目前在高密度養殖和汙水處理
濾材材質的共識為
塑膠濾材是管理上最適當的種類
(細菌狀況良好、好管理、好製作)
然而
在飼養的過程會產生塑膠微粒汙染
因此目前正在找尋替代的方案
而這篇2022年的論文
就使用了
塑膠、黏土做的陶瓷、椰子殼、牛角、竹子、活性碳
作為基礎的生物濾材
比較這幾種濾材的硝化功能與維持狀況
論文中的使用濾材
除了塑膠為市售商品外(也就是K1)
其它濾材為各種材質切成片狀
並且在中間打孔增加水流通透
濾材為隨意堆疊放置
且沒有讓濾材滾動
培菌面積大小為
竹子>活性碳>陶瓷>牛角>椰子殼>塑膠
耗氧量檢測
因為硝化過程極度耗氧
(畢竟要在NH3為基礎，還要幫他加上三個氧
才會變成NO3
所以當然會耗氧)
所以耗氧量較高的過濾器
較有可能出現完整的硝化功能
結果為
塑膠、椰子殼、牛角這三組
有達到硝化系統建立時
所需達到的耗氧標準
而活性碳與陶瓷組則在實驗結束時(培養時間為10周)
都無法達到標準的耗氧量
這代表說
活性碳與陶瓷很有可能無法提供硝化菌好的生活環境
這看起來與表面積大小有關
(表面積 :竹子>活性碳>陶瓷>牛角>椰子殼>塑膠)
(綠字為表現好的組別，紅色的為表現差的)
表面積過大反而容易阻塞、缺氧
造成細菌生長不良
反倒是表面積小的物質在培養硝化細菌上表現更好
不過有趣的是
表面積最小的竹子組
雖然表現不如塑膠、椰子殼、牛角這三組
但是反應也比活性碳與陶瓷好
竹子的高表面積
來自於其上的維管束
維管束之間能夠互相相通
就算有部分阻塞
也有其他的”替代道路”
因此阻塞情況不像是
陶瓷、活性碳這類型
有許多”盲管”者嚴重
這也是為什麼高級的石頭濾材
都會主打說自身放入魚缸中會產生細小的泡泡
或是主打內部有許多小孔隙相連的原因
巨大的表面積
要來自相連的孔洞才有意義
氨氮與亞硝酸的轉化率
不過當然
單純的耗氧量無法真正的反應硝化系統的工作狀況
他只是一個間接的證據
所以偵測NH3和NO2-的濃度變化也非常重要
畢竟硝化系統生長需要時間
因此要在系統成熟後
偵測最高點才知道濾材硝化菌的健康度
而不論是哪種系統
幾乎都是在開缸後的30-50天達到成熟
這也是為什麼
小編會一直說開缸的前兩個月系統都還不穩定的原因
而在氨和亞硝酸平均轉化的能力的部分
塑膠和椰子殼的轉化率最高
牛角和陶瓷珠轉化效果最差
而且陶瓷環的轉化能力達到高峰後
接著會隨著時間逐漸下降
(因為塞住了開始缺氧)
與氧氣消耗率部分相比
可以發現個有趣的事情
明明活性碳組的氧氣消耗率低
牛角組的氧氣消化率高
但活性炭組的硝化系統轉化能力居然不算差
而牛角的轉化能力卻很差
這件事情先記著
我們跟下方的硝酸鹽一起分析
硝酸鹽的產生
椰子殼、塑膠和活性炭都產生了不少的NO3-
陶瓷卻幾乎不產生或只產生了一點點NO3-
竹子和牛角不只沒產生NO3-
還讓環境中的N03-下降了
結論
整體來說
椰殼和塑膠濾材就是一整個好棒棒
很適合使用
牛角的高耗氧或許是來自於腐生細菌
因此他具有高耗氧
而且能讓NO3-下降
可能是牛角開始被腐生菌分解
導致的效果
但硝化能力卻很一般
竹子本身則因為耗氧量不高
但又有不錯的氨氮轉化率
但硝酸鹽卻不高
則真的有蠻高的可能出現反硝化細菌
而目前科學家們也發現了
竹子可以加強反硝化的效果
因此這部分的推論有極高的可能性
(不過別忘了
缺氧區也可能出現致病菌
所以能培養反硝化菌不見得是好事)
活性碳因為本身能夠吸附小型有機物
讓腐生菌比較難活躍
同時又能增強硝化細菌的功能
因此他的耗氧量比一般的濾材低
但是對氨氮的轉化率卻不算低
陶瓷就比較尷尬一些
雖然表面積算大
但不只耗氧量不高
氨氮與亞硝酸轉化效果不佳
而且NO3-產生也少
這只是代表了
他無法產生完整的硝化系統
本身不適合硝化細菌居住
不過要注意的是
這篇實驗中所使用的陶瓷
不是我們一般水族中使用的陶瓷環
陶瓷的原料與類型千百種
這次他們選用的是由黏土所做成的陶瓷餅
黏土如果品質不佳
或是其中含有過多的氧化鈣與氧化鎂
會產生抑菌的效果
不過換句話說
也要小心陶瓷類製品的品質
如果陶瓷環品質過差的話
不只不能培菌
可能還會有反效果喔!
會擷取這篇
最主要的重點只是要告訴大家
表面積真的不重要!
重點是表面積是怎麼來的
還有如何給細菌一個好的環境
像是活性炭能增加硝化細菌的能力
所以就算整體看起來不怎樣
硝化能力卻不差
擁有不錯的轉化率
陶瓷和竹子都培菌面積大
也都缺乏氧氣
不過竹子可以做到反硝化
陶瓷卻是連一般硝化細菌都養不起來
所以不是所有孔隙小的東西都能反硝化
而表面積不夠大的濾材
反而因為水流順暢、通氣性佳
能讓硝化細菌活得很好
轉化效果超一流
這就跟企業經營一樣
一整個部門累得半死的員工
其工作效率
可能還比不上一個休息充足
開心工作的菁英員工
善待細菌
他們的能力比你想像的還要強大
參考論文
Munubi, R. N., Pedersen, L. F., & Chenyambuga, S. W. (2022). Evaluation of biofilter performance with alternative local biomedia in pilot scale
