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稳定PH对于海缸到底有多重要?全面解读PH!

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发表于 2018-9-9 22:39:44 | 显示全部楼层 |阅读模式
前言:
本章目的是让新鱼友关注海水化学真正重要的方面,而不是那些不重要的。
新鱼友受到大量关于如何打理海水缸的问题和观点的冲击,其中没有什么比化学问题更能引起困扰。
WechatIMG13.jpeg
这些问题中有一些确实是相当复杂的,很多问题还不知道答案。
但爱好者们幸运的是,知道这些问题的答案对拥有一个漂亮鱼缸来说不那么重要。
需要理解的那些重点问题要简单得多,可以没有困扰地解决它们。  
PH问题与管理珊瑚缸的很多其他方面不同,甚至与其他化学问题也不一样
它是一个答案通常很清楚的问题。
鱼友可能而且确实在就食物、灯光、造流方式、温度、过滤等因素怎样算是最合适而进行争论
尽管某些讨论在展开时也会就PH进行争论
提出诸于“什么PH最好”之类的问题,但很多PH的相关问题都没有多少科学辩论的空间。
因为它们都已经被很好地理解了
比如
大部分化学元素对海水PH的影响是什么?
空气中的CO2如何冲击缸里的PH?
空气流通怎样降低缸里的PH每日波动?
缓冲剂起什么作用以及如何起作用?
等等。因此,处理各种PH问题的方法
都已被大家从科学原理上完全领会了。
这也导致问题的答案会使很多新手感到惊讶。
比如,换水几乎不可能解决PH低的问题,即便100%的换水   
但不幸的是,很多鱼友对PH的经验除了来自他们的鱼缸或者还有游泳池之外,没有其他来源了。
对很多人来说,它很像一个黑盒测试:事情要被控制,但是不关心事情的物理含义。
这篇文章将以直觉的方式来描述PH(而不是像以前的文章那样用数学方法)
虽然有很多化学公式来决定各种水参数(比如空气中CO2、碱度和PH)之间的内在联系
但这篇文章假设大多数新手更喜欢的是答案,而不是答案怎样得出。

这篇文章将把重点放在鱼缸的合适PH范围、什么因素会引起PH偏离正常值、如果PH偏离正常水平鱼缸会怎样,以及控制鱼缸PH的最好方法。   
介绍   
鱼友花费相当多的时间和精力来担心并试图解决鱼缸表现出的PH问题。
有些努力确实是正确的,因为真正的PH问题会导致动物健康状况差。
但很多情况下,PH测量或对它的解读才是唯一的问题。   
有几个因素使得检测海水缸PH水平变得重要。
一是水中的生物只有在特定的PH范围中才能有生机,这个范围随着生物的不同而有差别。

因此,对一个养了多种生物的缸,很难说出一个最优的特定PH范围。
虽然天然海水(典型范围在8.0~8.3)对一些生物来说也不是最合适的
但是,与天然海水有差别的PH水平会对鱼类造成紧迫,这一点在80年前就被认识到了。
针对很多生物的最佳PH范围已经有更多的资料
但是这些数据还不足以让鱼友优化其PH以满足他们感兴趣的大部分生物。
PH的改变肯定要冲击很多海洋生物的基础活动。
其中最重要的活动之一是石灰化,或者叫碳酸钙骨骼的沉积。
已经知道,很多生物的石灰化依赖于PH,当PH低于正常水平时,石灰化会降低。
PH足够低时,珊瑚骨骼可能会溶解。使用这种信息并结合很多爱好者的经验
我们可以针对珊瑚缸的合适PH范围和什么值会增强生物制约而制定出一些指导意见。
些推荐范围将在后续章节中详细介绍。
什么是PH   
简短来讲,鱼友需要了解的所有事情就是:PH是溶液中H+离子浓度的度量,它的尺度是对数关系的。
不管PH是多少,H+总是存在的,PH越低,H+越多。
0.3个单位的PH差异意味着H+离子浓度差别为2倍,而1个单位的PH差异意味着H+的浓度差别为10倍。
PH8的溶液比PH7的溶液少10倍的H+离子,PH9的溶液比PH7的少100倍。
因此,PH的微小改变意味着水中H+浓度的大变化。

