Chu trình Nitơ (Nitrogen Cycle) là gì?
”Thông tin được trình bày dưới đây có thể tẻ nhạt đối với hầu hết mọi người, nhưng nếu bạn muốn thành công trong việc nuôi cá cảnh biển thì đây quả thực là kiến thức bạn bắt buộc phải nắm rõ“.
Chu trình nitơ (Nitrogen Cycle) là một quá trình mà theo đó nitơ bị biến đổi qua lại giữa các dạng hợp chất hóa học của nó. Việc biến đổi này có thể được tiến hành bởi cả hai quá trình sinh học và phi sinh học. Quá trình quan trọng trong chu trình nitơ bao gồm sự cố định nitơ, khoáng hóa, nitrat hóa, và khử nitrat.
Trong bể cá cảnh biển, lượng chất thải hay thức ăn dư thừa luôn tồn tại. Nếu không có gì loại bỏ chúng, chúng sẽ phân hủy và tạo ra độc tố.
Chu trình Nitơ sẽ giúp giải quyết vấn đề này. Đó là quá trình sinh học liên quan đến sự chuyển hóa liên tục của các hợp chất Nitrogen. Chu trình tạo ra một lượng vi khuẩn có lợi trong bể và hệ thống lọc. Nhờ đó, các vi khuẩn này có thể trung hòa lượng chất độc trong bể, cụ thể: Amoni/Amoniac (NH3) (độc) được sinh ra trong quá trình phân hủy chất hữu cơ sẽ được chuyển hóa thành Nitrit (NO2) (độc) và cuối cùng chuyển đổi thành Nitrat (NO3) (không độc hại nếu ở dưới mức 20ppm = 20mg/L).
Chu trình Nitơ sẽ hoàn thành trong vòng từ 2 đến 24 tuần, tùy thuộc vào điều kiện môi trường và yêu cầu của bạn.
Quá trình xử lý Nitơ của vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter
Vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter là hai vi khuẩn thực hiện quá trình Nitrat hóa – một bước quan trọng để khởi động chu trình chuyển hóa Nitơ giúp loại bỏ Nitơ và Amoniac trong nước thải.
Trong quá trình Nitrat hóa, vi khuẩn Nitrosomonas có nhiệm vụ biến đổi Amoniac (NH3, NH4 – dạng chính của Nitơ khi tồn tại trong nước) thành Nitrit (NO2). Sau đó, vi khuẩn thứ 2 là Nitrobacter sẽ tiến hành chuyển hóa Nitrit thành Nitrat (NO3), kết thúc quá trình Nitrat hóa.
Có thể tóm tắt quá trình Nitrat hóa với sự góp mặt của vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter thành hai giai đoạn như sau:
- Giai đoạn 1: Biến đổi Amoni (NH3, NH4+) thành Nitrit (NO2-) nhờ chủng vi khuẩn Nitrosomonas.
- Giai đoạn 2: Chuyển hóa Nitrit (NO2-) thành Nitrat (NO3-) nhờ chủng vi khuẩn Nitrobacter, và kết thúc quá trình Nitrat hóa tại đây.
Để Nitrosomonas có thể hoạt động và đem lại hiệu quả xử lý tối ưu nhất, cần chú ý những đặc điểm sau:
- Nitrosomonas và Nitrobacter chỉ hoạt động trong môi trường hiếu khí, chúng cần dùng oxy hòa tan (Từ skimmer hoặc sủi oxi) để thực hiện quá trình Nitrat hóa (NH4- + 1,5 O2 ===> NO2- + 2H+ + H2O).
- Nhiệt độ từ 25 – 30 độ C giúp Nitrosomonas và Nitrobacter sinh trưởng, phát triển và sinh sản tốt.
- pH từ 7.5 – 8.5 là khoảng pH tối ưu.
Các Giai Đoạn Của Chu Trình Nitơ
Giai đoạn 1 – Amoniac ( diễn ra từ 7 đến 10 ngày )
Chất thải từ động vật, thực vật và thức ăn thừa bị vi khuẩn phân giải, giải phóng ra khí độc Amoniac (NH3) và Amoni (NH4). Amoniac (NH3) là khí độc có thể gây hại cho cá, nếu bạn thả cá trong giai đoạn này, cá rất dễ bị nhiễm bệnh.
Chu trình bắt đầu ngay khi trong bể xuất hiện các vụn hữu cơ, sản phẩm thu được đầu tiên là Amoniac (NH3) và Amoni (NH4+). Các NH3 và NH4+ tích tụ là kết quả của sự phân hủy Ure và Protein (có trong thức ăn và phân của động vật) của vi khuẩn. NH3 là một loại khí độc có thể dễ dàng hòa tan trong nước, còn NH4+ là một loại muối chỉ độc khi ở nồng độ cao.
