循环水养殖系统中生物过滤器技术简介

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《渔业现代化 )06第 2期 ) 0 2

循环水养殖系统中生物过滤器技术简介加拿大农业部食品研究与开发中心朱松明

摘要简要介绍了固定膜式氨氮生物过滤器技术在循环水养殖 (工厂化养殖 )系统中的应用，包括

其基本工作原理、主要影响因素、过滤器的基本类型及其在发达国家的研发与应用简况，并通过一个参考例子说明了其设计的基本思路与方法。 关键词工厂化养鱼循环水生物过滤器生物膜氨态氮 2生物过滤器的主要影响因素 () 1氨态氮浓度

氨氮是鱼排泄物中的一个重要成分，对鱼它的毒性很大。一般鱼类养殖水体中要求总氨氮量不高于 1mgL或非离子态氨小于 0 05m/。 /, .2 gL生物过滤器用于去除氨氮，循环水工厂化养殖是系统的重要装置，主要功能是通过细菌的作用，其

由于鱼类生长的要求，生物过滤器都在氨氮浓度很低的条件下工作，一点与工业水处理中这的生物过滤器有很大的不同。在低浓度下，物生过滤器的氨氮去除率可以认为与氨氮浓度成正比。如有国外学者从试验中总结出，氨态氮去除率 R=0 2一 . 8g i天 )式中 C为氨 .7C 0 0/( , n态氮浓度 (/ 。 g m )表 1氨氮硝化生物过滤器主要设计 与运行管理参数的标准参考值设计参数鱼的总氨氮产出率鱼的非离子态氨氮浓度最高容许量鱼的总氨氮浓度最高容许量生物过滤器的氨氮去除率溶氧需要量与总氨氮量的比值设计参考值日投饵率的 3 % 0 0 5m/L .2 v 10mv ./L 20~ 0 s ( ) 0 60 m/ m天 4 1 4 5 .8~ .7

将氨氮转化为一般不具毒性的硝态氮。当然生物过滤器也有分解有机物的作用。本文将对生物过滤器技术作一基本介绍。 1生物过滤器简介 用于水处理的生物过滤器有两大类：机物有

消化菌类与氨氮转化菌群类。循环水养殖系统中用到的是后一类，过滤器的细菌以氨氮为基质该生长并将氨氮最终转化成硝态氮。一般认为，每转化 1g氨氮约需 4 1 4 5 .8— .7g氧，成 0 1 生 .7g细菌干物质，同时还消耗 7 1 .4g碱度 (酸钙

)碳及8 6g机碳。 .有 如按细菌生长的形式，物过滤器又可分为生

( )解氧浓度 2溶生物过滤器工作中需要大量溶解氧。因此，

悬浮生长式与固定膜式两类。养殖系统中常用的是固定膜式过滤器。顾名思义，类过滤器的特这点是氨态氮转化菌群依附在某种固体表面上生长，氨氮通过扩散的方式传递到固定生物膜内并被转化掉。因此，我们可以通过对固定膜面积的估算，生物过滤器的工作进行设计与评估。对

溶解氧常常成为过滤器氨态氮去除率的一个限制因素。一般要求溶解氧浓度是氨态氮浓度的 25 . 倍以上。 ( )机物含量 3有鱼类排泄物及饵料残渣使养殖水体的有机物含量较高。虽然氨氮转化菌的生长也需要一定的有机物，过多的有机物会引发有机物消化菌的但

近1 0年多来，美一些先进国家对用于水产欧养殖系统的生物过滤器作了很多研究，氨氮去除对动态特性有了进一步的理解，并获得一些初步定量技术指标和经验设计参数 ( 1。同时，年来世表 )近界上还逐渐研发了一些专用于养殖系统的生物过滤器，比如塑料珠过滤器、流化床过滤器等。

繁殖，与氨氮转化菌在生物膜中竞争生长空间、并 溶解氧及营养物。而且，有机物消化菌的繁殖率比氨氮转化菌要快得多，这是造成养殖系统生物过滤器氨氮去除率低的重要原因。例如，生化当需氧量 ( O与氨态氮之比大于 2 7时，氮去 C D) .氨

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《渔业现代化) 06年第 2期 20除率将下降 7%左右。 0 ( )H值与碱度 4p当p H值小于 60时， .生物过滤器工作效率大为下降，甚至停止。对氨氮转化生物过滤器来说，

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p值的优化范围是 7~9 H。氨氮转化过程中消耗很多碱度，因此需要添加缓冲剂来维持稳定 p H

一图 1浸没式生物过滤器典型例子示意图

值，使碱度维持在 20gm (酸钙 ) 0/ 碳以上。另一方面，从鱼的角度来看，H值又不能太高， p因为 p H越高，毒性很大的非离子态氨的比例就越大，的鱼中毒危害可能性也越大。例如 2 0℃水温的水体，当 p=7 0 80 9 0时， H .,.,.

