文章有点长，只想知道重点的人可以直接跳到最后面看结论。
硝化细菌负责将具有毒性的氨还有亚硝酸转换成硝酸，但在水中的硝酸要如何去除呢
?对于淡水缸来说换水就是一个很好的选择，不过对海水缸尤其是软件缸来说换水除了要
耗费大量的金钱与精力外，换水太多还可能造成水质波动导致珊瑚死亡。因此要如何有效
的清除水中累积的硝酸盐变成海水玩家的重要课题。这篇文章不讨论柏林系统和ZEOvit系
统这种一开始就建立好生态，使得硝酸盐不累积的状况。本篇文章主要讨论的是其他的去
硝酸盐的方式和他背后的机制。
水中的元素不会无缘无故不见，因此要让硝酸去除只能透过改变其存在的形式。简单
来说让硝酸里的氮元素变成氮气逸散或是成为其他生物体内的胺基酸或蛋白质，就能有效
的降低硝酸的含量，而又符合物质平衡的原理。所以事实上所有海水系统中降低硝酸的机
制，都是去改变硝酸存在的型态而已，让硝酸变成会自动排除的氮气或是可以用人工移除
的细菌与藻类。这些过程都需要透过微生物与藻类的帮忙，因此所有方式的中心法则都是
制造出适合微生物或藻类生存的空间。以下我们分脱氮、利用细菌去硝酸盐和利用藻类生
长去硝酸盐三个部分进行说明。
脱氮
脱氮是水中氮循环的最后一环，他会让亚硝酸与硝酸脱氧，使得氮元素被释放出来，
形成氮气后逸散到空气中。细菌是脱氮反应的主力。而为何细菌要脱氮呢?其实他们想要
的是硝酸里面的氧气，氮只是废物而已。燃烧发生时需要氧气作为助燃剂，而氧在大多数
生物体内也扮演了助燃的效果，生物体需要在有氧气的情况下才能将碳水化物”燃烧”并
从中获得能量。因此对于绝对厌氧生物之外的生物，氧元素都是生存的必需品。而细菌也
是很懒的，如果环境中有现成的氧，是绝对不会耗费多余的能量去其他的分子中抢氧。因
此脱氮反应只会在缺氧环境中进行。而在一般溶氧充足的水中这些脱氮细菌的行为模式和
一般的腐生菌完全一模一样，他们无法降低硝酸的浓度，反而会使得水中的氨浓度上升，
而且还会消耗水中的溶氧造成缺氧。
这里有一个必须注意的点，这些脱氮菌也是需要氧元素才能生存的生物，因此脱氮菌
一定不是绝对厌氧菌，他们是兼性厌氧菌。所谓兼性厌氧菌指得就是他们在有氧气的环境
和氧气稀少的环境下都可以生存，不过如果环境中完全缺乏氧气这些细菌生长的速度会大
幅下降。而且更糟的是当环境的氧气过于缺乏时，如果硝酸中的氧被用光，有一些细菌就
会开始抢硫酸根(SO4)的氧气，使得令人闻之色变的硫化氢大量形成。如果连硫酸根都无
法满足细菌，则连碳酸根(CO3)都会遭殃，形成甲烷，也就是俗称的沼气。因此培养脱氮
菌的环境绝对不是越缺氧越好。这也是为什么如果是使用厌氧槽(例如:黑白球)作为脱氮
设备时，通常会建议备有氧化还原电位(ORP)的检测设备，因为当ORP小于-190mV的时候，
会产生的不只是脱氮反应，还会让大量的有毒物质产生，但是当ORP大于+50mV的时候，厌
氧槽内的细菌又会丧失脱氮的能力，因此厌氧槽中的ORP质控制会是厌氧槽系统是否能成
功的最大原因。而这也为什么有些人会从厚底砂系统改成活砂系统的原因，因为厚底砂的
底部其实是处于极度缺氧的状态。不过不论是厚底砂或是活砂系统，他们都需要很久的时
间熟成，而且也无法很精准地控制其中的缺氧状况，因此很容易造成硫化氢的堆积，除了
省钱外，基本上不是很推荐使用。
在脱氮菌家族中还有另一种也是大家耳熟能详的细菌-光合菌。光合菌也是一种兼性
厌氧的细菌。光合菌是一个很大的族群，其中有自营菌也有异营菌。他们差别在于自营菌
可以使用光的能量把二氧化碳变成碳水化合物，而异营菌则是利用光的能量把有机物转换
