[发明专利]一种监测微生物数量的微生物燃料电池及监测系统与方法

说明书

本发明属于水质监测领域，具体涉及一种监测微生物数量的微生物燃料电池及监测系统与方法。所述微生物燃料电池包括池体、阳极、阴极和电解液；所述阳极和阴极为预处理石墨毡圆；所述电解液为中性硝酸盐与活性污泥按照体积比为1‑2:1‑2的比例混合而成。本发明中通过电极以及信号处理单元和无线传输模块的耦合,提高了电极敏感度及水体中剩余微生物数量的监测效率；系统总体上实现了微生物数量监测的智能化和自动化,具有便于操作、效率高、成本低等优点。

技术领域

本发明属于水质监测领域，具体涉及一种监测微生物数量的微生物燃料电池及监测系统与方法。

背景技术

水资源是人类生活必不可少的资源之一，随着社会经济与生活的增长与发展，对水资源的需求越来越多。地球上水资源总量约为1.4×10⁹km3，其中淡水资源仅占2.7％，可利用的量不到1％，因此淡水资源极其珍贵。人类活动所需的水来自自然水体，而由此产生的废水又排入水体，使其受到不同程度的污染。水体中污染物种类庞杂，包括固体污染物、有机污染物、有毒污染物、无机污染物等。无机污染物中很常见的一种污染物就是硝酸盐。硝酸盐是一种已知的有害的化学物质，通常存在于天然水系统，如地下水，湖泊，河流等，对自然水体和人类健康都有很大的影响。河流湖泊中高浓度的硝酸盐可能会导致水体富营养化，而饮用水中高浓度的硝酸盐可能会导致婴儿患蓝婴症、成年人得胃肠癌的几率大大上升。国家在提出严控 COD及SO2的基础上，也进一步在规划中加入氨氮与氮氧化合物两个指标。因此，从水中去除硝酸盐引起供水行业的广泛关注。

微生物燃料电池是一种利用电活性微生物的催化作用，自发脱除废水中的污染物，并回收电能的一种新型技术。与传统的脱硝技术相比，具有应用范围广、适应性强、经济性好、处理效率高等特点，是含盐废水处理常用的方法之一。微生物燃料电池可以通过微生物与污染物相互作用而产生电子转移的机制发出电流变化的信号，迄今为止，研究的微生物燃料电池型传感器可用于BOD、外界温度、pH变化、水质等监测，但是无法实现微生物数量的监控。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出采用污泥与中性硝酸盐混合为电解质，石墨毡为电极形成微生物燃料电池，并与信息采集模块，中央处理单元相连，实现微生物数量的智能化检测，替代复杂的人工化学检测，准确、高效且自动化程度高。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种监测微生物数量的微生物燃料电池，所述微生物燃料电池包括池体、阳极、阴极和电解液；

所述阳极和阴极为预处理石墨毡圆；所述电解液为中性硝酸盐与活性污泥按照体积比为1-2:1-2的比例混合而成；

所述中性硝酸盐溶液为硝酸钠溶液，并加入硫酸钠溶液为电解质，溶液的pH值为7。

进一步的，所述预处理石墨毡具体包括如下步骤：

将石墨毡在氢氧化钠溶液中浸泡20-28h后，去离子水冲洗干净，然后置于盐酸溶液中浸泡20-28h，去离子水洗净烘干。

基于同一发明构思的，本发明实施例还提供了一种监测微生物数量的监测系统，所述监测系统包括：多个信息采集单元、中央处理单元、无线传输单元和移动终端；

所述信息采集单元由上述微生物燃料电池和信息采集模块组成，所述信息采集模块按照预设的时间间隔进行微生物电池电流信号采集；

所述中央处理单元与信息采集模块的信号输出端通信连接，并对获得的电流信号进行处理；并通过无线传输单元通信连接至移动终端。

进一步的，所述信号采集模块为计算机负载的MPS-0106数据采集系统；所述中央处理单元为内置matlab程序的单片机、微处理器或计算机。

进一步的，所述无线传输单元包括Zig Bee无线传输模块和蓝牙模块。

基于同一发明构思的，本发明实施例还提供了一种监测微生物数量的监测方法，所述监测方法具体包括以下步骤：