Sự thật về vi khuẩn nitrat hóa
Một trong những khía cạnh quan trọng nhất và ít được hiểu rõ nhất của việc nuôi cá cảnh thành công là lọc sinh học và chức năng của nó trong chu trình nitơ. Theo truyền thống, những người mới chơi cá cảnh sẽ vỡ mộng trước tỷ lệ tử vong cao thường xuyên của vật nuôi thủy sinh sau khi thiết lập một bể cá mới. Theo thống kê, có tới 60% số cá được bán cho bể cá mới sẽ chết trong vòng 30 ngày đầu tiên. Hai trong số ba người chơi cá cảnh mới từ bỏ sở thích trong năm đầu tiên.
Được gọi là "Hội chứng bể mới", những con cá này bị nhiễm độc bởi hàm lượng amoniac (NH3) cao được tạo ra bởi quá trình khoáng hóa vi khuẩn trong chất thải của cá, thức ăn dư thừa và sự phân hủy của các mô động vật và thực vật. Amoniac bổ sung được bài tiết trực tiếp vào nước bởi cá. Ảnh hưởng của ngộ độc amoniac ở cá đã được ghi nhận rõ ràng. Những ảnh hưởng này bao gồm: tổn thương rộng rãi các mô, đặc biệt là mang và thận; mất cân bằng sinh lý; suy giảm tăng trưởng; giảm sức đề kháng với bệnh tật, và; cái chết.
Ngộ độc nitrit ức chế sự hấp thu oxy của hồng cầu. Được gọi là bệnh máu nâu hay methemoglobinemia, huyết sắc tố trong hồng cầu được chuyển thành methemoglobin. Vấn đề này nghiêm trọng hơn nhiều ở cá nước ngọt so với sinh vật biển. Sự hiện diện của các ion clorua (CL-) dường như ức chế sự tích tụ nitrit trong dòng máu.
Người chơi cá cảnh thành công nhận ra tầm quan trọng của việc thiết lập chu trình nitơ nhanh chóng và ít gây căng thẳng cho cư dân trong bể cá. Lọc bể cá đã phát triển từ các bộ lọc hộp cũ chứa đầy than và bông thủy tinh đến các bộ lọc dưới lớp sỏi, sau đó là các bộ lọc nhỏ giọt và gần đây nhất là các bộ lọc tầng sôi. Mọi tiến bộ đều nhằm cải thiện hiệu quả của quá trình lọc sinh học, từ đó làm tăng hiệu quả của chu trình nitơ. Sự sẵn có của các hệ thống lọc công nghệ cao tiên tiến đã làm tăng thêm tầm quan trọng của sự hiểu biết về hóa học cơ bản trong nước.
Vi khuẩn nitrat hóa được phân loại là vi khuẩn hóa vô cơ bắt buộc. Điều này đơn giản có nghĩa là họ phải sử dụng muối vô cơ làm nguồn năng lượng và nói chung không thể sử dụng vật liệu hữu cơ. Chúng phải oxy hóa amoniac và nitrit để đáp ứng nhu cầu năng lượng và cố định carbon dioxide vô cơ (CO2) để đáp ứng nhu cầu carbon. Chúng phần lớn không di động và phải cư trú trên bề mặt (sỏi, cát, vật liệu sinh học tổng hợp, v.v.) để phát triển tối ưu. Chúng tiết ra một chất nhờn dính mà chúng dùng để gắn vào.
Các loài Nitrosomonas và Nitrobacter là vi khuẩn gram âm, chủ yếu có hình que, có chiều dài từ 0,6-4,0 micron. Chúng là những vi khuẩn hiếu khí bắt buộc và không thể nhân lên hoặc chuyển hóa amoniac hoặc nitrit khi không có oxy.
