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生物過(guò)濾是整個(gè)工廠化循環(huán)水處理系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)，它不像機(jī)械過(guò)濾過(guò)程，多大的孔徑、多少的去除率完全都可以計(jì)算出來(lái)。生物過(guò)濾表面上看是簡(jiǎn)單的氨氮無(wú)害化的過(guò)程，實(shí)際上中間反應(yīng)環(huán)節(jié)眾多，無(wú)數(shù)不同種類(lèi)微生物相互協(xié)作，每個(gè)中間反應(yīng)又受到多個(gè)因素的影響和作用，因此要想精確控制其過(guò)程，是非常有挑戰(zhàn)性的事。

氮元素是組成一切生物的基本元素之一，廣泛存在于蛋白質(zhì)、核酸、腺苷磷酸、吡啶核苷酸和色素當(dāng)中。在水產(chǎn)環(huán)境里，氮也是養(yǎng)殖動(dòng)物產(chǎn)生的廢物中主要構(gòu)成元素。含氮廢物主要有四類(lèi)，氨氮、尿素、尿酸和氨基酸。不同于人的代謝物終產(chǎn)物是尿素，魚(yú)的代謝終產(chǎn)物是氨，由呼吸作用經(jīng)鰓擴(kuò)散交換入水體，尿液和糞便被微生物分解后也產(chǎn)生氨。因此對(duì)于養(yǎng)殖來(lái)說(shuō)最關(guān)鍵的是氨氮、亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮。氨氮和亞硝態(tài)氮對(duì)魚(yú)具有毒性，硝態(tài)氮相對(duì)無(wú)毒。

氨和亞硝酸鹽可做為硝化細(xì)菌的食物，進(jìn)而變成“無(wú)臭無(wú)味”的硝酸鹽。氨被氧化為亞硝酸鹽，進(jìn)而氧化為相對(duì)無(wú)害的硝酸鹽的過(guò)程被稱(chēng)作硝化作用。硝化作用由化能自養(yǎng)細(xì)菌完成。這是個(gè)好氧細(xì)菌，需要大量的氧氣。一般水體交換的養(yǎng)殖系統(tǒng)中，硝酸鹽的積累可以忽略不計(jì)。而在零交換水體當(dāng)中，硝酸鹽的高濃度會(huì)降低硝化反應(yīng)的效率并產(chǎn)生一定的生物毒性。一般引入異養(yǎng)微生物將硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮?dú)馀懦鱿到y(tǒng)，這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)為反硝化作用，一般為厭氧過(guò)程。至此，有害的氨氮最終變?yōu)闊o(wú)害的氮?dú)獗磺宄鱿到y(tǒng)。

氨在水中有兩種化學(xué)形態(tài)，離子氨和非離子氨（即水合氨），非離子氨具有毒性。氨在這兩種形態(tài)間轉(zhuǎn)換，在其他條件穩(wěn)定的情況下，主要影響轉(zhuǎn)換的因素是pH值和溫度。

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