CN104391028A - 利用微生物电解池技术在线监测氨态氮浓度的方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用微生物电解池技术在线监测氨态氮浓度的装置，其包括微生物电解池，用于测定不同水体中的氨态氮浓度；恒电位仪；水力旋流器；硝化反应器；样品自动稀释器、静态混匀器、在线脱气机；储液罐；恒温箱；数据采集系统，用于采集微生物电解池的输出信号；计算机和控制系统，用于控制整个装置的运行。本发明装置具有灵敏度高、检测时间短、线性范围宽及操作简单等优点，可在线测定硝酸根离子，大大提高了监测水平，此外，本发明装置在功能微生物培养过程中不需要添加葡萄糖等有机物，从而极大地提高了装置的可操作性，并降低了装置的维护要求。

Description

利用微生物电解池技术在线监测氨态氮浓度的方法与装置

技术领域

本发明涉及一种氨态氮浓度测定的方法与装置，具体涉及一种利用微生物电解池技术在线监测氨态氮浓度的方法与装置。

背景技术

由于现代工、农业的发展会排放大量的含氨氮的污水。水体中的氨态氮是指以游离氨（或称非离子氨，NH₃）和离子氨（NH₄ ⁺）形式存在的氮。氨氮成为最普遍存在的水体污染物之一。近年来，我国地下水中氨氮的污染问题日益突出。氨氮含量较高时，对人体具有不同程度的危害。因此，对各种水体中氨氮的在线监测是一个亟待解决的问题。

目前水体中氨态氮浓度测定的常规方法包括：纳氏试剂比色法、水杨酸-次氯酸盐比色法和凯氏定氮仪蒸馏-滴定法。纳氏试剂比色法和水杨酸-次氯酸盐比色法是检测器通过测量样品或样品反应产物的吸光度，把检测样品和标准物质产生的吸光值进行比较得出检测样品的浓度，存在有机质和颗粒物干扰、检测时间长、样品预处理繁琐（针对污水）及不适用于有浊度或颜色的水样的缺点，因而不适合在线测定氨态氮浓度。虽然凯氏定氮仪蒸馏-滴定法适用范围广，但是样品预处理时间长，因而也不适合在线测定氨态氮浓度。

因此，有必要研究和开发氨态氮浓度测定的新方法。

发明内容

本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种氨态氮浓度在线测定装置，本发明具有灵敏度高、线性范围宽及检测时间短等优点，可用于在线测定不同水体中的氨态氮浓度。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种利用微生物电解池技术在线监测氨态氮浓度的装置，其特征在于：包括微生物电解池，用于测定硝酸根离子浓度的生物传感器；连接管；液体输送泵；水力旋流器；样品自动稀释器；硝化反应器；静态混匀器；在线脱气机；恒电位仪；储液罐；恒温箱；电阻；数据采集系统，用于采集微生物电解池的输出信号；计算机和控制系统，用于控制整个装置的运行；计算机和控制系统分别和微生物电解池、液体输送泵、样品自动稀释器、在线脱气机、恒温箱及数据采集系统连接；数据采集系统与电阻并联。

微生物电解池通过连接管与液体输送泵、水力旋流器、样品自动稀释器、硝化反应器、静态混匀器、在线脱气机及储液罐连接。

所述的利用微生物电解池技术在线监测氨态氮浓度的装置，其特征在于：微生物电解池阴极室的阴极电极表面附着有电活性反硝化细菌；所述电活性反硝化细菌可以以活性污泥、厌氧消化污泥、水底沉积物及污水为接种物富集获得。

所述的利用微生物电解池技术在线监测氨态氮浓度的装置，其特征在于：装置在运行过程中只需要包括如下的磷酸盐缓冲液与微量元素基本无机培养基，不需要添加葡萄糖等有机物。

电活性反硝化细菌培养基组成：每升蒸馏水中含4.4 g KH₂PO₄、3.4 g K₂HPO₄、2 g NaHCO₃、0.5 g NaCl、0.2 g MgSO₄ ·7H₂O、0.0146 g CaCl₂、2 g Na₂CO₃、20 g KNO₃及1 mL微量元素溶液。

