海水缸各系统全析——过滤

过滤系统（一）　　

海水海水鱼缸如同海底岩礁生态的一个缩影，和自然界中相同的，在这里的海水水族（鱼和无脊椎动物）亦不断进行新陈代谢，同时排出体内废物，包括尿素、尿酸、铵盐和氨等。与此同时，剩余的饵料残渣、死亡腐烂的生物（藻类、软体动物或鱼只）也不断地增加着水中的氨含量。

为什么要用过滤？我们可以观察到自然岩礁体系中保持着生态平衡，所有一切都依据物竞天择原则，那些没有生存依托的生命体不是停滞发展就是被别的种群所取代。然而在海水鱼缸里，几乎一切都已人工化：海水动物被迫离开大海移进人造海水，在捕运过程中还会受到惊吓和伤害；人工灯光照明；生态失去了平衡甚至有可能不适宜同养的生物被硬放在同一海水鱼缸里。我们现在之所以仍能拥有生机勃勃的海水鱼缸，完全仰赖于许多海水生物的高度适应能力，先进水族科技支持，以及也是最首要的，一个经验丰富水族高手的管理。多数情况下，海水鱼缸生态体系是相对小且封闭的，同时其中生物种群密度较高，因此，必须应用与之相称的过滤装置或过滤系统组合来处理水体，以除去其中的有害物质和一些有毒性的中间体。选择过滤系统的首要依据是水族生物的种群密度以及所需的水质要求。

什么是过滤器？用来做什么？在海水鱼缸中，我们对过滤的要求并非只是去除水中悬浮物。过滤的目的更在于要通过生化过程将有害有毒的物质转换成无害无毒的，可以经由循环系统重新回到海水鱼缸里。要达到上述目的，没有细菌的帮助是不可能实现的。这些细菌被粗略地分为两类：有氧菌和厌氧菌。前者生存需要氧气而后者则生活在无氧环境中，从硝酸盐之类的化合物中获得所需的氧。这两类菌有着完全不同的作用。有氧菌把氮氧化成亚硝酸根离子和硝酸根离子，而相反地，厌氧菌又将之还原成氮气并释放，我们称之为脱氮作用。岩礁生态中的生化过程相当复杂，并非本文主题，这里我们就不作累述。

我们所要强调的，是过滤系统与海水缸大小以及水族生物数量相配伍的重要性，而后者的重要程度更甚于前者。

活岩石（Livingstones）是海水海水鱼缸中最重要的过滤介质。

海水生物概念不应该只包括鱼只和软体动物，也应包括作岩礁造景用的活岩石。在海水海水鱼缸中引入越多的活岩石，整个水族缸体系的生态运作会越稳定。从活石的表面到内部，共同构成了一个很大的分解代谢有机体，因含氧量由外至内层层递减，这样就同时为有氧菌和厌氧菌提供了生存空间。

相关结论：一个成功的海水海水鱼缸必须从一开始就保持稳定且适合其中水族生物需要的水体质量。海水鱼缸运作体系中所有多孔材料，如活岩石、贝砂、珊瑚砂及底砂，都是潜在的菌落培养处。多孔材料越多，材质的孔洞越多，所形成的活性分解区域就会越大。

那么，有哪些可用的过滤装置呢？

1.生物过滤（BiologicalFiltration）生物过滤属有氧过滤，氧气参与了这里发生的硝化反应。由细菌将水中废物氧化。通常无法在此分解硝酸盐，除非所用的过滤介质非常粗糙，如活石，同时要求流经的水量有限，而这并非此类过滤的目的及功能所在。

生物过滤又被分化成水下有氧过滤，因为过滤介质一直浸没水中并不与外界空气直接接触。用于淡水水族的筒式过滤器是其中最广为人知的，通常使用不同马力的马达抽水泵，内部用数层纤维材料及/或多孔材料作过滤介质。考虑到会对菌落供氧不足，因此有效性和实用性受一定限制，这种过滤器不适合海水缸使用。

另一类是底层过滤，和筒式过滤器相似，都靠抽水运作。在缸底打孔的双层底板上铺一层5-10cm厚的珊瑚砂，用强力抽水泵从砂底抽水。过程中会出现富含空气甚至臭氧的逆流作用，这额外供给的氧令过滤效果更佳。会形成相当大的菌落区，不过长期运作后将使得底砂层十分紧密并引发藻类滋生，需要彻底清洁或翻缸整理，所以这也不适用于海水缸。

