初级水族化学 第一部分 海水总述

本文是这一系列文章中的第一篇,向大家介绍海水化学的基本问题及实践。文章的目的是让广大初级鱼友了解并重视海水化学中比较重要的部分。初级鱼友往往会遇到很多挠头的问题,海水化学也许是其中之最。 其中有些问题确实非常复杂,答案也不是那么简单。对于新手,了解其中的一些问题对维护礁岩生态有极大的帮助。还好,这些重要的问题都很好理解,大家不必多虑。

首先,大家要知道,遇到水族方面的任何问题都不要惊慌。第二,任何一个问题都不止一种解决方法,总有很多途径可以达到相同效果,所谓条条大路通罗马。好像从纽约到圣弗朗西斯科,有很多线路可以选择。有的线路一路风光秀丽,有些线路消费很高,有些线路危机四伏,有些线路经济实惠,还有些线路是死胡同,但最终,还是有好多条路通向重点。记录所有的尝试都被水族前辈们实践了,因此我们只需幸运的因地制宜选择其中之一便可。

这一系列文章不是简单的罗列海水参数,之前的文章已经介绍得很清楚了,也不是简单的讨论海水的组成元素,之前也有文章探讨过。这一系列文章是要建立一个正确维护水族工作的框架,以及告诉大家为什么这么做。

第一篇面对初级珊瑚鱼友,介绍基本化学知识:

  1. 我该用什么品牌的海盐?
  2. 我要怎样配置人造海水?  
  3. 什么是盐度?我要怎么测量?
  4. 自来水需要净化吗?
  5. 天然海水如何?

整个系列文章包括:

指导初级鱼友了解海水化学

第一部分:海水总述

第二部分:海水中必须添加的何种化学元素

第三部分:PH值

第四部分:必须监测什么元素,以防慢性累积效果

本文有以下几个部分:

海水盐度介绍

使用天然海水的危险性

人造海水

  • 人造海水:高价海盐与低价海盐的区别
  • 人造海水:化学分析
  • 人造海水:生物学分析
  • 人造海水:选择什么品牌的海盐
  • 使用什么淡水配置人造海水
  • 配比盐度
  • 如何测量盐度
  • 如何配置人造海水
  • 总结海水方面相关建议
  • 结论

海水盐度介绍

按重量计算,海水中大约96.5%的重量是水,3.5%的重量是盐。即海水中盐度是千分之35,或百分之3.5。海水中有很多种盐分,其总比重占3.5%。有些盐的含量极高,有些则非常低。然而,即使那些含量非常低的盐,对于海水中的生物个体仍是十分重要的。

当各种盐溶解到水中,水的各方面性质都会发生变化,包括水的密度、折射率以及电传导率。所有性质的变化参数都可以被我们利用,来测量海水盐度值。因此,你不必将配置的海水晒干,称量盐的重量,只要简单的使用工具测量水体参数变化即可。

混合盐中按重量百分比排序分别为:氯化物chloride,钠sodium,硫酸盐sulfate和镁。这些是决定海水盐度的主要盐分。尽管其它盐分对礁岩生态非常重要,但它们的混合比变化对盐度影响很小。

使用天然海水(Natural Seawater)的危险性

天然海水可以作为礁岩生态水族箱非常好的水源。许多居住在海边的鱼友亲自到大海中取水。其中最重要的因素是取到的海水的纯净度,以及保持其纯净度。 一般建议远离海岸取水,因为海岸边受到的污染会更多,但这不表明远离海岸的海水就十分纯净,它同样存在被各种有机物和化学元素污染的可能。最好在涨潮时,在远离码头的深处取水。使用海岸近处的海水是有风险的。取水位置不同,有些地方海水中可能含有大量的有害化学物质或致病菌,对水族箱是极大的威胁。而且,即使在远离海岸的大海深处取水,也有可能出现营养盐含量高等偏离纯净海水的情况。