微量元素溶液组成：每升蒸馏水中含1 g FeSO₄·7H₂O、70 mg ZnCl₂、100 mg MnCl₂·4H₂O、6 mg H₃BO₃、130 mg CaCl₂·6H₂O、2 mg CuCl₂·2H₂O、24 mg NiCl₂·6H₂O、36 mg Na₂MoO₄·2H₂O、238 mg CoCl₂·6H₂O。

所述的利用微生物电解池技术在线监测氨态氮浓度的装置，其特征在于：在阳极室的阳电极上电解水产生质子和电子，产生的质子和电子迁移到阴极室为硝酸根离子的还原提供质子和电子。

所述的利用微生物电解池技术在线监测氨态氮浓度的装置，其特征在于：所述的硝化反应器中固定有硝化细菌，可以将待测样品的氨态氮转化为硝酸根离子。

优选地，本发明微生物电解池为双室微生物电解池，微生物电解池包括阳极室和阴极室，阳极室和阴极室之间设置有分隔膜，所述分隔膜为质子交换膜、阳离子交换膜或双极膜；阳极室和阴极室内分别放置阳极电极和阴极电极；所述微生物电解池以惰性镀铂导电材料或铂材料为阳极电极、导电惰性材料（碳布、碳纸、石墨毡、网状玻璃碳或碳纤维刷）为阴极电极；阳极电极和阴极电极间通过钛丝、导线、恒电位仪及电阻连接。

阴极室通过连接管与液体输送泵、样品自动稀释器、硝化反应器、静态混匀器、在线脱气机、储液罐及采样泵连接。

阳极室通过连接管及液体输送泵和阳极储液罐连接。

所述的利用微生物电解池技术在线监测氨态氮浓度的装置，其特征在于：恒电位仪高电位端通过导线与电阻相连，电阻通过钛丝与阳极电极相连，恒电位仪的低电位端通过钛丝与阴极电极相连，电阻两端连接一个用于测定电阻两端电压的数据采集系统。

所述的利用微生物电解池技术在线监测氨态氮浓度的装置，其特征在于：装置上的所有输送泵、采样泵、样品自动稀释器、在线脱气机、恒温箱及数据采集系统均和计算机控制系统连接；数据采集系统和电阻并联，用于采集电阻两端的电压。

所述的利用微生物电解池技术在线监测氨态氮浓度的装置，其特征在于：所述微生物电解池安装于一个恒温箱内。

所述的利用微生物电解池技术在线监测氨态氮浓度的装置，其特征在于：恒电位仪输出的直流电压范围为0.0~3.0 V。

所述的利用微生物电解池技术在线监测氨态氮浓度的装置，其特征在于：进入微生物电解池阴极室的样品溶液的流量范围为0.1~100 mL/min。

一种利用微生物电解池技术在线监测氨态氮浓度的方法，其特征在于：先将含氨态氮的待测样品输入到硝化反应器中，借助硝化反应器中的硝化细菌将氨态氮转化为硝酸根离子；然后将含硝酸根离子的溶液除氧后加入到微生物电解池的阴极室中，阴极电极表面附着的功能微生物（电活性反硝化细菌）利用阴极电极提供的电子和从阳极室扩散到阴极室的质子将硝酸根离子还原为N₂的同时产生电流；测定由微生物电解池产生的最大电流，再根据微生物电解池产生的最大电流大小与硝酸根离子浓度之间的相关性来确定硝酸根离子浓度，从而确定样品中氨态氮的浓度（硝酸根离子的物质的量与氨态氮的物质的量相等）。

基于传统微生物燃料电池构建的测定氨态氮（或硝酸盐）浓度的传感器，其性能除受到微生物燃料电池阴极室功能微生物电活性反硝化细菌影响外，微生物燃料电池阳极室电活性微生物活性同样对其性能具有显著影响, 从而导致装置的可操作性和稳定性较差。此外，微生物燃料电池传感器的功能微生物位于微生物燃料电池的阳极室，且在运行过程中必须为阳极功能微生物提供葡萄糖等有机物，否则装置无法实现检测氨态氮浓度的功能。再次，由于有机物的稳定性差（其浓度会因染菌而发生变化），因而基于传统微生物燃料电池构建的测定氨态氮（或硝酸盐）浓度的传感器装置的稳定性差，且装置的维护要求高。

