养殖土木工程学：水产养殖环境工程02

硝化细菌特性
消化细菌的弱点 1. 具有光抑性 2. 生长和活力在酸性和碱性环境下低下 3. 在5度以下和42度以上活力低下 4. 特定生长率较低
理想状态下，7-8小时可以翻一番； 亚硝化细菌需要26小时以上； 硝化细菌需要60小时以上
硝化细菌特性
硝化细菌的附着性 1. 硝化细菌分泌脂多糖用于附着，形成生物膜。
亚硝酸在鱼体内的累积
➢ 以NO2-,透过鳃的吸收，血液中亚硝酸 的浓度可以达到周围环境的10倍
➢ 以HNO2，溶解于脂类中进入鱼体
亚硝酸毒性原理
➢ 亚硝酸从血浆进入血红细胞 ➢ 氧化铁到三价铁，形成氧化血红素 ➢ 氧化血红素不能运输氧
亚硝酸毒性表现
可以引起组织机理的改变，肝功能损伤 增加氧化血红素含量，引起氧运输困难 使鱼类生长速度减慢 引起窒息死亡
硝化反应与生物滤池
综述
第一部分 氨氮、亚硝酸、硝酸的产生、毒性和去除
第二部分 氨氮代谢 1. 鱼类代谢和氨氮的产生 2. 氨氮排泄率的测定
第三部分 生物过滤影响因素
水产养殖系统中的氮
鱼类氮的排泄途径 1. 鳃的渗透 2. 鳃的离子交换作用 3. 尿 4. 粪便
氮在养殖系统中的循环 TAN→NO2→NO3→NO2→N2
氨氮的产生
➢ 外源氨氮：肥料，工业渗漏等 ➢ 鱼类直接排泄 ➢ 有机物分解
氨氮的排泄
氨氮排泄计算公式 Kg TAN=WT×RF×ND×NM×NE
影响因素 ➢ 饲料组成 ➢ 投喂措施 ➢ 消化吸收率 ➢ 水温和溶解氧 ➢ 其它因素
鱼类氨氮排泄规律
mg-N/kg fish/h
80 60 40 20
0 0
2
4
6
8
10
Time after feeding(h）
鱼类氨氮排泄率测定
测定方法 1. 静水式
密闭水箱，测定初始和最终氨氮浓度
2. 流水式 采用半封闭水箱，测定入水和出水中 氨氮浓度，通过流量计算氨氮排泄率
优缺点比较 静水式简单，可靠，但是不连续 流水式可以连续观测
氨氮排泄率
种类
虹鳟 虹鳟 虹鳟 马哈鱼 总结
影响亚硝酸毒性的因素
阳离子 钙、钾、钠和镁离子等可以降低毒性； 阻止氯离子的流失，阻止吸收亚硝酸
酸度 在正常的pH 范围内，酸度对毒性的影响很小
溶解氧 低溶解氧浓度可以增加毒性
影响亚硝酸毒性的因素
温度 低温可以降低毒性
鱼的规格 鱼的规格越小，抵抗力越强， 但是差异不明显
鱼种差异 不同鱼种对亚硝酸的抵抗力差异很大
氨氮的组成
氨氮有游离性氨氮和溶解氨氮组成 TAN = NH3+NH4+
温度和pH是决定因素 NH3=（1.214TAN10pH) /{ e [ (6344/(273+T)]+10pH}
氨氮的毒性表现
损坏鱼鳃 降低生长速度 引起死亡
氨氮的毒性原理
渗透压失衡 ，导致肾功能丧失 内源氨氮排泄不畅，导致细胞功 能和神经系统受损 鳃丝受损，引起窒息
氨氮排泄率
备注
（g TAN-N/kg diet/day)
60.4-78.5
Fycon(1977)
20-30ຫໍສະໝຸດ Wester(1981)38
Gunther(1981)
32
Speece(1973)
20-78.5
启示
1. 鱼种内差异很大 2. 育种间差异很大 3. 普通在30 g TAN-N/kg diet/day左右
生物膜的密度为1.14克/立方厘米 2. 70-95%的游离硝化细菌可以在30分钟内附着 3. 附着的硝化细菌具有更强的省生命力
NH4+ + 1.83O2 + 1.98HCO3ˉ → 0.021C5H7O2N + 0.98NO3ˉ+ 1.041H2O + 1.88H2CO3 1 克氨氮转化为硝酸， 需要4.18克氧气，7.14克碱度（CaCO3), 产生8.59克碳酸，0.17克生物细胞。
硝化细菌的分类
1.亚硝化细菌（Nitosomonas） 把氨氮转化为亚硝酸的细菌总称
2.硝化细菌（Nitrobacter) 把亚硝酸转化为硝酸的细菌总称
硝化细菌特性
硝化细菌特征 长杆状，也有一些带有一到两个鞭毛，细胞凹 陷，富含细胞色素，大量繁殖时，呈现铁锈色
硝化细菌活性 1. 具有顽强的生命力，可以存活在陆地和水中 2. 作为自养细菌，可以独立完成生物合成过程 3. 在饥饿和厌氧条件下，可以存活很长时间
0.016
备注
安全 鳃损伤 慢性毒性 生理组织变化 生长缓慢
安全
96h-LC50致死浓度
96h-LC50致死浓度 96个小时内使鱼类死亡达到50%的 浓度。
氨氮的96h-LC50致死浓度报道范围 0.32-3.10 mg/L NH3-N
亚硝酸（Nitrite)的产生
➢ 外源亚硝酸：污水等 ➢ 氨氮代谢的中间产物 ➢ 反硝化过程的不完善
硝酸盐的毒性
硝酸的来源 1. 硝化反应的产物 2. 其它水生生物的代谢产物
毒性表现 1. 降低免疫功能 2. 引起生化和病理反应 3. 可能引起死亡 4. 增加亚硝酸亚浓度升高的可能性
硝酸的去除
常用换水的方式 反硝化反应 NO3→NO2→NO→N2O→N2
硝化反应公式
NH4+ + 1.5O2 → 2H+ + H2O + NO2ˉ NO2ˉ+ 0.5O2 → NO3ˉ
96h-LC50致死浓度
类型 虹鳟 鲶鱼 团头鲂 罗非鱼 鲈鱼 总范围
浓度 0.24-3.9
7.5 45 16 140 0.24-140
影响亚硝酸毒性的因素
氯离子 氯离子的浓度越高，亚硝酸的毒性越低； 1 mg/L的氯离子可以补偿0.37 mg/L的NO2-N 其它阴离子 溴粒子，碳酸氢根离子，硝酸根离子 两价和三价粒子的影响比较小
离子浓度的影响 1. 增加或者降低盐度增加毒性。 2. 增加钙，钠粒子浓度降低毒性，
由于离子交换原因
鱼类自身的影响 1. 幼鱼对氨氮浓度更加敏感。 2. 大鱼对氨氮的抵抗力更强。
慢性毒性安全浓度
类型
鳟鱼 EIFAC 虹鳟
EPA
氨氮浓度 （mg NH3-N/L)
0.0125 0.006 0.021 0.0125
影响氨氮毒性的因素
pH 的影响 通常认为NH3的毒性大。所以pH 越高， NH3的比例越高，TAN 的毒性越大。 相反的观点，NH4+和TAN都有毒性。
溶解氧的影响 氨氮的毒性和溶解氧的浓度成反比关系
温度的影响 低温增加氨氮的毒性，但是也有相反的观点
影响氨氮毒性的因素
二氧化碳浓度的影响 浓度越高，引起窒息的概率越大