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生物处理与活性微生物群管理
在陆基养殖系统中，由于每日大量的饲料添加，残存饲料和鱼粪便中的氮元素会以各种形式在水体中积累，某些形式会对鱼类的正常生长产生威胁（如氨氮，亚硝酸盐）。
流水模式下通过引进新水稀释，而在循环系统中则需要相对应的处理工艺，最常用的是生物处理技术，也就是通过细菌对不同形式的含氮化合物进行转化（图1）。
图一：陆基养殖大西洋鲑循环系统生物处理的水质变化 [1]
生物处理效果的影响因素和表现形式可以通过简单的动态模型表述：
其中：
Eeff = 出水参数
Einf = 进水参数
Xc = 细菌总数
Ks = 细菌在特定条件下的硝化速率
φh = 硝化时间
在单次通过处理系统中（Signal Pass System），如果希望Eeff的数值得到有效控制，则需要将Xc Ks φh三个数值尽量做大，也就是更大的细菌表面积（生物填料总数与比表面积），更快的硝化速率，以及更长的硝化时间（水力停留时间）。
循环系统中的水是反复连续通过生物处理系统的，即Eeff可作为第二次处理的Einf值，代入进行迭代计算（前提是没有新的影响源出现，即残饵和排泄物）。这样可以很大程度上降低对生物系统的建设需求。但由于投饲和排泄是不间断的，因此需要引入质量平衡方程对生物系统的设计需求进行评估（鱼类和微生物是共生关系，可使用平衡方程进行反向倒推）。
关于Xc参数的调节
目前最常用的方式是提供更大的细菌附着面积，即生物池体积，生物填料填充率和生物填料的比表面积。这种思路可以总体上解决细菌的生长空间，但无法对所需要的硝化细菌进行筛选和定向培养。事实上生物系统中的微生物存在很强的竞争关系，即使硝化细菌和亚硝化细菌也存在优劣势之分，所以可以考虑通过活性微生物群管理进行控制。
活性微生物群管理是生物强化的一种高级形式，包括通过不断添加有益细菌直接影响生物过滤器的微生物群。这种方法在废水处理（WWT）中非常常见，以避免系统被“不受欢迎”的细菌所控制。进而对所需要的菌种进行加强。[2] 但由于各地气候，水质以及微生物群的差异性，统一生产的菌种并不一定能适应不同的生存环境。因此根据不同养殖基地的情况主动培养较好。当母床建设培育完成后，可实现新系统和消毒后系统生物床的快速启动（这种方式也比较适合需要反复清洁杀菌的实验室系统）。
图二：来自英国NOVA Q公司的BrewTus 生物反应器。通过先进的控制器以及加热和曝气设备，定期产生大量的功能性细菌，便于活性微生物群管理。
关于Ks参数的调节
硝化细菌的反应速率会受到温度，氧气，碱度以及代谢原料的浓度等多方面因素影响。因此不同地区以及不同养殖品种所配置生物系统的设计参数并不统一。
图三：TAN浓度对硝化速率的影响曲线 [3]
硝化细菌在转化TAN的过程中，会受TAN浓度的影响，在高浓度下，微生物的活性和反应速率会显著提升，但这与养殖本身所需要的水环境相冲突。为了使生物系统的工况更加稳定，可以考虑调整投饲策略对水中参数进行平衡，比如少量的连续投喂，以及同一系统区分投饲时间，通过与补光系统的联动，实现不同的养殖时区，从而保证水质参数的相对稳定。
关于φh参数的调节
生物系统的水力停留时间通常与循环水系统整体的工艺设计和生物系统的设计相关。这也是考验循环水系统工艺设计公司的核心参考信息。
小结及建议
在大规模全封闭的工厂化养殖模式或者频繁进行清洗消毒的实验系统中，可考虑通过活性微生物群管理的方式，建立母床，对生物处理能力进行增强，同时可实现短时间内生物处理系统的快速启动。
通过投饲系统与光照系统的联动设计，对投饲操作进行合理规划，避免氨氮及亚硝酸盐的峰值形成，实现水中各参数指标的相对稳定。
根据养殖环境，水质情况以及养殖品种进行系统以及各水处理工艺的设计，避免参数套用。
参考资料
[1][2]. Scrope,T. (2021) Active microbiome management. In: How Recirculating Aquaculture System （RAS） managers can get the most out of theirbiofilter microbiome.
[3]. Chen,S., Ling,J., Blancheton,J.P. (2006) Nitrification kinetics of biofilm as affected by water quality factors.
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