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Aquapets水族寵物生態雜誌雙月刊ˊ65期 水質穩定劑的成分探討與技術發展

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發表於 2019-2-18 18:32 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
水質穩定劑的成分探討與技術發展
Aquapets水族寵物生態雜誌雙月刊ˊ65期
文章版權屬於 展新文化 Aquapets水族寵物生態雜誌雙月刊
授權酷蝦網論壇分享推廣用,請勿任意轉載。



許多水族愛好者在購置各種水質添加劑或是魚病藥時,
常常被說明上所寫的各種功效所吸引,而偏偏每家產品寫的功能都非常的神奇有效。
其實只是以一個純粹養魚玩草的愛好者而言,很難單純用藥水的外觀、顏色或氣味來判定商品的品質好壞。
因此,有經驗的消費者除了根據自己的使用心得,和既有的品牌口碑來選擇產品之外,
購買價格的高低或店家的利潤多少,就成了最後消費者到底帶什麼產品回家的最後依據,
至於帶回去的產品本身,消費者自己也不知道有沒有實際功效!

其實市場上的水質添加劑,依技術層次的高低、使用配方的品質、長期實驗研發及廣告行銷成
本等決定了產品的最終售價。有人問說:「水質添加劑還不是用水混些料、染點色,加進去不
死魚就好,有沒有效也沒人知道,還需要什麼研發成本呢?」這正是水質添加劑在市場上的迷
思,卻也是許多產品的「商機」所在─反正水族館看不出來,消費者也不懂!
因為投資效益的考量,我們很難要求每個生產廠商不斷大量投入人力、物力研發製造最有效配
方的產品。

但是,產品是否達到極有效的境界姑且不論,至少實際效果也應具備包裝說明上的
功能。再來是對那些只想養魚,
單純花錢購貿產品的消費者來說,要求他們購買添加劑前必須擁有專業水族或水質化學技術,
判斷品質的良窳似乎也不太合理。

所以接下來的內容,我們不妨藉著這個話題,來談談市面上最常見的水質穩定劑的開發基礎和發展技術方向,
讓更多消費者增加所謂水質穩定劑成分和技術方面的瞭解,
唯有廣大具有判斷力的消費者,才能鞭策出真正的精良產品!


 樓主| 發表於 2019-2-18 20:28 | 顯示全部樓層
一、水質穩定劑的成分功能與討論

以市面上最常看到的水質添加劑產品為例,也就是所謂的水質穩定劑,或者又稱為水質安定劑、新缸安定劑、除氯劑等。

雖然是加到魚缸裡不死魚就好,但是姑且先不論功效,據實際使用反應,仍有部分產品會對魚隻產生毒害!
我們必須根據它們的化學反應,推斷在魚缸裡產生的變化,才能了解一些來龍去脈。

這一類產品最基礎的功能,就是去除自來水中的氯Cl2,也就是氯分子。但不是所有含氯的東西都有毒,
例如:氯化鈉NaCl就是食鹽的主要成分,含大量氯離子。每天吃的話,只要不要吃到身體無法忍受,也是沒什麼毒害的。
不過氯分子就不同了,尤其對水族缸的生物及過濾系統中的過濾細菌和微生物,氯分子稍微過量就足以致命!

一旦過濾生物被氯殺死後,魚缸水質馬上出現重大變化,如右的水草缸在大量更換80%的自來水後,
由於過系统長達2到3個月未曾清理,受不了這樣的衝擊,水中的微生物大量受傷、死亡,
失去淨化水質的能力,水質馬上轉為白濁惡化。

這時候以大家容易操作的簡易滴定测試劑,测試自來水中的氯含量,得出濃度的在0.6-0.8毫克/公升(ppm),
完全符合台灣環保署的飲用水標準(0.2-1.0毫克/公升,平均值為0.6毫克/公升)。
但是這樣符合安全飲用水標準的水質,對魚缸裡的生物而言,卻是相當危險的致死濃度!