本发明装置以微生物电解池为传感器，在微生物电解池阳极室的阳电极上电解水产生质子和电子，产生的质子和电子迁移到微生物电解池阴极室为硝酸根离子的还原提供质子和电子，因而传感器的性能不受传感器阳极的影响，与此同时装置在运行过程中不需要添加葡萄糖等有机物，因而极大地提高了装置的稳定性和可操作性，并降低了装置的维护要求。

本发明具有灵敏度高、检测下限浓度低、检测时间短、线性范围宽、稳定性好、可操作性强及操作简单等优点，可在线测定氨态氮（硝酸根离子）浓度。本发明方法具有快捷灵敏，检测时间短，大大提高了监测水平，并且具有较大的社会效益，是常规监测手段所无法达到的。

附图说明

图 1 为利用微生物电解池技术在线监测氨态氮浓度装置的结构示意图。

通过下面的详细说明并结合附图，可以更清楚地理解本发明的上面的及其他的目的、特征和优点。

具体实施方式

实施例1

1. 用于在线测定氨态氮浓度装置的结构及微生物电解池感应器的设计与组装

图1是用于氨态氮浓度在线测定装置的一个图解说明，所述装置包括：连接管1、采样泵2、连接管3、水力旋流器4、水力旋流器溢流管5、连接管6、蠕动泵7、连接管8、样品自动稀释器9、连接管10、硝化反应器11、导气管12、连接管13、蠕动泵14、连接管15、储液罐16、连接管17、蠕动泵18、连接管19、静态混匀器20、连接管21、在线脱气机22、连接管23、微生物电解池24、阴极电极25、排液管26、导气管27、分隔膜28、导气管29、恒温箱30、储液罐31、连接管32、蠕动泵33、连接管34、阳极电极35、排液管36、钛丝37、电阻38、导线39、恒电位仪40、钛丝41、数据采集系统42及计算机和控制部分43。

以下对具有上述结构的用微生物电解池来在线测定氨态氮浓度装置的工作原理进行说明。

装置中恒电位仪40的低电位端通过钛丝41与微生物电解池24中的阴极电极25相连，高电位端通过导线39、电阻38及钛丝37与微生物电解池24中的阳极电极35相连；恒电位仪40的直流输出电压设为1.2 V，从而促使在微生物电解池24阳极室中的阳极电极表面发生水电解产生质子和电子；产生的质子和电子迁移到微生物电解池24的阴极室；阴极电极25表面附着的电活性反硝化细菌利用从阳极室迁移过来的质子和电子将硝化反应器产生的硝酸根离子（硝化反应器中的硝化细菌将待测样品中的氨态氮氧化为硝酸根离子）还原为N₂的同时产生电流，根据微生物电解池产生的最大电流大小与硝酸根离子浓度之间的相关性来确定硝酸根离子浓度，然后再确定样品中氨态氮的浓度（硝酸根离子的物质的量与氨态氮的物质的量相等）。

计算机和控制部分43分别对采样泵2、蠕动泵7、样品自动稀释器9、蠕动泵14、蠕动泵18、在线脱气机22、恒温箱30、蠕动泵33及数据采集系统42进行控制。

待测样品通过连接管1、采样泵2、连接管3、水力旋流器4、水力旋流器溢流管5、连接管6、蠕动泵7、连接管8、样品自动稀释器9、连接管10、硝化反应器11、连接管13、蠕动泵14及连接管15进入静态混匀器20；同时储液罐16中的反硝化细菌培养基经连接管17、蠕动泵18、连接管19及连接管15也进入静态混匀器20；待测样品经硝化反应后和反硝化细菌培养基经静态混匀器20混匀后经连接管21、在线脱气机22及连接管23从微生物电解池24的阴极室的侧底部进入阴极室，流经阴极室后通过排液管26从阴极室的侧顶部排出；与此同时，纯N₂分别通过导气管27和导气管29分别进入微生物电解池24的阴极室和阳极室。阴极室里有阴极电极25及附着在阴极电极25表面的电活性反硝化细菌（微生物催化剂），该功能微生物能利用阳极室电解水产生的电子和质子将硝酸根离子还原为N₂。

