各種底沙系統的比較

小生

我們在下列會研究的底沙系統有：充水層plenum，厚底沙dsb，薄底沙（鋪3寸以下的沙），底喉undergravel，反方向底喉（水由沙底入，沙面出），沙樽（液態沙床），及清缸(不鋪沙)。
各種系統，各有奇技及局限。
比較硝化作用
意思是把NH3/4化為NO2，再把NO2化成NO3。此作用需要氧氣來進行。
硝化作用功能，處理得最出色的底沙系統排名是：
1.沙樽。
2.反方向底喉，是第二名。
3.底喉。
4.厚底沙。
5.充水層。
6.最差是薄底沙。
清缸沒有計分,因無此功能。
所有底沙系統中，硝化作用做得有沒有效率，決定性的因素是運輸，把氧，NH3/4，NO2從水中運送給底沙系統。
沙樽，反方向底喉，底喉的運輸核心是水泵，是直接，主動，快速的。
沙樽做得最好，第一名，是因為沙粒在樽內漂浮著，這能用盡每粒沙的表面，不像其他系統的沙粒，層墊時便減小了表面面積，及減慢水流。
反方向底喉由下層入水，這樣，下、中層的氧是充足的。上層貼著主缸的水，因而有氧的供應。所以它是第二名。
底喉卻由沙的上層入水，這區含氧量必高，但上、中層的硝化菌把氧耗盡得七七八八，下層便不夠氧了。
厚底沙，充水層，薄底沙的運輸，非靠水泵，是靠擴散作用。擴散是什麼？做個實驗便能解釋：你在一間房，點起一枝煙。煙由香煙散出，散到房的空間中，就是擴散作用。這運輸方法是較不直接，不主動，慢的。
底沙系統的含氧量，會影響擴散作用的速度。底沙的氧量，越是低於缸水中的，水中的NH3/4，氧，NO2擴散到底沙的速度便越快（但怎快也不能跟水泵相比）。雙方氧量的差別，是為potential difference。
厚底沙有微氧區、無氧區，所以整個厚底沙的總含氧量是最低的，因此它排第四。
充水層系統沒有無氧區，只有帶氧區、及微氧區，所以總含氧量不及厚底沙的低。
薄底沙系統只有帶氧區，就算底部有微氧區，也只是薄薄的一層。所以總含氧量不及厚底沙，充水層的低。
比較H2S的產生
只有厚底沙有無氧區，故只有它才有產生H2S。
比較化NO3的功能
即是脫氮作用，是把NO3化作N2。有關的菌要在微氧環境下工作，不是帶氧，也並非無氧。
龍虎旁：
1.充水層，功能最好。
2.厚底沙，第二名。
沒排名的原因：薄底沙。它的功能很低，或無，蓋其厚度未必能做出微氧區；就算做得到，也只是薄薄一層，能給多少化NO3的菌居住？
無此功能：反方向底喉，沙樽，底喉，及清缸。
充水層的英文是plenum，即是指埋藏在沙裡，底架內的空間。這空間沒有沙，只有水，重點是那裡的水中，儲存著氧。氧會慢慢擴散去微氧區，來維持該區的微氧量。所以其微氧區的體積是最大的，最穩定的。它的化NO3功能最出色。充水層的氧從何而來？就是由脫氮作用而來，整個作用是：
NO3---->（化成）NO2---->N2O---->N2。注意化學程式的右邊第二個的N2O化成N2，那個O就是氧，去了那裡？就是擴散去了充水層內。
厚底沙因沒有充水層，所以其微氧區的體積較細，難掌握，也易受外來環境的影響，並不太穩定。
反方向底喉，沙樽，底喉在硝化上的成功，暗藏了無化NO3之技，充足氧氣仍它們的兩刃劍。
比較對缸水的影響：NO3污染度
誰會令魚缸的水有較高的NO3？排名如下：
1.沙樽，最利害。
2.反方向底喉。
3.底喉。
4.薄底沙。
沒有排名：充水層、厚底沙。
不會有直接影響：清缸。
頭三位的名次，是跟硝化作用功能的排名一至的。底喉，反方向底喉，沙樽不只無化NO3功能，更因它們的硝化作用太有效，而且流經它們的水流越快速，通順，製成品NO3便越是衝了出來。三巨頭有「NO3工廠」的花名。使用這3種系統，缸水中的NO3必會較高，要用其他補救方法，如換水次數頻密些，NO3去除器等器材。
如果淡水水草缸用底喉，反方向底喉，底沙/泥中的養分，便會不斷地衝出缸水中，植物的根部就吸收得不夠，反而缸內的藻得益不少。
充水層、厚底沙有化NO3功能，又沒被水流貫穿，更有貯存NO3的能力。其沙中的含量，是會高出缸水中的很多。以充水層為例，Bob Goemans博士的魚缸內，水中NO3之含量，跟沙中的比例約是8比18（各個魚缸不同）。