Vi khuẩn nitrat hóa có thời gian thế hệ dài do năng lượng thu được từ các phản ứng oxy hóa của chúng thấp. Vì ít năng lượng được tạo ra từ những phản ứng này nên chúng đã tiến hóa để chuyển đổi amoniac và nitrit cực kỳ hiệu quả. Các nghiên cứu khoa học đã chỉ ra rằng vi khuẩn Nitrosomonas hoạt động hiệu quả đến mức một tế bào có thể chuyển đổi amoniac với tốc độ đòi hỏi tới một triệu vi khuẩn dị dưỡng để thực hiện được. Phần lớn năng lượng sản xuất ra của chúng (80%) được dành cho việc cố định CO2 thông qua chu trình Calvin và còn lại rất ít năng lượng cho sự tăng trưởng và sinh sản. Kết quả là chúng có tốc độ sinh sản rất chậm.
Vi khuẩn nitrat hóa sinh sản bằng cách phân chia nhị phân. Trong điều kiện tối ưu, Nitrosomonas có thể tăng gấp đôi sau mỗi 7 giờ và Nitrobacter sau mỗi 13 giờ. Thực tế hơn, chúng sẽ tăng gấp đôi sau mỗi 15-20 giờ. Đây là một khoảng thời gian rất dài vì vi khuẩn dị dưỡng có thể tăng gấp đôi chỉ trong thời gian ngắn 20 phút. Trong thời gian mà một tế bào Nitrosomonas cần có số lượng gấp đôi thì chỉ một vi khuẩn E. Coli sẽ tạo ra một quần thể vượt quá 35 nghìn tỷ tế bào.
Không ai trong số họ Nitrobacteraceae có thể hình thành bào tử. Chúng có một tế bào phức tạp (thành tế bào) được bao quanh bởi chất nhờn. Tất cả các loài đều có phạm vi chịu đựng hạn chế và nhạy cảm riêng với độ pH, nồng độ oxy hòa tan, muối, nhiệt độ và các hóa chất ức chế. Không giống như các loài vi khuẩn dị dưỡng, chúng không thể tồn tại trong bất kỳ quá trình sấy khô nào nếu không giết chết sinh vật. Trong nước, chúng có thể tồn tại trong thời gian ngắn trong điều kiện bất lợi bằng cách sử dụng các vật chất được lưu trữ trong tế bào. Khi những vật liệu này cạn kiệt, vi khuẩn sẽ chết.
Dữ liệu sinh học
Có một số loài vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter và nhiều chủng trong số đó. Hầu hết thông tin này có thể được áp dụng cho các loài Nitrosomonas và Nitrobacter nói chung, tuy nhiên, mỗi chủng có thể có khả năng chịu đựng cụ thể đối với các yếu tố môi trường và sở thích dinh dưỡng không được chia sẻ bởi các chủng khác, có liên quan rất chặt chẽ. Thông tin được trình bày ở đây áp dụng cụ thể cho các chủng Nitrosomonas và Nitrobacter .
Nhiệt độ
Nhiệt độ cho sự phát triển tối ưu của vi khuẩn nitrat hóa là từ 77-86° F (25-30° C).
Tốc độ tăng trưởng giảm 50% ở 64° F (18° C).
Tốc độ tăng trưởng giảm 75% ở 46-50° F.
Sẽ không có hoạt động nào xảy ra ở 39° F (4° C)
Vi khuẩn nitrat hóa sẽ chết ở 32°F (0°C).
Vi khuẩn nitrat hóa sẽ chết ở 120° F (49° C)
Nitrobacter ít chịu được nhiệt độ thấp hơn Nitrosomonas. Trong hệ thống nước lạnh, phải cẩn thận để theo dõi sự tích tụ nitrit.
pH
Phạm vi pH tối ưu cho Nitrosomonas là từ 7,8-8,0.
Khoảng pH tối ưu cho Nitrobacter là từ 7,3-7,5
Nitrobacter sẽ phát triển chậm hơn ở mức độ pH cao đặc trưng của bể cá biển và được các loài cichlid hồ Rift châu Phi ưa thích. Nồng độ nitrit cao ban đầu có thể tồn tại. Ở mức độ pH dưới 7,0, Nitrosomonas sẽ phát triển chậm hơn và sự gia tăng amoniac có thể trở nên rõ ràng. Sự tăng trưởng của Nitrosomonas bị ức chế ở độ pH 6,5. Tất cả quá trình nitrat hóa bị ức chế nếu độ pH giảm xuống 6,0 hoặc thấp hơn. Phải cẩn thận để theo dõi amoniac nếu độ pH bắt đầu giảm xuống gần 6,5. Ở độ pH này, gần như toàn bộ amoniac có trong nước sẽ ở trạng thái NH3+ bị ion hóa, độc hại nhẹ.
