硝化细菌进行硝化作用的原理是什么它如何产生(硝化细菌原理)

导语：硝化细菌进行硝化作用的原理是什么？它如何分解氨氮和亚硝酸盐

大家好，我是小罗。

上次说了氨氮和亚硝酸盐浓度偏高的危害，这次来聊一聊如何去除氨氮和亚硝酸盐，也就是硝化作用的原理。

大部分养鱼的鱼友，应该都知道硝化细菌，但是知道它的作用原理的应该就比较少了。下面我来简单讲一下硝化过程原理。

我们经常说的硝化细菌其实是由两种化能自养型菌组成，即氨氧化细菌（AOB）和亚硝酸盐氧化细菌（NOB），它们分别负责氨氧化和亚硝酸盐氧化。

一般情况下，硝化过程是两步反应——氨先被氧化为亚硝酸盐，亚硝酸盐再被转化为硝酸盐。我们来简单看看这个两个反应。

氨氧化过程

氨氧化细菌作用的底物是氨（NH₃）而不是铵（NH4+），其反应的过程如下：

可以看出，氨氧化过程会产生酸且消耗氧气量比较大，相当于每氧化1g氨氮需要3.43g氧气。所以，每次我都要特意跟鱼友交代：加菌液的时候一定要加大供氧。

亚硝酸盐氧化过程

氨氧化后产生的亚硝酸盐会被NOB一步氧化成硝酸盐：

此反应由亚硝酸盐氧化还原酶（NOR）催化完成，亚硝酸盐是NOB呼吸过程的电子供体，氧气是最终电子受体。反应过程同样需要消耗氧气。

硝化过程看起来并不复杂，但是跟所有的微生物作用一样，硝化作用也会受到很多环境因素的影响，如温度、pH、溶解氧。它们会影响硝化细菌的生长速率，从而影响到硝化速率。

（1）温度

正常情况下，硝化细菌属中温菌，最佳生长温度为28-36℃。因此，硝化细菌的生长速率会随着水温的下降而降低，但是在温度低至5℃时硝化作用仍然进行。

冬天的时候，寄到北方的菌液可能会冻住，有鱼友担心硝化细菌会死掉，其实没事的，硝化细菌不会这么容易就挂掉，只要让它解冻放到室温就可以使用了，因为北方有暖气，所以室温就足够了。如果着急，可以用温水（30~40℃）浸泡瓶子加快解冻。

（2）pH

一般来说，硝化细菌比较喜欢偏碱性的环境。硝化作用最适宜的酸碱条件是中性到弱碱性环境（pH=7.5~8.0）。不过也有研究表明，在酸性条件下，硝化作用也能进行。

因此，尽量提供适宜的酸碱环境，降低pH对硝化作用的影响，从而加快硝化速率。

（3）溶解氧浓度

从上面的反应方程式就可以看出，硝化作用需要消耗氧气，硝化反应对低氧浓度非常敏感。低溶解氧浓度（DO=0.2-0.5mg/L）时，亚硝酸盐氧化细菌的生长可能会受到抑制。

加硝化细菌的时候，最好还是要比平时加大氧气供应，以防止氧气不够抑制硝化作用。

（4）有机物

理论上来说，有机物本身并不会影响硝化细菌的生长，但由有机物引起的异养菌会跟硝化细菌争夺溶解氧、营养物质，硝化细菌本来就生长得很慢了，这样一来更加不利于生长。

（5）抑制性物质

硝化细菌对毒性物质的反应一般没有其他异养微生物灵敏。不过部分有机化合物（尤其是硫化物、苯胺、苯酚、氰化物）和重金属（如Cu,Ni,Cr,Zn,Co）也会抑制硝化作用。

（6）氨氮和游离氨的浓度

铵和氢氧根离子会发生反应转化为氨和水，也会影响硝化反应，其中NOB对抑制反应比AOB要灵敏。

总结一下，硝化细菌是自养型菌，生长速度缓慢。在溶氧量、温度、pH值等适宜的情况下，硝化细菌生长速度会快一点，从而分解氨和亚硝酸盐的速率也会更快。

有一点值得注意，在低温和常温下，AOB的最大生长速率低于NOB的最大生长速率，此时亚硝酸盐分解基本没有问题；但是随着温度的升高（≥30℃），前者高于后者，此时亚硝酸盐就有可能累积。

一般情况下，NOB对环境条件变化的反应较AOB敏感，温度升高、游离氨的抑制作用或是氧气浓度的限制最常导致亚硝酸盐浓度上升。

由于环境的不可控因素以及硝化细菌生长缓慢，单单靠硝化作用有时候不足以维持分解去除氨氮和亚硝酸盐，所以当结合硝化-反硝化过程，发生短程硝化反硝化作用，亚硝酸盐将被转化为氮气，并且不会产生硝酸盐。

正常情况下，硝酸盐对水生物是没有危害的，不过硝酸盐是藻类的养分，草缸玩家可能深恶痛绝。事实上，有研究表明，硝酸盐浓度如果太高的话，达到10mg/L也会对水生动物产生有害的影响。

关于反硝化作用如何分解亚硝酸盐并且不产生硝酸盐，我们下次再好好聊一聊。

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