? ? ?良好的水環(huán)境是魚類生存的基礎(chǔ)，水質(zhì)情況的好壞直接影響魚類及其他水生生物的生存、生長和發(fā)育。水體的水處理是尤為重要，水處理系統(tǒng)地健全與否，直接關(guān)系到水生生物飼養(yǎng)的健康及展示效果。各水族館中水處理系統(tǒng)由很多部分組成，由于受各自條件的影響，各不同水族館的維生系統(tǒng)千差萬別，歸納起來由一下幾部分組成:過濾系統(tǒng)、殺菌系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、硝化與反硝化系統(tǒng)（特指內(nèi)陸海洋館）和自動控制系統(tǒng)。在此處主要針對過濾系統(tǒng)（包括物理過濾系統(tǒng)、化學(xué)過濾系統(tǒng)和生化過濾系統(tǒng)）地配置和選型原理及各組成部分的動力設(shè)備進(jìn)行討論。
生化過濾系統(tǒng)
? ? ? 通過化學(xué)反應(yīng)和傳質(zhì)作用來分離、去除廢水中呈溶解、膠體狀態(tài)的污染物或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為無害物質(zhì)的方法。要維持一個良好的水質(zhì)條件(特別是海水環(huán)境 )，生化過濾系統(tǒng)是不可或缺的，與前述過濾系統(tǒng)不同的是，生化過濾不能去除廢物，但能改變某些物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而轉(zhuǎn)化成較不具毒性的物質(zhì)，一般是把水體中的有毒性含氮廢物如 NH3、N02?。轉(zhuǎn)化成毒性較弱的N03-或 N2 而逸入水中，主要由水中生物經(jīng)過礦化作用，硝化作用，異化作用及同化作用等4個步驟來完成。
?1 ?礦化作用(氨化作用)? ? ? 有機(jī)氮化合物在氨化菌作用下，分解轉(zhuǎn)化為氨氮，稱“氨化反應(yīng)”。氨化是脫出羧基和氨基的過程。生物濾池中的礦物化由異養(yǎng)菌(Heterotrophicbacteria)來承擔(dān)，其主要作用是分解養(yǎng)殖系統(tǒng)中的有機(jī)物，如魚的排泄物、殘餌、其他微生物的細(xì)胞等。在這個過程中，復(fù)雜的大分子有機(jī)物被分解為簡單的無機(jī)物，如蛋白質(zhì)分解為氨基酸，并最終分解為氨氮，碳水化合物分解為二氧化碳和水。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?氨化菌? ? ? ? ? ? ?RCHNH2 COOH + 02?????????????????→ NH3 + CO2↑+ RCOOH?? ? ? 氨化菌是異養(yǎng)菌，有好氧菌、也有兼性菌和厭氧菌。因此有機(jī)氮很容易被氨化。生物過濾主要是依靠細(xì)菌和藻類來完成，’而細(xì)菌又分自營性細(xì)菌一利用無機(jī)物作為能量來源，異常性細(xì)菌一利用有機(jī)物作能量來源，礦化作用是一個將有機(jī)物質(zhì)分鐘成為無機(jī)狀態(tài)的過程，因此需異營性細(xì)菌來完成。 ??? ? ?
? ? ? 當(dāng)異營性細(xì)菌以水中氨基酸作為能量來源時，可以通過氨基轉(zhuǎn)換作用，脫氫作用(把氮變成氨)吸脫羧作用將氨基酸轉(zhuǎn)變成有機(jī)酸，當(dāng)異營性細(xì)菌將含氮有機(jī)物轉(zhuǎn)成無機(jī)態(tài)物質(zhì)后，將進(jìn)入下一階段的硝化作用。
? ? ? 影響礦化作用的因素主要是細(xì)菌的附著基質(zhì)及其所能提供的附著面積。
?2? 硝化作用? ? ? 由種類非常有限的自養(yǎng)微生物完成，分兩步：一、亞硝酸菌利用氧將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸氮；二、硝酸菌利用氧將亞硝酸氮轉(zhuǎn)化為硝酸氮，這一過程統(tǒng)稱硝化。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 亜硝酸菌? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?NH4+1.5O2???????????????→ NO2-?+H20 +2H+?
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 硝酸菌
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? NO2-?+ 0.5O2???????????????→ NO3-
?