附帶一提,實驗中筆者建議使用安全的DPD系测試劑(N,Ndiethyl-p-phenylenediamine N, N─二甲基─對─苯二胺),
它的呈色是粉紅色,不過檢測時因為手邊一時沒有這種試劑,所以直接用實驗室既有的o- TOLIDINE(鄰─聯甲苯胺)的滴定試劑,
呈色為黄色。讀者使用o- TOLIDINE系的氯測試劑時,請注意小心使用,不要接觸試劑,
因為它是可能致癌物,不宜接觸。環檢所已更換之前o- TOLIDINE檢驗方法,
勞工安全衛生研究所的物質安全資料表也將其明列為毒物。

在許多城市中主要仍然使用氯(氯在水裡的反應是Cl2+H2O→HOCl(次氨酸)+HCl→2H++OCl-+Cl-由氯產生的次氧酸才是殺菌的主角)
或直接使用氯化合物(如:次氯酸鈉 Naocl)做為殺菌的物質,以保持自來水的低菌量安全性。
但是由於氯的活性強、穩定性不高,加上容易與其他有機物形成三氯甲烷(CHC1x)這種致癌物形成三氯甲烷(CHCl3)這種致癌物,
三氯甲烷以環保署的標準是必須低於0.1mg/L的濃度。
所以在很多城市,像是美國的舊金山及其他地方,皆改使用氯胺類化合物來做為消毒劑。
其中又以單氯胺( NH2CL monochloramine)為主,這裡通稱為氨胺。

看到這個字眼大家就有親切感了吧!是許多藥水包装上的常見成分。
(因為網路上及很多藥水製造商一直用錯,所以筆者必須再強調一次是氨胺的「胺」,不是氨氨或氯銨!
穩定劑的製造廠家們,仔細看看您的外包裝,請不要在包裝上再寫錯了!)
它的化學穩定度較高,可以長時間存在於配送的水管中,以達成水質長效消毒的目的。
氯胺殺菌力雖不如氯,不過它不像氯氣容易生成致癌物,因此廣受世界各城市自來水廠的採用,

成為氯以外的消毒劑選擇,另外也有添加使用二氧化氯,紫外線及臭氧的方式來消毒。

總而言之,對人類而言,這些經化學物質殺菌後的自來水,含菌量在安全數值内,保障了人類的生活用水的品質,
但是對水族箱的魚隻等生命來說,卻是致命性的毒物。
因為它們會引起血紅素(hemoglobin)的變性,導致血液失去攜氧能力而死亡。
所以魚用的新水在加入魚缸前,常常會使用所謂的水質穩定劑進行處理。

最基礎的水質穩定劑,是去除水中過多的餘氯或氯胺,以消除對魚類的毒性。
一般常見的配方是使用硫代硫酸鈉(Sodiumthiosulfate: Na2S2O3),俗稱「海波」是一、二十年前水族館中的必備良藥,
装成小包装出售,效果明顯而快速。因為外觀呈現透明晶體狀,有點像安非他命,
還有水族館曾經因此被舉報而具狀搜索過,雖然事後證明是鳥龍一場,卻也著實造成當時營業上不小的困擾。
因為硫代硫酸鈉可以將有毒的氯分子(C12)在化學反應中轉換成氯化鈉(鹽),2Na2S2O3+Cl2→Na2SAO6+2NaCl,

藉著這樣的方式解除對魚隻的瞬間毒性。對穩定的氯胺消毒劑而言,
硫代硫酸鈉也可以打斷氯胺之間的化學鍵,Na2S2O3+4NHCl2+5H2O→ Na2SO4+ 4HCI+ 4NH3+2H+,
使氯胺對魚隻的毒性立刻被破壞掉,形成暫時安定的水質。


 樓主| 發表於 2019-2-18 20:37 | 顯示全部樓層
市面上的除氯、除氯胺水質安定劑,許多都是使用硫代硫酸鈉製成的單方溶液,或是配方中有運用這個成份。
此時必需注意硫代硫酸鈉水溶液並非穩定溶液,它屬於較強的還原劑,
使用後水中的氧化還原電位值(ORP:Oxidation Reduction Potential;可利用氧化還原電位計測試)會下降。
直接將測試電極插入產品溶液中,一般會出現低於零的負數值
(各位店家不妨拿出放在貨架上很久的儀器测試一下)。

而接觸氧氣、光線都會分解而另外隨著製成時間愈久,功效也會隨之愈差,因此,
具有較強化學背景的水族研發公司,會在製成溶液前加上一些自行研發的保存配方,
或以其他成份將硫代硫酸根離子(S2O32-)鍵結轉換成較安定的化合物,除了藉以長久保存其功效,
也可以衍生其他的水質處理功能。

也就是說,除氯與除氯胺的產品,不應該只是單純的硫代硫酸鈉或其他硫(S)基系溶液而已,
必須兼顧產品在製造出廠、送達店家、貨架展售(可能是長期間的展售)、最後消費者購貿使用後,
仍然維持當初之有效製造標準,方能稱之為成熟穩定的產品。

