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鱼菜高：一文弄懂工厂化循环水系统成功运行的2个关键环节

花匠小妙招
2025-05-23 09:16

工厂化循环水养殖通过物理、化学、生物过滤方式对系统排放水进行净化处理，实现超过80%水体循环利用，节约水资源。比流水养殖节省40%以上能源，减少尾水排放，避免对沿海环境污染。采用臭氧、紫外线等消毒杀菌设备，整个养殖系统在益生菌主导环境下运转病害少，一般不使用抗生素，产品绿色无公害。摆脱地理条件的束缚水环境稳定，鱼类生长速度和养殖密度显著提高，使水产养殖由传统方式向按计划生产、规范化管理、保障产品质量可跟踪追溯的工业化经营模式转变。

01 材料与方法

1.1生物滤池

选用黄海水产公司10车间5套系统生物滤池，长×宽×高＝8×5×2.5m＝100m³，有效体积为100m³。生物滤料采用聚乙烯及聚丙烯纤维丝条（直径为0.5mm，比表面积为360㎡.m-3）加工成弹性刷状生物载体，在水中呈均匀辐射状伸展，具有一定的柔韧性和刚性，使气、水、净化微生物之间充分接触，使净化微生物能均匀地附着在每一根纤维丝条上，从而获得巨大的比表面积（图一、图二）。

图一工厂化循环水车间

图二生物滤池弹性滤料

1.2实验设计

于5组生物滤池加入不同浓度的NH4Cl（表1），并加入150g微生态制剂（含有乳酸菌、芽孢杆菌及酵母菌等有益菌）和营养物质C6H12O6、NaNO2、K2HPO4、Na2HPO4、MnSO4等，生物挂膜过程中每天取水样测定NH4-N、NO2-N、NO3-N、PO4-P、COD、pH、DO及温度，以后每隔一天测定一次。

表一实验组对照

设定16℃、20℃、24℃、28℃和32℃5个不同温度组，采用加热控制生物滤池水温，进水氨氮浓度为1mg/L，通过水泵流量使水力停留时间（HRT）在36min，测定24、48、72、96、120h内滤池中氨氮浓度的变化。

配置不同进水氨氮浓度组(0.25mg/L、0.50mg/L、1.0mg/L和2.0mg/L)和水力停留时间（18min、36min、54min）的双因子实验，测定氨氮去除率（NR%）。

NR=(TANi-TANe)/TANi×100%，其中TANi和TANe分别指进、出水总氨氮浓度。

设置5个实验组，每组生物滤池加入不同剂量微生态制及悬挂载体质量或比表面积参数（表二）。利用水泵抽取养殖池水进入生物滤池，经处理后重新回流养殖池进行循环。

表二实验组参数

02 结果与讨论

2.1结果

2.1.1生物滤池氨氮、亚硝酸盐去除机理

氨氮在水中主要以铵离子NH4+＋OH-和游离氨NH3＋H2O形态存在，生物滤池进行3种反应。

亚硝化反应：NH4+＋3O2→NO2-＋4H+＋2H2O

硝化反应：2NO2-＋O2→2NO3-

反硝化反应：6NO3-＋5CH3OH→5CO2＋2N2＋7H2O＋6OH-

2.1.2微生物自然挂膜形成过程

图三未挂膜前毛刷

图四挂满菌膜毛刷

图五生物膜浓度变化

从生物膜（图三、图四）浓度变化可见，不同NH4-N浓度对生物滤池挂膜影响显著，高浓度氨氮更易于生物滤池挂膜，生物挂膜成熟周期需要35-40d（图五）。

2.1.3生物膜形成过程NH4-N、NO2-N及NO3-N浓度变化

图六 NH4-N、NO2-N、NO3-N浓度变化

不同NH4-N浓度组生物滤池挂膜，最终NH4-N浓度都低于0.05mg.L-1，表明生物挂膜达到稳定成熟（NH4-N<0.05mg.L-1，NO2-N<0.02 mg.L-1），所需的时间为45d左右（图六）。

2.1.4温度对氨氮去除的影响

图七温度对氨氮去除影响

随着水温升高和延长时间，氨氮浓度下降速度加快，不同水温之间氨氮浓度变化呈现显著性差异（P<0.05），生物膜在28℃水温去除氨氮效果更显著（图七）。

2.1.5进水氨氮浓度与HRT对氨氮去除率的影响

图八进水氨氮浓度与HRT去除氨氮效率

随进水氨氮浓度增高及水力停留时间延长，氨氮去除率不断增加，进水氨氮浓度2mg/L，HRT54min，其去除率最大为69.49%（图八）。

2.1.6生物滤池中氨氮降解效果

进出水NH4+-N平均浓度产生显著差异(P＜0.01)，实验组中NH4+-N浓度明显低于对照组，不同浓度组对NH4+-N去除率显然也有差别(P＜0.01)（表三）。

表三氨氮降解效果

2.1.7生物滤池中亚硝氮降解效果

实验组对NO2--N的平均去除率存在显著差异(P<0.05)（表四）。

表四亚硝氮降解效果

2.1.8生物滤池中硝氮浓度的变化

除1#组进出水NO3--N平均浓度无明显差异(P>0.05)，其余组出水NO3--N显著高于进水NO3--N浓度(P<0.05)，实验组NO3--N浓度和对照组差别不大（表五）。

表五硝氮浓度变化

2.2讨论

2.2.1不同氨氮浓度对微生物挂膜形成产生显著影响，5mg/L、10mg/L、20mg/L，高浓度氨氮更易于微生物扩繁生长和生物膜形成，生物膜达到预期水质净化效果的形成周期，即生物挂膜成熟周期约需要35-40d。

2.2.2生物挂膜成功后形成很好的硝化作用，实验生物滤池中的氨氮和亚硝氮浓度均保持≦0.05mg/L，彰显对氨氮及亚硝氮很高的去除效果。1mg/L与2mg/L低浓度氨氮不易于微生物扩繁生长，难以形成具有较好水质净化效果的生物膜。

2.2.3在相同的进水氨氮浓度下，氨氮浓度随着水温升高变化显著，水温28℃时经过生物膜120h水处理，进水氨氮浓度降至最低。不同进水氨氮浓度和水力停留时间（HRT）双因素条件下，随着进水氨氮浓度与HRT增加，氨氮去除率也不断的加大，氨氮去除效率在同一氨氮浓度下随着水力停留时间的延长反而降低。

03 前景与展望

工厂化循环水养殖过滤系统是核心关键技术，工艺流程为前置微滤机，将悬浮物及≥80μm颗粒物理过滤去除，小于该规格且肉眼难见的杂质无法滤出，部分有机物发酵分解恶化水质指标，影响养殖品种生长发育。通过生化处理培养硝化细菌，降解80μm以下的颗粒物及转换危害水生物指标的氨氮和亚硝酸盐，生物填料材质从毛刷更新到泡沫滤料，又升级至MBBR，经过这样生物净化才彻底解决水质达标合格。

本文作者：中国水产科学研究院黄海水产研究所，梁友