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?硝化細(xì)菌
總反應(yīng)方程式： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?NH4+?+202???????????????→ NO3-??+H20 +2H+
?? ? ? 硝化作用的目的是把毒性較強(qiáng)的氨氮(NH3-N)及亞硝酸氮(N02_N)轉(zhuǎn)化成毒性較弱的硝酸態(tài)氮(N03-N)。主要有兩類細(xì)菌來完成，即亞硝酸菌類(Nitrosomohas．spp)和硝化菌類(Nitrobacter．spp)。亞硝酸菌和硝酸菌均為化能自養(yǎng)菌，統(tǒng)稱硝化細(xì)菌。屬革蘭氏染色陰性、不生芽孢的短干菌和球菌，以C02為碳源，從無機(jī)物的氧化中獲取能量。生長速率很低(因為NH4+-N和N02-N氧化過程產(chǎn)能底)。硝化作用會受到溫度、PH值、溶氧、氨和亞硝酸的影響。溫度愈高，可使硝化作用的活性增加，但這不表示溫度越高越好，因為溫度越高，溶氧的飽和度會降低，因此硝化作用僅能在溫度與溶氧之間取得一個平衡關(guān)系以獲得最高的效率。一般的建議是以不超過30℃，不低于20℃為原則。在一般的生物處理程序中，硝化反應(yīng)系統(tǒng)受pH影響很大。硝化細(xì)菌在生長過程中會消耗大量堿度，故pH稍高于7～8，有利于硝化作用。一般的建議是以介于7．5～8．2之間最佳，若高于9．0或低于6．0都要避免，因為那已超過硝化細(xì)菌正常生長的范圍，必然會影響硝化作用的效率。當(dāng)溶氧(DO)濃度低時，硝化反應(yīng)受溶氧濃度影響很大。但在一般的生物處理程中，溶氧則較不容易控制，因此必須作處理水之溶氧測試，并控制至少不低于2～3ppm的范圍內(nèi)。分子性的氨和游離的亞硝酸均會對硝化反應(yīng)產(chǎn)生抑制作用。分子性的氨濃度如果高于10一-150ppm，可能對亞硝酸化作用產(chǎn)生抑制作用，高于0．1～1．0ppm對硝酸化作用即產(chǎn)生抑制作用。亞硝酸濃度若大于0．22--一2．8ppm亦會抑制硝酸化作用。碳氮比：硝化細(xì)菌之存在比率取決于污水中含碳物質(zhì)及含氮物質(zhì)之相對數(shù)量。含氮營養(yǎng)物濃度之測定可利用凱氏法(Kjeldahl method)測得所謂的總凱氏氮(Totol KjeldahlNitrogen)，簡稱TKN，其值包含氨及有機(jī)氮化物。含碳物質(zhì)濃度之測定可利用生化需氧量BOD(Biochemical OxygenDemand)行之，它代表有機(jī)污染之程度。BOD／TKN簡稱碳氮比。碳氮比愈高，異營性氧化菌的活性較大，大量繁殖，消耗溶氧速率快，使硝化細(xì)菌無法生存競爭。反之，如果碳氮比愈低，則有利于硝化細(xì)菌之增殖。水中的有毒物質(zhì)。所有抑制NI-13-N和N02N氧化的物質(zhì)都會抑制硝化細(xì)菌的生長和繁殖，如藥物、污染物、硫化氫及氨等。因為硝化菌必須先附著于濾床有機(jī)物上才能分解水中的DOC，所以若水中可供細(xì)菌附著的表面積增加，硝化作用也會增加。
?3? 異化作用(反硝化作用)? ? ? 反硝化細(xì)菌——異養(yǎng)兼性厭氧菌，自然界很多。包括變形桿菌、假單胞桿菌、小球菌。在有分子氧(02)存在時，利用02呼吸降解有機(jī)物，無02時利用N02。、N03‘作為電子受體。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? 反硝化菌? ? ? ? ? ? ?NO2- ?+3H(電子供體—有機(jī)物）?? ? ? ? ? ? ?→ 0.5N2↑+ H20 + OH-
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 反硝化菌
? ? ? ? ? ? NO3- ?+5H(電子供體—有機(jī)物）???????????????→ 0.5N2↑+ 2H20 + OH-
?? ? ? 硝酸鹽的異化作用(或稱呼吸作用)是一個把N03-N轉(zhuǎn)變成N02--N，NH3-N，N02或N2的過程，若最終產(chǎn)物是N20或N2，則這一過程也被稱為去氮作用。影響異化作用的因子：溫度影響反硝化細(xì)菌的比增長速率，及活性。研究人員認(rèn)為去氮作用的細(xì)菌在溫度介于5—27℃時都可以發(fā)揮作用。PH值一般正常的PH值范圍在5．9—9．2之間，但PH值除了會影響細(xì)菌的活性之外，也影響到去氮作用的最終產(chǎn)物。在PH>7．3時，其最終產(chǎn)物為N2，而低于此PH值的最終產(chǎn)物則是N20。溶解氧(DO)異化作用主要在無氧狀態(tài)下產(chǎn)生，因此其最適宜條件與硝化作用相反。抑制反硝化菌活性，與硝態(tài)氮競爭電子供體。一般DO <0．3mg/L。碳源在水體中移出含氮廢物可分成兩個階段，一是在有氧狀態(tài)下，進(jìn)行硝化作用；二是在無氧狀態(tài)下加入碳源以刺激去氮作用。C/N比：理論上，還原1g硝酸氮——需要碳源2．86g(BOD5)，一般原水中的都不夠。
? ? ? 有毒物質(zhì)：反硝化細(xì)菌抗毒性能力>硝化細(xì)菌，與一般好氧異養(yǎng)菌相同。所以毒性瓶頸在消化過程。
? ? ? 在一個開放水域或戶外養(yǎng)殖地，水中藻類在去氮作用中也占有重要角色，這是由于水中藻類或植物利用水中的氮、磷來作為其營養(yǎng)元素。
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