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晒黑,其他水质因素影响生物过滤器中的硝化率

托马斯M. Losordo,Ph.D. Dennis P. Delong,MSM 托德C. Guerdat,Ph.D.

总氨氮,水温和盐度,有机碳是重要的变量

硝化
移动床生物反应器是商业水产养殖中使用的众多类型的硝化过滤器之一。照片由北卡罗来纳州立大学,农业和生命科学学院提供。

众所周知,生物滤泡中硝化率受到多种水质变量的大大影响。假设流动不限制生物过滤器中的硝化率,也许最重要的是系统水,水温和盐度中总氨氮(TAN)的浓度,以及系统水中有机碳的量。

量化硝化

从历史上看,研究报告了基于媒体特定表面区域的硝化速率,该值放置在更高的SSA值上。理论上,SSA越大,细菌的生活空间就越多。在理想的世界中,这将转化为更高的硝化率。

然而,在商业水产养殖的现实世界中,细菌产生了一种可以有效地覆盖介质的生物膜,可能以一种堵塞媒体的地形或多孔特征来增加媒体,该介质设计用于增加特定表面积。这种介质的这种覆盖基本上创造了新的媒体形貌,并减少了细菌使用的实际表面积。

体积TAN转换率

因此,基于SSA的特定过滤介质的理论硝化能力并不总是反映现实世界中实现的实际硝化。最近,已经提出了生物过滤的硝化率应基于每单位未膨胀媒体体积的TAN转换。称为体积TAN转换率(VTR),本标准硝化度标准测量的典型单元是每天每立方米的生物过滤介质覆盖克革兰。

该硝化测量的精度不倾向于通过生物过滤介质的居民表面积的假设引入的误差。它是基于其易于测量的体积的过滤器容量的直接测量。

晒黑浓度效应

在商业水产养殖中遇到的大部分条件下,TAN浓度保持在2mg / L以下。在这些水平,通常存在滤光片转化率和过滤器中的TAN浓度之间的线性关系。当值升高超过3-4mg tan / l时,硝化率通常不会进一步增加。

图。图1是在循环水产养殖系统(RAS)中使用的生物过滤器反应器中的TAN浓度与VTR的关系的实例。近线性关系和硝化速率峰的斜率对生物过滤介质和系统水质特异。请记住,硝化率可以受到其他水质参数的限制,例如溶解 - 氧浓度,温度,盐度和溶解的有机碳的浓度。

另外,从培养槽和通过生物过滤器的氨氮的周转率和物理运动可以限制生物过滤器的活性。设计师应密切关注离开生物过滤器的棕褐色所需的浓度。一般来说,棕褐色浓度越低,生物过滤器需要越大。

图1:体积TAN转化率和生物过滤器反应器TAN浓度之间的关系的理想化示例。

有机碳浓度

Ras中的溶解有机碳来自培养的生物的粪便的降解和未吃的饲料的降解。通常,异养细菌降解并代谢溶解和颗粒状有机物。自触发和异术在生物过滤介质上竞争空间,同时形成生物膜。

这两种类型细菌之间的营养和氧气竞争导致分层生物膜结构。增长速度增长的异养细菌倾向于占据分层生物膜的外层,其中底物浓度和脱离率均均高。生长较慢的硝化(自养)细菌占据内部生物膜层。

已经显示出杂养细菌的生长率比自养细菌的生长率大。通过覆盖硝化细菌,异抗减少了氨 - 氮的扩散并将氧气溶解在硝化细菌中,从而负降低了生物过滤器的硝化速率。

降低硝化率对水质产生不希望的影响,包括较高的Tan浓度,并对培养动物产生压力。随着有机碳与氨 - 氮的比率增加到1:1,可以看到在生物过滤器中减少超过70%的硝化速率。因此,应尽快从过程流动中除去未曝光的饲料和粪便 - 并且当流进入生物滤波器之前,肯定会从过程流中除去。

在生物过滤器之前直接放置机械过滤器将导致最大地去除颗粒状有机物,最终提高生物过滤器硝化率。

温度效果

温度对固定生物膜过程中硝化的影响,如生物膜中的那些,比在国内废水处理中发现的悬浮生长过程更复杂。在悬浮的生长反应器中,观察到较高的生物反应速率,因为系统达到最佳温度,高于该速率通常降低。预测温度对固定膜生物反应器的影响是困难的,因为如上所述,营养素和氧气进入生物膜的扩散传输对硝化率具有重要意义。

研究表明,温度对水产养殖生物过滤器的硝化的影响比以前思想的重大显着。溶解的氧气(D.O.)可能变得更加在氧气通量的扩散过程限制引起的更高温度下的限制因子。

该做的。随着温度的增加,水中的饱和浓度降低。因此,研究表明,氧气限制通常对14至27摄氏度的温度影响比温度变化更多。

也许来自这一点的最重要的信息是,在再循环系统水中,应更加关注有机碳浓度积聚。由于商业RAS以低TAN浓度和高进料速率运行,因此得到的有机载荷在比温度或几乎任何其他水质参数中起着更大的作用。

盐度效果

海洋物种一般趋于更敏感的氨 - 氮浓度水平更敏感。因此,可能需要设计具有盐水的系统以保持较低浓度的棕褐色。与海水系统上可用的信息相比,有关于淡水系统硝化的公布信息的相对丰富。

关于海水对硝化的影响有一些辩论。几项研究表明盐水中硝化率比在类似的淡水系统中低约40%。因此,在设计海洋RAS时,必须考虑船舶物种的棕褐色耐受性的较低水平以及生物过滤器在盐水中降低的事实。可以安全地说,在大多数情况下,海洋生物过滤器应大于淡水生物过滤器,用于相同的饲料速率。

编者注意事项:本文以2009年出版物第31章提出的作者提供的信息 水产养殖技术:提高生产效率,质量和环境管理,由Woodhead Publishing,Ltd。出版

(编辑’s注意:本文最初发表于2015年5月/ 6月印刷版 全球水产养殖倡导者。)