与此同时，储液罐31中的电解质溶液通过连接管32、蠕动泵33及连接管34从微生物电解池24阳极室的侧底部进入阳极室，流经阳极室后通过排液管36从阳极室的侧顶部排出。阳极室里有铂黑阳极电极35。也就是说，待测样品经硝化反应后与反硝化细菌基本培养基（不含硝酸根离子）经脱氧后同时进入微生物电解池24的阴极室，而电解质溶液进入微生物电解池24的阳极室。此时，在微生物电解池24阳极室中的阳极电极35表面发生水电解产生质子和电子，在恒电位仪38提供的直流外加电压的作用下，水电解产生的电子经阳极电极35、钛丝37、电阻38、导线39、恒电位仪40及钛丝41传递到微生物电解池24的阴极电极25；同时水电解产生的质子经分隔膜从微生物电解池24的阳极室迁移到微生物电解池24阴极室的阴极电极25表面附近；阴极电极25表面附着的电活性反硝化细菌利用从阳极室迁移过来的质子和电子将硝酸根离子还原为N₂的同时产生电流，由数据采集系统42采集电阻38两端的电压后输入到计算机和控制部分43。

微生物电解池主要包括阳极室、阴极室、双极膜、石墨毡阴极电极、镀铂钛网阳极电极、硅胶密封圈及不锈钢螺丝（直径5 mm）固定螺丝。微生物电解池的阳极室和阴极室分别由一块聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）板（60×100×20 mm）构成，每块板中间雕刻形成一个20×60×10 mm的空腔，且微生物电解池的阳极室和阴极室之间用双极膜（30×70 mm）隔开。阳极室和阴极室都分别设有进水管及出水管（直径3 mm）。阴极室中固定有石墨毡阴极电极（20×50×5 mm，GF series, Electro-synthesis Co., USA），而阳极室中固定有镀铂钛网阳极电极（18×50×2 mm，表面积约为25 cm²）。石墨毡阴极电极在使用之前先用丙酮浸泡过夜，干燥后用1 mol/L的盐酸浸泡24 h，然后再用蒸馏水冲洗至中性后待用。镀铂钛网阳极电极使用前用0.5 mol/L的硝酸溶液清洗。先将石墨毡阴极电极和镀铂钛网阳极电极分别固定在阴极室和阳极室内，然后依次分别将硅胶密封圈、双极膜、硅胶密封圈及阴极室置于阳极室上，再用不锈钢螺丝固定。镀铂钛网阳极电极与石墨毡阴极电极之间通过钛丝（直径0.3 mm）与恒电位仪和电阻（10.1 Ω）相连，其中恒电位仪的低电位端与石墨毡阴极电极相连，恒电位仪的高电位端与电阻相连，恒电位仪的直流输出电压设为1.2 V。电阻两端连接一个数据采集卡（myDAQ，上海恩艾仪器有限公司），用于测定电阻两端的电压。

硝化反应器中固定有筛选分离获得的高效硝化细菌。

2. 微生物电解池阴极电极表面电活性反硝化细菌的富集

电活性反硝化细菌培养基组成：每升蒸馏水中含4.4 g KH₂PO₄、3.4 g K₂HPO₄、2 g NaHCO₃、0.5 g NaCl、0.2 g MgSO₄ ·7H₂O、0.0146 g CaCl₂、2 g Na₂CO₃、20 g KNO₃及1 mL微量元素溶液。

微量元素溶液组成：每升蒸馏水中含1 g FeSO₄·7H₂O、70 mg ZnCl₂、100 mg MnCl₂·4H₂O、6 mg H₃BO₃、130 mg CaCl₂·6H₂O、2 mg CuCl₂·2H₂O、24 mg NiCl₂·6H₂O、36 mg Na₂MoO₄·2H₂O、238 mg CoCl₂·6H₂O。

阳极电解质溶液为0.5 mol/L的硫酸溶液。

电活性反硝化细菌培养基进入微生物电解池阴极室前用纯氮气曝气15 min除氧。

以污水处理厂的好氧活性污泥、厌氧活性污泥及水底沉底物（体积比为1:1:1）的混合物（10 mL）接种微生物电解池24的阴极室。储液罐16中电活性反硝化细菌培养基除氧后以2 mL/min的流量经连接管17、蠕动泵18、连接管19、连接管15、静态混匀器20、连接管21、在线脱气机22及连接管23从微生物电解池24的阴极室的侧底部进入阴极室，流经阴极室后经排液管26排出。与此同时，储液罐31中的电解质溶液（0.5 mol/L）以0.5 mL/min的流量连续不断地输入到微生物电解池24的阳极室。纯N₂分别通过导气管27和导气管29以20 mL/min的流量分别进入微生物电解池24的阴极室和阳极室。恒电位仪的直流输出电压设为1.2 V。每隔5 s用数据采集系统42（myDAQ，上海恩艾仪器有限公司）测定电阻38两端的电压，并将其保存到计算机和控制部分43。微生物电解池24置于35oC的恒温箱中保持温度恒定。经过60 d的连续操作后，电阻38两端的电压稳定，说明在微生物电解池的阴极电极表面充分富集了电活性反硝化细菌，此时微生物电解池可以用来在线测定样品中的氨态氮的浓度。

