[發明專利]一種監測反應器及其使用方法

有效

• 申請號: 202110022998.5
• 申請日: 2021-01-08
• 公開（公告）號: CN112881490B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 李田;周啟星
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: G01N27/327
• 分類號: G01N27/327
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 趙琪

本發明提供了一種監測反應器及其使用方法，屬于微生物電化學預警技術領域。本發明的監測反應器在使用前對監測反應器內的微生物進行富集，并對有機質進行消耗，待監測反應器內的有機質消耗完畢，即微生物處于饑餓狀態時，將監測反應器放入待檢測體系進行檢測，能夠避免監測反應器土壤中有機質對電信號的干擾，提高監測準確度；且由于監測反應器內的電信號是通過產電菌的傳導，而產電菌進行產電過程為微生物生長和繁殖的過程，這個過程受監測環境的影響較小，所以信號輸出過程穩定，不會出現電信號驟升和驟降的情況。

技術領域

本發明涉及微生物電化學預警技術領域，尤其涉及一種監測反應器及其使用方法。

背景技術

油田的開采和利用極大提升了國家的經濟水平，但在開采和運輸過程中也同樣帶來了嚴重的石油污染問題。2018年頒布的《中華人民共和國土壤污染防治法》也對石油污染土壤高效、環保修復提出了更高的要求。隨著世界各國對石油污染引起的生態毒害和健康風險的不斷認識，及時、快速地實現對泄露石油烴的監測則可極大地減小修復工作量，從而減輕土壤污染。

目前，監測微生物呼吸過程是最常見的用來表征土壤健康程度的方法，該方法通過反映土壤生物活性、土壤有機質含量等實現土壤健康監測。但是這種方法耗時、耗材；且對土壤環境含水率有很高要求，對飽和水土壤或低透水性土壤靈敏度較低。

微生物電化學技術通過量化微生物降解土壤有機質釋放的電子來評估土壤微生物活性水平，從而通過電壓變化完成對土壤健康程度的評估與監測，這種技術具有實時、低成本、低消耗等優勢。近年來，微生物電化學技術已經實現對土壤中石油烴分子的高效降解，但是卻始終缺少對石油烴污染土壤的健康程度實時監測且穩定運行的技術。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種監測反應器及其使用方法，本發明提供的監測反應器能夠對石油烴污染物的降解過程進行實時、準確和穩定的監測。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種監測反應器，包括外包鋼網4，所述外包鋼網為上部敞口的空心倒置圓臺狀；位于所述外包鋼網內部的生物炭結構2，所述生物炭結構為上部敞口的空心倒置圓臺狀；位于所述生物碳結構內部的空心圓柱體鋼網結構3；所述外包鋼網4、生物炭結構2和空心圓柱體鋼網結構3同軸；所述外包鋼網4和生物炭結構2之間、生物碳結構2和空心圓柱體鋼網結構3之間填充交聯型聚丙烯酸鈉和土壤顆?；旌衔铮凰鐾寥李w粒為農田土壤顆粒；生物碳結構為陽極、空心圓柱體鋼網結構為對電極，通過導線與外部無線互聯網供電采集器1連接。本發明提供的監測反應器中的交聯型聚丙烯酸鈉的吸水作用可以帶動土壤中的有機污染物的水體流動，從而實現陽極的微生物膜的電信號輸出，從而達到監測的目的；本發明的監測反應器在使用前對監測反應器內的微生物進行富集，并對有機質進行消耗，待監測反應器內的有機質消耗完畢，即微生物處于饑餓狀態時，將監測反應器放入待檢測體系進行檢測，能夠避免監測反應器土壤中有機質對電信號的干擾，提高監測準確度；且由于監測反應器內的電信號是通過產電菌的傳導，而產電菌進行產電過程為微生物生長和繁殖的過程，這個過程受監測環境的影響較小，所以信號輸出過程穩定，不會出現電信號驟升和驟降的情況。且本發明的監測器是即插即用，使用方便，不僅能夠對潛在有污染風險的土壤完成技術診斷，還能對未污染的土壤進行實時監測，應用范圍廣。

進一步地，本發明提供的檢測器在使用前進行預處理，在所述生物碳結構和空心圓柱體鋼網結構之間施加外源電壓，待電信號低于0.01mA時；所述預處理能夠利用土壤顆粒中少量有機碳源對土壤顆粒中的微生物進行富集，為后續監測提供微生物基礎。

附圖說明

圖1為本發明提供的監測反應器的結構示意圖，其中，右側插圖監測反應器的截面圖；其中，1為無線互聯網供電采集器，2為生物炭結構，3為空心圓柱體鋼網結構，4為外包鋼網，5為拓土錐；

圖2為本發明提供的監測反應器動態監測石油烴的原理圖；