Trong điều kiện môi trường bể cá, cả hai đều bị chi phối bởi pH và nhiệt độ nước. Cụ thể, khi nhiệt độ cao hoặc pH trong bể lớn hơn 7 thì nồng độ amoniac (NH3) sẽ cao hơn nồng độ amoni (NH4+). Ngược lại, nếu nhiệt độ thấp hoặc môi trường nước có độ pH nhỏ hơn 7 thì amoniac (NH3) sẽ được chuyển hóa thành amoni (NH4+). Tuy nhiên, độ mặn và mức độ ion hóa trong nước cũng ảnh hưởng đến nồng độ của chúng.
Giai đoạn 2 – Nitrit ( diễn ra từ ngày thứ 10 đến thứ 20 )
” Một loại vi khuẩn sẽ xuất hiện khi nồng độ Amoniac và Amoni đạt đến đỉnh điểm. Chúng sử dụng một lượng lớn khí Oxy để oxy hóa Amoniac và Amoni tạo ra Nitrit. Lượng Nitrit tạo ra gây nguy hiểm cho cá ngay cả khi chúng ở nồng độ thấp.”
Khoảng 10 ngày sau khi chu trình bắt đầu, lượng NH3 và NH4+ trong bể sẽ giảm đáng kể vì có sự xuất hiện của vi khuẩn Nitrosomonas. Vi khuẩn này sẽ oxy hóa NH3 và NH4+ để tạo thành Nitrite (NO2) và giải phóng H+ làm giảm pH. Nitrosomonas hoạt động mạnh mẽ trong môi trường nhiệt độ từ 25°C đến 30°C và độ pH trong nước từ 6.0 đến 9.0 (tối ưu là 7.5 – 8.5). Quá trình oxy hóa của vi khuẩn cần nhiều Oxy (O2). Vậy nên khi ở giai đoạn này, bể cá của bạn phải được cung cấp một lượng O2 hòa tan đủ lớn (trên 6mg/L), nếu lượng O2 hòa tan không đủ (thấp hơn 2mg/L) thì chu trình sẽ bị dừng ngay lập tức. Đó là lý do bạn cần sử dụng Skimmer hoặc sủi oxi đủ mạnh tùy theo thể tích bể khi cycle.
NO2 rất độc ngay cả khi ở nồng độ rất thấp. NO2 sẽ tiếp tục tăng lên mức 15ppm. Khoảng ngày thứ 25, nồng độ NO2 sẽ bắt đầu giảm. Vào ngày thứ 30, nồng độ NO2 sẽ giảm xuống dưới 2 – 3ppm. Sau đó thì sẽ giảm về 0. Đôi khi giai đoạn này có thể kéo dài thêm tối đa 10 ngày nữa.
Giai đoạn 3 – quá trình khử Nitrat (Sau ngày thứ 20)
“ Vi khuẩn Nitrobacter xuất hiện sẽ oxy hóa Nitrit (NO2) độc hại thành Nitrat (NO3). Nitrat (NO3) không gây hại cho cá, nhưng sẽ trở thành chất độc khi đạt đến một nồng độ nhất định. Thay nước là bước cuối cùng bạn phải làm để hoàn thành của chu trình. Khi đó bạn có thể hoàn toàn yên tâm cho chú cá của bạn bơi tung tăng trong bể.”
Ngày thứ 20, khi nồng độ NO2 đạt đến đỉnh điểm, một loại vi khuẩn oxy hóa NO2 sẽ phát triển, đó là Nitrobacter. Vi khuẩn này giúp chuyển đổi NO2 thành Nitrat (NO3) và H+. Cũng giống như vi khuẩn Nitrosomonas, Nitrobacter cũng cần một lượng lớn khí O2 để tiền hành quá trình oxy hóa.
Khi chỉ số NO3 bắt đầu tăng thì số lượng vi khuẩn có lợi đã tích tụ trong hệ thống lọc đã ổn định. Nhưng khi nồng độ cao trên 20ppm thì NO3 sẽ trở thành chất độc. Vào ngày thứ 27 của chu trình, nồng độ NO3 đang bắt đầu tăng, khi đó bạn cần thay nước (khoảng 20-30% thể tích nước trong bể). Lượng nước mới sẽ làm giảm nồng độ NO3 được sản sinh ra từ quá trình.
