各种底沙系统的比较.doc

各种底沙系统的比较2009-2-6 23:34:06 原贴是台湾的，应该是一篇译文。说实话，译的还不错，但闽南味儿太重。大面积的改写后发上来，望各位高手指正。 各种底沙系统的比较 我们研究的底沙系统有以下几种： 底部充水(plenum;既鱼缸的最底部为一层静止的水,水上为沙层)； 厚底沙dsb(deep-sand-bed的缩写,底沙厚度>3吋,约8cm)； 薄底沙（铺3寸以下的沙）； 底沙过滤(under-gravel;既沙底为水管或隔水板)； 反向底沙过滤（同底沙过滤，不过水由沙底进入，从沙面流出）； 流沙过滤； 裸缸。 每种系统各有自己的特点及局限。 一.硝化作用的比较 把NH3或NH4化为NO2，再把NO2化成NO3。均需要氧来进行硝化作用，各种系统自强而弱的排名是： 1. 流沙过滤 2. 反向底沙过滤 3. 底沙过滤 4. 厚底沙 5. 底部充水 6.薄底沙 裸缸没有该功能。 所有底沙系统中，硝化作用的效率高低，决定性的因素是运输。把氧,NH3或NH4，NO2从水中运送给底沙系统。 流沙过滤，底沙过滤，反向底沙过滤这三种方式的运输核心是水泵，特点是直接，主动，快速。 1.流沙过滤系统最好，因为沙粒在滤筒内漂浮着，该法能用尽每粒沙的表面；不像其它系统的沙粒，因沙粒之间没有距离,减小了表面面积，同时也使水流减慢。 2.反向底沙过滤由下层进水，这样，下、中层的氧很充足。上层紧贴着缸水，因而也有氧的供应。所以它是第二。 3.底沙过滤由沙的上层进水，紧贴水的沙层氧很充足，但上、中层的硝化菌把氧用得已差不多，下层的氧就很少了。 4.厚底沙，底部充水，薄底沙这三种系统的运输方式，不是靠水泵，而是靠扩散作用。什么是扩散？做个试验便能解释：你点一根烟,香烟散出的烟过一会儿就布满了整个屋子，这就是扩散。这种运输方法不直接，不主动，速度很慢。 后三种底沙系统中的含氧量直接影响到扩散作用的速度。底沙的含氧量比缸水中越低，水中的NH3，氧，NO2扩散到底沙的速度便越快（但再快也不能跟水泵相比），两者含氧量的差异，称为potential-difference（势能差）。 厚底沙因为有微氧区和无氧区，所以总含氧量是最低的，正因为沙中的含氧量最低，它的扩散作用最强，因此排第四。 底部充水系统没有无氧区，只有富氧区及微氧区，总含氧量比厚底沙要高,排第五。 薄底沙系统只有富氧区，就算底部有一点儿微氧区存在，也只是薄薄的一层,所以总含氧量比厚底沙，底部充水系统的要高，只能是第六。 二.比较H2S的产生 只有厚底沙系统有无氧区，所以唯有它才可能产生H2S。 三.比较转化NO3的功能 即脱氮作用，是把NO3化作N2。有关的细菌要在微氧环境下工作，即不是富氧也并非无氧。 各种系统自强而弱的排名是： 1.底部充水，功能最强 2.厚底沙，第二 3.薄底沙,它的功能很低，甚至没有，因厚度未必能出现微氧区；就算做的到，也只是薄薄一层，能给多少转化NO3的硝化菌藏身？ 流沙过滤，反向底沙过滤，底沙过滤及裸缸没有该功能。 底部充水的英文是plenum，意指沙底内充满水的空间。空间内没有沙只有水，重点是此处的水中贮存着不少氧。氧会慢慢扩散到微氧区，来维持该区。所以其微氧区的体积最大而又最稳定，转化NO3功能最出色。 底部充水系统的氧从何而来呢？就是由脱氮作用而来，整个过程如下：NO3->NO2->N2O->N2 注意！第三步的N2O化成N2，剩下的O就是氧，去了那儿？就是扩散到了底部水层内。 厚底沙因没有充水层，所以其微氧区的体积较难掌握，也易受外界环境的影响而并不太稳定。 流沙过滤，反向底沙过滤，底沙过滤在硝化上的优势隐喻着这三种系统没有转化NO3的能力，充足的氧成了一把双刃剑，也说明了鱼和熊掌不可兼得。 四.对缸水影响的比较(NO3污染度) 那个系统会使鱼缸的水中有较高的NO3？排名如下： 1.流沙过滤。 2.反向底沙过滤。 3.底沙过滤。 4.薄底沙。 5.底部充水、厚底沙。 裸缸不会有直接影响。 头三位的名次，是跟硝化作用功能的排名一致的。 底沙过滤，反向底沙过滤，流沙过滤不仅没有转化NO3的功能，而且由于它们的硝化作用太有效，水的流动速度较快，水路又很通畅，NO3便全部被水流带入缸中。所以这三种系统有”NO3加工厂”的美名。使用这3种系统，缸水中的NO3必然会较高，要用其它补救方法，如换水次数多一些或用其它器材补救等等。 