海水封闭循环水养殖系统的核心技术是养殖废水的处理和循环再利用。生物滤器是海水循环水养殖系统中的核心水处理单元，主要用于去除对养殖生物有害的氨氮、有机物等。本研究针对养殖废水和海水生物滤器的特点，围绕生物滤器沿程的硝化反应规律、HRT（或流量）对生物滤器硝化效率的影响以及水质波动（COD/TAN变化）对生物滤器硝化效率的影响等问题，构建了与填料高度和COD/TAN有关的硝化反应动力学模型。对生物滤器沿程的氨氮转化规律研究发现：以竹制空心生化球为填料，在pH为7.1⁷.6，DO为5⁷mg L^-1，气水比20:1左右，有机负荷约为4g （m³·h）^-1，水力停留时间（HRT）为1h条件下，氨氮的去除主要发生在填料高度0¹0cm处，10cm⁷0cm处氨氮去除量较少。进水氨氮质量浓度的增大和水力停留时间的降低都会导致出水氨氮质量浓度增大。不同COD/TAN比例下，随着进水流量的增大，氨氮去除率都逐渐下降，但是下降的趋势变缓。在进水COD/TAN分别为1.57⁸.28时，生物滤器的氨氮去除率随COD/TAN的增大而增大。而COD/TAN为11.02时，去除率下降。随着流量的增大亚硝酸盐氮呈现先增大后减小的趋势。COD/TAN为2.82和3.57时，亚硝酸盐氮积累的峰值明显高于COD/TAN为1.57，4.22和11.02时。基于吸附原理和一级反应生物膜理论构建了氨氮在生物滤器中沿程转化规律的数学模型，该模型对进水氨氮质量浓度较低时的生物滤器沿程出水氨氮质量浓度具有很好的预测效果；对于进水氨氮质量浓度较高时，预测值略低于实际结果。基于Monod方程和微生物种间竞争所构建的模型能够很好的解释由于养殖废水水质波动所带来的海水生物滤器处理效率变化规律，为生产中生物滤器的设计与生产管理提供一定的科学依据和理论指导意义