Chu trình Nitrogen sẽ phải tiếp diễn đến khi nồng độ NO3 có dấu hiệu suy giảm (ngày thứ 35). Đó là thời điểm mà nhóm vi khuẩn khử Nitrat (Hay còn gọi là vi sinh kỵ khí) bắt đầu hình thành trong live rock (đá sống – đá chứa vi sinh) hoặc dưới nền cát dày (>5cm). Nhóm vi khuẩn này có khả năng khử NO3 tạo ra N2 dạng khí và nước (H2O). Thay nước khi nồng độ NO3 bắt đầu giảm để kết thúc chu trình Nitrogen.
Hai loại vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter đều sử dụng đến khí O2 để thực hiện quá trình oxy hóa vậy nên chúng được xếp vào nhóm vi khuẩn hiếu khí. Còn nhóm vi khuẩn khử Nitrat thuộc nhóm vi khuẩn kỵ khí. Phần lớn các vi khuẩn trong quá trình khử Nitrat không cần cung cấp O2 cho sự tăng trưởng. Nhóm vi khuẩn kỵ khí có thể phản ứng tiêu cực hoặc thậm chí chết khi gặp oxy (O2). Vì thế, chúng thường được tìm thấy ở những nơi có lớp đất và trầm tích dày trên 5cm. Do sự đa dạng của nhóm vi khuẩn này rất lớn nên chúng có thể phát triển mạnh trong môi trường khắc nhiệt, bao gồm những nơi nước có độ mặn cao hoặc nhiệt độ cao.
Chu trình Nitrogen hoàn toàn có thể được đẩy nhanh khi sử dụng một số loại vi sinh chuyên dụng vì chúng cung cấp cho bể một hệ vi khuẩn và nguồn thức ăn có sẵn. Thời gian diễn ra chu trình rút ngắn xuống chỉ còn 2 tuần nếu chất lượng vi sinh tốt và được bổ sung thường xuyên (theo hướng dẫn của nhà sản xuất).
Một số loại vi sinh có thể sử dụng khi Cycle bể cá biển
- Vi sinh quốc dân Micro Bacter 7
(Vi sinh quốc dân Micro Bacter 7) - Bộ sản phẩm vi sinh Infinity
(Combo 4 chai vi sinh Infinity hỗ trợ Cycle) - Fauna Marin Bacto Balls
(Lọ vi sinh, thức ăn vi sinh 2 trong 1 Bacto Ball Fauna Marin)
Kiểm soát nồng độ NO3
- Thay nước định kỳ, 10-20% nước / 1 tuần. Việc thay nước định kỳ sẽ giúp làm loãng nồng độ NO3 sản sinh ra từ chu trình Nitrogen. Chú ý chỉ thay nước khi đã chạy Cycle khoảng 1 tháng, để giúp bể có được một hệ vi sinh ổn định.
- Cung cấp cho bể một bộ đá sống hiệu quả (nghĩa là bộ đá ấy phải được rửa sạch và đã trải qua chu trình Nitrogen đủ lâu).
- Châm vi sinh hàng ngày giúp cung cấp cho bể một hệ vi sinh KỴ KHÍ tốt nhất (tùy các dòng sản phẩm vi sinh).
- Bổ sung hệ thống lò khử NO3.
- Tạo một lớp cát dày cho bể để làm nơi trú ngụ của vi sinh kỵ khí. Sau khi đã setup lớp cát xong, TUYỆT ĐỐI không được động vào lớp cát vì vi sinh kỵ khí nếu gặp O2 sẽ chết ngay lập tức. Làm hỏng quá trình xử lý NO3 của bạn.
Để duy trì một hệ thống bể cá cảnh khỏe mạnh, việc đầu tiên phải hiểu chu trình Nitrogen và ảnh hưởng của nó đến sức khỏe của các sinh vật sống trong bể. Chu trình này cung cấp quá trình lọc sinh học cho cả hệ sinh thái dưới nước do đó nó còn được gọi với cái tên: “hệ thống quản lý chất thải của tự nhiên” để giúp người chơi hiểu rõ hơn về vai trò quan trọng của nó. Trong điều kiện nuôi nhốt nhân tạo, người chơi phải có trách nghiệm đảm bảo các điều kiện phù hợp để chu trình Nitrogen luôn giữ được sự cân bằng. Hãy luôn nhớ kỹ trong đầu 3 từ khóa quan trọng nhất của bộ môn này:
SỰ KIÊN NHẪN – ĐỘ ỔN ĐỊNH – HỆ VI SINH KHỎE
