jeremychen
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[這篇文章最後由jeremychen在 2005/04/03 04:09pm 第 1 次編輯]
其實以前我也曾花很多時間查詢有關"脫氮菌"的資料,深入研究後才發現是如此複雜,涉獵的資料從水處理工程,微生物學到生物化學…等都有,不過後期我並沒有加以整理且發表上來,因為我主要養FO,且似乎找不到有力的證據證明高濃度的NO3會對魚類造成嚴重的影響,且研究報告中說明NO3很可能要接近1000PPM才有即時的危險性(不過只要有換水之下,這似乎不容易辦到)為何我要用脫氮菌這個名稱而不用厭氧菌呢??主要的原因是希望兩者應該做個區分,事實上傳統談的厭氧菌並非嚴謹分類的厭氧菌
看到頑皮豹兄這篇後,我把資料整理了一下供大家參考…
脫氮作用:
廣義的來說就是把N氮這個物質從水體中釋放出來,但傳統狹義的說法則是指由兼性厭氧菌進行的脫氮作用,在此先談傳統的說法…
一、細菌的能量代謝
細菌代謝所需能量，絕大多數是通過生物氧化作用而獲得的。所謂生物氧化即在酶的作用下生物細胞內所發生的系列氧化還原反應
二 細菌生物氧化的類型:
1、發酵（分子內呼吸）
無氧條件下，底物脫氫後産生的還原力不經呼吸鏈而直接傳遞給某一中間代謝物的低效産能反應。
在此過程中，有機物是氧化基質，又是最終氫受體，且是未徹底氧化産物，結果仍積累有機物，産能少。
2、有氧呼吸（呼吸作用）
底物脫氫後，經完整的呼吸鏈（電子傳遞鏈）遞氫，以分子氧作爲最終氫受體，産生水和放出能量。
如硝化作用
3、無氧呼吸（厭氧呼吸）
以無機氧化物代替分子氧作爲最終氫受體的生物氧化。
氧化磷酸化合成ATP，但有些能量轉移到最終受體，産能不多。
依據最終氫受體不同，分成多種類型。
1）硝酸鹽還原作用
由硝酸鹽逐步還原成分子氮的過程。使N損失
2）硫酸鹽還原作用
通常以乳酸爲基質，積累乙酸，以SO42-爲最終氫受體。
三 與分子氧的不同關係而分類
1、好氧菌
有氧條件下生長，進行有氧呼吸。
2、專性厭氧菌
不需分子氧，進行無氧呼吸或發酵。只能在無氧條件下生長，分子氧對其有害。如産甲烷細菌、產生H2s硫化氫的硫酸鹽還原菌。
3 耐氣厭氧菌
無論有氧無氧，都進行發酵，分子氧無害。如乳酸菌。
4、兼性厭氧菌
有氧與無氧條件下均能生長，但以不同氧化方式獲得能量。(但以有氧時生長較好)
如酵母菌、、脫氮菌(反硝化細菌)
細菌生物氧化的主要目的是產生能量,產能依序是有氧呼吸大于無氧呼吸大於發酵,由此可知脫氮菌反而要在有氧環境下生長速度反而比較快且好,但如果要啟動還原酵素產生脫氮作用卻又需要無氧的環境.而在有氧環境就跟一般異營菌一樣,分解蛋白質氨基酸,形成氨...
討論改良式活砂系統跟DSB系統的優缺點比較:
改良式活砂系統為了減少砂層中無氧區的硫酸鹽還原菌形成H2S硫化氫,而以充水層來改善,不過大家要清楚的認知一點,當有氧的環境下脫氮菌是不會產生脫氮作用喔,如果改良式活砂系統無氧區塊少的話則表示脫氮效率必定低落,同樣的砂層面積,DSB系統反而能擁有更大的無氧區塊,理論上而言脫氮效率反而會更好....由此可見,N2氮氣的產生效率會跟H2S產生效率成正比,所以說為了減少H2S的產生則必須犧牲脫氮效率,還真是矛盾壓...呵呵
所以我們可以得到一個結論,那就是這兩種系統都會產生硫化氫,祇是程度上的差別而已....
