过滤知识扫盲 第一部分-----------------转帖

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过滤知识扫盲 第七部分

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现代水族饲养中，使用活石和活砂已成为一种标准，而活石和活砂也确实提高了我们饲养生物的能力。接下来说说柏林系统。



淡水水族箱中生物过滤的主要目的利用氧气分解和消耗食物残渣，形成二氧化碳，硝酸盐甚至是硫酸盐。水族箱内始终保持着充足的氧气供应。二氧化碳从水中排出，淡水鱼类也能忍受剩余的营养盐，即使是很高的浓度。直到上世纪70年代以前，人们饲养海水生物时认为所有的循环必须完全进行，否则会对生物产生毒害。

回到那些日子，我也在努力参与去除硝酸盐的工作。为了达到这个目标，我设计了各种脱氮过滤。其基本原理是让海水进入一个海绵过滤仓，在那里，所有氮化合物都被氧化成硝酸盐。这个过程消耗了大量的溶解氧气。然后让水流流过颗粒状的媒介，此时向过滤器内水流中注入碳源，如糖或酒精。这个过程几乎可将水中的氧气消耗尽。再次向水流中注入碳源，细菌无从选择，只能利用硝酸根中的氧进行新陈代谢了。之后向被处理过的水流打氧，将二氧化碳和氮气排出，氧溶解量恢复正常。许多异养细菌是厌氧的，意味着它们要在无氧的条件下生活。因此这种去硝过滤不依靠任何建立在过滤媒介中的细菌去除硝酸盐，而是简单的依靠这种常见的异养菌。

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这种过滤器描述起来很简单，但实际维护却不容易。在添加碳源之前要明确水中的氧气含量几乎为0。否则硝酸盐是不会被分解成氮气的。碳源添加还要注意不能太多，否则会进入展示缸，会产生氧气含量减少，细菌暴增的现象。碳源的选择必须是简单的化合物，不能是含有蛋白质或氮元素的物质。过滤器内的水流速度也很难调整，就像Randy在他的文章中指出的那样，如果海水在脱氮过滤器内留置过久，细菌会分解水中的硫酸盐。如果这个事情发生了，会释放出有毒的硫化氢。总体上说，当时没有成功，今天也仍是个难题。

浮游生物的细胞组成是什么样呢？换句话说，细胞的公式是什么？83% 的碳，15%的氮，和2%的磷。正如我们看到的，碳是最基本的，而氮远不及碳的比例，排在第二。稍后我们还会涉及这个比率，我希望在大家阅读Randy的文章之前帮大家搞懂，免得遇到困难。

前文我们提到的印度尼西亚人“Lee Chin Eng”，他提供的方法比我的脱氮过滤要简单得多。通过使用海水中的石头在水族箱内进行自然过滤。如果近距离观察活石，你会发现其表面的多样性。我们当然会注意到钙藻，但再近些观察，你会发现丰富的细菌，其中包括异养菌，也包括自养细菌。还可能会发现海绵、虫类、硅藻和其它叫不上来名字的东西。Lee Chin百思不得其解，而今天我们明白了，活石就是一个超级生物过滤器。而且，活石具有多孔结构，孔结构中能容纳许多生物，还有些孔内氧气含量会降低，在那里会自然的发生脱氮反应，硝酸盐会很自然的在天然过滤器中被转化成氮气。

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于此同时，欧洲有人也发展了一些方法应对硝酸盐问题。他们猜想，如果蛋白质能在参与氮循环之前被排出，硝酸盐的含量就会减少甚至消失。因此发展了泡沫撇出器（蛋白分离器），aka skimmers。它确实有作用，但不象期望中的那么好。随着时间的过去，如果不大量换水，硝酸盐一样会飙升。有个叫Peter Wilkens的家伙，进行了灵巧的改进。他将活石与蛋白分离器结合了起来。这个方法立即风靡，被人命名为“柏林系统”。柏林系统综合了机械过滤和天然生物过滤，是水族史上划时代的一次革新。





实际上德国人发明蛋白分离器与印尼人发明活石法几乎是同时的。十几年后，两个系统才统一成柏林系统。

柏林系统是将自然过滤与生物过滤结合的一次革命，能将营养盐含量降低到自然礁岩生态的含量。Peter Wilkens和柏林水族社区共同对柏林系统进行了规划，并作为成果发表了。早期的柏林系统包含四项要素：

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1、蛋白分离器


2、活石


3、强光


4、石灰水和微量元素添加剂


这个系统就像新闻一样在欧洲水族界传开，催生了很多成功的水族箱案例。可惜Pete Wilkens是用德语撰写的报道，大洋彼岸的北美地区的鱼友没能在第一时间分享。直到十几年后，北美的鱼友才有所了解。挪威人Alf Nilson和Julian Sprung是最初在美国水族期刊上发表柏林系统文章的。美中不足的是，当时George Smit发展了半干湿过滤，而且被美国水族界广泛接受。美国人对原有的机械过滤已经很熟悉了，半干湿过滤正好对路，更容易接受，而且效果也不错，所以改变很慢。

