一、生物滤池的选型
移动床生物滤池（MBBR）因其高效性成为循环水养殖系统的首选生物处理工艺。该技术源于20世纪80年代挪威为减少市政污水氮排放而开发，其核心优势在于悬浮填料的动态循环：
- 通过曝气和水流驱动，生物填料持续运动，确保生物膜与水体的充分接触（消除死区/短流）
- 通过机械摩擦自动控制生物膜厚度（防止堵塞）
- 相比传统固定床，处理效率提升30%以上
- 维护简单（无需反冲洗）
- 空间利用率高
MBBR现已成为三文鱼、对虾等高密度养殖系统的标配，典型应用如挪威RAS养殖场采用Kaldnes填料实现氨氮去除率＞90%。
技术细节
MBBR系统的关键参数：
- 填料填充率：通常为30-70%
- 水力停留时间(HRT)：15-60分钟
- 氨氮表面去除率：0.5-2.0g NH₄⁺-N/m²·d
- 溶解氧需求：4-6mg/L
二、生物滤池微生物培养（固定膜）
固定膜生物过滤器利用生物膜法，通过附着在滤料表面的硝化细菌群落（如硝化菌、亚硝化菌）将水中的有毒物质逐步转化：
氨氮（NH₃/NH₄⁺） → 亚硝酸盐（NO₂⁻） → 硝酸盐（NO₃⁻）
硝酸盐毒性较低，可通过定期换水或植物吸收去除。在固定膜生物过滤器中，一层薄薄的细菌生物量覆盖在过滤介质上，溶解的营养物质和氧气通过扩散进入生物膜。
常见滤料材料
| 材料类型 | 特点 | 比表面积(m²/m³) |
|---|---|---|
| 塑料填料 | 如生物球、蜂窝填料、Kaldnes悬浮填料 | 300-800 |
| 多孔陶瓷 | 天然材料，孔隙率高 | 200-500 |
| 火山石/珊瑚砂 | 天然材料，成本低 | 100-300 |
| 合成纤维 | 如聚丙烯纤维 | 500-1000 |
设计建议
在过滤器顶部安装一个良好的水分散装置非常必要，能够将生化滤池的总体积充分利用。可以通过旋转打孔筛喷嘴将水分散，需保证水流均匀分布，避免短流或死水区。
三、生物滤池的设计关键因素
1. 循环水养殖系统去除固形物的能力水平
将氨氮高浓度的水体抽进生化滤池的时候，系统的固形物去除能力需要高效，有相应的固形物去除设备。若无法充分控制悬浮颗粒物的数量，水体将会受到污染：
- 碳源异养细菌的生长会减弱硝化细菌氧化氨的能力
- 在氧气扩散进硝化细菌所在的生物膜之前，异养生物就已经在消耗氧气
- 异养细菌的高速生长和高氧耗量导致硝化细菌被覆盖于生物膜底层且严重缺氧
- 最终结果是生物反应器表面的生物膜死亡并脱落
2. 生物滤料特性
K5生物滤料是循环水养殖系统的优选填料，采用聚乙烯/聚丙烯材质，安全无毒且微生物相容性好。其独特结构（表面纹理+内部中空）提供500-800m²/m³的高比表面积，大幅提升微生物附着量。
该滤料机械强度突出，能耐受曝气冲刷和填料碰撞而不破碎，确保生物膜稳定（如MBBR系统中持续翻滚仍保持完整性）。
| 滤料特性 | 设计考虑 |
|---|---|
| 比表面积 | 决定微生物附着量（一般需300-800m²/m³），越高则处理能力越强，但过高易堵塞 |
| 材料与比重 | 轻质塑料（如HDPE）适合移动床，天然滤料（如火山石）适合固定床但需防磨损 |
| 高负荷水质 | 选比表面积大的滤料（如Kaldnes填料或聚氨酯泡沫） |
| 长期维护 | 优先轻质悬浮填料（如生物球），减少清洗频率 |
| 抗堵塞 | 蜂窝填料或陶粒适合含固量高的水体 |
3. 养殖规模和养殖密度
高密度养殖会显著增加水体中的氨氮和有机物负荷（如残饵和排泄物），因此生物滤池需通过以下方式增强处理能力：
- 增大容积
- 延长水力停留时间（HRT）
- 选用高比表面积滤料（如500-800m²/m³的Kaldnes填料）
- 提高填充率（60%-70%）
- 必要时可接种高效硝化菌种以加速生物膜形成
例如对虾高密度养殖（＞50kg/m³）常采用MBBR工艺以维持水质。
4. 养殖鱼类品种对水质的耐受性
不同养殖生物对水质要求差异显著，直接影响生物滤池的设计标准：
| 鱼类类型 | 水质要求 | 设计建议 |
|---|---|---|
| 高档冷水鱼 （如鲟鱼、虹鳟） |
|
|
| 常规鱼类 （如鲈鱼） |
|
|
5. 溶解氧的范围控制
生物滤池溶解氧控制需兼顾微生物代谢与养殖需求：
- 硝化细菌等好氧菌需DO＞4mg/L（高要求品种需5-8mg/L）
- 通过优化曝气系统（如均匀布置曝气盘）实现氧平衡
- 避免缺氧抑制硝化作用（如氨氮转化效率下降）
- 防止过度曝气破坏生物膜结构或浪费能耗
典型案例如鲑鱼养殖采用微孔曝气管配合DO实时监测，使滤池各区域DO波动≤0.5mg/L。
6. 生化滤池的底部排污
生物滤池底部排污是循环水养殖系统的关键环节，直接影响水质稳定性和养殖安全：
- 底部沉积物（老化生物膜、残饵粪便等）若不及时清除，会减少有效处理容积
- 沉积物分解会产生氨氮、硫化氢等有害物质
- 严重时会造成系统堵塞
解决方案
智能排污方案通过手机APP预设排污，实现了精准高效的自动化管理：
- 在保证水质稳定的同时显著降低人工成本
- 特别适合大型高密度养殖系统
- 已在实际应用中证明可有效预防底部杂质堆积引发的系列水质问题
四、总结与建议
循环水养殖系统中生物滤池的设计需要综合考虑多种因素：
- 选择合适的滤池类型：MBBR因其高效性和易维护性成为首选
- 优化滤料选择：根据养殖密度和水质要求选择合适的滤料
- 确保充足的溶解氧：维持4-6mg/L的DO水平
- 设计有效的排污系统：防止底部沉积物积累
- 考虑养殖品种的特殊需求：特别是对水质敏感的品种
通过科学设计和合理运行，生物滤池可以有效维持循环水养殖系统的水质稳定，为养殖生物提供健康的生长环境，最终实现高效、可持续的水产养殖。