Oxy hòa tan
Tốc độ nitrat hóa tối đa sẽ tồn tại nếu mức oxy hòa tan (DO) vượt quá 80% độ bão hòa. Quá trình nitrat hóa sẽ không xảy ra nếu nồng độ DO giảm xuống 2,0 mg/l (ppm) hoặc thấp hơn. Nitrobacter bị ảnh hưởng mạnh mẽ hơn bởi DO thấp hơn NITROSOMONAS.
độ mặn
Vi khuẩn nitrat hóa nước ngọt sẽ phát triển ở độ mặn từ 0 đến 6 ppt (phần nghìn) (trọng lượng riêng trong khoảng 1,0000-1,0038).
Vi khuẩn nitrat hóa nước mặn sẽ phát triển ở độ mặn từ 6 đến 44 ppt. (trọng lượng riêng trong khoảng 1,0038-1,0329).
Sự thích nghi với các độ mặn khác nhau có thể kéo dài từ 1-3 ngày trước khi bắt đầu tăng trưởng theo cấp số nhân.
Vi chất dinh dưỡng
Tất cả các loài vi khuẩn nitrat hóa đều cần một số vi chất dinh dưỡng. Quan trọng nhất trong số này là nhu cầu phốt pho để sản xuất ATP (Adenosine Tri-Phosphate). Việc chuyển đổi ATP cung cấp năng lượng cho các chức năng của tế bào. Phốt pho thường được cung cấp cho tế bào dưới dạng phốt phát (PO4). Đặc biệt, Nitrobacter không thể oxy hóa nitrit thành nitrat khi không có phốt phát.
Lượng phốt phát vừa đủ thường có trong nước uống thông thường. Trong những khoảng thời gian nhất định trong năm, lượng phốt phát có thể rất thấp. Hiện tượng được gọi là "Khối phốt phát" có thể xảy ra. Nếu tất cả các thông số được mô tả ở trên nằm trong phạm vi tối ưu cho vi khuẩn và mức nitrit tiếp tục tăng mà không tạo ra nitrat thì có thể xảy ra hiện tượng tắc phốt phát. Trong những năm gần đây, với sự ra đời của hỗn hợp muối biển tổng hợp không chứa phốt phát, vấn đề này đã trở nên phổ biến đối với những người nuôi cá biển khi thiết lập một bể mới.
May mắn thay, khối phốt phát rất dễ khắc phục. Cần bổ sung nguồn phốt phát vào bể cá. Axit photphoric được khuyến cáo là loại dễ sử dụng và liều lượng đơn giản nhất, tuy nhiên, có thể thay thế mono-natri photphat hoặc di-natri photphat. Khi sử dụng hỗn hợp axit photphoric 31%, áp dụng một lần 1 giọt cho mỗi 4 gallon nước để kích hoạt Nitrobacter. Liều lượng nhỏ axit photphoric này sẽ không ảnh hưởng đến độ pH hoặc độ kiềm của bể cá biển.
Mức độ tối thiểu của các vi chất dinh dưỡng thiết yếu khác thường không phải là vấn đề vì chúng có sẵn trong nguồn cung cấp nước uống của chúng ta. Sự phổ biến ngày càng tăng của các bộ lọc nước công nghệ cao để khử ion, chưng cất và thẩm thấu ngược (siêu lọc) tạo ra nước bị loại bỏ các chất dinh dưỡng này. Mặc dù các bộ lọc này nhìn chung rất tuyệt vời để tạo ra nước có độ tinh khiết cao, nhưng loại nước này cũng sẽ ức chế vi khuẩn nitrat hóa. Người chơi cá cảnh nghiêm túc phải bổ sung lượng muối cơ bản cần thiết cho sự sống còn của cư dân trong bể cá. Tuy nhiên, những loại muối này thường thiếu các vi chất dinh dưỡng quan trọng này.