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在欧洲，柏林系统刚刚引入时，也会抱怨不停。原始的柏林系统水族箱都是裸缸，或者底砂层很薄。水族箱成熟后会出现暴藻的问题，原来生长旺盛的珊瑚也会出现衰败。这并不是柏林系统的本身的问题，而是许多礁岩系统的通病。当人们开始饲养时，总是选购幼鱼和珊瑚断肢。很多人在水族箱内高密度饲养。起初还没有问题，随着水族箱不断成熟，鱼和珊瑚也在不断的长大。生物随着年龄的增长而变大，这才是问题的根本。生物载荷越来越大，直到有一天生物过滤系统不能承受。人们尝试更大的蛋白分离器，但问题只能环节，不能根治。

如果你认真读了randy关于硫化氢的文章，你会了解到他把活石剖开的用意。活石表面1英寸以下是没有生物活性的。活石并不是完全的多孔状，水流并不能贯通它，活石中的孔都是死胡同。随着生物载荷的增加，细菌向活石孔表面聚集，经过足够时间的积累，它们很可能堵住活石多孔的表面。清除硝酸盐的能力会锐减。直接后果是硝酸盐暴增，水族箱内暴藻。这个过程真的不需要太多的营养物质，极低的营养浓度即可引发问题。自然过滤开始向底砂发展。

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当时在美国大多数人只饲养海水鱼，所以半干湿过滤风靡一时。极具自然魅力的珊瑚缸在欧洲出现后，美国人也想做些尝试。看起来容易做起来难呀。许多尝试者都失败了。向欧洲看齐的时候，他们发现自己的半干湿过滤实际上是个硝酸盐制造工厂，正是这些硝酸盐让他们的珊瑚之旅彻底失败。有些人开始做些新的尝试，藻缸过滤。大量的藻类如蕨藻类（ Caulerpa ）开始在半干湿过滤器中或展示缸中饲养，以减少硝酸盐。这个办法还真是有效，真正的礁岩生态开始出现。同时活石加半干湿过滤器成为了美国佬的专利。实际上这种方法从未真正命名过。

藻缸过滤配合柏林系统在欧洲也有尝试，但没能竞争过砂床过滤。关于柏林系统发展史的问题应该已经说清了吧！

祝大家周末愉快！

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过滤知识扫盲 第八部分

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我们确实要感谢德国鱼友在1960-2000年间对海水水族所作的贡献。蛋白分离器、干湿过滤器和潮间带藻过滤器（低等藻过滤）都在这些德国鱼友俱乐部的帮助下取得了很大改进。

上次离开时我看到一贴，用淡水热带鱼饲养观念饲养海水鱼。也就是在海水水族箱内添加很多很多鱼。在淡水饲养中，很小的鱼缸内养很多鱼并不少见。但要在海水水族箱内实现并不现实。即使用新兴的柏林系统也不行，因为蛋白分离器和活石的生物过滤都会过载。

要我说，提议活砂的人真是糊涂。就像它们的名字一样，这些砂子真的很难沉淀下来。让我们回到Lee Chin Eng最初的自然系统，渐渐的，砂子成为了柏林系统的一部分。薄砂床为生物过滤增加了面积。有点像底砂过滤的淡水水族箱效果。这种设置增加了鱼的负载量，而对硝酸盐敏感的无脊椎动物还是不能接受。因为在富含氧气的薄砂层中，硝酸盐在累加。在欧洲，厚砂床被引入柏林系统，Jean Jaubert在厚底砂深处创造一种叫“Plenum”的无氧层。Walter Adey 和 Julian Sprung 同样也考虑厚砂床方案。当Bob Goemans把厚底砂法重新命名为硝酸盐自然去除法时，"Jaubert Method"的理论得到的广泛的关注，Tom Frakes在摩纳哥水族馆进行了拓展研究并形成文字。

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在Jaubert的方法中，Plenum方案制造了一个无氧空间。一般情况下是底砂过滤中的一个平面薄层，外部包裹一层尼龙网，避免砂粒进入。这个薄层空间上覆盖着6英寸或更厚的活砂层。该层内没有任何机械过滤相助，目的是在砂床下创造一个无氧的环境，同时又保持其内部有砂床内自然的水流。很快这个方法开始流行，Doc Ron Shimek却提出是否真的需要这个无氧的薄层的想法。他们声称，只要砂床厚度足够，砂粒尺寸正好，砂床内的生物多样性能够得到相同的效果。战线就此拉开，几年后，厚底砂派占了上风。并不是plenum方法无效，只是如果使用的设置不正确常常会导致出现问题，而厚底砂方案却很少若麻烦。