2.机械过滤（Mechanical filters）通过机械过滤去除水中的悬浮杂质，在过滤装置内部和外部都能应用此方式。可作为生物过滤装置的前置预滤区过滤方式，或干脆在那里直接放个机械过滤器，这样，流到生物过滤区的水中废物可由机械过滤控制在一定数量内，可以使生物过滤效果更令人放心。

机械过滤用在海水缸里可以减少水中的有色微小藻类，控制了藻类滋生以及在活石上沉积。要使机械过滤运作有效，需用强力抽水泵以达到并保持高速水流，这不光取决于抽水泵马力和过滤器体积，更重要的是要保证对内部间隔层经常清洗，不然很快就会有还原降解作用发生，反倒加重了生物过滤的负担。只要能保证动力强劲和经常清洗，还是推荐在海水缸过滤循环体系里应用机械过滤的。

随时间流逝，机械过滤会渐变成生物过滤

3.活性炭过滤（Carbon filter）活性炭过滤被用来除去水中有色物质，以改善黄水现象。发黄的水质不仅看上去令人不爽，而且会减弱水中照明强度。活性炭亦被用以去除水中有毒物质。

最好把活性炭装在网孔袋里置于滴流过滤的滤池中或生物过滤的出水处，用一段时间后就应更换，不然，时间一长（由活性炭吸附力大小所决定）它就变成另一个机械-生物过滤体系了。

小心：用藻过滤法要时常关心藻缸状况，因为一旦藻类生长失控乃至崩溃，其长期积累的有害物质会被突然释放，那时候，你就对着一缸浑水哭去吧！

4.藻过滤快速生长的藻类，特别是蕨藻属（Caulerpa）藻类，生长时非常需要硝酸盐和磷酸盐，正好可籍以控制水体中这些物质的含量。不过，藻类同时亦会吸收掉水中的矿物质、重金属离子及微量元素，这一点要注意。

将蕨藻芽枝植入专用缸后会长得很快，最好选用大而平坦的藻用缸。连入循环系统中，并用氖灯给予良好照明。注意经常修剪，移除沉积脏污，而且别让藻类混入海水鱼缸里。

5.表层过滤（Surface filtration）表层过滤是带溢水功能海水鱼缸所特有的，通常与滴流过滤装置相连，极少出现在抽水过滤体系中。由于一直处于循环状态，海水鱼缸水体表面不会有藻类和细菌生长，更不会发霉了，水中的溶氧量也大大加强了。

6.区域过滤（Area filtration）如前述的表层过滤，区域过滤也主要与滴流过滤连用，用在滤池前的静流区。是沉水过滤的一种，由数个按顺序摆放，覆以过滤纤维毡的塑料栅格组成。这些塑料滤芯横放或竖放都可以。初始运作时的作用象机械过滤到后来就成了生物过滤了。由于水流在此处流速被大大减缓，水中污物极易积存在滤区底部和过滤纤维毡上，因此需要常常清洗或吸除，以防止耗氧过度引起氧化-还原电势降低。在移动塑料栅格做清理时，要紧别把脏东西带进/掉进滤池里头。如果太忙而不能做到经常清理的话，还是不要在海水缸体系里应用此类过滤。

