[实用新型]一种基于生物膜电活性特征的微生物膜监测传感器

说明书

本实用新型涉及一种基于生物膜电活性特征的微生物膜监测传感器，属于微生物膜和微生物腐蚀监检测以及微生物腐蚀与控制领域。该传感器的高电位金属电极、低电位金属电极相互嵌套且形状与尺寸一致，形状为阿基米德螺旋形或阿基米德矩形，高电位金属电极与低电位金属电极对称排布，并保持邻近部分间距一致；高电位金属电极、低电位金属电极远离中心的一端连接测试线，阳极测试线远离中心的一端连接低电位金属电极，阴极测试线远离中心的一端连接高电位金属电极，外接电阻的两个引脚分别连接阳极测试线和阴极测试线。本实用新型有效避免了金属电极表面盐沉积，适用于微生物膜和微生物腐蚀监检测以及微生物腐蚀测试及评价。

技术领域

本实用新型涉及一种基于生物膜电活性特征的微生物膜监测传感器，属于微生物膜和微生物腐蚀监检测以及微生物腐蚀与控制领域。

背景技术

微生物腐蚀是管道腐蚀失效的重要原因之一，微生物在金属管道表面的代谢活动和腐蚀过程相互作用引起的局部腐蚀，是管道表面劣化的重要原因。微生物腐蚀严重危害管道的完整性和安全性，国内外报道了大量的微生物腐蚀导致的管道失效案例。据相关调查，美国81％的严重腐蚀与微生物相关，埋地金属腐蚀至少有50％是有微生物腐蚀参与的。参与金属腐蚀的菌主要有硫酸盐还原菌(SRB)、铁氧化菌和硫氧化菌等，其中SRB广泛存在于土壤、海水及地下管道等无氧或极少氧环境中，是影响管道金属设施MIC的主要厌氧菌。一般认为，SRB以SO₄^2-为电子受体氧化有机物，利用分子氢、脂肪酸、脂肪烃等有机物作为碳源和电子供体维持生命所必需能量，通过分泌胞外聚合物形成生物膜黏附于金属表面，加速金属材料的腐蚀过程。据报道，含SRB环境中碳钢的点蚀速率高达0.7～7.4mm/a。

大量化学消杀药剂可用来抑制管道内微生物附着生长，这也是目前我国油气田水系统、核电冷却水系统等水环境下管道对抗MIC的首要对策，但在实际工业应用中，由于化学消杀剂添加的频率与时机无法判断，造成了大量的消杀剂损耗与严重的环境污染。实时、连续监测生物膜生长对于优化微生物及生物膜消杀过程非常有益，使生物膜的即时消杀成为可能；此外，生物膜监测可以优化消杀药剂添加剂量，从而降低消杀成本，减小消杀药剂处理对环境的影响。

由于微生物腐蚀发生环境的复杂性和特殊性，微生物腐蚀的监测一直没有得到很好的解决。现有的一些微生物腐蚀监测装置实际是利用监测金属腐蚀的变化来判断微生物腐蚀情况，也就是将监测腐蚀速率或腐蚀电流的装置用到了有微生物环境中。现有两电极体系极化电阻测试装置，通过对其中一个电极实施线性极化来研究电极极化电阻，以此计算出腐蚀电流的大小。

微生物传感器是一种对微生物敏感，基于微生物反应将其浓度或数量转换为电信号实现微生物膜在线检测。阴极去极化理论认为吸附在金属表面的微生物可利用体内的氢化酶，在进行自身生命活动的同时，将阴极金属表面上生成的活性氢除去，并且通过这种“去极化”的电化学活性使得金属的溶解反应正向进行，微生物在腐蚀起到了阴极去极化剂的作用，因此可以通过监测金属的阴极去极化程度并将其用作金属表面生物膜生长状况的指标。

目前最常用的电流测量式传感器，基于阴极去极化理论，周期施加恒电位或恒电流极化，通过电极间的电流(极化电流和电偶电流)来评价微生物膜的状态。此种传感器虽然具有高灵敏度和监测精度，但必须周期施加极化电流或电位，才能在正负极间形成电流，极化电流或电位的施加往往取决于以往经验，实际上微生物膜的形成及生长会受到介质、温度、环境等影响，这种外加电信号的方法存在很大局限性，在此背景下，开发一种无需外加极化电信号，基于生物膜电活性特征的微生物膜监测传感器，通过传感器两电极在环境介质中的电位差形成的电流表征微生物膜的生长状态，并为优化消杀药剂的用量及添加频次提供直接理论依据。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于生物膜电活性特征的微生物膜监测传感器，用于微生物膜和微生物腐蚀监检测以及微生物腐蚀测试及评价。

本实用新型的技术方案是：