过滤知识扫盲 第一部分-----------------转帖

不忘初心1314

Ok，各位海水新手，让我们先平静一下，点上一支香烟，因为我们有很长一段路要走。

过滤，我们已经无数次的讨论，但每个人都有自己的一套理论和做法。在接下来的几周时间内，我们都要讨论关于过滤的方法和隐藏在这些方法背后的基本原理。尽管刚刚跳海的各位已经配备了一些设备，但我想你有必要更深入的了解这些设备在水族饲养中所能发挥的作用。
如果要给过滤下一个精确的定义的话，那么过滤是从海水中去除不想要的物质的一道屏障。
这个简单的定义涉及很多方面：

机械过滤

化学过滤

生物过滤

上述三种过滤的任意组合

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先从大家最容易理解的机械过滤开始。大家对机械过滤一定非常熟悉，因为它随处可见。咖啡壶中有过滤网，汽车上有空气滤清器和机油滤芯，这些都是机械过滤的例子。昨晚这里很冷，我还琢磨着更换壁炉的炉篦，我想想，好像这个念头已经有7年了。

机械过滤有五个基本途径，分别为筛选（Sieving），拦截（interception），压紧（impaction），扩散（diffusion）和静电结合（electrostatic bonding）。光是罗列名字没有任何意义。我们逐个的深入了解吧。

大多数家用过滤设备都依靠筛选。筛选是最直观的过滤概念。举个例子，在水桶中装一些小球和玩具BB弹，找一个孔稍微小一些的漏勺，把桶内的球倒在漏勺上，清清抖动后，BB弹从小孔穿过漏勺，小球都了下来。

筛选非常直观。比孔大的不能通过，比孔小的可以通过。漏勺是一个典型的表面型过滤器，即所有直径小于孔洞的物质完全穿过，直径大于孔洞的完全留在过滤表面。为了防止漏勺的孔洞被小球堵住，需要摇动漏勺，让BB弹顺利通过。唯一的压力来自于重力，因此只要轻轻摇动，就能保持过漏勺过滤畅通。

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在水族系统中，大多数机械过滤是在一定的压力下进行的。也就是说用压力迫使物质通过过滤器。咖啡壶过滤中，静水头落差可以加快水流通过过滤的速度。我曾告诉过Mr. Coffee的制造商，提高水位落差可以加快过滤速度。想象一下，销售部的某个员工肯定会站起来反对，“消费者是不会接受12英寸高的咖啡壶的！”嘿嘿！

在施压的情况下，很难保证过滤孔不被堵塞。过滤器的滤网上会不断堆积被过滤出的物质，直到堵塞，溢出。我想这也是我的壁炉不好用的原因。

无论怎样，要延长表面型过滤器的寿命，只能增加其过滤面积，提供更多过滤孔。咖啡过滤壶中的过滤网是折叠状态的，与汽车空气滤清器的过滤器相似，可以提供更多的过滤表面积和更多的过滤孔，延长使用寿命。

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表面型过滤器过滤液体的能力是有限的。用来过滤咖啡还凑合，过滤大量液体或气体就不行了。因此，我们需要一个具有深层的过滤。拦截过滤允许颗粒进入过滤媒介中。体积大的颗粒被阻隔在过滤表层，体积小的颗粒在过滤媒介内部被俘获。所以不仅需要筛选过滤，还需要拦截过滤。拦截过滤的数学定义为：

Equation 1
ER= (Dp/Df)2 / Ku

那公式是什么东东？难道还需要计算器吗？

好了，兄弟们，忘掉那个公式吧，它不会对你和你的鱼儿有任何帮助。我完全不去理会它，让光照和过滤板块的斑竹去研究吧。

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有淡水水族箱（FW，fresh water）经验的朋友一定对深层拦截过滤非常了解。底滤板过滤系统（UGF）使用玻璃纤维过滤，它也被广泛应用于许多过滤系统中。所有拦截过滤的一大特点是使用时间越长，过滤效果越好。为什么？随着过滤中拦截的小颗粒数量的不断增加，过滤介质中可穿过的小孔越来越小。最初能通过的颗粒逐渐被拦截下来。我想大家都看过那种螺旋式的过滤设备，那是用来过滤饮用水的。随着使用时间的增加，会变得越来越黑，因为颗粒填满了滤材的孔隙。而且，滤材中有纤维，有些小颗粒会与纤维结合在一起，随着继续拦截和惯性不断压紧。因此，它们能比筛选过滤（表面型过滤）更加有效的完成工作。缺点是随着使用时间的增加，通过滤材的水流会越来越弱，直到最后有可能完全阻塞。这种深层的拦截过滤滤材非常难于清理，一般都是直接更换新的滤材。

ok，今天就到这里，等我感觉好些时候再继续吧。

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过滤知识扫盲 第二部分

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周末时间，我知道大家也许在开party，不过上课的时间到了。

