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過濾器概論
壹 前言
過濾器在水族箱養殖上是一個非常重要的角色，過濾器等同於水族箱的心、肝、腎，推動水流、分解毒素、濾除汙物、淨化水質等作用。
在一個封閉式的小生態裡它真的非常重要，若是沒有了過濾器，水質會在短時間內敗壞，水族箱中的生態會崩解，造成相當嚴重的損傷，就有如世界末日一般。
在筆者上一編名為Nature Aquarium小論文第七章節中，有提到「水草造景的成敗取決於過濾系統」，這篇【過濾器概論】就要以上次只簡略介紹的過濾器做個深入延伸。
貳 正文
- 1. 過濾原理淺談
水族箱養殖的過濾法簡單分為三大類:物理過濾、生化過濾、化學過濾
就先大略介紹這三種過濾法的原理，再來配合濾材做詳細解說。
一. 物理過濾:利用濾材孔洞的大小將水體與有機碎屑、沙泥、懸浮微粒等大型物質分開，通常做為初步過濾。 濾材有:羊毛、化纖、沙石等，孔洞致密透水性佳的物體
二. 生化過濾:生化過濾是利用硝化細菌、微生物，將有機顆粒、氨態氮、磷酸鹽等水中溶解物分解掉，常和物理過濾共同使用甚至融為一體，為目前水族箱養殖所使用的過濾法的主流之一。 濾材有:生化棉、生物球、砂石、海棉、菜瓜布等 結構穩固，透水性極佳，單位總表面積大的物體。
三. 化學過濾:化學過濾基本上是利用濾材本身的化學性質、吸附性及溶出物質，進行水質處理。 過濾的水體須先經過初步過濾去除大型雜質，以免影響過濾效果及濾材壽命。 濾材有:活性碳、離子交換樹脂(軟水樹脂)等 常用於水質處理及養殖用水的前置作業，調整水質硬度、pH值
- 2. 濾材分析
前文提到物理過濾和生化過濾長被共同使用，所以筆者在這將其兩者作共同說明。
(1) 市售白色過濾棉
一般水族箱養殖常使用的白棉分為兩種。
天然的羊毛纖維以及人造的塑膠化纖，前者較為昂貴為天然羊毛拉纖製成，後者為人造塑膠拉成絲線後重疊製成，兩者都具有去除大型雜質的能力，還兼顧生物濾材的可附著性，也是優良的生物濾材。
兩者清洗方法相同，清洗時只需在水中抖動、搓揉、稍做沖洗，即可將上面的汙垢去除。 因其孔洞會有硝化細菌等微生物附著於其中，所以不要過度清洗，因為要保留菌種以利重新繁殖，定期的清洗可以促進硝化菌繁殖，處於優勢種的地位，也可確保良好的過濾效果。
(2) 海綿與菜瓜布
海綿雖然較少被使用，但它不管是去除大型雜質還是培養硝化細菌，效果確實比市售白棉強大許多，孔洞致密、透水性極佳，就以市售洗碗用海綿來說，一塊海綿裡可以同時存在兩種硝化系統，外層因可接觸較多的含氧水，會以好氣性細菌為主，則內層因水流較緩，氧氣量較少，會以厭氧菌為主，然而這兩種環境都會在水族箱中自然形成。
海綿常使用於大型魚缸的過濾器中，利用海綿來擴大硝化系統，菜瓜布也有相同效果，但主要是以好氧菌為主，因為菜瓜布本身孔洞、厚度、透水性都比海綿來的大、薄、更佳，不易產生厭氧區，且大部分水族養殖都會以好氣系統為主。
筆者認識的水族玩家為例，他是全綿系統的專家，就常將菜瓜布和海綿作為過濾系統的基礎，他還常說「濾材不建議單一使用，要兩種(含以上)多種濾材複合使用，利用其優缺來互相彌補不足，這樣才可以使過濾系統更完善」。
好氧系統與厭氧系統的反應過程:
好氧系統(多氧環境)
有機氮→氨(NH3)→銨(NH4+)→亞硝酸(NO2-)+氧(O2)→硝酸(NO3-)
厭氧系統(缺氧環境)
硝酸(NO3-)→亞硝酸(NO2-)→一氧化氮(NO)→一氧化二氮(N2O)(以氣態逃逸)→N2(以氣態逃逸)←銨(NH4+)+亞硝酸(NO2-)
(3) 生化濾材
在這段正式進入生化濾材的範圍，生化濾材是提供硝化細菌和微生物一個穩固、可附著的基質，附著後會開始在其表面繁殖形成”生物膜”，而濾材上的大小孔洞則可以擾亂水流和提供小型微生物躲藏，以逃避大型微生物的掠食和增加總表面積讓更多的微生物附著。
