5樓
一.沸石(zeolite)簡(jiǎn)介
形成沸石的原因有十幾種,不同的生成環(huán)境所產(chǎn)出的沸石種類也不盡相同
沸石的成因很復(fù)雜,大部分是經(jīng)由火山所噴出的沉積巖,因沉積巖中的有機(jī)物被液化或汽化而產(chǎn)生微細(xì)的孔洞,這些孔徑的的大小正好又與一般有機(jī)分子相當(dāng),因此具備對(duì)有機(jī)分子的吸附性。沸石的另一項(xiàng)特色是由鋁矽酸鹽等成所組成的礦物,并且對(duì)陽離子具有吸附性
為什麼沸石能具有離子交換功能呢?最主要的關(guān)鍵是其成分中有AlO4 ,多了一個(gè)O原子,因此會(huì)帶 -1的價(jià)數(shù),因此沸石中會(huì)有些Na+,K+,Ca++等堿金屬來抵銷使其成電中性(帶有較多Na+的稱為鈉沸石,Ca+稱為鈣沸石以此類推),而這些沸石中的金屬元素在水中極易被其他金屬離子所取代,要有什麼樣的條件會(huì)取代這些元素呢?這與沸石離子交換的優(yōu)先順序及離子濃度有關(guān),因?yàn)锳lO4帶的是-1價(jià)因此對(duì)陽離子的交換順序以Cs+,Rb+,NH4+,K+,Na+正1價(jià)離子排前面,且較大的離子較優(yōu)先,然后才交換Ba++,Sr++,Ca++,Mg++的正2價(jià)離子,所以當(dāng)沸石中的游離金屬以Na+存在時(shí)便會(huì)與水中的Cs+,Rb+,NH4+交換,如果是以Ca++存在時(shí)就會(huì)與水中的Cs+,Rb+,NH4+,Ba++,Sr++作交換
但是當(dāng)水中某離子濃度很高時(shí),則能形成逆向交換,因此沸石一般是可還原的
不過因?yàn)槿澜绲姆惺a(chǎn)量實(shí)在多的不像話,甚至在有些國家所有的石頭都是沸石
且目前沸石有50%以上是用於制造水泥,可見其普遍的程度,因此還原沸石雖環(huán)保卻不經(jīng)濟(jì)。
二.沸石的應(yīng)用
由簡(jiǎn)介中可知,沸石有化學(xué)的離子交換特性及物理的吸附特性,離子交換的特性通常會(huì)化除水中的Cs+,Rb+,NH4+,K+ 等而水中的Na+,Ca+等則會(huì)增加的,在海水中可使用鉀沸石或鈉沸石來限制其離子交換的范圍,也是最常被使用的,對(duì)NH4+也具有較高的交換力。沸石的物理吸附性比較單純,沸石的孔徑多在1nm(奈米)以下,但是每一種的沸石的孔徑又不太一樣,因此每種沸石的吸附對(duì)象與吸附總量并不相同,在海水的應(yīng)用中最好是能混用多種沸石。
沸石能吸附哪些物質(zhì)呢?
前面已經(jīng)提過,沸石的孔徑約在1nm以下,而分子的最小直徑約0.28nm,因此沸石所能吸附的就是在0.28nm-1nm之間的所有分子,包括有機(jī)、無機(jī)的分子,不過因?yàn)槊糠N沸石的孔徑不一,吸附的峰值各不相同,常見在水中能被吸附的像是甲醇、氨等較小的分子都是其吸附范圍,這些物質(zhì)大部分都是蛋白、活性碳的處理范圍以外的物質(zhì)
蛋白、活性碳所能處理的物質(zhì)沸石也都無法處理,兩者其實(shí)是各司其職,因此沸石在海水中的應(yīng)用能大大的延緩水質(zhì)的老化。
沸石到底能吸附多少東西呢?