7.水外有氧过滤（Emerse aerobicfilters）和水下有氧过滤相反，其过滤介质并非浸没水中，水流经过的速度会比较快，从而给菌落带去充沛的氧气供给。

过滤系统（二）
这一部分，我们将去熟悉滴流过滤、反硝化过滤以及蛋白除沫器。
滴流过滤器。滴流过滤器是一种有效和可靠的生物过滤设备。由于空气引入量很高，换言之，有极大丰富的氧气供给，它相较于前述的所有过滤装置有着更强的硝化活性。滴流过滤装置有两种：内部滴流过滤和设置于底柜内的外置滴流过滤。当将两种合而为一时，就能使整个装置的容积大大扩展。滴流过滤包含多种功能结构：表面过滤、滴流过滤区、表面过滤+活性碳过滤滤池以及浮球水位控制。小型蛋白除沫器、传感器和电极可与滤池相整合。
所选用的过滤介质应有很大的表面积并且不允许存在缺氧区域，常用的有贝壳砂、碎瓷、陶瓷环、白云石以及非常普及的生物球。Dupla开发了它的生物球，有两种：一为直径40毫米表面积达22000平方毫米，另一种直径22毫米表面积3900平方毫米。如此大的表面积使水流在其中分散良好，因此仅需在小空间少量堆叠就能得到极大的生物降解活性区域。在滴流过滤中此类层叠体积应达到水族缸体积的3-5%。为达到最佳过滤效果，水流最好通过分散滤网、喷雾器或旋转臂洒送，同样的，所用循环泵亦应有充足动力保证过滤过程得以稳定充分地进行。一定要避免突然大量水流冲过然后涓滴皆无这种情况发生。水的流速大致为缸体积/小时。
滴流过滤特有的优点有：1.依据氧平衡使水体含氧量达到最佳，如有氧气过量（在照明太好的海水缸中发生太强烈的光合作用时可能会出现这种状况）会被马上驱出。2.好氧菌（硝化菌）有极佳的生存环境。3.重要的微量元素在矿化过程中被保存下来。4.良好的菌落活性。
在前面提到的所有水上水下有氧过滤中，硝化作用发生在通过亚硝化菌和硝化杆菌群落时，氨/铵盐先被转换为亚硝酸盐最终为硝酸盐。此生物降解过程（亦称硝化作用）的最终产物总是硝酸盐。某些藻类，如珊瑚虫内生小黄藻，会消耗一些硝酸盐但数量极有限。在活岩石内部也会发生反硝化作用（脱氮作用）分解硝酸盐。但对于一些敏感的低等生物，如鹿角珊瑚，它所能忍受的硝酸盐浓度最高极限为30mg/L，不幸的是，在多数海水缸中，达到甚至超过这个数限是很快的事情。
如何控制降低海水缸硝酸盐含量？a.用活岩石构筑岩礁结构。b.控制鱼只数量。c.换水时用去离子水和高质量海水盐。d.配备反硝化过滤装置。e.配备蛋白除沫器。

反硝化过滤。反硝化过滤或脱氮过滤装置被开发用以防止和降低海水缸中硝酸盐含量的增长。通过反硝化作用，硝酸盐被非自养性细菌分解成为单分子氮和氧，其中氮气被排放入空气中，而自由氧在缺氧环境中会促使厌氧菌将有机物质氧化；此过程被称为硝化呼吸。厌氧菌喜欢水中存在自由氧，因为无氧条件下厌氧菌的硝化呼吸作用，从能量角度而言，对它们无甚好处。建立起充分的缺氧环境，就必须提供额外的有机碳给菌落群，但不能与氮或磷结合。

建立起无氧环境需要数天甚至数周的时间。只有水中溶氧被耗竭，厌氧菌的新陈代谢达到高峰时，反硝化过滤才真正起作用。而在此之前，必须精确补充与被消耗硝酸盐等量的有机碳。把握有机碳的正确添加量可不是那么简单的，只有通过准确监测水体氧化-还原电势才能进行可靠控制。

当测量值高于-50mv时，表明反硝化作用尚未开始，水体中的硝酸盐和亚硝酸盐含量较高。只有当氧化-还原电势值低于-50mv时，才意味着反硝化过滤已开始运作。然而，一旦电势值低过-200mv，就会有浓烈的臭鸡蛋味散发出来！记住要不惜一切代价防止这种情况发生！可以通过提高流量来增加O2和硝酸盐的供给防止产生细菌性硫酸盐降解。