成他自己需要的物质。其中”有部分”异营光合菌和脱氮菌一样，能够从硝酸中取得氧给
自身使用，不过差别在于光合菌需要光照才能完成反应，而其他脱氮细菌不需要光的驱动
。在水族箱中要找到一个有光但是厌氧的区域十分困难，因此光合菌在水族箱中几乎无法
生存。光合菌和其他植物还有另一个差别是”有一些”光合菌行光合作用不是利用水制造
出氧气，而是利用硫化氢制造出硫。所以有部分光合菌可以清除硫化氢的污染。而这也是
为什么光合菌的菌液闻起来都会有臭水沟味的原因，因为他们需要硫化氢才能生长。不过
这样的光合菌因为它不需要氧气，所以也不具有脱氮的功能。所以市面上的广告说光合菌
可以脱氮，是真的。光合菌可以去除硫化氢，也是真的。但是请注意，不是每一种光合菌
都可以做到这些事情。光合菌指是一群厌氧需光的细菌的总称。所以是否有效要看菌种是
否正确，如果使用了错误的菌种，就算在水族箱中真的有有光但是厌氧的区域，他们充起
量也就是一种腐生菌般的存在而已。所以在养殖业界来说光合菌与其说是拿来当作水质处
理的菌种，更多时候光合菌是拿来作为营养补充剂使用，因为光合菌富含有大量的微量元
素与抗氧化物质，对鱼虾的免疫和健康都有帮助。
这里还要介绍另一个脱氮菌的异端，也就是硫磺珠系统。硫磺珠系统中的细菌称为脱
氮硫杆菌，他不是腐生菌，他和硝化菌一样是化学自营菌。硝化菌使用氧化氨来获得能量
，而脱氮硫杆菌则是用氧化硫形成硫酸根来获得能量。虽然脱氮硫杆菌是自营菌，不过氧
的获得就和其他脱氮菌一样，在有氧的时候使用氧气，而缺氧的时候使用硝酸根，因此具
有脱氮的能力。硫磺珠系统比其他系统还要更注意的点是脱氮硫杆菌会用水中的二氧化碳
与碳酸根为材料，合成大量的碳水化合物。而其产生的硫酸根除了会让水中的pH下降外，
也可能和钙离子结合形成难溶于水的石膏。所以使用硫磺珠系统时，必须要时常监测水中
的硬度、碱度还有pH质。最好的状况是要搭配钙反应器一起使用，算是较为麻烦的系统。
利用细菌生长去硝酸
不论是细菌还是藻类的生长都需要基础的元素支持，其中最重要的就是碳、氢、氧、
氮、硫、磷。所以当细菌与藻类生长繁殖的时候就会大量消耗上述的物质。植物和单细胞
生物可以使用氨、亚硝酸与硝酸中的氮合成自身所需的物质。所以我们可以透过藻缸、
ATS系统、NP豆或是酒精法来使缸中的硝酸盐量大幅下降。不过这里有一个问题，水族箱
中本来就有大量的细菌，而这些细菌可以使用硝酸盐合成自身所需的物质，那为什么含氮
的废物会累积?这些硝酸、亚硝酸还有氨不是应该都要被用掉吗?这是因为氮只占了生物体
中的一小部分。生物体主要是由碳氢氧三种元素所构成。而水族箱环境里算是相对缺碳的
环境，细菌因为缺乏碳的关系而无法大量繁殖，因此含氮废物就多了出来累积在水族环境
中。这也是为什么当水中有大量的有机废物或饲料残渣的时候细菌会大量生长。因为水中
的碳源突然大幅上升，使得细菌有足够的物质可以大量繁殖。不过有机废物和饲料残渣中
除了碳外也含有大量的氮，尤其是鱼饲料中蛋白的含量通常在35%~50%之间，而蛋白质就
是氮主要的来源，所以在因为有机废物而菌大量增生的情况下，氨和硝酸会不降反升。因
此如果可以提供单纯的不含氮的碳源给细菌使用，则细菌为了生长就会将水中的硝酸盐使
用掉。因此才会有酒精法或糖水法出现，因为酒精和糖水都是由碳氢氧构成的单纯物质。
不过要注意细菌大量生长时虽然会带走水中的硝酸盐，但也会带走氧气和其他的微量元素
，所以可能会造成硝化系统的崩解与珊瑚受损。所以NP豆就此发明。NP豆就是将碳源固定
