水质混浊的成因与对策


水质混浊向来是个很令人感到困扰的议题。
明明水草成长漂漂亮亮的,
偏偏因为混浊的水质而感到扫兴到了极点。

台湾水族界对于水质混浊的成因和做法,
大抵停留在生物性的方面,
也就是说只针对生物性(如细菌和藻类)所造成的水质混浊做出反应,
例如使用换水或紫外线杀菌灯,
更甚者使用“硝化细菌”来加速澄清水质。
这些方法对于水质的澄清的确有一定的功效,
但也并非万灵丹。
基本上我们还是要了解水质混浊的原因,
那么所采取的步骤也才能奏效。

紫外线杀菌灯并非万灵丹,此缸无法以紫外线杀菌灯改善水质的混浊。


若以水族缸中悬浮物的大小来看,
我们可以约略整理出下列的表格:
物质
大小
成分
来源
黏土
< 4 µm
黏土、金属氧化物、云母、矿物质
底床、泥土
胶体
0 - 10 µm
大型蛋白质分子
鱼屎、细胞分解产物
碎屑
10-1000 µm
纤维素、几丁质、木质素、纤维蛋白
鱼屎、植物残留物
藻类
10-100 µm
绿藻、硅藻、蓝绿藻
富营养水中繁殖
细菌
1-10 µm
单细胞并聚集
富营养水中繁殖
石灰
1-100 µm
碳酸钙
化学溶解或酸碱值变化
金属氢氧化合物
0-100 µm
铁或铝的氢氧化合物
金属盐的水解
气泡
100-1000 µm
空气或氧气
扩散筒、打气、除沫器、光合作用
 
不过混浊的感觉和人类的视觉息息相关,
而非单纯的水中悬浮物质颗粒大小而已。
简单的来说,
当水中的悬浮物质吸收、反射或折射光线时,
才会被人类的眼睛感觉得到。
所以当一个黏土颗粒大于 0.2 µm 时,
便因为其吸收、反射和折射光线的特质,
使得人眼就能感觉得出来;
反之细菌虽然相当的大(1-10 µm),
却因本身无色素且透光性佳,
人眼是感觉不到的,
除非每毫升中的细菌数量超过了 100,000 个,
才能看出淡淡的白色混浊。
在另一方面,
含色素的藻类如蓝绿藻和绿藻,
不需要太多的数量即会造成混浊的感觉了。

撇开如细菌和藻类所造成的藻类不谈,
这是水质恶化所导致的,
只要使用紫外线杀菌灯配合换水就能轻易解决的。
本文把焦点放在黏土所造成的水质混浊,
这对天然水草缸而言尤其重要,
况且水中土壤颗粒所造成的并非生物性的,
也无法以杀菌灯来加以改善。
此时某些化学物质或细菌反而扮演这重要的角色。

简单的来说,
黏土颗粒是带负电的,
这些带负电的颗粒在水中漂浮并且互斥,
有时光靠换水也很难消除混浊的现象。
此时最好的方法就是借重多价阳离子了,
如铁离子(Fe3+)或铝离子(Al3+),
或者也可透过细菌的作用。

细菌外表的多糖类可发挥类似黏胶的凝集作用。


细菌在此时“净化”水质的作用,
和水族业者或许多爱好者所宣称的原理是截然不同的。
许多细菌(包括硝化细菌)必须附着在基质并形成生物膜以利生长,
这些细菌表面会产生多糖类(polysaccharide),
其作用就像是黏胶一样把黏土或腐植质颗粒聚集在一起并且沉淀。
反过来说,
细菌在底床所形成的生物膜,
也能防止底泥颗粒在水中的悬浮,
进而防止了水质混浊的发生。
这也是许多天然水草缸在经过一段时间以后,
水质会变得清澈无比的重要原因。
但最重要的是,
能够产生多糖类并凝集黏土颗粒的,
并非水族界所宣称的那少数几种细菌而已,
从滤材或底泥污物中所移植过来的数不清菌种,
也都能发挥澄清水质功效。

黏土本身的负电荷互斥,是水质不易澄清的原因。


三价铁离子和铝离子很常被拿来澄清水质的金属阳离子。


我们刚才提到了,
黏土颗粒本身带负电的互斥特质,
也是造成水质混浊的重要原因,
只要降低黏土的负电荷或加以中和,
那么黏土就容易聚集并沉淀了。
此时多价阳离子就可派上用场了,
以德国 Dupla 公司所出品的超级水质净化剂(Dupla crystal)为例,
里面所含的主要“净化”成分其实就是氯化铁(FeCl3)。
反应式如下:

FeCl3 + H2O -> Fe(OH)3 + 3 HCl

其中氢氧化铁(Fe(OH)3)由于不溶于水而发生了沉淀,
但反应并未就此结束:

2 HCl + Ca(HCO3)2 -> CaCl2 + H2O + 2 CO2

盐酸(HCl)继续和碳酸氢钙(Ca(HCO3)2)反应成了可溶的氯化钙(CaCl2)和二氧化碳(CO2)。
此时我们就要特别注意酸碱值(pH)和碳酸硬度(KH)的下降了。
在台湾的水族市场上,
我看得到唯一会提醒消费者注意 KH 变化的,
要算是德国 Sera 公司出品的 pond crystal 了,
不过此产品却被台湾的代理商冠上了一个不怎么恰当的中文产品名称。

sera 出品的 pond crystal 在原文说明上(包括英语和德语),很明白的提醒消费者注意 KH 的问题。


除了三价铁离子,
铝离子也同样被人拿来澄清水质的作用,
最广为人知的要算是硫酸铝(Al2(SO4)2·14H2O)了。
硫酸铝在水中的反应如下:

Al2(SO4)3·14H2O + 3 Ca(HCO3)2 -> 2 Al(OH)3 + 3 CaSO4 + 6 CO2 + 14 H2O

同样的,
我们也要很注意水族缸酸碱值和碳酸硬度快速下降的情形。
此外根据美国 Boyd 于 1990 年所发表的研究,
硫酸铝在盐度 15 ppt 的汽水中之澄清效果和速度都优于淡水。 
一般来说,
每 600 公克的硫酸铝可以中和 300 公克的碳酸钙,
换句话说,
每 1 mg/L 的硫酸铝可以中和 0.5 mg/L 的总碱度(Total alkalinity)。
根据美国奥本大学的研究,
在池塘内使用硫酸铝后,
酸碱值、总碱度和浊度都会急遽的下降,
不过酸碱值和总碱度在历经 25 日以后会逐渐恢复原本的数值,
而水质则维持清澈。

不过要注意的是,
当酸碱值小于 5 时,
硫酸铝的凝聚和澄清效果将不会发生,
因此不适用于 pH < 5 的水中。
此外水中也要有剩余的总碱度可用,
一般的建议是 KH > 4,
否则的话很容易发生危险。

硫酸铝在台湾的化工原料行可以轻易购得且价格低廉。
根据我自己的实际使用经验,
除了水质澄清的效果之外,
对于想栽培水草可是自来水之 pH 或 KH 偏高的水族缸而言,
也是个很不错的水值调整药剂。
或许在此时使用硫酸铝,
水质澄清变成了次要的目的,
降低酸碱值和碳酸硬度反而成了主要的使用目的。
 
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