摘　要　簡(jiǎn)要介紹了固定膜式氨氮生物過(guò)濾器技術(shù)在循環(huán)水養(yǎng)殖（工廠化養(yǎng)殖）系統(tǒng)中的應(yīng)用,包括其基本工作原理、主要影響因素、過(guò)濾器的基本類(lèi)型及其在發(fā)達(dá)國(guó)家的研發(fā)與應(yīng)用簡(jiǎn)況,并通過(guò)一個(gè)參考例子說(shuō)明了其設(shè)計(jì)的基本思路與方法。
    關(guān)鍵詞　工廠化養(yǎng)魚(yú)　循環(huán)水　生物過(guò)濾器　生物膜　氨態(tài)氮
　　氨氮是魚(yú)排泄物中的一個(gè)重要成分,它對(duì)魚(yú)的毒性很大。一般魚(yú)類(lèi)養(yǎng)殖水體中要求總氨氮量不高于1mg/L,或非離子態(tài)氨小于0.025mg/L。生物過(guò)濾器用于去除氨氮,是循環(huán)水工廠化養(yǎng)殖系統(tǒng)的重要裝置,其主要功能是通過(guò)細(xì)菌的作用,將氨氮轉(zhuǎn)化為一般不具毒性的硝態(tài)氮。當(dāng)然生物過(guò)濾器也有分解有機(jī)物的作用。本文將對(duì)生物過(guò)濾器技術(shù)作一基本介紹。
    1生物過(guò)濾器簡(jiǎn)介
    用于水處理的生物過(guò)濾器有兩大類(lèi):有機(jī)物消化菌類(lèi)與氨氮轉(zhuǎn)化菌群類(lèi)。循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中用到的是后一類(lèi),該過(guò)濾器的細(xì)菌以氨氮為基質(zhì)生長(zhǎng)并將氨氮zui終轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮。一般認(rèn)為,每轉(zhuǎn)化1g氨氮約需4.18～4.57g氧,生成0.17g細(xì)菌干物質(zhì),同時(shí)還消耗7.14g堿度（碳酸鈣）及8.6g有機(jī)碳。
    如按細(xì)菌生長(zhǎng)的形式,生物過(guò)濾器又可分為懸浮生長(zhǎng)式與固定膜式兩類(lèi)。養(yǎng)殖系統(tǒng)中常用的是固定膜式過(guò)濾器。顧名思義,這類(lèi)過(guò)濾器的特點(diǎn)是氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化菌群依附在某種固體表面上生長(zhǎng),氨氮通過(guò)擴(kuò)散的方式傳遞到固定生物膜內(nèi)并被轉(zhuǎn)化掉。因此,我們可以通過(guò)對(duì)固定膜面積的估算,對(duì)生物過(guò)濾器的工作進(jìn)行設(shè)計(jì)與評(píng)估。
    近10年多來(lái),歐美一些*國(guó)家對(duì)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)的生物過(guò)濾器作了很多研究,對(duì)氨氮去除動(dòng)態(tài)特性有了進(jìn)一步的理解,并獲得一些初步定量技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)（表1）。同時(shí),近年來(lái)世界上還逐漸研發(fā)了一些于養(yǎng)殖系統(tǒng)的生物過(guò)濾器,比如塑料珠過(guò)濾器、流化床過(guò)濾器等。
    2生物過(guò)濾器的主要影響因素
    （1）氨態(tài)氮濃度由于魚(yú)類(lèi)生長(zhǎng)的要求,生物過(guò)濾器都在氨氮濃度很低的條件下工作,這一點(diǎn)與工業(yè)水處理中的生物過(guò)濾器有很大的不同。在低濃度下,生物過(guò)濾器的氨氮去除率可以認(rèn)為與氨氮濃度成正比。如有國(guó)外學(xué)者從試驗(yàn)中總結(jié)出,氨態(tài)氮去除率R=0.27C-0.08g/（m2·天）,式中C為氨態(tài)氮濃度（g/m3）。
     
    （2）溶解氧濃度
    生物過(guò)濾器工作中需要大量溶解氧。因此,溶解氧常常成為過(guò)濾器氨態(tài)氮去除率的一個(gè)限制因素。一般要求溶解氧濃度是氨態(tài)氮濃度的2.5倍以上。
    （3）有機(jī)物含量
    魚(yú)類(lèi)排泄物及餌料殘?jiān)桂B(yǎng)殖水體的有機(jī)物含量較高。雖然氨氮轉(zhuǎn)化菌的生長(zhǎng)也需要一定的有機(jī)物,但過(guò)多的有機(jī)物會(huì)引發(fā)有機(jī)物消化菌的繁殖,并與氨氮轉(zhuǎn)化菌在生物膜中競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)空間、溶解氧及營(yíng)養(yǎng)物。而且,有機(jī)物消化菌的繁殖率比氨氮轉(zhuǎn)化菌要快得多,這是造成養(yǎng)殖系統(tǒng)生物過(guò)濾器氨氮去除率低的重要原因。例如,當(dāng)生化需氧量（COD）與氨態(tài)氮之比大于2.7時(shí),氨氮去除率將下降70%左右。
    （4）pH值與堿度
    當(dāng)pH值小于6.0時(shí),生物過(guò)濾器工作效率大為下降,甚至停止。對(duì)氨氮轉(zhuǎn)化生物過(guò)濾器來(lái)說(shuō),pH值的優(yōu)化范圍是7～9。氨氮轉(zhuǎn)化過(guò)程中消耗很多堿度,因此需要添加緩沖劑來(lái)維持穩(wěn)定pH值,使堿度維持在200g/m3（碳酸鈣）以上。另一方面,從魚(yú)的角度來(lái)看,pH值又不能太高,因?yàn)閜H越高,毒性很大的非離子態(tài)氨的比例就越大,魚(yú)的中毒危害可能性也越大。例如20℃水溫的水體,當(dāng)pH=7.0,8.0,9.0時(shí),非離子態(tài)氨占總態(tài)氨的比例分別為0.39%,3.80%,28.30%。
    （5）水溫
    一般認(rèn)為,水溫越高,過(guò)濾器的氨氮轉(zhuǎn)化反應(yīng)速度越快。但事實(shí)上如果水溫在一定范圍內(nèi)緩慢變化,氨氮轉(zhuǎn)化菌對(duì)溫度有一定的調(diào)節(jié)適應(yīng)能力,這樣生物過(guò)濾器的工作效率不會(huì)受到較大的影響。例如試驗(yàn)表明,當(dāng)生物過(guò)濾器在20℃或27℃水溫下長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí),其氨氮去除率并沒(méi)有明顯差異。然而,如果水溫突然大幅度下降,則細(xì)菌的生長(zhǎng)會(huì)受到很大抑制,過(guò)濾器的工作效率將大為下降;如果水溫突然上升較多,過(guò)濾器的工作效率也不會(huì)很快提高。
   （6）水體的對(duì)流混合作用
   由于固定膜式過(guò)濾器是依賴于物質(zhì)（氨氮、溶解氧等）擴(kuò)散傳遞來(lái)工作的,固定膜與水體間的對(duì)流混合作用對(duì)其工作效率影響很大。試驗(yàn)表明,適當(dāng)增大水體的對(duì)流混合將有效地提高氨氮去除率。