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微電極案例:研究沖刷和曝氣對膜曝氣生物膜影響:N2O排放分析

更新時間:2024-05-24   點擊次數(shù):463次

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。


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