3. 样品测定

电活性反硝化细菌基本培养基（不含硝酸根离子）组成：每升溶液中含44 g KH₂PO₄、34 g K₂HPO₄、20 g NaHCO₃、5 g NaCl、2 g MgSO₄ ·7H₂O、0. 146 g CaCl₂、20 g Na₂CO₃及10 mL微量元素溶液。

微量元素溶液组成：每升溶液中含1 g FeSO₄·7H₂O、70 mg ZnCl₂、100 mg MnCl₂·4H₂O、6 mg H₃BO₃、130 mg CaCl₂·6H₂O、2 mg CuCl₂·2H₂O、24 mg NiCl₂·6H₂O、36 mg Na₂MoO₄·2H₂O、238 mg CoCl₂·6H₂O。

阳极电解质溶液为0.5 mol/L的硫酸溶液。

电活性反硝化细菌基本培养基和待测样品进入微生物电解池阴极室前用纯氮气曝气15 min。

用NH₄Cl分别配制一系列不同氨态氮浓度的待测样品（0.5 mg/L、2 mg/L、10 mg/L、25 mg/L、50 mg/L、100 mg/L、150 mg/L及200 mg/L）（以氮计），并让样品依次通过连接管1、采样泵2、连接管3、水力旋流器4、水力旋流器溢流管5、连接管6、蠕动泵7、连接管8、样品自动稀释器9及连接管10进入硝化反应器11；空气以50 mL/min的流量经导气管11不断通入硝化反应器11；经硝化反应后的样品经连接管13、蠕动泵14、连接管15、静态混匀器20、连接管21、在线脱气机22及连接管23，以1.8 mL/min的流量进入微生物电解池24的阴极室；与此同时，储液罐16中的电活性反硝化细菌基本培养基（不含硝酸根离子）以0.2 mL/min的流量经连接管17、蠕动泵18、连接管19及连接管15进入静态混匀器20，并与待测样品在静态混匀器20中混合后经连接管21、在线脱气机22及连接管23从微生物电解池24的阴极室的侧底部进入阴极室。与此同时，储液罐31中的电解质溶液（0.5 mol/L硫酸溶液）经连接管32以0.5 mL/min的流量连续不断地输入到微生物电解池24的阳极室。纯N₂分别通过导气管27和导气管29以20 mL/min的流量分别进入微生物电解池24的阴极室和阳极室。恒电位仪的直流输出电压设为1.2 V。每隔5 s用数据采集系统42（myDAQ，上海恩艾仪器有限公司）测定电阻38两端的电压，并将其保存到计算机和控制部分43。实验结果表明：微生物电解池产生的最大电流与氨态氮浓度（以氮计）在0.5~100 mg/L的范围内呈现良好的线性关系，测量标准误差≤8%，测定时间小于15 min。

Claims (10)

1.一种利用微生物电解池技术在线监测氨态氮浓度的装置，其特征在于：包括微生物电解池，用于测定硝酸根离子浓度的生物传感器；连接管；液体输送泵；水力旋流器；样品自动稀释器；硝化反应器；静态混匀器；在线脱气机；恒电位仪；储液罐；恒温箱；电阻；数据采集系统，用于采集微生物电解池的输出信号；计算机和控制系统，用于控制整个装置的运行；计算机和控制系统分别和微生物电解池、液体输送泵、样品自动稀释器、在线脱气机、恒温箱及数据采集系统连接；数据采集系统与电阻并联；

