对硝化活性之影响,也有多位学者加以研究,发现在温度低于5℃或高于42℃时,硝化作用已经无法进行(Painter,1970),后又发现硝酸菌忍耐高温的门坎(threshold)要比亚硝酸菌高约7℃,原因是亚硝酸菌的活性若从7℃开始测定,则随温度之升高越来越强,并呈现一种直线正比关系向上攀升,直到达35℃后随即开始急速下降,但硝酸菌的活性必须高至42℃后才有急速下降的情形(Wortman and Wheaton,1991)。硝化细菌在低温无法进行硝化作用之原因,可能是由于生理代谢受到低温的干扰发生代谢失常的现象,而在高温可能是由于高温使细胞内的 发生瓦解(disruption)之故(Alle-man,1994)。
8自白编辑
大家对我们可能都不陌生了吧,我们叫硝化细菌,可不是帮助你们消化大鱼大肉的那个消化哦。我们兄弟二人(等等,怎么是两个?),别急,一会你们就明白了。
哥哥叫硝酸菌,弟弟叫亚硝酸菌,因为我们哥儿俩老是形影不离,长得又酷似双胞胎,人们就把我们统称为硝化细菌了,其实我们兄弟两个差别还不小呢,硝酸菌虽然是哥哥,但干起活来打头阵的还是靠弟弟。
说了半天,大家怎么也不和我们打个招呼呀,伤自尊了,也难怪,我们太小了,大家如果不用显微镜是根本看不见我们的,哎,真是“菌微言轻”啊,好吧,既然看不到我们,那我们兄弟就自我描述一番吧:我们身材都很苗条,人称我们“杆菌”(像电线杆)。在革兰氏染液(一种专门染细菌的染液)里洗过澡后,我们都是红色的。我们大部分的同胞都长着长长的鞭毛,我们可以借助它们像船桨一样在水中自由地游泳。我们的重要性大家了解吗?不是吹牛,如果没有我们兄弟两个,大家在水族箱里养鱼种草几乎是一件不可能的事,真的,不信给大家显摆显摆:在大家的草缸中,氮元素是普遍存在的,水草、鱼、饲料、藻类甚至鱼类粪便中都有它的踪影,它是构成蛋白质的必要元素。那么,烂掉的水草叶子、死去的鱼儿、没吃完的饲料、凋亡的藻类和鱼儿的粪便中的氮后来去哪里了呢?有人可能说,我从来没有注意过它们,可最后都不见了啊,其实它们是被一些称为腐生细菌的家伙分解了,有机的氮变成了无机的氨,就像一条刚死的鱼是没有味的,腐败时就会产生刺鼻的臭味,这里边就有氨的味道。氨对于鱼类是剧毒的,它能使鱼类血液中的蛋白质变性而失去生理功能,导致鱼类的死亡。当水体中氨浓度超过0.2ppm时就会造成鱼类急性死亡。氨有如此剧毒,那为何大家的鱼都还好好的呢?哈哈,就是因为有我们硝化细菌呀。弟弟亚硝酸菌负责把氨氧化成亚硝酸盐,再由哥哥把亚硝酸盐氧化成硝酸盐。亚硝酸盐也是有毒的,但比起氨来说是小得多了,而硝酸盐是无毒的,它是水草等水生植物很好的氮肥。
大家种水草时并不添加氮肥,液肥、基肥、根肥的说明书讲得明明白白:不含氮、磷,那为什么大家的水草还养得那么好啊?还不是有我们兄弟呗。有人认为鱼的排泄物可以当作水草氮肥,可水草根本无法直接利用鱼类排泄物。这些排泄物必须在那些腐生细菌的“帮助”下(可不是我们兄弟哦,这种事可不能争功)变成一些小分子无机物如氨、硫化氢等(净是剧毒物,这帮小子)。我们得给它们收拾残局,把氨转化成水草可以直接利用的硝酸盐,这才把大家的草养得肥肥壮壮的,鱼儿也避免了氨毒之苦。
下面着重介绍下我们的生活特点:
