——一个案例教你学会如何选择过滤材料
一：概论
先提一个大概念：水质处理；可能您第一个概念是污水处理，这个是很宽泛的概念，大到水产养殖水处理，毕竟中国水产养殖产量多年来持续蝉联全球第一的；小到家里鱼缸、户外的鱼池、甚至小溪流无时无刻都在发生着水体和水质处理的过程；近些年发展出工厂化循环水养殖模式，成为集现代化、集约化的新模式，可以解决养殖水日益增长和水资源枯竭及污染问题的一种新的方式。
鱼池的过滤系统是我们的主题，内容涉及：
我们过滤什么，从固体、气体、杀菌消毒等角度入手
水体中氮循环和安全参数
常见的过滤材料，各自的特点及作用对比
六角过滤器原理和设计原理
相信您看完可以对鱼池过滤有一个更清楚的认识。
二：养殖水体过滤到底“过滤”什么
追根溯源，不论是自然状态还是现代化“过滤”模式，都是利用各种方式进行水体处理的过程，水处理的围绕着，去除养殖污水中的固体物、控制养殖水中的气体、杀菌消毒、溶解性有机物的去除进行。
养殖池中的固体物分为：沉淀性固体物、悬浮固体颗粒物和可溶解态颗粒物。
2.1.1沉淀性固体
沉淀性固体一般比较大，肉眼看上去很明显，也是比较容易去除，一般处于养殖槽的底部，这类沉淀物需尽快排出系统中，否则会在微生物作用下转换为氨氮和硝酸盐等有害物质，同时还会消耗水体中的溶氧导致养殖动物缺氧甚至死亡，带来损失。
目前采用的处理方式主要是利用沉淀、连通器和虹吸等物理方法去除；即设置沉淀池或底排污系统。
举个倒管式的例子，倒管式结构和操作较为简单，限制因素少，适用性广泛；不过需要大量劳动力、费时费力，且来水端水位一定要高于出水端水位。
2.1.2悬浮和可溶性颗粒废物
固体颗粒物颗粒小、不易沉淀、加大了处理难度，目前采用的主要是机械过滤、微滤膜过滤和一些吸附方式去除。
可溶性目前主要采用的是蛋白分离器，利用水中气泡表面可以吸附混杂在水中的各种颗粒状污垢及可溶性有机物原理，采用充氧设备产生大量的气泡泡沫，收集在水面容器中，变成黄色的液体被排出，实际生产中，正常分离率只能达到约30-50%。
悬浮及可溶性颗粒废物处理方式想比沉淀式需采用专业设备，除造价成本高昂外，运行电费成本都是不小的开支，比如仅一台蛋白分离器动辄上万，这些都是工厂化养殖常用的方式。
2.1.3固体物处理
比如水体快速循环、鱼池形状设计、推水和水流路线及方向、鱼池过滤系统设计均会影响到固体物处理效率。
气体的控制主要以保障养殖动物呼吸作用的溶氧及时去除水体中CO2为目的。一般养殖用水要求DO（溶解氧）的含量在4mg/L以上，CO2的含量在25mg/L以下。通常水体中溶氧含量高，温度比较高的情况下，生长发育速度快。工厂化循环水养殖一般往养殖水体充纯氧，而不用空气中的氧气，因为纯氧是百分之百的氧气，而空气中的氧气仅占大约21%左右。如果直接把空气中的氧气添加到养殖水体中，这样大大降低了养殖水体中的溶解氧。去除养殖水体中的CO2，则普遍采用曝气的方法，常用的曝气方法主要有气石曝气。
曝气可以同步解决溶氧和CO2排出，曝气方式和效率决定了整个养殖环节的成本、比如曝气设备投入及运行是耗电投入。
养殖水体是一个复杂的系统，系统平衡时有益菌与有害菌相安无事，一旦环境突变或者水体发生改变，水体中的有害菌会大量繁殖，增加了水产病害爆发频率和风险。这时候我们需要用一些措施进行去除水体中的有害微生物，或者说是消毒，目前主要的采取措施有紫外线和臭氧消毒两种方式。
