水族箱内的ph值对生物的健康有着极为重要的影响。有很多因素能导致ph值下降,甚至超出生物所能承受的范围。例如,非常低的ph值会直接抑制珊瑚和藻类的钙化过程,严重时会导致硬骨珊瑚骨骼发生溶解。因此,ph值是一个必须监控的参数。监控ph值只是开始,ph值的持续降低是水族系统内最让人头疼的问题之一。

本文将详细阐述为什么ph值会降低,以及最佳的应对策略。对于ph值过高的朋友,请参考我之前的文章 previous article。 什么是ph值 这一段我们帮助鱼友们理解什么是ph值。只关心如何提高ph值的朋友们可以略过这一段。 

海水中ph值有很多不同定义。大多数鱼友使用的是由国家标准委员会的提出的定义: 1. pH = -log aH 等式中aH 代表溶液中氢离子的活性。活性代表着化学意义上的自由氢离子,因此,ph值就是溶液中自由氢离子的表示方法。氢离子在海水中式部分游离的,(并不是真正的游离,因为其和水分子结合形成H3O+) 还有些与其它离子结合。这就是为什么化学家用活性代替浓度的用意所在。一般情况下,海水中的H+ 有73%左右以氢离子形式存在,与硫酸根结合的氢离子占25%,其它含量很少。以H+/F- 形式存在的只占极微小的一部分。这些离子的活性还影响着测量的校准值,因此,测量海水中的ph值需要单独的校准。其它的标准不必考虑,因为鱼友们所用到的几乎都是国家标准中所指的ph值。 

为了更加直观的理解水族箱内的ph值,大家可以简单的认为ph值就是水中氢离子的浓度: 2. pH = -gHlog[H+] gH 是一个氢离子活性系数,由于它一般是常数,我们可以忽略它。(for those interested, gH = 1 in pure fresh water and ~0.72 in seawater). 在某种意义上,鱼友只需知道ph值是溶解在水中的氢离子的浓度,其值为一个对数值。形象点说,ph=6的水中,氢离子浓度是ph=7的水中氢离子浓度的10倍,是ph=8水中的氢离子浓度的100倍。因此ph值的微小变化意味着水中氢离子浓度的巨大变化。 

 为什么要监测ph值? 有很多理由大家必须监测水中的ph值。其中之一是海洋生物只在特定的ph值范围内生存。每种生物最适合的ph值范围不同,对于一个包含许多生物种类的水族箱来说,很难界定怎样的ph值范围是最合适的。天然海水的ph值范围从8.0-8.3,尽管如此,我们也不能说这个是最适合的。但是早在80年前,研究人员就证明了ph值下降到7.3就会对鱼类产生不良影响。目前的研究为一些生物提出了适合的ph值范围标准,但相对于鱼友们广博的喜好,这些种类似乎太少了。

另外,ph值对生物的影响有时是直接的,有时是间接的。例如,铜离子和镍离子的毒性会随着ph值变化而变化。因此,即使是饲养相同的生物,不同水族箱最适合的ph值也有可能不同。 图 4 水中起始二氧化碳浓度高,提高碱度后ph值变化。 无论怎样,ph值的变化都会给生物带来一些最基本的影响。其中最主要的是钙化,钙化的过程受到ph值的影响最为严重,ph下降,钙化速度也会明显下降。基于这一事实和许多鱼友的实际经验,我们可以认定一个ph变化的可接受范围,以及最糟糕的底线。 礁岩系统中可以接受的ph范围是多少? 礁岩系统的ph适合范围是大家的经验性结论并没有科学实验支持,依据个人观点有所不同。而且最佳值范围也总说纷纭。因此,我们统一可接受的ph值范围要比统一最佳范围简单的多。尽管水族箱可以在很大的ph值范围内运行,我还是推荐自然海水的ph值8.2左右。

我的个人观点是,ph值从7.8-8.5对于大多数生物都是可以接受的。 碱度至少保持2.5 meq/L,,当ph值在较低范围时,碱度最好再高些。这个结论是基于很多鱼友在ph值7.8-8.0之间的成功饲养经验,应为这些成功的鱼友大多使用碳酸钙/二氧化碳(钙反应器),以降低ph值的同时碳酸盐碱度维持高水平。(不小于 3 meq/L.) 这种情况下,低ph值对钙化的影响可以被高碱度所抵消。低ph值对需钙化形成骨骼的生物会产生影响,使其不能获得足够的碳酸钙。

