目前国内对生物膜的研究较多集中在载体选择、反应器传质特征、优化控制等宏观领域，由于缺乏有效的测定工具，难以实现生物膜微观领域的系统研究，不能进一步解析生物膜内微环境的反应机理，微电极技术能够量化生物膜内部微观环境中的物质变化，对建立微观理论、指导实践具有重要的意义。本文制作了溶解氧和铵微电极，并对微电极的线性范围、响应时间、稳定性、使用寿命等性能进行了检测。在研制出性能良好的微电极的基础上，通过测定生物滤池和流化床反应器中生物膜内微观环境中各种物质浓度的变化，验证了微电极在生物膜微观环境测定中的适用性，并研究了生物膜内部各种物质的反应特征。得出如下主要结论：（1）溶解氧微电极的检测下限为7．2×10^-4mol／L，线性回归性较好，回归系数达到0．9999，回归曲线基本上成一条直线，标准曲线斜率为0．0788，使用寿命在一个月以上。（2）铵微电极的线性响应范围为10^-1～10^-5mol／L，标准曲线斜率为-59．2mV／log[NH₄⁺]，比较接近理论值-59mV／log[NH₄⁺]，回归系数达到0．9991，电极响应时间t₉₀≤5s，使用寿命因制作上的差异而略有差别，一般为3天左右。（3）利用微电极对生物滤池反应器中生物膜内的硝化反应进行了测定。结果表明：当NH₄⁺的浓度从15 mg／L增加到30 mg／L时，NH₃-N的去除率略有降低，但当培养半个月后去除率增加到75．1％。五种微电极测定的结果与宏观结果测定基本吻合。NH₄⁺的浓度为30 mg/L时，用分光光度法测定出水并没有检测出硝酸盐和亚硝酸盐。利用微电极从微观角度分析溶液中NH₄⁺浓度的降低有两方面原因，一方面是因为生物膜的吸附作用，使铵传质到生物膜内；另一方面是微生物将液相中的有机物通过铵化作用转化为氨氮。（4）利用微电极对生物流化床反应器中生物膜内的硝化反应进行了测定。结果表明：当C／N=20和C／N=5时，溶解氧在整个生物膜内均未被耗尽，两种情况下都有硝化反应发生。与C／N=20相比，C／N=5时NH₃-N的去除率提高5．1％，这说明保持COD浓度不变时，NH₃-N浓度的适量增大有助于提高NH₃-N的去除效率。当C／N=2时，溶解氧到达生物膜内部时被完全耗尽，但却没有发生硝化反硝化作用。与前两个条件相比NH₃-N的去除率显著降低，只有68．5％。这是因为保持COD浓度不变时，铵浓度的不断增加导致溶解氧消耗殆尽，溶解氧成为硝化反应的限制因素。（5）微电极从微观角度验证了生物膜中发生的硝化反应，并量化了内部DO、NO₃^-、NO₂^-和NH₄⁺的浓度变化。测定结果表明微电极作为微观测定工具在生物膜中应用的可行性。