如果淡水水草缸用底沙过滤或反向底沙过滤，底沙中的养分，便会不断地被冲入缸水中，植物的根部就吸收得不够，反而使缸内的藻类得益不少。 底部充水系统、厚底沙有转化NO3的功能，系统没有被水流贯穿，NO3在沙中的含量，要高出缸水中很多。以底部充水系统为例，Bob Goemans博士的鱼缸内，水中NO3之含量，与沙中NO3的比例约是8:18（不可能每个鱼缸都是相同的）。 底部充水系统、厚底沙还有贮存NH3、NH4和NO2的功能，上述三种有害物质在水中的含量便比较小了。贮存着的N氏三兄弟(指NH3，NO2和NO3)是在排队等候被处理，所以贮存量不会无限上升。若缸中情况有变，如增加或减少几条鱼，系统会慢慢的自动调节，除非有太多生物，超出了处理系统的负荷。 薄底沙系统硝化能力较低；或者没有转化NO3的功能；可能有一些贮存N氏三兄弟的功力。该系统缸水中N氏三兄弟的总含量会较高，所以排行第四。 不铺沙的话所有的三兄弟都在水中。用刚才Bob Goemans鱼缸的比例去看NO3，按比数计算，缸水中便含有8+18=26了，比底部充水系统高26/8=3.25倍! 五.对缸水影响的比较：PH 硝化作用的副产品是H离子。硝化得越有效率，H离子越多。PH的高低，就是计算有多少H离子，H离子越多PH越低，即越酸。 影响缸水PH值的能力排名如下： 1.流沙过滤 2.反向底沙过滤 3.底沙过滤 4.薄底沙 5.厚底沙 6. 底部充水系统 裸缸没有影响。 第1至3位，与硝化作用的排名一样。流沙过滤的水流最快，沙的阻力又最少，产生的H离子最多，因此，其影响力最高最快。前三位的影响，在换水不足的缸中会最明显。 薄底沙的硝化作用不及前三名，所以不会产生过多的H离子。 NO3的转化作用与硝化作用相反，会使PH上升。底部充水系统转化NO3的作用最强，所以酸碱的中和比厚底沙的多。Bob Goemans鱼缸的充水层系统，上下层沙和底部的水都是PH7.6，与缸水的PH差别不大，对缸水的PH只有些微影响。 厚底沙系统的缸水要比底部充水酸一些，影响力大了一级。 水不会快速穿梭于厚底沙、底部充水系统和薄底沙，所以H离子有时间停留在沙中，会溶化一些沙粒，这也能起到一些酸碱中和作用。 1至6位的系统，或多或少对鱼缸都有酸化的倾向。直观难以察觉的原因是缸水中的碱alkalinity在秘密工作，它形成了一个具有缓冲作用的buffer，这是要消耗碱的。 如果换水次数较多，碱就能够被补充，鱼友也可用其它方法自行保持水的碱性。 六比较贮存PO4的能力 系统的贮存力愈大，缸水中的含量便愈小。但只是暂时贮存在沙粒表面，所有的底沙系统都不会处理PO4，它会慢慢溶回到水中，部分则被沙面中的藻吸收。 贮存PO4功力由强至弱排续如下： 1.底部充水系统。 2.厚底沙。 3.薄底沙。 4.底沙过滤。 5.反向底沙过滤。 流沙过滤和裸缸是没有此功能的。流沙过滤多数用硅沙，有文献讲它会放出diatom(硅藻)的养分silicate(硅酸盐)，但也有文献说不会。 底部充水系统、厚底沙中的PO4含量，会高出缸水中很多。前者的PH值比厚底沙高，令溶回水中的PO4较小，较慢。 薄底沙比前两位的PO4少，因它的沙数量较少，PH又较低，所以贮存力较弱。 底沙过滤、反向底沙过滤水流较快，部份PO4还未充分与沙粒接触就已被冲回水中,所以贮存能力低。底沙过滤之硝化作用比反向底沙过滤低一级，PH高一点，所以排名第4。 流沙过滤和裸缸的水流更快，PH最低。 七维护的难易度比较 1.最麻烦的是底沙过滤。要经常局部洗沙，因垃圾会被吸入沙层中。洗沙也能防止各种菌类的生物膜把沙粒粘在一起，降底水流速度及形成死角。所以经常要清洗水泵，保持水速正常。 2.反向底沙过滤。一定要在水泵入水位用生化棉来过滤垃圾，否则底部的沙会藏污。棉起码一周换一次。经常要局部搅沙，防止沙粒粘在一起，还要不时的清洗水泵。 3.流沙过滤。一定要在水泵入水位，用棉来过滤垃圾。棉起码一周换一次。有棉便不用洗沙。但经常要清洗水泵。 4.底部充水系统、厚底沙、薄底沙三种系统，一但成熟后，若正确运作，沙中的垃圾是不会过量的，甚至非常小，所以不须洗沙。洗沙反而会伤害到沙中的小虫，小动物等。但沙面上的藻如果太多会减弱扩散作用，要清除掉。日子久了，沙粒也有粘在一起的情况，需要局部搅沙来解决，所幸这种情况不常发生。 