[发明专利]基于微生物电解池技术快速测定生化需氧量的装置及方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种生化需氧量快速测定装置与方法，具体涉及一种基于微生物电解池技术快速测定生化需氧量的装置与方法。

背景技术

生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand，BOD）是衡量水质最为重要的和使用最广泛的指标之一。

BOD测定中使用最广泛的检测方法是五日生化需氧量（5-day BOD，BOD₅）。这种方法具有一定的优势，如作为一个普遍适用的方法能测量大多数污水样品，此外，不需要昂贵的设备。然而它不仅耗时（5 d）较长，而且要求有很好的经验和技术才能获得重复结果。因而，它不适合在线检测BOD。

因此，人们探索和研究了各种可以快速测量BOD的替代方法，特别是生物传感器。

大多数的BOD生物传感器是依靠一个合适的转换器来测量细胞的呼吸活动。最近的报道包括使用溶解氧探头、二氧化碳分析仪、光学传感器、发光细菌及微生物燃料电池等，其中将溶解氧探头和生物膜（含生物识别元件）相结合基于溶解氧监测的BOD生物传感器的研究和应用最为广泛。

虽然基于溶解氧探头BOD生物传感器的响应信号与BOD浓度之间具有良好的相关性，但这类传感器存在许多问题，如线性范围窄、溶解氧探头昂贵、膜污染造成稳定性差及需要对溶解氧探头定期清洗和替换，从而在一定程度上限制了其使用。

微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell，MFC）是一个以微生物作为催化剂氧化有机物并产生电流的装置。MFC产生的最大电流和库仑量与样品中BOD的浓度在一定范围存在较好的线性关系，因而可以作为BOD生物传感器。

目前已开发各种MFC型的BOD生物传感器，并用于离线或在线测定BOD。MFC型BOD生物传感器拥有许多优点，包括稳定周期长、维护要求低、抗重金属及广泛的特异性等。然而，该系统的缺点是在运行过程中需要不断地向阴极提供氧气，因为氧气可以从阴极室扩散进入阳极室，从而降低库仑效率和抑制阳极厌氧微生物的生长，最终会导致传感器的灵敏度下降、线性范围变窄及检测限高。此外，氧气在阴极的还原效率较低，不仅降低了传感器的灵敏度，而且也使传感器的检测时间较长。

因此，有必要研究和开发BOD检测的新方法。

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，提供一种快速测定生化需氧量的装置及方法，本发明具有灵敏度高、线性范围宽及检测时间短等优点，可用于在线或离线测定污水中的BOD值。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种基于微生物电解池技术快速测定生化需氧量的装置，其特征在于：所述装置采用微生物电解池结构，包括微生物电解池、数据采集系统及记录单元；所述微生物电解池为单室微生物电解池或双室微生物电解池；所述微生物电解池以导电惰性材料为阳极电极、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；数据采集系统与电阻并联，记录单元和数据采集系统相连接。

优选地，本发明微生物电解池为双室微生物电解池，阳极电极和阴极电极之间设置有分隔膜，所述分隔膜为质子交换膜、阳离子交换膜、阴离子交换膜或双极膜。

进一步优选地，本发明阳极电极所用导电惰性材料为石墨毡、泡沫石墨、碳布、颗粒石墨、网状玻璃碳或铂电极；阴极电极所用导电惰性材料为铂片、铂网、石墨毡、泡沫石墨、碳布、网状玻璃碳、石墨板、不锈钢、钛板、钛网，以及上述材料的镀铂和涂铂催化剂材料。

更具体地，本发明所述微生物电解池包括阴极室和阳极室，阴极室和阳极室之间由质子交换膜分隔，阴极室内设置有镀铂钛网阴极电极，阳极室内设置有石墨毡阳极电极，阴极电极和阳极电极之间通过钛丝、恒电位仪及电阻连接，其中恒电位仪高电位端通过钛丝与电阻相连，电阻通过钛丝与阳极电极，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。

本发明所述记录单元为一个记录与显示装置，数据采集系统连接记录与显示装置。

本发明阴极室和阳极室分别由一块聚甲基丙烯酸甲酯板构成，每块板中间雕刻形成一个空腔分别为阴极室和阳极室，设置有阴极室和阳极室的两块聚甲基丙烯酸甲酯板上下端分别由不锈钢螺丝固定连接，阴极室和阳极室分别设置有进样口，镀铂钛网阴极电极和石墨毡阳极电极分别固定在阴极室和阳极室内，阴极室和阳极室之间由质子交换膜分隔，质子交换膜和阴极室和阳极室的连接处分别安装有硅胶密封垫。