浅谈滤材

2020-03-16 22:38:55

本帖最后由暗月边缘于 2020-3-16 22:40 编辑

在讨论滤材之前，我们先看几个关于水分子的定义：

毛细现象：在一些线度小到足以与液体弯月面的曲率半径相比较的毛细管中发生的现象。毛细管中整个液体表面都将变得弯曲，液固分子间的相互作用可扩展到整个液体。日常生活中常见的毛细现象，如水因能润湿玻璃而会在细玻璃管中升高；反之，水银却因不能润湿玻璃而在其中下降。究其原因，全在于液体表面张力和曲面内外压强差的作用。

分子扩散：也称分子传质，简称扩散，是由于分子的无规则热运动而形成的物质传递现象。扩散与温度有关，是质量传递的一种基本方式，是在浓度差或其他推动力的作用下，由于分子、原子等的热运动所引起的物质在空间的迁移现象。

绕流：绕流是流体绕过置于无限流体中的物体的流动，或物体无限流体中运动，是自然界和工程中常见的粘性流体运动形式。

一、结论：

1、毛细管中的水近似于死水，只能靠分子扩散进行运动。

2、强制水流的分子运输效率远远大于扩散运动，有强制水流的情况下，基本可以忽略水分子的扩散运动。

3、绕流的特性我们可以简单的理解为，水分子总是会绕开挡住它的物体，也就是说水总是会往容易流的地方流。

二、滤材的利用率：

1、绝大部分的滤材介绍中都会提到一个概念“比表面积”，什么是比表面积？“比表面积是指单位质量物料所具有的总面积。分外表面积、内表面积两类。国标单位m2/g。”而在介绍中比表面积就是有效培菌面积。真的是这样吗？通过上面的水分子的相关定义，我个人认为这些介绍是有问题的。滤材的内表面积，也就是滤材内部的孔隙，属于毛细管水，而毛细管水是靠扩散运动去搬运氨氮和亚硝酸盐的，近似于死水的地方，搬运效率能有多少？

2、众所周知，硝化细菌是需要附着在滤材上，按照就近原则，滤材的外表面才是首选的附着面。而当滤材内部孔隙填满水之后，硝化细菌会不会进去还是个未知数。

3、当氨氮和亚硝酸盐随水流到达滤材时，首先接触的必然是滤材外表面的硝化细菌，而滤材内部孔隙如果有硝化细菌的话，也是靠分子扩散把氨氮和亚硝酸盐搬运进去，也就是说纯粹靠运气。当滤材外表面的硝化细菌大量繁殖，形成菌膜以后，氨氮和亚硝酸盐也越来越难以到达滤材内部。滤材内部的利用率几乎是可以忽略不计的。

举个例子：马云家很多滤材的介绍中，都有一个情景，就是把滤材放在一碗带颜色的水里，滤材整个很快就被染色了。但是，这样能成功的前提条件是滤材是干燥的。如果你用一个吸饱水的滤材再去做这个实验，那么染色速度我就只能呵呵了，有兴趣的朋友可以试试看。干燥的滤材放进去很快被染色靠的是毛细作用，而不是透水性。

综上所述：我个人认为，滤材的有效外表面才是硝化作用活跃的优质表面。

三、滤材的形状：

以水分子的绕流特性为前提，最理想的状态是：水流均匀流过所有未接触的滤材外表面，这样可以让滤材的效率最大化。而在众多形状中，我个人认为球形是最适合的形状。两两之间的接触面小，两两之间的空间大小差别也不大。至于屋、棒、砖、环等，仅从外形上来说，并没有优于球形。

结合一二三，个人认为滤材的选择应以球形(水流均匀)、表面粗糙(更利于硝化细菌附着)、不易粉化(使用时限)，这三点为首要考虑条件。

四、滤材的用量：

首先要说明一下，第四点是我参考LiuMang的帖子《我水养不好的原因是滤材太多？》而写下的，纯粹个人猜想。

以往我们认定的滤材使用量是主缸总水体的10%-15%，这样的滤材使用量足以满足普通玩家的养鱼密度，但是大家都知道，滤材的多少其实是取决于你喂食量的多少。氨氮的多少和硝化细菌的数量直接挂钩。而滤材并不是越多越好。我把LiuMang帖子中的数据拉了个表，如下图：

从图中我们可以看出，滤材比例最少的是LiuMang原来那个1.2的缸，每毫升的喂食量只需要0.9升的滤材。这个比例是一个水质完全没问题的比例，也就是说可以作为一个基础的参考。按照1ml喂食量=1L滤材去配比。

说句比较糙的话，吃多少拉多少的比例应该是在一定范围内的，一条鱼不可能吃1份的粮，产生10份的鱼便，所以我们就可以以喂食量去配滤材量。鱼越多，喂食量相应的就会越多，需要的滤材也就越多，反之亦然。当然，LiuMang在他的贴子里也说了，他那个配比量应该还不是最低的配比量。可能还可以更低，不过这些就需要比较多的数据去验证了。

上面的推论是一个简化模型的推论，因为滤材的质量，摆放方式，水流速度，温度，PH值，水体含氧量等等都会影响到滤材配比的比例，所以也要根据自己的情况具体分析。滤材区可以按10%去设计，但是不放那么多滤材。

五、关于生化棉(藤棉)：

这里要单独把生化棉和藤棉摘出来说，按照我以上的理论，很多人会觉得生化棉是一个很好的选择，但是其实不然。其一，由于生化棉的制造工艺，它对水体并不具备缓冲能力，也就是说纯生化棉的缸体，其水质更容易跌酸；其二，生化棉有一定的物理吸附能力，也就是说生化棉里很容易藏垃圾，时间长了会影响水流，进而影响氧气交换速度，造成CO2的累积，加剧水体酸化速度。所以如果滤材需要用全生化棉的话，生化棉就得定期清洗。但是生化棉是很难很难很难很难洗干净的，我花半个小时洗一块生化棉也没洗净...

六、最后：

1、关于水体跌酸是另一方面的知识了，这里就不细说了。总之，水体酸化和滤材本身材质的关系不大，并不是说水体跌酸了，就需要换滤材，水体跌酸和KH有关，最简单的解决办法是用珊瑚骨来调整(100L/500g)。

2、有些人喜欢在鱼缸中放活性炭祛除异味，我认为这是不可取的。因为在不使用药剂的情况下，气味是我们判断鱼缸水质的主要方法之一。举个例子，水质跌酸会造成硝化细菌活跃度降低，相同喂食量的情况下会造成氨氮超标，氨氮超标后，水体会释放出鱼腥味。那么，如果用活性炭祛除了异味，在不测试水质的情况下，你又如何去判断鱼缸水质跌酸了？

以上就是我的个人浅见，有不足之处望指正。

参考文章：

百度百科

卢胜明《物理教学1993年06期》

中国水产频道《选择循环水系统时你需要知道的八件事》

da_fan《从原理上出发，浅谈过滤与滤材选择》

LiuMang技术《我水养不好的原因是滤材太多？》

暗月边缘

2020.03.16

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