บ่อกรองชีวภาพ
การเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำคือการเลี้ยงสิ่งมีชีวิตในน้ำ เช่น ปลา สัตว์น้ำที่มีเปลือกแข็ง หอย และพืชน้ำ ความต้องการปลาทั่วโลกเป็นแรงผลักดันให้การเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำเติบโตอย่างรวดเร็ว ในปี 2555 มีการผลิตปลาโดยการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำจำนวน 66.6 ล้านตัน ซึ่งคิดเป็นร้อยละ 42.2 ของการผลิตปลาที่เป็นอาหารของโลก นอกจากนี้ การเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำยังเป็นหนึ่งในภาคการผลิตอาหารที่เติบโตเร็วที่สุด โดยมีอัตราการเติบโตเฉลี่ย 6.5 % ในช่วงปี 2000 ถึง 2012
ระบบการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำสามารถแบ่งได้เป็นสามประเภทหลัก: กว้างขวาง กึ่งเข้มข้น และเข้มข้น ขึ้นอยู่กับการผลิตต่อหน่วยปริมาตร (m 3 ) หรือหน่วยพื้นที่ ( m 2 ) ทะเลสาบเล็กๆ ตามธรรมชาติอยู่ในระบบที่กว้างขวางโดยทั่วไป การเพาะเลี้ยงในบ่อด้วยการให้อาหารหรือการเติมอากาศแบบกึ่งเข้มข้น และระบบการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำแบบหมุนเวียนนั้นเป็นแบบเข้มข้น
ระบบการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำแบบหมุนเวียน (RAS) เป็นระบบที่ใช้ถังซึ่งมีการควบคุมพารามิเตอร์ด้านสิ่งแวดล้อมทั้งหมด จึงสามารถเลี้ยงปลาได้ที่ความหนาแน่นสูง เทคโนโลยี RAS ได้รับการพัฒนาและปรับปรุงในช่วงสามทศวรรษที่ผ่านมา เทคโนโลยี RAS มีความสามารถในการทำงานที่ความจุสูงโดยใช้น้ำน้อยลง และเป็นข้อกำหนดเมื่อเปรียบเทียบกับการเลี้ยงปลาแบบดั้งเดิม นอกจากนี้ RAS ยังสามารถลดการใช้สารเคมีและยาปฏิชีวนะ และการกำจัดของเสีย นอกจากนี้ RAS ยังสามารถปรับสายพันธุ์ได้ ซึ่งหมายความว่าสามารถผลิตปลาได้ตลอดทั้งปี อย่างไรก็ตาม RAS ต้องการเงินทุนสูงและการลงทุนด้านการดำเนินงานซึ่งเป็นผลเสียหลัก นอกจากนี้ยังเป็นระบบที่ซับซ้อนสำหรับสตาร์ทอัพและจำเป็นต้องมีความเชี่ยวชาญในการรักษาและติดตาม
การควบคุมคุณภาพน้ำใน RAS ทำได้โดยใช้องค์ประกอบต่างๆ มากมาย โดยทั่วไป RAS ประกอบด้วยเครื่องทำความร้อนหรือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเพื่อปรับอุณหภูมิของน้ำ ระบบเติมอากาศเพื่อลดความเข้มข้นของ CO 2 ที่ละลายในน้ำ ระบบออกซิเจนเพื่อให้ออกซิเจนเพียงพอ ตัวกรองแบบดรัมเพื่อกำจัดสารแขวนลอย ระบบฆ่าเชื้อโรค (อุปกรณ์ UV และโอโซน) เพื่อยับยั้งเชื้อโรค และระบบกรองชีวภาพเพื่อกำจัดของเสียไนโตรเจน ความเป็นด่างในระบบถูกควบคุมโดยการเติมสารเคมีเข้าไป