再來繼續討論的是,硫化氫在實際的海水養殖上的問題,真如想像中的恐怖嗎??
詳談硫化氫:
硫化氫化學式為H2S具有臭蛋味的氣體且易溶於水,在水中解離如下
H2S←→H+－HS
HS←→H+－H2-
H2S的化學性質不穩定，在水中易被溶氧所氧化，析出硫黃而呈現混濁。HS-及S2-也是極活潑的離子，可與許多重金屬離子作用，生成不溶於水或酸的硫化物沉澱，
pH7附近的天然水中溶存H2S，HS-及S2-離子量的莫耳濃度比為〔H2S〕：〔HS-〕：〔S2-〕＝1：1：10-7，H2S及HS等量存在，幾無S2-離子。H2S具有高度毒性，不過HS-及S2-則不具毒性。不過HS-及S2-在酸性水域中易於轉化為H2S，故乃有潛在之高度危險性。
硫化氫的毒性主要是由於硫化氫透過鰓呼吸的氣體交換系統進入血液中時，會迅速與血紅蛋白結合，使之形成穩定的永久變性狀態，而完全喪失其輸氧功能，其輕者會降低血紅素攜帶氧氣之能力，其重者會導致魚蝦死亡。硫化氫的毒性與氨相似，皆為水產養殖中自生之劇毒物，大約在0.5ppm的濃度之下，就足以使一隻健康的魚產生急性中毒而死亡。
硫化氫之有機來源
有機硫化合物在天然水源或養殖池中都相當常見，其生化分解反應應更是相當重要的微生物反應程序。在分解產物中，常有難聞又有毒的硫化氫氣體，對水質造成不良的影響。
硫和氮在自然界營養元素之循環過程中有很多相似的地方，例如，在生命體中硫主要以還原態的硫氫基(－SH)存在，此點和氮以胺基(－NH3)存在於生命體內相似。當有機硫化物被細菌分解時會放在硫化氫氣體，就如同有機氮化合物被細菌分解會產生氨一樣。又如硫化氫可被硫化細菌氧化成硫酸，正如氨被硝化細菌氧化成硝酸一般。
魚蝦飼料中常含有大量的蛋白質，這些蛋白質主要是由有機氮化合物--胺基酸所構成。但蛋白質所含的部份胺基酸中也含有硫官能基，如硫氫基(－SH)、二硫基(－S－S)、硫基(－S－)等，其分解產物中常含有硫化氫。例如，半胱胺酸〔cysteine，HOOCCHC (NH2) CH2SH〕、胱胺酸(cystine，HOOCH (NH2) CH2SSCH2CH (NH2) COOH〕及蛋胺酸〔methionine，HOOCCH (NH2) CH2CH2SCH3〕為三種常見的含硫胺基酸，都相當容易地被真菌及細菌所分解，並產生硫化氫。
由此可知，蛋白質中的含硫胺基酸經細菌分解後，可產生硫化氫，同時氨也是產物之一，兩者均對水質產生相當大之影響。
硫化氫之無機來源
在自然界中存在有一種細菌叫硫酸鹽還原菌(sulfate reducing bacteria)，只要有硫酸鹽亦可以不靠氧氣生長。硫酸鹽是硫與氧方化合物(SO42-)，這種特殊的生物可以解硫酸，利用其中的氧原子，同時消耗有機物，但代謝產物中含有硫化氫，其反應如下：
SO42-＋2 (CH2O)＋2H+→H2S＋2CO2＋2H2O
硫酸鹽還原菌主要生存於厭氣污水或沈澱物中，對自然界硫元素之循環扮演重要的角色。它們可以在厭氣條件下分解及利用有機物，對水質之淨化具有一定之貢獻。但是在養殖池中因會產生有毒的硫化氫，故它的形象好像不怎麼好。
硫酸鹽還原菌也有一個特殊名字，稱為「去硫菌」，因為它們可以移走水中的硫酸鹽。例如，去硫弧菌(Desulfovibrio)及去硫單胞菌(Desulfuromonas)都是典型的菌種。這類細菌在氧化有機物時，是以硫酸鹽當作氧化劑而不是氧。