天然海水包含有机悬浮物,致病菌,浮游植物和其它有机物。在大多数情况下,这些不会对水族箱生态造成伤害,反而会提高食物的多样性。但如果天然海水需要经过储存或长期停止水流,水中的有机物等分解会产生毒素,如氨和硫化氢。因此,存储天然海水需要有过滤系统,甚至是杀菌系统的支持。这个问题超出了本文所探讨的范围,但大家需要对这些问题有所了解。如果对此问题感兴趣,Martin Moe 在他的《Beginner to Breeder》和《Marine Systems》两本书中都有详细介绍。 

提醒大家一句话。有些公司或个人出售天然海水,他们的海水好像没有经过适当的处理。例如有些公司出售的天然海水中金属锌含量过高。因此,不是所有的天然海水品质都一样。

人造海水Artificial Seawater

大多数鱼友使用人造海水。 人造海水使用复合人造海盐与淡水配置而成。几乎没有人自己配置海盐,除非你有使用特殊化学元素的许可,需要配置量极大,否则,这种方式既费钱又没有实际意义。

市面上销售的食用盐并不适用于海水水族,只适合烹调。尽管其也是人造海盐,但成分与真正的海盐有很大区别,镁含量要比真正的海盐低十几倍,因此不可用食用盐调制海水。

高价海盐与低价海盐的区别?

大多数鱼友都会询问同一个问题,用什么配置人造海水?许多商业品牌的人造海盐都可以,有些被广泛使用,有些用户群较小。很多鱼友使用的是水族店里销售的最便宜的海盐。那么有什么证据证明哪种海盐是最好的呢?

说实话,使用某种海盐配置海水与另一种比较差别不是很大。当然有些品牌受欢迎,有些品牌销售不好。每种人造海盐的成分与天然海水浓缩的海盐都不一样。令人惊讶的是,某些自称完全接近天然海水的海盐实际效果相差甚远。有时,这种成品配比偏离是故意的,尽管大多数鱼友并不知道其中存在偏离。基于公众的评价和他们的测试,我有时在想也许制造商自己也没有发现成分含量的偏离。

很多复杂条件限制了制造商们测量海水浓缩物中各种微量元素和痕量原素的含量。而这也是研发费用中最昂贵的部分。海水中的四大元素(钠,氯,硫,镁)必须足够。除非他们使用非常纯的原料(价格很高),否则其中杂质的含量会升高,甚至超过天然海水的含量。因此,制造商们在允许范围内尽量控制着杂质的含量。价格较高的品牌海盐从理论上可能使用了更纯的化学原料,但我们不能保证生产商真的这么做了。

人造海盐:化学分析

人们就海盐化学成分的分析已经进行了很多的研究。想进一步探索的朋友可以访问下面的网址。

"The Composition of Several Synthetic Seawater Mixes,"

by Marlin Atkinson and Craig Bingman

"A Chemical Analysis of Select Trace Elements in Synthetic Sea Salts and Natural Seawater,"

 by Timothy A. Hovanec, Ph.D. and Jennifer L. Coshland

"Inland Reef Aquaria Salt Study, Part I,"

by Mathew Marulla and Thomas O’Toole

"Inland Reef Aquaria Salt Study, Part II,"

by Mathew Marulla and Thomas O’Toole

我们进行这项研究的目的是发现哪些海盐与天然海水成分最接近,而结果是无论哪个品牌的海盐都不能真正的接近,因此,选择品牌变得更加左右为难了。例如,硫酸盐和氟化物较多的海盐更好吗?硼酸盐多些还是溴化物多些?锶多些还是钾多些?没人知道确切答案。如果针对每种化学元素提问,答案只能是:“没人知道。”

更糟糕的是,海盐在混合时有些块状的元素不能完全均匀混合,导致含量阶段性变化。即使正在销售的海盐各项元素含量检测均过关,也不能保证下一批产品的质量。有证据表明,许多海盐制造商在某些研究结果公布后改变了原来的配方。

