Q.アクアリウムにおけるろ過の硝化反応アンモニアから亜硝酸、硝酸に窒素が変化する過程でpHが下がる仕組みについて
アクアリウムにおいて硝化反応が進行するとpHが下がるのは、アンモニア態窒素が亜硝酸、硝酸へと酸化される過程で水素イオン（H+）が発生し、水中の酸性度が高まるためです。この現象は化学反応として明確に説明できます。
この以下の反応が起きると水のpHが下がる。
まず硝化反応は好気性の硝化細菌によって二段階で行われます。
第一段階では、主にニトロソモナス属などの細菌がアンモニア（NH3）を亜硝酸（NO2-）に酸化します。
この反応は、NH3 + 1.5O2 → NO2- + H+ + H2O という形で表され、この段階で水素イオンが生成されます。
この水素イオンの発生が、
pH低下の直接的な原因になります。
ここから先は、pHの変化は伴わないが有害な亜硝酸イオンをほぼ無害な硝酸イオンに変化させる過程である。ポイントは酸素が必要であると言うこと
次に第二段階として、ニトロバクター属などの細菌が亜硝酸を硝酸（NO3-）に酸化します。この反応は、NO2- + 0.5O2 → NO3- と表され、この段階では水素イオンは直接生成されません。
ただし、全体として見るとアンモニアが硝酸になるまでの過程で水中に酸性成分が加えられていることになります。
以下は水槽内で別の反応が起きていることの話
実際の水槽環境では、発生した水素イオンはそのまま水中に蓄積するのではなく、炭酸水素イオン（HCO3-）と反応します。H+ + HCO3- → CO2 + H2O という反応が起こり、この結果として炭酸塩硬度、いわゆるKHが消費されます。KHはpHを安定させる緩衝作用を担っているため、これが減少すると水のpHは下がりやすくなります。
つまり硝化反応が進むほど、水槽内では水素イオンの供給とKHの消費が同時に進行し、長期的には水質が酸性側へ傾いていきます。特に軟水環境やソイルを使用した水槽では、もともとのKHが低いため、このpH低下が顕著に現れやすくなります。
まとめ
まとめると、硝化反応によるpH低下の本質は、アンモニアの酸化過程で水素イオンが生成され、その水素イオンが水の緩衝成分を消費しながら酸性化を進めていく点にあります。これは生体の健康だけでなく、硝化菌自身の活性にも影響するため、水槽管理上きわめて重要なメカニズムです。