Dinh dưỡng
Tất cả các loài Nitrosomonas đều sử dụng amoniac (NH3) làm nguồn năng lượng trong quá trình chuyển đổi thành nitrit (NO2). Amoniac trước tiên được chuyển hóa (thủy phân) thành hợp chất amin (NH2) sau đó bị oxy hóa thành nitrit. Quá trình chuyển đổi này cho phép Nitrosomonas sử dụng một số hợp chất amin đơn giản, chẳng hạn như các hợp chất được hình thành từ quá trình chuyển đổi amoniac bằng chất tẩy amoniac hóa học.
Nitrosomonas có khả năng sử dụng urê làm nguồn năng lượng.
Tất cả các loài Nitrobacter đều sử dụng nitrit làm nguồn năng lượng để oxy hóa chúng thành nitrat (NO3).
Màu sắc và mùi
Tế bào của vi khuẩn nitrat hóa có màu từ đục đến nâu. Những gì bạn nhìn thấy thực ra là những khối vi khuẩn dính chặt với nhau bởi ma trận chất nhờn của chính chúng.
Hầu hết các dung dịch vi khuẩn nitrat hóa đều có mùi "đất".
Thận trọng: dung dịch chứa chất lỏng màu nâu sẫm hoặc đen và/hoặc sản phẩm có mùi lưu huỳnh hoặc trứng thối có thể chứa vi khuẩn hư hỏng hoặc thậm chí bị ô nhiễm. Nếu bạn nghi ngờ sản phẩm bị hư hỏng hoặc bị ô nhiễm, không áp dụng cho hệ thống thủy sinh khép kín.
Ánh sáng
Vi khuẩn nitrat hóa rất nhạy cảm với ánh sáng, đặc biệt là ánh sáng xanh và tia cực tím. Sau khi chúng đã xâm chiếm một bề mặt thì ánh sáng này không có vấn đề gì. Trong 3 hoặc 4 ngày đầu tiên, nhiều tế bào có thể lơ lửng trong cột nước. Các bóng đèn chuyên dụng trong bể cá rạn san hô phát ra tia UV hoặc gần tia UV nên tắt trong thời gian này. Chiếu sáng bể cá thường xuyên không có tác động tiêu cực đáng kể.
Clo và cloramin
Trước khi thêm vi khuẩn hoặc cá vào bất kỳ bể cá hoặc hệ thống nào, tất cả clo phải được trung hòa hoàn toàn. Clo hoặc chloramines dư sẽ tiêu diệt tất cả vi khuẩn nitrat hóa và cá.
Hầu hết các thành phố của Hoa Kỳ hiện nay đều xử lý nước uống bằng chloramines. Cloramin ổn định hơn clo. Nên kiểm tra clo bằng bộ dụng cụ kiểm tra rẻ tiền. Nếu bạn không chắc liệu nước của mình đã được xử lý bằng cloramin hay chưa, hãy kiểm tra amoniac sau khi trung hòa clo. Bạn cũng có thể gọi cho cơ sở xử lý nước tại địa phương của bạn.
Loại chloramines được hình thành phụ thuộc vào độ pH. Hầu hết nó tồn tại dưới dạng monochloramine (NH2Cl) hoặc dichloramine (NHCl2). Chúng được tạo ra bằng cách thêm amoniac vào nước clo. Các hóa chất khử clo thương mại, chẳng hạn như natri thiosulfate (Na2S2O2) phá vỡ liên kết clo:amoniac. Clo (Cl) bị khử thành ion clorua (Cl- ) vô hại. Vì dichloramine có hai phân tử clo nên nên dùng liều gấp đôi chất tẩy clo, chẳng hạn như natri thiosulfate.
Mỗi phân tử cloramin bị khử sẽ tạo ra một phân tử amoniac. Nếu nồng độ chloramine là 2 ppm thì bể cá hoặc hệ thống của bạn sẽ bắt đầu với 2 ppm amoniac. Chất tẩy clo sẽ giảm tới 2 ppm clo ở liều lượng khuyến nghị. Trong những tháng ấm hơn, nồng độ clo có thể vượt quá 2 ppm. Cần phải tăng gấp đôi liều lượng để loại bỏ lượng clo dư thừa một cách hiệu quả.
