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生物过滤器是循环水养殖系统（RAS）中常用的技术，主要用于净化水质，维持养殖环境的健康。
但由于其局限性，越来越多创新者开始探索更好的替代方案。
01
生物过滤器
生物过滤器通过细菌将水中的有害氨转化为较为无害的硝酸盐，并进一步去除溶解的和悬浮的颗粒物。
细菌依附在生物介质上，形成生物膜来处理水中的污染物，从而更有效地净化水质。
尽管这种过滤方法在水产养殖中很常见，但其效果受到水温、氧气含量和水质变化等因素的影响。
任何剧烈变化都会影响细菌的活性，从而影响过滤效率，并且生物介质可能会成为病原体的温床并产生异味。
此外，生物过滤器还会消耗大量氧气，排放二氧化碳和其他代谢产物，这增加了脱气和增氧设备的需求，进而提高了能源消耗和维护成本。
为了克服传统生物过滤器的局限性，如今涌现出一系列新兴的替代技术，如电氧化、电凝聚和上流式厌氧污泥床反应器。
02
电氧化
电氧化是一种新的水处理技术，通过电解过程将氨气转化为氮气，减少有机碳和杀灭病菌，同时去除水中的颗粒物和异味。
它能在高密度养殖环境中保持低能耗，并且在不影响养殖生产的前提下迅速启动和停止。
这项技术还能用于处理多种污染物，从而减少对其他昂贵设备（如臭氧或紫外线处理）的依赖，降低RAS养殖系统的建设和运营成本。
然而，电氧化存在一些不足，它会生成对水中生物有害的三卤甲烷（THM）。
为了减少THM的生成，电解过程必须在较低的pH值下进行，还需要额外的两步处理工序：脱气和活性炭吸附副产物，这将增加系统的复杂性和成本。
目前，电氧化技术在水产养殖的应用仍不广泛，主要因传统方法的依赖和资金不足。
电氧化在海水养殖中表现出较大的潜力，因为其效果与水的盐度密切相关，但要在更广泛的系统中推广，还需克服一些挑战。
03
电凝聚
电凝聚通过电流作用于水中的电极，形成金属氧化物、氢气和氧气。
金属氧化物吸附污染物并形成絮状物，较轻的絮状物被气体带到水面便于去除，较重的则沉入水底后被沉淀或过滤去除。
在RAS系统中，电凝聚有两个主要优点：一是能有效去除颗粒物和溶解污染物，如硫化物和氨氮；二是可以通过调节电流来适应不同的操作条件，如进料速率和水温的变化。
不过，电凝聚也有一些挑战，pH值、温度和电流密度的变化会影响其效率。
最近，一家名为NaturalShrimp的公司在虾类养殖中使用了电凝聚技术，通过增加水中悬浮颗粒的大小，以便使用微型过滤器去除，并改善化学需氧量、氨和亚硝酸盐的去除效果。
该公司将与当地的虾类养殖公司合作，进行小规模的试验以进一步验证此技术的效果。
04
上流式厌氧污泥床反应器
上流式厌氧污泥床反应器（UASB）可用在废水排放前或水返回系统前的精处理步骤。它结合了生物反应器和沉淀池，因此体积小且占地少，适合用于空间有限的环境。
UASB的一大优势是能够分离水和污泥的停留时间，以实现不同的处理目标。
较短的停留时间则有助于产生有机酸，促进营养物质的溶解，可用于普通水产养殖或综合多营养水产养殖；较长停留时间则有助于沼气的生成。
此外，通过控制水流量，UASB可以针对特定的处理需求优化废水处理效果。
UASB的性能受到温度影响，在低于20℃或高于35℃时，细菌群落会发生变化，影响氮的去除效率。
此外，UASB在淡水环境中可能会出现污泥膨胀的问题，处理这个问题需要专门的自动化设备，这会增加初始成本。
为了解决这个问题，荷兰陆基水产养殖工程公司Landing Aquaculture使用了自动冲洗系统和特殊设计的出水口。
与电氧化不同，UASB已经在荷兰的鱼类养殖场得到实际应用，用作废水处理的终端步骤，并且是荷兰可持续水产养殖标准中推荐的做法之一。
05
新技术超越传统生物过滤器？
尽管电氧化和电凝聚等新技术展示了替代生物过滤器的潜力，但传统的生物过滤器由于其成熟性和可靠性，目前仍然是主流。
随着环保要求的日益严格，以及RAS养殖场规模的扩大，像UASB反应器这样的新技术可能会在终端处理得到更多应用。
传统生物过滤器也会随着技术进步而改进，例如通过改良生物介质和优化水流设计，以提高其效率。
总体而言，虽然传统生物过滤器仍然占据主导地位，但新技术的出现为未来的水产养殖提供了更多选择，可能逐渐超越传统生物过滤器。
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