我们讨论了机械过滤，以及筛选过滤是如何从水流中过滤颗粒的。现在咖啡壶式的过滤器在水族过滤中一般不用。薄膜过滤不适合大量水体过滤，因为它的过滤容量有限。不过看情形，你们还有在使用的。

许多工业生产中还在使用表面型过滤（筛选）。Gore-Tex（一种登山衣布料）作为屏障过滤材料在制药业广泛使用。比如制作一个规定时限溶解的胶囊，原料颗粒越大，溶解速度越慢。在制作成胶囊时各种大小的颗粒要分开。使用一些列的表面型过滤就能做到这一点，只是过滤孔比之前的例子中小一些。比如，第一层过滤孔直径为50微米，第二层为20微米，第三层为5微米。Gore-Tex 过滤材料能够精确的控制孔洞直径，区分颗粒大小。水族过滤系统并不需要这么精确的过滤。这样的过滤只有在之前RO/DI水的制造过程中才能用得上。一般使用第一层较大孔径的屏障过滤，然后接活性炭过滤，这样可以保护RO膜，防止其堆积污垢。

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深层拦截过滤一般用在水族箱本身。深层过滤能承受高速水流。现在的表面型过滤孔径标准一致。深层拦截过滤成为了机械过滤的主要手段。想象一下，一个上直径为4英寸的漏斗？如果我们放垒球，球的大部分会卡在漏斗外，放一个棒球，能够深入漏斗一些，放一个台球，可以接触到漏斗底部，如果放入一颗BB弹，则可以顺利通过。这就是拦截过滤的过滤方式，跟你想象的会有差距吧。

拦截过滤的两种主要媒介形式是颗粒状或纤维状。砂过滤器是颗粒状媒介的，常用来处理废水。早期英国的爱德华富兰克林把慢砂滤池（slow sand filters）技术引入，进行废水净化。在长长的水渠内铺设一寸或两寸的砂床，废水流过砂床，水中的颗粒会沉积在砂床表面。当人们开始研究这种过滤的时候，发现藻类会起到积极的作用。随着时间的增加，微生物会在砂床表面生长。这些微生物分泌含糖和蛋白质的粘膜，使其粘附在砂床表面，以帮助其捕捉食物，应对环境变化。细菌附着在砂床表面，分泌物的直径与沙子微孔的直径基本相同，因此提供了额外的捕获水中颗粒的能力，这层生物薄膜被称为去污层（Schmutzedecke），德国的研究人员把它称为“dirty skin”。

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底砂层质地坚硬，不易进行渗透和穿透，而细菌膜能够更好的捕获水中的颗粒，并把它们粘住，好像把飞镖投向软木制作的标靶。英国学者把这个吸附粘附过程成为“sticky wicket”，其它国家的学者将其称为“impaction”。从过滤构造上看，筛选法过滤较大的颗粒，拦截法过滤的是中小颗粒。慢砂滤池的底砂表面会在底砂表面形成很脏的薄膜，需要手工清理掉。人们需要每隔一段时间清刮掉这些污物，然后在放回滤池前重新培养过滤器上的细菌和微生物。这个清理翻新的过程被称为菌膜再生“ripening”。美国康涅狄格州的New Haven是世界上少数使用慢砂滤池进行水净化的地方。通过对那些过滤池进行测试，证实很有溶解性有机物的废水在流经处理池后有机物明显减少。关于这种系统的其它不为人知的优势我们在以后讨论。



慢砂滤池面临的问题与表面过滤问题相同，为了得到更多的输出，需要增加过滤接触面积。慢砂过滤池可能占地好几英亩。为了减少占地面积，快速砂滤池（rapid sand filter），一种深层拦截过滤被发明了。这是目前饮用水处理厂普遍采用的技术。与慢砂过滤不同，这种过滤表层使用很细的砾石，下面是较粗的砾石。就像上文所提到的，这样做是有原因的，因为深层拦截过滤非常难于清理。快速砂滤池的水流速度要比慢砂滤池快得多，尽管表层使用了细砾石，有些颗粒还是会进入过滤媒介深层。这使得清洁过滤媒介变得很不现实，因为要移动太多的砂粒。这种砂床的清理方法叫反向洗涤（backwashing）。用高速水流反向冲洗过滤器。水流速度要足以使砂粒间相互产生移动，形成比原来结构更多的空间。被过滤媒介捕获的脏东西会随着水流被冲洗掉。一旦这种过滤器被清洗重新使用，过滤媒介上的细菌膜会消失，因为水流速度太高了，不过重新使用并不需要菌膜再生的过程。