天然的DHY除氯、除氯胺劑

氯在水中是一種氧化劑,在化學理論上來說,只要找到相對應的還原劑,就應該可以把它中和掉。
說起還原劑這個名詞,對大部分養魚人士而言,可能有點太「化學」了,
但是在養生風盛行的今天,如果提起「抗氧化劑」,
許多人就如數家珍可以說出一堆如:葡葡籽、銀杏、青花椰菜等等的含天然抗氧化劑蔬果。

這些吃到肚子裡抗氧化了沒有?實驗上說有效,那天然的植物成分,可不可以除去水中的氯呢?
經過實驗後的答案是:「可以!」其實身邊的天然成分都有極好的效果,例如:檸檬汁;

如果您用簡易氯檢测劑测出一杯自來水中含氯,那麼這杯水會變成黃色或黄綠色溶液,
這時不要將這杯水倒掉,將檸檬切塊,擠出果汁加在這杯含氯水中,
神奇的事發生了!黃色溶液又變成澄清透明,這表示氯被還原(抗氧化)掉了。

為了預防檸檬汁直接對氯測試劑作用,使测試劑無法顯色而形成不變色下的誤判,
也可以先加檸檬汁於自來水中,再滴入測試劑。同樣也可以發現加檸檬汁後的自来水是测不出氯的。
其他如:濃茶,正確來說,筆者的實驗是運用泡茶後殘留在茶渣底下的濃茶汁,加個幾滴在250c.c.自來水裡,
神奇的魔術也一樣會發生。聽人家說:「天然ㄟ尚好。」,在魚缸水裡加上檸檬汁或茶汁,對水族生物影響其實很少,
但卻是天然環保除氯劑。只是添加的量可能隨各地的氯含量不同也有很大差翼,
這也可以利用氯測試劑來決定,您所添加的天然除氯劑到底夠不夠。

提供一個參考數據耠大家参考,
根據舊金山公共事業委員會(SFPUC San Francisco PublIc Utilities Commission)的官方資料,
在一整個浴缸(可能得先間問美國人的浴缸有多大?)的自來水中加入1000毫克(mg)的雜生素C
可以有效的去除自来水裡的氯和氨胺,有興趣的話,大家可以試試看用來增加泡澡的

 樓主| 發表於 2019-2-18 20:45 | 顯示全部樓層
二、除胺水質處理的副作用

水裡具有威脅性的氨與氯胺,基本上不管以藥物或是天然植物來處理,都可以獲得滿意的結果。
若真是如此圓滿,那可是皆大歡喜!

可惜隨著水質處理藥劑硫代硫酸鈉的有效發揮,有些威脅性的衍生物質,也隨之產生在您的魚缸中,也就是所謂的副作用成分。
這種抓龜走鱉的情形,在化學反應中是司空見惯的,不要聽到「化學的」就排斥它,
基本上不管「天然的」或「化學的」,其實都是化學分子所組成,只是我們需要判斷,衍生物質會不會傷害到我們的飼養生物。

前面提到被打斷的氯胺之間的化學鍵,氯胺已不存在,當然沒有毒性危害,因為它已分解成其他化合物。
但是在本化學反應中Na2S2O3+4NHCL2+5H2O→Na2SO4+4HCl+4NH3+2H+

告新我們:雖然氯胺不在了,卻產生副產物也就是大家一點都不陌生,甚至是望之卻步的氨(NH3)!
或稱之為阿摩尼亞( ammonia),尤其自來水中氯胺濃度愈高,就需使用更多的硫代硫酸鈉去解

大家都知道水裡的氨對水中畜養的生物是有毒性的!運氣不錯的話,魚缸水質偏酸性,也就是水質的pH值較低;
例如:您養的是紅蓮燈、七彩神仙及魟魚等偏好酸性水質鱼種,而您又把水調節為中至酸性,
這時候氨分子(NH3)會換成銨離子(NH4)的化學型態存在水中。

基本上因為有銨雕子毒性很弱,因此不會對魚隻造成明顯傷害。
但是您的飼養的若是偏好鹼性水質(pH值較高)的魚種;例如:海水魚、非洲慈鲷(如:阿里、藍劍鯊、六間等)
或是您使用的水源pH值偏高(>7.8以上),使用珊瑚底砂的環境養魚,
那麼毒性氨就非常容易保持它的續存優勢,並對魚隻存在重大威脅。