มีระบบไบโอฟิล์มหลายประเภทที่ใช้สำหรับการบำบัดน้ำ เช่น ตัวกรองชีวภาพแบบหยด คอนแทคเตอร์ทางชีวภาพแบบหมุน (RBC) ตัวกรองชีวภาพที่เป็นสื่อแบบเม็ด ตัวกรองชีวภาพแบบเม็ดบีดแบบลอย และตัวกรองชีวภาพแบบฟลูอิไดซ์เบด ล้วนมีข้อดีและข้อเสีย ตัวกรองแบบหยดไม่มีประสิทธิภาพด้านปริมาตร ความล้มเหลวทางกลมักประสบกับการหมุนคอนแทคเตอร์ทางชีวภาพ ตัวกรองชีวภาพตัวกลางแบบละเอียดจำเป็นต้องมีการกระพริบย้อนกลับเป็นระยะ และเครื่องปฏิกรณ์ฟลูอิไดซ์เบดแสดงความไม่เสถียรของระบบไฮดรอลิก ในบริบทนี้ เทคโนโลยีเครื่องปฏิกรณ์แบบฟิล์มชีวะแบบเคลื่อนที่ได้ (MBBR) ได้รับการพัฒนาในช่วงปลายทศวรรษ 1980 และต้นทศวรรษ 1990 ในประเทศนอร์เวย์
ปัจจุบัน MBBR ได้ถูกนำไปใช้ทั่วโลกในการบำบัดน้ำเสียจากชุมชนและอุตสาหกรรม รวมถึงการบำบัดน้ำในการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ ในอุตสาหกรรมเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ MBBR ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการทำไนตริฟิเคชัน เช่นเดียวกับการกำจัดอินทรียวัตถุ เพื่อหลีกเลี่ยงแบคทีเรียเฮเทอโรโทรฟิคที่ใช้อินทรียวัตถุไปยับยั้งแบคทีเรียไนตริไฟดิ้งที่ปริมาณสารอินทรีย์สูง MBBR จะดำเนินการที่ปริมาณสารอินทรีย์ต่ำในระบบการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำเสมอ
เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องปฏิกรณ์ชีวฟิล์มอื่นๆ ส่วนใหญ่ MBBR ใช้ปริมาตรถังทั้งหมดเพื่อการเติบโตของชีวมวล นอกจากนี้ยังมีการสูญเสียส่วนหัวเล็กน้อย และไม่จำเป็นต้องล้างย้อนเป็นระยะ และไม่เสี่ยงต่อการอุดตัน นอกจากนี้ สัดส่วนการเติมของตัวพาฟิล์มชีวะในเครื่องปฏิกรณ์ยังขึ้นอยู่กับความต้องการอีกด้วย อย่างไรก็ตาม แนะนำว่าเศษส่วนที่เติมควรน้อยกว่า 70 % เพื่อให้ตัวพาแขวนลอยอย่างอิสระในเครื่องปฏิกรณ์
MBBR เป็นเทคโนโลยีที่อิงตามทฤษฎีแผ่นชีวะ โดยมีแผ่นชีวะที่ออกฤทธิ์เติบโตบนตัวพาพลาสติก (หรือสื่อชีวภาพ) ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษซึ่งแขวนลอยอยู่ในเครื่องปฏิกรณ์ สามารถทำงานได้ทั้งในสภาวะแบบแอโรบิกและแบบไม่ใช้ออกซิเจน ไบโอมีเดียจะถูกระงับโดยการกวนจากเครื่องกระจายอากาศ ในขณะที่ในกรณีที่ไม่ใช้ออกซิเจน จะใช้เครื่องผสมเพื่อให้ไบโอมีเดียเคลื่อนที่ ตัวกลางชีวภาพทำจากวัสดุที่แตกต่างกัน และมักใช้โพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูง ซึ่งมีความหนาแน่นประมาณ 0.95g/cm 3 เพื่อให้มีพื้นที่ผิวจำเพาะสูงสุด (m 2 /m 3 ) สื่อชีวภาพได้รับการออกแบบในรูปทรงและขนาดต่างๆ