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你想告诉我们什么？难道水族过滤技术是源于污水处理技术？

许多有热带鱼饲养经验的朋友都了解底砂过滤（UGF）。大多数淡水水族箱都使用这种过滤，而且被认为是当时的一大进步。从定义上来说，这是一种砂床过滤，但因为其使用砾石，所以很难过滤小型颗粒。当我在自己的淡水水族箱上使用底砂过滤时，我使用外挂机械过滤（HOB）作为补充，从而去除底砂过滤不能滤除的小颗粒。UGF的真正目的不在于过滤颗粒状物质，但在这种过滤介质中堆积颗粒状物质会在某种程度上降低过滤的功效。

外挂（HOB，HANG ON BACK-POWER FILTERS）类型的机械过滤在海水水族箱（SW，salt water）很常见。外挂过滤在提供水流的同时能够很好的过滤水体。使用高压滤筒会加强效果。我常会看到“丢弃你的滤筒！”这样的忠告。这是指用滤筒作为生物过滤的情况，因为它总会产生这样那样的问题。但作为机械过滤的容器，它是无法超越的最佳设置。一个配用纳米滤材的Marineland Magnum滤筒能快速清洁乌云密布的水族箱。当机械过滤结束后，滤筒内还可以填充活性炭，作为化学过滤。它简直是万能的。我有一个旧的Aqua-Tec滤筒，每次使用检疫缸时都用它。在美国，我曾看到过过滤孔直径0.25微米的滤材，我想这足以过滤海水中的任何东西，甚至是细菌。这种材料可以用在Aqua-Tec过滤桶中，用在检疫缸上进行除菌过滤。过滤直径1微米的滤材就能过滤掉白点病寄生虫和绒毛病寄生虫，因为水流速度可以很快，所以效果甚至超过紫外杀菌灯。因为价格便宜，非常适合水族爱好者。

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关于这种过滤器的一点提示：它们是绝对的纤维深层拦截过滤结构，反向洗涤不会有任何作用。它们可以用氯气清洗。将其浸泡在漂白剂中，被捕获的颗粒可以溶解。如果你的水族箱内有霰石（碳酸钙底砂），可以用50%醋进行浸泡，被捕获的霰石小颗粒能够被溶解，这种方法可以经常使用。

好了，今天就先到这里。下一我们结束机械过滤，并开始讨论生物过滤。我知道，大家都在等着生物过滤呢。

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过滤知识扫盲 第三部分

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水族箱中的过滤系统总是忽略进气设备。就好像蛋白分离器的泵头上连接的文氏管。房间内的空气中很有灰尘、油、烟和其它整蒸汽。在吸气管内放入一块空气滤片能有效的阻拦这些物质进入水族箱。空气比水更能自由的通过过滤层，这种过滤一般很小，也不贵。对于水族箱护理来说很有必要。 我看到很多人关注这个帖子，我对滤筒的钟情甚至引起了好多人在论坛中讨论。


好像那些兄弟们有更重要的东西要投资，比如除藻剂、水族添加剂。相关的投票帖中滤筒并不占优，不过别着急，等投票关闭后，我会找人篡改数据的。  我曾提到过用0.25微米的折叠过滤器过滤，除极小的细菌外，几乎能过滤一切。因为滤筒使用的一般是标准过尺寸的滤材，所以，你可以看看是否有过滤孔较细的标准尺寸的过滤物质可用于滤筒。目前，0.25微米的过滤直径已经不是什么稀奇的事了，只能被称为“普通微粒过滤”。在此下一级别还有超滤（ultra-filtration）、纳米过滤（nano-filtration）和反渗透过滤。它们所能达到的过滤效果在几十年前很难实现。使用超滤或纳米过滤过滤可口可乐，能在不改变味道的前提下完全去除可乐的颜色，使其变成清澈无色的可乐。

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为了庆祝这一伟大的发明，我们干杯。  这个级别的过滤使用的都是薄膜技术。现在一提到薄膜过滤技术，我们就会想到表面型过滤。但是当被过滤物质的颗粒只有几埃或者1000道尔顿时，使用的薄膜是一种比较密实的材质。从分子理论角度说，头发的直径已经是个天文数字了。令人惊讶的的是，早期的这种过滤效果已经很好了。1960年，David Sourirajan在加州大学的实验室中发明了第一个RO过滤器。随后发展了结构更为开放的过滤。现在我的0.25微米过滤器已经可以直接使用了。