硫化氫是一種劇毒性氣體，在水中的含量當然是越少越好。至於應如何防止硫化氫含量過高呢？一般言之，約有下列三種方法：
1.充份曝氣維持好氣狀態：池水充分曝氣可增加溶氧的含量，此舉不僅為水產養殖的必要手段，而且也是防止硫化氫含量過高的最有效方法。蓋高溶氧量可消耗硫化氫，並可抑制硫酸鹽還原菌之生長及繁衍，使它們在好氣狀態下，無法將硫酸鹽還原為硫化氫。
2.控制pH值：pH值越低，硫化氫的相對含量就越多，發生H2S中毒的機會也越大，故可利用各種pH值控制方法，將水質的pH值提高，以降低H2S之相對含量，不過此種方式最好已經證實H2S確有偏高的現象再使用，不宜冒然使用，因為在高pH值的水域中氨的毒性會增強，若盲目將pH值大幅提高反而可能引起氨中毒之危險。
3.經常定期實施局部換水：定期實施局部換水不僅可以改善水質，使池水中有機污染物質的濃度降低，同時新水中可能含有少量的礦物離子，可以和H2S作用產生無毒性的硫化物沈澱。例如，水中含有鐵與錳等金屬離子可以和H2S作用產黑色的硫化物(如底層的黑砂就是硫酸亞鐵)沉澱，若能定期局部換水，亦能有效抑制H2S濃度，使之無法增加，而被限制在一個安全的濃度範圍之內。
由以上的資料可以得到一個結論,硫化氫在水中易被溶氧所氧化,又會被菌相中的硫化菌氧化成硫酸離子,又會被海水中的重金屬螯合沉澱,又會因海水ph原本就較高,可降低H2S之相對含量,似乎這個問題對海水生物的影響並不是想像中的高...
至今尚未聽過使用DSB系統的魚友,會聞到臭蛋味,我想...只要正常的管理水質,應該是不用太計較硫化氫的問題,而dsb系統的除氮效率則是比改良式活砂更優越...
呼~~~~先暫時討論至此
這篇已經花了我將近半天的時間整理,後續再將廣義的脫氮做個說明...
其實以前我也曾花很多時間查詢有關"脫氮菌"的資料,深入研究後才發現是如此複雜,涉獵的資料從水處理工程,微生物學到生物化學…等都有,不過後期我並沒有加以整理且發表上來,因為我主要養FO,且似乎找不到有力的證據證明高濃度的NO3會對魚類造成嚴重的影響,且研究報告中說明NO3很可能要接近1000PPM才有即時的危險性(不過只要有換水之下,這似乎不容易辦到)為何我要用脫氮菌這個名稱而不用厭氧菌呢??主要的原因是希望兩者應該做個區分,事實上傳統談的厭氧菌並非嚴謹分類的厭氧菌
看到頑皮豹兄這篇後,我把資料整理了一下供大家參考…
脫氮作用:
廣義的來說就是把N氮這個物質從水體中釋放出來,但傳統狹義的說法則是指由兼性厭氧菌進行的脫氮作用,在此先談傳統的說法…
一、細菌的能量代謝
細菌代謝所需能量，絕大多數是通過生物氧化作用而獲得的。所謂生物氧化即在酶的作用下生物細胞內所發生的系列氧化還原反應
二 細菌生物氧化的類型:
1、發酵（分子內呼吸）
無氧條件下，底物脫氫後産生的還原力不經呼吸鏈而直接傳遞給某一中間代謝物的低效産能反應。
在此過程中，有機物是氧化基質，又是最終氫受體，且是未徹底氧化産物，結果仍積累有機物，産能少。
2、有氧呼吸（呼吸作用）
底物脫氫後，經完整的呼吸鏈（電子傳遞鏈）遞氫，以分子氧作爲最終氫受體，産生水和放出能量。
如硝化作用
3、無氧呼吸（厭氧呼吸）
以無機氧化物代替分子氧作爲最終氫受體的生物氧化。