水流量极低时，会迫使厌氧菌完全消耗掉硝酸盐后转向消耗分子氧。（而水流量太大或有机碳供给不足时，出口水体便显现亚硝酸性）。流量掌控以使整缸水在1-2周内被循环一次为适中。由于经过功能良好反硝化过滤的水体中是不含硝酸盐的，因此这个流量完全能保证在海水鱼缸中稳定一个低的硝酸盐含量。经反硝化处理后的出水应绕经滴流过滤或蛋白除沫器以除去可能存在的有毒终产物或中间产物。
还应提及的反硝化过滤的另一项优点是：在缺氧环境下，被沉淀的微量元素会被再次溶解于水。
有效可靠的反硝化过滤装置，一些还包括了溶解乙醇用的扩散袋，现已能在专卖店找到。体积不大价格也可以接受。
反硝化过滤装置一般仅向那些骨灰级高手、发烧友和好事之徒推荐使用。如果不能同时配备氧化-还原电势监控设备的话，建议最好放弃使用，否则操控太难而且不安全。
非造礁珊瑚（软珊瑚），如杯状珊瑚（Tubastaea ssp.）和太阳花珊瑚（Diodogorgia nodolifera），需要每日喂食数次且仅适养于特别的海水鱼缸中。由于它们对硝酸盐也很敏感，因此反硝化过滤装置对这类喜阴珊瑚十分有用。
泡沫移除。蛋白除沫在海水缸中的功用类似于废水处理中的浮选，基于有机分子在水与空气接触的表面会有序整理的原理。有机分子由亲水基和疏水基组成。只要给予一定时间，有机分子会在蛋白除沫器内人工生成的气泡表面以亲水基朝水疏水基朝空气方向的形式紧附其表。这时冒出水面的气泡就会稳定而不易破碎。仅在泡沫层最上方的气泡会碎裂或重新结合成更稳定的泡沫，富含无用的有机废物，被定时推向一侧并引入废液槽，是呈深黑褐色的污液。
蛋白除沫器。蛋白除沫器是用以除去海水鱼缸中由藻类、海水生物以及食饵残屑所释放的有机废物。然而，它是靠物理作用而并非如前述的过滤系统靠生物作用。一个运作良好的蛋白除沫器可以有效防止硝化作用和反硝化作用所生成的有毒有害产物在海水鱼缸中的积聚。
商家可提供一系列产品，从带气泡石的小型装置一直到数公尺高以喷射装置产生气泡每小时处理水量达几立方米的巨无霸。不过也有结构紧凑可以设装于海水鱼缸底柜中的蛋白除沫器。
到目前为止，一切看上去都还简单而直接。建议使用强力蛋白除沫器，因为它能有效去除水中的有机废物，如果水中有机废物较多（如喂食后），除沫作用会很强烈；而当有机废物含量低了它也会相应缓和下来。然而，微量元素也被同时除去了，如果除沫作用太过头的话就会发生水体营养缺乏和失衡。特别在污染相对低的珊瑚岩礁造景缸中，这是完全可能而且现实的问题。
成功运用蛋白除沫器的岩礁造景爱好者常会采用相对较剧烈的局部水体交换方式（译者：就是我们常用的每周/二周换水方式，而不是用水位监控设施即时添加）以补充微量元素，这个方法看来是有效的。也有用市面有售的微量元素添加剂的，但是额外添加如钼、锰、镁、锶之类的微量元素一直是一个颇有争议的话题，因为目前我们还没有找到简易精准的科学手段可以测出水体中这些元素的浓度。为防万一，最好保守使用这些添加剂，比如说实际添加量低于说明上的额定量。
蛋白除沫器最显见的缺点就是能耗很高，而且会损失浮游生物，而海水缸中浮游生物本来就不够。
在海水水族爱好者圈中，近几年关于蛋白除沫器与滴流过滤的争议颇为热烈。这种情形可能还会持续下去，直到所有臆测和假设都经由长期的研究实验被证实或推翻为止。
最终你的海水缸是用滴流过滤还是蛋白除沫器，亦或都用，要综合考虑无脊椎生物和鱼只的品种及数量来做决定。
水族商亦可提供完整的海水缸套装，包括有滴流过滤、蛋白除沫器和反硝化过滤，管道也排设完善。对于独立海水鱼缸而言是很合适的。尽管乍看上去价格不菲，着实会吓人一跳，但是细算下来，购买零配件自己组合的话，加起来的费用也不见得低多少。而且自己组配的话，无论从难度还是审美角度来看，都不怎么让人安心。
如果是一个包含飞盘珊瑚（Disc anemones）、海葵（Crustaceous anemones）、肉质软珊瑚（leather coral）、皇冠青蛙鱼（mandarin fish）和小型礁岩鲈（reef perch）等海洋生物的岩礁造景缸，绝对是用不着价格昂贵的蛋白除沫器的，用了甚至反而对飞盘珊瑚和玫瑰珊瑚有害。然而，多数成礁珊瑚，如鹿角珊瑚类（Acropora）、杯形珊瑚类（Pocillopora）、针状珊瑚类（Styrophora）和八放珊瑚类（Porites），则需要控制水体营养不能过剩才能生长良好。要给予特别的照看和饲喂，从某种角度而言，还要有蛋白除沫器。

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