[发明专利]一种用于测量CW-MFC反应速率的装置及方法

说明书

本发明公开了一种用于测量CW‑MFC反应速率的装置，包括电池耦合装置、测量电路、单片机；所述电池耦合装置为上端开口的半封闭腔体，从一侧至另一侧分别为进水口、阴极室、薄膜、第一滤料区、阳极室、第二滤料区、卵石层和出水口，上端开口处铺设植物层；所述测量电路两端分别连接电池耦合装置的阴极室和阳极室，用于测量其内部电压值，所述电池耦合装置通过测量电路与单片机相连，还公开该装置的测量方法，该装置可准确测得内部氧气浓度变化速率，即为CW‑MFC的反应速率。

技术领域

本发明涉及一种反应速率测量领域，尤其是涉及一种用于测量CW-MFC反应速率的装置及方法。

背景技术

人工湿地-微生物燃料电池(CW-MFC)是一种将人工湿地与微生物燃料电池进行耦合的系统，由于其创新性和优良的环境效益，目前已经在印染废水降解、农村生活污水净化等诸多领域得到了广泛的应用。人工湿地-微生物燃料电池不但可以利用人工湿地内部的好氧与厌氧交替的环境，而且可以利用微生物燃料电池将化学能转化为电能的优势，在去除污染物的同时，可以实现生物产电。

但是，人工湿地-微生物燃料电池仍存在不少问题，需要及时地改进和调整：如人工湿地-微生物燃料电池的产电性能受到有机负荷、氧化还原梯度、湿地植物及基质等因素的影响，当装置体积增大时还会出现功率密度过低、内阻过大、库伦效率低等问题。而人工湿地-微生物燃料电池的反应速率可以用于评估装置的水质净化效果、硝化菌与反硝化菌的活性。因此，需要直观便捷地测得人工湿地-微生物燃料电池的实时反应速率，进而及时对装置的净水和产电性能进行改进和适应性调整，但目前仍缺乏一种有效的方法。如中国专利CN201610273268提供了一种降解偶氮染料的CW-MFC耦合系统及其降解方法，优化了阴极区域构造和性能，营造了好氧环境提高了处理效率，但是不能及时评估装置运行的反应速率，没有解决实际运行中可能遇到的CW-MFC处理效果评价问题。

氧气浓度会影响硝化菌和反硝化菌的活性，进而影响人工湿地-微生物燃料电池对COD、NO₃^--N、NH₄⁺-N等指标的去除效果，同时氧气在人工湿地-微生物燃料电池的阴极被消耗生成水，故氧气浓度的变化速率可以反映人工湿地-微生物燃料电池的反应速率。常见的溶解氧测量方法有电流测定法和碘量法等，但是碘量法测量周期长，程序繁琐，易受外界环境干扰，而电流测定法需要不停搅拌样品，更换电解液、活化电极，运行维护比较复杂，且电流法的常用电极是银和铂等重金属，会产生二次污染问题。

发明内容

发明目的：为了克服背景技术的不足，本发明第一目的是公开一种用于测量CW-MFC反应速率的装置；第二目的是公开该装置的测量CW-MFC反应速率得方法。

技术方案：本发明所述的用于测量CW-MFC反应速率的装置，包括电池耦合装置、测量电路、单片机；所述电池耦合装置为上端开口的半封闭腔体，从一侧至另一侧分别为进水口、阴极室、薄膜、第一滤料区、阳极室、第二滤料区、卵石层和出水口，上端开口处铺设植物层；所述测量电路两端分别连接电池耦合装置的阴极室和阳极室，用于测量其内部电压值，所述电池耦合装置通过测量电路与单片机相连。薄膜为透氧薄膜，确保水中溶解的氧气聚集至阴极室附近被还原。

进一步的，所述测量电路中包括限流电阻、三极管、热敏电阻、电压表，所述三极管的基极通过限流电阻与阴极室连接，所述三极管的发射极与阴极室直接连接，所述三极管的集电极通过热敏电阻与阳极室连接，所述电压表连接单片机并与热敏电阻并连，三极管将测量电路的电流和电压放大，进而提高测量精度，单片机将传感器收到的电信号传给计算机，进而绘制实时图表。

进一步的，所述所述阴极室与阳极室的填料为粒径1-8mm颗粒活性炭；所述第一滤料区和第二滤料区均由粒径范围为4-10mm的砾石组成；所述卵石层为粒径20-35mm的鹅卵石组成；所述植物层为蒲草或灯芯草。