循环水生物滤池设计工艺（一）：生物滤池的组成部分及工作原理

一、陆基循环水养殖生物过滤单元

     陆基工厂化循环水养殖系统生物过滤单元是循环水养殖系统的关键，它利用生物滤池中生物滤料表面上附着的各种细菌将水中的有害物质转化为毒性比较小的物质，根据其作用机理可分为两种主要的处理过程，并由不同类型的细菌来承担：①矿物化作用：生物滤池中的矿物化由异养菌（ Heterotrophic Bacteria ）来承担，其主要作用是分解养殖系统中的有机物，包括鱼的排泄物、残饵、其他微生物的细胞等，在这个过程中复杂的大分子有机物被分解成为简单的无机物，如蛋白质分解为氨基酸，并最终分解为氨氮，碳水化合物分解为二氧化碳和水。②硝化作用：硝化是生物滤池的主要作用，由亚硝化细菌( Nitrosomonas ）和硝化细菌（ Nitrobacter ）将毒性较高的NH3- N 分解为低毒性的NO3- N ，实现养殖尾水的循环利用。

二、移动床生物滤池（MBBR）是循环水养殖的首选

     循环水养殖中的生物滤池最早都来自于工业污水处理生物滤池，种类有很多。随着循环水的广泛运用，在实战中大多数循环水养殖都选用移动床生物滤池（MBBR）作为生物滤池的首先。移动床生物过滤池（ moving bed bioreactor , MBBR ）最早在20世纪80年代由挪威发展而来。最初是为了减少市政污水处理厂向北海排放含氮废水。

1、MBBR生物滤池的工作原理

     MBBR生物滤池的核心特点是生物滤料的移动。在水流和曝气的作用下，滤料在滤池中不断地循环运动。这种移动有诸多好处，一方面它使生物膜与循环水能够更加充分、均匀地接触，避免了传统固定床生物滤池中可能出现的死区和短流现象，确保每个滤料上的生物膜都能有效参与水质净化过程；另一方面，滤料的移动可以防止生物膜过度生长和堵塞。在固定床生物滤池中，生物膜过厚可能会导致滤料间隙变小，影响水的流动和氧气传递，而MBBR 中滤料的运动可以使生物膜表面的物质不断更新，维持生物膜的活性和良好的通透性。

2、MBBR生物滤池的优点

（1）、高效的污水处理能力

     MBBR移动床生物滤池在循环水养殖中，其微生物的处理效率很高。在滤池内，大量的微生物附着在悬浮的填料上。这些微生物能够高效地分解水中的有机物，例如鱼类的排泄物、残饵等有机污染物。氨氮是循环水养殖系统中常见的有害物质，MBBR中的硝化细菌可以有效地将氨氮转化为硝酸盐，减少氨氮对鱼类的毒性。在实际应用中，通过合理的水力停留时间和填料填充率，能够使水中的氨氮去除率达到80% - 95% 以上。

     除了去除有机物和氨氮，它还能对其他水质指标进行改善。比如对水中的悬浮物有一定的过滤作用，同时可以降低水体的浊度。并且，由于微生物的代谢作用，还能够消耗水中的部分溶解氧，使得水中溶解氧的分布更加合理，有利于为鱼类提供适宜的生存环境。

（2）、灵活的运行特性

     MBBR移动床生物滤池的水力特性非常出色。它对水力冲击有很强的耐受性，这在循环水养殖系统中是非常重要的。因为在养殖过程中，水泵的启停、鱼类的游动等因素都可能引起水流的波动。而MBBR滤池中的填料是悬浮的，这种特性使得它可以缓冲水流的冲击，不会像传统的固定床生物滤池那样，容易因水力冲击导致滤料损坏或者生物膜脱落。

     它的运行参数可以根据实际养殖情况进行灵活调整。例如，可以通过调节水流速度来改变水力停留时间，以适应不同养殖密度和水质污染程度。在养殖初期，当水质污染较轻、鱼类数量较少时，可以适当加快水流速度，缩短水力停留时间，提高处理效率；随着养殖规模的扩大和水质变差，可以放慢水流速度，延长水力停留时间，确保水质得到充分净化。