氧化磷酸化合成ATP，但有些能量轉移到最終受體，産能不多。
依據最終氫受體不同，分成多種類型。
1）硝酸鹽還原作用
由硝酸鹽逐步還原成分子氮的過程。使N損失
2）硫酸鹽還原作用
通常以乳酸爲基質，積累乙酸，以SO42-爲最終氫受體。
三 與分子氧的不同關係而分類
1、好氧菌
有氧條件下生長，進行有氧呼吸。
2、專性厭氧菌
不需分子氧，進行無氧呼吸或發酵。只能在無氧條件下生長，分子氧對其有害。如産甲烷細菌、產生H2s硫化氫的硫酸鹽還原菌。
3 耐氣厭氧菌
無論有氧無氧，都進行發酵，分子氧無害。如乳酸菌。
4、兼性厭氧菌
有氧與無氧條件下均能生長，但以不同氧化方式獲得能量。(但以有氧時生長較好)
如酵母菌、、脫氮菌(反硝化細菌)
細菌生物氧化的主要目的是產生能量,產能依序是有氧呼吸大于無氧呼吸大於發酵,由此可知脫氮菌反而要在有氧環境下生長速度反而比較快且好,但如果要啟動還原酵素產生脫氮作用卻又需要無氧的環境.而在有氧環境就跟一般異營菌一樣,分解蛋白質氨基酸,形成氨...
討論改良式活砂系統跟DSB系統的優缺點比較:
改良式活砂系統為了減少砂層中無氧區的硫酸鹽還原菌形成H2S硫化氫,而以充水層來改善,不過大家要清楚的認知一點,當有氧的環境下脫氮菌是不會產生脫氮作用喔,如果改良式活砂系統無氧區塊少的話則表示脫氮效率必定低落,同樣的砂層面積,DSB系統反而能擁有更大的無氧區塊,理論上而言脫氮效率反而會更好....由此可見,N2氮氣的產生效率會跟H2S產生效率成正比,所以說為了減少H2S的產生則必須犧牲脫氮效率,還真是矛盾壓...呵呵
所以我們可以得到一個結論,那就是這兩種系統都會產生硫化氫,祇是程度上的差別而已....
再來繼續討論的是,硫化氫在實際的海水養殖上的問題,真如想像中的恐怖嗎??
詳談硫化氫:
硫化氫化學式為H2S具有臭蛋味的氣體且易溶於水,在水中解離如下
H2S←→H+－HS
HS←→H+－H2-
H2S的化學性質不穩定，在水中易被溶氧所氧化，析出硫黃而呈現混濁。HS-及S2-也是極活潑的離子，可與許多重金屬離子作用，生成不溶於水或酸的硫化物沉澱，
pH7附近的天然水中溶存H2S，HS-及S2-離子量的莫耳濃度比為〔H2S〕：〔HS-〕：〔S2-〕＝1：1：10-7，H2S及HS等量存在，幾無S2-離子。H2S具有高度毒性，不過HS-及S2-則不具毒性。不過HS-及S2-在酸性水域中易於轉化為H2S，故乃有潛在之高度危險性。
硫化氫的毒性主要是由於硫化氫透過鰓呼吸的氣體交換系統進入血液中時，會迅速與血紅蛋白結合，使之形成穩定的永久變性狀態，而完全喪失其輸氧功能，其輕者會降低血紅素攜帶氧氣之能力，其重者會導致魚蝦死亡。硫化氫的毒性與氨相似，皆為水產養殖中自生之劇毒物，大約在0.5ppm的濃度之下，就足以使一隻健康的魚產生急性中毒而死亡。
硫化氫之有機來源
有機硫化合物在天然水源或養殖池中都相當常見，其生化分解反應應更是相當重要的微生物反應程序。在分解產物中，常有難聞又有毒的硫化氫氣體，對水質造成不良的影響。
硫和氮在自然界營養元素之循環過程中有很多相似的地方，例如，在生命體中硫主要以還原態的硫氫基(－SH)存在，此點和氮以胺基(－NH3)存在於生命體內相似。當有機硫化物被細菌分解時會放在硫化氫氣體，就如同有機氮化合物被細菌分解會產生氨一樣。又如硫化氫可被硫化細菌氧化成硫酸，正如氨被硝化細菌氧化成硝酸一般。
