随着水产养殖业的迅速发展,更多的养殖废水对环境产生重大影响,制约着生态文明建设。循环水养殖系统作为新兴的工业化养殖技术,可减少水资源的用量及实现污水排放管理,在环境上具有可持续。且该系统对养殖环境高度控制,不仅减缓了室外养殖所要承担的风险(包括自然灾害,环境污染,疾病侵袭等),还使养殖品种在全年范围内达到最优生长状况,在经济上具有可持续性。因此,工业化循环水养殖受到越来越多人的青睐。生物滤器作为循环水养殖系统的水处理核心,发展到现在,很难对其功能进行精确预测和控制,因此一直被认为是“黑盒子”。其稳定性与工作效率直接影响循环水养殖的质量与产量。设计适合实际生产的生物滤器是需要解决的首要问题。其次,循环水养殖系统在生产运行过程中水质出现p H值降低的现象,影响生物滤器的工作,导致其水处理能力、微生物群落发生变化。本论文以优化生物滤器运行条件、提高其硝化性能为目标,研究了挂膜启动阶段亚硝酸盐氮积累现象,运行阶段硝化性能和微生物群落对养殖废水p H的响应。本研究得到的结论如下:1.在目标产量为7000 kg、养殖密度为35 kg/m3的循环水养殖系统中,日投饲率1%、水温14°C、盐度30‰、p H7.2的条件下,对该循环水养殖系统生物滤器移动床反应器进行设计。结果表明:移动床生物反应器的进水流量为286 m3/h;池子尺寸为4 m×4m×2.5 m×4个(池中水位2.2 m);水力停留时间为29 min;换水量为1.16 m3/h;每天的循环次数为20;进水总管、进水支管、补水管管径分别为300 mm、200 mm、20 mm;风机选择为罗茨鼓风JGR150型;鼓风机流量1716 m3/h。该过程对生物滤器的设计思路提出了新的建议,为循环水养殖系统MBBR的完成设计提供了较科学、完整性的思路。2.在养殖废水进水总氨氮TAN浓度为2 mg/L、COD浓度为4~5 mg/L、盐度为30,溶解氧为6~7 mg/L、p H为8.0条件下移动床生物反应器从空白填料开始启动构建硝化性能。结果表明:随着生物滤器的启动,氨氧化能力在前36天迅速建立,但是NO2--N氧化能力的建立缓慢且出现亚硝酸盐氮积累现象,在第36天达到积累峰值。Shannon、Chao1和ACE多样性指数显示出先降低(T29)后增加趋势,29天后生物膜的功能和稳定性不断增强。AOB的相对丰度和TAN的去除效率成正比,皮尔森等级相关系数为0.624。MBBR启动阶段五个不同的时间(T15,T29,T43,T57,T78)生物膜中AOB与NOB的比值分别是20:1、6:1、4:1、2:1和1:1,该比值变化可以用NOB的定殖速度比AOB较慢来解释。随着生物膜的不断变化,AOB与NOB的比例变得越来越接近1。AOB与NOB的比值变化为解释启动阶段NO2--N的变化趋势提供了依据。因此,MBBR启动过程微生物群落组成可动态预测,这为解决启动阶段NO2--N积累的问题提供了依据。3.在养殖废水进水总氨氮TAN浓度为2 mg/L、COD浓度为4~5 mg/L、盐度为30‰,溶解氧为6~7 mg/L条件下,四组移动床生物反应器在不同p H值进水条件下运行,分别为:7.0(G1)、7.5(G2)、8.0(G3)、8.5(G4)。结果显示:四组反应器TAN转化率均在36天后稳定在80%左右,且没有显著差异,表明p H对TAN的去除没有显著影响。但是表征AOB的OTUs对不同进水p H值较敏感(P<0.05)。研究发现四组实验中存在显著不同的亚硝酸盐氧化性能,其去除效率显示G2>G3>G1>G4,因此p H值对细菌的影响呈现不对称抑制,即在高p H环境下,p H的抑制作用比在低p H值时更强。PCA、Venn图和方差分析结果显示,不同p H条件下的微生物群落、AOB和NOB之间都存在显著差异。因此,不同进水p H值对于生物滤器的亚硝酸盐氧化性能、微生物群落具有显著影响,且p H值对于细菌的影响呈现不对称抑制,在运行养殖系统时应该时刻监控p H值,在保证安全养殖条件的基础上使p H处于低值,以保障硝化性能及效率较高的微生物群落。