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鱼缸中氮循环的整个过程

喂食-->排便--（腐生菌矿化作用）-->有机氮化物--（氨化细菌）-->多肽、氨基酸、氨氮--(亚硝化细菌)-->亚硝酸盐--（硝化细菌）-->硝酸盐氮NO3-N--（厌氧性细菌）-->氮气

腐生细菌

营腐生生活的细菌（从已死的动、植物或其他有机物吸取养料，以维持自身正常生活的一种生活方式。很多细菌和真菌属于此类。如枯草杆菌、根霉、青霉、蘑菇、木耳等。以腐生方式生活的微生物，如按其所需要的氮源、碳源来分，则属于化能异养型微生物。）。 它们是通过动植物的尸体或动物粪便中吸取有机物来维持生命，它可以将动植物的尸体分解成为二氧化碳、无机盐及简单的有机物。

氨化作用

氨化作用（ammonification）又叫脱氨作用，微生物分解有机氮化物产生氨的过程。产生的氨，一部分供微生物或植物同化，一部分被转变成硝酸盐。很多细菌、真菌和放线菌都能分泌蛋白酶，在细胞外将蛋白质分解为多肽（有益）、氨基酸（NH2 有益）和氨（NH3 有毒）。其中分解能力强并释放出NH3的微生物称为氨化细菌。氨化微生物广泛分布于自然界，在有氧（O2）或无氧条件下，均有不同的微生物分解蛋白质和各种含氮有机物，分解作用较强的主要是细菌，如某些芽孢杆菌、梭状芽孢杆菌和假单孢菌等。

氨氮

氨氮是指水中以游离氨（NH3）和铵离子（NH4+）形式存在的氮。人畜粪便中含氮有机物很不稳定，容易分解成氨。因此，水中氨氮含量增高时指以氨或铵离子形式存在的化合氮。

2015年圣诞节前人类已经成功分离出了可以直接将氨氮转化为硝氮的细菌，称为短程硝化细菌，结束了发现硝化细菌后100年来对氮素转化的教条式认知，特此批注。

NH3

NH3，氨气 阿摩尼亚 无色有刺激性恶臭的气味 极易溶于水 农业上可做氮肥 有毒、有腐蚀性、易燃、预热易爆炸。

氨水又称阿摩尼亚水，主要成分为NH3·H2O，是氨的水溶液，无色透明且具有刺激性气味。氨气易溶于水、乙醇。易挥发，具有部分碱的通性，氨水由氨气通入水中制得。氨气有毒，对眼、鼻、皮肤有刺激性和腐蚀性，能使生物窒息。

氨气溶于水后离解出OH-，反应为：

NH3+H2O <-->NH3·H2O<-->NH4+ + OH-

所以氨水呈现碱性。氨水的PH值会随着氨水浓度不同而不同，最大可以达到12。但不论它的PH值是多少，因为其碱性，都必然是大于7的。

NH4+

NH4，铵根离子:NH3氨气溶于水可以生成弱碱性的NH4OH，其中NH4就叫做氨气根物质。基本无毒。能与硫酸根等物质反应生成其他物质。

例如：氨气与稀硫酸反应：

H2SO4（硫酸）+2NH4OH → (NH4)2SO4+2H2O

此时NH3过量

H2SO4+NH4OH → NH4HSO4+H2O

此时H2SO4过量

注解： (NH4)2SO4： 硫酸铵 侵入途径： 吸入、食入、经皮肤吸收。健康危害： 对眼睛、粘膜和皮肤有刺激作用。

亚硝化细菌

亚硝化细菌

亚硝化细菌(又称氨氧化菌) 将氨（NH3）氧化成亚硝酸根（NO2-）。

反应式:

2NH3+3O2→2HNO2+2H2O+158kcal(660kJ)

亚硝酸盐

亚硝酸盐：亚硝酸根(NO2-)是一种有毒的原子团，由亚硝酸根和金属元素组成的盐叫做亚硝酸盐。亚硝酸盐是剧毒物质。

硝化细菌与硝化作用

硝化细菌：好氧菌，又称亚硝酸氧化菌，将亚硝酸氧化成硝酸。

反应式：

HNO2 + 1/2 O2 = HNO3, -⊿G= 18 kcal

硝化细菌的存活条件

硝化细菌的存活需要水分，还需要很高的氧气，所以只能生活在生化棉、生化球、玻璃环、陶瓷环等各种有微孔的滤材中。只有同时满足了水分与氧气的供应，它们才能存活。硝化细菌最适宜在弱碱性的水中生活，在温度达到25度左右时生长繁殖最快。

硝酸盐氮

硝酸盐氮：是含氮有机物经无机化作用最终的分解产物，水中的硝酸盐氮含量过高对生物体造成危害。如水体中仅有硝酸盐含量增高，氨氮(NH3-N)、亚硝酸盐氮（NO2-N）含量均低甚至没有，说明污染时间已久，现已趋向自净。虽然不像铵一样对鱼类有毒，硝酸盐可通过水体的富营养化、水体酸化，间接影响鱼类的生存。

厌氧性细菌与反硝化作用

厌氧性细菌（anaerobic bacteria）

厌氧性细菌是一类在无氧条件下比在有氧环境中生长好的细菌，而不能在空气（18%氧气）和（或）10%二氧化碳浓度下的固体培养基表面生长的细菌。在正常菌群中厌氧菌通常占有绝对的优势。

反硝化细菌

反硝化细菌是一种能引起反硝化作用的细菌。多为异养、兼性厌氧细菌，可以将硝态氮转化为氮气而不是氨态氮，与硝化细菌作用不完全相反。

反硝化作用（denitrification）

反硝化作用（denitrification）也称脱氮作用。反硝化细菌在缺氧条件下，还原硝酸盐，释放出分子态氮（N2）或一氧化二氮（N2O）的过程。反硝化细菌可以将硝态氮转化为氮气而不是氨态氮，与硝化细菌作用不完全相反。

总的反硝化过程可以用以下方程式表示：

2 NO3 + 10 e + 12 H → N2 + 6 H2O

其中包括以下四个还原反应：

硝酸盐还原为亚硝酸盐：

2 NO3 + 4 H + 4 e → 2 NO2 + 2 H2O

亚硝酸盐还原为一氧化氮：

2 NO2 + 4 H + 2 e → 2 NO + 2 H2O

一氧化氮还原为一氧化二氮：

2 NO + 2 H + 2 e → N2O + H2O

一氧化二氮还原为氮气：

N2O + 2 H + 2 e → N2 + H2O

氮循环的综述

生物脱氮是通过硝化细菌和反硝化细菌的联合作用使污水中的含氮污染物转化为氮气的过程。此过程主要受脱氮菌剂的活性、有机碳源、温度、pH 和溶解氧浓度等因素的影响，其中脱氮菌剂和有机碳源是最重要的影响因子，它们直接决定了生物脱氮作用的强度和代谢反应的特征。

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