5.裸缸只需经常吸去缸底的垃圾而已。 无论缸底是非有沙，都要有足够的清洁队伍，如虾、蟹、海星等；水流够的话，垃圾有可能吹起后被过滤系统滤去；有垃圾就要清除。不铺沙的缸底如果有太的多藻，有藏污功能；不太多时还有吸废物功能。 八最佳效能的调整 调整应以含氧量为中心。 以扩散作用为主的底部充水系统、厚底沙、薄底沙等，缸水中的含氧量与沙中的含氧量差别越大，便越有potential-difference（势能差），扩散作用会越佳，系统的效率便越出色。我们不能控制沙里的含氧量，但却能使水中的尽量高，来拉大它们的差异。 以水泵为重心的底沙过滤，反向底沙过滤，流沙过滤，如果缸水有充足氧的话，泵入系统的水也会含氧量很高，功能因而升值。 要注意关灯后，藻、共生藻、植物等都会消耗氧，珊瑚数目很多的鱼缸更甚。我们建立的各种底沙系统，当然要它24小时都保持在最高状态。任何时候，尽力保持约7ppm的含氧量。晚上开动气泵也可能会有效果。 水温高时，水中的含氧量会下降，夏天时特别应留意，否则底沙系统的功能会打很大的折扣。 流沙过滤的水泵，如在出水口加气，有增氧的效能。要小心地调校进气量。从零开始慢慢的调大，硝化作用的效率会随之而逐渐增加。但大至某一个程度后再调大气量，效率反而会随之逐渐减低。原因是进气量多了，使泵水量下降；太多的水泡也阻碍了水流。调校进气量，硝化作用的反应不会实时变更，应慢慢观察。 不要把先经其它硝化系统（例如外滤桶）的水再泵入流沙过滤系统，因前面的器材已消耗了很多氧。 流沙过滤，反向底沙过滤的水泵，其入水位应低于缸水面的2寸或以上。因缸水最上层的2寸中含有大量的有机化合物，把它们泵入系统中便会刺激处理有机化合物的细菌生长，它们会霸占硝化菌的居所和氧，也会使系统内变得太酸，进而影响硝化作用。上2寸的缸水，最好是泵到专门负责处理有机化合物的器材，如化氮器或活性碳来过滤。 相反，底沙过滤的出水位则越近水面越好，因打出的涟漪，可增加水中的含氧量，也可减少CO2的含量以降底水中的PH值。 底部充水系统的充水底架，在黑暗的环境下，具有最高效能的转化NO3能力（B.Goemans, 2000）如果在鱼缸玻璃的下方能看见底部充水系统底架内的空间，那就不是黑暗环境了。此底架可以做得比鱼缸底部投影尺寸的长，宽各短半寸至1寸，这样铺下的沙便能包围底架的四边，同时也要注意缸的底部是否透光。 种植有根而局部生长于水面上的植物，会让厚底沙系统的功能全方面提升。 沙与水中PH差别，也会影响底部充水系统、厚底沙、薄底沙的扩散作用。本来差别愈大愈好，但我们不能把水中的PH值尽情提升，不能超过8.2-8.4。也要注意关灯后的HP下降，珊瑚数目多的鱼缸为甚。 底部充水系统、厚底沙、薄底沙，约一年进行一次活化沙操作，加一些新活沙，活石，补回沙中死了的小虫，小动物等。 反向底沙过滤、底沙过滤、底部充水系统、厚底沙、薄底沙等系统的效能，与沙面的外露面积成正比。不要放置太多的活石及珊瑚在沙面。 停电的对策 没有电便没有水流、灯光、气泵等充氧功能。氧不再供应到缸水里，但饲养的生物，硝化菌等却是继续吸氧的。为防停电应加装一个电池动力的备用气泵。但就算有此器材，反向底沙过滤和底沙过滤的底部，氧也是鞭长莫及，那里的硝化菌会先受到影响，时间太久的话有可能产生毒素，比方H2S。长时间停电后，要留意水质，作换水之准备。 流沙过滤如果停电，便与缸水隔绝，因而系统内的硝化菌不会跟缸内的生物争夺氧，但过滤筒内的细菌缺氧比其它底沙系统要快，它是全体要受影响的，而两种底部过滤则只是局部影响。所以停电时流沙过滤有可能产生较大量的毒素，如H2S。如预知要停电，就要关掉它的水泵，打开上盖放入气石。 沙粒的溶解 如果装置正确而又维护较好，最大的长期问题便是沙粒的溶解。Aragonite（文石，霰石）沙在低于pH8.2时便开始溶化，其它钙沙，如calcite（方解石）低于约pH7.8才溶。沙的溶解是很缓慢的，很长时间才会发觉底沙系统变薄了，导致功能减弱。 除底部充水系统外，其它系统只须适当增加一些沙粒便成。不过不要一次加太多，这会使沙中的原居民突然住低一层，会影响沙层的各区。分开几次，薄薄的遂层遂层加，或遂个部位的添加是很有效的方法。 底部充水系统最麻烦，因为在在沙层中有网，添加沙时只能加到网的上部，而网下的沙慢慢降底。解决方法：