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过滤知识扫盲 第七部分

2018-8-11 15:18| 发布者: core| 查看: 2316| 评论: 0|原作者: 韩峰

摘要: 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 ...
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。
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。
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。
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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:
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。

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。
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!

本文转自于海水驿站,转需请注明出处。


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