本文采用排水管道生物膜反应器装置培养生物膜，使用微电极在不同C/N下进行测试，获得氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮以及溶解氧在生物膜内部的分布规律，进而分析生物膜内部氮元素的迁移转化机理，旨在探索不同C/N对管道生物膜脱氮过程的影响。


实验采用PVC材料制作的反应器模拟排水管道.装置示意如图1所示，最上方为高位水箱，实验污水从3个等高的高位水箱流经各个坡度相同的排水管道及中间水箱后到达各自的低位水箱，然后采用磁力循环泵将水转移至高位水箱，由此进行循环，其中PVC管内壁贴有PVC薄片作为生物膜生长的载体.由于污水流动过程中水力条件相同，因此，在同一批次实验过程中，3套反应器中剪切力条件相同的，只有水质条件不同.实验采用人工配水，配方见表1。为了更好的模拟真实废水中的情况，配水中还加入了生物膜生长所需的微量元素。

图1实验装置示意

表1人工配水成分


微电极测试系统


微电极测试系统示意图如图2所示。

图2微电极测试系统示


采用NH4+，NO3-，NO2-离子选择性微电极进行测试，微电极产生的电信号通过丹麦Unisense公司生产的主机MicrosensorMultimeter收集，并通过软件SensorTrace PRO V.3.1.3在计算机中读取NH4+的浓度分别为10-5，10-4，10-3，10-2，10-1mol/L时，浓度的负对数与产生的电压值之间表现出良好的线性相关性，相关系数为0.9987，同样NO3-、NO2-离子选择性微电极的相关系数分别为0.9979和0.9985.电极的响应时间指电极从刚开始接触样品到测量值达到最大测量值90%所需要的时间，这3种微电极的响应时间都小于10s，而且性能比较稳定.生物膜内DO浓度采用Unisense公司生产的尖端直径为10μm的DO微电极(OX10)获得，其响应时间小于3s，搅拌敏感度低，可以可靠、快速地进行测量.微环境的测量应当只在稳定的支架上进行，此支架应当固定在结实无震动的桌子上，实验中采用Unisense支架LS18以及微电极推进器(MM33-2)，推进器通过马达控制器(MC-232)控制，实现μm级的步进距离。


实验步骤与条件


分别配制COD分别为60，150，300mg/L，TN均为30mg/L的3种人工配水，对应的C/N比分别是2、5、10.在1.5Pa剪切力条件下运行3组反应器，温度为25℃左右，通过曝气将DO控制在1.5mg/L左右，在这3种C/N比条件下培养生物膜，定期取出测试其厚度，待其厚度不再发生变化即认为已达到成熟，取出用微电极测定生物膜内部物质浓度分布情况，主要包括DO、NH4+、NO2-、NO3-，测试时生物膜置于原环境条件下。