Screen Shot 2018-09-09 at 10.08.35 PM.png
    图1也许能比数值比较更容易帮助鱼友理解PH和H+浓度的关系。
图1用颜色表达了与PH成函数关系的H+浓度,它通过绿色的浓度表达H+的浓度。
绿色越深,溶液中H+越多。
图1   另一个有趣而重要的事实是:两份等量的溶液混合在一起后的PH
不会正好是两种溶液PH的平均值,而是取决于每种溶液的缓冲能力以及更多的复杂因素。
有时候两份溶液混合后的PH可能不在原有的两个PH值之间。
因此,评估PH问题以及解决方案,需要更多的知识,而不仅是溶液的PH值。
这对鱼友来说是非常重要的,比如当你考虑加入纯水是否会冲击海水的PH时。
这个例子中,纯水的作用几乎可以忽略,无论它的PH测量值是多少。
珊瑚缸可接受的PH范围是什么?   
对鱼友来说,合适的PH范围更多是一个观点而不是一个明确定义的事实
肯定会随着提供这个观点的人而不同。
这个范围也可能非常不同于“最佳”范围。但是,判断什么是最佳的,要比判断什么是可接受的麻烦得多。
我建议PH约为8.2的天然海水的值是一个合适的目标,但是鱼友肯定可以在更宽的PH范围上取得不同程度的成功。
特别成功的珊瑚缸也通常会在一天的某段时间里偏离8.2PH值。
我的观点是,基于几个条件下,从7.88.5PH范围是珊瑚缸可接受的。


这些条件是:
在这个PH范围的低限时,碱度至少是2.5meq/L(7dKH),高一些更好。
这种说法是部分基于很多珊瑚缸在7.8~8.0的PH范围里运行得不错的事实
但是这种情况的成功样板中,很多缸使用了钙反,在拉低PH的同时
也把碱度保持在相当高的水平(等于或大于3meq/L)。
这种情况下,低PH值下石灰化的问题会被高碱度所补偿。
低PH限制石灰化生物主要是因为生物难于获得足够的碳酸钙来沉积骨骼。
升高碱度可以给生物提供额外的重碳酸根以减轻这种困难。
钙水平至少在400ppm。当PH降低时石灰化变得困难,当钙水平也降低时,石灰化会变得更加困难。
同时把PH、碱度和钙推到极端水平不是好事情。
因此,如果PH处于低限而且难以调整(比如使用钙反时),至少要保证钙水平在可接受的范围(约400~450ppm)。
同样地,高PH的一个问题(比如说高于8.2。但是随PH逐渐升高,会逐渐出现更多的问题)
是碳酸钙的非生物性沉淀,导致钙和碱度的降低,从而堵塞加热棒和水泵叶轮。
如果缸里的PH是8.4甚至更高(通常发生在使用石灰水时),特别要注意好好地维持钙和碱度水平(就是说,既不能太低,妨碍生物性石灰化
也不能太高,导致设备上的过量非生物性沉积)。
  
PH怎样测量?    
帮助千人以上的鱼友解决PH问题后,我发现PH测量是一个问题
几乎与PH偏离正常范围一样经常出现。
当PH好像偏离最优范围时,最重要的是首先要确认PH测量正确。
可以用很多种方法测量PH。大多数鱼友使用PH测试剂和电子PH计。
测试剂中包含一到多种随着PH变化的染料,它可能在一个PH值上是蓝色的
稍高一些时是紫色的,更高时是红色的。使用者只是向测试水样中滴加染料
并与颜色参考图表进行比较以确定PH。
这些测试剂通常在一个针对性的PH小范围里
因此淡水系统使用的PH5~7的测试剂可能无法用在PH8.2的海水里。
PH测试剂的几个缺点使得它们不如PH计理想。
如果在测试剂的针对范围中颜色改变比较小,就很难用足够高的精度来读出数值。
这对有某类色盲的鱼友来说尤其要注意。但是测试剂的更大问题是通常难以判断它们是否准确。
即便它们被正确地制造出来,其中的有机染料会随着时间而退化,大家都知道某些试剂会在其中的染料陈旧之后精度发生改变。
如果你使用PH测试剂,我建议选择你信得过的高质量品牌,而且在试剂陈旧之后不再依赖它。
多长时间后算是陈旧是很难判断的,因为鱼友不知道他们的试剂是否是正确地制造出的,不同品牌使用不同的染料,
染料混合的方法也会使得退化的速度快或者慢。
  电子PH计通常使用玻璃电极直接感测溶液中的H+浓度。
关于电子PH计的一个重要方面是在使用前必须校准。
这并不意味着每次使用前都要校准。
取决于所需精度和如何使用它们等因素,有效的校准后可以持续使用几个小时到几个月。

