循环水生物滤池的设计流程及实战案例！

循环水生物滤池的设计流程及实战案例！

一、生物滤池的设计

     在循环水养殖系统中，生物滤池的造价通常在整个系统中是占比最大的部分。同时，生物滤池在循环水养殖中所发挥的功能至关重要，它能够有效地去除水中的有害物质，如氨氮、亚硝酸盐等，同时还能分解溶解性有机物，维持水质的稳定。因此，生物滤池的合理设计对于整个循环水养殖系统的成功运行起着决定性的作用。若设计不当，可能导致水质恶化，影响养殖生物的健康和生长，进而使整个养殖系统面临失败的风险。反之，科学合理的设计则能确保系统高效稳定运行，提高养殖效益。

1、生物滤池的设计需要考虑的因素

（1）不同养殖动物对水质的要求不同

     不同的养殖生物对水质的要求差异很大。例如，高档的冷水鱼通常对水质要求苛刻，氨氮浓度一般需控制在0.2mg/L 以下，亚硝酸盐浓度在0.05mg/L 以下，溶解氧（DO）在5 - 7mg/L，pH值保持在 7 - 8 左右；而普通的鱼比如鲈鱼对水质的耐受性相对较强，但氨氮浓度一般也应低于0.5mg/L，亚硝酸盐浓度低于0.1mg/L，DO在 4 - 6mg/L，pH值在 6.5 - 8.5之间。这些水质指标直接决定了生物滤池的处理目标，需要根据养殖生物的具体需求来设计生物滤池的处理能力。

（2）、养殖规模和养殖密度

     养殖规模和养殖密度直接影响污染物的产生量。高密度养殖会产生大量的养殖生物排泄物和残饵，从而增加水中的氨氮、有机物等污染物的负荷。在这种情况下，生物滤池需要具备更高的处理能力，可能需要增大滤池容积、延长水力停留时间（HRT）、提高滤料填充率或选择更高效的滤料和微生物群落，以应对高污染物负荷。

（3）、滤料特性

     滤料的比表面积越大，为微生物提供的附着空间就越多，越有利于微生物的生长和污染物的去除。例如，比表面积在300 - 800m?/m?的滤料能够承载大量的微生物，增强生物滤池的处理能力。在设计时，要根据水质处理要求和微生物附着需求选择合适比表面积的滤料。

（4）、水力条件

     水力停留时间（HRT）是指污水在生物滤池中停留的平均时间，它直接影响污染物的去除效果。根据水质要求、污染物浓度和生物滤池的处理能力，合理确定HRT。一般来说，对于要求高效去除污染物的情况，HRT可能需要较长，如在一些高精度的循环水育苗系统中，HRT可能达到 2 - 3 小时；而对于水质要求相对较低的情况，HRT可以较短，如 0.5 - 1 小时。

（5）、水流速度

     水流速度要适中，既能够使污水与滤料充分接触，保证微生物对污染物的分解和转化，又不会因为水流速度过快而冲刷掉滤料表面的生物膜或导致滤料移动异常（对于移动床和流化床滤池）。在移动床生物滤池中，水流速度要能够维持填料的良好流化状态，一般在0.2 - 0.5m/s 之间。

（6）、进水和出水方式

     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。

（7）、溶解氧需求

     根据微生物的代谢需求和养殖生物对溶解氧的要求，确定生物滤池中的溶解氧浓度。不同的微生物在进行污染物分解和转化过程中对溶解氧的需求量不同，例如，硝化细菌在将氨氮氧化为硝酸盐的过程中需要充足的氧气。一般来说，生物滤池中溶解氧浓度应保持在4mg/L 以上，对于一些对溶解氧要求较高的养殖品种，可能需要将溶解氧提高到5 - 8mg/L。曝气强度要适中，既要满足微生物的氧气需求，又不能因曝气过度而破坏生物膜的稳定性或导致能源浪费。同时，要保证曝气的均匀性，避免局部缺氧或过度曝气的情况。例如，在浸没式生物滤池中，通过合理布置曝气盘或曝气管，使气泡在滤池中均匀分布，确保每个区域的微生物都能获得足够的氧气。

