原文: Bacteria Overpopulation Likely Slows Or Stalls Nitrate Reduction During Vinegar And Ethanol Dosing

這篇文章中的實驗是由國外魚友Dan_P所設計與進行的，其中得出的結果我認為還蠻有趣的，也能解釋一些我們在缸內觀察到的現象，分享上來給正在使用或是考慮使用碳源法處理營養鹽的玩家參考一下。

文章中的所有實驗都是在含1.5L海水的缸內進行，並從既有的海水缸中取水進行實驗，缸內以磁石攪拌器提供水流並且沒有蛋白等過濾或砂石等基材。第一批的實驗先測試到底定量碳源對於營養鹽的消耗是否符合理論值的推算，實驗細節可參考作者所發表的前兩篇文章(其ppm換算結果可參考之前L大整理的表格)。碳源法消耗營養鹽的原理是透過細菌的增生來將營養鹽固定到biomass中，而透過這過程的理論反應式可得出C5H7O2N這個同化比例(圖一)。


圖一. 乙酸和乙醇的代謝理論反應式


由圖二和圖三可見在實驗中所觀察到的添加醋以及酒精對於NO3以及氧氣的消耗量和理論值之對比，預估的結果都還算符合。在結果中，等莫耳數下酒精所消耗的NO3略高於醋而耗氧量則略低，每3.785L的海水中加入1mL的5%家用醋可消耗約2ppm的NO3及7.2ppm的氧氣; 而酒精則是每3.785L的海水加入0.13mL的伏特加(約40%酒精含量)可降低3.1ppm的NO3及10.8ppm的氧氣(PO4並沒有被包含在反應式內，不過在作者的實驗觀察中大約會是NO3的1/10重量)。


圖二. 添加醋的實際消耗與理論值對比



圖三. 添加酒精的實際消耗與理論值對比


不過有趣的是這樣符合的理論值的結果基本上只會出現在前幾次添加碳源的時候，到了之後的添加反而會開始偏離理論值，而這也是這篇文章主要想探討的現象。圖四圖五中可以看到無論是醋還是酒精，NO3消耗的趨勢都是會在第二次添加時到達消耗量高峰，而之後每次添加的消耗量則會越來越低。圖六圖七中則可看到NO3與氧氣消耗與碳源添加的比例關係基本上都會在第一次或添加時與理論值(C5H7O2N 50:50)最接近，但之後的添加則離得越來越遠。而這個NO3消耗下降、氧氣消耗上升的現象作者認為可能是由於碳源的添加量不足以支撐既有的細菌族群使細菌開始死亡被分解所導致。

圖四. 每次添加醋的氧氣、NO3、PO4、NH3濃度變化(正值代表消耗，負值代表增加)


圖五. 每次添加醋的氧氣、NO3、PO4、NH3濃度變化(正值代表消耗，負值代表增加)


圖六. 每次添加碳源的NO3消耗量與碳源添加量對應關係


圖七. 每次添加碳源的氧氣消耗量與碳源添加量對應關係


為了進一步驗證是否真的是因為細菌過度增生導致的，作者接下來在每次添加碳源前都以濾膜過濾掉海水中多數的細菌並移到新缸，接著比較其營養鹽與沒有過濾僅移海水的組別之間的差異。從圖八和九中可以看到每次都有過濾的海水消耗NO3以及PO4的效率都可以維持在較高的數值，反之沒有過濾的海水之消耗率則會隨著添加次數下降。圖十則可看到有過濾組在後幾次添加的的NH3增加量也明顯低於沒過濾組。

圖八. 有過濾細菌與沒過濾細菌的海水每次添加碳源後的NO3消耗比較


圖九. 有過濾細菌與沒過濾細菌的海水每次添加碳源後的PO4消耗比較


圖十. 有過濾細菌與沒過濾細菌的海水每次添加碳源後的NH3增加比較


到這裡我們可以知道若增長的細菌沒有被移除，營養鹽的去除效率會隨著每次添加越來越差。通常在討論到移除碳源法的細菌時我們會想到使用蛋白機，然而蛋白能移除的也就只有水體中的細菌，對生物膜上的無能為力，而最後的實驗便是想探討到底是長在固體表面上的細菌貢獻消耗的多還是飄在水中的貢獻的多。這次的實驗分為海水組(water)以及容器組(box)，海水組在第五次添加碳源前會被移到新的乾淨容器內並在之後每次添加前都移一次;容器組則是第五次添加前會100%換水並在之後每次添加前都換。圖十一中可看到海水組在分離後的表現比較接近一個全新的缸子，一樣在第兩次添加可到達消耗高峰並在之後開始下降;而容器組的表現則和完全沒換水的control長得差不多，代表在這次實驗中，固體表面上的細菌似乎才是主導營養鹽消耗的部分。