魚蝦飼料中常含有大量的蛋白質，這些蛋白質主要是由有機氮化合物--胺基酸所構成。但蛋白質所含的部份胺基酸中也含有硫官能基，如硫氫基(－SH)、二硫基(－S－S)、硫基(－S－)等，其分解產物中常含有硫化氫。例如，半胱胺酸〔cysteine，HOOCCHC (NH2) CH2SH〕、胱胺酸(cystine，HOOCH (NH2) CH2SSCH2CH (NH2) COOH〕及蛋胺酸〔methionine，HOOCCH (NH2) CH2CH2SCH3〕為三種常見的含硫胺基酸，都相當容易地被真菌及細菌所分解，並產生硫化氫。
由此可知，蛋白質中的含硫胺基酸經細菌分解後，可產生硫化氫，同時氨也是產物之一，兩者均對水質產生相當大之影響。
硫化氫之無機來源
在自然界中存在有一種細菌叫硫酸鹽還原菌(sulfate reducing bacteria)，只要有硫酸鹽亦可以不靠氧氣生長。硫酸鹽是硫與氧方化合物(SO42-)，這種特殊的生物可以解硫酸，利用其中的氧原子，同時消耗有機物，但代謝產物中含有硫化氫，其反應如下：
SO42-＋2 (CH2O)＋2H+→H2S＋2CO2＋2H2O
硫酸鹽還原菌主要生存於厭氣污水或沈澱物中，對自然界硫元素之循環扮演重要的角色。它們可以在厭氣條件下分解及利用有機物，對水質之淨化具有一定之貢獻。但是在養殖池中因會產生有毒的硫化氫，故它的形象好像不怎麼好。
硫酸鹽還原菌也有一個特殊名字，稱為「去硫菌」，因為它們可以移走水中的硫酸鹽。例如，去硫弧菌(Desulfovibrio)及去硫單胞菌(Desulfuromonas)都是典型的菌種。這類細菌在氧化有機物時，是以硫酸鹽當作氧化劑而不是氧。
硫化氫是一種劇毒性氣體，在水中的含量當然是越少越好。至於應如何防止硫化氫含量過高呢？一般言之，約有下列三種方法：
1.充份曝氣維持好氣狀態：池水充分曝氣可增加溶氧的含量，此舉不僅為水產養殖的必要手段，而且也是防止硫化氫含量過高的最有效方法。蓋高溶氧量可消耗硫化氫，並可抑制硫酸鹽還原菌之生長及繁衍，使它們在好氣狀態下，無法將硫酸鹽還原為硫化氫。
2.控制pH值：pH值越低，硫化氫的相對含量就越多，發生H2S中毒的機會也越大，故可利用各種pH值控制方法，將水質的pH值提高，以降低H2S之相對含量，不過此種方式最好已經證實H2S確有偏高的現象再使用，不宜冒然使用，因為在高pH值的水域中氨的毒性會增強，若盲目將pH值大幅提高反而可能引起氨中毒之危險。
3.經常定期實施局部換水：定期實施局部換水不僅可以改善水質，使池水中有機污染物質的濃度降低，同時新水中可能含有少量的礦物離子，可以和H2S作用產生無毒性的硫化物沈澱。例如，水中含有鐵與錳等金屬離子可以和H2S作用產黑色的硫化物(如底層的黑砂就是硫酸亞鐵)沉澱，若能定期局部換水，亦能有效抑制H2S濃度，使之無法增加，而被限制在一個安全的濃度範圍之內。
由以上的資料可以得到一個結論,硫化氫在水中易被溶氧所氧化,又會被菌相中的硫化菌氧化成硫酸離子,又會被海水中的重金屬螯合沉澱,又會因海水ph原本就較高,可降低H2S之相對含量,似乎這個問題對海水生物的影響並不是想像中的高...