1.我们属于自给自足性的自食其力的细菌,科学家叫我们自养型细菌,我们用最简单的无机物如二氧化碳为碳源来构成我们的身体,而建造我们自己的能量源泉就是我们氧化氨和亚硝酸盐过程中所释放出来的能量。可见我们的工作也不光为了大家,更重要的是为我们自己,那句话怎么说来着“菌不为己,天------”不说了,有点太不厚道了。我们这种生存方式,大家看是不是和水草很相似啊,只不过水草是利用光能来养活自己,我们是利用化学能而已,而另一些家伙比我们聪明得多,它们被称为异营性细菌(就是那些专门制造毒物的家伙),它们用有机物做碳源来构建它们的身体。
2.我们除了像水草一样进行糖类合成反应外(把二氧化碳和水在化学能的作用下合成葡萄糖),也需要其他的营养元素,如铁、锰、磷、钾等,用以代谢合成我们生长所需的一些蛋白质和脂肪等物质,所以大家给水草施的肥料和二氧化碳,我们也笑纳了些,抱歉没打招呼哦。
3.要说我们最不喜欢呆的地方,那就是一个充满了有机废物(如鱼便便)的环境,因为过多的有机物让我们无法忍受,我们又不能把它们当作食物,过多的有机物将会抑制我们的生长和繁殖,但是哥哥硝酸菌对有机物并不那么敏感,有时甚至还能“吃”些水溶性有机物(啊,变节啊),但大多时候我们配合还是非常默契的,兄弟就是兄弟嘛。因为我们有这一特性,所以大家就别指望我们在有一大堆鱼便便的肮脏的过滤棉上安家了,最适宜我们居住的地方是比如生化球、生化环、生化棉这样的,当然在水流流过我们家之前最好把水里的鱼便便、烂叶子提前过滤掉,不然的话,这些东东堵在我们家里,我们可就惨啦,拜托了啊。
4.前边说过了,我们很多兄弟都是游泳健将,我们可以在水中做主动的迁移,虽然这很耗费体能,但如果我们居住的家园受到外来干扰、没有食物吃、有外族入侵、生活环境突然变化时,我们还是会做主动的战略转移的,在转移的途中,我们可是不会吃任何东西的,所以一旦我们背井离乡,请赶快给我们找一个家吧,让我们固定下来好为大家更好地服务。不用担心我们无法在固体表面固定的问题,我们兄弟可是这方面的高手,我们在水中到处游荡时,如果发现有什么固体物质,就会立即分泌一种粘性物质,牢牢地把自己粘到那上边,这样一层层地粘上去,直到形成一个膜,大家都管我们形成的这个膜叫“生物膜”,水质的净化就要靠它了。
5.再透露些比较隐私的问题,就是我们的繁殖了。我们的繁殖速度说起来真有些不好意思,我们是微生物世界的“大象”,繁殖周期非常长,和那些异营性的腐生菌比较一下大家就明白了。在20个小时内,1个异营性细菌可以分裂成十亿个,但我们还停留在1个的状态,这也没有什么奇怪的,我们维持生命和繁殖的物质都是靠自己制造的,要耗费大量能量和时间,而那些异营性细菌则可以利用很多现成的东西。讲到这里就不能不说一种发生在开缸后不久容易发生的问题,我们暂且叫它开缸综合征。有些人在开缸后的一个月内鱼儿会不明不白的死去,这主要是因为鱼类的排泄物被那些异营性细菌分解为氨等有毒物质,它们繁殖得实在太快了,相信大家都了解夏天饭菜变质的速度,越来越多的氨在产生,直到超出了鱼、虾能够忍受的极限,它们就……,好痛心啊,那大家问,你们干什么去了?真白养活你们了!各位老大先别急,这事不怪我们,在刚开缸的一个月内,因为我们生得实在太慢了,根本没办法处理那么多的氨,寡不敌众啊。所以提醒各位在开缸后的一个月内勤换换水、少喂喂鱼、用点细菌制剂吧。
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第1个回答 2018-04-24
AB 工艺是吸附—生物降解(Adsorption--Biodegradation)工艺的简称。