下一次，我们将探讨这些砂床是如何工作的。


你们想让我结束此贴的讨论吗？让我来告诉你，我要一直坚持到你说梦话都能背诵出来的时候才停止。
下一周，我将要把所有生物过滤的东西总结一下，然后不再添加新东西了。目前，大家可能有些迷惑，在过去的25年间，过滤系统总是变来变去的。正像你所看到的，水族领域在上世纪80年代到90年代之间分成了两派。占上风的是欧洲派，他们主张自然过滤，降低营养盐含量，而北美一派则主张机械过滤和有氧过滤的风格。尽管80年代中期美国的Adey曾一度用精心设计的潮间带低等藻过滤（ATS）的方法，但没有形成气候。

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一直到90年代后期，美国人才开始使用改良的柏林系统。在蛋分、强光和活石的基础上合并厚底砂或Jaubert 的系统。一般这些系统都有藻缸合并使用。实践证明，由于水流循环速度超快，蛋分的作用不太明显了。这很容易理解，活石和活砂是固定不动的，需要水流带走其表面的物质，并通过水流向内部渗水。还有厚底砂（DSB）中的生物群落能不断在底砂中开垦，形成新的附着表面，一些原生动物也能促进氧循环。今天，我们感谢像Ron Shimek一样的倡导者和实践者，是他们让我们了解了更多关于自然过滤能比机械过滤更有效的处理营养盐问题的答案。

下一讲我们讨论底砂过滤（UGF），以及今天的底砂过滤与60-80年代风靡一时的底砂过滤方法的区别。



大家先回顾一下典型的生物过滤方法吧。简单的底砂过滤（UGF）是淡水饲养中最值得推崇的方法，而且还有很多变化。我的第一个水族箱开始只有一个气泵和一个气石，饲养古比。不久我加入了粉红色的砾石和松绿石做底砂，还添加了造流。好像是Tunze，5加仑/分钟，随后加了外挂机械过滤。无论怎样，这个10加仑的小缸里古币的饲养获得了成功。

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那么底砂过滤（UGF）是怎么与其它方法结合，过滤成功的呢？大多数细菌都会依附在砾石表面，同时，这里氧气充足，溶解的有机物充沛，水流把它们不断的带给细菌。主要缺点是，这些细菌膜在砾石表面不断增厚，使它们成为更有效的机械过滤。无论是直接的拦截还是在介质内部挤压拦截，它们都提高了过滤不溶解微粒的能力。物质在过滤介质中的堆积越来越多，阻碍了水流穿过介质的能力。随之它们吸收过滤有机物质的能力逐渐减弱，每隔几个月就需要清洗一下底砂。在那段美好的记忆中，我一年内要将底砂捞出并用漂白剂清洗两次，以去掉上面的细菌膜。所有的一切都没问题，在清洗后硝化细菌全部死掉，需要超过一周的时间重新建立氮循环。由于这些古比总是交配，每周都有小鱼出世。这些小鱼总是为新的氮循环建立成为牺牲品。

说说逆流砂床过滤（reverse flow bed）。逆流砂床过滤需要水流穿过砂床，一般是先用一层过滤棉或同等的机械过滤将水中的颗粒过滤，防止其堆积在砂床内。

当然，现在已经没有人再使用这种老掉牙的过滤了。凡事都有例外，Paul B.在我之前就过度到海水饲养了，可能是没有人告诉他过滤方法的改进（坏笑），因此他一直在沿用老旧的过滤方法。大多数人都在想这种过滤是多年前的古董了吧。Paul B.记录了他过去35年来的成败：35 years later

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Paul将要告诉广大鱼友，无论是新手还是专家级的，水族饲养没有什么绝对方法。也就是我有时告诉别人，老旧的方法一样能获得成功。Paul B证明了这个观点。

另一个我比较喜欢的底砂过滤是流动砂床。它是逆流砂床过滤的一个分支。此方法依然使用厚底砂，用管道将底砂架起来，用水流搅动底砂运动。这种方法能够促进底砂颗粒自我清洁。新形成的细菌膜要比老细菌膜吸收水中有机物质的能力更强。你不能期待它们总是不停的工作。在水流的作用下，底砂层保持着不断的运动，有效地的自我清洁。这里的技巧在于优化水流速率。水流太快就会抑制细菌生长，水流太慢又会失去自洁作用。通常，在水流的作用下，如果砂床的体积增加10-15%是比较合适的。现在如果增加砂床的厚度，足够厚，也能发生脱氮反映。因为氧气在水流上升过程中已经消耗，细菌在沙粒摩擦中被打碎变成有机物从底层向上涌，相当于提供有机碳源。无氧条件（Low oxygen） + 碳源（carbon source） + 硝酸盐（nitrates） = 硝酸盐转化成氮气（nitrate converts to nitrogen gas）。这种方法需要很大的空间。一般沙子的厚度要达到15英尺（我的天哪），加上底砂的膨胀，还要有开放的水域表面，过滤器的高度至少要20英尺。无论怎样，这种方法是非常有效地，如果你曾参与过大型公共水族馆的维护，应该会了解这种生物过滤的有效性。

