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微电极案例:研究冲刷和曝气对膜曝气生物膜影响:N2O排放分析

更新时间:2024-05-24   点击次数:81次

本次分享一篇由德国达姆施塔特工业大学环境生物技术研究所团队在《Water Research》上发表的一篇学术论文:Looking deeper into the effects of scouring and aeration on membrane aerated biofilms: Analysis of nitrogen conversion, oxygen profiles and nitrous oxide emissions。本文主要探讨了曝气和冲刷策略对膜曝气生物膜反应器(MABRs)性能的影响,以及生物膜中氧气和氧化亚氮的分布情况。实验使用了四个平板MABRs,分别在间歇曝气(iMABR)和连续曝气(cMABR)条件下运行,并引入了低频(LF)和高频(HF)的冲刷。实验结果显示,间歇曝气的反应器最初发展为部分硝化生物膜,但随着时间推移,生物膜适应了曝气策略并转变为硝化。而连续曝气的反应器则直接发展为硝化生物膜,没有明显的部分硝化阶段。限制氧气供应通过为厌氧氨氧化(Anammox)提供更好的环境同时限制硝化,从而提高了总氮(TN)的去除效率。通过微电极分析了不同生物膜深度下的氧气剖面,发现间歇曝气导致生物膜不同深度的氧气浓度和时间变化。


在本文中,微电极被用于执行膜曝气生物膜反应器(MABRs)中生物膜的微尺度测量。具体的应用如下:

1. 测量溶解氧(DO)和氧化亚氮(N2O)的浓度:使用了微电极来测量生物膜内不同深度的溶解氧和氧化亚氮的浓度。这些测量帮助研究者了解间歇曝气和连续曝气对生物膜内氧气分布的影响。

2. 分析氧气浓度剖面:通过微电极测量,研究者能够确定生物膜与膜界面处的溶解氧浓度,并分析生物膜内部的氧气消耗速率。这些数据有助于揭示不同曝气策略下生物膜内微生物群落结构和功能的变化。

3. 评估间歇曝气对生物膜的影响:微电极的测量结果表明,间歇曝气导致了生物膜内不同深度的氧气浓度和时间可利用性的变化,这对生物膜内特定细菌群的选择和抑制具有重要影响。

4. 研究氧化亚氮(N2O)的排放:微电极同样用于测量反应器的循环液体和曝气尾气中的N2O浓度,从而评估MABRs的温室气体排放情况。

5. 辅助理解生物膜内微生物活动:通过微电极测量的氧气消耗率和氧气浓度分布,研究者能够推断出生物膜内微生物的活动情况,包括好氧细菌和厌氧氨氧化细菌(AnAOB)的活性。

6. 实验数据的收集:微电极的使用为研究提供了定量的数据,这些数据对于分析MABRs的性能、优化操作策略以及提高氮的去除效率至关重要。

微电极技术的应用使得研究者能够在微观层面上深入理解MABRs的工作原理,为进一步改进和优化这种废水处理技术提供了科学依据。

智感环境是国内为数较少能够实现微电极系统开发和商业化推广的公司,并创新性地推出了微电极多通道分析系统,可以同步高分辨率检测pH、DO、Eh、H2S等多种指标实现了我国在该技术领域的弯道超车。Easysensor微电极的设计特殊,它的穿刺能力可深入水体、生物膜、颗粒污泥、植物的根茎叶以及液体与固体的扩散边界层,为微生态和微区研究提供了强有力的工具。这款微电极的末端细至微米级别,在不破坏被测对象结构和生理活性的前提下,快速刺入样品内部,实现对微环境的精确测量。