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近年来，中国& # 039；美国海水养殖业发展迅速，养殖产量连续多年位居世界第一。水产养殖方式逐渐从粗放的半集约化养殖向集约化、高密度、高产养殖转变。但其水生动物在高密度集约化养殖中积累的大量粪便、分泌物和残留饵料，增加了养殖水体中NHt-N、NO-N等含氮污染物的浓度，使养殖动物容易患病甚至死亡。导致水产养殖总产量和单位面积产量下降，养殖成本上升。同时，水产养殖本身带来的能源和水资源的大量消耗以及废水排放带来的问题，成为限制水产养殖可持续发展的重要原因之一。
在工业循环水高密度集约化养殖系统中，保持水温和各项理化指标的稳定，在线高效去除各种水溶性有害污染物，尤其是对养殖动物有剧毒的氨氮和亚硝酸盐氮，是最重要的环节。养殖废水的处理和循环利用是工厂化循环水养殖系统的最重要的特点。通过高效的水处理装置维持养殖水的循环利用是维持正常生产的核心技术。其中，生物滤池对控制整个系统中NHt-N和NO-N的浓度起着关键作用。生物滤池对NHt-N和NOi-N的处理效果受多种因素的影响，如滤料类型、水温、水力停留时间、底物浓度、有机负荷、溶解氧、pH碱度、反冲洗时间、生物膜厚度和龄期等。其中，温度、水力停留时间和进水氨氮浓度对生物滤池的氨氮去除效率影响较大。
主要探讨了水温中氨氮浓度和水力停留时间(HRT)对生物膜成熟生物滤池去除氨氮的影响，以确定生物滤池的适宜运行条件，为工厂化循环水养殖系统的优化设计和生物滤池的正常运行维护管理提供实验依据。
材料与方法
1.1实验材料
实验生物滤池采用圆柱形玻璃钢池，直径1.0m，高1.0m，有效容积600L。生物载体是由聚乙烯和聚丙烯纤维丝(直径0.5mm，比表面积360m2/m3)制成的弹性刷状生物载体，在水中呈放射状均匀延伸，具有一定的柔韧性和刚性，使气体和水与净化微生物充分接触，净化微生物可以均匀附着在每根纤维丝上，从而获得巨大的比表面积。
1.2生物滤池中生物膜的形成
利用微生态制剂(包括芽孢杆菌、乳酸菌、酵母菌等有益菌，有效活菌含量25亿/g)辅助海水中自然净化的微生物进行生物挂膜。实验用水为水泵抽取的舌形养殖池水，其水质指标为：氨氮0.140.17mg/L，亚硝酸盐0.0150.032mg/L，硝酸盐0.310.36mg/L，磷酸盐0.0460.058mg/L，cod Mn 5.285.36mg/L。在生物滤池启动阶段，为保证净化生物快速挂膜，葡萄糖、氯化铵等营养物质生物滤池中的氨氮和亚硝酸盐氮每1d测定一次。
1.3影响氨氮去除因素的实验设置
实验设置了16、20、24、28和32五个不同的温度组，通过加热棒加热来控制生物滤池的水温。生物滤池稳定2天后，进水氨氮浓度设定为1mg/L，通过调节蠕动泵的流量将水力停留时间控制在36min。测定了24、48、72、96和120h内滤池中氨氮浓度的变化
数据处理采用Origin7.5软件。水质指标的检测依据《海洋监测规范》 (GB12763.4-2007):次溴酸盐氧化氨氮，萘乙二胺分光光度法测亚硝酸盐，复合电极测pH，RSS-5100溶解氧仪测溶解氧，温度计测温度。
结果与分析
2.1净化微生物挂膜阶段氨氮和亚硝酸盐氮浓度的变化
在生物膜培养过程中，随着纯化微生物的不断繁殖和生长，去除氨氮的能力不断增强，氨氮浓度变化显著。氨氮初始浓度为5mg/L时，2天后净化微生物将氨氮浓度降至0.63mg/L，挂膜第2天至第20天氨氮浓度缓慢变化至0.41mg/L，随后氨氮下降速度加快，第40天低于0.05mg/L，最终氨氮浓度稳定在0.025 mg/L左右，亚硝酸盐氮浓度先发生变化。第12天后出现峰值，随后在峰值处稳定7d左右，即出现亚硝酸盐氮的积累，这与邱立平等(2004)报道的氨氮浓度过高易积累亚硝酸盐氮的现象一致，说明亚硝化作用导致亚硝酸盐氮的积累大于硝化作用对亚硝酸盐氮的消耗，最终浓度稳定在0.025mg/L，说明硝化菌群已经建立并成熟，硝化作用显著。生物膜将氨氮氧化为亚硝酸盐氮并最终氧化为石氮需要45d(图1)，这与Harayama(1974)和Forste(1974)的研究结果一致，生物滤池的硝化功能最终确立。
2.2氨氮去除影响因素实验
2.2.1温度对氨氮去除的影响