此外还有间歇活性污泥法(SBR)、吸附再生(接触稳定)法、氧化沟、连续进水周期循环延时曝气活性污泥法(ICEAS)、生物脱氮除磷工艺(A/A/O)等五种典型的处理方法。
下面分别对AB工艺和其他五种典型的处理方法进行介绍。
AB工艺介绍
AB污水生物处理技术是由德国 某工业大学卫生工程学院的Botho Bohnke 教授为解决传统的二级生物处理系统:即:预处理→初沉池→曝 气池→二沉池。早期污水处理工艺,所存在的去除难降解有机物和除氮脱磷效率低下,及投资和运行费用过高等问题,在对两段活性污泥法和高负荷活性污泥法进行大量研究的基础上,于70 年代中期所开发,80 年代初开始应用于工程实践的一项新型污水生物处理工艺。
一、AB 工艺的基本原理及工作机理
AB工艺属于两端活性污泥, 整个工艺分为A 段和B 段, 其中A 段为吸附段, B 段为生物氧化段。整个工艺中, A 段之前一般不设初沉池, 以便充分利用原污水存在的微生物和有机物, 促进有效稳定地运行。其优点为: 第一, 与单段系统相比, 微生物群体完全隔开的两段系统能取得更佳和更稳定的处理效果; 第二, 对于一个连续工作的A 段, 由外界连续不断的接种具有很强繁殖能力和抗环境变化能力的短世代原核微生物( 其世代时间为20 min, 相当于每天72 个世代), 使处理工艺的稳定性大大提高了。A 段对污染物的去除主要是通过A 段活性强、世代周期短的细菌絮凝吸附作用和生物降解作用来对水中的悬浮固体和溶解性有机物去除, 其中絮凝、吸附起主导作用。
A段反应机理主要包括以下几个方面: 第一, 絮凝、沉淀机理。污水中已存在大量适应污水的微生物, 这些微生物具有自发絮凝性, 形成自然絮凝剂。当污水中的微生物进入A 段曝气池时, 在A 段内原有的菌胶团的诱导促进下, 很快絮凝在一起, 絮凝物结构与菌胶团类似, 是污水中有机物质脱稳吸附。第二, 吸附机理。原核生物体积小, 比表面积大, 细菌繁殖速度快, 活性强, 并且通过酶解作用, 改变了悬浮物、胶体颗粒及大分子化合物的表面结构性质, 造成了A 段活性污泥对水中有机物和悬浮物较吸附能力。第三, 吸收生物氧化机理。污水中溶解性物质一般通过扩散途径, 穿过细胞膜而被细菌细胞吸收。大部分底物如氨基酸、单糖和阳离子是由酶输入细胞的, 通常生物在吸附以后, 必须对细胞表面进行再生。
A段反应机理的过程包括: 第一, 经细菌水解酶的作用, 脂肪、蛋白质和碳水化合物被水解成低分子量的片断。第二, 部分蛋白质、碳水化合物的水解, 水解产物形成带正、负电荷的有凝聚功能的聚合物, 称之为絮凝助剂。它可以通过表面作用力使水中悬浮物和胶体颗粒脱稳。第三, 大分子脂肪酸和金属氢氧化物的疏水化, 水化反应生成的疏水性物质对溶解性的有机物也有较强的吸附力。第四, 悬浮物和胶体颗粒脱稳。第五,溶解性有机物被吸附。第六, 形成有良好沉淀能力的宏观絮体。第七, 在中间沉淀池内进行泥水分离。在A 段中, 有机物绝大部分是以吸附、吸收的形式被去除的占总去除量的90%左右, 而氧化作用只占很小比例, 约10%左右。一般城市生活污水所含的BOD5 和CODcr 约50%以上是由悬浮固体(SS) 形成的, 而A段对非溶解性有机物包括悬浮物质和胶体物质的去除率很高, 即A 段BOD5 和CODcr 的去除率很高。
二、AB 法污水处理工艺的主要特征
1.AB 段不设初沉池, 经预处理后直接进入A 段曝气池, 使污水中的微生物在A段得到充分应用.
