[发明专利]一种分离式N2O选择微电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于环境微生物与环境监测技术领域，主要涉及一种分离式N₂O选择微电极及其制备方法。 

背景技术

水体环境与人类生活息息相关，水质的好坏不仅影响人们的身体健康，还可能带来生态问题。水体中氮素浓度超标排放容易诱发水体富营养化，使藻类过度生长和繁殖，大片水面会被藻类覆盖，出现水华和赤潮现象，不仅消耗水体溶解氧使水体有恶臭，而且会带来一系列生态问题，使湖泊等自然水体沼泽化，甚至消亡。因此，废水生物脱氮（将水体中氮素转化为氮气）处理是防止废水富营养化的重要途径，也是废水处理的一个重要研究内容。 

然而，近年研究表明，废水生物脱氮过程中释放一种强温室气体——N₂O（其温室效应是CO₂的300多倍）。据估算，污水处理系统中因N₂O释放产生的温室效应占污水处理系统释放所有气体产生总温室效应的26%，废水生物脱氮过程中污染物由水环境转嫁到了大气环境，与全球普遍强调可持续发展理念相悖。因此，探索生物脱氮过程中N₂O的产生机理并减少N₂O的释放量对实现废水生物脱氮的可持续处理具有重要的意义和价值。 

N₂O选择微电极具有尖端细、分辨率和灵敏度高的特点，能够在不破坏污泥形态结构的前提下，测定污泥基团内部N₂O的空间分布规律和特征，可作为污水脱氮处理过程中探索N₂O产生机理的强有力的技术方法。 

目前，对废水生物脱氮过程中N₂O释放的研究多停留在宏观层面，利用传统研究方法和技术手段通过收集尾气测定气体成分，从宏观角度研究N₂O释放量和释放特征，对微环境—尤其是活性污泥基团（例如颗粒污泥、生物膜、自然水体沉积层等）内部N₂O的测定无能为力。因此，开发一种新型的N₂O微电极，对于研究不同生物脱氮工艺（硝化工艺、反硝化工艺、短程硝化工艺、厌氧氨氧化工艺以及单级自养脱氮工艺等）过程中不同污泥形态结构中（絮体污泥、生物膜、 颗粒污泥等）N₂O的空间分布特征，进一步揭示不同脱氮途径过程中N₂O产生机理，从而针对性提出N₂O减量化释放措施，对优化废水生物脱氮工艺运行，实现废水生物脱氮的可持续处理具有重要意义和价值。 

发明内容

针对废水生物脱氮过程中N₂O机理研究技术手段存在的缺陷和不足，本发明的目的在于，提供一种分离式N₂O选择微电极及其制备方法，该微电极具有尖端细、分辨率和灵敏度高的特点，能够在不破坏污泥形态结构的前提下，测定污泥基团内部N₂O的空间分布规律和特征。 

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案： 

一种分离式N₂O选择微电极，该微电极包括一个管状锥形玻璃管电极和一个套接于其下端的外部管状锥形玻璃套管，所述外部管状锥形玻璃套管一端为锥形，另一端为圆柱形；其内腔充有抗坏血酸盐溶液，锥形尖端用硅胶膜封闭；所述管状锥形玻璃管电极一端为锥形，另一端为圆柱形，其内腔充有包裹一根细铜丝的铋合金；所述管状锥形玻璃管电极圆柱形端面用环氧树脂固定封闭，细铜丝从环氧树脂封闭的圆柱形端面伸出与微电压计相接；所述管状锥形玻璃管电极的锥形端与外部管状锥形玻璃套管圆柱形端面相套接，套接处用环氧树脂封闭。 

本发明微电极进一步的特征在于： 

所述外部管状锥形玻璃套管尖端直径为50-60μm，管状锥形玻璃管电极尖端直径为30-50μm。 

所述外部管状锥形玻璃套管和管状锥形玻璃管电极套接后，两尖端距离为100-180μm。 

相应地，本发明还公开了一种分离式N₂O选择微电极的制备方法，包括下述步骤： 

第一步，组装管状锥形玻璃管电极 

1）制作锥形玻璃管毛坯柱：将两个自耦调压器串联，用微型操作器将玻璃管固定在加热线圈的中部，打开电源后，玻璃管受热，在将要坠下时，迅速关掉电源，玻璃管坠下后完成玻璃管的一次拉制；将第一次拉制的玻璃管尖端朝上，固定在支架上加热，在玻璃管快掉下时，增大一级电压，并迅速关闭电源，玻璃 管坠下，得到尖端直径为5-50μm的锥形玻璃管毛坯柱；