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[教學] 各種底沙系統的比較

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發表於 2010-12-24 15:34:39 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
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。
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