过滤知识扫盲 第一部分-----------------转帖

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过滤知识扫盲 第四部分

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加油新手们，继续学习过滤知识吧。（生物过滤基础）

上一次我们讨论的是机械过滤，也就是从水中过滤掉不想要的东西的屏障。对于有过淡水养殖经验的新手来说，机械过滤与生物过滤组合使用时，其目的是相反的。在淡水饲养中，两种过滤的配合使用是很常见的，而在海水水族箱中我们希望在颗粒分解腐败之被输出。换句话说，希望海水水族箱的机械过滤成为一个输出设备，就像蛋白分离器，藻缸收割，甚至换水。让我们先来导论一般意义上的生物过滤。

细菌在废物处理中的重要作用已经被发现100多年了。Lord Franklin，池塘种植科学的创始人，已经发现了慢砂滤池中去污层上细菌的存在，但他不了解细菌的真正功能。他所发现的只是为了保持慢砂滤池的过滤功能，这些细菌必须定期进行更新。过滤砂每天需要放在清水中几次，过滤功能会比一直连续使用效果好得多。Franklin始终没有搞明白是怎么回事。现在我们知道这个间歇清水浸泡阶段是细菌在进行有氧呼吸。当时的另一个未解之谜是为什么这种过滤能够去除水中的有机物？现在我们明白，细菌膜中的微生物会吃掉水中有机物质，以生存、生长和繁殖。

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淡水水族箱中最广泛应用的是底砂过滤（UGF）。底砂过滤使得在淡水水族箱内饲养更多的鱼儿成为现实。当底砂过滤被最初设置的时候，需要一个成熟的过程，就像Franklin创造的慢砂滤池培养的过程一样，直到有大量的蛋白水解细菌和氨氧化细菌出现。在此之前，底砂过滤就是一堆砾石，其中有水流穿过，一个很糟糕的机械过滤而已。

异养菌（Heterotrophic bacteria）砂床上最初发展的细菌。异养菌是利用有机物作为碳源的简单的细菌。当化合物如蛋白质，含有氮，有些氮是以氨的形式被排出的，对于鱼和无脊椎动物有明显毒性。

还有另一群细菌叫自养细菌（autotrophs），它们直接从二氧化碳中汲取碳源。它们通过氧化氨生成亚硝酸盐和硝酸盐而产生能量。自养菌没有异养菌生长繁殖速度快，因此需要很多时间在砂床中培养足够数量的自养菌。一般情况下需要7-10天时间培养足够的细菌将氨转化为毒性较小的亚硝酸盐形式。有趣的是有很多争论是关于到底哪种细菌真正完成硝化作用的。候选名单包括，但不仅限于亚硝化单胞菌（Nitrosomonas），亚硝化球菌（Nitrosococcus），亚硝化螺菌（Nitrosospira），硝化菌（Nitrobacter），亚硝化弧菌（Nitrosovibrio），亚硝化页菌（Nitrosolobus），和硝酸刺菌（Nitrospina）。不管是否还包括其它细菌，滤材中的硝化细菌都能将氨和二氧化碳进行反应。

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另一种细菌，或者在某种程度上说是一种藻类，因为它们会进行光合作用，是蓝藻（cyanobacteria）。它们在江河湖海中都能生存，而且有独一无二的本领。它们能够吸收氮气，并将其转化为氨或硝酸盐。尽管这是大自然中最重要的氮化过程，却是水族爱好者最不希望看到的。

这些细菌（除一些蓝藻外）共同特性是好养菌。也就是它们需要氧气代谢食物。这方面知识在生物过滤引入淡水水族前大家已经了解。实际上，硝化作用消耗大量氧气，比将碳转化为二氧化碳还要多。在底砂过滤中自养和异养细菌在分解有毒物质时相互帮助。底砂中的高速水流可以为这两种细菌提供充足的氧气。