充水層、厚底沙還有貯存NH3/4、NO2的功能，等於水中的含量便小了。
貯存著的N氏三惡賊，是在排隊等候被處理，所以貯存量不會無限上升。若缸中情況有變，如加多/減數條魚，系統會慢慢自動調節，除非太多生物，負荷不來。
薄底沙，較低硝化力；小或無化NO3功能；有些貯存功力（因較充水層，厚底沙薄）。結論是缸水中N氏三惡賊的總含量會較高，NO3影響度排行第四，且會有相對高的NH3/4，NO2，NO3在水內。
清缸會令所有的N氏三惡賊都在水中。再用剛才Bob Goemans魚缸的比例去看NO3，按比例計算，缸水便含8+18=26了，比他的充水層系統高26/8=3.25倍。
比較對缸水的影響：pH
跟硝化作用有關，因此作用的副產品是H離子。硝化得越有效率，越多H離子出產。 pH數值，就是計算有多少H離子，越多，pH越低，即越酸。
對缸水的pH有向下傾向力的排名：
1.沙樽，最利害。
2.反方向底喉。
3.底喉。
4.薄底沙。
5.厚底沙。
6.充水層。
不會有影響：清缸。
第1至3位，與硝化作用功能的排名一樣。再者，沙樽的水流最快，沙的阻力又最少，出產的H離子拉肚子般衝出，因此，其影響力最高，最快。三位的影響，在換水不足的缸中，會最明顯。
薄底沙的硝化作用不及頭三名，所以沒出產那麼多H離子。
化NO3作用與硝化作用相反，會使pH上升。充水層的化NO3作用最優，所以酸鹼的中和，比厚底沙的多。 Bob Goemans魚缸的充水層系統，上下層沙和充水層的水都是pH7.6，這與缸水的pH有分別，便有點影響。厚底沙會較充水層酸一些，影響力大一級。
水不會快速穿梭於厚底沙、充水層、薄底沙，所以H離子有時間停在沙中，會溶化一些沙粒，這也有酸鹼中和作用。
第1至6位的系統，或多或少對魚缸有酸化的傾向。不察覺，是因為缸水中的鹼性alkalinity在秘密工作，有緩衝作用buffer。這是消耗鹼性的。通常有足夠的換水行動，鹼性能夠被補充，或魚友自行保持著鹼性。
比較貯存PO4的能力
貯存力愈大，等於水中的含量便愈小。但只是暫時貯存在沙粒表面，所有底沙系統都不會處理PO4，它會慢慢溶回水中，部分則被沙面，沙中的藻吸收。
貯存PO4功力旁：
1.充水層。
2.厚底沙。
3.薄底沙。
4.底喉。
5.反方向底喉。
沒此功能：沙樽，清缸。沙樽多數用矽沙，有說會放出diatom藻的養分silicate，有說不會。
充水層、厚底沙中的PO4含量，是會高出缸水中的很多。前者的pH比厚底沙高，令溶回水中的PO4較小，較慢。
薄底沙比前兩位薄，沙的數量較小，pH又較低，所以貯存力較弱。
底喉、反方向底喉水流快，部份PO4未粘到沙粒，已被沖走，因而貯存力低。底喉之硝化作用低反方向底喉一級，pH高一點，所以排名第4。
沙樽內的水流更快，pH最低。
比較打理麻煩度
1.最煩是底喉。要經常局部洗沙，因垃圾會被拉入沙層中。洗沙也能防止菌的生物膜把沙粒粘在一起，降底水流速度，及形成死位。
不時也要清洗水泵，保持水速。
2.反方向底喉。一定要在水泵入水位，用棉來過濾垃圾，否則底部的沙會藏污。棉最少要每一周更換一次。
不時要局部洗沙，防止沙粒粘在一起，及清洗水泵。
3.沙樽。一定要在水泵入水位，用棉來過濾垃圾。棉，最少要每一周換一次。有棉便不用洗沙。
亦不時要清洗水泵。
4.充水層、厚底沙、薄底沙。成熟後，若正確運作，沙中的垃圾是不會過量的，甚至非常小，所以不需要洗沙。這行動反而會傷害到沙中的小蟲，小動物等。
太多藻長在沙面，會減弱擴散作用，要清除。
日子久了，沙粒也有粘在一起的機會，那就局部洗沙。這情況不常發生。
5.清缸便只需不時吸缸底的垃圾便可。
無論缸底有沒有沙，都要有足夠的清潔隊，如蝦、蟹、海星等；水流夠的話，垃圾有機會被吹起，被過濾系統化去；有垃圾，要清除；清缸的缸底如果太多藻，有藏污功能。不太多，有吸廢物功能。
系統升級
以氧為首。
