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相对于工业废水和生活污水,水产养殖废水具有成分简单,污染物浓度较低(CODMn浓度一般在130mg·L-1左右、TN浓度一般在15mg·L-1左右),水质稳定,水量大等特点,若不经过处理直接排放到环境水体中,会造成极大的环境污染,限制水产养殖业的发展。通过适当的处理,水产养殖废水可以回用,同时可以节约水资源,减少污染。在分析国内外水产养殖废水最新研究成果的基础上,本课题针对淡水水产养殖废水的特点,提出应用新型序批式生物膜法(SBBR)处理水产养殖废水。本课题首先采用电化学方法对活性炭纤维(ACF)进行改性,自主研发出挂膜性能良好的生物活性炭纤维(BACF),然后研究装有该填料的小试BACF-SBBR反应器的启动特性,并对系统的运行工艺进行了优化,并通过Miseq技术解析了填料上负载的微生物膜菌群多样性和结构,为再循环养殖系统(RAS)的构建提供了材料、工艺和理论支持,在此基础上,采用中试试验考察该工艺对实际养殖废水的处理能力,最后将该工艺应用于RAS工程示范项目。本课题首先对ACF进行电化学改性处理,使ACF表面结构和性能发生改变。使用Boehm滴定法、BET和FT-IR等技术对改性前后的ACF研究发现,经过电化学改性后的ACF表面变粗糙增加,官能团数目增加,生物相容性性提高,吸附性能提高。其中电解质为1mol·L-1的磷酸溶液,电流密度为1mA·cm-2,电解时间为150s的电化学改性条件下,获得的ACF挂模量最大,记为BACF,作为后续小试、中试和工程应用的生物膜反应器填料。研究发现ACF吸附的N、P等营养物质为微生物的生长提供了营养元素,所以挂膜速度比其他材料速度快。亲水性有利于微生物附着,但亲水性过高,反而导致微生物的游离,不利于微生物的挂膜。小试BACF—SBBR工艺处理模拟水产养殖废水研究表明,填料成膜速度快,反应器启动时间只需要20d。系统处理水产养殖废水的最优工况是：瞬时进水、厌氧2.5h、曝气5h、沉淀0.75h、排水0.2h,最佳进水pH值在7-8之间,最佳进水C/N比为7：1,最佳温度为30℃。系统在最佳工况下运行3个月,CODMn出水浓度位于3.25mg.L-1～7.03mg.L-1之间,氨氮的出水浓度为0.34mg.L-1～0.88mg.L-1,出水TN的浓度为0.40mg·L-1～0.92mg·L-1,亚硝酸盐未检出,出水TP浓度为0.12mg.L-1～O.32mg.L-1,满足《淡水池塘养殖水排放要求》(SC/T9101-2007)Ⅰ级标准。通过生物技术Illumina Mesiq测序表明系统中的的微生物种类丰富,优势优势菌主要为变形菌门(Proteobacteria).中试试验研究表明,BACF.SBBR工艺对实际养殖废水的处理效果良好,系统最佳填料投加密度为0.3kg·m-3,最佳曝气量为9L·h-1。通过3个月的稳定运行表明,出水水质均能达到回用标准。CODMn出水浓度在5.33-8.26mg·L-1之间,氨氮出水浓度在0.71～1.21mg·L-1之间,TN的出水浓度在0.78-1.24mg·L-1之间,TP的出水浓度在0.07-0.34mg·L-1之间。示范工程研究结果表明,系统稳定运行5个月,出水水质稳定。CODMn的出水浓度在1.84-5.41mg·L-1之间,氨氮出水浓度在0.14-0.46mg·L-1之间、TN的出水浓度在O.15～O.49mg.L-1,TP的0.03-0.12mg·L-1之间。悬浮污染物的浓度5mg-L-‘以下。出水指标满足设计要求,达到回用标准,全部用于回用。本示范工程的运行成本大约为0.39元·m-3,而原处理系统的运行成本大约为0.88元.m-3,大大地节约了运行成本。本示范工程占地面积少,运行管理方便,运行成本低,污染物去除率高,出水水质好,适合低浓度水产养殖废水的处理,具有一定的推广价值。