2.A 段由吸附池和中间沉淀池组成, B 段则由曝气池和二次沉淀池组成. A 段和B 段各自拥有独立的污泥回流系统, 两段完全分开, 每段能够培育出各自独立的适于本段水质特征的微生物种群.
3.A段和B 段分别在负荷相差极为悬殊的情况下运行, A段以高负荷运行, 负荷通常为2-6KgBOD5/(KgMLSS. d) , 污泥龄约0. 5 天, 水力停留时间一般为30分钟, A 段对水质、量、pH 值和有毒物质的冲击负荷有极好的缓冲作用. A 产生的污泥量较大, 约占整个处理系统污泥产量的80% 左右且剩余污泥中的有机物含量高.B段曝气池以低负荷运行, 负荷通常为0. 15- 0.30KgBOD5/ ( KgMLSS. d) , 污泥龄为15 天-20天, 水力停留时间为2小时-3 小时, 在B 段曝气池中生长的微生物除菌胶团微生物外,有相当数量的高级微生物, 这些微生物世代期较长, 并适宜在有机物含量比较低的情况下生存和系列.
间歇活性污泥法(SBR)介绍
间歇活性污泥法也称序批式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor-SBR),它由个或多个SBR池组成,运行时,废水分批进入池中,依次经历5个独立阶段,即进水、反应、沉淀、排水和闲置。进水及排水用水位控制,反应及沉淀用时间控制,一个运行周期的时间依负荷及出水要求而异,一般为4~12h,其中反应占40%,有效池容积为周期内进水量与所需污泥体积之和。
比连续流法反应速度快,处理效率高,耐负荷冲击的能力强;由于底物浓度高,浓度梯度也大,交替出现缺氧、好氧状态,能抑制专性好氧菌的过量繁殖,有利于生物脱氮除磷,又由于泥龄较短,丝状菌不可能成为优势,因此,污泥不易膨胀;与连续流方法相比,SBR法流程短、装置结构简单,当水量较小时,只需一个间歇反应器,不需要设专门沉淀池和调节池,不需要污泥回流,运行费用低。
吸附再生(接触稳定)法介绍
这种方式充分利用活性污泥的初期去除能力,在较短的时间里(10~40min),通过吸附去除废水中悬浮的和胶态的有机物,再通过液固分离,废水即获得净化,BOD5可去除85%~90%左右。吸附饱和的活性污泥中,一部分需要回流的,引入再生池进一步氧化分解,恢复其活性;另一部分剩余污泥不经氧化分解即排入污泥处理系统。
分别在两池(吸附池和再生他)或在同一池的两段进行。它适应负荷冲击的能力强,还可省去初次沉淀池。主要优点是可以大大节省基建投资,最适于处理含悬浮和胶体物质较多的废水,如制革废水、焦化废水等,工艺灵活。但由于吸附时间较短,处理效率不及传统法的高。
氧化沟介绍
氧化沟是延时曝气法的一种特殊型式,它的平面象跑道,沟槽中设置两个曝气转刷(盘),也有用表面曝气机、射流器或提升管式曝气装置的。曝气设备工作时,推动沟液迅速流动,实现供氧和搅拌作用。
与普通曝气法相比,氧化沟具有基建投资省,维护管理容易,处理效果稳定,出水水质好,污泥产量少,还有较好的脱N、P作用,适应负荷冲击能力强等优点。
连续进水周期循环延时曝气活性污泥法(ICEAS)介绍
