工厂化养殖是水产养殖的重要组成部分,其产生的废水和固体废弃物对环境具有重要影响。多毛类动物是海洋生态系统食物链的重要环节和海洋沉积质的优势生物类群,具有典型的耐污染、摄食转化颗粒型有机物、促进沉积质—上覆水界面营养物质流通等重要生态功能,常被用来作为水产养殖水体净化和废弃物利用的修复物种。论文以海洋多毛类动物生物学特性为基础,结合传统生物滤池净水法,开展了利用多毛类构建自循环过滤装置净化牙鲆工厂化养殖废弃物的研究。论文取得了如下研究成果:首先,构建了一种气升式多毛类生物滤器(APB)。该滤器主要由水槽、底质层、水层、多孔埋栖管、导水管和气石等六部分组成。通过在导水管内通入氧气产生的气提作用,将埋栖管中的水通过导水管带入水层。水层中的水通过重力作用经过底质过滤后进入埋栖管,进而形成持续往复水体循环。多毛类动物生活在底质层,直接摄食和转化颗粒性有机物,并通过生物扰动作用,促进底质内微生物膜生长,加快流经底质层的水质净化。通过实验开展了不同底质和饵料条件下的气升式多毛类生物滤器可行性验证研究。研究结果显示,由麦饭石(MF)、石英砂(SY)、陶粒(TL)、无烟煤(WY)和细沙(XS)构成的不同底质生物滤器,在正常水质条件下,30天内双齿围沙蚕平均体质量均实现了正增长,其中细沙组沙蚕体质量增长率最快,达48.48%;陶粒组次之,石英砂组沙蚕体质量增长最低。而投喂不同体质量比例的牙鲆残饵粪便作为多毛类饵料,饵料/体质量(湿重)比例为12%的M3组沙蚕体质量出现正增长,其增长率为18.00%,为最高体质量增长率。研究结果证实了高效滤料和牙鲆残饵粪便分别作为多毛类生活基质和饵料的条件下,气升式多毛类生物滤器能够长时间运行。其次,开展了气升式多毛类生物滤器在工厂化牙鲆养殖废水净化中的应用研究。利用麦饭石(MF)、石英砂(SY)、陶粒(TL)和无烟煤(WY)四种底质构建的气升式多毛类生物滤器对高浓度工厂化牙鲆养殖废水进行了净化。结果显示,不同底质构成的多毛类生物滤器能够净化高浓度的牙鲆养殖废水。实验期间,各不同底质多毛类生物滤器内废水温度、盐度和pH均呈现逐步升高并稳定的变化趋势。牙鲆养殖废水中悬浮物在各底质组中均快速下降,96小时后,各底质组中悬浮物浓度均低于海水养殖尾水排放标准。COD在无烟煤组下降速率最快,三天下降比例为52.89%,陶粒组次之。10天后,各滤器废水中的COD已达标。氨氮和亚硝酸盐氮在不同底质滤器中显示出浓度快速下降并稳定的变化趋势。其中在10天时,无烟煤组对废水中氨氮去除率最高,达86.67%,显著高于其它各组。硝酸盐和活性磷酸盐浓度显示出逐步升高的变化趋势,其中无烟煤组和陶粒组硝酸盐浓度上升最快,而石英砂组活性磷酸盐浓度升高最快。再次,计算了气升式多毛类生物滤器净化养殖废水过程中的碳元素、氮元素平衡和能量分配比例。结果显示,不同滤料构成的气升式多毛类生物滤器净水过程中碳、氮和能量主要来源为饵料投入,占总投入比例达64.97～88.30%。碳支出主要包括底质沉积、沙蚕生产、沙蚕呼吸、底质呼吸、水呼吸以及水中总碳六个组成部分。其中沉积碳以石英砂组最高,为54.37%。无烟煤组最低,为46.46%。沙蚕生产碳在陶粒组最高,为4.67%,石英砂组最低,达1.35%。在氮支出方面,陶粒组沙蚕生长氮占比最高,石英砂组沉积氮占比最高。能量分配方程显示,沙蚕生长能和沉积能在各底质组中呈现出显著差异,其中陶粒组沙蚕生长能占比最高,沉积能占比最低,而石英砂组与陶粒组相反。然后,测定了气升式多毛类生物滤器净化废水时各不同底质组中异养细菌、氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌数量变化规律。结果显示,共获得27株异养菌菌株,主要由变形菌门、拟杆菌门以及厚壁菌门构成。异养细菌数量显示出快速升高变化趋势,其中陶粒组数量达(77.50±3.21)×106 CFU/g,显著高于其余底质。氨氧化细菌数量也呈现快速增长的变化趋势,15天后,无烟煤组最高达(1.06±0.05)×107MPN/g,而石英砂组最低。30天后,各底质组氨氧化细菌数量较为接近并维持稳定。亚硝酸盐氧化细菌数量变化与氨氧化细菌相同,无烟煤组20天时达最大值,其数量为(1.08±0.04)×107 MPN/g。另外,改进并放大了气升式多毛类生物滤器,构建了气升式多毛类—牙鲆循环养殖系统(APCS)。测定了三种不同底质陶粒(TL)、石英砂(SY)和细沙(XS)为底质的循环养殖系统水质变化与牙鲆生长。结果显示,陶粒组可在零换水条件下维持70天的循环养殖,细沙和石英砂组最长为54天。水质方面,各底质组中SS、氨氮、硝酸盐、活性磷酸盐等均显示出逐步升高变化趋势,其中陶粒底质组中四种指标升高速度均显著低于其它各组和空白对照组。实验周期内,陶粒组牙鲆生长最快,最高平均体质量达395.33±62.01g,而细沙组牙鲆生长较慢,平均体质量为291.54±42.31g,差异极显著。最后,分析了循环养殖系统的碳、氮元素平衡和能量分配。结果显示,饵料是气升式多毛类—牙鲆循环养殖系统中碳、氮元素和能量主要来源,占比分别为94.23～95.30%、100%和95.86～96.64%。在支出方面,生物呼吸所消耗碳和能量是其支出主要组成部分,其占总收入碳的49.50～57.51%和总能量的35.43～41.00%。沉积是支出的另外主要部分,其贡献了比例为15.94～26.96%的碳、30.21～42.23%的氮和35.44～43.58%能量。陶粒组牙鲆生长累积的碳、氮和能量显著高于其它两种底质。研究结果期望能够为牙鲆工厂化养殖废弃物的净化与利用提供新的方法,并为水产养殖向绿色发展提供有益尝试。