即使这样，氧气也可能出现问题。细菌会和鱼儿争夺氧气。如果底砂过载，氧气含量可能低到危险的程度。有两种来自于废水处理工业的方法可以解决这个问题。

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比较老的废水处理方法是滴滤池（trickling filter）。基本上该过滤就是一个装满石块的容器，未处理的废水被喷撒在石块表面。随着过滤器使用时间的增加，石块上附着了细菌薄膜，就像在底砂过滤系统中的一样。水流速度非常慢，石块一直暴露在空气中。空气中的氧气为石块上的细菌提供了就像浸泡在水中一样足够的氧气。在水族过滤中，该技术演变为半干/湿过滤器。在所谓“干”的部分，水流是滴在生物过滤媒介上的，细菌在那里大量繁殖。大多数废物在那里利用空气中的氧气被转化。“湿”的部分起到过滤处理过的水体的作用。有关这种过滤使用什么滤材的说法很多。生化球是最普遍的滤材，除非你有更多钱去烧，购买更贵的滤材。

另一个氧驱动的过滤是仿造废水处理的旋转生化接触装置（RBC，Rotating Biological Contactor）设计的。它是一种可旋转的鼓状物，与水和空气交替接触。细菌膜在鼓形表面生长，净化水质。水族版的应用是生化轮（bio-wheel）。生化轮一大优点是没有机械过滤功能，无需清理。一个较脏的生化轮反而是高效的生化轮。

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无论是半干/湿过滤还是生化轮过滤都适合海水水族箱。海水与淡水相比，溶解氧的能力要差些，在为细菌膜提供氧气的同时还要为鱼儿和无脊椎动物提供氧气。

在淡水中氮是个仇敌，而在海水中，情况会好些。大多数情况下，淡水缸是运行在比海水更低的PH值情况下，高ph值能减少氨的毒性。氧化后的氨形成亚硝酸盐和硝酸盐，在海水中的毒性也不像在淡水中那么强烈。有些鱼友的淡水缸很长时间也不换一次水，而鱼类似乎一直保持健康，而在海水中将会导致珊瑚的灾难。

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过滤知识扫盲 第五部分

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大家感恩节快乐


我已经被火鸡撑得不行了，希望你的感恩节也一样开心。

生物过滤中的生物学就好像是填在火鸡肚子里的美味，不过直到现在我主要关心是面包或玉米，当然它们都是美味的重要组成部分。在生物过滤中，细菌好比面包，就像其它美食一样，还有许多配料藏在其中。随着细菌的成长和繁殖，生存空间成了问题。异养菌每20分钟就能繁殖出一倍的数量，砂床或其它媒介很快被它们所覆盖。另一个问题是，就像人老了一样，细菌变老后吸收水中废物的能力也在减弱。有些细菌死亡后变成了下一代细菌的食物。

即便这样，对于食物的渴求还是很强烈的，竞争让适者生存。有些细菌进化了如真菌一样的触须，这样它们可以有更多的表面积吸收营养和氧气，但身体的吸收能力减弱了。有些细菌形成细菌宁聚团（ Zoogloea）分泌粘液以这种形势储存食物，或捕获更小的细菌。虽然有这样凶恶的捕食环境，依然有其它微生物和细菌在生物膜上游走。它们是原生动物（protozoa）,是远比细菌体积大得多的生物，也是食物链的下一个环节。它们类似变形虫，能像纤毛虫一样游泳，细菌就是它们的美餐。

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它们有利于细菌层的减薄，同时它们的繁殖速度没有细菌快，所以保持了总体的繁殖平衡。另一个等级的底砂微生物是轮虫（rotifers）。轮虫可以长很大，能吃掉细菌和其它原生动物。就像无数个微型吸尘器一样，它们要吃掉所有能放进嘴里的东西。这些原生动物一般有地域特色，生活在底砂或其它媒介中。然而，有这么富足的食物来源，生物过滤系统中的外来物种很快就会滋生和蔓延，包括蠕虫、线虫和一些生物的幼虫都以细菌和水中垃圾废物为食。总之，生物过滤中的生物是极其多样的。

