循环水生物滤池设计工艺(四）：自然挂膜法的过程及优缺点！

一、微生物的管理与维护
1.挂膜管理

     循环水养殖系统中移动床生物滤池（MBBR）的挂膜管理是一个关键环节，它直接影响到滤池的处理效率和稳定性。所谓挂膜是指在生物滤池启动初期，在生物滤池进行硝化细菌的接种，可以从成熟的生物滤池、自然水体或者专门的微生物制剂中获取硝化细菌。接种后，要进行驯化过程，让硝化细菌适应养殖系统的水质、温度、pH值等条件并在生物滤料表面形成稳定的生物膜的过程。以下是常见的MBBR 挂膜方法：

（1）、自然挂膜

     自然挂膜法是依靠循环水养殖系统本身所包含的微生物，在合适的环境条件下，让这些微生物自然地附着在移动床生物滤池（MBBR）的填料表面，逐渐形成生物膜。在循环水系统中，水体本身就存在各种各样的微生物，如细菌、真菌、原生动物等。当这些微生物接触到填料时，会在其表面寻找适宜的生存环境，随着时间的推移，微生物不断繁殖和聚集，最终形成具有一定厚度和活性的生物膜，这个生物膜能够分解养殖水中的有害物质，如氨氮、亚硝酸盐等。

1）自然挂膜的过程

     初期阶段（1 - 7 天）：

     在开始阶段，微生物开始逐渐附着在填料表面。由于微生物数量相对较少，水质变化不明显。此时，要密切观察水质指标，如氨氮、亚硝酸盐等的浓度变化。

     中期阶段（7 - 14 天）：

     随着微生物的不断附着和繁殖，生物膜开始初步形成。可以观察到填料表面变得有些粗糙，颜色也可能发生变化，这是微生物聚集的表现。此时，氨氮和亚硝酸盐的浓度可能会开始下降，因为微生物已经开始发挥分解作用。例如，原本氨氮浓度可能在5mg/L 左右，这个阶段可能会下降到3mg/L 左右。继续保持水质和水流等条件的稳定，同时可以适当增加一些营养物质，如葡萄糖（100 - 300mg/L）、磷酸二氢钾（10 - 30mg/L），以促进微生物的生长。

     后期阶段（14 - 30 天）：

     生物膜逐渐成熟，厚度增加，微生物种类也更加丰富。此时，水质指标如氨氮和亚硝酸盐的浓度会持续下降，达到较低的稳定水平。例如，氨氮浓度可能降低到1mg/L 以下，亚硝酸盐浓度降低到0.5mg/L以下。填料表面的生物膜颜色较深且质地均匀，有一定的粘性。这表明自然挂膜基本完成，生物膜已经具有较强的分解代谢能力，可以正常运行循环水养殖系统，不过仍要定期监测水质，确保系统的稳定运行。

2）自然挂膜法的优点

     操作简单，不需要额外接种微生物，利用循环水系统自身的微生物资源，减少了微生物接种过程中的复杂操作和可能出现的微生物适应问题。

成本较低，没有购买微生物接种剂等额外费用，同时也减少了设备和人力投入。

3）自然挂膜法的缺点

     挂膜时间相对较长，相比人工接种微生物的方法，自然挂膜可能需要更长的时间才能达到理想的效果，这可能会影响循环水养殖系统的启动时间。

2.生物膜的老化与维护

     尽管硝化细菌在适宜的环境下会自然繁殖，但在一些情况下，如水质恶化、使用消毒剂后，可能会导致微生物数量减少和老化。此时，需要及时补充硝化细菌。可以定期添加专门的微生物补充剂，按照产品说明书的推荐剂量进行添加。同时，在长期运行过程中，可以考虑定期更新部分滤料，以促进新的微生物生长和硝化作用的持续进行。

（1）、生物膜老化的原因

1）水质原因

     循环水中的有害物质浓度过高是导致生物膜老化的一个重要原因。如果养殖密度过大，或者饲料投喂过多，会导致水中的氨氮、亚硝酸盐、有机物等有害物质大量产生。当这些物质的浓度超过生物膜微生物的承受能力时，会对微生物产生毒性作用，抑制微生物的生长，加速生物膜的老化。

     水质的酸碱度（pH）和温度的剧烈变化也会影响生物膜。例如，pH值突然下降或升高，会改变微生物生存的酸碱环境，使微生物的酶活性受到抑制，从而导致生物膜老化。同样，水温过高或过低，超出微生物适宜的生长温度范围（一般为15 - 30℃），也会影响微生物的代谢活动，使生物膜的性能下降。

2)水力条件

     水流速度的不合适是常见的问题。如果水流速度过快，会对生物膜产生过大的剪切力，使生物膜容易从填料表面脱落。而水流速度过慢，则不利于营养物质和代谢产物的传递，导致生物膜局部区域营养缺乏或有害物质积累，加速生物膜的老化。