微生物电解池通过连接管与液体输送泵、水力旋流器、样品自动稀释器、硝化反应器、静态混匀器、在线脱气机及储液罐连接；

所述装置在运行过程中只需要磷酸盐缓冲液与微量元素基本无机培养基，而不需要添加有机物；

所述微生物电解池阴极室的阴极电极表面附着有电活性反硝化细菌；所述电活性反硝化细菌能够以活性污泥、厌氧消化污泥、水底沉积物、污水为接种物富集获得。

2.根据权利要求1所述的利用微生物电解池技术在线监测氨态氮浓度的装置，其特征在于：所述电活性反硝化细菌的培养基组成为：每升蒸馏水中含4.4 g KH₂PO₄、3.4 g K₂HPO₄、2 g NaHCO₃、0.5 g NaCl、0.2 g MgSO₄7H₂O、0.0146 g CaCl₂、2 g Na₂CO₃、20 g KNO₃及1 mL微量元素溶液；所述微量元素溶液组成：每升蒸馏水中含1 g FeSO₄7H₂O、70 mg ZnCl₂、100 mg MnCl₂4H₂O、6 mg H₃BO₃、130 mg CaCl₂6H₂O、2 mg CuCl₂2H₂O、24 mg NiCl₂6H₂O、36 mg Na₂MoO₄2H₂O、238 mg CoCl₂6H₂O。

3.根据权利要求1所述的利用微生物电解池技术在线监测氨态氮浓度的装置，其特征在于：在阳极室的阳极电极上电解水产生质子和电子，产生的质子和电子迁移到阴极室为硝酸根离子的还原提供质子和电子。

4.根据权利要求1所述的利用微生物电解池技术在线监测氨态氮浓度的装置，其特征在于：所述硝化反应器中固定有硝化细菌，可以将待测样品的氨态氮转化为硝酸根离子。

5.根据权利要求1所述的利用微生物电解池技术在线监测氨态氮浓度的装置，其特征在于：所述微生物电解池为双室微生物电解池，包括阳极室和阴极室，阳极室和阴极室之间设置有分隔膜，所述分隔膜为质子交换膜、阳离子交换膜或双极膜；阳极室和阴极室内分别放置阳极电极和阴极电极；所述微生物电解池以惰性镀铂导电材料或铂材料为阳极电极、导电惰性材料为阴极电极；阳极电极和阴极电极间通过钛丝、恒电位仪及电阻连接；所述导电惰性材料为碳布、碳纸、石墨毡、网状玻璃碳或碳纤维刷；

阴极室通过连接管与液体输送泵、样品自动稀释器、硝化反应器、静态混匀器、在线脱气机、储液罐及采样泵连接；

阳极室通过连接管及液体输送泵和阳极储液罐连接。

6.根据权利要求1所述的利用微生物电解池技术在线监测氨态氮浓度的装置，其特征在于：恒电位仪高电位端通过导线与电阻相连，电阻通过钛丝与阳极电极相连，恒电位仪的低电位端通过钛丝与阴极电极相连，电阻两端连接一个用于测定电阻两端电压的数据采集系统。

7.根据权利要求1所述的利用微生物电解池技术在线监测氨态氮浓度的装置，其特征在于：装置上的所有输送泵、采样泵、样品自动稀释器、在线脱气机、恒温箱及数据采集系统均和计算机控制系统连接；数据采集系统和电阻并联，用于采集电阻两端的电压；所述微生物电解池安装于一个恒温箱内。

8.根据权利要求1所述的利用微生物电解池技术在线监测氨态氮浓度的装置，其特征在于：恒电位仪输出的直流电压范围为0.0~3.0 V。

9.根据权利要求1所述的利用微生物电解池技术在线监测氨态氮浓度的装置，其特征在于：进入微生物电解池阴极室的样品溶液的流量范围为0.1~100 mL/min。

10.一种利用微生物电解池技术在线监测氨态氮浓度的方法，其特征在于：先将含氨态氮的待测样品输入到硝化反应器中，借助硝化反应器中的硝化细菌将氨态氮转化为硝酸根离子；然后将含硝酸根离子的溶液除氧后加入到微生物电解池的阴极室中，阴极电极表面附着的电活性反硝化细菌利用阴极电极提供的电子和从阳极室扩散到阴极室的质子将硝酸根离子还原为N₂的同时产生电流；测定由微生物电解池产生的最大电流，再根据微生物电解池产生的最大电流大小与硝酸根离子浓度之间的相关性来确定硝酸根离子浓度，从而确定样品中氨态氮的浓度。