[發(fā)明專(zhuān)利]在線測(cè)定樣品中生化需氧量的裝置及方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710099722.7
• 申請(qǐng)日: 2007-05-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101315347A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜竹瑋;佟萌;李少華;李浩然
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G01N27/42
• 分類(lèi)號(hào): G01N27/42;G01N27/30;G01N27/26
• 代理公司: 上海智信專(zhuān)利代理有限公司
• 代理人: 李柏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及利用微生物燃料電池對(duì)水體樣品中生化需氧量(Biochemical oxygen?demand，簡(jiǎn)稱(chēng)BOD)進(jìn)行在線測(cè)定的裝置及方法，該測(cè)定裝置具有 實(shí)時(shí)在線連續(xù)測(cè)定功能，操作簡(jiǎn)單，連續(xù)穩(wěn)定工作時(shí)間長(zhǎng)，并且使用和維護(hù) 成本相對(duì)較低。

背景技術(shù)

水體的生化需氧量(Biochemical?oxygen?demand，BOD)，是水質(zhì)評(píng)價(jià)的 重要指標(biāo)，通過(guò)BOD的測(cè)定，可以了解污水的可生化性，納污水體的污染負(fù) 荷，以及水體的自?xún)裟芰Φ取Ｒ虼耍诃h(huán)境監(jiān)測(cè)、水處理工程設(shè)計(jì)及過(guò)程控 制等工作中，BOD的監(jiān)測(cè)十分重要。

現(xiàn)在，世界范圍內(nèi)廣泛使用的BOD標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定法是BOD₅測(cè)定法。即在20(± 1)℃條件下培養(yǎng)樣品5天，分別測(cè)定樣品培養(yǎng)前后的溶解氧，二者之間的差 值即為5天的生化需氧量(BOD₅)。然而這種方法的缺點(diǎn)顯著。其操作煩瑣， 時(shí)間消耗長(zhǎng)，結(jié)果重現(xiàn)性差，無(wú)法實(shí)現(xiàn)水體樣品BOD濃度的實(shí)時(shí)、在線檢測(cè)。

在BOD快速測(cè)定方面，目前廣泛應(yīng)用的方法是BOD生物傳感器法。大多 數(shù)BOD生物傳感器由微生物固定化膜和溶氧電極構(gòu)成。與傳統(tǒng)的BOD5測(cè)定法 相比，BOD生物傳感器法的測(cè)定周期短，操作簡(jiǎn)單。但是該方法也存在很多 局限性，這主要表現(xiàn)在：(1)微生物培養(yǎng)的不穩(wěn)定性使傳感器不能保持穩(wěn)定運(yùn) 行，微生物的活性隨使用的進(jìn)行而逐步降低，每次測(cè)量后需“活化”處理， 并且壽命較短，不適于有毒廢水的測(cè)定；(2)單一菌種對(duì)不同的有機(jī)物降解能 力不同而使其響應(yīng)和重現(xiàn)性不同，微生物膜的一致性、互換性差，因而儀器 的自動(dòng)化程度不高；(3)進(jìn)樣量小和本底液量大造成對(duì)樣品的稀釋?zhuān)a(chǎn)生測(cè)定 結(jié)果不準(zhǔn)確，并限制其不能滿(mǎn)足較低BOD含量(<10mg/L)水樣的測(cè)定要求。

近年來(lái)，微生物燃料電池的迅速發(fā)展為BOD測(cè)試提供了一種全新的方法。 微生物燃料電池是一種可以將可降解有機(jī)物中的化學(xué)能定量轉(zhuǎn)化為電能的裝 置，微生物代謝有機(jī)底物所產(chǎn)生的電子的量(庫(kù)侖產(chǎn)量)與樣品中的有機(jī)物 含量呈線性比例關(guān)系。因此可以通過(guò)檢測(cè)微生物燃料電池的輸出電量，測(cè)定 樣品中的BOD含量。基于這一原理，文獻(xiàn)(Kim?BH，Chang?IS，Gil?GC，Park?HS， Kim?HJ.Novel?BOD(biological?oxygen?demand)sensor?using?mediator-less microbial?fuel?cell.Biotechnol?Lett?2003，25，541～5；Chang?IS，Jang?JK，Gil?GC， Kim?M，Kim?HJ，Cho?BW，et?al.Continuous?determination?of?biochemical?oxygen demand?using?microbial?fuel?cell?type?biosensor.Biosens?Bioelectron?2004，19， 607～13；Chang?IS，Moon?H，Jang?JK，Kim?BH.Improvement?of?a?microbial?fuel cell?performance?as?a?BOD?sensor?using?respiratory?inhibitors.Biosens?Bioelectron 2005，20，1856～9.)中報(bào)道了微生物燃料電池型的BOD傳感器，專(zhuān)利CN 1360677A也公開(kāi)了一種使用無(wú)介體微生物燃料電池富集電化學(xué)活性微生物， 并作為生物傳感器的測(cè)定單元測(cè)定樣品中BOD的裝置和方法。這些裝置和方 法，均采用雙室型的微生物燃料電池，即微生物燃料電池包括分別含有導(dǎo)電 介質(zhì)的陰極室和陽(yáng)極室，安置在陽(yáng)極室中的陽(yáng)極，安置在陰極室中的陰極， 介于陽(yáng)極室和陰極室之間用于分隔陽(yáng)極室和陰極室的離子交換膜，其中的陽(yáng) 極室中加入了含有電化學(xué)活性微生物的樣品。在陽(yáng)極室中，電化學(xué)活性微生 物催化分解有機(jī)物，產(chǎn)生的質(zhì)子通過(guò)陽(yáng)離子交換膜傳遞到陰極。然而陽(yáng)離子 交換膜不僅自身成本高，而且容易被污染，需要定期更換及清理維護(hù)。它的 使用增加了此裝置構(gòu)造和維護(hù)成本。另外，作為完整的BOD測(cè)試裝置，除了 作為測(cè)定單元的微生物燃料電池，還應(yīng)包括：輸出信號(hào)檢測(cè)處理單元，樣品 的前處理單元。而上述裝置則缺少用于供應(yīng)樣品至陽(yáng)極的原件，以及能夠?qū)? 樣品進(jìn)行必要的預(yù)處理過(guò)程的元件。同時(shí)，由于在一定情況下，微生物燃料 電池的輸出電壓不能夠直接反映樣品的BOD值，通過(guò)記錄輸出電壓變化的記 錄單元不能得到樣品的BOD濃度。因此本發(fā)明采用無(wú)膜向上流連續(xù)操作的上 升流微生物燃料電池作為BOD檢測(cè)裝置的核心，降低構(gòu)造及運(yùn)行成本，并設(shè) 計(jì)進(jìn)樣裝置、輸出信號(hào)檢測(cè)、反饋及處理系統(tǒng)，共同構(gòu)成一種穩(wěn)定、快速準(zhǔn) 確、適用范圍廣的在線BOD測(cè)定裝置和方法。