背景介紹:減少一氧化二氮（N2O）的產(chǎn)生的方法已成為當下的研究重點(diǎn)，由于N2O對全球變暖的影響比二氧化碳（CO2）強300倍以上，并且對臭氧層的破壞有貢獻。研究人員發(fā)現廢水處理廠(chǎng)（WWTP）是N2O排放的重要來(lái)源，尤其是那些采用涉及硝化和反硝化的生物脫氮工藝的工廠(chǎng)。一個(gè)階段的完全自養性氮去除過(guò)程在一個(gè)反應器中結合了部分硝化（PN）和厭氧銨氧化（anammox）。它具有處理高強度銨和低C/N比的廢水的巨大潛力。由于該過(guò)程需要較少的曝氣且無(wú)需添加外部有機碳，因此越來(lái)越多地用于污水處理廠(chǎng)。本論文研究人員研究通過(guò)微電極測量研究了生物膜在一級完全自養脫氮過(guò)程中產(chǎn)生的一氧化二氮。在低氧條件下進(jìn)行了多批實(shí)驗，所測生物膜從測序間歇生物膜反應器(SBBR)取樣。含氮化合物的轉化途徑分析了生物膜根據微剖面濃度,NH4+,NO2-和NO3-。微電極技術(shù)提供了高空間和時(shí)間分辨率，可以選擇性地測量基質(zhì)內的濃度，也可以用于非破壞性地確定生物膜的微剖面，這有利于分析氮化合物轉化和生物膜生成一氧化二氮（N2O）。

Unisense微電極系統的應用

使用克拉克型氧氣和氧化亞氮微電極（Unisense），尖端直徑分別為10μm和25μm，響應時(shí)間約為10s-30s，測量了生物膜中DO和N 2 O的微剖面濃度。使用氧氣和氧化亞氮微電極測試生物膜內的-200μm至750μm的范圍內（生物膜表面深度為0μm）獲取4 h后（添加底物后）的測試DO，N2O的微剖面濃度。

實(shí)驗結果：應用微電極系統（unisense）測量研究了生物膜在一級完全自養脫氮過(guò)程中產(chǎn)生的一氧化二氮。在低氧條件下進(jìn)行了多批實(shí)驗，所測生物膜從測序間歇生物膜反應器(SBBR)取樣。研究了生物膜在一級完全自養脫氮過(guò)程中產(chǎn)生的一氧化二氮。研究人員通過(guò)生物膜中溶解氧、氮化合物和一氧化二氮的濃度微譜表征了氮轉化和一氧化二氮產(chǎn)生的途徑。研究發(fā)現NH2OH氧化、AOB反硝化和HD是生物膜產(chǎn)生N2O的途徑。而NO2-在生物膜生成一氧化二氮中起關(guān)鍵作用。

圖、應用unisense微電極系統用于測量生物膜中底物生物膜濃度的分批測試系統的示意圖。

使用unisense氧化亞氮微電極分別在4h時(shí)后測試批處理的生物膜中的測試濃度微剖面圖。其中A,B,C對應的是不同批次的實(shí)驗。

結論與展望：研究人員依據三個(gè)主要途徑研究了生物脫氮過(guò)程中的N2O產(chǎn)生：羥胺（NH 2OH）氧化，氨氧化細菌（AOB）脫氮和異養反硝化（HD）。研究人員通過(guò)微電極剖面系統（unisense）測量研究了生物膜在一級完全自養脫氮過(guò)程中產(chǎn)生的一氧化二氮。在低氧條件下進(jìn)行了多批實(shí)驗，所測生物膜是從測序間歇生物膜反應器(SBBR)取樣。由于unisense微電極技術(shù)提供了高空間和時(shí)間分辨率，可以選擇性地原位測量基質(zhì)生物膜內的氧化亞氮的濃度，也可以用于非破壞性地確定生物膜的微剖面測試，這有利于分析氮化合物轉化和生物膜生成一氧化二氮。從而了解了含氮化合物的轉化途徑并分析了生物膜根據微剖面濃度,NH4+,NO2-和NO3-。從N2O濃度微譜和氮化合物轉化途徑等方面推導出生物膜產(chǎn)生一氧化二氮的潛在途徑和影響因素。