Thêm vi khuẩn
Sau khi tất cả clo đã được trung hòa một cách an toàn, nên thêm vi khuẩn nitrat hóa vào để loại bỏ amoniac trong bể cá. Tùy thuộc vào độ pH của bể cá, có thể nên thêm 3-4 ngày trước khi thả cá vào để giảm thiểu căng thẳng. Nếu nguồn nước không chứa cloramin và không có amoniac thì nên bổ sung vi khuẩn nitrat hóa cùng lúc với cá.
Các loài vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter thuộc họ NITROBACTERACEAE - vi khuẩn nitrat hóa thực sự. Năm chi thường được chấp nhận là chất oxy hóa amoniac và bốn chi là chất oxy hóa nitrit. Trong số này, Nitrosomonas (chất oxy hóa amoniac) và Nitrobacter (chất oxy hóa nitrit) là quan trọng nhất. Các loài sinh vật biển khác với những loài thích nước ngọt, tuy nhiên chúng có mối quan hệ rất chặt chẽ với nhau. Mỗi loài có một phạm vi tối ưu nhất định để sinh tồn. Chúng là nhóm vi khuẩn nitrat hóa hiệu quả nhất và quan trọng nhất và có mặt khắp nơi (trên toàn thế giới) trong sự phân bố của chúng.
Cần thận trọng đối với các công ty nghiên cứu cung cấp các chủng vi khuẩn nitrat hóa thực sự. Thông thường "vi khuẩn" được tìm thấy trên thị trường không phải là vi khuẩn nitrat hóa tự dưỡng thực sự mà thay vào đó là vi khuẩn tiêu thụ bùn (hữu cơ) dị dưỡng. Vi khuẩn dị dưỡng không phải là vi khuẩn nitrat hóa và việc sử dụng vi khuẩn dị dưỡng sẽ mang lại rất ít hoặc không mang lại lợi ích gì trong việc thiết lập bộ lọc sinh học tiêu thụ amoniac và nitrit “theo chu kỳ”.
Danh sách các sản phẩm tuyên bố có chứa vi khuẩn nitrat hóa thực sự:
thuộc địa
Vi khuẩn Nitrat hóa cấp chuyên nghiệp Bổ sung cho bể cá biển ( Thuộc địa ) Thuộc địa Bổ sung vi khuẩn nitrat hóa cấp chuyên nghiệp cho bể cá nước ngọt ( Thuộc địa ) ATM (Sản xuất bể acrylic) , Las Vegas, NV 89118 ATM (Sản xuất bể acrylic) Vương quốc Anh , Norwich NR10 3SS - Ứng dụng chuyên nghiệp
ProLine
Vi khuẩn nitrat hóa, nước ngọt ( ProLine ) Vi khuẩn nitrat hóa ProLine, nước mặn ( ProLine ) Pentair Aquatic Eco-Systems, Inc. , Apopka, FL 32703
Giải pháp thủy sinh
Vi khuẩn nitrat hóa, Nước ngọt ( Dung dịch thủy sinh ) Giải pháp thủy sinh Vi khuẩn nitrat hóa, nước mặn ( Dung dịch thủy sinh ) Aquatic Solutions, LLC , Des Moines, Iowa 50310
DrTim's
Vi khuẩn nitrat hóa một & duy nhất cho bể cá nước ngọt (Một & duy nhất ) Vi khuẩn nitrat hóa sống một & duy nhất cho bể cá rạn san hô, Nano và cá ngựa (Một & duy nhất ) DrTim's Aquatics, LLC , Moorpark, CA 93021
Fritz Zyme #7
TurboStart (Nước Ngọt) Fritz Zyme #9 – TurboStart (Nước Mặn) Fritz Industries - Fritz Pet Products, Dallas, TX 75149
Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm
Việc sử dụng tên thương mại trong ấn phẩm này chỉ nhằm mục đích cung cấp thông tin cụ thể. B lue Ribbon Koi không đảm bảo hoặc bảo hành các sản phẩm được nêu tên và các tham chiếu đến chúng trong ấn phẩm này không biểu thị sự chấp thuận của chúng tôi đối với việc loại trừ các sản phẩm khác có thành phần phù hợp.