紫外线消毒
紫外线是利用紫外波长的光，可以破坏细胞的DNA，阻止细胞再生能力是细菌变得无害，特点是运行成本低、安全可靠。同时紫外线也是抑制水体中藻类爆发一个很重要的手段。
臭氧消毒
生石灰和漂白粉
生石灰它不仅能够杀灭养殖水体中的有害微生物，它还能够增加养殖污水中的PH值，增加养殖水体中的Ca+离子，利于养殖动物生长繁殖。一般在使用养殖池前10天左右，全池泼洒生石灰，每亩用量为100-150kg。如果急需投放水产动物到养殖池塘中，我们可以往养殖池中泼洒漂白粉。一般漂白粉在投放水产动物前7天泼洒，漂白粉的用量致使养殖池中的漂白粉浓度为20ml/L。漂白粉它可以杀灭养殖池中的有害微生物，但他不具备调节养殖水的PH值。但它和生石灰相比，具有药效期短等优点，所以在水产生产中被广泛应用。
小结
有没有一种方式可以同步解决溶氧和CO2，我们可以引入植物呼吸作用的模式，植物叶绿体可以通过呼吸作用吸收环境中的二氧化碳，转化成氧气，氧气曝气进入水体给鱼提供呼吸。
想必您肯定猜到了，这不就是“鱼菜共生”吗？是的！鱼菜共生不仅可以实现气体循环，植物根系还可吸收水体中的氮元素，这有跟我们将要阐述的溶解性有机物和氮循环非常密切了。
2.4.1氮循环与“鱼菜共生”
微观上说，一个完整的氮循环模式是：生物（有机物）—>氨—>亚硝酸盐—>硝酸盐—>生物（有机物）。整个氮循环，硝化细菌至关重要。
在水产养殖系统中，经过长期的大量积累，水生生物排泄物等有机污染物甚至动物尸体较多，在异养性细菌的分解作用下，其中的蛋白质及核酸会慢慢分解，产生大量的氨氮等对水产养殖动物有毒有害物质。氨在亚硝化菌或光合细菌作用下转化为亚硝酸盐，亚硝酸与一些金属离子结合后形成亚硝酸盐；而亚硝酸盐又可和胺等物质结合，形成具有强烈致癌作用的亚硝酸胺。因此，亚硝酸盐常与氨相提并论。由于亚硝酸盐长期蓄积，致使养殖水生动物中毒，导致鱼、虾等抗病能力下降而受到各种病原体的侵袭。但亚硝酸盐在硝化细菌的作用下，可转化为硝酸后，很容易形成硝酸盐，从而成为可以被植物吸收利用的营养物质。
鱼菜共生是鱼、菜、微生物共生系统
硝化细菌可以生活在不同的环境中，如土壤、砂石、水和空气中，是硝化过程的一个基本组成部分。在硝化过程中，有两类细菌参与其中：氨氧化菌、亚盐氧化菌。它们以下列顺序代谢氨。
1.亚硝化细菌将氨(NH)转化成亚硝酸盐(NO-)。
2.硝化细菌将亚硝酸盐(NO-)转化成硝酸盐(NO-)。
2.4.2水体中溶解性有机物
三：“过滤”都有什么材料？
“过滤”从原理上分为两种，一种是物理过滤，常见的比如通过吸附、沉淀、负压等原理进行，另一种更为重要的是生化过滤，利用一些材料附着的微生物形成“生物膜”对水体中的“营养物质”进行生化处理。
两种方式缺一不可，有的是两种结合一起使用，我们先来重点了解一下“生化”处理方式，专业概念叫“生物挂膜”。
生物膜技术是利用附着生长某些固体物表面的微生物（即生物膜）进行有机污染水处理的方法。
有三个必要条件：
其一，挂膜材料或填料，它是微生物存在的载体；挂膜材料可分自然挂膜材料和人工挂膜材料。自然挂膜材料是没有经过人工的加工处理的材料，它广泛存在于大自然当中，包括沙粒、石灰岩、大理岩、珊瑚石、火山石。人工材料包括陶瓷环，毛刷、过滤球、藤棉等；
