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生物滤器是封闭循环水养殖系统(Recirculating aquaculture system, RAS)的核心单元,而载体填料对生物滤器的功能发挥起着关键的作用。本文在测定竹质空心生化球、麦饭石、陶粒和塑料生物滤球等四种填料关键理化参数的基础上,研究了四种填料的曝气生物滤器对人工模拟海水养殖废水化学好氧量(Chemical oxygen demand, COD)、总氨氮(Total ammonium nitrogen, TAN)的去除速率以及硝化细菌数量增长情况,比较了四种不同填料、不同C:N比对生物滤器硝化效能的影响,分析探讨了曝气生物滤器对COD、TAN等污染物的去除机理和机制。研究结果表明:(1)竹制空心生化球填料的比重和水接近,理化性能最佳;陶粒的比表面积最大;麦饭石的粒径最小,生物滤器总表面积最大。采用BET原理来测定填料比表面积反映了填料的最大可能的比表面积,但不适于表征填料的生物膜细菌附着总体表面积。(2)麦饭石具有最高的COD去除速率和TAN去除速率,最高去除速率分别可达850 g/m~3·d和20 g/m~3·d,其原因可能在于其具一定的吸附作用,粒径最小及具较大的总表面积。竹制空心生化球次之,最高去除速率分别可达750 g/m~3·d和18 g/m~3·d,且在高C:N比下具有最高的去除速率;在封闭循环水养殖中具有一定的应用前景;陶粒略次于竹制空心生化球,最高去除速率分别可达650 g/m~3·d和15 g/m~3·d;而生物滤球效果最差,最高去除速率分别可达650 g/m~3·d和10 g/m~3·d。TAN去除速率随着COD含量(即C:N)的升高而降低,COD去除速率随着C源含量的升高而升高。C:N比高于12时,会破坏生物膜结构和功能,使硝化功能异常;(3)在不同C:N比条件下,不同填料的TAN去除百分比差异很大。麦饭石、陶粒以及生物滤球等三种填料的TAN去除百分比随时间的推移呈指数上升趋势,去除百分比与时间的拟合曲线分别为:y = 0.334Ln(x) - 0.173(R2 = 0.81),y = 0.195Ln(x) + 0.015(R2 = 0.75),y = 0.069Ln(x) - 0.039(R2 = 0.49);而竹制空心生化球的TAN去除百分比随时间的推移呈直线上升趋势,去除百分比与时间的拟合曲线为:y = 0.0251x(R2 = 0.91);(4)生物滤器内硝化细菌的数量低于异养细菌的数量;竹制空心生化球的氨氧化细菌(Ammonium-oxidizing bacteria, AOB)数量最高,可达4.47×106 MPN/g;在温度为15-22℃,水力停留时间(Hydraulic retention time, HRT)为0.5 h的运行条件下,生物滤器的硝化细菌挂膜成功需40-50d左右:竹制空心生化球最慢,需要50d;其他填料约需40d;(5)填料的种类能够影响生物滤器的运行稳定性。填料选择与生物滤器生物膜的挂膜成熟、正常硝化功能的建立有密切的关系,而对硝化速率具有更为明显的影响。(6)生物滤器的TAN去除速率受进水稳定性、有机物浓度以及生物膜细菌周期性的影响;TAN去除速率具有周期性,进而导致生物滤器出水的TAN浓度产生波动,其原因还有待进一步深入研究。