[发明专利]一种基于微生物燃料电池的毒性评价方法

说明书

本发明公开了一种基于微生物燃料电池的毒性评价方法，包括微生物燃料电池系统及电信号检测装置。微生物燃料电池系统由阴阳极基质、双室型微生物燃料电池系统和蠕动泵组成。阴阳极基质通过蠕动泵流经微生物燃料电池，电池的阴阳极室连接到电信号检测器，信号输出端连接到电脑上。当基质中出现不同浓度毒性物质时，输出电信号相应减小，计算单位时间的产电量即平均电流抑制率，与未投加毒性物质进行对比，判断废水的生物抑制程度。本发明灵敏、结果直观，检测范围宽，计算方法准确，误报率低，较好的预测微生物受抑制的程度。

技术领域

本发明涉及水处理领域，尤其涉及基于微生物燃料电池的评估毒性物质对微生物抑制及其影响的监控与方法。

背景技术

近几年水污染事件常见报道，及时对水质进行监测是水污染防治的重要环节。常规水质监测采用物理化学生物方法实现，物理化学方法应用广泛，但不能够反映毒性物质对人类和其他生物体毒害程度。水环境监测生物主要包括微生物、浮游植物、浮游动物、高等水生植物和鱼类等。生物传感器已越来越多地作为一个实施补充水质评估的工具，可用于评价水体的生物毒性作用，并且可以反映毒性物质存在于生物体的累积效应，且具有敏感、多样的优势。

微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell，MFC)是一种新型生物传感器，可用于测定废水对厌氧微生物的抑制性，并且灵敏度高、检测速度快、可实现在线监测，具有良好的应用前景。产电微生物对环境变化非常敏感，当进水中含有有毒物质时，产电菌生命活动减弱，所产生的电压或电流发生变化，能够起到快速有效地指示作用，能够实现快速而经济的评估水体生物毒性。废水中含有的酚类、醛类、卤代烃、氰化物以及重金属等有毒物质，会对微生物产生抑制作用，降低生物活性、损伤细胞结构、抑制代谢过程等，对于污水处理厂影响生物处理效果和运行的稳定，对于水生态体系会造成食物链短缺、急性慢性中毒事件，甚至造成生态失衡。因此，科学有效地评估和控制水的生物抑制性，显得迫切而重要。

目前微生物受到抑制的表征指标主要有电压抑制率及电流差、电流、电压和库伦电量等，当外电阻恒定，根据欧姆定律采用电压或电流指示抑制情况结果是相同的，但此方法的电信号通常为瞬时值计算抑制率的结果随时间变化较大，不能有效反映抑制作用的真实程度，而当最终电压相同的时候又无法有效区分毒性物质的作用程度。因此，提供一种高效有效的评价方法显得非常重要。

发明内容

本发明提供了一种基于微生物燃料电池的毒性评价方法。该方法灵敏、对不同毒性物质的检出范围较宽，是一种较好的毒性评价指标。

第一方面，本发明提供一种基于微生物燃料电池的毒性评价方法，包括以下步骤：

(1)在微生物培养稳定的阳极基质容器中加入营养物质，将待测样品加入上述阳极基质容器中形成混合液。所述营养物质为葡萄糖或乙酸盐等营养物质。所述待测样品为含有毒性物质的样品，所述毒性物质如2,4-二氯酚、丙烯腈等。将上述阳极基质容器中含有待测样品的混合液作为阳极基质，定义为试验组。

另取微生物培养稳定的阳极基质容器，向其中加入营养物质，混合形成混合液。将上述不含有待测样品物质的混合液作为阳极基质，定义为空白组。

(2)将上述步骤(1)制备的空白组中阳极基质的混合液接到管路中，通过蠕动泵连接到双室燃料电池阳极室中。

(3)阴极基质通过蠕动泵连接到双室燃料电池阴极室中。

(4)微生物燃料电池的阴阳极分别通过惰性非金属或金属，如碳、石墨、银、铂等惰性金属中的一种或多种连接到电信号检测装置，电信号检测装置连接到电脑，记录电信号。

(5)待电信号稳定，通过电信号获取其电流或电压。

由于恒外阻情况下根据欧姆定律电压和电流的计算结果相同，本研究采用电流计算。由此，上述步骤(5)中待电信号稳定，记录上述电信号的电流值，记为I_nor；