ICEAS反应器前部设有预反应区(占池容积的10%)。反应池由预反应区和主反应区组成,并实现连续进水,间歇排水。预反应区一般处在厌氧和缺氧状态,有机物在此被活性污泥吸附,该区还具有生物选择作用,抑制丝状菌生长,防止污泥膨胀。被吸附的有机物在主反应区内被活性污泥氧化分解。
反应连续进水,解决了来水与间歇进水不匹配的矛盾。但该工艺沉淀效果较差、净化效果变差,易发生污泥膨胀,污泥负荷较低,反应时间长,设备容积增大,投资较大。
生物脱氮除磷工艺(A/A/O)介绍
污水首先进入厌氧池与回流污泥混合,在兼性厌氧发酵菌的作用下,废水中易生物降解的大分子有机物转化为聚磷菌可以吸收小分子有机物(如VFA),并以PHB的形式贮存在体内,其所需的能量来自聚磷链的分解。随后,废水进入缺氧区,反硝化细菌利用废水中的有机基质对随回流混合液带入的NO3- 进行反硝化。废水进入好氧池时,废水中有机物的浓度较低,聚磷菌主要是通过分解体内的PHB而获得能量,供细菌增殖,同时将周围环境中的溶解性磷吸收到体内,并以聚磷链的形式贮存起来,随后以剩余污泥的形式排出系统。系统中好氧区的有机物浓度较低,正有利于该区中自养硝化菌的生长。
厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境条件和不同种类的微生物菌群的有机配合,能同时具有去除有机物、脱氮除磷的功能;工艺简单,水力停留时间较短;SVI一般小于100,不会发生污泥膨胀;污泥中磷含量高,一般为2.5%以上;厌氧-缺氧池只需轻缓搅拌,使之混合,而以不增加溶解氧为度;沉淀池要避免发生厌氧-缺氧状态,以避免聚磷菌释放磷而降低出水水质和反硝化产生N2而干扰沉淀;脱氮效果受混合液回流比大小的影响,除磷效果则受回流污泥中挟带DO和硝酸态氧的影响,因而脱氮除磷效果不可能提高。
此外还有间歇活性污泥法(SBR)、吸附再生(接触稳定)法、氧化沟、连续进水周期循环延时曝气活性污泥法(ICEAS)、生物脱氮除磷工艺(A/A/O)等五种典型的处理方法。
下面分别对AB工艺和其他五种典型的处理方法进行介绍。
AB工艺介绍
AB污水生物处理技术是由德国 某工业大学卫生工程学院的Botho Bohnke 教授为解决传统的二级生物处理系统:即:预处理→初沉池→曝 气池→二沉池。早期污水处理工艺,所存在的去除难降解有机物和除氮脱磷效率低下,及投资和运行费用过高等问题,在对两段活性污泥法和高负荷活性污泥法进行大量研究的基础上,于70 年代中期所开发,80 年代初开始应用于工程实践的一项新型污水生物处理工艺。
一、AB 工艺的基本原理及工作机理
AB工艺属于两端活性污泥, 整个工艺分为A 段和B 段, 其中A 段为吸附段, B 段为生物氧化段。整个工艺中, A 段之前一般不设初沉池, 以便充分利用原污水存在的微生物和有机物, 促进有效稳定地运行。其优点为: 第一, 与单段系统相比, 微生物群体完全隔开的两段系统能取得更佳和更稳定的处理效果; 第二, 对于一个连续工作的A 段, 由外界连续不断的接种具有很强繁殖能力和抗环境变化能力的短世代原核微生物( 其世代时间为20 min, 相当于每天72 个世代), 使处理工艺的稳定性大大提高了。A 段对污染物的去除主要是通过A 段活性强、世代周期短的细菌絮凝吸附作用和生物降解作用来对水中的悬浮固体和溶解性有机物去除, 其中絮凝、吸附起主导作用。
