水体亚硝酸盐的形成

发布时间：2018-07-01 00:33:23 来源：文档文库

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水体亚硝酸盐的形成、危害和处理

饲料含有很高的蛋白质（包括动物蛋白和植物蛋白），一部分在水体溶化流失，被甲鱼摄食的饲料有一部分蛋白质能转变成甲鱼的组织，另有一部分是以有机氮的形式在粪便中被释出。水中的微生物再将这氮源以及残饵中的氮转换成包括氨分子，离子氨，亚硝酸以及硝酸等这些氮化合物，在条件和环境不变的状况下使得这些氮化合物的浓度增加更高。这些不同化学物质间的平衡状态是依据氧化还原电位而定，氧化还原电位值可显示氨氧化成亚硝酸然后再变成硝酸的程度。

氨气是所有氨化合物中最毒的。在水体中带正电荷的氨阴离子并无毒性，但是在PH7以上时，氨离子逐渐转变成氨分子（氨气）。氨气其有毒之原因是因为氨分子属中性的静电，比氨离子更容易穿透生物膜而扩散。氨浓度过高是一件很令人讨厌的事，因为氨的氧化作用需要很多氧，此外水中植物也能消耗氨而导致氨离子的减少，但这些方法还是无法很明显的降低氨离子的量。水中的氨在耗氧之下而转变成亚硝酸，此过程是生物的作用，也就是我们所知道的硝化作用。

氧化还原电位：

水体中还原物质（这些还原物质会消耗氧或者消耗其他的氧化物，譬如氯，过氧化氢等等）浓度较低者，有较高的氧化还原电位，也就是说水在处理时较有效率。良好的氧化还原电位值大约是250MV（淡水缸中）。较高的氧化还原值表示水质的状况更卫生，水十分纯而且只含有非常少的有机化合物及营养盐，但这对于生物而言总是不太好。

高氧化还原电位的缺点是，虽然有利于硝化作用，但却抑制了水生植物的生长，因此生长较差的水草反而必须减少氧化还原电位才能改善成长。

低氧化还原电位的缺点是，易造成氨的积累，此时在狭幅的氧化还原电位下反而会形成亚硝酸。然而亚硝酸只是介于氨与硝酸之间的中间产物，而且亚硝酸的浓度远低于两者，但是亚硝酸对鱼的毒性却更甚之！！

这些氮化合物之间的相互转换是经由几种菌所完成，而这些自营性细菌即从这特殊的化学反应中获得他们成长所需的能源。

硝化菌（Nitrozomonas以及Nitrobactor)

如前面所提的如果氧化过程（即所谓的硝化作用）是在高氧化还原电位时，此硝化过程的Nitrozomonas会将氨氧化成亚硝酸，然后再由Nitrobactor 把亚硝酸氧化成硝酸。在氨的氧化作用所释放之能量要多出许多。在培水初期 Nitrozomonas 的成长比Nitrobactor要快得很多。但不管怎样，这两种菌的成长都还比不上池中的代谢有机物质的碳氧化菌的快速成长，因此在碳氧化作用中会比氮氧化作用中有更多的化学能被释放出来。然后池中大部分的菌在适当的条件下大约每20几分钟会增加一倍，而Nitrozomonas每分割一次需要2~3个小时，而Nitrobactor每分割一次则需要将近30小时，对于一个新进水刚开始培水的池子而言，前期所培育出的Nitrobactor菌数还不太够，最容易发生亚硝酸中毒的危险。除此之外，亚硝酸浓度过高也会造成Nitrobactor代谢受阻。（另外还有几个因素也会造成Nitrobactor代谢受阻。譬如过强的光照，PH太低，重金属或者鱼药的存在）

近年来专家为了能监测亚硝酸并控制亚硝酸的问题，一组测试用的试剂（test kit)是绝对需要的。在不利的低氧化还原电位下，也就是在厌氧的条件下，会发生一个成为脱氮作用的有趣过程，在这过程硝酸降解成氮分子（氮气）以及氧化氮（笑气），所以这降解的过程可以从水中祛除硝酸，在低溶氧条件时，这些降解硝酸的细菌利用物质之同化及异化作用并释出氮。

任何的脱氮作用必须在低溶氧浓度下才可以发生而且必须要存在容易代谢有机化合物适当的量作为还原剂。假使氧浓度太高，硝酸的降解过程会不完全，要不然就是根本没有作用，于是硝酸的浓度便继续增加。同样的如果没有足够的有机化合物的存在，硝酸也是没办法减少，因此硝酸也会增加。