圖十一.容器組以及海水組在第五次添加碳源分離後的NO3消耗變化


總結
1. 碳源的添加量不足的話就算你加再久也不會有什麼差異，因為細菌的數量已達該添加量能支撐的極限，再加也無法使biomass增加而僅能供應一般的能量消耗。所以若是一陣子沒有觀察到營養鹽下降的話，直接調整單次添加量會是比較有效的做法。

2. 若是缸內的細菌增長主要發生在固體表面上的話，蛋白機移除的細菌對於碳源法的效率可能不會增加太大的幫助。

3. 消耗量在前一兩次添加可達到每3.785L的海水中加入1mL的5%家用醋消耗約2ppm的NO3及7.2ppm的氧氣; 或每3.785L的海水加入0.13mL的伏特加(約40%酒精含量)降低3.1ppm的NO3及10.8ppm的氧氣。

4. 一次添加足以耗掉2~3ppm NO3的碳源同時也會消耗掉很多氧氣，若缸內沒有良好曝氣的話可能造成生物的危險。

難怪我早上餵完飼料後，只要有用手去搓沸石跟側濾槽裡的缸壁與器材表面(會有滑滑的感覺），隔天早上就會有水比較清新的味道，
雖然一搓水就會白濛濛的，但珊瑚出毛更好，而且通常不超過半小時水就清了～

legendhua 說：

難怪我早上餵完飼料後，只要有用手去搓沸石跟側濾槽裡的缸壁與器材表面(會有滑滑的感覺），隔天早上就會有水比較清新的味道，
雖然一搓水就會白濛濛的，但珊瑚出毛更好，而且通常不超過半小時水就清了～

按一下展開……

我也是挺好奇到底搖晃沸石的動作對營養鹽的消耗會不會有顯著的影響。
目前我針對KZ的碳源和菌種的實驗結果是發現官方的每日添加劑量對於營養鹽的降低幾乎沒什麼效果，所以剩下與一般柏林缸的的差異就是沸石了。

jeremie 說：

我也是挺好奇到底搖晃沸石的動作對營養鹽的消耗會不會有顯著的影響。
目前我針對KZ的碳源和菌種的實驗結果是發現官方的每日添加劑量對於營養鹽的降低幾乎沒什麼效果，所以剩下與一般柏林缸的的差異就是沸石了。

按一下展開……

我的缸也是，到後來 af pro bio s 和 np pro怎麼加量，對np都沒有影響了～

後來 np pro就沒再買， pro bio s換水時或是缸內紅泥或壞菌有增多趨勢時，才會添加.

手搓揉沸石是觀察到有助於白天出毛的，但對np沒觀察到很直接的關係（可能也和我沒有很密集的測量有關）

legendhua 說：

難怪我早上餵完飼料後，只要有用手去搓沸石跟側濾槽裡的缸壁與器材表面(會有滑滑的感覺），隔天早上就會有水比較清新的味道，
雖然一搓水就會白濛濛的，但珊瑚出毛更好，而且通常不超過半小時水就清了～

按一下展開……

哥太勤勞了啦~什麼時候要上自動沸石桶~~(印象中好像你說位置不夠?)

legendhua 說：

我的缸也是，到後來 af pro bio s 和 np pro怎麼加量，對np都沒有影響了～

後來 np pro就沒再買， pro bio s換水時或是缸內紅泥或壞菌有增多趨勢時，才會添加.

手搓揉沸石是觀察到有助於白天出毛的，但對np沒觀察到很直接的關係（可能也和我沒有很密集的測量有關）

按一下展開……

我用KZ的碳源確實也是缸子穩定起來後效果看起來就是維持而已.
但在剛開缸或是調整NP的時候, 我覺得碳源就很有用. (你缸子可能太穩定了感覺不出來, 哈哈哈)
比如你也知道的我最近在滴定N, 還有那時候跟你討論完後有開始加多元浮游(NP會升).
這種時候如果我覺得NP有上升太多的情況, 我會加碳源跟菌(KZ), 隔天或是隔幾天會明顯下降. (N大概降5->2.5, P會降0.01-0.03)
(P.S N只用莎莉法測試所以主要看P吧)

jeremie 說：

我也是挺好奇到底搖晃沸石的動作對營養鹽的消耗會不會有顯著的影響。
目前我針對KZ的碳源和菌種的實驗結果是發現官方的每日添加劑量對於營養鹽的降低幾乎沒什麼效果，所以剩下與一般柏林缸的的差異就是沸石了。

按一下展開……

我沸石桶用起來是沒有特別對NP有影響耶. (但我更換週期遠超過原廠建議)
但大概三個月換一次也不會特別看到換完NP降低之類的效果. 目前覺得沸石就是增加培菌跟養分而已, 算是缸內穩定的一環.(我認為對於可以把活石移除有幫助)
至於KZ碳源, 如上述, NP有上升的時候還是有點幫助的.(實務操作上觀察到的, 也許不同缸子狀況不同?)