其二，营养物质，它包括养殖污水中的N、P等元素；
其三，微生物，它是生物挂膜的主体，它们主要是由细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物和其他一些肉眼可见的生物群落组成。
通俗的理解，首先要有微生物等等生物群落、营养物质是微生物的“食物”、过膜材料是微生物居住的“家”。
3.1自然挂膜材料
通过上表我们可知，自然材料中我们可以就地取材使用很多，每种材料都有自己的特色和缺点。
1.珊瑚石，可调节酸碱度，附着菌群，自然状态下珊瑚是呈立体的一层一层结构，且海中表面积大，水体接触面积大，人工模拟出自然状态下成本会非常高，通常一袋一袋堆放在过滤槽中，如果水流设计无法实现最大程度水体通过材料，效果受很大的影响。
2.沙粒主要利用颗粒之间的缝隙进行过滤；自然界中流动的沙粒可以起到很好的作用，也不需要清洗；贝壳主要是起到释放钙离子与水体中磷酸根产生沉淀；二者取材方便，使用起来局限性也很大，需要足够大的体积，在自然界中可以作为一个辅助，包括石头、枯枝腐木也可以起到附着作用。
3.火山石是一种很好的矿物基质，大水体时可以作为无土基质，火山石资源丰富的地区用来作为基质来种菜也是一种不错的选择，当然前提是材料获取成本和人工改造成本低，且需要设计好水体循环和对应的体积。
3.2人工挂膜材料
人工挂膜材料是借鉴了自然挂膜的原理和特点，常见的有陶瓷环、毛刷、过滤球、藤棉等。
②毛刷利用纤维的表面进行菌膜吸附，占用体积大，多为配套的毛刷池，且需要严格控制水流方向才可使整套系统均匀挂膜，从而增大水体的反应接触面积；主要用在污水处理或大规模工厂化循环水养殖中。
③过滤球是新型的过滤材料，可以切割改变水流方向，配合合理的水流设计和反冲洗可以充分利用水流量起到很好的过滤效果，过滤球也需要注意几个问题：材料需是新料、无毒、包括直径和水流设计都需要特别注意。
④藤棉，多孔材质可以进行过滤和附着硝化菌。
人工挂膜材料与自然挂膜材料均作为微生物固化的载体，每种载体都有自己的特色和适用范围，然而，所有的挂膜材料都应该有以下的特点。
（1）应具有足够的稳定性，包括物理、化学和机械的稳定性，应抗水解、耐酸碱、抗氧化和抗紫外线照射，同时，载体应能承受一定的机械压力、耐磨损。
（2）传质性能良好，系统中底物、产物和其他代谢产物应能够自由扩散。
（3）应具有良好的生物相容性和惰性，既不会损伤细胞又不易生物降解。
（4）应具备较大比表面积、良好的形态结构，多孔、可以结合足够的生物活性分子及菌膜，提高生物降解效率，增大容积负荷。
（5）材料价廉易得，制作过程简单易行，投资及运行成本低。
人工挂膜往往采用表面积大、多孔、生物相容性好、惰性材料、耐酸耐碱，不易被微生物分解的材料加工而成。人工挂膜材料比起自然挂膜材料具有产量大、运输成本低、生产成本低、且易宜购买等特点。
四：六角过滤器—集物理与生化过滤于一身的过滤神器
“六角过滤器”是小川团队研发的一套高效养殖水体的过滤生化处理装置，通过独特的系统设计配合水体氮循环实现水体的的物理过滤、发酵分解、硝化作用，对养殖水体的快速净化，为养殖对象提供优良的生长水环境。
“六角过滤器”与传统过滤产品相比具有占地面积小、安装移动方便、维护简单、生化效率高等优点，是集约化养殖、生态农场、鱼菜景观水体净化最佳选择。
六角过滤器示意图