亚硝酸：

在硝化作用失败时，做适当的换水会有多帮助，虽然如此对鱼是不会有什么影响，但是有件事情很显然的会发生，“一次完全的换水当然可以除去大部分有毒的亚硝酸，但部分亚硝酸菌（Nitrobactor)也会被除去，这是一个非常不好的状况，因为Nitrobactor所存在的数量有限，一旦亚硝酸浓度再升高时即会有中毒的危险。而大部分的人又喜欢在硝化作用失败时优先使用大量换水的方法，使得亚硝酸菌更加减少”大量换水虽然可以使亚硝酸减少，但那只是暂时性的而已，亚硝酸会再迅速的增加，如果只以部分换水来取代全部换水的话，那么Nitrobactor的损失就会比较少，不过，如此氨或亚硝酸就不会减少很多，因此需要花更多更长的时间才能将亚硝酸变零。

而且暂时停止喂食不是很理想的解决方法，因为Nitrobactor菌群需要营养素来源，因此停止喂食无法把问题解决。

对于水中的亚硝酸而言正确做法是：买消化菌接种。

亚硝酸对鱼的毒性：

淡水（尤其是低于PH7以及在低离子浓度下）中的亚硝酸浓度在0.2mg/L那样低时，就可能使长期暴露于其中的鱼有中毒的危险。尤其是PH如果发生下降的话，亚硝酸离子会转变成亚硝酸分子，而亚硝酸分子更易通透上皮细胞。只有谈水中亚硝酸浓度稳定在0.2mg/L以下，如此才能避免任何的危险。

氨对鱼的毒性会随着鱼龄及尺寸的增加而减少，而亚硝酸的毒性似乎是随着鱼的规格的增加而增加，但无论如何，此说法仍具争议。

亚硝酸有毒是因为它将血红素氧化成变态血红素，此变态血红素无法运送氧。血红素中含有2价铁，可结合氧分子，当亚硝酸将2价铁氧化成3价铁之后，血红素就失去携带氧气的功能，成为变态血红素。

在亚硝酸对鱼的毒性中有一个关键因素，那就是亚硝酸扩散进入血液中有多快。氯离子会籍由通道的竞争而抑制了亚硝酸通过上表皮细胞。因此，有效地减少了亚硝酸的毒性。氯离子与亚硝酸一样有1价的负电荷，而且两个阴离子都有相同大小的水和立体结构。较高的氯离子/亚硝酸离子比率可抑制亚硝酸通透进入血液中，因此降低了“表面上”的毒性，此外，碳酸离子也有一个类似氯的效应，但是因为碳酸的分子较大，而无法有效的与亚硝酸竞争卡位。

较高的盐浓度（较高的离子强度）能减低亚硝酸对鱼的毒性，在某种条件下（PH7以上）以治疗的言浓度约0.3%（每公升3克盐）亦可减少亚硝酸中毒的危险，总之，了解造成亚硝酸浓度升高的原因并尽快修正浓度都是绝对需要的。

亚硝酸在低离子强度的软水中，比硬水中更毒，同样的亚硝酸在淡水中比海水中毒，亚硝酸离子与亚硝酸分子之间有一个类似于氨离子与氨分子之间的关系，其离子以及非离子形式间的平衡视PH而定，当PH低于7时，结合亚硝酸离子的氢离子会增加，因此形成亚硝酸分子的比例也会增加。亚硝酸分子为一小分子很容易扩散通透呼吸系统的上皮细胞，而亚硝酸分子无静电荷，因此亚硝酸分子不需要任何离子运送通道，当亚硝酸分子在通透鳃上皮细胞时，即能顺利通过进入到血液中，而不会被任何其他离子所抑制（竞争），就好比（NO2-）在通道通过时会被氯离子所抑制。

PH每下降一单位，亚硝酸的量就会增加10倍，因此，当PH降低时，亚硝酸的毒性就会增加，这与氨的情况恰好相反。水的PH及离子强度若过低，可能会形成较高比率的亚硝酸。故需小心且持续检查。

硝酸的毒性：

200mg/L或更高都不会造成任何损伤，因此硝酸可以说几乎没有毒性。但这并不表示就可以不用管硝酸的值有多高，如果硝酸产生比率越高，通常氢离子产生的比例也越高，因而，使得PH下降，进而造成水生植物的生长受阻并增进了藻类的生长。

硝酸浓度过高，还可能有另一种危险，即硝酸很可能还原回亚硝酸（停电），如氧浓度下降，化学上的还原作用便开始发生，但硝酸还原成亚硝酸这个过程通常只会发生在具有充足的硝酸还原菌存在的条件下，此外，在特殊的某些状况下也可能发生硝酸还原成亚硝酸的危险，尤其是当强还原剂譬如像用来还原氯的氧化硫，或者用来处理外部寄生虫的福尔马林存在于水中时，就很可能会发生。现在终于了解为什么用过福尔马林之后便做一次大换水，而隔天早上仍会发现亚硝酸的浓度会高达0.4mg/L。在低溶氧量下已很明显地使福马林将高浓度的硝酸部分还原成亚硝酸。