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在循环水养殖系统（RAS）中，固废和溶解废物积累影响鱼类生长。研究人员开发新型固定床生物滤池，用可压缩聚氨酯泡沫作介质，测试不同水力停留时间（HRT）下效果。结果显示该滤池处理效果好、操作简单，为水产养殖应用提供新方案。
在现代水产养殖领域，循环水养殖系统（Recirculating Aquaculture Systems，RAS）凭借其环保、高效的特点，成为行业发展的新方向。它能精准调控水质，实现水资源的循环利用，大幅提升养殖产量。然而，这个看似完美的系统却存在着诸多隐患。随着养殖规模扩大，投喂量不断增加，而水体交换量却相对减少，这使得各种废物在系统内迅速累积。
鱼类排泄物和未被食用的饲料形成的固体废弃物，以及氮、磷、二氧化碳（CO?）等溶解废物大量堆积。其中，鱼类排出的溶解态氮主要是离子化氨（NH??）和具有鱼毒性的游离氨（NH?），它们在酸碱平衡中相互转化，二者总和被称为总氨氮（Total Ammonia Nitrogen，TAN） 。当氨浓度升高时，鱼类会受到极大影响，生长速度减缓、免疫力下降，甚至面临死亡风险。
除了溶解废物，颗粒物质的积累也不容小觑。它们会促使细菌大量繁殖，引发一系列连锁反应。比如，水体产生异味，生化需氧量增加，溶解氧含量降低，CO? 产量上升，还可能导致氨的浸出、有毒硫化氢的生成以及有害生物膜的生长。这些问题严重破坏了养殖系统的稳定性，制约了鱼类的健康生长和养殖效益的提升。
为了解决这些难题，来自丹麦技术大学水产养殖研究所（DTU Aqua）的研究人员开展了一项具有突破性的研究。他们致力于开发一种新型固定床生物滤池，希望能为水产养殖行业带来新的转机。
研究人员在滤池中填充了 Levapor? 泡沫介质，并为其配备了专门针对泡沫介质设计的机械压缩装置，用于在反冲洗时挤压泡沫，去除截留的固体物质。该研究在一个养殖虹鳟鱼的中试规模淡水 RAS 中进行，测试了两种不同的水力停留时间（Hydraulic Retention Time，HRT），分别为 2.4 分钟（低 HRT）和 16 分钟（高 HRT），实验周期长达 18 周。
研究中用到的主要关键技术方法包括：在中试规模的淡水 RAS 中构建实验系统，将滤池连接到养殖虹鳟鱼的系统中；通过监测进出水的浓度，计算单通道去除效率和体积比去除率；收集反冲洗过程中产生的污泥，以此测定颗粒物质的保留率。
实验结果
- 水质参数稳定：在 18 周的实验期间，20 立方米的中试规模 RAS 中没有出现鱼类死亡现象。TAN 和亚硝酸盐氮（NO?? -N）浓度一直保持在较低水平，而硝酸盐水平升高，这表明在持续投喂的情况下，系统的硝化作用稳定。
- 去除效率差异：高 HRT 反应器的单通道去除效率更高，总氨氮（TAN）的峰值去除率达到 90%，亚硝酸盐氮（NO?? -N）为 66%，细菌活性（通过 Bactiquant 和 H?O?降解试验测定）分别为 64% 和 48%，浊度去除率为 44%，紫外线透过率（UVT）提高了 10 个百分点，这些数值大约是低 HRT 反应器的 1.5 - 3.5 倍。
- 去除速率不同：低 HRT 反应器在体积比 TAN 和 NO?? -N 去除速率上表现更优，分别为 67.9 ± 18.6 g TAN/m3/ 天和 22.5 ± 12.5 g NO?? -N/m3/ 天，这是由于底物负荷增加。此外，低 HRT 反应器在污泥中保留了更多的颗粒有机物，干物质平均保留率为 38.2 ± 1.1 g / 周，总化学需氧量（Total Chemical Oxygen Demand，COD）为 25.7 ± 1.2 g / 周，而高 HRT 下分别为 24.8 ± 0.7 g / 周和 7.7 ± 0.7 g / 周 。
- 反冲洗效果良好：反冲洗增强了硝化作用，且没有影响系统稳定性。不过，在运行暂停四周后，NO?? -N 去除率出现了暂时下降。
研究结论与讨论
这项研究表明，新型固定床生物滤池在 RAS 中展现出了卓越的性能。它能够快速且高效地去除溶解态氮化合物（TAN 和 NO?? -N）、细菌以及颗粒有机物，启动后迅速实现了 TAN、NO?? -N、细菌活性和浊度的显著单通道降低，同时提高了 UVT。反冲洗和污泥收集过程也证实了该系统对颗粒物质的有效截留和去除。
这种新型生物滤池的优势不仅体现在处理效果上，其创新的反冲洗机制摒弃了传统曝气方式，提高了清洗效率，减少了停机时间，操作简单便捷，大大增强了在水产养殖中的实际应用价值。它为解决 RAS 中废物处理难题提供了切实可行的方案，有望推动水产养殖行业朝着更高效、更环保的方向发展，提升养殖效益，保障鱼类健康生长，对水产养殖产业的可持续发展具有重要意义。该研究成果发表在《Aquacultural Engineering》上，为相关领域的研究和实践提供了重要参考。