人造者
(a)球狀:直徑約5~10mm不等，原料主要以陶瓷為主，經過高溫燒製使其結構硬化不易崩解，上佈滿微細孔洞，非常適合硝化細菌附著。
優點:球與球之間孔洞多，水體流動通暢，有利含氧水輸送。
缺點:球體間孔洞較大，小型雜質不易濾除，建議配合前置過濾加強過濾效果。
(b)環狀:長約7~15mm、直徑6~15mm，在市面上依大小分為S、M、L三種尺寸，外觀為中空圓柱，表面佈滿粗糙不規則凹凸，中空的設計有利於水體流通，不易產生厭氧菌，主要用於水草與高級觀賞魚蝦的養殖。
優點:中空設計有助於水體流通，也提供更多的硝化菌附著面積。
缺點:中空的圓柱結構較為脆弱，不耐重壓，不過一般使用是不會遇到這個問題。
(c)格網狀:大小形狀多樣，多為塑膠製品，廣泛使用於大型過濾槽中，孔洞大小規則，水體流通也很順暢，也常在小型淡水觀賞蝦的蝦苗繁殖槽中提供幼蝦躲藏。
優點:價位低、質輕、清洗容易。
缺點:體積大，單位總表面積小，且並不適用於所有的過濾系統。
天然者
大小多為4~20mm不等，材質多樣化，依照形成方式分為三種，以下是詳細說明。
(a)多孔火山岩:為火山活動的產物，世界各地皆有產，質輕密度小，內外孔洞大小不規則，表面極為粗糙，很適合硝化細菌大量繁殖，但質地脆易產生粉塵。
優點:孔洞分佈均勻，材質為火成岩不會改變水質。
缺點:質脆易產生粉塵，即使在水中使用久了也會碎裂，建議定期更換清洗，以免引起懸浮粉塵汙染水質。
(b)天然輕石:產地在日本，同上者為火成岩，但結構較為緊密堅固不易碎，外型因為長時間風化也較為圓滑，且形狀不規則。 用途多樣，還可以利用微生物容易附著等特性做為水草造景的底床基礎。
優點:結構堅固不易碎裂，不改變水質，用途廣泛。
缺點:且台灣不易取得，故售價稍高。
(c)川石:是河床石塊經過長時間風化形成，大小外型多樣，且因各地區地質因素會含有會釋放含鈣、鎂離子之物質，所以使用前須特別注意成分性質。
一般作為生化濾材的大小約4~10mm左右效果為佳，外型圓滑，質地多為砂岩。且極易取得，在台灣各地河川中上游皆有產，也可向濾水器業者購買，但後續處理較為麻煩，處理過程如下:
篩選大小(人力挑選，篩網過濾皆可)→清洗(洗除粉塵砂土及有機物碎屑)→漂白(殺除雜菌、藻類等有害物質)→清洗(將殘留氯和死亡細菌、藻體清除)→鹽酸處理(去除含鈣、鎂之礦物質去除，以免日後影響水質)→清洗(洗去殘留藥劑)→日曬(曬乾殺菌，且吸水乾燥後有些土質石塊會崩解，須予以去除)→再次清洗(洗除土質石塊崩解後的殘渣)→乾燥(作為最後殺菌，日曬、乾炒皆可)→之後即可使用。
優點:取得容易，不易崩解。
缺點:處理較麻煩，除非大量處理，否則較不經濟。
(4) 化學濾材
為具吸附性、離子交換，以改變水質等功能，主要用於水體前置理，比較少直接用在水族箱中。
(a) 活性碳:直徑約0.6~1.5mm不等的不規則顆粒或條狀，水族用活性碳是植物性
活性碳，原料通常以椰殼、木屑、糖粒等碳水化合物，製造過程須使用乾餾法，將原料在900℃高溫加熱乾餾→在經過800℃~900℃之空氣、CO2或蒸氣再加熱，將其活化，去除殘留在內的碳化氫，使炭粒內外產生孔洞→(酸鹼處理後可產生特殊吸附性)。
優良的水族用活性碳須有下列五項要點:
- 1. 自我調節pH值，使水質傾向中性。
- 2. 顆粒大小適當，0.6~5.0mm為佳。
- 3. 單位表面積大、質輕。
- 4. 不具親水性，內部充滿空氣，有時會浮於水面。
- 5. 硬度高，不易破碎，以免粉末汙染水質。
在水族箱上，主要要用來去除水色、脫臭、吸附色素及有毒氣體(如:硫化氫等)。
使用方法很簡單，直接放在過濾器當中或整包放在水裡即可。
但活性碳是有壽命的，每3~6個月須更換一次，且它也會被消化細菌等微生物當作是生長基質，久了表面孔洞會被有機物和微生物覆蓋、堵塞，導致溪復能力減弱甚至消失。
如何判斷活性態還有吸附能力呢?