增加碱度对这种消极影响的抵消将在下文中详细介绍。 钙离子的浓度至少在 400 ppm。当ph值降低时,钙化作用的减弱比钙离子浓度降低的影响更严重。当钙离子浓度、ph值和碱度同时降低到底线是非常危险的。因此,如果在使用钙反应器ph值很难提高的情况下,至少保证钙离子浓度可以接受(~400-450 ppm)。相反,当ph升高超过8.2时,会增加非生物性沉淀增加,如碳酸钙,从而导致钙浓度和碱度降低,加热器和水泵叶轮上会增加沉积。如果ph值高于8.4(使用石灰水时会经常发生),此时保持钙浓度和碱度值是非常重要的。(既不能太低,产生抑制钙化反应效应,也不能太高,在水泵和管线内形成沉淀。) 二氧化碳和ph值 水族箱内的ph值与溶解在水中的二氧化碳量有直接关系,同时也与碱度有直接联系。

事实上,当海水在通气状态下,并经过充分混合,ph值完全由水中溶解的碳酸盐碱度决定。碱度越高,ph值越高。图1表示了海水中通入空气后碱度、二氧化碳和ph值关系。室内情况下,二氧化碳浓度会稍高些。很明显,在给定碱度的情况下,溶解的二氧化碳越多,ph值越低。水族箱内二氧化碳过量会导致ph值降低。
  图1. 当通入含有正常、增多二氧化碳的空气后,碱度和ph值关系。绿色的点表示为自然海水通入正常空气。曲线上其它点位认为提高或降低碱度的结果。 

下面有个简单的方式去理解。二氧化碳在空气中以气体形式存在,而溶解在水中则以碳酸形式存在。 3.  CO2  +  H2O  à  H2CO3 当完全溶解的情况下,碳酸的含量不是由ph值决定的,而是由通入的二氧化碳量决定(有时会受到温度和盐度的影响)。因此,对于水中溶解二氧化碳较多的水族箱,或周围空气中二氧化碳含量高的水族箱,过量的二氧化碳势必导致溶解的碳酸增多,ph值下降。 海水中溶解的碳酸、重碳酸盐、碳酸盐一般是相互平衡的: 4.  H2CO3  ßà H+  +   HCO3-    ßà  2H+  +  CO3-- 等式4中显示,如果溶解的碳酸过多,会分解形成氢离子和碳酸氢根离子,和进一步分解形成氢离子和碳酸根离子。由于氢离子的过度增多,ph值会下降。如果海水中二氧化碳严重过量,ph值可能降低到4-6。用我水族箱内的海水通入一个大气压的二氧化碳,ph值可以降低到5.0,虽然这种情况在水族箱内有各种物质缓冲不可能发生。

同样情况,在水中加入霰石(碳酸钙晶体,与珊瑚骨组成物质相同),ph值会升高到5.8。 图片2-5 显示了一些提高ph值的方法。例如,如果水族箱内碱度为 3 meq/L (8.4 dKH) ,ph值为 7.93,水体中一定有过量二氧化碳溶解,否则,ph值应超过8.3。提高ph值的方法包括: 向海水中通入正常空气,挤出溶解的多余的二氧化碳,会形成如图片3中绿线的情形,ph值会升高到8.3。这种效果也可以通过配置藻缸,利用巨藻吸收多余的二氧化碳控制ph值,尽管这种方法很难将ph值提高的8.3。 提高碱度,虽然溶解性二氧化碳依然过多,但ph值也可以到达图4中绿线的情况,即ph值8.1 碱度 4.5 meq/L (12.6 dKH). 注入石灰水,以沉淀多余的二氧化碳,同时升高碱度可以达到图片5中绿色曲线的效果。Ph值超过 8.4 并且碱度4 meq/L (11.2 dKH).

 

图 2 与图片1中的曲线相似。显示碱度值为3 meq/L (8.4 dKH)时ph值比较。正常气体通入后ph值明显高于过量二氧化碳气体通入的效果。

  • 图3 与图1相似 水中二氧化碳含量起始浓度高,向其中融入空气后的效果。

4 水中起始二氧化碳浓度高,提高碱度后ph值变化。

图片 5 加入石灰水后ph值和碱度都有升高。 为什么ph值会发生昼夜变化? 水族箱内ph值的昼夜变化是生物光合作用造成的。光合作用是生物将二氧化碳转化为碳水化合物和氧气的过程。反应为方程式为: 5.   6CO2  +  6H2O   + light   à  C6H12O6 (carbohydrate) + 6O2 因此,白天会消耗很多二氧化碳。如果消耗量大,会导致二氧化碳不足,ph值升高。 同时,生物还有呼吸作用。碳水化合物会转化为能量、二氧化碳和水,与光合作用的方程式正好相反: 6.   C6H12O6 (carbohydrate) +  6O2 à   6CO2  +  6H2O   + energy 此过程在水族箱内每时每刻都在发生,从而产生二氧化碳降低ph值。 这两种反应的综合结果是白天水族箱的ph值高,夜间降低。一般浮动范围为ph值为0.5。