非离子态氨占总态氨的比例分别为 0 3%,.0,8 3%。 .9 38% 2 .0 ( )温 5水一

( )流式过滤器 2滴滴流式过滤器的结构与浸没式相近，只是它

的固体基物没有被浸没在水中，是被水喷淋。而 氧气可直接来自空气，因此一般不需要专门的增氧设备。有时可配置风机，以增大气流供氧。这种过滤器的结构取材比较简单，固体基物的堆积可深可浅。

般认为，温越高，水过滤器的氨氮转化反应

速度越快。但事实上如果水温在一定范围内缓慢变化，氮转化菌对温度有一定的调节适应能力，氨 这样生物过滤器的工作效率不会受到较大的影响。例如试验表明，当生物过滤器在 2 0℃或 2 7

( )料滚筒式过滤器 3填

这种过滤器是一个圆柱形通孔滚筒，内含某种空隙表面积较大的填料，为生物膜生长的固作体基物。工作时，滚筒以中心轴缓慢旋转，中有其

℃水温下长期运行时，氨氮去除率并没有明显其差异。然而，如果水温突然大幅度下降，细菌的则生长会受到很大抑制，滤器的工作效率将大为过下降；如果水温突然上升较多，滤器的工作效率过也不会很快提高。

约一半浸入水中( )图2。在水中的那部分就好像浸没式过滤器，而暴露在空气中的那一半又象滴

流式过滤器，因此一般不需增氧装置。滚筒的转速是一个重要参数，快易使生物膜剥落，过过慢会造成暴露部分变干而浸没部分缺氧。这种过滤器不太会被堵塞。

() 6水体的对流混合作用由于固定膜式过滤器是依赖于物质 (氮、氨溶解氧等 )扩散传递来工作的，固定膜与水体间的对

流混合作用对其工作效率影响很大。试验表明，适当增大水体的对流混合将有效地提高氨氮去除率。 3生物过滤器的基本类型 生物过滤器的种类很多，目前在欧美较常见的有滴流式过滤器、浸没式过滤器、料珠填料过塑滤器、流化床过滤器、砂粒生物转盘过滤器等。( )没式过滤器 1浸图 2填料滚筒式生物过滤器示意图

() 4生物转盘过滤器生物转盘与填料滚筒式过滤器的结构相近， 只是它用碟片取代了滚筒填料。两者的工作原理与要求也很相似。

() 5砂粒流化床过滤器

这种过滤器的结构比较简单 ( 1,特点图 )其是生物膜依附的固体基物 (碎石、如塑料块等 )被浸没在水中。含有氨氮及溶氧的水流经过滤器， 以供生物膜中的细菌消耗。水流可以是自上而下，也可以自下而上。在过滤器中适当放置充气石，可增氧，能增大水体的紊流扩散作用，既又有效地提高氨氮去除效率。运行一段时间后，滤过器中会有一些沉积物，重时会引起堵塞，严因此需定期清洗。

砂粒流化床主要由容器和一定量的砂粒组成 ( 3。工作时，流自下而上，图 )水流速被控制在一定的范围内，使砂粒悬浮在水体中，形成一个具有流化状态的砂床。细菌生物膜生长在砂粒表面。 由于砂粒较细，位体积的表面积很大，单因此在同

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1 8等氨氮去除规模下，总体结构相对较小。这种过

《渔业现代化) 06 2 ) 0第期 2食生长过程中的氨氮排泄量，持养殖系统中的维氨氮浓度在预定范围以内，以确保鱼类的安全与有效生长。氨氮是鱼类生物代谢活动的产物，而氨氮的转化去除则是硝化菌生命活动的结果。确定氨氮排泄量与生物过滤器的氨氮去除率是设计的最大难点，因为这两个生物过程要受到许多环境因素的影响。

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