摘　要　簡要介紹了固定膜式氨氮生物過濾器技術在循環(huán)水養(yǎng)殖（工廠化養(yǎng)殖）系統(tǒng)中的應用,包括其基本工作原理、主要影響因素、過濾器的基本類型及其在發(fā)達國家的研發(fā)與應用簡況,并通過一個參考例子說明了其設計的基本思路與方法。
    關鍵詞　工廠化養(yǎng)魚　循環(huán)水　生物過濾器　生物膜　氨態(tài)氮
　　氨氮是魚排泄物中的一個重要成分,它對魚的毒性很大。一般魚類養(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,其主要功能是通過細菌的作用,將氨氮轉(zhuǎn)化為一般不具毒性的硝態(tài)氮。當然生物過濾器也有分解有機物的作用。本文將對生物過濾器技術作一基本介紹。
    1生物過濾器簡介
    用于水處理的生物過濾器有兩大類:有機物消化菌類與氨氮轉(zhuǎn)化菌群類。循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中用到的是后一類,該過濾器的細菌以氨氮為基質(zhì)生長并將氨氮zui終轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮。一般認為,每轉(zhuǎn)化1g氨氮約需4.18～4.57g氧,生成0.17g細菌干物質(zhì),同時還消耗7.14g堿度（碳酸鈣）及8.6g有機碳。
    如按細菌生長的形式,生物過濾器又可分為懸浮生長式與固定膜式兩類。養(yǎng)殖系統(tǒng)中常用的是固定膜式過濾器。顧名思義,這類過濾器的特點是氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化菌群依附在某種固體表面上生長,氨氮通過擴散的方式傳遞到固定生物膜內(nèi)并被轉(zhuǎn)化掉。因此,我們可以通過對固定膜面積的估算,對生物過濾器的工作進行設計與評估。
    近10年多來,歐美一些*國家對用于水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)的生物過濾器作了很多研究,對氨氮去除動態(tài)特性有了進一步的理解,并獲得一些初步定量技術指標和經(jīng)驗設計參數(shù)（表1）。同時,近年來世界上還逐漸研發(fā)了一些于養(yǎng)殖系統(tǒng)的生物過濾器,比如塑料珠過濾器、流化床過濾器等。
    2生物過濾器的主要影響因素
    （1）氨態(tài)氮濃度由于魚類生長的要求,生物過濾器都在氨氮濃度很低的條件下工作,這一點與工業(yè)水處理中的生物過濾器有很大的不同。在低濃度下,生物過濾器的氨氮去除率可以認為與氨氮濃度成正比。如有國外學者從試驗中總結(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
    生物過濾器工作中需要大量溶解氧。因此,溶解氧常常成為過濾器氨態(tài)氮去除率的一個限制因素。一般要求溶解氧濃度是氨態(tài)氮濃度的2.5倍以上。
    （3）有機物含量
    魚類排泄物及餌料殘渣使養(yǎng)殖水體的有機物含量較高。雖然氨氮轉(zhuǎn)化菌的生長也需要一定的有機物,但過多的有機物會引發(fā)有機物消化菌的繁殖,并與氨氮轉(zhuǎn)化菌在生物膜中競爭生長空間、溶解氧及營養(yǎng)物。而且,有機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)生物過濾器氨氮去除率低的重要原因。例如,當生化需氧量（COD）與氨態(tài)氮之比大于2.7時,氨氮去除率將下降70%左右。
    （4）pH值與堿度
    當pH值小于6.0時,生物過濾器工作效率大為下降,甚至停止。對氨氮轉(zhuǎn)化生物過濾器來說,pH值的優(yōu)化范圍是7～9。氨氮轉(zhuǎn)化過程中消耗很多堿度,因此需要添加緩沖劑來維持穩(wěn)定pH值,使堿度維持在200g/m3（碳酸鈣）以上。另一方面,從魚的角度來看,pH值又不能太高,因為pH越高,毒性很大的非離子態(tài)氨的比例就越大,魚的中毒危害可能性也越大。例如20℃水溫的水體,當pH=7.0,8.0,9.0時,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
    一般認為,水溫越高,過濾器的氨氮轉(zhuǎn)化反應速度越快。但事實上如果水溫在一定范圍內(nèi)緩慢變化,氨氮轉(zhuǎn)化菌對溫度有一定的調(diào)節(jié)適應能力,這樣生物過濾器的工作效率不會受到較大的影響。例如試驗表明,當生物過濾器在20℃或27℃水溫下長期運行時,其氨氮去除率并沒有明顯差異。然而,如果水溫突然大幅度下降,則細菌的生長會受到很大抑制,過濾器的工作效率將大為下降;如果水溫突然上升較多,過濾器的工作效率也不會很快提高。
   （6）水體的對流混合作用
   由于固定膜式過濾器是依賴于物質(zhì)（氨氮、溶解氧等）擴散傳遞來工作的,固定膜與水體間的對流混合作用對其工作效率影響很大。試驗表明,適當增大水體的對流混合將有效地提高氨氮去除率。