微電(dian)極案(an)例：研究(jiu)沖刷和(he)曝氣對(dui)膜曝氣生(sheng)物膜(mo)影(ying)響(xiang)：N2O排放分(fen)析(xi)

本次分(fen)享(xiang)壹(yi)篇由(you)德(de)國(guo)達(da)姆(mu)施(shi)塔(ta)特(te)工(gong)業大(da)學(xue)環(huan)境生(sheng)物技術研究(jiu)所(suo)團隊(dui)在《Water Research》上發表(biao)的壹(yi)篇(pian)學(xue)術論(lun)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(wen)主要(yao)探討了曝氣和(he)沖刷策(ce)略(lve)對(dui)膜曝氣生(sheng)物膜(mo)反(fan)應器(qi)（MABRs）性能(neng)的影(ying)響(xiang)，以及(ji)生(sheng)物膜(mo)中氧(yang)氣和(he)氧化(hua)亞(ya)氮的分(fen)布(bu)情況(kuang)。實(shi)驗使(shi)用(yong)了(le)四(si)個平板MABRs，分(fen)別在間歇(xie)曝氣（iMABR）和(he)連(lian)續曝氣（cMABR）條(tiao)件(jian)下運行，並(bing)引入了(le)低頻（LF）和(he)高(gao)頻（HF）的沖刷。實(shi)驗結果(guo)顯(xian)示(shi)，間歇(xie)曝氣的反(fan)應器(qi)最(zui)初(chu)發展(zhan)為部(bu)分(fen)硝(xiao)化生(sheng)物膜(mo)，但(dan)隨(sui)著時(shi)間推(tui)移，生(sheng)物膜(mo)適(shi)應了(le)曝氣策(ce)略(lve)並(bing)轉(zhuan)變(bian)為硝(xiao)化(hua)。而連(lian)續曝氣的反(fan)應器(qi)則(ze)直接發展(zhan)為硝化(hua)生物膜(mo)，沒有明(ming)顯(xian)的部(bu)分(fen)硝(xiao)化階段。限(xian)制氧(yang)氣供(gong)應通過為厭(yan)氧氨(an)氧化(hua)（Anammox）提(ti)供(gong)更好的環(huan)境同(tong)時(shi)限(xian)制(zhi)硝(xiao)化，從(cong)而提(ti)高(gao)了總(zong)氮（TN）的去(qu)除效(xiao)率(lv)。通過微電(dian)極分(fen)析(xi)了不(bu)同(tong)生(sheng)物膜(mo)深(shen)度(du)下的氧(yang)氣剖(pou)面，發現(xian)間歇(xie)曝氣導(dao)致(zhi)生(sheng)物膜(mo)不(bu)同(tong)深(shen)度(du)的氧(yang)氣濃度(du)和(he)時間變(bian)化。

在(zai)本文(wen)中，微電(dian)極被用(yong)於(yu)執(zhi)行膜(mo)曝氣生(sheng)物膜(mo)反(fan)應器(qi)（MABRs）中生(sheng)物膜(mo)的微尺(chi)度(du)測(ce)量(liang)。具體的應用(yong)如(ru)下：

1. 測(ce)量(liang)溶解氧(DO)和(he)氧化(hua)亞(ya)氮(N2O)的濃度(du)：使(shi)用(yong)了(le)微電(dian)極來測(ce)量(liang)生物膜(mo)內(nei)不(bu)同(tong)深(shen)度(du)的溶(rong)解(jie)氧和(he)氧化(hua)亞(ya)氮的濃度(du)。這些測(ce)量(liang)幫助研(yan)究(jiu)者(zhe)了(le)解(jie)間歇(xie)曝氣和(he)連(lian)續曝氣對(dui)生物膜(mo)內(nei)氧氣分(fen)布(bu)的影(ying)響(xiang)。

2. 分(fen)析(xi)氧氣濃度(du)剖面(mian)：通過微電(dian)極測(ce)量(liang)，研究(jiu)者(zhe)能(neng)夠(gou)確定(ding)生(sheng)物膜(mo)與(yu)膜界(jie)面(mian)處的溶(rong)解(jie)氧濃度(du)，並(bing)分(fen)析(xi)生物膜(mo)內(nei)部(bu)的氧(yang)氣消耗(hao)速(su)率(lv)。這些數據有(you)助於(yu)揭(jie)示(shi)不(bu)同(tong)曝氣策(ce)略(lve)下生物膜(mo)內(nei)微生物群(qun)落結構和(he)功能的變(bian)化。

