本次分享一篇由德國達姆施塔特工業大學環境生物技術研究所團隊在《Water Research》上發表的一篇學術論文：Looking deeper into the effects of scouring and aeration on membrane aerated biofilms: Analysis of nitrogen conversion, oxygen profiles and nitrous oxide emissions。本文主要探討了曝氣和沖刷策略對膜曝氣生物膜反應器（MABRs）性能的影響，以及生物膜中氧氣和氧化亞氮的分布情況。實驗使用了四個平板MABRs，分別在間歇曝氣（iMABR）和連續曝氣（cMABR）條件下運行，并引入了低頻（LF）和高頻（HF）的沖刷。實驗結果顯示，間歇曝氣的反應器最初發展為部分硝化生物膜，但隨著時間推移，生物膜適應了曝氣策略并轉變為硝化。而連續曝氣的反應器則直接發展為硝化生物膜，沒有明顯的部分硝化階段。限制氧氣供應通過為厭氧氨氧化（Anammox）提供更好的環境同時限制硝化，從而提高了總氮（TN）的去除效率。通過微電極分析了不同生物膜深度下的氧氣剖面，發現間歇曝氣導致生物膜不同深度的氧氣濃度和時間變化。

在本文中，微電極被用于執行膜曝氣生物膜反應器（MABRs）中生物膜的微尺度測量。具體的應用如下：

1. 測量溶解氧(DO)和氧化亞氮(N2O)的濃度：使用了微電極來測量生物膜內不同深度的溶解氧和氧化亞氮的濃度。這些測量幫助研究者了解間歇曝氣和連續曝氣對生物膜內氧氣分布的影響。

2. 分析氧氣濃度剖面：通過微電極測量，研究者能夠確定生物膜與膜界面處的溶解氧濃度，并分析生物膜內部的氧氣消耗速率。這些數據有助于揭示不同曝氣策略下生物膜內微生物群落結構和功能的變化。

3. 評估間歇曝氣對生物膜的影響：微電極的測量結果表明，間歇曝氣導致了生物膜內不同深度的氧氣濃度和時間可利用性的變化，這對生物膜內特定細菌群的選擇和抑制具有重要影響。

4. 研究氧化亞氮(N2O)的排放：微電極同樣用于測量反應器的循環液體和曝氣尾氣中的N2O濃度，從而評估MABRs的溫室氣體排放情況。

5. 輔助理解生物膜內微生物活動：通過微電極測量的氧氣消耗率和氧氣濃度分布，研究者能夠推斷出生物膜內微生物的活動情況，包括好氧細菌和厭氧氨氧化細菌(AnAOB)的活性。

6. 實驗數據的收集：微電極的使用為研究提供了定量的數據，這些數據對于分析MABRs的性能、優化操作策略以及提高氮的去除效率至關重要。

微電極技術的應用使得研究者能夠在微觀層面上深入理解MABRs的工作原理，為進一步改進和優化這種廢水處理技術提供了科學依據。

智感環境是國內為數較少能夠實現微電極系統開發和商業化推廣的公司，并創新性地推出了微電極多通道分析系統，可以同步高分辨率檢測pH、DO、Eh、H2S等多種指標實現了我國在該技術領域的彎道超車。Easysensor微電極的設計特殊，它的穿刺能力可深入水體、生物膜、顆粒污泥、植物的根莖葉以及液體與固體的擴散邊界層，為微生態和微區研究提供了強有力的工具。這款微電極的末端細至微米級別，在不破壞被測對象結構和生理活性的前提下，快速刺入樣品內部，實現對微環境的精確測量。