（3）、防止堵塞和减少维护成本

     有效防止堵塞：在 MBBR移动床生物滤池中，填料是悬浮并不断运动的。这种运动状态可以有效防止填料孔隙的堵塞。在循环水养殖中，水中会有大量的杂质、微生物代谢产物等，这些物质容易在固定的滤料孔隙中堆积。而MBBR 的悬浮填料不断碰撞和摩擦，使得杂质不容易附着，保证了滤池的长期稳定运行。

     降低维护成本和工作量：由于不易堵塞，MBBR滤池的维护相对简单。不需要像传统生物滤池那样频繁地清理滤料或者进行复杂的反冲洗操作。同时，填料的使用寿命较长，一般情况下，优质的塑料填料可以使用数年，减少了填料更换的频率和成本。在整个循环水养殖系统的维护中，MBBR滤池部分的维护工作量相对较小，降低了人工成本和设备停机维护的时间。

（4）、节省空间和易于改造升级

     MBBR移动床生物滤池的空间利用率较高。相比传统的生物滤池，它不需要很大的占地面积。由于其高效的处理能力，在相同的水质处理要求下，MBBR滤池可以设计得更为紧凑。这对于一些空间有限的循环水养殖场，如室内观赏鱼养殖场或者城市周边的小型食用鱼养殖场来说，是非常有利的。

     方便的改造和升级：如果循环水养殖系统需要扩大规模或者提高水质处理要求，MBBR滤池很容易进行改造和升级。可以通过增加填料的数量、调整曝气系统、优化水流速度等方式来提高滤池的处理能力。这种灵活性使得MBBR 滤池能够更好地适应循环水养殖行业不断发展的需求。

（5）、硝化作用和反硝化作用同时进行

     MBBR生物滤料高比表面积，无须反冲。细菌生物量在填料上生长且能在过滤器水体内自由移动，既可在好氧情况下进行硝化反应，也可在厌氧情况下进行反硝化。通过曝气系统来保持填料的恒定循环，创造好氧条件；溶解氧无法进入的生物滤料深部，形成了厌氧层，厌氧层随着生物膜的增厚而加厚。因此，生物膜可同时进行反硝化反应。

3、移动床生物滤池（MBBR）的组成

（1）、池体

     池体是生物滤池的外部框架，起到支撑和保护内部组件的作用。其形状可以是方形、圆形或其他几何形状，材质通常采用钢筋混凝土、玻璃钢或PP材质等。例如，钢筋混凝土池体强度高、耐久性好，适合大型循环水养殖系统；PP材质性价比高、便于安装适合各种类型的循环水养殖系统。

（2）、生物滤料

     生物滤料是生物滤池的核心部分，为微生物的生长提供附着表面。优质的MBBR 生物滤料具有较大的比表面积，通常在300 - 800m?/m?之间。这为微生物提供了充足的附着空间，使得更多的微生物能够在滤料表面生长繁殖，从而提高了生物滤池的处理能力。例如，一种常见的Kaldnes 填料，其比表面积可达500m?/m? 左右，能够承载大量的硝化细菌和异养细菌，有效去除循环水中的氨氮和有机物。

     滤料的密度一般稍大于水的密度，大约在1.0 - 1.2g/cm?之间。这种密度使得滤料在水流和曝气的作用下能够在水中悬浮移动，既不会漂浮在水面上，也不会快速沉到滤池底部。合适的密度保证了滤料在滤池中能够均匀分布，有利于与循环水的充分接触。

 

     滤料应具有良好的生物亲和性，能够促进微生物的快速附着和生长。同时，在循环水养殖的复杂水质环境下，滤料需要具备化学稳定性，不会与水中的化学物质（如盐类、消毒剂、酸碱度变化等）发生化学反应而分解或释放有害物质，从而保证生物膜的正常生长和水质的安全性。

     由于滤料在滤池中不断移动，容易发生相互碰撞和摩擦。因此，要选择耐磨性好的滤料，以防止滤料在长期运行过程中破碎和磨损，导致比表面积减小和微生物附着环境恶化。同时，要确保滤料具有良好的抗流失性，避免滤料随出水流出滤池，影响处理效果和增加运行成本。