這要從幾個(gè)方面來探討
第一是吸附總量,越輕的沸石表示其中的孔徑越多,所能吸附的量自然比較多,沸石的密度界於1.92g/(cm)3 - 2.88g/(cm)3,一般來說密度小的吸附量最多,沸石的吸附量幾乎都在其重量的50%以上。也就是說放1kg的沸石在水中所能吸附的物質(zhì)高達(dá)500g以上
如果缸中的蛋白處理了90%的廢物,剩余的廢物都交由沸石處理,那1kg的沸石大概就能處理約 10罐500g的飼料的餵食量。有可能嗎?NO!因?yàn)檫€牽涉到第二個(gè)問題
沸石的吸附總量雖高,但是不同的孔徑處理不同的物質(zhì)
1kg的沸石最多約能處理到 15g的有機(jī)氮素 , 50g的有機(jī)碳素,這兩者也是沸石對(duì)水質(zhì)處理有貢獻(xiàn)的地方,由此可知沸石雖能吸附500g的物質(zhì),但是在水族缸中大概只能發(fā)揮其中的一成,也許你會(huì)問,這一成還是很可怕,1kg沸石處理 1罐500g的飼料廢物。有可能嗎?NO!還有兩項(xiàng)問題有很大的影響
首先是沸石粒徑的問題,小粒徑的沸石能比大粒徑的吸收的更快更多,也就是說越小的粒徑越能發(fā)揮沸石的效能,但是粒徑過小吸收太快會(huì)造成很嚴(yán)重的問題,因此在應(yīng)用中不宜過小。
另一個(gè)問題是沸石表層會(huì)有菌類附著,這些菌類雖能輔助處理廢物,但是卻也會(huì)堵住沸石表層的孔徑,以致內(nèi)部完全無法發(fā)揮,因此如果超過3,4天沒清理沸石,則沸石所能發(fā)揮的功能將變的極小。能清理的越乾凈是越好,如果沒有好清理的沸石桶,拿出來用手洗凈也是不錯(cuò)的方式。也許你會(huì)問,要怎麼清除孔洞中的菌類,不用擔(dān)心,這麼小的孔洞任何生物都鉆不進(jìn)去,只會(huì)生長(zhǎng)在表層
在選擇了適當(dāng)?shù)姆惺郊耙?guī)律的清理工作后,沸石所能吸附的物質(zhì)還有多少呢?
這應(yīng)該是沒有標(biāo)準(zhǔn)答案,運(yùn)作好一點(diǎn)的1kg沸石處理半罐250g的飼料廢物沒什麼問題
我們?cè)賮肀容^一下沸石的離子交換量與吸附量的差異,沸石的離子交換量除了前述因性質(zhì)不同會(huì)影響其交換內(nèi)容物及交換量外,沸石的孔徑大小也會(huì)影響其離子交換,能進(jìn)入孔隙的才能被交換。且相同size的離子會(huì)在孔隙中競(jìng)爭(zhēng)交換,到底其交換量有多少呢?其實(shí)1kg的沸石頂多只能交換約5g的陽離子。例如在1000L 的缸子中放入1kg的沸石其所影響的陽離子濃度約在5ppm以下。由此可知沸石的離子交換能力在海水應(yīng)用中并不會(huì)造成離子不平衡。沸石種類雖多,但差異都是在其離子交換的功能上,物理上的吸附功能基本上是相同的
三.沸石應(yīng)用的好處
1.維持相當(dāng)?shù)退疁?zhǔn)的NH3,NH4+濃度
海水生物最佳的生活條件是NH3+(NH4+)<0.02ppm以下
傳統(tǒng)的過濾方式如活砂、活石、底砂過濾能建立這樣的環(huán)境
如果要再降的更低就得靠沸石了,這在SPS的飼養(yǎng)上特別重要
2.減少無機(jī)鹽的產(chǎn)生
這一點(diǎn)應(yīng)該不難理解,少了有機(jī)廢物,自然就不會(huì)產(chǎn)生無機(jī)廢物
3.避免海水素中含量過多的金屬元素
海水素在制作的過程中要將一些金屬元素像Rb+,Cs+等降到天然海水的標(biāo)準(zhǔn)是不可能的。NH4+一般也都偏高,沸石可以很迅速的吸收這些物質(zhì)
不過海水素的Fe就沒辦法,因此太常換水的結(jié)果就是Fe易偏高喔!
