AQu @teach：生物过滤器

生物过滤器是每个循环水产养殖系统的核心。 鱼类健康，因此经济上的成功取决于生物过滤器的正确操作。 鱼缸中氨水和亚硝酸盐含量高可能由几个因素引起。 其中一种可能是设计不当或不优化的生物过滤器操作（过小，不均匀混合，硝酸盐水平过高，pH 值过低，生物过滤器通过盐或医疗中毒，曝气过低或过高，等等）。 设计失败的另一个主要方面是水的再循环不足。 生物过滤器只能降解它从鱼缸接收到的东西。 如果再循环速度过低，即使是超大尺寸的生物过滤器也不会导致良好的水质。 为了避免这种情况，请按照 第 2 章 中的示例计算系统的正确再循环速率。

是否需要单独的生物过滤器？

在鱼类放养密度低的系统中，培养基生长床可以承担固体去除和生物滤过的作用。 如果固体负荷过高，可能会发生堵塞和厌氧区域，从而降低生物滤过的效率。 因此，如果生长床作为生物过滤器，建议使用非常低的鱼放养或单独的固体去除装置。

#选择生物过滤器

在水生和 RAS 中最常用的生物过滤器类型是移动床生物过滤器反应器（MBR）（图 13，表 6）。 移动床过滤器的介质由具有较高比表面积的小（1-2 厘米）塑料结构组成（例如 K1）。 这种过滤介质通过曝气保持不断运动（例如，通过生物过滤罐底部的气板输入空气）。 介质的持续运动对过滤介质具有自清洁作用，并可防止细菌大量生长。 为了清洁，移动床过滤器应与 RAS 断开，然后大约每周一次反冲洗。

载体介质通过提供较大的表面积来支持微生物生物膜的生长。 通常情况下，MBR 填充 40-60% 的生物载体，从而产生了 300-600 平方米 ² /m ³ 生物反应器体积的绝对表面积。 空气运动在生物薄膜上产生剪切力，并保持生物膜的生长和分解处于平衡状态。 如果载体上的生物膜变得太厚，那么曝气是太低，如果它是不存在的，那么曝气过高。 MBR 的一个主要优势是通过空气流进行脱气和曝气，而固定床过滤器不提供。

** 固定床过滤器 ** 有固定的生物过滤介质。 固定床过滤器也可用作固体去除装置，因为它具有过滤功能，可过滤掉固体分离装置中尚未过滤的剩余固体和有机化合物。 如果有机载荷高于表面的自然降解，过滤器蛋糕可能会被颗粒和细菌生长堵塞。 过滤器需要定期反冲洗，反洗水分别处理（通过沉积等方式）。 (表 6).

** 涓流过滤器 ** 是三种常见过滤器类型中的最后一种，可以通过一堆生物膜载体滴水工作。 滴流过滤器的最大优点是通过渗漏引起的高水对空气表面的高脱气效果。 主要的缺点是将水带到所需高度所需的抽水成本很高。 由于这些载体不像 MBR 一样经常移动，因此生物膜在这些载体上生长更厚，并降低了硝化率。 涓流过滤器在水生物中非常常见，因为它们只需一步即可实现气体交换（ _二 氧化碳脱气和曝气）。 此外，他们只需要水循环，不需要像 MBR 这样的额外曝气装置（例如鼓风机），这使得它们成为一个非常容易建立的系统。

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图 13：两个版本的次优移动介质生物过滤器：（左）含有太多生物芯片的生物过滤器（照片 R. Bolt）；（右）没有曝气的生物过滤器（图片：U. Strniša）

表 6：生物过滤器的类型及其在系统性能方面的优缺点：移动床生物膜反应器（MBR）、固定床过滤器和涓流过滤器

生物滤清器类型	基本结构	优点和缺点
移动床生物膜反应器（MBBR）		硝化 ++ 过滤- 脱气 +
固定床过滤器		硝化 + 过滤 + 脱气-
涓流过滤器		硝化 + 过滤-脱气 ++（如果加气）-

脱气和曝气

鱼缸、生物过滤器和生长床都需要适当的曝气。 有很多方法可以提供这一点，包括使用气举泵、喷水器、桨轮、转子、鼓风机和压缩机。 与水泵一样，水曝气需要可靠和节能。 通过使用节能且持久的空气泵和食品级乙烯基管连接到放置在罐底部或附近的气体结石和生长床，可在较小系统中进行曝气。 空气泵通常不够大，无法为较大的系统充气，这些系统往往使用再生鼓风机或氧气发生器。

在水生动物中，气泵和气石被用来强迫空气进入水中，为植物根部和鱼类提供氧气。 空气泵提供多种尺寸，从非常小到非常大，能够从一个到多个气体结石运行，每个气体泵都会在解决方案中引入数百个微小的新鲜、富氧的空气泡。 虽然从浅水中的气石中推出空气比较容易，但如果气石更深，则不会像水中那样获得多少氧气进入水中。 当气石越深时，由于水压较高，大量出来的气泡会更小，这些气泡的表面积比较少的气泡更大，而且它们必须进一步走向表面，周围的水吸收气泡中的氧气一直到在那里，他们在表面爆裂的坦克顶部。

# 高效氧气输入

基本的氧合技术是 U 型管、氧合锥和低头氧合器（图 14-16，表 7）。

表 7：RAS 中高效氧富集的不同可能性特征

将氧气溶解到系统水中的一种简单的氧气技术就是 **U 型管道 **（图 14）。 在 10-30 米深的管道底部注入氧气，该系统的水流通过该管道。 由于高液压头，高压导致氧气高度溶解到水柱中。 然而，由于这种技术需要在深层建造结构，因此这种方法在实践中往往无法实施。

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图 14：U 形管

** 氧合锥 **（图 15）使用与 U 形管相同的原理。 不同之处在于，高液压力是由泵引起的（它使用了大量的能量）。 该技术特别适用于满足氧需求峰值，并且在氧溶解方面具有较高的效率。

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图 15：用于在高压下溶解纯氧的氧锥来源：蒂蒙斯和埃伯林 2007 (左), 布雷格巴勒 2015 (右)

** 低头氧气器 ** (LHO)（图 16）使用另一种富氧方法。 水流经穿孔板，导致下面的混合室中的水与气体表面积较大。 LHO 运行非常经济，尽管它们不能达到像锥体那样高的氧浓度。

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图 16：低头氧合器

低效氧富集

图 17 和表 8 显示了低效氧富集的不同可能性。

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图 17：水产养殖中低效氧富集的不同可能性

表 8：RAS 中低效率氧富集的不同可能性特征

• 版权所有 © Aqu @teach 项目合作伙伴。 Aqu @teach 是伊拉斯穆斯 + 高等教育战略伙伴关系（2017-2020 年），由格林威治大学牵头，与苏黎世应用科学大学（瑞士）、马德里技术大学（西班牙）、卢布尔雅那大学和纳克洛生物技术中心（斯洛文尼亚）合作 。 *