可以在水中先滴入一些黑水(草酸泥丸溶出有機物)，染上水色，等待過濾器中的活性碳吸附，若過了一段時間水色依然沒有消失，就表示活性碳以沒有吸附能力，須立即更換。
(b) 離子交換樹脂:可將硬水中的金屬離子吸附使水體總硬度降低，有些甚至可以吸收磷酸鹽、和硝酸鹽等有害物質，市售的軟水樹酯多為混床式，大小約0.4~0.6mm，呈球狀顆粒，還可用顏色來區分，淺黃色是弱酸氫形，深橘色是強酸氫形。 通常只使用在前置濾水及水質處理，造景時因為有些素材會溶出使水體總硬度提高的物質，則需要用特殊容器裝載軟水樹脂，進行軟水作業。
軟水樹脂正常使用情形下，壽命約6個月，一旦失去效力就需替換，也可使用氯化鈉(NaCl)、硫酸(H2SO4)、鹽酸(HCl)、苛性鈉(NaOH)等溶劑作為再生還原劑，方法非常簡單，只需用還原劑溶液清洗、浸漬對應的離子交換樹脂即可。
- 3. 過濾器類型
市面上過濾器類型琳瑯滿目，依照動力來源主要分為兩類，氣舉式與動力式。
氣舉是用空氣壓縮機(打氣機)，將空氣壓縮後透過風管打入水中的過濾器，利用氣泡從過濾器裡浮出帶動水體向上使水體循環。
動力式則利用電磁馬達推動水體，水流量較為穩定。
氣舉式
(1) 底部式:構造簡單，以底沙作為濾材，相對的過濾效果取決於底沙的量與材質。
由於是氣舉動力，運作時會產生大量曝氣，導致水中CO2大量逸散至空氣中，從底床中在度回到魚缸的水體會把底床中機肥的養分憶起帶入水中，這會使水中營養鹽過剩造成藻類大量孳生，且清洗時須將水抽乾，把底沙挖出來清洗，對水草會造成極大的傷害，因此底部是過濾器極不適合做水草種植。
但因其曝氣量大，高氧環境可使消化系統穩定，且蝦類對氧氣的需求量也很高，而受到高級觀賞蝦(水晶蝦等)玩家愛用。
切記避免使用粒徑過小的底沙，以面造成堵塞。
(2) 水妖精:全名氣動式海綿過濾器，游生物棉擔任主要濾材，型態分為缸壁式與沉底式兩種。
缸壁式利用吸盤黏貼在魚缸內側，不會接觸底床，沉底式則利用本身重量沉底，不適合用於有底沙之水族箱，有些沉底式水妖精的主體是以陶瓦製成，也提供大量的生物附著面積。
由於是靠氣體上浮力量帶動水流，就算魚卵、幼魚、仔蝦被吸入也不會有死亡或受傷的問題，廣泛利用魚水族業者、高級觀賞蝦及觀賞魚類的繁養殖上，也可外接在其他的動力是過濾器之入水口，作為前置過濾篩選大型汙染物、防止魚蝦吸入，使用方法可說是不受限制。
(3) 外掛式:是初學者最容易接觸到的過濾器材之一，體積小、安裝方便，非常適合小型魚缸，但培菌空間小，建議選擇培菌效力強的濾材。
由一顆水路馬達作為動力，構造為一管、一室、一馬達，結構非常的簡單，可依照需求進行改裝，例如:CO2添加系統、冷水晶片、加熱器、增氧機等。
市售的外掛式過濾器出水量多為可調式，可以照需求改變水流量，出水方向廣，也適合水草種植，但水體從過濾器回到水缸時會產生些微曝氣，若要保持CO2濃度可加大添加速度或進行改裝，將止逆閥直接安裝於進水管上，利用馬達運轉打碎CO2氣泡，提高溶解量。
