中文摘要：

微生物载体是废水生物处理中被广泛采用来固定微生物的材料。近年发展了多种具有好氧和缺氧功能分区的生物载体，但由于缺乏对生物载体内部结构与传质机理的理论研究，没有可用以指导载体结构优化的模型。本研究采用一系列微电极对生物载体内部特征进行测试，检测溶解氧、氧化还原电位和硝酸盐等参数。建立测试系统，控制生物载体外环境条件，实现特征参数场分布的测试。并研究载体外环境条件、载体结构和反应条件之间的关系，建立传

结论摘要：

内置式悬浮球填料在废水处理中应用广泛。本项目首次采用微电极技术对填料脱氮过程中的内部特征参数进行了测试。研究从微电极的制备入手，制备了性能良好，尖端直径5-50μm之间的氧、氧化还原电位(ORP)、铵盐和硝酸盐液膜离子选择性微电极。通过在敏感膜内添加PVC粉末以及采用共轴电极结构增大了铵盐和硝酸盐离子选择性液膜微电极的尖端直径，改善了电极性能。建立了填料内部特性测试的微电极系统，通过各项优化措施成功抑制了微电极信号的波动。测试了在稳态条件下填料内部特征参数的分布曲线，证实了填料内可以形成明显的好氧/缺氧和硝化/反硝化的分层结构，硝化发生在氧充足的填料表层，反硝化发生在由填料结构形成的缺氧区，表明了填料内的脱氮过程是硝酸盐型同步硝化反硝化过程，本质上是由于扩散阻力造成的氧浓度梯度的存在。系统考察了四种外环境因素对填料内特征参数分布的影响，通过统计分析，确定了对填料内氧和氨氮分布产生影响的关键因素。基于微电极的测试数据，提出了稳态浓度曲线锲合法，获得了填料内氧和氨氮的有效扩散系数。提出了扩散-反应模型理论模拟填料的脱氮效果，通过模型的验证，得到模型中值误差<10%。