大咖说海:高中理科知识帮我们玩转海缸“第二节物理课”

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今天的物理课补习班继续上课啦。

第二节，物理学基本定律在海缸中的应用：

一、吸附与脱离

物理吸附：是指吸附剂与吸附质之间是通过分子间力（范德华力）而产生的吸附，在吸附过程中物质不改变原来的性质，因此吸附能小，被吸附的物质很容易再脱离。
分子间力：物质的分子量越大，分子间力越强，被吸附的可能性也越强。

我们鱼缸中能够吸附元素的物质非常多，在物理上来讲，只要表面积足够大的物体都可以很好地吸附其他物质。作为海缸的滤材（石头、沙子、人工滤材等）都是以表面积足够大为荣的，所以所有的滤材都是会吸附海水中的各种物质。但是吸附量都是有限的，同时又容易脱离，所以我们会发现很多类似的现象。

比如我们在FOT海缸中下铜药，随着时间推移其在水中含量会逐渐减少，就是因为铜离子是重金属离子，被滤材吸附了。有吸附就会有释放，所以下过铜药的滤材是不能再拿到珊瑚缸使用，会慢慢释放铜离子，毒杀珊瑚。

借助吸附原理还可以明白为什么很多人铺沙会造成NO3失控。沙子的表面积也是很大的，沙层内很多空隙，同时砂层内水流又很小，所以可以吸附大量的杂质和碎屑以及有机物，这些都是大分子的物质，极容易被吸附。当吸附达到饱和的时候，这些物质就会脱离，不断在水中释放。

所以一般铺有一定厚度沙子的海缸，前半年水质清澈，鱼虾旺盛，杂质和有机物被沙子大量吸附。但是基本半年到一年以后水质开始变差，已经吸附饱和的沙子开始不断释放有机物，系统承受不了处理不过来，营养盐就开始升高，而且居高不下。所以我们建议新手最好不要铺沙，非要铺的话一定薄薄一层，以免吸附过多有机物和杂质。

另外我们使用的过滤棉、过滤袋实际上也有吸附的作用。通过孔隙的调整，滤袋可以拦截水中很多大颗粒的杂质，同时也能吸附住有机物。但是当孔隙被大量杂质堵塞以后，水的穿透性变差，同时吸附达到饱和，就要开始释放。所以我们用滤袋的鱼友最好两天左右就清洗一次滤袋。

我们会发现清洗滤袋的水比蛋分收集杯的水还要脏，而且脏水量非常大。这里面都是我们不喜欢的会破坏水质的东西。

我最近发现某些成品底缸和一些鱼友自己设计的底缸，会在下水那里设置三个甚至更多个滤袋，这样确实可以延长每次滤袋堵塞的时间周期，但是想象一下，以前一个滤袋，2天一洗，和现在三个滤袋一周一洗，那个释放的营养物质更多呢？

二、反渗透作用

反渗透又称为逆渗透：一种以压力差为推力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作，因为它和自然渗透方向相反，故称为反渗透。达到分离、提取、纯化和浓缩的目的。

反渗透作用在海缸中当然就是依靠我们的RO机来制造纯净水了。RO膜是一种分子筛，它的孔隙达到纳米级，只允许水分子（H2O）通过，比水分子大的物质全部被挡在膜外。如此，在水压和增压泵的作用下得到了纯净水。

同时为了不堵塞RO膜，会在前端设置PP棉花和活性炭，吸附和阻隔大量的大分子物质。还会在RO膜表面不断的进行冲洗，防止小分子物质堵塞RO膜，所以才会产生废水。有没有废水产生也是一个非常好的判断你的净水器是不是RO净水器的很简单方法。

这些所谓的废水，实际上也不含有有毒有害的大分子，只不过是将水中的小分子进行浓缩，把原本应该属于RO水中的离子浓缩到了废水中。所以废水实际上并不废，比自来水可是干净多了。

很多RO机在安装的时候会直接将废水管插到下水道里，大量浪费了水源。我的做法是废水管再接一个水龙头，保持常开状态，下面放个大桶接水，这个水既可以饮用也可以作为日常用水。但是要饮用的话最好再接一个活性炭过滤，改善一下水质和口感。

我们的市政自来水中一般都含有一定含量的NO3，这是很正常的无毒物质。用自来水给鱼缸换水，非但不能降低NO3，反倒会增加NO3含量。有的自来水中甚至还有磷酸盐。这就是为什么用自来水换水以后，鱼缸会出现褐藻的原因。

三、表面张力

表面张力：液体表面任意二相邻部分之间垂直于他们的单位长度分界线相互作用的拉力，表面张力的行程同处在液体表面薄层内的分子的特殊受力状态密切相关。
影响水体表面张力的因素有：分子间力，温度（温度越高分子间力越小，张力越小），压力

表面张力在海水中的应用主要是蛋白质分离器，他的工作原理就是利用盐水表面张力大的特点，在水中产生气泡，因为泡沫形态的表面张力比较大，蛋分可以有效地利用气泡的表面张力来吸附柱水中的蛋白质，并通过气泡的堆积将蛋白质挤出。

要提高蛋分的效率，就要增加蛋分中的气泡量、增加气泡和水的接触时间。所以一个大大的蛋分，拥有足够的气液混合区，可以提高蛋分的效率。这就是为什么外置泵蛋分的处理效率强于内置泵蛋分的原因。

当水中的盐度下降，水的表面张力也会下降，温度上升也会降低液体的表面张力。所以当盐度下降，温度上升，都会使得蛋分的效率降低。



今天先补习到这里，下课......

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