无论怎样,校准对于获得准确的数据和确认它们真正在工作都是重要的。
这种确认无法方便地从测试剂上实现,这是我强烈地倾向于PH计而不是测试剂的原因,即便测试剂相当地便宜。
关于选择和使用PH计和电极,这篇文章里有更多的信息。
CO2和PH   
海水缸中水的PH与溶解在水中的CO2以及其碱度紧密相关。
CO2影响PH是因为它进入水中后迅速变为碳酸。
酸减低了PH,因此CO2越多意味着碳酸越多,PH越低。

如果用天然空气对海水充分地通气(就是说海水与空气达到绝对的平衡)
那么它的PH严格地取决于它的碳酸盐碱度:碱度越高,PH越高。
实际上在碱度、PH以及CO2之间存在着简单的数学关系,我以前介绍过。

Screen Shot 2018-09-09 at 10.08.46 PM.png

图2示意了海水与天然空气(350ppm的CO2)平衡时碱度和PH的关系,也示意了海水与含有过量CO2的空气,如某些室内(1000ppm)情况,达到平衡时以及当CO2缺乏时(多发生在使用石灰水时)的两者关系。
理解CO2、碱度与PH之间的全部关系,是解决大多数珊瑚缸PH问题的关键。
每天的PH波动   
测量PH的鱼友注意到的第一件事情,是珊瑚缸里的PH从白天到晚上会发生改变。
之所以珊瑚缸中PH会每天变化,是因为光合作用和呼吸作用的生物过程。
光合作用是生物体把CO2和水转变成碳水化合物与氧的过程。
因此白天里CO2会有净消耗。这导致很多缸里白天缺乏CO2,从而升高了PH。
同样,所有生物体也会进行呼吸作用,这个过程把碳水化合物转成能量。
从纯感觉来讲,它与光合作用相反,制造CO2并降低PH。
呼吸过程在珊瑚缸里是持续发生的
但是在光合作用不再推高PH的晚上才会表现得最明显。   
这些过程的净效果是大部分鱼缸里白天PH升高而晚上PH降低。
这个变化量从小于1/10PH单位,到典型缸里的超过0.5PH单位。
对鱼缸的水充分通气,通过驱散过多的CO2或者缺乏CO2时吸收CO2
将可以完全避免这种每日波动。但实际上,利用通气实现CO2的平衡是很难的,这个目标通常无法达到。
因此,PH在白天和黑夜会发生改变。
高一些的碱度意味着水中更多的重碳酸根和碳酸根
它们一起扮演着防止PH变化的缓冲水体的角色(就是说它们抵抗PH的改变)。
因此碱度越大,每日PH波动就越小。
而且,PH越高,水中碳酸根和重碳酸根提供的缓冲效率越高,因此,平均PH越高,每日PH波动就越小。
水中还有其他的化学物质也可以帮助减少PH波动,比如说硼酸盐,对PH有缓冲作用。   
WechatIMG10.jpeg
说了这么多,但我不觉得PH每天的实际变化是一件特别重要的事情。
这里我不想表述我这种说法背后的原因,而只是表达我的这个观点
这个观点基于我知道大多数生物体如何控制它们体内的PH
我不相信在7.8~8.5之间的PH每日波动会给大多数海洋生物造成特别的紧迫。
就是说,这种变化不会比PH全天保持相同数值更能造成紧迫。
PH固定在7.9,可能比PH一天在8.0~8.5之间变化更对很多生物有害。
当然,如果PH的每日波动超出了范围,比如低于7.8或高于8.5,那么就需要做一些纠正了。
PH为什么会升高?    
在平常环境中,鱼缸的PH几乎总是在光照结束时间点上达到最高值
这个时间点的前提条件是没有定时添加其它影响PH的东西
(比如石灰水、其它碱度添加物、甚至室内CO2的溶入,一天里面发生在鱼缸周围的人的活动变化可能会引起CO2水平的变化)。
每日PH波动本身不会剧烈到把鱼缸的PH升到过高的水平(如大于8.5)。
如果这种事发生了,那么显然通气不足,因而更好的通气可能解决问题。   
珊瑚缸达到非常高PH的最常见方法是通过高PH添加剂,使用含有氢氧根(石灰水)和碳酸根(例如某些钙和碱度添加剂)的碱度添加剂是最明显的。

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解决高PH问题  

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