有些海盐之间的区别是鱼友们自己发现的。这一般是鱼友们测量海水中钙、碱度和镁含量时发现的。即使这样,还是不能简单的确定哪种品牌更好。因为鱼友们有时故意将水质参数调整得与天然海水不同(例如,保持比天然海水更高的碱度),或者增加海水中某些易消耗元素的含量(如镁)。要记住,这些易变参数在水族箱内可以通过添加剂随时调节,在海盐中的精确含量并不是绝对重要的。它们也是非常容易调整的。

    因此,尽管我是个化学分析师,也掌握很多具体测量方法,但我并不过分强调这方面的化学研究。或许抛弃对海盐的挑剔,我们有了更多的选择。关于选择海盐的信息将在本文后续部分详细解释。

人造海盐:生物学分析

至少现在已经有很多关于海盐在生物学领域方面的研究了。 研究关注不同海盐中生物的状态是否有所不同。下面的连接是相关内容,其中Eric Borneman’s的研究结果还没有发表。

"The Toxicity of Some Freshly Mixed Artificial Sea Water: A Bad Beginning For A Reef Aquarium,"

by Ronald L. Shimek, Ph.D.

"Sea Salts, Part One: A review and a new study to determine their effects on reef aquarium inhabitants,"

by Eric Borneman 

"Sea Salts, Part Two: The M.A.R.S.H. Salt Study,"

by Eric Borneman and Kim Lowe

理论上说,这种研究比化学分析研究更好,因为能够根据生物学研究将各种海盐品牌进行排序。如:哪些能够引发鱼类疾病,哪些使珊瑚生长更迅速,哪些能刺激有害藻类生长等。这样的信息非常有价值。

然而,进行高质量的研究需要耗费巨资和大量时间。简单的说就是同时维护数个相同的水族箱,用一种或多种手段同时观测。在实践过程中,许多折中的方法削弱的结果的说服力。我对这种试验有两个疑虑:

1.  实验生物与代表性饲养生物不同。例如,Ron研究用海胆作为比较生物,而大多数鱼友并不饲养海胆。也许在饲养海胆方面表现不良的海盐,在饲养珊瑚时会有好成绩,会达到每月一缸一样的效果。

2.  上述所有连接里的研究都不是在真正意义上的水族环境中进行的。例如,使用100% 人工海水,或者每月更换100%水量,作为营养盐输出和钙输入的计算结果。结果仅针对某项化学问题,而其它相关方面一无所知。

在之前我们关于化学分析的描述,例如,我们知道许多海盐由于原料不纯,存在潜在氨的可能。在一个正常的水族箱中,氨会很快稀释并被细菌分解。即使换水量达到10%,最多引起氨浓度升高0.017 ppm,而这也在安全范围内。但这个研究换水量达到100%,有些试验模型中并未提供氮循环。因此,试验反映的数据过于实验室理想条件,而非真正的水族条件。

Borneman在其最近的研究中这样表述:

“我要说,有些产品我已经使用了很多年,而且没有发现明显的负面效果。从熟悉的数据和试验鱼缸的外表,以及存活下来的试验生物的状况来看,有些我一直使用的海盐,在此之后,我不会继续使用了。我感觉,包括我在内的那些海盐使用者,之所以没有发现问题,是应为水族社区里提供了很多缓解各种问题的方法,大家在这些方法的帮助下掩盖了明显的事实。”

我当然支持后半句的说法,这也正是我要传递给初级海水鱼友的概念:家庭水族箱状态是海盐质量的最有权威判断依据。实验室的数据不一定在家庭水族箱内得到有效地重现。

人造海水:选择海盐品牌

如果单独通过化学和生物检测方法不能提供海盐选择标准的话,那么还有什么可以依靠呢?其实,可以看看周围的鱼友在用什么品牌,当然是有成功饲养经验的鱼友。不幸的是,简单的投票只能反映出他们在使用哪些品牌的海盐,而不是哪些品牌的海盐使他们成功。这其中还包括一些下海时间不够长,以及只使用过一至两种海盐的朋友的投票。

这里有一个建议。我观察了过去5年内礁岩中心的帖子,这是海盐使用情况统计表:

礁岩中心5年来海盐使用统计表

海盐品牌

使用者数量百分比

不知名品牌

>30

Instant Ocean

9

Reef Crystals

7

Tropic Marin

5

Tropic Marin Pro

2

Oceanic

2

Red Sea

2

Coralife

1

Catalina Water Company

1

Seachem

1

Sera

1

Preis

1

 

 

 

 

我认为统计数据再过详细也没有太多用途,因为数据反应出的是鱼友们根据价格,购买便利度等因素,而不一定反映出海盐的质量。但每月一缸中入围缸主所选择的海盐应该是可靠的。另外选择上述表格中的品牌也是明智的选择,因为不止一个鱼友在使用并获得成功。因此,我的建议是在上述海盐品牌中挑选一个,然后不要再为自己选择的海盐质量去担忧了。10年来,我一直在使用Instant Ocean,因为有太多记录证明它有效可靠。

使用什么样的淡水配置人造海水?

配置人造海水,海盐选择很重要,淡水选择也同样重要,而且淡水还要为蒸发作用补水。在美国,大多数成功的鱼友使用RO/DI净水设备净化自来水,我本人也在使用。RO/DI净化过滤设备能够给可饮用的自来水进行深度净化。许多品牌的产品都不错。具体选择已经超出了本文的范围,在之前的专栏文章中已经有所讨论( previous articles )。在配置人造海水之前,不要向淡水中添加任何物质,在配置后,可适当根据情况添加。

单独的反渗透(RO)只适用于某些情况。尤其当地自来水公司使用氯胺进行消毒处理的情况,经过反渗透处理后,水中仍会残留氨离子。如果自来水管线中铜管件过多,单独的反渗透设备略显不足。

直接使用自来水要考虑溶解的氯胺。过去鱼友们常用囤水的方式,排出自来水中的氯气,但对于溶解在水中的氯胺,这种方法是无效的。现在的自来水中普遍加入氯胺,它在水中残留的时间更长。这需要特殊的处理,而不仅仅是脱氯。其它要考虑的还包括铜(来自家庭供水线路),营养盐(硝酸盐和磷酸盐)以及碱度(一般情况下是好事,不过有时也会引起碱度过高)。一般,我建议不使用自来水。当然,有些鱼友一直使用自来水,而且效果也很好。但这不能证明所有的自来水都适合水族饲养。

蒸馏水是最佳选择。典型的商业蒸馏水是可以接受的,在生产过程中不接触金属,无污染。不过有些蒸馏水质量也不可靠,我们使用铜离子检测试剂无法检测到其中含有的微量铜离子。

许多鱼友使用零售店或鱼店里出售的反渗透过滤水,同样的问题,生产商不会经常维护他们的设备,有时使用试剂能检测出水质问题,但大多数情况下还能够接受。

配比盐度

天然珊瑚礁海域盐浓度大约35ppt,相当于海水比重1.0264,电传导率为5 3 mS/cm 。各海域盐度略有不同。

据我所知,有些证据证明保持与自然海域不同的盐度对珊瑚水族箱会有好处。使用较低的盐度好像成为了时下饲养海水鱼和珊瑚的流行趋势。因为人们相信,至少这样能减轻鱼类的压力。在比重和温度对于盐度的影响方面也存在着许多误区。

自然海域的盐度之前有所讨论(previous articles)。我的建议是保持自然海域的盐度。除非生物确实是来自盐度较低的海域或盐度较高的红海海域,调整盐度是合适的。否则,我建议使用35 ppt ,比重=1.0264,电传导率=53 mS/cm。

幸运的是,礁岩生态水族箱对于盐度的变化适应能力比较强。各种盐度的珊瑚缸都有成功经验。不要再改变自然状态折磨珊瑚了。你会发现,盐浓度从36 或 34 ppt 改变到 35 ppt,不会有什么明显好的影响。有些高手甚至将海水浓度降低到31 ppt比重1.023,但我怀疑他们测量不够精确,因此,当过高或过低的盐度时要及时审视。