4.維持DOC,DON,DOP的平衡
天然海水中的有機(jī)碳(DOC),有機(jī)氮(DON),有機(jī)磷(DOP)其濃度比約在100:16:1
DOC的平均濃度約1PPM來說,DON,DOP由這個(gè)比值可以輕易算出,動(dòng)物性生物體中的C,N,P比值 P會(huì)比平均值高,植物性生物體則相反,因此得到這樣的比值。一般缸子要維持這樣的比值并不容易,如果都是餵以動(dòng)物性飼料則水中DOP易偏高,反應(yīng)出來就是PO4偏高,全部以植物性飼料為主則DON偏高,反應(yīng)出來是NO3不易降,如果設(shè)有藻缸,其結(jié)果也是缸中的PO4比值越來越高。
沸石的吸附功能幫助這平衡的達(dá)成,尤其是在一個(gè)較為穩(wěn)定的系統(tǒng)中,這個(gè)比值越穩(wěn)定則缸中的微生物會(huì)維持的很健全。珊瑚自然會(huì)還以顏色
5.增加水族缸透明度
沸石雖沒活性碳的除色能力,也不太容易除去色素分子或微粒。不過因?yàn)闇p少了有機(jī)溶解物,讓水色自然澄清
6.可以吸附過多的添加劑,絕佳的緩沖區(qū)
添加劑中的養(yǎng)分一般都相當(dāng)高,常見的鈣、鎂等添加劑一樣也相當(dāng)高
在添加這些物品前,可以先將沸石桶關(guān)閉,直接倒在沸石桶中
7.天然的脫色劑
清理沸石時(shí),所磨插產(chǎn)生的沸石粉伴隨一些菌類被水螅體攝食后,會(huì)產(chǎn)生脫色效果,尤其在穩(wěn)定生長(zhǎng)的缸中最明顯!沸石的脫色原理是因?yàn)榉惺墼诒凰sw攝食后,其中的食物被消化后所產(chǎn)生的毒素能被沸石微粒迅速吸收,并排出珊瑚體外,共生藻少了很多有毒氮素來源,數(shù)量上自然不會(huì)太多,且對(duì)珊瑚體本身也會(huì)比較健康。
四、輔助系統(tǒng)
1.純有機(jī)碳的供給
缸中被生物分解或未分解的某些有機(jī)物并非沸石所能處理
在缸中增加純有機(jī)碳的濃度,則能讓生物更快將其分解成蛋白、活性碳、沸石所能處理的形式
另外缸中還是很難避免的會(huì)產(chǎn)生無機(jī)的營養(yǎng)鹽(NO2,NO3,PO4等)。透過純有機(jī)碳的供應(yīng)也可以加速被生物給分解,所謂的純有機(jī)碳必須是不含氮與磷的有機(jī)物(醇類)
如果是添加含有機(jī)碳與氮?jiǎng)t磷的含量會(huì)漸漸變少(胺類),有些市售的商品就是運(yùn)用這原理除磷,前提是這個(gè)有機(jī)氮分子必須>1nm,否則會(huì)被沸石吸附。另外這兩者添加過量都會(huì)導(dǎo)致泥藻氾濫,特別是后者
2.過濾器
過濾器的設(shè)計(jì)及水流量的大小對(duì)沸石效能的發(fā)揮占有決定性的影響。前文中有提到沸石必須經(jīng)常清理才能發(fā)揮其效能,因此過濾器最好具備能清洗的功能,且清洗時(shí)沸石能滾動(dòng)越激烈越好,水流量越大水中廢物存在水中的temp time會(huì)比較短。但是過大的水流會(huì)影響沸石吸附及交換的效率,太小的水流在推拉過濾器時(shí)沉積物不易被洗出,反而成為藏污納垢之處,一般來說過濾器管徑在15cm時(shí)配上約2000-2500L/h的馬達(dá)。13cm管徑配上1500-2000L/h的馬達(dá),10cm管徑配上600-1000L/h的馬達(dá)
如果缸中原來的養(yǎng)份高,可先以小馬達(dá)來推,等到系統(tǒng)穩(wěn)定后在配上合適的馬達(dá)
這樣可以大大減緩過度期缸中生物的不適應(yīng)
3. 蛋白過濾器
skimmer對(duì)養(yǎng)份的排除占有絕對(duì)關(guān)鍵的角色,效果的差異從收集杯中的污物,及缸中養(yǎng)份的多寡就可看出,沸石過濾在沒有蛋白機(jī)下依舊可以可以運(yùn)作,只是沸石壽命會(huì)很短,不過在有機(jī)碳原添加后最好能有蛋白機(jī)制造溶氧。不然陣亡率應(yīng)該不低。