     水力停留时间（HRT）过短也是一个因素。HRT是指水在生物滤池中停留的时间，过短的HRT 会使生物膜没有足够的时间处理水中的有害物质，微生物的代谢活动受到影响，最终导致生物膜老化。

3）微生物自身原因

     微生物在生长过程中会产生代谢产物，如胞外聚合物（EPS）等。随着时间的推移，EPS等物质在生物膜内不断积累，会使生物膜的通透性变差，影响营养物质的吸收和代谢产物的排出，进而导致生物膜老化。

     微生物的自然衰老和死亡也是不可避免的。当微生物死亡后，其尸体如果不能及时被分解和清除，就会在生物膜内堆积，影响生物膜的正常功能。

（2）、生物膜老化的表现

1）水质处理效果下降

     生物膜老化最明显的表现是对循环水中的有害物质（如氨氮、亚硝酸盐等）的去除效率降低。例如，在正常情况下，生物膜对氨氮的去除率可以达到90% 以上，当生物膜老化时，去除率可能会下降到70% 甚至更低。这是因为老化的生物膜中，微生物的活性降低，其分解和转化有害物质的能力也随之减弱。

     水体中的溶解氧（DO）消耗模式改变。健康的生物膜微生物代谢活动旺盛，会消耗适量的溶解氧，使水中溶解氧保持在一个稳定的水平（如4 - 6mg/L）。而老化的生物膜可能会出现局部厌氧区域，或者微生物对溶解氧的利用率下降，导致水中溶解氧浓度波动较大，甚至可能出现溶解氧过高或过低的情况。

2）生物膜外观变化

     从外观上看，老化的生物膜颜色可能会变深，从正常的浅褐色或淡黄色变为深褐色甚至黑色。这是由于微生物的代谢产物积累、死亡细胞堆积等原因导致的。

     生物膜的质地也会发生变化，正常的生物膜质地较为均匀、有弹性，而老化的生物膜可能会变得松散、易碎。例如，在水流的冲击下，老化的生物膜容易脱落，使填料表面的生物膜厚度不均匀，甚至出现局部光秃的现象。

3）微生物群落结构改变

     通过显微镜观察可以发现，老化生物膜中的微生物群落结构发生变化。正常情况下，生物膜中有多种微生物相互协作，包括细菌、原生动物和后生动物等，形成一个稳定的生态系统。老化时，一些有益微生物的数量减少，而一些适应不良环境的微生物（如丝状菌等）可能会过度繁殖，破坏了微生物群落的平衡。

（3）、生物膜的维护措施

1）优化水质管理

     合理控制养殖密度和饲料投喂量是关键。根据生物滤池的处理能力和养殖品种的需求，科学地调整养殖密度，避免过度投喂。例如，通过定期称重、观察鱼类的摄食情况等方式，精准投喂饲料，减少水中有机物和氨氮的产生。使用自动投饵机投喂，采用少食多餐的投饵策略，减少氨氮亚盐峰值负荷。

     定期监测和调节水质参数。将pH 值控制在7 - 8.5 之间，温度保持在适宜微生物生长的范围内。可以使用水质调节剂，如添加小苏打（碳酸氢钠）来调节pH 值，通过加热或冷却设备来控制水温。同时，定期换水，一般每周换水10% - 20%，以降低水中有害物质的浓度。

2）调节水利条件

     控制好水流速度，使填料在水中处于良好的悬浮状态，同时避免对生物膜产生过大的剪切力。通过调节循环水泵的流量来实现水流速度的控制。

 

     合理设置水力停留时间（HRT），根据生物膜的处理能力和循环水的水质情况，将HRT 控制在合理范围。可以通过进水流量来实现HRT 的优化。

3）生物膜的更新与修复

     如果生物膜对氨氮和亚硝酸盐的处理能力下降，可以添加硝化细菌制剂来强化生物膜的功能。一般每立方米水体添加10 - 20g 的硝化细菌制剂，这些细菌能够在生物膜表面迅速繁殖，提高氨氮和亚硝酸盐的转化效率

     在生物膜受到严重破坏或者老化程度较高时，可以考虑重新挂膜。重新挂膜可以采用自然挂膜法或闷曝挂膜法等，具体方法根据实际情况选择。例如，在水质较好、时间允许的情况下，可以采用自然挂膜法；如果需要快速恢复生物膜的处理能力，则可以选择闷曝挂膜法。

     改变投喂策略，采用少食多餐的策略进行投喂，让微生物在相对宽松的环境下自然恢复。为微生物提供足够的时间和资源来重新形成健康的生物膜。同时，保持水质稳定，优化水力条件，有利于微生物在填料表面的自然附着和生长。