     因此选择生物滤料主要要考虑比表面积和孔隙结构、机械强度和采购成本等因素。目前常用的滤料主要有：

A.K5生物滤料

     K5滤料是目前循环水养殖首先的滤料，性价比较高。K5滤料的材质采用的是对微生物无毒无害的聚乙烯聚丙烯等塑料材质。这些材料不会抑制微生物的生长和代谢活动，能够保证微生物在滤料表面和内部良好地附着和繁殖。其表面有许多的纹理和孔隙，内部也是中空的，这就大大增加了比表面积。一般来说，其比表面积可以达到500 - 800m?/m?，这种高比表面积为微生物的附着和生长提供了充足的空间。

     K5滤料最大的特点是机械强度好，能够承受在反应器内水流的冲刷和载体之间的相互碰撞。例如，在曝气和水流的推动下，滤料会在反应器内不断地翻滚和碰撞，但不会轻易破碎，从而保证了生物膜的完整性和反应器的正常运行。

B.QA 聚氨酯生物滤料

     QA聚氨酯生物滤料是一种新型的生物滤料。主要由聚氨酯制成，聚氨酯是一种高分子材料，具有良好的化学稳定性和机械强度，能够在不同的水质条件下保持稳定的性能

     QA 聚氨酯生物滤料最大的特点是比表面积大。其具有多孔的结构，孔隙率较高，一般可达95%以上。这些孔隙大小不一，相互连通，形成了复杂的孔隙网络。大孔可以提供良好的气、液、固接触条件，有利于微生物与污染物之间的充分接触和反应；微孔则可以固定化微生物，其带有氨基、羧基、环氧基等亲水性活性基团，可与微生物肽链中的某些活性基团形成离子键结合或共价键结合，从而将微生物及生物酶有效地固定在载体上。使用QA聚氨酯生物滤料挂膜速度要快很多。

     QA 聚氨酯生物滤料的缺点是价格比较贵，机械强度不如K5滤料。

（3）、曝气系统

     氧气可以成为生物滤池里的硝化速率的限制因素，因为其在水体中的含量较低且受到异养细菌的需求竞争。每1g氨氮氧化成硝态氮需要4.57g氧气。硝化细菌在溶解氧低于4mg/ L 的情况下生长率会出现了下降。 因此生物滤池必须保持足够的溶氧保证硝化系统的运行。

（4）、进水和出水

     进水方式要保证污水能够均匀地分布在生物滤池中，避免局部水力冲击过大或出现死区。常见的进水方式有穿孔管进水、喷头进水等。出水方式要防止滤料流失，同时保证出水稳定。例如，采用溢流堰出水和滤网拦截滤料的方式，能够有效收集处理后的水，同时避免滤料随水流出。

（5）、排污

     在生物滤池用于循环水养殖过程中，底部排污是非常重要的环节。随着时间的推移，生物滤池底部会积累各种杂质，包括老化脱落的生物膜碎片、未被分解的残饵、养殖生物的粪便等。这些杂质如果不及时排出，会在滤池底部堆积，一方面会占据滤池的有效容积，减少生物滤池的处理空间；另一方面，这些堆积物会分解产生有害物质，如氨氮、硫化氢等，影响水质，对养殖生物的健康产生危害。而且，过多的杂质堆积还可能导致滤池底部的堵塞，影响水流的正常循环，进而影响生物滤池的过滤和生物处理效果。

     人工排污的优点是操作简单，成本较低，缺点是需要人工操作，并且如果排污不及时，容易导致杂质积累过多。建议智能排污阀，设定固定的排污时间间隔和排污时长。例如，每天定时排污1次，每次排污10秒钟。这种方式能够保证排污的规律性，减少人工干预，适用于养殖规模较大、对水质稳定性要求较高的循环水养殖系统。帮邦推出了一款智能排污阀，可以在手机上设置排污计划，精准排污到妙计。安装十分方便，不但替代了人工还保证了水质。