? ? ?良好的水環境是魚類生存的基礎，水質情況的好壞直接影響魚類及其他水生生物的生存、生長和發育。水體的水處理是尤為重要，水處理系統地健全與否，直接關系到水生生物飼養的健康及展示效果。各水族館中水處理系統由很多部分組成，由于受各自條件的影響，各不同水族館的維生系統千差萬別，歸納起來由一下幾部分組成:過濾系統、殺菌系統、溫控系統、硝化與反硝化系統（特指內陸海洋館）和自動控制系統。在此處主要針對過濾系統（包括物理過濾系統、化學過濾系統和生化過濾系統）地配置和選型原理及各組成部分的動力設備進行討論。

生化過濾系統

? ? ? 通過化學反應和傳質作用來分離、去除廢水中呈溶解、膠體狀態的污染物或將其轉化為無害物質的方法。要維持一個良好的水質條件(特別是海水環境 )，生化過濾系統是不可或缺的，與前述過濾系統不同的是，生化過濾不能去除廢物，但能改變某些物質的化學結構，進而轉化成較不具毒性的物質，一般是把水體中的有毒性含氮廢物如 NH3、N02^?。轉化成毒性較弱的N03^-或 N2 而逸入水中，主要由水中生物經過礦化作用，硝化作用，異化作用及同化作用等4個步驟來完成。
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1 ?礦化作用(氨化作用)

? ? ? 有機氮化合物在氨化菌作用下，分解轉化為氨氮，稱“氨化反應”。氨化是脫出羧基和氨基的過程。生物濾池中的礦物化由異養菌(Heterotrophicbacteria)來承擔，其主要作用是分解養殖系統中的有機物，如魚的排泄物、殘餌、其他微生物的細胞等。在這個過程中，復雜的大分子有機物被分解為簡單的無機物，如蛋白質分解為氨基酸，并最終分解為氨氮，碳水化合物分解為二氧化碳和水。

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?氨化菌

? ? ? ? ? ? ?RCHNH2 COOH + 02^{?????????????????}→ NH3 + CO2↑+ RCOOH

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? ? ? 氨化菌是異養菌，有好氧菌、也有兼性菌和厭氧菌。因此有機氮很容易被氨化。生物過濾主要是依靠細菌和藻類來完成，’而細菌又分自營性細菌一利用無機物作為能量來源，異常性細菌一利用有機物作能量來源，礦化作用是一個將有機物質分鐘成為無機狀態的過程，因此需異營性細菌來完成。 ??? ? ?

? ? ? 當異營性細菌以水中氨基酸作為能量來源時，可以通過氨基轉換作用，脫氫作用(把氮變成氨)吸脫羧作用將氨基酸轉變成有機酸，當異營性細菌將含氮有機物轉成無機態物質后，將進入下一階段的硝化作用。

? ? ? 影響礦化作用的因素主要是細菌的附著基質及其所能提供的附著面積。

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2? 硝化作用

? ? ? 由種類非常有限的自養微生物完成，分兩步：一、亞硝酸菌利用氧將氨氮轉化為亞硝酸氮；二、硝酸菌利用氧將亞硝酸氮轉化為硝酸氮，這一過程統稱硝化。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 亜硝酸菌

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?NH4⁺1.5O2?^{??????????????}→ NO2^-?+H20 +2H⁺