理论上,在ph值降低时适当通入空气,在ph值升高时适当通入二氧化碳可以有效的稳定ph值。实际维护过程中,不可能实现完美,ph值在日间和夜间都会有所波动。 除了通气外,水中化学物质的缓冲作用也能稳定ph值。高碳酸盐碱度能够有效维持ph值稳定。硼酸和硼酸盐也能防止ph值波动。这两种物质分别有助于保持ph高于8.5或低于7.8。

在之前的文章中 previous article,我已经讲述了各种缓冲剂的效果和ph值日波动的详细情况。 解决ph值问题 下文将为你提供解决ph问题的建议。这些建议也可帮助你将已经在正常范围内的ph值调整到天然海水值。开始之前有些要注意的事项。 确定ph值是否有问题。有些时候错误的测量值使大家归咎于水族箱内水质的问题。尤其是进行ph值测量时,更常见。如果使用电子ph表,失误会减少些。无论什么测量方法都有出错的时候,我想谁也不愿意将原本不错的水质调整到很差,只是因为测试表的误差。因此,在采取任何行动之前,要确认ph值的准确,这里有两篇文章是关于ph值的精确测量问题。 Measuring pH with a Meter A pH calibration or verification fluid using grocery store borax. 努力发现ph值问题的成因。

如果ph低是由于室内空气中二氧化碳含量过高,那么增加爱通气不会有任何效果。改变方法会有奇效。 ph值低问题成因 低ph值是指ph值低于7.8。也就是说,一天内,任何一个时间内ph值低于7.8都属于ph低问题范围内。当然,如果ph值达到7.9,大多数人已经开始着手了,只是没那么紧迫。很多情况可以导致ph低,因此,应对方法也不尽相同。

最后,也有可能多种因素同时存在。 解决问题的第一步是探寻为何会发生问题。有可能是因为: 使用钙反应器。 碱度低。 水族箱周围空气中二氧化碳浓度高,导致非正常通气。不要被误导,所谓水族箱必须被充分的通气,因为水面有汹涌的波纹一样可以完成气体交换。平衡二氧化碳的浓度远比简单的通入氧气更难。如果二氧化碳平衡得很好,日间和夜间甚至不会出现ph值浮动。因为大多数鱼友的水族箱都会出现ph值夜间波动,他们通常被解释为通气不足。 水族箱内溶解性二氧化碳过多。因为室内空气中可能就存在二氧化碳过多的问题。 循环良好,但多余营养物质通过氮循环产生更多的酸,有机物分解产生二氧化碳。 通气测试 上面的问题需要确诊。

第3条和第4条非常接近,这里有个方法来区分。取一大杯缸内海水测量其ph值。使用世外空气通气1小时。Ph值应该上升。然后再取一杯海水,用室内空气打气一小时,如果ph值也上升,说明是水族箱内本身溶解了过量的二氧化碳。如果ph值没有上升,那么室内空气中的二氧化碳含量过多,那么随你怎么通气都不会有效果。 PH值问题解决办法 有些解决办法是相对于某种起因的,因此在下面详细说明。当然也有些万金油的方法。如使用ph值调节添加剂。在使用添加剂后添加三分之二量的石灰石,可以有效提升ph值而不提升碱度,并保持钙的浓度。 单独使用缓冲剂只能稍稍提升ph值,同时导致碱度提升。而大多数缓冲剂包装上并没有标注这一特性。往往结果是ph值没有迅速提升,而碱度增加的很多。 

 其它两种有效方法是设置藻缸,吸收二氧化碳和使用新鲜空气通气。 使用钙反导致的ph值降低应对策略 水族箱内ph值低最常见的问题就是由于使用钙反。这种反应器使用二氧化碳的酸性溶解碳酸钙,其结果是向水族箱内增加了酸性物质。理想状态下,二氧化碳在与碳酸钙反应过后被释放。而事实是,这个过程非常不完美,大多数使用钙反应器的水族箱都会出现ph值低的问题。 下面的解决方法是针对正确设置的钙反,设置不好的钙反降低ph值的效果更明显。如何设置钙反应器已经超出了本文的讨论范围。 应对策略有很多。其中之一是使用两段式钙反。让水流返回水族箱前经过第二个碳酸钙仓。溶解多余的碳酸钙能起到提升ph值的作用,同时提高出水的钙离子浓度和碱度。这种方法对于提高出水的ph值很有效,但对于整个水族箱的海水作用不大,因此不能完全解决ph值低问题。 