温度的变化对生物膜的生长及其活跃的生化反应速率和水中的氧浓度有很大的影响。当温度低于一定值时，纯化微生物的细胞膜处于凝胶状态，营养物质的运输受阻，细胞会因缺乏营养而停止生长。但当温度高于一定值时，细胞的某些成分如蛋白质、核酸等开始变性，使细胞难以生长，甚至导致死亡。一般来说，硝化细菌的繁殖率较低，在低温下甚至更低，适宜硝化细菌生长繁殖的平均温度在25~35范围内。
从图2可以看出，同样的进水氨氮浓度(1mg/L)，随着水温的升高和时间的延长，氨氮浓度下降的速度更快，28时氨氮浓度下降最快。生物膜净化120h后，最终氨氮浓度为0.055mg/L，而16、20、24和32时的最终氨氮浓度分别为0.41和0.35。这与大多数人认为硝化菌在16~32范围内对氨氮的去除效果最好，净化微生物生长环境的最适温度在28左右是一致的。
2.2.2不同进水氨氮浓度和不同水力停留时间对氨氮的去除效果。
氨氮浓度的变化对其去除率和特殊去除率有显著影响。研究表明，当海水淹没式生物滤池中氨氮浓度为2mg/L和DO5mg/L时，硝化反应只受其自身反应速率的限制。本实验进水氨氮浓度为2mg/L，生物滤池充分曝气，DO保持在5 mg/L以上，氨氮去除率及其比去除率见图3和图4。
在一定HRT条件下，随着进水氨氮浓度的增加，其去除率和比去除率也随之增加。同时，在一定的进水氨氮浓度下，氨氮去除率随着水力停留时间的延长而增加，但其比去除率随着水力停留时间的延长而降低。当进水氨氮浓度为2mg/LHRT为54min时，最大去除率为69.4
较短的HRT对氨氮有较高的特殊去除率，但当水流速度过高时，会冲刷生物膜，影响生物膜的活性，消耗大量能量。水力停留时间越长，氨氮的去除率越高，但会使生物滤池中的氨氮浓度处于不必要的低浓度状态，影响生物膜的稳定性，从而整体影响硝化速率。有人指出水力停留时间对氨氮去除的影响是双曲线的，即存在一个水力停留时间(HRT)使氨氮去除最大化。当水力停留时间小于HRT(最佳停留时间)时，氨氮去除效率受到氨氮浓度扩散和接触的限制。当水力停留时间大于HRT(最佳停留时间)时，氨氮去除效率受到氨氮浓度快速降低的限制，使生物滤池中的氨氮浓度处于较低浓度。因此，调节水力停留时间对生物滤池的正常运行具有重要意义。
2.3生物膜运行条件分析
养殖废水属于低浓度废水。适当的水力负荷不仅会增加生物膜与基质接触的概率，还会使溶解氧和营养物质及时到达生物膜表面并扩散到生物膜中，保持附着的具有降解活性的生物膜不被洗掉。生物膜的浓度主要由废水中有机底物的浓度决定，而有机底物的浓度又受水力负荷载体类型和微生物性质的控制。因此，循环水培养系统中生物膜的运行应主要考虑水温、水力停留时间和进水氨氮浓度的影响。
本试验测定了不同水温下，在进水氨氮浓度和水力停留时间的影响因素下，氨氮浓度及其去除率和比去除率的变化。结果表明，氨氮去除率随着进水氨氮浓度和水力停留时间的增加而增加，但在相同氨氮浓度下，水力停留时间越长，氨氮去除率越低，即水力停留时间越短，氨氮去除率越高。但在较短的HRT条件下，系统循环量大，能耗高，对滤池中的生物膜有较大的冲刷和磨损作用，影响生物膜处理氨氮和氢气效果的稳定性，不利于循环水养殖系统的运行。随着水温的升高，进水氨氮浓度明显下降，28时氨氮浓度下降最快，但在实际系统生产运行中不可能达到这么高的水温。因此，有必要考虑生物膜运行的合适水温。综合考虑以上因素，根据模拟循环水系统实验，认为循环水培养系统生物膜运行的HRT为36min，系统运行水温在20以上时氨氮去除效果较好。当然，生物膜运行条件的确定需要根据系统运行条件的具体情况来确定。
小结
在实验条件下，设置了5个温度，氨氮的去除率随着温度的升高而增加，说明温度对生物膜去除氨氮有显著影响(P0.05)，净化微生物生长的最适温度为28。一般水温为20时，能满足净化微生物的生长要求，降低氨氮浓度。
水力停留时间对氨氮的去除有显著影响(P0.05)。当总氨氮浓度一定时，水力停留时间对氨氮的去除呈双曲线关系，即存在一个氨氮去除率最大的HRT。在本试验中，不同进水氨氮浓度下，随着水力停留时间的增加，氨氮去除率不断提高，但特殊氨氮去除率下降，生物膜运行的适宜HRT为3
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