要知道,当海水浓度不是35ppt时,人造海水中的钙、镁和碱度等参数都会发生变化,偏离天然海水状态。例如,海水浓度偏低,这些参数会降低,需要添加剂补充。

如何测量盐度

有很多种方法可以测量读取盐度值,包括折射计图1,比重计图2-4,以及电传导率测试图5。这些设备都能读出比重或盐度数值。

 

上述设备都能正确测量,但需要经过校准,并且依赖于仪器本身的精度和质量。无论选择了哪一种,我建议使用天然海水进行一次测试。这个测试可以自己进行,也可以由制造商进行。在纯水中测试可能会导致仪器不精确,虽然经销商说没问题,但测试淡水时不精确的事情时有发生(尤其是折射计)。

这其浮臂式比重计是最便宜的产品,但精确度很差,很多鱼友都有反应。 悬浮式比重计、折射计和电传导率表相对准确多了。

温度对海水的盐度或比重稍有影响,在测量时可能导致错误。在测量方面影响不大,有些悬浮式比重计和折射计没有自动补偿。 浮臂式比重计多为工业用途设计,设计温度为华氏60度,与水族箱温度相差甚远,因此很有可能导致测量结果偏离。折射计通过少量海水折射计算,使用过程中可能存在留样累加的情况,导致测量错误。因此,折射计需要用蒸馏水清洁后干燥。迅速读取折射计中度数也能防止蒸发作用带来的盐度升高误判。

TDS meters TDS(总溶解固体)是电导计表,但通常不能用于测试水族海水盐度。换句话说,它们是用来测量淡水电导率的,不能简单的直接用于测量溶解了固体盐类的人造海水盐度。

如何配置人造海水

首先将淡水倒入容器,容器可以是任意形状,大一些容器要比小容器更容易保持溶解均匀,参数平衡, 我一次配置88加仑海水。假如使用纯水配制人造海水,可以随意任意长期保存。我的海水一次性配制,存储后无需搅拌,而不会导致溶解氧减少(水族箱内的海水或天然海水由于存在有机物质,长时间不打气或搅动会导致水中含氧量降低)。

在未完全溶解海盐之前,不要向容器内添加任何物质。加盐,搅拌。在未达到浓度之前继续加盐,当盐度突然增好许多时,要加水稀释,以防形成不易溶解的大颗粒。

如果你有的是力气,那就手动多搅拌一会儿,如果你是个懒汉,那干脆用泵头代替手工,循环一整晚都不累。如果换水量极小,2%左右,或更少,不用加热。如果你要添加钙、镁和碱度,要在完全溶解后添加。 整晚用泵头打气搅动,有助于海水与空气接触,有些海水刚配置完ph值偏高,需要通入二氧化碳降低ph的海水此方法有效。ph值直接受到海水碱度和空气中二氧化碳量的影响,与溶解海盐无关。关于ph值的更多讨论我们将在以后进行。打气还可以增加水中的氧气含量。最后测量盐度,添加海盐或淡水微调。

海水问题建议汇总

下面用简单的语言总结这篇文章的观点:

1. 不要过分追求完美的海盐,因为还不存在,只要适合就是最好的。

2. 天然海水可以是很好的选择。如果使用天然海水,要确定其采集存储的方法正确。

3. 人造海水是非常好的选择。不要在意各种盐比较的报道,跟着大家的选择来。很多海盐有广泛的用户群,包括Reef Crystals, Instant Ocean 和Tropic Marin (Pro and regular)。如果你使用这些海盐,当出现问题时不要归咎到海盐上。

4. 使用适当的纯水配制人工海水和补给淡水。

5. 使用经过校准的设备测量盐度。我建议用天然海水校准,浓度=35 ppt,比重= 1.0264。人造海水参数在此参数周围变化都是可以接受的。

结论

礁岩生态维护中,一开始就使用适合的海水非常重要。无需进行复杂的化学、生物检测。跟随成功鱼友的步伐是最好的选择。本文提供了获得最佳海水的基本途径。

当然,某些化学元素的含量随着时间的推移会慢慢减少,需要使用添加剂补充。这个系列后面的文章会介绍如何解决这些问题,文章会很复杂。

同时祝大家享受养鱼的生活。