几乎所有淡水中生长的细菌类型都能在海水中发现。虽然不是绝对的一样，多少会有些变化，以适应海水生活环境。另外，还有些细菌仅限于生存在海水中。有些藻类在只在海水中发现。细胞能进行钙化反映的藻类在淡水中无法找到足够的钙和镁，因此无法在淡水中生存。喜盐的细菌需要高盐度环境，因此只能在海水或咸水湖中发现。很明显，这些细菌根本不听高血压病专家的忠告！

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在淡水水族箱中，我们追求让所有生物过滤都富含氧气。在海水水族早期，我们也这样做了。从那时起，底砂过滤、半干湿过滤被广泛应用。配合有规律的换水，鱼类在水族箱内生存的非常好，但珊瑚却不像人们所期望的那样。光照的最初进步使珊瑚活得更长一些，但不多久，它们就开始消退最终走向死亡。一定有什么不对的地方。

那么下一次再讨论到底缺少了什么。

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过滤知识扫盲 第六部分

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一周时间没见，还真有好多人PM我。（磷、硫的循环代谢）

在淡水环境中，营养物质会持续不断的得到补充。湖泊和河流不断的由陆地上的水源补给，营养物质也随着雨水从地表冲刷或从地下渗透而来。在此过程中，雨水溶解了地面上的硝酸盐和磷酸盐。这意味着淡水鱼始终被这些营养盐所包围着。随着时间的推移，它们能够接受这些。而在海洋中情况不是这样。尽管河流将营养盐不断带入海水中，但还不能满足海洋自身的总需求。海藻的固氮作用马上吸收了营养盐。因此，海洋中的营养盐含量非常低。在水族箱中情况又不一样了。作为食物的一部分，氮被不断的添加，水族箱中的硝酸盐含量会非常高。尽管鱼类能够接受一定浓度的营养盐，但无脊椎动物不能忍受，因此早期的珊瑚饲养常会遭到失败。

磷酸盐还有抑制珊瑚钙化的作用。在海洋中，磷酸盐的浓度总是非常低，因为它们向大海深处移动。只有在海流上涌或发生海底地质灾害时磷酸盐才会上升到海水表层，不过这要几百万年才能遇到一次。在水族箱中，我们不断的喂食，把磷酸盐带入水族箱。这些磷酸盐必须以某种方式输出，否则会在水族箱内累积。高浓度的磷酸盐对海水水族箱的影响可能远远超出我们的了解。

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硫循环在海水水族箱内同样扮演着十分重要的角色。 海水中的硫化合物含量比淡水高许多。因此，有大量微生物在代谢中有硫参与。它们可以在无氧条件下把硫酸盐转化成硫化氢，在有氧条件下把硫氧化成硫酸盐。硫循环和氮循环基本相同。就像硝酸盐在有氧环境下产生一样，硫化物的无氧分解同样会给水族箱造成威胁。如果大家回顾各类水族文章，你会发现人们往往忽略的硫循环。不过硫循环确实在发生，Randy博士针对这个主题写了一篇文章：Reefkeeping Magazine 。我想阅读这篇文章是非常有意义的：Hydrogen Sulfide and the Reef Aquarium。

很明显，大海中的硫循环过程非常复杂，而在水族箱内发生的只是一小部分。总体上讲自然海水是缺乏营养物质的，如果我们要模拟海水世界，就必须复制这一特性。淡水水族箱的生物过滤只负责将氨转化为亚硝酸盐和硝酸盐。此过程不会减少毒源，只是降低毒性。

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1960年以前，Lee Chin Eng（印度尼西亚人）发现了一种应对这些问题的解决办法。他不指望机械过滤，而是从潮间带的水坑中收集石头。而后，他将这些“活石”放入他的水族箱中，而神奇的效果出现了。1960年之后，他的方法被引入海水水族领域，但当时没有多少人理会。一直到1970年后他的方法被欧洲人发扬光大（柏林系统），才得以广泛推广。

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