從20世紀(jì)60年代末開始，微電極技術(shù)在水處理領(lǐng)域中得到應(yīng)用，首先采用溶解氧微電極對滴濾池中的生物膜進(jìn)行了研究。此后，微電極測試技術(shù)引起了越來越多的關(guān)注，國內(nèi)外學(xué)者對此開展了廣泛的研究。20世紀(jì)90年代開始，ORP微電極和硫化物離子選擇性微電極逐漸被應(yīng)用到生物膜的研究中。微電極使空間上微米級的分析成為可能，它不但能夠表征生物膜內(nèi)外沿深度、生物膜表面相垂直方向特征參數(shù)的梯度分布和膜內(nèi)部某深度上特征參數(shù)的變化情況，而且通過溶解氧電極的使用，可以直接測定生物膜的厚度。

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。

微電極測試系統(tǒng)

微電極測試系統(tǒng)示意圖如下。

圖2微電極測試系統(tǒng)示意

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)實無震動的桌子上，實驗中采用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，實現(xiàn)μm級的步進(jìn)距離。

實驗步驟與條件

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。

微電極的測試結(jié)果表明，生物膜內(nèi)的DO濃度、NH4+濃度和NO3-濃度沿縱深方向逐漸遞減，而NO2-濃度在生物膜內(nèi)則是沿著縱深方向逐漸遞增。3種C/N比條件下，生物膜內(nèi)的物質(zhì)濃度表現(xiàn)出明顯的差異性。