Peterliu0801 說：

哥太勤勞了啦~什麼時候要上自動沸石桶~~(印象中好像你說位置不夠?)



我用KZ的碳源確實也是缸子穩定起來後效果看起來就是維持而已.
但在剛開缸或是調整NP的時候, 我覺得碳源就很有用. (你缸子可能太穩定了感覺不出來, 哈哈哈)
比如你也知道的我最近在滴定N, 還有那時候跟你討論完後有開始加多元浮游(NP會升).
這種時候如果我覺得NP有上升太多的情況, 我會加碳源跟菌(KZ), 隔天或是隔幾天會明顯下降. (N大概降5->2.5, P會降0.01-0.03)
(P.S N只用莎莉法測試所以主要看P吧)


我沸石桶用起來是沒有特別對NP有影響耶. (但我更換週期遠超過原廠建議)
但大概三個月換一次也不會特別看到換完NP降低之類的效果. 目前覺得沸石就是增加培菌跟養分而已, 算是缸內穩定的一環.(我認為對於可以把活石移除有幫助)
至於KZ碳源, 如上述, NP有上升的時候還是有點幫助的.(實務操作上觀察到的, 也許不同缸子狀況不同?)

按一下展開……

由於碳源法主要是藉由同化作用來消耗營養鹽，所以能處理的量是直接受到增生的細菌biomass影響的。也因此雖然在缸內的確可能有其他環境因子影響，但固定碳源量能降的上限值還是可以透過實驗得到(也就是這篇的實驗主軸之一)，實務上多半也只會低於該上限消耗量。

有空我會再整理一下我目前的實驗結果，不過在我進行的五組重複實驗中，10mL/100L的zeostart添加量(14天開缸的第一天添加量，也是平時每日建議添加量的五十倍)所能降的上限PO4濃度基本上都落在0.1ppm左右，而有沒有加zeobak則基本上沒影響。
由這篇的結果我們可以知道每次添加碳源的營養鹽消耗量會隨著添加次數逐漸降低，因此少量多次的效果通常只會更差。

我覺得很多玩家可能都有點低估自己缸內本身的消耗能力了。我手邊三缸比較高密度的骨缸每天都可以耗個0.1~0.2ppm的PO4，我數次加過頭也都不用一兩周就會被吃回來。
此外，PO4還有另一個常被忽略的消耗途徑，那就是固體表面的吸附。這個現象尤其容易發生在有大量沙石的缸，也使得PO4常常有異常難降或難拉的狀況。

jeremie 說：

由於碳源法主要是藉由同化作用來消耗營養鹽，所以能處理的量是直接受到增生的細菌biomass影響的。也因此雖然在缸內的確可能有其他環境因子影響，但固定碳源量能降的上限值還是可以透過實驗得到(也就是這篇的實驗主軸之一)，實務上多半也只會低於該上限消耗量。

有空我會再整理一下我目前的實驗結果，不過在我進行的五組重複實驗中，10mL/100L的zeostart添加量(14天開缸的第一天添加量，也是平時每日建議添加量的五十倍)所能降的上限PO4濃度基本上都落在0.1ppm左右，而有沒有加zeobak則基本上沒影響。
由這篇的結果我們可以知道每次添加碳源的營養鹽消耗量會隨著添加次數逐漸降低，因此少量多次的效果通常只會更差。

我覺得很多玩家可能都有點低估自己缸內本身的消耗能力了。我手邊三缸比較高密度的骨缸每天都可以耗個0.1~0.2ppm的PO4，我數次加過頭也都不用一兩周就會被吃回來。

按一下展開……

沒有加過PO4, 但P一天吃.1-0.2ppm有點難以想像....畢竟我缸內現在也長期穩定再0.1左右而已.
甚至一年多前是長期維持在0.06. 所以我從來沒想過滴定PO4.
倒是N比較有你說的現象. 連續滴定了(用量大概是一天提升0.13ppm)好幾個禮拜才開始有顏色.
現在就維持在2.5附近. 所以大概也可以說一天消耗0.1左右?