這也就是常常聽人家說,海水魚比較難養,比較會死,
就是因為一樣數量的魚隻排泄物或食量,在海水(或鹼性水質環境)裡因為pH值較高,
轉換成為高毒性氨分子的濃度較高,危險致死程度也高!
而在中至酸性的淡水環境裡,因為轉換成低毒性的銨離子(NH4+)存在,所以危險程度也低很多。
以硫代硫酸鈉為基礎的配方水溶液,即使是成熟穩定的產品與氯的最終反應,也不能減少水中氨的含量。

在加入魚缸或魚池時必須注意這些相關聯的化學變化,以及魚缸水質酸鹼度等問題,
以免造成「我不殺伯仁伯仁因我面死」的遺憾!尤其是氯胺含量高的自來水更需注意,
所以水族館的老闆們,您下次再聽到:「新水加了水質穩定劑後,魚就始死了」,
先不要懷疑是不是又是「奥客」來找碴,應該仔細想想發生了什麽固题?

常然也有可能是其他原因引起,上述氯胺可能只是造成死亡的原因之一。
反而單純以氯為殺菌劑的自來水,因為沒有氨胺,只要水源中不含過多氨氮化合物,應該不用考慮產生氨毒性的問題。
 樓主| 發表於 2019-2-18 20:50 | 顯示全部樓層
三、多功能水質處理劑的進階發展


除氨、除氮胺,也除氨與亞硝酸的產品
針對新缸、新水,過濾硝化系統還沒成熟,容易產生高氨量的新缸;
或是除氯胺反而產生氨的這個問題,有些公司在他們的產品配方上做了「防火牆」的配套方案。
也就是改良原有產品,販售可以在除氯、氨胺之外,同時去除氨(或銨)的全套配方。


部分產品同時兼具去除亞硝酸的功能,以確保達到完全解決自來水消毒藥劑所衍生出氨的問題。
最重要的是,在新缸、新水或平常加入魚缸中,也可以單純的去除水中的氨。
中和氨氮的速度經過筆者測試,部分有效的進口及國產品,都可以在幾分鐘之內完成總氨氮量下降的功效。
下降的氨或亞硝酸在一段時間(從幾小時到幾十小時)後都會回升一些,
筆者認為應該是化學反應後的緩衝平衡關倸。

若再添加則繼續下降,且下降速度更快更持久,基本上呈現階梯式下降,
即使水質仍有些混濁,仍有效「壓制」了氨的含量。
當然有些產品只有說明上標榜除氨功能,但實際上卻效果不彰,是標準的「說明書藥效」,
其實建議水族玩家只要用氨含量測試劑稍微测試一下,產品相有沒有效就無所遁形了!

一般細菌類的生物性氨氮毒性去除處理方法,往往需要較長的幾小時到幾天時間。
較快的物理性氨氮毒性去除處理方法,是使用吸氨類濾材,
這也需要幾十分鐘以上的時間讓水體充分通過濾材。因為技術的進步,化學方式的快速反應,
也是未來針對迫切時間内除氨氮急毒性的方法之一,
可用於水質消毒劑的較完善處理、緊急急救氨中毒及協助觀赏魚運送時,
度過短期無過濾狀態的危險期等方面。

多功能性的水質穩定劑

有些產品附加功能多,除了上述配套配方外,
再融合去除重金屬或者神經鎮定與傷口修復的維他命、
含有魚體保護膜或促進魚隻產生黏液層成份等,綜合各項功能配方在市場上販售。

舉例來說,以去除重金屬能力方面,可能各位認為這並不重要,
但自來水中的重金屬是不是真的威脅到魚隻生命,不妨看看以下比較。
根據環保署飲用水水源水質標準第六條規定,銅離子含量必須低於1.0毫克/公升(ppm)。

筆者取樣自來水以分光光度計實测台北市大安區的水樣,
得出總銅離子濃度為1.62ppm,游離銅離子濃度為0.26ppm。
筆者必須先聲明,當時取樣時的自來水的室内管路為全新設後3個月,
使用管材為美亞鋼鐵304不銹鋼管及轉接頭,所以是否因此遣高出環保署之標準,應列入考慮。

