本次分享一篇由德國達姆施塔特工業(yè)大學環(huán)境生物技術(shù)研究所團隊在《Water Research》上發(fā)表的一篇學術(shù)論文：Looking deeper into the effects of scouring and aeration on membrane aerated biofilms: Analysis of nitrogen conversion, oxygen profiles and nitrous oxide emissions。本文主要探討了曝氣和沖刷策略對膜曝氣生物膜反應器（MABRs）性能的影響，以及生物膜中氧氣和氧化亞氮的分布情況。實驗使用了四個平板MABRs，分別在間歇曝氣（iMABR）和連續(xù)曝氣（cMABR）條件下運行，并引入了低頻（LF）和高頻（HF）的沖刷。實驗結(jié)果顯示，間歇曝氣的反應器最初發(fā)展為部分硝化生物膜，但隨著時間推移，生物膜適應了曝氣策略并轉(zhuǎn)變?yōu)橄趸?。而連續(xù)曝氣的反應器則直接發(fā)展為硝化生物膜，沒有明顯的部分硝化階段。限制氧氣供應通過為厭氧氨氧化（Anammox）提供更好的環(huán)境同時限制硝化，從而提高了總氮（TN）的去除效率。通過微電極分析了不同生物膜深度下的氧氣剖面，發(fā)現(xiàn)間歇曝氣導致生物膜不同深度的氧氣濃度和時間變化。

在本文中，微電極被用于執(zhí)行膜曝氣生物膜反應器（MABRs）中生物膜的微尺度測量。具體的應用如下：

1. 測量溶解氧(DO)和氧化亞氮(N2O)的濃度：使用了微電極來測量生物膜內(nèi)不同深度的溶解氧和氧化亞氮的濃度。這些測量幫助研究者了解間歇曝氣和連續(xù)曝氣對生物膜內(nèi)氧氣分布的影響。

2. 分析氧氣濃度剖面：通過微電極測量，研究者能夠確定生物膜與膜界面處的溶解氧濃度，并分析生物膜內(nèi)部的氧氣消耗速率。這些數(shù)據(jù)有助于揭示不同曝氣策略下生物膜內(nèi)微生物群落結(jié)構(gòu)和功能的變化。

3. 評估間歇曝氣對生物膜的影響：微電極的測量結(jié)果表明，間歇曝氣導致了生物膜內(nèi)不同深度的氧氣濃度和時間可利用性的變化，這對生物膜內(nèi)特定細菌群的選擇和抑制具有重要影響。

4. 研究氧化亞氮(N2O)的排放：微電極同樣用于測量反應器的循環(huán)液體和曝氣尾氣中的N2O濃度，從而評估MABRs的溫室氣體排放情況。

5. 輔助理解生物膜內(nèi)微生物活動：通過微電極測量的氧氣消耗率和氧氣濃度分布，研究者能夠推斷出生物膜內(nèi)微生物的活動情況，包括好氧細菌和厭氧氨氧化細菌(AnAOB)的活性。

6. 實驗數(shù)據(jù)的收集：微電極的使用為研究提供了定量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對于分析MABRs的性能、優(yōu)化操作策略以及提高氮的去除效率至關(guān)重要。

微電極技術(shù)的應用使得研究者能夠在微觀層面上深入理解MABRs的工作原理，為進一步改進和優(yōu)化這種廢水處理技術(shù)提供了科學依據(jù)。

智感環(huán)境是國內(nèi)為數(shù)較少能夠?qū)崿F(xiàn)微電極系統(tǒng)開發(fā)和商業(yè)化推廣的公司，并創(chuàng)新性地推出了微電極多通道分析系統(tǒng)，可以同步高分辨率檢測pH、DO、Eh、H2S等多種指標實現(xiàn)了我國在該技術(shù)領域的彎道超車。Easysensor微電極的設計特殊，它的穿刺能力可深入水體、生物膜、顆粒污泥、植物的根莖葉以及液體與固體的擴散邊界層，為微生態(tài)和微區(qū)研究提供了強有力的工具。這款微電極的末端細至微米級別，在不破壞被測對象結(jié)構(gòu)和生理活性的前提下，快速刺入樣品內(nèi)部，實現(xiàn)對微環(huán)境的精確測量。