从20世纪60年代末开始，微电极技术在水处理领域中得到应用，首先采用溶解氧微电极对滴滤池中的生物膜进行了研究。此后，微电极测试技术引起了越来越多的关注，国内外学者对此开展了广泛的研究。20世纪90年代开始，ORP微电极和硫化物离子选择性微电极逐渐被应用到生物膜的研究中。微电极使空间上微米级的分析成为可能，它不但能够表征生物膜内外沿深度、生物膜表面相垂直方向特征参数的梯度分布和膜内部某深度上特征参数的变化情况，而且通过溶解氧电极的使用，可以直接测定生物膜的厚度。


本文采用排水管道生物膜反应器装置培养生物膜，使用微电极在不同C/N下进行测试，获得氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮以及溶解氧在生物膜内部的分布规律，进而分析生物膜内部氮元素的迁移转化机理，旨在探索不同C/N对管道生物膜脱氮过程的影响。


微电极测试系统

微电极测试系统示意图如下。

图2微电极测试系统示意


采用NH4+，NO3-，NO2-离子选择性微电极进行测试，微电极产生的电信号通过丹麦Unisense公司生产的主机MicrosensorMultimeter收集，并通过软件SensorTrace PRO V。3。1。3在计算机中读取NH4+的浓度分别为10-5，10-4，10-3，10-2，10-1mol/L时，浓度的负对数与产生的电压值之间表现出良好的线性相关性，相关系数为0。9987，同样NO3-、NO2-离子选择性微电极的相关系数分别为0。9979和0。9985。电极的响应时间指电极从刚开始接触样品到测量值达到最大测量值90%所需要的时间，这3种微电极的响应时间都小于10s，而且性能比较稳定。生物膜内DO浓度采用Unisense公司生产的尖端直径为10μm的DO微电极（OX10）获得，其响应时间小于3s，搅拌敏感度低，可以可靠、快速地进行测量。微环境的测量应当只在稳定的支架上进行，此支架应当固定在结实无震动的桌子上，实验中采用Unisense支架LS18以及微电极推进器（MM33-2），推进器通过马达控制器（MC-232）控制，实现μm级的步进距离。


实验步骤与条件


分别配制COD分别为60，150，300mg/L，TN均为30mg/L的3种人工配水，对应的C/N比分别是2、5、10。在1。5Pa剪切力条件下运行3组反应器，温度为25℃左右，通过曝气将DO控制在1。5mg/L左右，在这3种C/N比条件下培养生物膜，定期取出测试其厚度，待其厚度不再发生变化即认为已达到成熟，取出用微电极测定生物膜内部物质浓度分布情况，主要包括DO、NH4+、NO2-、NO3-，测试时生物膜置于原环境条件下。


微电极的测试结果表明，生物膜内的DO浓度、NH4+浓度和NO3-浓度沿纵深方向逐渐递减，而NO2-浓度在生物膜内则是沿着纵深方向逐渐递增。3种C/N比条件下，生物膜内的物质浓度表现出明显的差异性。