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上午更新过一次，不知何原因，一直没见到审过，又看了一下待审的，也没有那个更新。。。。再更一次 本来想在原帖上继续写，但提示内容超长了，就在回复里更新了 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- 接着来说说我对生物过滤的理解，这部分其实比较复杂，毕竟关系到生物学这个我不是很清楚的部分，我将从流体性质方面去讨论这部分内容，遇到生物学相关的问题，将用大家都比较普遍的观点来套用。还有就是，这里只讨论培菌方面的情况，对于什么调节水质，抗ph震荡，释放微量元素，远红外按摩等包治百病型功能都不予考虑。实际中这的确是个复杂的问题，但我思考问题的方法是要把复杂的问题简单化，尽量去掉干扰而分析重点，乃至最终能联系到我所知道的某个原理上面进行考量，至于滤材其他方面的功能，那是另一个话题，我懂的就聊聊，不懂的就不说了。
生物过滤，以我的专业类比的话，就是一个固定床平推流反应器，搭载硝化细菌的滤材就是催化剂，要保证一定得反应条件（温度，ph，盐度等等），保证反应物料和催化剂的有效接触（相当于氨/亚硝酸盐/氧气/与硝化细菌的接触），连续操作的能力（相当于懒）等等。
首先，我们先来想想，流体中，一个分子从A点要移动到B点，需要经过什么途径？其实无外乎两种途径1. 流动，这是废话，跟着水流从A点流到B点，与流速有关。2. 扩散作用，也就是初中都学过的分子运动论，没头苍蝇一样无规则的瞎jb撞，反正迟早也能撞过去，与温度有关。那么这两种情况的效率如何呢？我们试想一下，在一个1米的大鱼缸中（温度25度），咱们往鱼缸的一个角落滴入一滴墨水，那么第一种情况，缸内有个普通的造流泵，第二种情况，缸内完全静水，那么这一滴墨水想要均匀分布到全缸中，这两种情况下，各需要多少时间？这个我没做过太严谨的实验，大概凭经验如果有造流泵的话，应该是在分钟级别吧，1,2分钟内就能全部均匀分布，第二种完全静水的话，恐怕就需要小时级别了。大概估算下来，在普通鱼缸中，靠水流和靠扩散作用的分子运输效率可以保守的说是100:1的级别。至少在我的专业里，只要有强制机械质量传递的，基本都是忽略分子运动的扩散现象的。
对于流动，再严谨点说，其实也分成层流和湍流，湍流就是水龙头开到最大，水哗哗的拼命流，同时伴有噪音的那种状态，层流就是水龙头只开一点点，水流很细，静静的无声的流下来那种状态。根据流体自身性质，流速和管路特性，可计算出雷诺数，当该雷诺数大于该流体的临界值时，则为湍流现象，否则为层流，但咱们普通玩家的鱼缸过滤器中，应该只能实现层流，部分水流拐弯的地方或许能出现湍流，结论是湍流状态下生物过滤效果应该好于层流，原因后面讲，如果有高端玩家想弄个湍流过滤器可以参考，我有过这个设想，但没设备能实现。而且家庭里也要考虑噪音问题，有些朋友可能会有过滤器噪音的困扰，当然99%都是由于共振或者气泡的问题造成的，但也不排除有可能过滤器中流道的问题使某个地方出现湍流从而出现噪音，类似水龙头开到最大那种难以描述的声音（此处请区分不是水流砸在台盆里的声音，而是水流流过管道的那个声音）。
第二，我们来考虑一下硝化细菌，水中游离状态的就不考虑了，因为咱们毕竟说的是过滤器，比如某个硝化细菌，附着在过滤器的某个滤材的某个位置，他需要吃氨和氧，拉亚硝酸盐。那么他怎么才能吃到氨和氧呢？他附着在那里不能动，也没有任何工具，只能眼巴巴的张着嘴等着氨和氧自己跑到嘴里来对吧。假设缸内水体含氧充足，那么只要这个硝化细菌是在水里泡着的，那么他就已经有氧了，就等氨下锅了。这时，鱼缸中的某条鱼拉了个粑粑，马上被底砂上的氨化细菌分解，产生了氨，这些氨顺着水流被潜水泵吸到了过滤器里面，好家伙，简直是到了饿鬼地狱了。。。那么，哪些硝化细菌能先吃到这个氨呢？应该是滤材表面直接被水流冲过的地方的。