在NP豆上，所以细菌只会沿着NP豆大量生长，而不会影响水族缸内的每一个角落，此外NP
豆是缓慢的释出碳源，而不是一次倒入一拖拉库的碳，所以细菌也不会突然就大量增生，
让水中氧气量大幅下降。虽然NP豆使硝酸盐下降的速度没有酒精法快，但是其造成的环境
震荡幅度会较小，适合用于缸中水质的维持。
但不论是NP豆和酒精法，其是否成功最大的因素是去蛋白机的好坏。因为在细菌大量
生长之后如果环境中的碳源被用尽而无法维持细菌的生活，则增生的细菌就会因为饥饿大
量死亡，使得含氮物质再次释放到水族环境中，因此酒精法和NP豆一定要搭配强大的去蛋
白机一起使用，如此才能移除水中过多的细菌与菌膜，达到降硝酸盐的效果。由于NP豆上
的细菌主要以生物膜的形式存在，并透过NP豆的互相震荡使菌膜脱落到水中，所以去蛋白
机会比较好去除。酒精法中的细菌则很多是游离的细菌，去蛋白机的去除能力就会比较差
，还会需要搭配过滤器才能比较完整的移除。
而最后还有一个观念要澄清，酒精法和NP豆法中大量增生的细菌不是厌氧菌，增生的
很单纯就是环境中的腐生细菌，因为腐生菌长得快吸收营养也快，所以添加碳源后会大量
生长的就是他们。但是细菌生长的时候也会释放出大量的代谢物，这些代谢物可能会毒杀
或是抑制其他种类的细菌生长，包括硝化菌。所以在酒精法这种让细菌大量增生的方法中
，硝化系统可能因此受损，而使得硝化能力下降，导致氨浓度上升。虽然不是所有种类的
细菌都会这样做，但因为使用酒精法时你不会知道你增生的是哪一种细菌，所以使用酒精
法后必须要小心氨或亚硝酸上升的问题。
利用藻类生长去硝酸
藻类生长去硝酸与细菌生长去硝酸的基础观念是一样的，只是藻类可以自行透过光合
作用固定二氧化碳供应自身所需要的碳，所以使用藻类的方式就不需要额外的添加碳源，
要注意的反而是光照必须要充足，植物密度不能过高使得部分植物无法照到光而死亡。而
如果水中的硝酸盐含量无法维持植物生长所需，藻类也会因为白化而死亡。死亡的藻类就
是一个丰富的碳源，其会让水中的细菌大量增加，影响缸中平衡，严重的话可能会倒缸。
因此使用藻缸或是ATS法去除硝酸最重要的是要定期的清除过多的藻类，并且确保光照充
足。
另外由于藻类的生长速度比细菌还要慢，而且藻类对氮的需求没有细菌高，所以藻类
降低硝酸盐的能力比细菌弱上很多。而高等藻的清除能力又比低等藻类弱。所以如果要利
用藻类清除硝酸盐，则藻的数量要够多才能达到清除的效果，因此很占空间。
不过利用藻缸除硝酸盐的方法有其他方式做不到的好处。可以透过控制光照周期，使
得藻缸和主缸的光周期错开，这样随时都会有植物行光合作用制造足量的氧气，而且水中
的pH值也比较不会因为光合作用的有无而产生波动。
简单的总结一下上述。
1. 脱氮菌需要缺氧的环境才能脱氮，但也不能太缺氧不然会产生硫化氢。所以ORP的数值
很重要。
2.光合菌是一种脱氮菌，他是厌氧需光的细菌，所以在水族箱中难以维持。而且只有特
定种类的光合菌才有效。
3.硫磺珠系统的细菌是脱氮硫杆菌，是一种化学自营菌，因为会吸收碳酸释放硫酸，所
以在使用上要注意水的pH还有碱度、硬度。
4.酒精法就是透过提供纯粹碳源让细菌生长使硝酸被使用掉。大量增生的细菌为需氧的
腐生菌。可能会抑制硝化系统。而且突然的大量生长会耗氧而且消耗微量元素。需要用蛋
白机和过滤系统移除细菌。
5.NP豆是酒精法的进化版，他让纯粹碳源缓慢的释放，而且细菌是以菌膜的方式存在，
所以只要使用蛋白机就能够很好的移除。
6.藻缸和ATS法算是酒精法和NP豆的缓和版本，因为是植物所以不需要额外添加碳源，但
是光照很重要。缺点是很占空间。