jeremie 說：

此外，PO4還有另一個常被忽略的消耗途徑，那就是固體表面的吸附。這個現象尤其容易發生在有大量沙石的缸，也使得PO4常常有異常難降或難拉的狀況。

按一下展開……

這邊說的是底沙嗎?
除了開缸不穩定時期需要靠ROWA跟碳源外, 好像沒特別感覺.
現在遇到高一點的時候(餵完珊瑚糧or餵食比較多or 量到P比較高的時候)都會加一下碳源來降.

jeremie 說：

由於碳源法主要是藉由同化作用來消耗營養鹽，所以能處理的量是直接受到增生的細菌biomass影響的。也因此雖然在缸內的確可能有其他環境因子影響，但固定碳源量能降的上限值還是可以透過實驗得到(也就是這篇的實驗主軸之一)，實務上多半也只會低於該上限消耗量。

有空我會再整理一下我目前的實驗結果，不過在我進行的五組重複實驗中，10mL/100L的zeostart添加量(14天開缸的第一天添加量，也是平時每日建議添加量的五十倍)所能降的上限PO4濃度基本上都落在0.1ppm左右，而有沒有加zeobak則基本上沒影響。
由這篇的結果我們可以知道每次添加碳源的營養鹽消耗量會隨著添加次數逐漸降低，因此少量多次的效果通常只會更差。

我覺得很多玩家可能都有點低估自己缸內本身的消耗能力了。我手邊三缸比較高密度的骨缸每天都可以耗個0.1~0.2ppm的PO4，我數次加過頭也都不用一兩周就會被吃回來。
此外，PO4還有另一個常被忽略的消耗途徑，那就是固體表面的吸附。這個現象尤其容易發生在有大量沙石的缸，也使得PO4常常有異常難降或難拉的狀況。

按一下展開……

上一缸一開缸就走到NP失衡，N>25 P0，萬物具滅。P每天滴入0.1ppm，每天量測NP，確實每天都能吃掉0.1ppm，後來有測試滴入0.2ppm，會有剩一些，所以P每天能吃掉0.1-0.2ppm覺得很正常，而且這還是LPS缸轉骨缸的移缸而已，我覺得都是菌在消耗，因為看消耗比例，到後面才有N消耗更大的比例才會覺得是微生物、或是其他。

也問一下J大，我在營養輸入固定的情況下，滴定N的前期，P會微微提升，滴到一定程度P就會鎖在某個值如0.02ppm，換成N累積，也是P的固體表面的吸附造成的嗎? 我舖砂後反而NP沒這麼直覺，是這個原因嗎?

Peterliu0801 說：

沒有加過PO4, 但P一天吃.1-0.2ppm有點難以想像....畢竟我缸內現在也長期穩定再0.1左右而已.
甚至一年多前是長期維持在0.06. 所以我從來沒想過滴定PO4.
倒是N比較有你說的現象. 連續滴定了(用量大概是一天提升0.13ppm)好幾個禮拜才開始有顏色.
現在就維持在2.5附近. 所以大概也可以說一天消耗0.1左右?

這邊說的是底沙嗎?
除了開缸不穩定時期需要靠ROWA跟碳源外, 好像沒特別感覺.
現在遇到高一點的時候(餵完珊瑚糧or餵食比較多or 量到P比較高的時候)都會加一下碳源來降.

按一下展開……

底沙或是活石等碳酸鈣基質都可以吸附PO4，只是沙子因為表面積大的原因所以會有比較大的影響。
這個現象是磷酸根離子本身的特性所致，至於NO3就沒有這問題了。因此在常規海水缸內若NO3在沒有換水的情況下降低的話基本上就是被生物消耗了。

samlnf 說：

上一缸一開缸就走到NP失衡，N>25 P0，萬物具滅。P每天滴入0.1ppm，每天量測NP，確實每天都能吃掉0.1ppm，後來有測試滴入0.2ppm，會有剩一些，所以P每天能吃掉0.1-0.2ppm覺得很正常，而且這還是LPS缸轉骨缸的移缸而已，我覺得都是菌在消耗，因為看消耗比例，到後面才有N消耗更大的比例才會覺得是微生物、或是其他。

也問一下J大，我在營養輸入固定的情況下，滴定N的前期，P會微微提升，滴到一定程度P就會鎖在某個值如0.02ppm，換成N累積，也是P的固體表面的吸附造成的嗎? 我舖砂後反而NP沒這麼直覺，是這個原因嗎?

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以碳酸鈣來說PO4的吸附量大致和水中的量成正相關，因此被吸附的PO4會有點類似備用庫存一樣，在濃度高時儲存並於PO4降低時緩慢釋出。
如果你的底沙有吸附過一定量的PO4的話確實可能在水中濃度低的狀況下持續釋放。