近年来,我国的水产养殖产业发展迅速,连续多年居世界第一位。然而常规的流水养殖不仅浪费了大量水资源,还带来了严重的水体污染,在一定程度上制约了我国水产养殖业的可持续发展。工厂化循环水养殖是一种节能性强、适用性强的养殖模式,能够利用物理处理和生物处理等方式净化养殖用水,使水资源得以循环利用。水处理技术作为循环水养殖工艺的中心环节,决定了整个系统的运行状况。本研究选用了表面积大、吸附性强的纤维球作为滤料,研发了一种新型多层纤维球生物滤池反应器,应用于实验室中罗非鱼养殖过程。多层纤维球生物滤池层层跌水,多级复氧,实现了在零换水条件下去除SS（固体悬浮颗粒物）和含氮污染物,同时达到高溶解氧出水的目的。研究结果表明,实验室条件下,自然挂膜的方式使纤维球形成了内部缺氧、外部好氧的环境,因此反应器可以同时完成硝化和反硝化过程,此外,分析了不同的水循环率对反应器的影响,水循环率为3次/天时,氨氮降低到0.2 mg/L,去除率可达96.15%;硝酸盐去除率稳定在70%左右;亚硝酸盐低至0.1 mg/L,去除率高达95.82%;出水COD浓度降至4.0mg/L,去除率达60%以上;SS去除率高达100%;出水DO浓度可以达到8–9 mg/L。采用高通量测序技术,分析了不同滤层滤料生物膜表面微生物群落的组成、相对丰度与多样性,以及各滤层微生物门、纲、属各水平的优势菌。结果表明,在门水平上,多层纤维球生物滤池的优势菌有变形菌门（Proteobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、放线菌门（Actinobacteria）等;在属水平上,多层纤维球生物滤池的优势菌主要有不动杆菌属（Acinetobacter）、假单胞菌属（Pseudomonas）等。从实验室成熟的罗非鱼循环水养殖体系的滤料表面筛选出一株高效的好氧脱氮优势菌株L4,经鉴定属于不动杆菌属（Acinetobacter）。研究了菌株的环境影响因子和脱氮性能,结果表明,丁二酸钠为菌株L4的最佳碳源,其次是乙酸钠,最佳C/N为10-15,最佳生长温度为25-35℃,最佳p H范围为6-8,最适转速为150-200r/min。菌株能适应较宽范围的氨氮负荷,可在高氨氮浓度下（500mg/L和1000mg/L）生长脱氮。菌株具有异养硝化性能和好氧反硝化性能,以（NH₄）₂SO₄、Na NO₂和Na NO₃分别为唯一氮源生长,36 h的脱氮率分别为90.2%、71.3%和91.1%。菌株固定在纤维球表面,加入灭菌后的罗非鱼养殖废水中,摇床培养三天后,结果表明NH₄⁺-N、NO₂^--N、NO₃^--N的去除率分别可达51.43%,61.92%,23.02%,去除率高于灭菌不加菌株与不灭菌不加菌株的对照组,表明菌株L4可以应用于水产养殖废水的处理中。实验结果为多层纤维球生物滤池在循环水养殖系统中的应用和脱氮机理提供了理论基础和技术支撑,具有现实意义。