A段反应机理主要包括以下几个方面: 第一, 絮凝、沉淀机理。污水中已存在大量适应污水的微生物, 这些微生物具有自发絮凝性, 形成自然絮凝剂。当污水中的微生物进入A 段曝气池时, 在A 段内原有的菌胶团的诱导促进下, 很快絮凝在一起, 絮凝物结构与菌胶团类似, 是污水中有机物质脱稳吸附。第二, 吸附机理。原核生物体积小, 比表面积大, 细菌繁殖速度快, 活性强, 并且通过酶解作用, 改变了悬浮物、胶体颗粒及大分子化合物的表面结构性质, 造成了A 段活性污泥对水中有机物和悬浮物较吸附能力。第三, 吸收生物氧化机理。污水中溶解性物质一般通过扩散途径, 穿过细胞膜而被细菌细胞吸收。大部分底物如氨基酸、单糖和阳离子是由酶输入细胞的, 通常生物在吸附以后, 必须对细胞表面进行再生。
A段反应机理的过程包括: 第一, 经细菌水解酶的作用, 脂肪、蛋白质和碳水化合物被水解成低分子量的片断。第二, 部分蛋白质、碳水化合物的水解, 水解产物形成带正、负电荷的有凝聚功能的聚合物, 称之为絮凝助剂。它可以通过表面作用力使水中悬浮物和胶体颗粒脱稳。第三, 大分子脂肪酸和金属氢氧化物的疏水化, 水化反应生成的疏水性物质对溶解性的有机物也有较强的吸附力。第四, 悬浮物和胶体颗粒脱稳。第五,溶解性有机物被吸附。第六, 形成有良好沉淀能力的宏观絮体。第七, 在中间沉淀池内进行泥水分离。在A 段中, 有机物绝大部分是以吸附、吸收的形式被去除的占总去除量的90%左右, 而氧化作用只占很小比例, 约10%左右。一般城市生活污水所含的BOD5 和CODcr 约50%以上是由悬浮固体(SS) 形成的, 而A段对非溶解性有机物包括悬浮物质和胶体物质的去除率很高, 即A 段BOD5 和CODcr 的去除率很高。
二、AB 法污水处理工艺的主要特征
1.AB 段不设初沉池, 经预处理后直接进入A 段曝气池, 使污水中的微生物在A段得到充分应用.
2.A 段由吸附池和中间沉淀池组成, B 段则由曝气池和二次沉淀池组成. A 段和B 段各自拥有独立的污泥回流系统, 两段完全分开, 每段能够培育出各自独立的适于本段水质特征的微生物种群.
3.A段和B 段分别在负荷相差极为悬殊的情况下运行, A段以高负荷运行, 负荷通常为2-6KgBOD5/(KgMLSS. d) , 污泥龄约0. 5 天, 水力停留时间一般为30分钟, A 段对水质、量、pH 值和有毒物质的冲击负荷有极好的缓冲作用. A 产生的污泥量较大, 约占整个处理系统污泥产量的80% 左右且剩余污泥中的有机物含量高.B段曝气池以低负荷运行, 负荷通常为0. 15- 0.30KgBOD5/ ( KgMLSS. d) , 污泥龄为15 天-20天, 水力停留时间为2小时-3 小时, 在B 段曝气池中生长的微生物除菌胶团微生物外,有相当数量的高级微生物, 这些微生物世代期较长, 并适宜在有机物含量比较低的情况下生存和系列.
