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本研究针对目前传统的海参养殖模式中存在的海参成活率低、水资源和能源消耗过大、水体污染严重、存在夏眠等问题，采用集约化的循环水养殖模式，以脱氮效率高的曝气生物滤池作为水处理单元来处理海参养殖废水，并通过曝气生物滤池微生物多样性的研究探讨养殖废水污染物去除的机理，提供一种可行的海参循环水养殖模式，为水产业的可持续发展提供理论依据。本研究首先采用自然循环挂膜法启动曝气生物滤池反应器。启动条件如下：温度为23-25℃，pH值为7.5-8.0，盐度为25-30‰，COD添加浓度为20mg/L·d，氨氮添加浓度为5mg/L·d，C/N比为4，水力停留时间为5h，第23天成功启动反应器。通过运行影响因素的研究得到其最优条件：水力停留时间为0.5h，C/N比为12，溶解氧浓度为1mg/L。曝气生物滤池在最优条件下运行期间，氨氮去除率达99.29%，CODMn去除率达95.63%。曝气生物滤池成功启动后，设计并组装海参循环水养殖系统。该养殖系统主要由水处理单元、养殖单元和自动控制单元组成，其中曝气生物滤池是水处理单元。海参循环水养殖系统运行39d的结果如下：海参未发生病害，生长状态良好，日平均增长率为0.18%；海参养殖池中氨氮浓度保持在0.0300mg/L左右，亚硝态氮浓度保持在0.0400mg/L左右，硝态氮浓度最高达到9.9027mg/L，CODMn浓度最高达到6.2800mg/L，均满足海参养殖要求；曝气生物滤池进出水氨氮、亚硝态氮、硝态氮和CODMn浓度均低于安全浓度。海参循环水养殖之后，测定曝气生物滤池中牡蛎壳载体上生物膜的生物量、生物活性及细菌多样性。结果表明，曝气生物滤池中牡蛎壳载体上的生物量和生物膜的生物活性均呈现自下而上逐渐减少的趋势。曝气生物滤池中共有变形菌门、放线菌门、拟杆菌门、硝化螺旋菌门、浮霉菌门、厚壁菌门、脱铁杆菌门和疣微菌门等8个类群。优势菌群为变形菌门，占72.4%，是代谢海参养殖废水中污染物的主要菌群。变形菌中的硝化螺菌属是曝气生物滤池反应器中完成硝化作用的主要菌群，伯克氏菌目和根瘤菌目是完成反硝化作用的主要菌群。