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关于潮汐过滤的周期问题讨论

(2006-04-22 07:53:02)
分类: 过滤设备
关于潮汐过滤的周期问题讨论

  近来器材版上使用潮汐过滤的鱼友越来越多,DIY潮汐过滤的鱼友也越来越多,这说明鱼友们已经不满足于一般过滤效果,而是要向过滤要质量,要效率了。潮汐过滤由于能充分提供硝化菌所需的氧气,所以比普通的过滤效率要高许多,这也是大家公认的。但对于潮汐的周期问题,则各不相同。有的说长点好,有的说短点就行,有的讲无所谓。但都没有道理,到底哪种更有科学的依据呢?要解决这个问题,就让我们首先来看看硝化菌是如何在过滤中净化水质的(总结前人的经验):

  硝化菌一旦在滤材上附着后,就会用一层层黏性物质包围自已,该黏物质是一种黏性很强的脂多醣类。只要它们一附着在固体表面,马上就会分泌出这种黏性物质,把自已给黏在固体表面上。随着菌体之繁衍,硝化细菌的数量逐渐增加,于是一团团的菌体彼此黏着在一起,组成了一层所谓的生物膜包在固体的表面上。

  下面就要谈到硝化菌是如何工作的,当含有氨(亚硝酸盐)的水流经硝化菌的生物膜时,通过扩散作用,氨(亚硝酸盐)到达硝化菌表面的,通过化学反应使到氨(亚硝酸盐)变成无毒的硝酸盐,并再次通过扩散作用将硝酸盐带入水中,达到净化水质的目的。请大家注意:在这个关键的过程中有两个阶段来决定硝化菌对水质处理的速度,一个是氨(亚硝酸盐)向硝化菌菌膜内部的扩散速度,一个是在硝化菌表面的化学反应速度。

  对于扩散速度,大家可以在一杯安静的水里滴一滴钢笔水,钢笔水会在扩散作用下分散开,最后整杯水都是同样浓度的钢笔水了。这就是扩散作用,如果杯子里的水是安静的,扩散速度很慢,那么需要很长的时间才能达到均匀扩散;如果我们搅动杯水,钢笔水很快就均匀分散开来。至于化学反应速度,大家可以做这么个试验,在醋里放一点小苏打,就会有很剧烈的气泡产生,这表明化学反应的速度是很快的。而硝化菌能存活到现在,并无处不在,也正说明在它体内发生的化学反应是高效的,并且其反应速率远远高于醋酸和小苏打的反应速率。由此可见,生物过滤的关键所在是氨(亚硝酸盐)向菌膜内的扩散速度。

  那么如何来提高这个速度呢?就像搅动杯子里的水来提高扩散速度一样,提高水流速度就能有效地提高有害物的扩散速率。有害物是如此,氧气的扩散亦如此。由此可见,水流速度的提高有利于硝化菌对氮化合物的降解效率。此外,水流速度大的时候,生物膜表面的附着水层就薄,这也有利于氨(亚硝酸盐)的扩散。

  但是,并非水流速度越大就越好,过大的水流会冲走硝化菌表面的粘液层,这一层粘液层是硝化菌用来保护自己,并相互吸附和附着在滤材上的。如果水流很大,会破坏这一层粘液,硝化菌无法附着,对氨(亚硝酸盐)就无法降解;另外,水流过大还会导致氧气流失,氧化作用将无法进行。

  由此可见,水流不可过大,亦不可过小,必须控制在一个范围内。那么怎样的速度是过大呢?其实在我们能够使用的过滤器中,水流速度都是很小的,因为在工业上,一个小型的污水处理厂每天可以处理30万吨的污水,水流速度每秒3000升左右,这是我们鱼缸过滤中的水流远远达不到的。所以,大家在自己的过滤器中尽可能的提高水流速度,以提高硝化菌和氨(亚硝酸盐)的接触速度。

  接下来我们再分析潮汐过滤,潮汐过滤因为其的特殊性:滤材是周期性的浸泡在水中的,要提高硝化菌与氨(亚硝酸盐)的接触效率,也有两个关键因素:一个是水流的速度;一个是水与滤材的接触时间。水流的速度在上升阶段由泵的功率决定;下降阶段由虹吸管的口径决定。但水与滤材的接触时间恰恰与水流速度成反比,即:水流速度快,则水与滤材的接触时间短;水流速度慢,则水与滤材的接触时间长。正负得零,正好抵消。这时,大家是否觉得潮汐的周期已经不那么重要了,长也好,短也罢,只要有那么个形式就行了。

  也许有鱼友要问:水位下降后,由于生化滤材的比表面积(指单位体积的生物滤材所具有的表面积)较大,吸收、截流的水分也比较多,所以在潮汐过滤水位下降的过程中,硝化作用其实还在进行,也就是说水与滤材的接触时间应该不那么重要。因此,最终决定潮汐周期命运的就是水流速度。那么,就可以大胆的得出结论了:潮汐过滤的周期越短越好。

  但实际应用中,有许多鱼友讲:如果延长滤材泡在水里的时间(增加到大约2分钟,注意是全滤材泡在水中),则过滤的效率显著提升。由此看来,流速与接触时间到底谁决定作用,还不好确定。需要大量的实验数据。也请各位鱼友帮忙讨论一下。

  乱讲一气,说不出个所以然,但至少让我们在“知其所以然”的道路上前进了一步。

  再来谈谈从讨论中可以得出的几个结论:

  一是滴流过滤的功效要比潮汐强。为什么呢?因为滴流过滤中是不停的供水与氧气的,所以在硝化反应中不存在“水与滤材的接触时间”这个因素,而只决定于水流的速度。因此,在相同水泵、相同滤材的情况下,滴流过滤净化水质的功效更强一些。其实,我们没有必要将滴流过滤想的那样复杂,像楼的nkorls鱼友那样,一个麻酱的塑料桶,下面打几个孔,里面放几层滤材,就是一个最简单的滴流过滤。

  二是潮汐过滤比普通平流式的上滤效果强。为什么呢?虽然普通平流式上滤也减少“水与滤材的接触时间”这个因素,但滤材的供氧量明显减少,而且容易产生水流的死角,有些滤材附近少有水流带来的氧气,只有提高水流速度(增加水泵功耗)才可缓解这样的矛盾。


 

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