说了这么多废话，其实就是想说明一个道理，只有直接和水流有接触的表面，才是硝化作用活跃的优质表面。比如一个玻璃环，看介绍都说内部有很多的细微孔道，能提供巨量的硝化细菌附着空间，因此作为生物滤材很优秀。前半句假设他成立，也就是的确如介绍所说，比表面积巨大，确实能提供很多硝化细菌附着的空间，但作为生物滤材真的就很优秀了吗？对这点我是存疑的，因为这个玻璃环内部的巨大比表面积的利用率实际上很低，因为鱼缸过滤范畴内的水流，无法在玻璃环这种材质内部造成流体流动，氨需要依靠扩散作用进到这个玻璃环的内部，而前面说了，扩散作用搬运能力相比水流直接接触来说，基本快忽略不计了，而且越是氨进不到内部区，内部的硝化细菌就越难以大量繁殖，而外部硝化细菌大量繁殖形成菌膜，又进一步加大了扩散作用的难度，这样恶性循环下来，其实真正起到关键硝化作用的是外表面。这里我有个实验构想，但却没法验证，因为找不到合适的材料，就是用普通玻璃环，另一种是用塑料骨架或者其他明确无微孔的骨架，外面附着上一层普通玻璃环一样的材质，用着两种材料做硝化细菌处理能力实验，我预估结果不会相差很多。
再说一个马云上常见的广告场景，一根浅色的长条形细菌屋，插在一杯有颜色的水里，插进去一部分，这个有颜色的水肉眼可见的速度沿着细菌屋上升直至整个细菌屋完全被染色，这个场景常被用来说明该细菌屋内部有很多孔道，产品透水性良好。内部有很多孔道确实能证明，因为这是表面张力导致的毛细现象，必须要有合适的孔道才会出现这种效果。但透水性却不能用这个实验来证明，我拿快透水性绝对比细菌屋强几百倍的塑料纱窗来，却一点水都吸不上来。而且做这个实验的细菌屋，一定都是干燥的，有兴趣的同学可以试试用浸泡过的湿透的细菌屋做一下这个实验，看看多久能全部染色，那就是扩散作用在细菌屋内需要的时间了。有人还会说这些微孔道内还是有微水流的，并不只是靠扩散作用搬运，对不起，没有微水流！还是表面张力和毛细现象，比如一跟无限长得毛细管，插入水中，水会沿着毛细管向上吸，但提升的高度是有极限的，根据不同毛细管的管径，这个极限不一样，总的来说，毛细现象范围内，越细约高。各位有没有发现，这就是水往高处流，水上去了，必然会引起静压差，而这个静压差产生的压力，刚好和毛细管中的管壁对水的表面张力平衡，也就是说，只有当这跟管两侧的压差大于这静压差时，才可能在毛细管中产生微水流，而在过滤器中的滤材两侧，是远远达不到这个压差的，所以，没有微水流，微孔内纯靠分子无规则瞎jb撞的扩散作用搬运分子。
再举个例子，假设鱼缸含氧量足够，一个鱼缸里面放了50斤滤材，但是没有水体流动。另一个鱼缸有个标准过滤器，里面放了5斤滤材，哪个过滤效果好？第一种情况就好比大部分宣称有内部孔道的滤材内部，第二种情况好比是滤材的表面。所谓流水不腐。
说到这，我不是说类似玻璃环，陶瓷环，细菌屋，石英球之类的微孔型滤材不能用，而是想说，这类宣称依靠内部微孔营造硝化细菌附着空间的滤材，至少所谓的微孔效果没有宣传的那么好，但外表面粗糙，实际的高效表面积也比目测的要大不少。这类滤材，只需要考虑单位体积的外表面积占比基本就可以了。这类滤材中也有把外表面做的非常粗糙，内部微孔比较大的，甚至直接在本体上开一些孔道帮助透水的，效果应该会提高，大家根据这个原理酌情考虑吧，还有就是宣称这种滤材需要定期更换的，我觉得意义不大，反正我是没换过。
这里提一下，chenzz鱼友提到了一款K8滤材，这看起来应该是工业上做汽液接触的填料，更多考虑的是应该是将含有汽液两相的流体打散，使之充分混合接触的特性，但从外观结构看，我认为也是比较优秀的滤材，外形大概就是玻璃环的变种，但材料目测是塑料或者硅胶一类的？从造型上看，能够在保证透水性的前提下，尽量提高有效外表面积。如果拿这个和普通的玻璃环比较的话，应该是更好的，但这个K8外表面目测是比较光滑的，玻璃环外表面粗糙，因此玻璃环也不是输的那么惨，但具体算下来到底差多少也不好说，但如果按照这个K8的造型，用玻璃环的材质做出一款粗糙外表面的滤材的话，应该是很优秀的。