水流经过后，颗粒物质全部被过滤出。问题出现了，水流的通过受到了严格的限制。使用0.25微米的过滤器能够在3分钟内终结水族箱内沙尘暴。即使1微米大小的颗粒也能被过滤出。因此，在过滤前加一个预过滤是很有必要的。我在这种过滤前加一个泡沫过滤管，从而大大减轻过滤的负担。另一个小提示。在清理水族箱风暴时，先让水族箱沉淀1-2天。然后用刚才的过滤器进行过滤，你会发现很快微米过滤器就发生堵塞了。这时卸下微米过滤器，用醋泡一泡重新使用。不要清洗过滤器前面加的预过滤管。为什么呢？就像我在前面说的，随着使用时间的增加，拦截式过滤的效果会越来越好。


现在它能过滤更小的颗粒了，从而进一步减轻了微米过滤器的负担。即便这样，多准备些醋还是能用上的。如果没有加州大学的发明改进，薄膜过滤同样会遭遇刚才的阻塞问题，错流过滤（CCF，Cross current filtration）就是其解决方案。现在，薄膜过滤与微粒过滤的用作原理有所不同。筛选、拦截和压紧都不是解决之道。如果你在电子显微镜下观察RO过滤膜，会发现没有可辨别的孔状结构。

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实际上，今天还有很多人争论其真正的工作原理。大多数学者认为这是一种静电排斥和扩散原理综合的结果，但没人能肯定这个结论。无论怎样，“CCF”原理就是在RO膜的进水口一侧用水流不断流过，持续带走被过滤出来的物质，有效地防止了累积效应。这中设置有效地保证了RO膜不会在过滤了几加仑水后就发生堵塞。几乎所有的超滤都使用了这种方法。过滤是鱼友门最关心的过滤。正是由于有了RO，人们避免了连续更换DI滤芯这种化学过滤装置。在有些RO的应用中，使用两段式RO（反渗透）过滤取代了DI（去离子）过滤。虽然过滤效果不能到达真正的DI过滤效果，但已经十分接近了。问题是RO在200psi（200磅/平方英寸）的压力下工作效率最高。


家用RO一般在40-70psi条件下工作。在这种低压条件下，RO工作并不十分理想。渗透作用是稀溶液会通过半透膜向高浓度溶液移动。如果在U形管中用半透膜进行均匀分隔，一侧倒入盐水，一侧倒入水，两侧液面高度相同，你会发现，盐水一侧的水位会逐渐升高。这是因为水从半透膜渗透到盐水一侧。随着时间的过去，盐水一侧的水位不再升高。这是因为盐水一侧与淡水一侧达到一种平衡，几乎没有淡水向另一侧渗透。这个高程差就是渗透压。在反渗透过程中，我们在盐水一侧使用超过渗透压的高压。淡水会与盐分离，穿过半透膜向淡水一侧运动。最终结果是水被净化成淡水，污水被排出。

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RO设备是如何构造及实现这个原理的还是个我们尚不掌握的机密。半透膜上没有可见的微孔结构，人们猜想水分子是从薄膜分子间的空隙穿过的。家用半透膜一般使用聚砜骨架，聚酰胺材质。聚酰胺有孔状分子结构，就像迷宫一样，因此可以解释扩散发生在这些分子空隙之间。 无论举什么样的离子，反渗透作用确实发生，而且我们能改进的方法也不多。




1、提高温度。温度升高时水的粘度减小，从而提高输出率。


2、提高压力。可以调节排水阀或设置增压泵。
3、优化废水排除率。


优化废水排除率有点让人迷惑。其实没有固定的平衡比率。一般水质较硬的话，会加快废水排除率，以带走过滤的废物，防止阻塞半透膜，如果水质较软会提高压力，减低废水排除率，节约水源。水的PH值和溶解在其中的离子也会影响处理结果。反渗透还可以去除许多有机化合物，而DI去离子过滤却做不到。一般情况下，气体能够通过RO膜，低分子量的有机分子也能。活性炭可以过滤水中的氯气，但不能过滤氯胺。RO过滤也不能去除氯胺，DI过滤可以。如果你用RO水作为补给淡水，最好测下水中是否含有氯胺。！关于结束今天的讨论。关于机械过滤的内容也即将完成了。我要去酒吧放松一下，顺便拉几个滤筒支持者。

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