續談─硝化作用與pH的關係

        在進入主題之前，可以先看一下這篇『淺談硝化作用』，其實大部分該談的東西，前篇都已經談過了，下文我們再簡單討論一下硝化作用跟pH下降(有人說是酸跌)有什麼關係。
        要談硝化作用之前，可能要先問一下，為什麼要這麼強調硝化作用？硝化菌是什麼？硝化菌包含了哪一些菌種？硝化作用的過程是什麼？原料是什麼？產品是什麼？pH對硝化作用會不會有影響？對我的魚缸的水質有什麼樣的影響？怎麼過一段時間沒換水，pH就往下掉？我在北部養魚跟在南部養魚過濾系統都一樣，操作模式都一樣，怎麼pH會差那麼多？

        首先先來看看NH3-NH4+(Ammonia)對生物有什麼樣的毒性？為什麼我們會拼了命的想要移除這樣的東西？首先，Ammonia會以NH3及NH4+兩種形式同時存在於水體裡，兩者在水體裡的比例，會依pH高低而不同，鹼性環境下，反應式向左，NH3的比例偏高，而在酸性環境下，反應式向右，則幾乎以NH4+的形式存在。NH3對魚類的毒性高於NH4+，原因為NH3較易穿越生物屏障進入到魚體內，讓魚體內的NH3濃度過高，而造成氨中毒的狀況。

        當魚缸中的活體排泄物(含未消化的蛋白質)、殘餌、死亡的動植物、或者其他的蛋白質來源，經由一群廣義"消化菌"的作用，而變成了Ammonia，我們就需要靠附著於過濾系統中的『硝化菌』來把具高度生物毒性的Ammonia氧化為生物毒性低的硝酸(NO3-)。一般談到的硝化菌主要有兩個屬的細菌，分別是Nitrosomonas(亞硝酸菌，將Ammonia氧化為亞硝酸NO2-)及Nitrobacter(硝酸菌，將亞硝酸NO2-氧化為硝酸NO3-)。硝化菌是以生物膜的方式附著生長於所有能附著的表面，老化的硝化菌會掉落到水體中，經由換水的方式移除，或者是經由"消化菌"的作用轉化為Ammonia，再進入硝化作用的循環中。

(反應式未平衡)

        由上面的反應式可以得到三個資訊，一、硝化作用的最原始原料為NH3，二、硝化作用過程中會消耗氧氣，三、硝化作用過程中會產生氫離子(H+)，進而使pH下降。綜合以上三點，只要我們的魚缸有水在流動，不是死水的狀態，基本上溶氧都一定夠，所以第二點原則上可以忽略，或者是說我們可以經由打氣，或是過濾器出水提高到水面上的方式增加溶氧，一來提供魚隻足夠的溶氧，二來提供硝化作用所需。先前提到pH值會影響NH3及NH4+在水體中的比例，而由上面的反應式看來，如要提供硝化作用的原料-NH3，就必須讓pH值維持在偏鹼性的環境下(一般建議pH是在7.5～8.3)，但在硝化作用過程中產生的H+及終端產物NO3-，又會使得pH值下降，使得提供的原料減少，硝化作用的效率降低，Ammonia因低pH值的關係，以NH4+的形式存在於水體中，所以如何維持穩定的pH值，兼顧硝化作用以及飼養魚隻的適應範圍，這就是一個很大的課題。
        接下去談之前，請先參考『淺談-如何降低pH值』一文，前兩張圖片可以看到北部板新淨水場以及南部高雄市個淨水場的一些水質數據，我們可以看到無論是TAlk(總鹼度)、TDS(總溶解固體)或是GH(總硬度)，在南北都有很大的差異，這一點會跟魚缸中經由硝化作用而pH下降的幅度有關。假使你用的都是除氯後的自來水，南部的水體裡面有更多的緩衝物質，甚至於會影響pH的鈣、鎂離子，當使用一樣的過濾系統、一樣的水體大小、一樣的投餵量、一樣的時間.....等等條件之下，使用北部的自來水經由硝化作用所影響的pH，時間上會比較快，下降的幅度也會比較大。有人會在過濾系統中添加少量的珊瑚骨(或珊瑚砂)，或者是添加小蘇打粉(NaHCO3)，藉由CaCO3或NaHCO3的溶解提高KH，增加水體緩衝能力，減緩pH下降的時間及幅度。
        

        很多人會有一個迷思，或者說迷失，就是過濾器越大越好，便當盒能夠疊越高越好，最好來個八十層，生物性濾材買越貴、比表面積越大、塞越多越好，但是銳凡，你有沒有想過，硝化作用需要原料，原料哪來？魚的排泄物、殘餌....，要提供這麼大一群硝化菌足夠的原料，是不是就要養多一點的魚，餵多一點的餌料？然後經過強烈的硝化作用之後，pH瞬間就往下掉(魚可能會不適應)，我們就得要換水，過程中又可能造成pH的強烈震盪(魚可能會不適應)，這樣的話是不是要再增加水體，或者提供足夠的緩衝物質？所以要擴缸，擴完缸又覺得我以前小缸用那個過濾，現在換大缸就要再增加，又換更大的過濾設備、增加更多的生物濾材，在回到先前的那一點，開始增加魚的數量，開始增加餵食量，..............無限循環。
        
        水質管理真的沒有那麼難，也沒有什麼過濾系統最棒，只要你目前的所有設備都正常運行，照表操課，活體也都養得很順，那就是適合你自己的一套管理模式。