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底砂过滤的最大的缺陷是整个过程中的氧气都来自于水体本身。这极有可能导致展示缸中的氧气含量下降，PH值和KH值都下降。80年代，干湿过滤进入水族领域，而且是一直延续到今天的成功生物过滤法。因为细菌生活在暴露于空气中的媒介上，不会受到水中氧气含量的限制。就像前面说的，干湿过滤滤材是有突起状的物质，这是一种伟大的进步。在这个领域中，广泛接受的方法中凝结了大家的智慧。因此，生化球、生化环以及六角形和金字塔型的生化滤材不断出现，核心是增加表面积，增加过滤介质堆积的高度比购买所谓的更高级的滤材更重要，即在这种情况下数量比重于质量。无论怎样，这种过滤都不能进行脱氮反映，因为氧气含量太丰富。只有通过辅助设备，如脱硝反应器才能实现。另外，如果你不在乎硝酸盐含量，如FO缸，这种过滤系统真是棒极了。有些鱼友甚至报道过配合使用大量活石，生物载荷较低时，营养盐含量也非常低。我的一般建议是去掉干湿过滤中的滤材，换上过滤棉，用作底缸的预过滤。

好吧，到了该结束的时间了，下一次，我们谈谈现代生物过滤技术。

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过滤知识扫盲 第九部分

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下面的文字本该有RC的蛋分合作商首席财务主管来写，他比我更了解蛋分高价背后的秘密！

有点跑题了，现在我们该说说蛋分了。几乎所有关于过滤的文章中都提到了蛋白分离器。它到底是不是过滤设备大家还有所争执，但它确实能将溶解的有机物排出是 事实，所以，可以考虑作为过滤设备。说明其过滤原理是下一步的事情。有些作者认为它是生物过滤，我不同意这个观点。蛋分是将有机物在被细菌分解前撇出的。 虽然蛋分的工作原理中包含物理和化学规律，但它还是自然的机械过滤手段。无论怎么说，因为蛋分是柏林系统不可分割的一部分，所以我把它放在生物过滤中叙 述。

在Albert Thiel的文章中，他确信德国鱼友Guido Huckstedt 是第一个在水族领域提出蛋白撇除观点的人，当时还是1960年代。蛋白分离器作为污水处理的一种设备在此之前已经应用于废水处理工业很多年了。在食品包装 和制药也有应用。用蛋清制作柠檬派的过程就是很好的例子。选取蛋清，用搅拌器搅匀，这个过程有气体进入蛋清溶液，会形成泡沫，非常多的泡沫。这是蛋白分离 器工作的基本原理，用空气将有机物质与水分开。并不是所有的有机物质都能被分离出来的。有机分子需同时具有亲水和排水的特性。具有排水特性的结构被空气吸 引，而亲水结构被水吸引。随着气体上升到水面，具有上述双重特性的有机分子也被带到水面。你可以看看自己的水族箱水体表面，通常会有一层薄膜状物质。这就 是具有排水特性的有机分子聚集形成的。

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蛋分因广泛的撇出性能而受到好评。蛋分不能撇出无机物质。如果你分析一下收集杯中被排出的物质，你会发现有重金属、磷酸盐等，这是因为它们可能与有机分子结合了。许多金属离子都会与有机物绑定，包括磷酸盐，许多无机物由于泡沫的浮力也被随之撇出了。藻类和细菌也会被撇出。

有些方面能够提高蛋分的工作效率，作用效果不同。气泡要很小，就像非常细的沙粒，直径约0.2-2.0毫米，体积小的气泡能够提供更多的接触面接。气泡在 水中需要停留足够长的时间。接触时间越长，就有越多的有机物被吸附。水流不能过乱，我们需要小气泡最后合并成大气泡，形成泡沫。如果上述三个条件都成熟， 就具备了高效蛋分的条件。

第一代蛋分的设计与底砂过滤的导流管颇为相似。气石被放进一根很长的管子内，泡沫从底部向上运动到水表面，在表面收集有机物。现在管子延伸水面，连接收集 杯，有机物浓度极高的泡沫定期被去除。这种蛋分简单而有效。关键在于作为反映仓的管子需要很长才能收到较好的效果。把很长的管子隐蔽起来并不容易，不美 观，短管的效率又不高。