在水产养殖领域，循环水系统的高效运行直接关系到养殖效益与生态安全悬浮填料。随着集约化养殖规模扩大，水体中氨氮、亚硝酸盐氮等含氮污染物的累积成为主要挑战。大连海洋大学研究数据显示，采用悬浮球填料构建的生物处理系统，可实现海水养殖尾水氨氮去除率 68.66%、亚硝酸盐氮去除率 99.99%，为解决养殖水体富营养化问题提供了科学方案。
一、循环水系统脱氮的核心技术需求
水产养殖循环水系统中，鱼类代谢产物、残饵分解产生的氨氮（NH₃-N）是主要污染物悬浮填料。当水体氨氮浓度超过 0.2mg/L 时，会抑制鱼类生长并诱发；亚硝酸盐氮（NO₂⁻-N）浓度高于 0.1mg/L 时，会导致鱼类血液携氧能力下降，形成 "褐血病"。传统物理化学方法（如曝气吹脱、化学沉淀）存在能耗高、成本大、易造成二次污染等问题，而以悬浮球填料为核心载体的生物膜法，通过微生物的硝化 - 反硝化作用实现氮素的无害化转化，成为绿高效的首选技术。
悬浮球填料的脱氮效能依赖于独特的材料特性与结构设计悬浮填料。其主体采用改性高分子材料（如石墨烯复合 HDPE），比表面积可达 800m²/m³，孔隙率超过 97%，为硝化菌（如亚硝酸菌属 Nitrosomonas）和反硝化菌（如假单胞菌属 Pseudomonas）提供了充足的附着空间。填料表面形成的生物膜厚度约 0.2-0.5mm，从外向内依次分布好氧区、缺氧区和厌氧区，构建了同步硝化反硝化的微环境，使氨氮在好氧条件下被氧化为亚硝酸盐和硝酸盐，硝酸盐在缺氧条件下还原为氮气溢出水体。
二、悬浮球填料的脱氮效能实证研究
（一）海水工厂化养殖的典型应用
山东威海某三文鱼工厂化养殖基地，养殖水体量 5000m³，循环水系统原水氨氮浓度 1.8mg/L、亚硝酸盐氮 0.3mg/L悬浮填料。在生物处理单元投加镂空率 75% 的鱼网状悬浮球填料（填充率 30%），运行数据显示：第 7 天挂膜完成，第 15 天系统稳定达标。处理后水体氨氮降至 0.5mg/L 以下，亚硝酸盐氮低于 0.01mg/L，去除率分别达 68.66% 和 99.99%，完全满足《海水养殖水排放标准》（SC/T 9103-2007）。
填料的结构优化显著提升了传质效率悬浮填料。内部旋转球体设计使水流在曝气时形成 360° 紊流，增加水体与生物膜的接触时间；表面微纳米凸起结构将微生物附着速度提升 50%，挂膜周期从传统填料的 20 天缩短至 7 天。该系统运行能耗较传统弹性填料降低 15%，且无需化学清洗，填料使用寿命可达 10 年以上。
（二）淡水池塘循环水的工程验证
江苏苏州某小龙虾养殖基地，在 50 亩池塘的循环水系统中采用组合式悬浮球填料（号 CN202223206021.X）悬浮填料。填料由 ABS 球形壳体与内部复合载体组成，外层网孔直径 5mm 防止藻类堵塞，内层填充板栗刺壳粉复合材质强化反硝化作用。监测数据显示：系统对氨氮的日均去除负荷达 0.8kgN/m³・d，较弹性填料提升 45%；亚硝酸盐氮浓度始终控制在 0.05mg/L 以下，养殖周期内小龙虾成活率提升 20%，亩产增加 15%。
三、关键技术优势与作用机理
（一）微生物群落的定向富集
高通量测序结果表明，悬浮球填料表面硝化螺菌属（Nitrospira）丰度达 42.53%，是弹性填料的 1.5 倍；反硝化菌属（Denitratisoma）丰度 28.7%，显著高于其他填料悬浮填料。这种菌群结构优势源于填料的三维立体结构 —— 外层网状结构提供好氧环境利于硝化反应，内部微孔结构形成缺氧微区促进反硝化，实现 "一池双功能" 的高效脱氮。
（二）抗冲击负荷能力强化
在突发停电或水质波动时，悬浮球填料的生物膜附着量可达 10-15g/m²，是活性污泥法的 3-5 倍，能在 48 小时内恢复处理效能悬浮填料。某育苗场因暴雨导致水体氨氮骤升至 3.2mg/L，搭载悬浮球填料的系统在 72 小时内将指标降至 0.3mg/L，而采用传统填料的系统恢复耗时超过 5 天。
（三）运维成本的显著降低
智能监测系统实时采集水温、溶解氧、pH 值等参数，通过 PLC 控制曝气频率，使能耗较人工运维降低 20%悬浮填料。自清洁技术利用水流剪切力自动剥离老化生物膜，减少人工清洗频率，每年维护成本较传统填料节省 30% 以上。
四、行业应用前景与技术升级
随着 "零排放" 养殖理念的推广，悬浮球填料的应用场景正从海水工厂化养殖向淡水循环水、陆基桶养、盐碱地水产等领域拓展悬浮填料。未来技术发展将聚焦三大方向：
（一）功能集成化材料研发
南京华创环境开发的光催化悬浮球填料，在填料表面负载 TiO₂纳米颗粒，可在降解有机物的同时杀灭弧菌等微生物，使养殖水体菌落总数降低 60%，尤其适用于性高发区域悬浮填料。
（二）智能化运维系统升级
基于物联网的填料监测平台，可实时显示生物膜厚度、氮素转化速率等 12 项参数，结合机器学习模型预测系统负荷，提前 72 小时预警氨氮超标风险悬浮填料。山东某养殖基地应用该系统后，故障处理响应时间缩短 50%。
（三）低碳化工艺创新
将悬浮球填料与厌氧氨氧化（Anammox）技术结合，在缺氧条件下直接将氨氮与亚硝酸盐氮转化为氮气，可减少 60% 的曝气能耗，碳源消耗量降低 80%，为碳中和目标下的水产养殖提供技术路径悬浮填料。
结语
悬浮球填料在水产养殖循环水系统中的脱氮实践表明，其通过材料创新、结构优化与微生物调控的协同作用，实现了氮素污染物的高效去除与养殖水质的稳定控制悬浮填料。当海水养殖尾水以 68.66% 的氨氮去除率、99.99% 的亚硝酸盐氮去除率达标排放时，不仅为水产动物创造了健康的生长环境，更标志着我国生态养殖技术迈向新的高度。随着环保标准的提升与技术迭代，悬浮球填料有望成为水产养殖绿转型的核心装备，助力行业实现 "提质、增效、减排" 的多重目标。