本过滤器外部配套有流量泵、进水管、流量调节阀、回水管、零耗能造浪混氧器；内部配置包括过发酵分解过滤袋、导流板、硝化仓、溢水口。
工作原理：
1.流量泵通过进水管将养殖生产废水输送至发酵分解过滤袋，残饵、鱼粪等有机物进行物理过滤和有压厌氧发酵，发酵后小分子随水流由过滤袋网孔而出。
1.滤水经上口导流板反向导流，自下而上反向涌水。
2.滤水经设备柱体下部硝化区反流硝化。
3.硝化区满水经中部排水溢流口溢水回流。
4.回水管内配套有紫外线杀菌灯，可以有效抑制藻类生长。
5.回水管末端配有零耗能造浪增氧装置可以实现增氧和造浪增加水体循环。
4.2.1发酵分解过滤袋
4.2.2硝化仓与生化球
六角过滤器与传统过滤方式对比
六角过滤器采用合理的结构和水流设计，充分发挥了发酵分解过滤袋和生化球、藤棉物理和生化过滤作用，实现不足一平米的平面空间，处理大水体的作用，且成本低廉、安装简单、经济实用。
困扰多年的别墅鱼池，三台六角过滤器四天大变样
5.1项目名称
杭州生态园别墅鱼池过滤系统改造项目
5.2项目情况说明
项目位于杭州市东南的萧山所前镇的杭州生态园内，地处会嵇山脉、越国古地，历史文化深厚。生态园规划面积4.89平方公里，坐享5600亩原山林海，总之地理位置和环境都是非常好的。
整个鱼池是一个复杂的别墅鱼池，由于建设时过滤设计不合理，从开始养鱼就死鱼不断，水质一直得不到解决，困扰多年曾多方求助，均没有好的解决方案，后来经专业人士介绍杭州萧山的小川老师可以解决，随即开车上门求助，老师亲自做了考察并设计了方案，整个项目从7月初开始历时近半月完成产品生产、安装、调试。
①整体情况：三阶鱼池，底部和中部各一个鱼池，上部为一个二阶瀑布；水体循环只有底部一个水泵，抽送到顶部，二阶瀑布两个池子为原有的过滤系统，装的珊瑚石和贝壳；系统建好养了几批鱼，水体发臭、藻类爆发，鱼都死光了，现在处于停滞状态，过滤系统都已经拆除。
②水体约200立方，水中长满了绿藻，能见度很低，根部看不到池底。
小川老师20180701讲解别墅鱼池情况及整体规划
5.3项目安装及维护情况
底部鱼池过滤回流冲浪系统安装，两个六角过滤器处理整个底部鱼池，鱼池最底部为两个水泵通过底面吸将鱼粪和有机物抽送到六角过滤器，经过物理和生化过滤后水体沿着排水管从对侧冲浪增氧；配合上部鱼池瀑布溢流下的水流实现对整个鱼池的推流。
2018.7.15系统运行四天后底部鱼池水体情况
水体清澈见底、油亮
如何检测水质：“老司机”教你一枚硬币了解水质好坏
底部鱼池与六角过滤器纵览
上方鱼池由二阶瀑布与中部一个鱼池组成，顶部按设计放置一个六角过滤器，处理上部鱼池，水体从中部鱼池桥下方抽送至过滤器然后从顶部最高位逐级向下。
原先的过滤材料贝壳和珊瑚石，改造期间已经全部取出来堆放在一旁，最高一层过滤改成了回水溢流，下一级过滤改成了养鱼池。
2018.7.15“六角过滤器”运行4天整体情况
5.42018年7月21日水体情况
底部鱼池系统运行第十天水体情况
中上部鱼池系统运行第十天水体情况
5.52018年7月29日水体情况
系统运行十八天水质与水色情况
选择合适的过滤材料，并通过设计最大程度发挥出材料的特点
选择水体的要达到的效果，如何评判
成本考虑：整体成本、改造成本、维护成本、安装成本
六角过滤器是别墅鱼池、阳台、景观农场、高密度养殖不二选择