【循环水养殖大讲堂】水处理系统中的生物过滤

　　提示：对专业词汇头晕的朋友可以直接看紫色字体。

　　生物过滤是整个水处理系统中最重要的环节，想必大家都不陌生，然而整个生物过滤过程又是目前为止科学家们掌握基础信息最少，作用机制最神秘，控制最没把握的部分。它不像机械过滤过程，多大的孔径、多少的去除率完全都可以计算出来。生物过滤表面上看是简单的氨氮无害化的过程，实际上中间反应环节众多，无数不同种类微生物相互协作，每个中间反应又受到多个因素的影响和作用，因此要想精确控制其过程，是非常有挑战性的事。目前单单一个生物过滤过程就养活着全世界数十个科学家团队和实验室，足见其复杂程度。反过来也证明了，造物主对生物的精密雕琢远远超出我们的想象，世界的乐趣和多样性也正源于此。

　　言归正传。

　　氮的流转

　　氮元素是组成一切生物的基本元素之一，广泛存在于蛋白质、核酸、腺苷磷酸、吡啶核苷酸和色素当中。在水产环境里，氮也是养殖动物产生的废物中主要构成元素。含氮废物主要有四类，氨氮、尿素、尿酸和氨基酸。不同于人的代谢物终产物是尿素，鱼的代谢终产物是氨，由呼吸作用经鳃扩散交换入水体，尿液和粪便被微生物分解后也产生氨。因此对于养殖来说最关键的是氨氮、亚硝态氮和硝态氮。氨氮和亚硝态氮对鱼具有毒性，硝态氮相对无毒。

　　由于没找到能表达我的意思的图，于是自己上了，画工粗糙，还请见谅~

　　OK，上面这段话变成白话意思就是，不管你吃的饭，还是拉的粑粑撒的尿，基本成分都有氮。尽管表现形式不同，基本成分却一样，然而你能在佳肴满桌的厨房猫上一天，却很难在臭烘烘的茅房待上十分钟。鱼也是。

　　硝化作用和反硝化作用

　　我们要做的就是解决臭粑粑，怎么做呢?让细菌来解决。细菌这种无所不在、无所不能的家伙可以变废为宝，变害为益。

　　氨和亚硝酸盐可做为硝化细菌的食物，进而变成“无臭无味”的硝酸盐。氨被氧化为亚硝酸盐，进而氧化为相对无害的硝酸盐的过程被称作硝化作用。硝化作用由化能自养细菌完成。这是个好氧细菌，需要大量的氧气。一般水体交换的养殖系统中，硝酸盐的积累可以忽略不计。而在零交换水体当中，硝酸盐的高浓度会降低硝化反应的效率并产生一定的生物毒性。一般引入异养微生物将硝酸盐转化为氮气排出系统，这个过程被称为反硝化作用，一般为厌氧过程。至此，有害的氨氮最终变为无害的氮气被清除出系统。

　　如果你觉得有点绕，你可以简单理解为：假设你是个屌丝，在上海攒了好几年钱买了一个厕所。有天厕所堵了，臭气熏天，可是你还得住，怎么办，请水管工通一通吧。他来到你们家，把脏活累活都给办了，但是他要求很高，喝茶只喝龙井，抽烟只抽中华，不然就不干活。最后下水道不堵了，厕所不臭了，你开开心心买单，继续住厕所。

　　氨与pH值的关系

　　氨在水中有两种化学形态，离子氨和非离子氨(即水合氨)，非离子氨具有毒性。氨在这两种形态间转换，在其他条件稳定的情况下，主要影响转换的因素是pH值和温度，具体信息大家可自行百度。海水里由于成分复杂，很难用唯一的公式或数值代表各种水体，但大多数情况下我们可以套用经验公式或经验表格来获得。

　　氨就像绿巨人浩克，正常时候很温顺(离子氨)，暴躁起来破坏力十足(非离子氨)，浓度高时对鱼有很强的毒性。咱们一般习惯保持水体在偏碱性，这会促进硝化反应的进行。而碱性环境下，pH越高，它脾气越暴躁，毒性越强，因此我们须控制在弱碱性为宜(pH < 8.5)。

　　好了，至此大家对生物过滤的基础理论知识应该有一个大概的概念了。我们如何在应用中实现它?

　　这是一个充满想象力的世界，不同的聪明人有不同的解决办法，也就诞生了众多的生物过滤解决方案。就好像大街上各式各样的汽车，同样四个轮子，却是龙生九子各有不同，而作为用户呢，也要根据自己的实际情况选择最合适的解决方案。

　　下节小课堂我们来重点说说实现生物过滤的两个重要部件，生物填料和曝气装置。