(4) 沉水式:可整顆放在水體中，利用馬達推動水體，過濾空間小，效果有限，比較適合在中大型魚缸裡促進水流擾動，品質較好的以水陸馬達作為動力，可用於兩棲缸。
濾材因空間限制以棉類或活性碳為主，其實沉水過濾器用途很多，除了過濾外，還可以倒立設置作為水面的除油墨器，或者是作為換水時的抽水機，加快換水速度，功能非常的多，像筆者也有兩組沉水式過濾器作為換水時的幫手及緊急過濾用途。
(5) 上部式:是目前最多人使用，濾材搭配最多樣的過濾器之一，多採用可堆疊式設計，可以一層接著一層的堆疊加高，擴充過濾空間。
濾材選擇非常的多樣，除了軟水樹脂，所有性質了濾材皆可使用於此，其滴流式的設計大幅提高了過濾水體的溶氧量，促進消化系統成長，也讓水質更穩定，極為適合光賞魚蝦的養殖，但就因為滴流曝氣這點，造成它不適合用在水草種植，因為水體中的CO2會因曝氣逸散至空氣中，CO2又是水草最重要的氣體之一，CO2不足會導致光合作用減弱，讓植物生長減緩甚至停滯，且上部式過濾出水時，水體會直接從魚缸上方衝下，衝擊底床，除非魚缸中沒有鋪設底床，否則你絕對不會想要水流將底床沖的亂七八糟。
防治方法很間單，用板子或導流管安裝在出水口的下方，讓水流向上或向周圍流竄，這樣底床就不會被過大的水流衝擊了。
導流管可利用寶特瓶製作，將保特瓶的頭尾剪下，中間捨棄不用，將頭尾用熱熔膠黏合，再用剪刀或刀片在黏合的瓶身一側開洞，讓水體從此流出，之後安裝至上部式過濾器的出水口即可。
(6) 圓筒式:是所有過濾行式中唯一採封閉式設計、性能最強大、不易產生曝氣，也是各國廠商一直積極研發精進的過濾系統，濾材選用比上部式更多樣，從濾棉至化學濾材皆適用，因採封閉式，空氣無法滲入，也不易產生曝氣，被眾多學者認為是最接近自然的過濾方式。
水質穩定、過濾效果好及出水量穩定等優勢，被許多水草造景及高級觀賞蝦的玩家愛用，當培菌空間不足時，還可以串連的方式擴充過濾空間，但要注意，每款統是過濾的馬達揚程不同，不能無限上綱，否則馬達力量不足，導致水流緩慢甚至無法推動，會造成厭氧的發生。
而厭氧在高級觀賞蝦的養殖是不允許的，當揚程不足時，可在串連的路徑上加裝水陸馬達作為補強，防止水體流動過慢，導致厭氧發生。
(7) 底缸式:又稱溢流式過濾，多用於海水缸或大型水族箱，設置在主缸下方，過濾缸大小約主缸的1/4至相等，設置上需要相當大的空間。
過濾流程，汙水以滴流方式由主缸流至下方的過濾缸中，過程中會大量曝氣，使水中溶氧大增，水體在過濾缸中流竄，經過每層過濾，最後流到儲水空間，再由強力馬達抽回主缸中。
此過濾系統濾材容量相當大，適合各種濾材，其分層式的設計也可設置各種輔助機器(如:蛋白質泡沫處理機、增氧機等)，強化過濾效果，裝設製作複雜須考量空間與主缸大小、玻璃厚度、水體導流、水量平衡等，需要一定的基礎知識與經驗。
- 4. 過濾器在水草缸的實際應用與問題
在第二章結，以詳細介紹了各種濾材與過濾器的應用方法與特性，選擇適合的過濾器對水草造景來說非常重要。
用於水草造景時過濾器應挑選:
(1) 不易產生曝氣
(2) 水流量穩定，不宜過強
(3) 避免占據缸內空間
(4) 容量大，以提供足夠的培菌面積