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 硝酸菌
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? NO2^-?+ 0.5O2?^{??????????????}→ NO3^-
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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?硝化細菌
總反應方程式： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?NH4⁺?+202?^{??????????????}→ NO3^-??+H20 +2H⁺
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? ? ? 硝化作用的目的是把毒性較強的氨氮(NH3-N)及亞硝酸氮(N02^_N)轉化成毒性較弱的硝酸態氮(N03^-N)。主要有兩類細菌來完成，即亞硝酸菌類(Nitrosomohas．spp)和硝化菌類(Nitrobacter．spp)。亞硝酸菌和硝酸菌均為化能自養菌，統稱硝化細菌。屬革蘭氏染色陰性、不生芽孢的短干菌和球菌，以C02為碳源，從無機物的氧化中獲取能量。生長速率很低(因為NH4⁺-N和N02^-N氧化過程產能底)。硝化作用會受到溫度、PH值、溶氧、氨和亞硝酸的影響。溫度愈高，可使硝化作用的活性增加，但這不表示溫度越高越好，因為溫度越高，溶氧的飽和度會降低，因此硝化作用僅能在溫度與溶氧之間取得一個平衡關系以獲得最高的效率。一般的建議是以不超過30℃，不低于20℃為原則。在一般的生物處理程序中，硝化反應系統受pH影響很大。硝化細菌在生長過程中會消耗大量堿度，故pH稍高于7～8，有利于硝化作用。一般的建議是以介于7．5～8．2之間最佳，若高于9．0或低于6．0都要避免，因為那已超過硝化細菌正常生長的范圍，必然會影響硝化作用的效率。當溶氧(DO)濃度低時，硝化反應受溶氧濃度影響很大。但在一般的生物處理程中，溶氧則較不容易控制，因此必須作處理水之溶氧測試，并控制至少不低于2～3ppm的范圍內。分子性的氨和游離的亞硝酸均會對硝化反應產生抑制作用。分子性的氨濃度如果高于10一-150ppm，可能對亞硝酸化作用產生抑制作用，高于0．1～1．0ppm對硝酸化作用即產生抑制作用。亞硝酸濃度若大于0．22--一2．8ppm亦會抑制硝酸化作用。碳氮比：硝化細菌之存在比率取決于污水中含碳物質及含氮物質之相對數量。含氮營養物濃度之測定可利用凱氏法(Kjeldahl method)測得所謂的總凱氏氮(Totol KjeldahlNitrogen)，簡稱TKN，其值包含氨及有機氮化物。含碳物質濃度之測定可利用生化需氧量BOD(Biochemical OxygenDemand)行之，它代表有機污染之程度。BOD／TKN簡稱碳氮比。碳氮比愈高，異營性氧化菌的活性較大，大量繁殖，消耗溶氧速率快，使硝化細菌無法生存競爭。反之，如果碳氮比愈低，則有利于硝化細菌之增殖。水中的有毒物質。所有抑制NI-13-N和N02N氧化的物質都會抑制硝化細菌的生長和繁殖，如藥物、污染物、硫化氫及氨等。因為硝化菌必須先附著于濾床有機物上才能分解水中的DOC，所以若水中可供細菌附著的表面積增加，硝化作用也會增加。

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3? 異化作用(反硝化作用)

? ? ? 反硝化細菌——異養兼性厭氧菌，自然界很多。包括變形桿菌、假單胞桿菌、小球菌。在有分子氧(02)存在時，利用02呼吸降解有機物，無02時利用N02。、N03‘作為電子受體。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? 反硝化菌

? ? ? ? ? ? ?NO2^{- ?}+3H(電子供體—有機物）?^{? ? ? ? ? ? ?}→ 0.5N2↑+ H20 + OH^-
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 反硝化菌
? ? ? ? ? ? NO3^{- ?}+5H(電子供體—有機物）?^{??????????????}→ 0.5N2↑+ 2H20 + OH^-
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? ? ? 硝酸鹽的異化作用(或稱呼吸作用)是一個把N03-N轉變成N0^2--N，NH³-N，N02或N2的過程，若最終產物是N20或N2，則這一過程也被稱為去氮作用。影響異化作用的因子：溫度影響反硝化細菌的比增長速率，及活性。研究人員認為去氮作用的細菌在溫度介于5—27℃時都可以發揮作用。PH值一般正常的PH值范圍在5．9—9．2之間，但PH值除了會影響細菌的活性之外，也影響到去氮作用的最終產物。在PH>7．3時，其最終產物為N2，而低于此PH值的最終產物則是N20。溶解氧(DO)異化作用主要在無氧狀態下產生，因此其最適宜條件與硝化作用相反。抑制反硝化菌活性，與硝態氮競爭電子供體。一般DO <0．3mg/L。碳源在水體中移出含氮廢物可分成兩個階段，一是在有氧狀態下，進行硝化作用；二是在無氧狀態下加入碳源以刺激去氮作用。C/N比：理論上，還原1g硝酸氮——需要碳源2．86g(BOD5)，一般原水中的都不夠。

? ? ? 有毒物質：反硝化細菌抗毒性能力>硝化細菌，與一般好氧異養菌相同。所以毒性瓶頸在消化過程。

? ? ? 在一個開放水域或戶外養殖地，水中藻類在去氮作用中也占有重要角色，這是由于水中藻類或植物利用水中的氮、磷來作為其營養元素。