本文的实验及数据由Dana Riddle 提供。文章最后会有一个思考题,以帮助海友真正的理解问题的本质,并拓展我们的思路。

一、实验设计

80L的水族箱中使用RO水配置人造海水。首先对活性磷酸盐、铁、铜、锌和酸碱度进行基线测量。对于每个实验,使用填充有60g(干重)GFO(颗粒状氧化铁)的流式过滤器(类似于淡水水族中的滤筒),流量约700毫升/分钟。GFO在使用前用RO水进行冲洗。针对不同的元素成分,使用化学中常见的测定方法(不赘述)。

二、实验结果

1、碱度(KH)

KH会下降,这是铁基吸附剂最重要的负面作用之一。但必须澄清的是,KH的降低并不意味着碳酸氢根的消耗。事实上,KH衡量液体抵抗低(酸性)酸碱度变化的能力。碱度可以由碳酸盐、碳酸氢盐和/或氢氧化物以及硼酸盐、硅酸盐、磷酸盐和其他碱性物质构成。由于铁基吸附剂(氢氧化铁)非常显著的吸附了磷酸盐、硅酸盐,故而使得KH下降。

2、铜

海水中的铜分为两种类型:无机形态、有机形态。有机形态的铜,以螯合形态存在螯合作用,即将金属离子与有机物质(如自然存在的水生腐殖物质)结合。这种形态的金属可能是“生物可用的”。

可以看到,GFO对无机形式存在的铜有比较明显的吸附作用。但是对有机形式的铜很少吸收

3、铁

铁元素是GFO的主要成分,并且在流化反应器中受到微弱的研磨作用,所以可以预期水中的铁含量会增加,事实上的确如此。进一步的分析发现,铁主要以悬浮微粒的形式存在,而不是溶解的,但这不代表对生物没有危害。也意味着,可以通过物理的方法去除。

4、硅

硅是硅藻’骨骼’的主要构成元素。氢氧化铁可以与硅酸盐结合,清除水体中的硅元素。GFO使得二氧化硅的浓度迅速有效地降低。

5、PH

使用GFO,会显著的降低PH,这是铁基吸附剂最重要的负面作用之二。可以理解,因GFO中和水体中的部分碱性物质,导致PH降低。

解密系列- 磷酸盐吸附剂(3)铁基产品对海水中指标参数的影响

6、磷

无机磷可以被有效的清除掉,但是总磷仍然清除不明显

7、ORP 氧化还原

氧化还原 ORP 呈现上升趋势

8、其它元素

其它的钴 锰 锌等微量元素都呈现下降

三、实验结论

1、再次提示铁基磷酸盐吸附剂的机理

实际上,铁基磷酸盐吸附剂的原理有两个:

(1)羟基(OH-)与大部分金属离子结合(除了钠、钾等性质十分活泼的碱金属)大部分都是不(难、微)溶于水/的沉淀物。这意味着,OH-会消耗掉水体中较多的金属离子(包括微量元素)

(2)铁基吸附剂(Fe(OH)3)本身碱性不强,且不溶于或者微溶于水,对水体的冲击不大,即使是几十毫升GFO放入水中,也不至于因为本身的碱性引起水的波动。

(3)部分金属的磷酸盐难溶于水,生成沉淀但是这与浓度有关,即其ksp(Ksp沉淀平衡常数 solubility product constant简称溶度积.难溶电解质在水中会建立一种特殊的动态平衡)。也就是说,水体中虽然存在磷酸根和金属离子,但是在一定浓度之下,可以认为不进行沉淀反应

2、GFO是一种便宜、有效的磷酸盐吸附剂,总体上利大于弊。但是需要重视以下几个问题

(1)用量不宜过大

即使是难溶物质,也会存在溶解。如果用量过大,必然会有铁离子溶解入水体。造成Fe元素过量。

(2)注意测试水体的KH/PH等指标

当然,控制用量也会有助于缓解对于KH PH的冲击

(3)建议配合使用干湿分离或者滤袋

我们看到,很多沉淀物是悬浮水体之中的, 如果没有物理过滤,依然会长期存在于缸内,最终为生物捕食或者吸收。而这些 金属离子的氢氧化物沉淀物是溶解于酸性环境的,比如胃酸。

(4)要注意换水

因为微量元素可能与磷一样同样被消耗。

思考题(切忌实验,仅作为理论学习与思考):

除了铁基吸附剂,你还能想到什么可以吸附磷酸根?在这个过程中需要注意哪些因素?NaOH(烧碱)可以吸附磷酸盐吗?

下一篇,我们讲解氯化镧的问题,以及有没有比氯化镧更好的替代物

答案:NaOH不可以吸附磷酸盐。一是问题在于它是强碱,而且易溶于水,不然怎么叫烧碱、火碱呢?显然不适合珊瑚缸里的磷酸盐吸附。二是,生成的磷酸钠溶于水。(钠,钾盐大多数溶于水)

那么再想想其他的氢氧化物,Ca(OH)2可以吗?Ca(OH)2当然可以吸附磷酸盐,因为磷酸钙难溶于水,最早时也用于海缸磷酸盐吸附。某些以高级珊瑚粮形态出现的黄白色液体产品,其中也含有一定的Ca(OH)2成分。

但是由于其溶解度比Fe(OH)3高,碱性也强,所以直接运用Ca(OH)2则需要特别注意用量。警告,切忌自行尝试实验。