三、生物滤池的设计流程

在对循环水养殖生物滤池进行设计时，可根据以下流程进行设计：

第一步：确定养殖水体的大小

养殖水体的大小要根据土地规模的大小和资金实力等因素综合考虑。

第二步：确定养殖品种

不同的养殖品种对水质的要求不同。

第三步：确定养殖密度和最大日投饵量

根据选定的养殖品种和养殖水体的大小计算合理的养殖密度，并以此计算最大日投饵量。

第四步：根据最大投饵量计算氨氮总量

饲料蛋白质中氮的含量：7%。

： 30%

氨氮分子量：17

氮原子量：14

第五步：根据水质要求选择合适的氨氮容积负荷率

生物滤池氨氮容积负荷率是指单位时间内、单位体积生物滤池所能够处理的氨氮的量。它是评估生物滤池处理氨氮能力的一个关键参数。例如，如果一个生物滤池的氨氮容积负荷率是0.5kg NH3-N/(m??d)，这意味着每立方米的生物滤池每天能够处理0.5千克的氨氮。这个参数可以帮助我们了解生物滤池在处理含氨氮废水等应用场景中的工作效率。下表总结了不同养殖品种对应的生物滤池氨氮容积负荷率。需注意的是，这些数值只是一个大致范围，实际应用中生物滤料是决定氨氮容积负荷率的核心。生物滤料的表面积决定了其承载硝化细菌的数量，决定了对水体中氨氮亚盐的去除率。除此之外，氨氮容积负荷率也会受到水温、水质、养殖密度、饲料质量等多种因素的影响。

养殖品种	生物滤池氨氮容积负荷率
冷水性鱼类（如鲑鳟鱼）	0.05 - 0.1
温水性鱼类（如鲈鱼、草鱼）	0.1 - 0.3
甲壳类（如南美白对虾）	0.03 - 0.08
贝类（如牡蛎、扇贝）	0.02 - 0.1

 

第六步：计算生物滤池体积

V=M/N

V=生物滤池体积

M 为每天需要处理的氨氮质量

N 为氨氮容积负荷率

【实战案例】

     项目简介：计划建设1000立方米水体循环水养殖鲈鱼， 养殖密度为50公斤/立方米，投饲率为3%，计算该项目生物滤池体积。

     计算最大生物承载量

已知养殖密度为50kg/m?，水体体积为1000m?，所以总生物量为：

50kg/m?1000m?=50000kg

     计算氨氮总产生量

假设每千克鲈鱼每天饲料投喂量为体重的3%，饲料含氮量为7%，鲈鱼对饲料氮的利用率约为30%。氨氮产生量计算步骤如下：

首先计算每立方米水体每天产生的氨氮量。每立方米水体有50kg鲈鱼，每天投喂饲料量为：

50000kg3%=1500kg

     饲料中的氮含量为：1500kg7%=105kg

未被利用而转化为氨氮的部分为：105kg=73.5kg

     由于氨氮中氮的原子量为14，氨氮的分子量为17，所以每立方米水体每天产生的氨氮量为：73.517/14=89kg

     确定生物滤池的氨氮去除率和出水水质要求

鲈鱼适宜的氨氮浓度应控制在0.3mg/L 以下。为了达到这个水质要求，假设进水氨氮浓度是由最大生物承载量下的饲料投喂产生的氨氮浓度为：

89kg/1000m?=89mg/L

     那么，氨氮去除率至少应为:

(89mg/L-0.3mg/L)/89mg/L=99.66%

     选择合适的氨氮容积负荷率：

参考类似鲈鱼循环水养殖生物滤池的经验数据，假设氨氮容积负荷率为:

0.2kg NH3-N/(m??d)（这一数值会因滤池类型、微生物活性等因素而变化）。

     计算生物滤池体积

根据公式V=M/N（V为生物滤池体积，M为每天需要处理的氨氮质量，N为氨氮容积负荷率），则生物滤池体积为：89kg/d÷0.2kg NH3-N/(m??d)=445 m?

     在实际设计中，还需要考虑水力停留时间、水流状态、微生物生长环境等因素对生物滤池体积进行适当调整，同时要预留一定的余量以应对水质、水量的波动和养殖生物的特殊情况。例如，考虑到可能出现的水质恶化或生物量短暂增加等情况，可以将生物滤池体积设计为500m? 左右

三、生物滤池设计的经验法则：

     循环水生物滤池的设计非常复杂，为了方便计算，工程师对于生物滤池的设计总结了以下经验便于使用：

循环水养虾

生物滤池的体积占总养殖体积的比例：20%

循环水育鱼苗

生物滤池的体积占总养殖体积的比例：20%

循环水育养成苗

养殖密度为50公斤/立方米，生物滤池的体积占总养殖体积的比例：40%-50%

养殖密度为60公斤/立方米，生物滤池的体积占总养殖体积的比例：50%-60%