[發明專利]基于微生物電解池技術快速測定生化需氧量的裝置及方法

無效

• 申請號: 201310214163.5
• 申請日: 2013-05-31
• 公開（公告）號: CN103364469A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 蔣海明;李俠;蔡祿
• 申請（專利權）人: 內蒙古科技大學
• 主分類號: G01N27/404
• 分類號: G01N27/404
• 代理公司: 北京中譽威圣知識產權代理有限公司 11279
• 代理人: 蔣常雪

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技術領域

本發明涉及一種生化需氧量快速測定裝置與方法，具體涉及一種基于微生物電解池技術快速測定生化需氧量的裝置與方法。

背景技術

生化需氧量（Biochemical?Oxygen?Demand，BOD）是衡量水質最為重要的和使用最廣泛的指標之一。

BOD測定中使用最廣泛的檢測方法是五日生化需氧量（5-day?BOD，BOD₅）。這種方法具有一定的優勢，如作為一個普遍適用的方法能測量大多數污水樣品，此外，不需要昂貴的設備。然而它不僅耗時（5?d）較長，而且要求有很好的經驗和技術才能獲得重復結果。因而，它不適合在線檢測BOD。

因此，人們探索和研究了各種可以快速測量BOD的替代方法，特別是生物傳感器。

大多數的BOD生物傳感器是依靠一個合適的轉換器來測量細胞的呼吸活動。最近的報道包括使用溶解氧探頭、二氧化碳分析儀、光學傳感器、發光細菌及微生物燃料電池等，其中將溶解氧探頭和生物膜（含生物識別元件）相結合基于溶解氧監測的BOD生物傳感器的研究和應用最為廣泛。

雖然基于溶解氧探頭BOD生物傳感器的響應信號與BOD濃度之間具有良好的相關性，但這類傳感器存在許多問題，如線性范圍窄、溶解氧探頭昂貴、膜污染造成穩定性差及需要對溶解氧探頭定期清洗和替換，從而在一定程度上限制了其使用。

微生物燃料電池（Microbial?Fuel?Cell，MFC）是一個以微生物作為催化劑氧化有機物并產生電流的裝置。MFC產生的最大電流和庫侖量與樣品中BOD的濃度在一定范圍存在較好的線性關系，因而可以作為BOD生物傳感器。

目前已開發各種MFC型的BOD生物傳感器，并用于離線或在線測定BOD。MFC型BOD生物傳感器擁有許多優點，包括穩定周期長、維護要求低、抗重金屬及廣泛的特異性等。然而，該系統的缺點是在運行過程中需要不斷地向陰極提供氧氣，因為氧氣可以從陰極室擴散進入陽極室，從而降低庫侖效率和抑制陽極厭氧微生物的生長，最終會導致傳感器的靈敏度下降、線性范圍變窄及檢測限高。此外，氧氣在陰極的還原效率較低，不僅降低了傳感器的靈敏度，而且也使傳感器的檢測時間較長。

因此，有必要研究和開發BOD檢測的新方法。

發明內容

本發明需要解決的技術問題就在于克服現有技術的缺陷，提供一種快速測定生化需氧量的裝置及方法，本發明具有靈敏度高、線性范圍寬及檢測時間短等優點，可用于在線或離線測定污水中的BOD值。

為解決上述問題，本發明采用如下技術方案：

本發明提供了一種基于微生物電解池技術快速測定生化需氧量的裝置，其特征在于：所述裝置采用微生物電解池結構，包括微生物電解池、數據采集系統及記錄單元；所述微生物電解池為單室微生物電解池或雙室微生物電解池；所述微生物電解池以導電惰性材料為陽極電極、導電惰性材料為陰極電極，陽極電極和陰極電極間通過鈦絲、恒電位儀及電阻連接；數據采集系統與電阻并聯，記錄單元和數據采集系統相連接。

優選地，本發明微生物電解池為雙室微生物電解池，陽極電極和陰極電極之間設置有分隔膜，所述分隔膜為質子交換膜、陽離子交換膜、陰離子交換膜或雙極膜。

進一步優選地，本發明陽極電極所用導電惰性材料為石墨氈、泡沫石墨、碳布、顆粒石墨、網狀玻璃碳或鉑電極；陰極電極所用導電惰性材料為鉑片、鉑網、石墨氈、泡沫石墨、碳布、網狀玻璃碳、石墨板、不銹鋼、鈦板、鈦網，以及上述材料的鍍鉑和涂鉑催化劑材料。

更具體地，本發明所述微生物電解池包括陰極室和陽極室，陰極室和陽極室之間由質子交換膜分隔，陰極室內設置有鍍鉑鈦網陰極電極，陽極室內設置有石墨氈陽極電極，陰極電極和陽極電極之間通過鈦絲、恒電位儀及電阻連接，其中恒電位儀高電位端通過鈦絲與電阻相連，電阻通過鈦絲與陽極電極，恒電位儀的低電位端通過鈦絲與陰極電極相連，電阻兩端連接一個用于測定電阻兩端電壓的數據采集系統。

本發明所述記錄單元為一個記錄與顯示裝置，數據采集系統連接記錄與顯示裝置。

本發明陰極室和陽極室分別由一塊聚甲基丙烯酸甲酯板構成，每塊板中間雕刻形成一個空腔分別為陰極室和陽極室，設置有陰極室和陽極室的兩塊聚甲基丙烯酸甲酯板上下端分別由不銹鋼螺絲固定連接，陰極室和陽極室分別設置有進樣口，鍍鉑鈦網陰極電極和石墨氈陽極電極分別固定在陰極室和陽極室內，陰極室和陽極室之間由質子交換膜分隔，質子交換膜和陰極室和陽極室的連接處分別安裝有硅膠密封墊。