鼓式过滤器、旋流分离器与泡沫分馏技术在循环水养殖系统水质调控中的协同效应研究

为解决循环水养殖系统(RAS)中颗粒与溶解有机物去除效率低的问题，丹麦技术大学团队通过12组中试RAS单元，对比了鼓式过滤器(Drum)、旋流分离器(Swirl)与泡沫分馏器(FF)的组合效能。研究发现Swirl+FF组合使总BOD降低40%、COD减少27%，微生物活性下降55%，但需警惕磷积累风险。该研究为RAS系统优化设计提供了关键数据支撑。

　　

在工业化水产养殖领域，循环水养殖系统(RAS)因其节水和环境友好特性成为研究热点。然而系统内不断积累的有机废物——尤其是1-100^om的微细颗粒和溶解有机物(DOM)——如同潜伏的"水质杀手"，不仅会堵塞生物滤器，更会滋生有害微生物，导致生物需氧量(BOD)和化学需氧量(COD)飙升。传统解决方案各有利弊：鼓式过滤器(Drum)虽能拦截60-100^om颗粒但对DOM束手无策；旋流分离器(Swirl)虽能温和处理大颗粒却耗能较高；泡沫分馏器(FF)在海水表现优异，但在淡水环境因表面张力问题常"力不从心"。这种"单兵作战"的局限性，促使丹麦技术大学(DTU Aqua)的Lars-Flemming Pedersen团队开展了一项开创性研究。

研究团队在丹麦希茨海尔斯建立了12套500L中试RAS系统，以虹鳟鱼(Oncorhynchus mykiss)为模型生物，设置四组处理方案：单独鼓式过滤器、旋流+鼓式(Swirl+Drum)、鼓式+泡沫分馏(Drum+FF)、旋流+泡沫分馏(Swirl+FF)。通过6周实验监测，结合BOD₅、COD_Cr等18项水质指标分析，揭示了不同组合的协同效应。

Set-up
系统配置包含RK BioElements生物滤料(比表面积750^om²m^-3)，水温恒定16-18^oC，溶氧维持80-95%。独创性地采用金属网格隔离设计，确保实验数据不受鱼类干扰。

Results
数据呈现戏剧性反差：Swirl+Drum组合虽实现最高有机物日去除量(1.2kg/d)，但水质改善有限；而含FF的系统表现惊艳——Swirl+FF组总BOD骤降40%，COD削减27%，微生物活性降低55%，如同给水体安装了"分子级吸尘器"。但研究者也发现"甜蜜的烦恼"：该组总磷浓度上升12%，提示30-100^om颗粒可能成为磷循环的"漏网之鱼"。

Discussion
研究颠覆了传统认知：机械过滤效率≠水质改善效果。泡沫分馏器展现"四两拨千斤"之效，其产生的大量气液界面如同"分子陷阱"，对DOM的吸附效率比预期高37%。特别值得注意的是，Swirl+FF组合中旋流分离器的预处理显著提升了FF效率，这可能是由于离心力场预先完成了颗粒"分级整理"。

Conclusion
该研究为RAS设计提供了黄金组合方案：Swirl+FF对DOM去除具有不可替代性，而Drum+Swirl更适合颗粒物主导的系统。研究者特别强调，未来设计需考虑"磷悖论"问题，建议在Swirl后增设微滤环节。发表于《Aquacultural Engineering》的这项成果，不仅为欧盟"BioMeka"项目提供了关键技术支撑，更重新定义了RAS水质管理的范式——从"单点突破"迈向"协同治理"的新时代。