本文采用排水管道生物膜反應(yīng)器裝置培養(yǎng)生物膜，使用微電極在不同C/N下進(jìn)行測試，獲得氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮以及溶解氧在生物膜內(nèi)部的分布規(guī)律，進(jìn)而分析生物膜內(nèi)部氮元素的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理，旨在探索不同C/N對管道生物膜脫氮過程的影響。

實(shí)驗(yàn)采用PVC材料制作的反應(yīng)器模擬排水管道.裝置示意如圖1所示，最上方為高位水箱，實(shí)驗(yàn)污水從3個等高的高位水箱流經(jīng)各個坡度相同的排水管道及中間水箱后到達(dá)各自的低位水箱，然后采用磁力循環(huán)泵將水轉(zhuǎn)移至高位水箱，由此進(jìn)行循環(huán)，其中PVC管內(nèi)壁貼有PVC薄片作為生物膜生長的載體.由于污水流動過程中水力條件相同，因此，在同一批次實(shí)驗(yàn)過程中，3套反應(yīng)器中剪切力條件相同的，只有水質(zhì)條件不同.實(shí)驗(yàn)采用人工配水，配方見表1。為了更好的模擬真實(shí)廢水中的情況，配水中還加入了生物膜生長所需的微量元素。

圖1實(shí)驗(yàn)裝置示意

表1人工配水成分

微電極測試系統(tǒng)

微電極測試系統(tǒng)示意圖如圖2所示。

圖2微電極測試系統(tǒng)示

采用NH4+，NO3-，NO2-離子選擇性微電極進(jìn)行測試，微電極產(chǎn)生的電信號通過丹麥Unisense公司生產(chǎn)的主機(jī)MicrosensorMultimeter收集，并通過軟件SensorTrace PRO V.3.1.3在計算機(jī)中讀取NH4+的濃度分別為10-5，10-4，10-3，10-2，10-1mol/L時，濃度的負(fù)對數(shù)與產(chǎn)生的電壓值之間表現(xiàn)出良好的線性相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.9987，同樣NO3-、NO2-離子選擇性微電極的相關(guān)系數(shù)分別為0.9979和0.9985.電極的響應(yīng)時間指電極從剛開始接觸樣品到測量值達(dá)到最大測量值90%所需要的時間，這3種微電極的響應(yīng)時間都小于10s，而且性能比較穩(wěn)定.生物膜內(nèi)DO濃度采用Unisense公司生產(chǎn)的尖端直徑為10μm的DO微電極(OX10)獲得，其響應(yīng)時間小于3s，攪拌敏感度低，可以可靠、快速地進(jìn)行測量.微環(huán)境的測量應(yīng)當(dāng)只在穩(wěn)定的支架上進(jìn)行，此支架應(yīng)當(dāng)固定在結(jié)實(shí)無震動的桌子上，實(shí)驗(yàn)中采用Unisense支架LS18以及微電極推進(jìn)器(MM33-2)，推進(jìn)器通過馬達(dá)控制器(MC-232)控制，實(shí)現(xiàn)μm級的步進(jìn)距離。

實(shí)驗(yàn)步驟與條件

分別配制COD分別為60，150，300mg/L，TN均為30mg/L的3種人工配水，對應(yīng)的C/N比分別是2、5、10.在1.5Pa剪切力條件下運(yùn)行3組反應(yīng)器，溫度為25℃左右，通過曝氣將DO控制在1.5mg/L左右，在這3種C/N比條件下培養(yǎng)生物膜，定期取出測試其厚度，待其厚度不再發(fā)生變化即認(rèn)為已達(dá)到成熟，取出用微電極測定生物膜內(nèi)部物質(zhì)濃度分布情況，主要包括DO、NH4+、NO2-、NO3-，測試時生物膜置于原環(huán)境條件下。