间歇活性污泥法(SBR)介绍
间歇活性污泥法也称序批式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor-SBR),它由个或多个SBR池组成,运行时,废水分批进入池中,依次经历5个独立阶段,即进水、反应、沉淀、排水和闲置。进水及排水用水位控制,反应及沉淀用时间控制,一个运行周期的时间依负荷及出水要求而异,一般为4~12h,其中反应占40%,有效池容积为周期内进水量与所需污泥体积之和。
比连续流法反应速度快,处理效率高,耐负荷冲击的能力强;由于底物浓度高,浓度梯度也大,交替出现缺氧、好氧状态,能抑制专性好氧菌的过量繁殖,有利于生物脱氮除磷,又由于泥龄较短,丝状菌不可能成为优势,因此,污泥不易膨胀;与连续流方法相比,SBR法流程短、装置结构简单,当水量较小时,只需一个间歇反应器,不需要设专门沉淀池和调节池,不需要污泥回流,运行费用低。
吸附再生(接触稳定)法介绍
这种方式充分利用活性污泥的初期去除能力,在较短的时间里(10~40min),通过吸附去除废水中悬浮的和胶态的有机物,再通过液固分离,废水即获得净化,BOD5可去除85%~90%左右。吸附饱和的活性污泥中,一部分需要回流的,引入再生池进一步氧化分解,恢复其活性;另一部分剩余污泥不经氧化分解即排入污泥处理系统。
分别在两池(吸附池和再生他)或在同一池的两段进行。它适应负荷冲击的能力强,还可省去初次沉淀池。主要优点是可以大大节省基建投资,最适于处理含悬浮和胶体物质较多的废水,如制革废水、焦化废水等,工艺灵活。但由于吸附时间较短,处理效率不及传统法的高。
氧化沟介绍
氧化沟是延时曝气法的一种特殊型式,它的平面象跑道,沟槽中设置两个曝气转刷(盘),也有用表面曝气机、射流器或提升管式曝气装置的。曝气设备工作时,推动沟液迅速流动,实现供氧和搅拌作用。
与普通曝气法相比,氧化沟具有基建投资省,维护管理容易,处理效果稳定,出水水质好,污泥产量少,还有较好的脱N、P作用,适应负荷冲击能力强等优点。
连续进水周期循环延时曝气活性污泥法(ICEAS)介绍
ICEAS反应器前部设有预反应区(占池容积的10%)。反应池由预反应区和主反应区组成,并实现连续进水,间歇排水。预反应区一般处在厌氧和缺氧状态,有机物在此被活性污泥吸附,该区还具有生物选择作用,抑制丝状菌生长,防止污泥膨胀。被吸附的有机物在主反应区内被活性污泥氧化分解。
反应连续进水,解决了来水与间歇进水不匹配的矛盾。但该工艺沉淀效果较差、净化效果变差,易发生污泥膨胀,污泥负荷较低,反应时间长,设备容积增大,投资较大。
生物脱氮除磷工艺(A/A/O)介绍
污水首先进入厌氧池与回流污泥混合,在兼性厌氧发酵菌的作用下,废水中易生物降解的大分子有机物转化为聚磷菌可以吸收小分子有机物(如VFA),并以PHB的形式贮存在体内,其所需的能量来自聚磷链的分解。随后,废水进入缺氧区,反硝化细菌利用废水中的有机基质对随回流混合液带入的NO3- 进行反硝化。废水进入好氧池时,废水中有机物的浓度较低,聚磷菌主要是通过分解体内的PHB而获得能量,供细菌增殖,同时将周围环境中的溶解性磷吸收到体内,并以聚磷链的形式贮存起来,随后以剩余污泥的形式排出系统。系统中好氧区的有机物浓度较低,正有利于该区中自养硝化菌的生长。
厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境条件和不同种类的微生物菌群的有机配合,能同时具有去除有机物、脱氮除磷的功能;工艺简单,水力停留时间较短;SVI一般小于100,不会发生污泥膨胀;污泥中磷含量高,一般为2.5%以上;厌氧-缺氧池只需轻缓搅拌,使之混合,而以不增加溶解氧为度;沉淀池要避免发生厌氧-缺氧状态,以避免聚磷菌释放磷而降低出水水质和反硝化产生N2而干扰沉淀;脱氮效果受混合液回流比大小的影响,除磷效果则受回流污泥中挟带DO和硝酸态氧的影响,因而脱氮除磷效果不可能提高。