溶解氧和錢微電極的研制及在生物膜中的應(yīng)用研究.pdf

1、目前國內(nèi)對(duì)生物膜的研究較多集中在載體選擇、反應(yīng)器傳質(zhì)特征、優(yōu)化控制等宏觀領(lǐng)域，由于缺乏有效的測定工具，難以實(shí)現(xiàn)生物膜微觀領(lǐng)域的系統(tǒng)研究，不能進(jìn)一步解析生物膜內(nèi)微環(huán)境的反應(yīng)機(jī)理，微電極技術(shù)能夠量化生物膜內(nèi)部微觀環(huán)境中的物質(zhì)變化，對(duì)建立微觀理論、指導(dǎo)實(shí)踐具有重要的意義。
　　 本文制作了溶解氧和錢微電極，并對(duì)微電極的線性范圍、響應(yīng)時(shí)間、穩(wěn)定性、使用壽命等性能進(jìn)行了檢測。在研制出性能良好的微電極的基礎(chǔ)上，通過測定生物濾池和流化床反應(yīng)器

2、中生物膜內(nèi)微觀環(huán)境中各種物質(zhì)濃度的變化，驗(yàn)證了微電極在生物膜微觀環(huán)境測定中的適用性，并研究了生物膜內(nèi)部各種物質(zhì)的反應(yīng)特征。得出如下主要結(jié)論:
　　 (1)溶解氧微電極的檢測下限為7.2×10-4mol/L，線性回歸性較好，回歸系數(shù)達(dá)到0.9999，回歸曲線基本上成一條直線，標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率為0.0788，使用壽命在一個(gè)月以上。
　　 (2)銨微電極的線性響應(yīng)范圍為10-1～10-5mol/L，標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率為-59.2mV/l

3、og[NH4+]，比較接近理論值-59mv/log[NH5+]，回歸系數(shù)達(dá)到0.9991，電極響應(yīng)時(shí)間t90≤5s，使用壽命因制作上的差異而略有差別，一般為3天左右。
　　 (3)利用微電極對(duì)生物濾池反應(yīng)器中生物膜內(nèi)的硝化反應(yīng)進(jìn)行了測定。結(jié)果表明:當(dāng)NH4+的濃度從15mg/L增加到30mg/L時(shí)，NH3-N的去除率略有降低，但當(dāng)培養(yǎng)半個(gè)月后去除率增加到75.1％。五種微電極測定的結(jié)果與宏觀結(jié)果測定基本吻合。NH4+的濃度為30

4、mg/L時(shí)，用分光光度法測定出水并沒有檢測出硝酸鹽和亞硝酸鹽。利用微電極從微觀角度分析溶液中NH4+濃度的降低有兩方面原因，一方面是因?yàn)樯锬さ奈阶饔?，使銨傳質(zhì)到生物膜內(nèi);另一方面是微生物將液相中的有機(jī)物通過銨化作用轉(zhuǎn)化為氨氮。
　　 (4)利用微電極對(duì)生物流化床反應(yīng)器中生物膜內(nèi)的硝化反應(yīng)進(jìn)行了測定。結(jié)果表明:當(dāng)C/N=20和C/N=5時(shí)，溶解氧在整個(gè)生物膜內(nèi)均未被耗盡，兩種情況下都有硝化反應(yīng)發(fā)生。與C/N=2O相比，C/N=

5、5時(shí)NH3-n的去除率提高5.1％，這說明保持COD濃度不變時(shí)，NH3-N濃度的適量增大有助于提高NH3-N的去除效率。當(dāng)C/N=2時(shí)，溶解氧到達(dá)生物膜內(nèi)部時(shí)被完全耗盡，但卻沒有發(fā)生硝化反硝化作用。
　　 與前兩個(gè)條件相比NH3-N的去除率顯著降低，只有68.5％。這是因?yàn)楸３諧OD濃度不變時(shí)，錢濃度的不斷增加導(dǎo)致溶解氧消耗殆盡，溶解氧成為硝化反應(yīng)的限制因素。
　　 (5)微電極從微觀角度驗(yàn)證了生物膜中發(fā)生的硝化反應(yīng)，并