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在养殖中，氨氮和亚硝态氮是制约鱼类正常生长的主要因子之一，生物净化是由附着在生物填料表面的生物膜完成的，生物膜是指由微生物、原生动物、多糖类等胞外聚合物组成，具有去除有机物和三态氮（氨氮、亚硝态氮和硝态氮）的功能。
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废水在生物滤料表面流动时，有机物就会从流动水层中转移到附着水层中，与此同时，氧气也通过水层进入生物膜，生物膜上的微生物在有充足氧的条件下对有机物进行分解，将其转换为无机盐和二氧化碳，二氧化碳沿着相反方向从生物膜经过排到空气中。
从开始进水到生物膜成熟要经历潜伏期和生长期两个阶段，当水温20℃，而且有机物含量适当时，滤床的挂膜只需一周时间，但达到完全成熟需要20-30天时间。
在生物滤床运转初期，氨化微生物首先生长繁殖，有机氮通过氨化作用转化成NH3，NH3在水中可解离成NH4+，因此，出水口的总铵（铵态氮NH4+-N）比处理前高；但数天后，由于硝化细菌的不断繁殖，使NH3-N逐渐氧化为NO2--N，然后进一步氧化为NO3--N，致使总氨氮逐步下降，而NO2--N和NO3--N则迅速上升。
滤床运转一段时间后，废水通过生物膜后，总氨氮迅速下降，NO3--N明显上升，但往往NO2--N居高不下，此时滤床还不能称作成熟。因为即使低剂量的NO2--N也会对生物的生长甚至生存产生很大影响。因此，只有当出水中的NO2--N开始下降，才能成为滤床成熟了，故NO2--N下降是滤床成熟的主要标志，此时微生物代谢旺盛，水的净化能力强，出水水质良好。
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