至今尚未聽過使用DSB系統的魚友,會聞到臭蛋味,我想...只要正常的管理水質,應該是不用太計較硫化氫的問題,而dsb系統的除氮效率則是比改良式活砂更優越...
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這篇已經花了我將近半天的時間整理,後續再將廣義的脫氮做個說明...
jeremychen
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續上文..........以下則是進入全文最精采且顛覆傳統思維的階段,相信這些資料應該能讓大家對於水中微生物生化反應的運作有更深入的了解
好氧環境也能脫氮??
根據一份水處理工程好氧脫氮的實驗顯示,即使再好氧的環境下也能使TN(總氮)減少,此實驗實驗用SBR處理氨氮廢水，處理流程爲：人工進水→缺氧攪拌（3h）→曝氣（8h）→缺氧攪拌（1.5h）→沈澱（l h）→排水,硝化菌跟脫氮菌都經過5個月的時間馴化...
然後每一個小時作水質抽樣,細節我則不贅述,在好氧段測得的TN(總氮)減少率約佔整個系統的72%,而厭氧段只佔28%....相信這個研究數據會讓大家跌破眼鏡吧...
關於好氧反硝化的分析
對於好氧反硝化現象，文獻上已有報導。目前是從三個角度來分析的：①生物學角度：20世紀80年代研究人員發現了好氧脫氮菌，這些菌同時又是異營硝化菌，能夠直接把氮轉化成最終氣態産物，所以稱爲好氧脫氮菌和異養硝化菌。與缺氧脫氮細菌相比，它的反硝化速率慢一些，但能較好適應缺氧好氧周期的變化[2-3]。②生物化學角度：好氧反硝化的最大特徵是好氧階段TN的損失，一方面可以由存在好氧反硝化菌來解釋，另一方面也可從生物化學的途徑來解釋。認爲當外界環境呈酸性時，NH3 在硝化中會有少量中間産物N2，N20和NO放出，從而導致一部分TN損失，實際上不是反硝化脫氮，但人們往往卻將其歸於反硝化作用[4-5]。③物理學角度：該理論是從宏觀環境影響微觀環境來解釋的，認爲當氧氣濃度低時、曝氣不均勻，往往會使污泥絮體內部呈缺氧或厭氧狀態，導致曝氣階段出現好氧脫氮現象。這種解釋使好氧脫氮現象用傳統的反硝化理論來解釋也可以理解了。此外，對於異營硝化菌生長快、産量高、所需氧氣含量低, 這些特性，文獻中也有所報道。因此可以認爲，好氧脫氮菌的發現在某種程度上正好解決了傳統硝化菌擾生物脫氮研究的缺點。
上面對於好氧脫氮的第二種解釋，由於本實驗中pH值一直維持在8－9之間，所以此種解釋基本是可以排除的。對於第三種解釋，由於本實驗中氧氣也一直控制在2－3 mg�L之間，曝氣也比較均勻，所以即使污泥內部發生缺氧反硝化，它對於 TN (總氮)的去除貢獻也不會太大。因此可以確定反應器中存在部分好氧脫氮菌。
然而又在2003全國農業生物科技成果發表暨技術移轉商談會研發成果摘要發現
在廢水處理系統活性污泥中，分離出在好氧狀況下具有脫氮能力的菌株NS-2（經鑑定後為Pseudomonas stutzeri）。隨後將菌株Ps. stutzeri接種至充滿純氧的鋁蓋式血清瓶中，以含有NO3-的基礎培養基(BM/NO3-)培養，同時亦接種至基礎培養基(BM)做為對照組，並與已知國外之好氧性脫氮菌株Thioshphaera pantotropha ATCC 35512於30℃下評估其脫氮能力。經過92小時的實驗過程，可以發現菌株Ps. stutzeri，之好氧脫氮能力(最大OD600 = 0.67、NO3-的去除率=99.28%及N2產生量=7.66 mM)皆優於菌株T. pantotropha (最大OD600 = 0.33、NO3-的去除率= 27.29%及N2產生量=1.49 mM)。因此，菌株Ps. stutzeri未來應可應用於分批式活性污泥廢水處理系統，以加強氮與化學需氧量之去除。
由此可証,好氧脫氮菌確實存在,由於好氧脫氮菌同時又是異營硝化菌,所以有機氮源對他來說就異常的重要,種種的證據似乎指出,即使不使用改良式活砂系統或者DSB厚底砂系統,而改採全是好氧層的抽底砂系統,除了能有硝化系統能力外亦能兼具除氮的效果,這正可解釋為何老千兄跟阿源兄的抽底砂FO缸,也能維持相當低的NO3濃度的原因....