这是纯粹从滤材的角度来讲，有了好的滤材还不够，还要有好的过滤器设计，也就是水流在过滤器里面流动的情况。尽量让水流均匀流过全部滤材，尽量避免现短流现象，这就是前面提到的湍流过滤应该比层流过滤效果好的原因。实现不了湍流，那就要靠过滤器的一些折流挡板，滤材摆放，液体分布板的使用等等手段来尽量避免短流的发生。
说到这里，只是从流体性质原理的角度谈了谈对于生物过滤应该着重考虑哪些方面，但实际上，一个能长期稳定的鱼缸，过滤性能应该是过量的，换句话说是有一定储备余量的，硝化细菌处于饥饿状态，对于偶发性的过量氨输入（比如死了条鱼）应该有一定的缓冲能力，这点其实好理解，硝化系统能力将将够用的鱼缸是难以长期稳定的，就好比一杯溜满溜满的水，稍微一碰，准撒出来一样，但到底有多少储备余量，这就是个难说的问题了，只能通过实验的方法去确定。说这些的意思是，鱼油们只要现在你的缸是处于一个长期稳定状态，那么不论你的过滤和滤材是否能满足前面说的优秀滤材的特质，对你现有的缸来说，都是够用的，不用着急担心的去马上换东西，过量30%是过量，换了一套更优秀的过量了50%，其实意义也不大，从工程管理角度讲，过高的质量标准也是一种浪费，过多的储备余量亦然，根据具体情况酌情考虑。至少我自己用的就不是很优秀的滤材，都是买其他东西时卖家送的滤材，包括生化棉，各种环，球，各种石头，几个细菌屋，反正万物皆可滤，鱼缸可稳定运行，过滤器清理周期以月计算，能在1,2的前提下满足3。
下面就想到哪说到哪 硝化过程中（有机物-氨-亚硝酸盐-硝酸盐），常出现的有毒物质是氨和亚硝酸盐，硝酸盐可以算是无毒吧，但如果硝化系统出了问题，最有可能造成中毒的是氨还是亚硝酸盐呢？一般情况是氨中毒，因为把氨转化为亚硝酸盐和把亚硝酸盐转化为硝酸盐的细菌基本属于一个大类，生存条件类似，如果出了问题，就会是这两种一起出问题，那么就不会存在氨变成亚硝酸盐，但亚硝酸盐变不成硝酸盐的情况，只有长期不换水，又没有绿植吸收的时候，由于硝酸盐浓度累积，会使亚硝酸盐变硝酸盐的化学平衡向亚硝酸盐移动，才有可能提高亚硝酸盐的浓度，此时才可考虑亚硝酸盐中毒，所以定期换水还是必要的。而对于氨中毒，酸性条件下不易发生，因为氨是碱性，遇酸变成氨盐，基本无毒。作为硝化系统事故崩溃，死马当活马医的抢救手段可以考虑。。。。。。
再说说缸内的氮平衡，很多人认为物理过滤上滤出的垃圾鱼便等，应该及时清除掉，以免分解成氨对硝化系统造成压力？如果是一个稳定运行的鱼缸（每天定量喂食），实际上大可不必担心，为我这样的懒癌找个理由。我们从整体进出平衡的角度来考虑这个事情，缸内所有的氮源应该都来自每天的喂食以及添加的肥料（直接从空气固氮的水生物先不考虑），如果是有能力长期平稳运行的缸，那么实际上产生的氨量是一定得，完全取决于每天喂食和肥料，即使所有鱼便都不清除，那产氨量上限也是固定的，那么就不必管它。。。反倒是，如果你每天都很勤快的及时清理各种残饵鱼便，而突然有一阵照常喂鱼，但没能及时清理，那倒是对硝化系统是个冲击了。注意，这个讨论的前提是硝化系统能力够，鱼缸能稳定运行啊，如果必须要靠每天及时清理才能稳定运行的鱼缸，那就说明是硝化系统能力不足了。
再回到物理过滤，并不是勤洗滤棉就能得到更好的物理过滤效果，原理前面说了，依此延伸出来的还有家用的空气净化器，并不是勤清理或者勤换滤芯，就可以得到更好的过滤效果，很多说明书上写了要定期更换滤芯，只是厂家希望你多换滤芯，毕竟几块钱成本的能卖几百块呢。
帖子太长了，到此为止，其实还有很多七七八八的我自己瞎琢磨的和常识相悖的事情，不过和过滤关系不大，就不在这里说了。
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楼主: da_fan
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发表于 2019-02-27 09:58:47
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