第二种方法是在出水进入水族箱前通气。目的是在水回流到水族箱内之前逼出其中多余的二氧化碳。这个方法是理论性的,但实际操作中没有时间和空间完成这个动作。此方法的另一个问题是,如果真的对提高ph值有效,会导致过饱和的碳酸钙沉淀,阻塞该钙反应器,从而降低钙反效率。 最后也是最有效的方法是将钙反后的水进行提升碱度处理,从而提高ph值。可以使用石灰水。这里石灰水并不是用来提供大量的钙离子或碱度,而是用于吸收多余的二氧化碳,从而提升ph值。石灰水用量也不必达到保持钙离子和碱度的用量。石灰石添加时间也可以选择在夜间或清晨,ph值最低的时候。也可以配合ph值控制器使用,在需要,及低于7.8时添加。 由室内二氧化碳浓度高导致的ph值低的对策 室内二氧化碳浓度高通常也会导致ph值降低。人类和宠物的呼吸,使用天燃气,使用钙反都可能导致室内二氧化碳浓度高。室内二氧化碳的含量会很容易达到室外2倍以上,这可能直接导致水族箱ph值低。新手和通风不好的地方会常会遇到。至少我家里还没发生这个问题。 

许多鱼友发现,打开水族箱附近的窗户可以在1-2天内提高ph值。但居住在寒冷地区的朋友们不可能随时通风。有些鱼友把蛋分通气管链接到室外,使用户外空气进行蛋分。给这些朋友一个忠告,室外空气中含有杀虫剂等化学物质很多,最好在进气口设置活性炭吸附。 最后,使用石灰水是一个很好的选择。石灰水可能会非常有效,因为在这种情况下,水族箱几乎不可能有ph值超高的情况。石灰水是常用的水族碱度补充剂,在提升ph值方面有强大功效,其它添加剂也有作用。

例如,以碳酸盐为主要成分的补充剂在这种情况下也很有用,重碳酸盐效果不好。如 the original B-ionic 要比the newer version (Bicarbonate B-ionic)更好。home brews, 碳酸钠或干燥过的碳酸氢钠比普通的碳酸氢钠效果更好。 低碱度导致的ph值低 低碱度同样可以导致ph值低。如碱度补充不足以弥补钙化消耗,就会出现ph值降低问题。解决方法是增加碱度。(图4所示). ph值急速下降应对策略 上述所说均为ph值缓慢下降的情况。有时会发生ph值急速降低的问题,了解一下解决办法也无妨。大多数鱼友不会像我一样,将一大堆干冰投入底缸,看看到底会发生什么。当然是ph值降低。。降低。。再降低。很快会降至5,足以杀死所有海洋生物。当然实验室不能放生物。 这个例子更像是载有二氧化碳的设备在水族箱内发生泄漏。

大多数情况下,我建议大家除了大量通气逼出二氧化碳外不做任何处理。也许还要打开窗子,以确保气体交换所使用的空气中二氧化碳浓度正常。水族箱会在一天内恢复正常。如果尝试添加各种ph提升试剂,当二氧化碳彻底排除时,可能会面临高ph值的风险。 如果是无机酸导致的ph值降低, (如盐酸), 那么碳酸盐碱度会崩溃。我建议先测量碱度,然后使用碳酸盐碱度补充剂,使碱度返回到正常范围 ( 2.5 to 4 meq/L; 7-11 dKH)。最终的结果应该是ph值升高,通过使用添加剂,ph值会很快升高。有些试剂如小苏打会产生二氧化碳,ph值上升会较慢,直到水中多余的二氧化碳被排除。 

如果是醋或其它有机酸导致的ph值降低,应对方法与应对无机酸的方法一致。因为醋酸氧化会产生二氧化碳和氢氧根离子,所以要慎用或不用碱度添加剂。因为其反应过程就会提高碱度。如果添加剂使用过度,最后的结果很可能是双超高。 总结 Ph值是水族化学中大家最熟悉的参数。它对生物的健康有十分重要的影响。大家最好将ph值控制在可接受的范围内。本文提供了一系列应对低ph值的方法,以及诊断自己水族箱ph值低原因的知识。

祝大家玩得愉快。