我記得以往我個人很討厭抽底砂系統,我個人膚淺的以為,不能除氮也就算了,還會堆積很多糞便殘餌,甚至當初老千兄熱心解說時,還引發站上諸多的爭議,直至後來親自體驗後感覺似乎不錯,甚至老千兄跟阿源兄也無意間發現NO3竟能維持相當低的含量,當時大家直稱不可思議,直至我找到相關文獻實驗報告資料,才找到有力的理論根據,而讓"千流抽底砂派"的奧秘得以揭露...
以往我比較著重於硝化系統,整理完這篇後,才算是真正的把水族箱裡面的菌相生化運作作一個較完整的交代,供大家參考囉
不斷的接觸新知,可以讓我們跳脫原有傳統思考的巢臼,站在巨人的肩膀上,可以讓我們看的更遠.................................................共勉之
好氧環境也能脫氮??
根據一份水處理工程好氧脫氮的實驗顯示,即使再好氧的環境下也能使TN(總氮)減少,此實驗實驗用SBR處理氨氮廢水，處理流程爲：人工進水→缺氧攪拌（3h）→曝氣（8h）→缺氧攪拌（1.5h）→沈澱（l h）→排水,硝化菌跟脫氮菌都經過5個月的時間馴化...
然後每一個小時作水質抽樣,細節我則不贅述,在好氧段測得的TN(總氮)減少率約佔整個系統的72%,而厭氧段只佔28%....相信這個研究數據會讓大家跌破眼鏡吧...
關於好氧反硝化的分析
對於好氧反硝化現象，文獻上已有報導。目前是從三個角度來分析的：①生物學角度：20世紀80年代研究人員發現了好氧脫氮菌，這些菌同時又是異營硝化菌，能夠直接把氮轉化成最終氣態産物，所以稱爲好氧脫氮菌和異養硝化菌。與缺氧脫氮細菌相比，它的反硝化速率慢一些，但能較好適應缺氧好氧周期的變化[2-3]。②生物化學角度：好氧反硝化的最大特徵是好氧階段TN的損失，一方面可以由存在好氧反硝化菌來解釋，另一方面也可從生物化學的途徑來解釋。認爲當外界環境呈酸性時，NH3 在硝化中會有少量中間産物N2，N20和NO放出，從而導致一部分TN損失，實際上不是反硝化脫氮，但人們往往卻將其歸於反硝化作用[4-5]。③物理學角度：該理論是從宏觀環境影響微觀環境來解釋的，認爲當氧氣濃度低時、曝氣不均勻，往往會使污泥絮體內部呈缺氧或厭氧狀態，導致曝氣階段出現好氧脫氮現象。這種解釋使好氧脫氮現象用傳統的反硝化理論來解釋也可以理解了。此外，對於異營硝化菌生長快、産量高、所需氧氣含量低, 這些特性，文獻中也有所報道。因此可以認爲，好氧脫氮菌的發現在某種程度上正好解決了傳統硝化菌擾生物脫氮研究的缺點。
上面對於好氧脫氮的第二種解釋，由於本實驗中pH值一直維持在8－9之間，所以此種解釋基本是可以排除的。對於第三種解釋，由於本實驗中氧氣也一直控制在2－3 mg�L之間，曝氣也比較均勻，所以即使污泥內部發生缺氧反硝化，它對於 TN (總氮)的去除貢獻也不會太大。因此可以確定反應器中存在部分好氧脫氮菌。
然而又在2003全國農業生物科技成果發表暨技術移轉商談會研發成果摘要發現