五、沸石過濾搭配之系統(tǒng)
沸石系統(tǒng)除了應(yīng)用在底砂過濾、滴流過濾不適合外,其他任何系統(tǒng)都能表現(xiàn)良好。
如果是舊系統(tǒng)開始采用沸石過濾,必須經(jīng)過較長(zhǎng)的過度期,因?yàn)榉惺震B(yǎng)分后,缸中既有的微生物大部分都會(huì)搶不到食物而死亡,因此越依賴生物過濾的缸子越需要時(shí)間來搭配沸石系統(tǒng)。
六、沸石用量
沸石的用量遠(yuǎn)比過濾器的水的流量影響小,最主要是影響使用的壽命
一般來說大粒徑的沸石(像zeovit,Mr.Aqua)可采用廠商推薦量即1L沸石用在400L的水中
小粒徑的則可減半使用,不減半也無所謂,粒徑過小不建議采用,因?yàn)闀?huì)影響水流量
七、使用沸石后應(yīng)注意事項(xiàng)
1.在沸石使用一陣子以后,養(yǎng)分漸漸減少,如果是在餵食量少的缸子,因?yàn)閕nput太少,而output卻不斷,如果發(fā)現(xiàn)珊瑚的顏色已經(jīng)變的很淡就得慢慢增加餵食量,不然就會(huì)開始面臨底部白化,完全失去共生藻等狀況,切忌突然增加的大量餵食,這樣的行為會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)無法負(fù)荷!循序漸進(jìn)的餵食可以讓珊瑚顏色亮麗很多更接近自然的顏色,而在餵食量提升后要在反過來量測(cè)水質(zhì),如果養(yǎng)分提高就得跟著提高有機(jī)碳的補(bǔ)給或是考慮提升沸石過濾器的流量,并提高清理沸石的頻率,養(yǎng)份的減少與餵食兩者必須達(dá)到平衡。
2.第二點(diǎn)是要探討提高餵食量后的問題,因?yàn)槭沉刻岣吆?,珊瑚的組織變厚,此時(shí)對(duì)光線、水流的需求會(huì)跟著提高,因?yàn)樯汉鳙@得食物后能釋放更多的氮素等養(yǎng)分供共生藻利用,共生藻的數(shù)量即使在低養(yǎng)分的缸中依然會(huì)增加,此時(shí)對(duì)光線的需求必然是增加的,水流則是提供珊瑚更多的氧氣以供新陳代謝并排除廢物。如果沒做改善,也許會(huì)發(fā)現(xiàn)狀況反而走下坡,也許不會(huì)因?yàn)楸緛淼臈l件可能已經(jīng)充足了,最好根據(jù)珊瑚生長(zhǎng)的狀況做些調(diào)整。
3.新缸使用沸石應(yīng)有的觀念:新缸中因?yàn)榛钍钌八尫懦龅挠袡C(jī)溶解物、矽酸等比起穩(wěn)定的缸子要多上數(shù)千、數(shù)萬倍之多,要沸石完全吸收這些廢物并不可能,必須配合微生物的處理、藻類的吸收、適當(dāng)換水等才能將養(yǎng)水時(shí)期所產(chǎn)生的毒素化除,當(dāng)然每個(gè)缸子狀況不太一樣,所需期間也差異很多,一般來說使用沸石的系統(tǒng)至少養(yǎng)水兩個(gè)月再開始慢慢進(jìn)些生物、軟體來飼養(yǎng)會(huì)比較保險(xiǎn),如果缸中砂石的比例高就需要更久的時(shí)間,使用純活砂、純活石至少也需要兩個(gè)月的時(shí)間會(huì)比較理想。
4.不要誤解沸石的角色:沸石在缸中所扮演的角色到底是什麼呢?其實(shí)沸石能處理的都是一些低分子量的物質(zhì),這些物質(zhì)的特性是毒性較強(qiáng),并非生物直接產(chǎn)生,大部分是經(jīng)由微生物分解后的物質(zhì),因此沸石在過濾系統(tǒng)中扮演的是最后一道防線,如果攔不住,不是產(chǎn)生毒害就是會(huì)被分解成無機(jī)鹽類(NO2,NO3,PO4等),前者的后果很慘,后者則會(huì)制造麻煩。另外很多人誤以為沸石能吸附NO2,NO3,PO4等是錯(cuò)誤的觀念,這些都是屬於陰離子,沸石完全不會(huì)吸收。
知識(shí)庫標(biāo)簽:
|列兵