實際上銅離子资料顯示(水產養殖之藥物防治:國立豪灣海洋大學水產養殖學系李國誥教授),
在國内一般長期藥浴使用劑量為0.5-0.7ppm,筆者以某德國品牌卵圓蟲治療劑(海水魚病、白點病治療劑常含有銅的成份),依指示後加入軟水中(德制總硬度dGh=1.0 dKh=0),以防止高硬度抑制藥效,
再以分光光度計實測游離銅離子濃度约在0.75ppm,
算接近於國内資料使用濃度。其他品牌則曾輕測岀超過1.Oppm的高治療濃度。

水草專家 Diana Walstad所著的《 ECOLOGY of the PLANTED或AQUARIUM》中提及,
魚隻最大銅離子忍受極限是0.02ppm。而部分英國魚隻論壇也談到使用自來水幫魚缸换水,
導致飛狐食藻魚死亡或跳出缸外的「自殺事件」,經網友實測缸中銅離子濃度為0.3ppm,
而自來水則高達0.5ppm,但是英國當地的自來水公司告訴他,
銅離子含量3.0ppm以下都符合人類飲用自來水的標準!
看到這則2008年5月helenfaulkner發表在《practical fishkeeping forum》的文章,
不禁讓我感謝國內環保署為我們訂的水質第六條中斜子把關標準!

綜合以上論點,自來水水中銅離子是非常可能造成魚類的緊迫威脅與死亡的,
因為筆者也是這樣實驗自己的紅蓮燈與紅鼻剪刀,與helenfaulkner所描述的死亡狀況非常一致。
而魚病治療後水中的銅離子濃度,當然更是重大威脅,只是魚可能因為大病纏身,所以也就跳不出魚缸了!

去除水中銅離子最直接的方法就是使用吸附性濾材,例如:活性碳等。
但是既然藥劑上宣稱有除重金屬的功能,銅離子也是重金屬之一,當然要實测一下。
經筆者實驗後發現,還是有許多品牌的功效仍是「說明書藥效」,
銅離子並無明顯下降!因此還是建議慎選具備真正有效的處理劑,
有「口碑」或是店家介貂的品牌,不一定有效。

不需要用到過於貴重的儀器,以市面上的測劑進行檢測就綽綽有餘,
真正有效的水質穩定劑,不管是自來水或是含銅治療劑,應該都會讓讓銅離子非常快速降下來,
時間約在幾分鐘甚至幾十秒之内!

也可以請店家幫你測一下,或許店家賣了幾十年的水質穩定劑,到底有沒有效,老闆自己也不知道!
所以可以請消費者與店家一起來試試看,再決定您該選擇那個牌子。

品質穩定的水質穩定劑
當然很多標榜加了一堆功能的穩定劑,卻無法成為架上安定保存的商品,
常常出現新品時正常(有些新品已經不正常了),
但短期後即岀現大量懸浮或沉澱、顏色或味道變質、腐敗臭味等問題,
這些都屬於劣質或變質產品。
因為很多藥性不只單單是加在一起就可以了,之後所發生的藥性化學反應與保存技術,
更是需要精確實驗與化學知識來解決,所以添加劑的是否能長期穩定保存,
也可作為消费者判斷的標準之一。

除此之外,近來也有標榜生態環保的非化學性水質處理劑出现,
可催化過濾活菌、微生物興水族生命的細胞活力,並安全而快速吸除硝酸和磷酸鹽、氨和亞硝酸的問題,
因為對人畜與環境無傷害性,即使過度使用下對魚隻軟體等水族生命也無負面影響。
當然!各家配方都有其特色,但是可以肯定的說,
這些多功能的水質安定處理劑,其實驗的研發成本和配方原料花費,
也就不是一般簡單成份加水、再染色的溶液可以相比的了!

 樓主| 發表於 2019-2-18 20:59 | 顯示全部樓層
四、實際測試與觀察來選擇優良的水質穩定劑

大家認為都是「一樣的」的水質穩定劑,其實隨著科技的進步,
國內外一直都有新的附加價值被研發出來,
低功能性或者只具有「說明書說了就算」的添加劑肯定也會不斷面臨淘汰,
仍有賴包括消費者、店家與盤商的專業知識不斷提升與累積,才能監督與鞭策製造商研發出優質的好產品。

便宜不一定沒好货,可是沒效果的一定不是好货
在選購這些水質安定劑或添加劑產品時,除了詳讀說明與功效之外,
請別忘了仔細觀察使用後的結果,
也不妨使用市售有品質的水質测試劑(不過仍需注意有效日期和正確保存方式以防测試劑變質失效),
做點簡單的水中氯、氨濃度,或銅離子濃度是否
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