在廢水處理系統活性污泥中，分離出在好氧狀況下具有脫氮能力的菌株NS-2（經鑑定後為Pseudomonas stutzeri）。隨後將菌株Ps. stutzeri接種至充滿純氧的鋁蓋式血清瓶中，以含有NO3-的基礎培養基(BM/NO3-)培養，同時亦接種至基礎培養基(BM)做為對照組，並與已知國外之好氧性脫氮菌株Thioshphaera pantotropha ATCC 35512於30℃下評估其脫氮能力。經過92小時的實驗過程，可以發現菌株Ps. stutzeri，之好氧脫氮能力(最大OD600 = 0.67、NO3-的去除率=99.28%及N2產生量=7.66 mM)皆優於菌株T. pantotropha (最大OD600 = 0.33、NO3-的去除率= 27.29%及N2產生量=1.49 mM)。因此，菌株Ps. stutzeri未來應可應用於分批式活性污泥廢水處理系統，以加強氮與化學需氧量之去除。
由此可証,好氧脫氮菌確實存在,由於好氧脫氮菌同時又是異營硝化菌,所以有機氮源對他來說就異常的重要,種種的證據似乎指出,即使不使用改良式活砂系統或者DSB厚底砂系統,而改採全是好氧層的抽底砂系統,除了能有硝化系統能力外亦能兼具除氮的效果,這正可解釋為何老千兄跟阿源兄的抽底砂FO缸,也能維持相當低的NO3濃度的原因....
我記得以往我個人很討厭抽底砂系統,我個人膚淺的以為,不能除氮也就算了,還會堆積很多糞便殘餌,甚至當初老千兄熱心解說時,還引發站上諸多的爭議,直至後來親自體驗後感覺似乎不錯,甚至老千兄跟阿源兄也無意間發現NO3竟能維持相當低的含量,當時大家直稱不可思議,直至我找到相關文獻實驗報告資料,才找到有力的理論根據,而讓"千流抽底砂派"的奧秘得以揭露...
以往我比較著重於硝化系統,整理完這篇後,才算是真正的把水族箱裡面的菌相生化運作作一個較完整的交代,供大家參考囉
不斷的接觸新知,可以讓我們跳脫原有傳統思考的巢臼,站在巨人的肩膀上,可以讓我們看的更遠.................................................共勉之
jeremychen
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硫化氫含量雖可透過化學分析方法獲知。最簡單的方法是簡易型的比色分析法，不過此法通常會同時定量H2S、HS、S2-及酸可溶性懸浮金屬硫化物，所以測定值不能單以H2S含量表示之，尤其當酸可溶性懸浮金屬硫化物含量較多時將會產生很大的誤差。
利用比色法定量硫化氫，很難排除HS及S2-之干擾，故若用分析濾紙除去酸可溶性懸浮金屬硫化物時，其濾液的檢測值將包括H2S、HS-及H2-等含量之總和，故仍不能視為H2S之真正濃度，必須經過校正之後才能獲知其濃度。 ( 因為H2S、HS-及S2-三者濃度的平衡關係受到pH值影響很大)
由於上述的原因,試劑的成本可能很高且準確度也許蠻低的,又加上硫化氫的危害原本就很低,目前我是沒看過市面上有賣相關的產品,也許可以去化工材料行問問看...
利用比色法定量硫化氫，很難排除HS及S2-之干擾，故若用分析濾紙除去酸可溶性懸浮金屬硫化物時，其濾液的檢測值將包括H2S、HS-及H2-等含量之總和，故仍不能視為H2S之真正濃度，必須經過校正之後才能獲知其濃度。 ( 因為H2S、HS-及S2-三者濃度的平衡關係受到pH值影響很大)
由於上述的原因,試劑的成本可能很高且準確度也許蠻低的,又加上硫化氫的危害原本就很低,目前我是沒看過市面上有賣相關的產品,也許可以去化工材料行問問看...