上部式與氣舉式(水妖精)，因為會產生大量曝氣，列為不建議使用，但還是可以應用在陰性草的種植，陰性草耐低CO2與弱光，就算使用此兩種過濾器依然可以良好生長，但陽性草需要大量的CO2與光亮，曝氣使水中CO2大量減少，會導致陽性草光合作用遲緩，不利生長。
以筆者家中的三座魚缸來說，60H(60Wx45Dx45H/cm)懶人缸，採用三層上部式過濾器，裡面飼養咖啡鼠魚x4、斯卡神仙x1及數隻霓虹燕子，少量的光、配合上部式過濾的大量曝氣與強大的硝化系統，使水質穩定，且很少換水，肥料也只添加鉀、鐵這兩個無法在水槽中自然形成的元素，氮與磷這兩種巨量元素也只靠魚類及飼料提供。
水草選擇都偏耐陰性草種，像是細葉鐵皇冠、黑木蕨、水蘭、娜娜小榕、迷你小榕、三角幕斯、爪哇幕斯。 沒有使用燈具與CO2添加設備，己使在白天因為水槽設置在背光面，光量只有其他水槽的一半，低光量下許多藻類也生長不起來，只有少量的褐藻與藍綠藻，因有大量曝氣溫度也較其他水槽低1~2度(約25~28℃)，水質相當的穩定。
60P(60Wx30Dx36H/cm)，雖然目前以水草保種及養蝦為主，過濾器一樣不可馬虎，採用德製伊罕EHEMI 2213圓筒過濾器(容量3L、水流量440L/H)，濾材為中性陶瓷環S號(3L)，出水口也特別設計成斜漏斗狀，使水流較為和緩，更適合水草生長，且圓筒式密封式過濾，過濾過程中不會接觸空氣，水中CO2容易逸散至空氣中，相對的夜間水草會停止光合作用行呼吸作用，為了避免夜間缺氧，可以將出水口的上緣提出水面，形成落差造成曝氣。
30C(30Wx30Dx30H/cm)，是以水草造景為主，迷你圓筒(容量約1.5L、出水量360L/H)，濾材選用川石與生物棉，在小容量中川石的單位附著面積比陶瓷環還要大。 此外，水流量須配合水族箱尺寸，出水口是玻璃製的百合花形出水口(斜漏斗狀)，且水族箱為正方形，進出水口的位置須成對角或相鄰，使水流能夠在水族箱中順暢循環。
過濾器需要定期清洗，依照濾材、水質狀況、水中生物、濾材性質，來做為是否清洗過濾器的基準，若是沒這方面的經驗，建議每3~6個月清洗一次，以保持水流通暢、細菌群落厚度和濾材效能，培菌濾材的更換則建議每年更換一次，更換時要保留至少1/5的舊濾材，讓原有的菌在新的濾材上繁殖。
過濾器的管線也須利用清洗過濾器時做清潔，先用漂白水浸泡，在使用水管刷將內壁的污垢刷除，當然各廠牌的過濾器設計不同，有些特殊的清洗方式就不再此說明。
結語
全文徹底的將各種過濾器的功能、使用方法及特性，呈現於各位讀者的眼前，希望能幫助各位解決挑選過濾器這項難關，成功的成為一位玩家。
然而過濾器的使用方法不能侷限於書面介紹，各位可以發揮巧思，改造、製作屬於你自己的器材，別讓制式的規定束縛你的創意。
你們要記住，你要相信的不是我所相信的你，也不是你所相信的我，你要相信的是相信自己的自己! Aqua is your life do nature aqua now!
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