以擴散作用為重心的充水層、厚底沙、薄底沙，缸水中的含氧量，與沙中的含氧量，兩者的差別越大，便越有potential difference，擴散作用會越佳，系統的效率便越出色。我們不能控制沙裡的氧量，但能使水中的盡量高，來拉闊它們的距離。
用水泵為重心的底喉，反方向底喉，沙樽，如果缸水有充足氧的話，泵往系統的水，也會夠氧，功能因而升值。
要注意關燈後，藻、共生藻、植物都會消耗氧，珊瑚數目滿滿的魚缸為甚。我們建得各種底沙系統工廠，當然要它24小時也在最高狀態。任何時候，盡力保持約7ppm的氧量。設備一些晚上才開動的水，氣泵能幫一臂，泵不怕會增熱，因燈已關。
水溫高時，水的含氧量會下降，應留意，在夏天時，底沙系統的功能會打了折扣。
沙樽的水泵，如用會噴氣的泵，有升級效能。要小心調校噴氣量。把噴氣量從零，慢慢調大，硝化作用的效率會隨之而逐漸增加。但校大至某一個位，再調大噴氣量，效率反而會隨之而逐漸減低。理由是噴氣量多了，使泵水量下降；及太多水泡阻礙水流等。調校噴氣量，硝化作用的反應不會即時變更，應慢慢觀察。
不要把先經其他硝化系統（例如濾桶）的水，駁去沙樽，因先前的器材已把氧用了很多。
沙樽，反方向底喉的水泵，其入水位應低於缸水水面的2寸，或以上。因上2寸的缸水中，含大量的有機化合物，把它們泵入系統中，便會刺激處理有機化合物的菌的生長，它們會霸佔了硝化菌的居所，和氧，也會使系統內變得太酸，影響硝化作用。上2寸的缸水，最好是泵到專負責處理有機化合物的器材，如化氮器，活性碳。
相反，底喉的出水位則越近水面越好，因打出的漣漪，有增加水中氧量之力，也能使CO2升空，降底酸性。
充水層的充水層底架，在黑暗環境下，會奏出最高效能的化NO3工作〔Bob Goemans, 2000〕。如果在魚缸玻璃的下方，見到充水層底架內的空間，那就不是黑暗環境了。此底架可以打做得比魚缸的長，闊，各短半至1寸，那樣鋪下的沙，便能包圍底架的四邊。也要留意缸的底部是否透光。
種植有根而局部生長於水面上的植物，會令厚底沙的功能，全方位地升級，請參巧< dsb厚底沙的缺陷and奇妙破解理論>一文。
沙中與水中pH的差別，也會影響充水層、厚底沙、薄底沙的擴散作用。本來差別愈大，愈佳，但我們不能把水中的pH盡情提升，唯有力保不跌穿8.2-8.4。也要注意不開燈時段的pH下降，珊瑚數目爆棚的魚缸為甚。
充水層、厚底沙、薄底沙，約一年一次活化沙行動--加些新活沙，活石，希望補回沙中死了的小蟲，小動物等。
反方向底喉、底喉、充水層、厚底沙、薄底沙的效能，與沙面的外露面積成正比。不要放置太多活石，珊瑚在沙面。
停電又如何
停電，便沒有水流、燈、氣泵等充氧功能。氧不再供應到缸水，但飼養的生物，硝化菌等菌，卻是繼續吸氧的。氧的消耗，今次以魚類數目爆棚的魚缸為甚。應加派一個後備充電氣泵。但即使有此器材，反方向底喉、底喉的底部，氧氣是鞭長莫及的，那處的硝化菌會先死亡。時間太久，或有可能產生毒素，比方H2S。長時間停電後，要留意水質，作換水之準備。
沙樽一停電，便與缸水隔絕，因而硝化菌等菌不會跟缸內生物搶氧。只是樽內的菌，會受缺氧之苦得比其他底沙系統快，全體受影響，而不是兩種底喉的局部。有可能產生較大量的毒素，如H2S。如早知將會停電，就關其泵，開其上蓋，放入氣石。
沙粒的溶解
假設裝置正確，打理得好，長線最大的問題是沙粒的溶解。 Aragonite沙在低過pH8.2便開始溶化，其他鈣沙，如calcite低過約pH7.8才溶。沙的溶解是慢的，長線才會發覺底沙系統變薄了，導致功能弱了。
除充水層外，其他系統只須保補沙粒便成。不過不要一次過加太多沙，這會使沙中的原居民突然住低一層，會影響沙層的各區。分開幾次，薄薄的遂層遂層地加，或遂個地段加便大吉大利了。
充水層最煩是在沙層中，設有網，因而使你加沙時，只加到網上的。網下的沙慢慢降底，會出現細波大胸圍現象----離哂罩。解決錦囊是在網下的，不用Aragonite沙，以減低溶化速度；不用網。但不能養中度或以上的番沙，鑽沙動物；用Aragonite沙，就不要加太多strontium微量元素，它會加速溶化度。講究的話，calcite沙也分為高含鎂量沙（HMC），及低含鎂量沙（LMC）。後者溶得更慢。