3. 評(ping)估(gu)間歇(xie)曝氣對(dui)生物膜(mo)的影(ying)響(xiang)：微電(dian)極的測(ce)量(liang)結果(guo)表(biao)明(ming)，間歇(xie)曝氣導(dao)致(zhi)了(le)生物膜(mo)內(nei)不(bu)同(tong)深(shen)度(du)的氧(yang)氣濃度(du)和(he)時間可利用(yong)性的變(bian)化，這對(dui)生物膜(mo)內(nei)特定(ding)細(xi)菌(jun)群(qun)的選擇和(he)抑制(zhi)具有重(zhong)要影(ying)響(xiang)。

4. 研究(jiu)氧(yang)化亞(ya)氮(N2O)的排放：微電(dian)極同(tong)樣(yang)用(yong)於(yu)測(ce)量(liang)反應器(qi)的循(xun)環(huan)液體(ti)和(he)曝氣尾(wei)氣中的N2O濃度(du)，從(cong)而評估(gu)MABRs的溫(wen)室氣體(ti)排放情況(kuang)。

5. 輔(fu)助理(li)解(jie)生(sheng)物膜(mo)內(nei)微生物活動：通過微電(dian)極測(ce)量(liang)的氧(yang)氣消耗(hao)率(lv)和(he)氧氣濃度(du)分(fen)布(bu)，研究(jiu)者(zhe)能(neng)夠(gou)推(tui)斷(duan)出生物膜(mo)內(nei)微生物的活動情況(kuang)，包括(kuo)好氧(yang)細(xi)菌(jun)和(he)厭(yan)氧氨(an)氧化(hua)細(xi)菌(jun)(AnAOB)的活性。

6. 實(shi)驗數據的收(shou)集(ji)：微電(dian)極的使(shi)用(yong)為(wei)研(yan)究(jiu)提(ti)供(gong)了(le)定(ding)量(liang)的數據，這些數據對(dui)於(yu)分(fen)析(xi)MABRs的性能(neng)、優(you)化操作策略(lve)以及(ji)提(ti)高(gao)氮的去(qu)除效(xiao)率(lv)至(zhi)關重(zhong)要。

微電(dian)極技術的應用(yong)使(shi)得(de)研究(jiu)者(zhe)能(neng)夠(gou)在(zai)微觀層(ceng)面上深入(ru)理(li)解(jie)MABRs的工(gong)作原(yuan)理(li)，為(wei)進(jin)壹步(bu)改(gai)進和(he)優化(hua)這種廢(fei)水(shui)處理(li)技術提(ti)供(gong)了(le)科(ke)學(xue)依據。

智感(gan)環(huan)境是國(guo)內為(wei)數較少能(neng)夠(gou)實(shi)現(xian)微電(dian)極系統(tong)開發和(he)商(shang)業化推(tui)廣的公司，並(bing)創(chuang)新(xin)性地(di)推(tui)出了微電(dian)極多通道(dao)分(fen)析(xi)系統(tong)，可以同(tong)步(bu)高(gao)分(fen)辨(bian)率(lv)檢測(ce)pH、DO、Eh、H2S等(deng)多種指標實現了我國(guo)在該(gai)技術領域(yu)的彎(wan)道(dao)超車(che)。Easysensor微電(dian)極的設(she)計(ji)特殊，它(ta)的穿(chuan)刺(ci)能力(li)可深入(ru)水(shui)體、生(sheng)物膜(mo)、顆(ke)粒汙(wu)泥、植(zhi)物的根(gen)莖(jing)葉以(yi)及(ji)液體(ti)與(yu)固體(ti)的擴(kuo)散(san)邊(bian)界(jie)層(ceng)，為微生態(tai)和(he)微區研(yan)究(jiu)提(ti)供(gong)了(le)強(qiang)有力(li)的工(gong)具。這款(kuan)微電(dian)極的末(mo)端細(xi)至(zhi)微米級(ji)別，在不(bu)破(po)壞(huai)被測(ce)對(dui)象結構和(he)生理(li)活性的前(qian)提(ti)下，快速(su)刺(ci)入樣(yang)品(pin)內部(bu)，實(shi)現(xian)對(dui)微環(huan)境的精(jing)確測(ce)量(liang)。