[發明專利]用于污水處理水質毒性預警的復合生物傳感器的制備方法

在審

• 申請號: 201610138700.6
• 申請日: 2016-03-12
• 公開（公告）號: CN105699459A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發明（設計）人: 宣志剛;黃志紅;王萬賓;崔文娟;周濤;顧開林;羅生;宋羽飛
• 申請（專利權）人: 云南圣清環境監測科技有限公司
• 主分類號: G01N27/327
• 分類號: G01N27/327;G01N27/26;C12N11/12
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技術領域

一種用于污水處理水質毒性預警的復合生物傳感器的制備方法，屬于環境監測技術領域，尤其涉及污水處理水質毒性預警的方法。

背景技術

隨著經濟和工業的迅速發展，微生物法儼然已成為水處理的研究熱點，但是工業廢水和生活污水給微生物處理系統帶來了很大的沖擊，對其水質進行毒性狀態鑒定十分有必要。由于污染物中具有毒性的成分復雜，直接利用傳統的理化特性分析不僅過程繁瑣，也不能全面地反映多種有毒物質對環境的綜合影響。隨著微生物固定化技術和微生物傳感器的研究和發展，利用特定微生物活體及酶作為識別元件，其對污染物綜合毒性存在一定的響應，此原理為污水水質毒性預警指明了方向。

微生物傳感器是使用微生物活細胞或細胞碎片作為敏感元件與電化學換能器來制備生物傳感器的，其主要由兩部分組成：第一部分是微生物及酶，此膜是以微生物或酶與基質以一定的方式固化形成；第二部分是信號轉換器（如氧電極、氣敏電極或離子選擇電極等）。微生物在利用物質進行呼吸或代謝的過程中，將消耗溶液中的溶解氧或產生一些電活性物質。在微生物的數量和活性保持不變的情況下，其所消耗的溶解氧量或所產生的電活性物質的量反映了被檢測物質的量，再借助氣體敏感膜電極如溶解氧電極、氨電極、二氧化碳電極、或離子選擇電極如玻璃電極等檢測溶解氧和電活性物質的變化，就可求得待測物質的量，這是微生物傳感器的一般原理。

微生物固定化技術是從固定化酶技術發展起來的。微生物固定化技術指采用物理或化學的方法將游離微生物細胞或酶限定于一定空間區域內，使其未游離于水，但仍保持活性，并可反復使用的微生物技術。一般的，微生物固定化方式分為自固定化和微生物人工強化固定。微生物自固定化主要有吸附法和共價結合法，微生物人工強化固定法有交聯法和包埋法。以天然纖維素為原料加工而成的微生物載體，具有親水和親生物性好、可降解、孔隙率高、比表面積大、孔徑適中、成本低廉的特點。

硝化菌在自然界的氮循環中起著非常重要的作用，它們可以通過硝化作用把氨氮化成硝酸鹽，反應式主要如下：。硝化菌是專性好氧菌，易受到外界環境因素的影響，重金屬、農藥、有機污染物等可以通過抑制硝化作用的酶類如氨單加氧酶、輕氨氧化酶、亞硝酸氧化酶而影響這一過程的進行，這一特點常被用作毒性測試中。若污水中的毒物對硝化菌群產生毒性，則其呼吸速率將會減緩，相應的耗氧速率隨著變慢。另外，過氧化氫酶是生物體內一種重要的保護性氧化還原酶，能催化H₂O₂分解為H₂O和O₂，在細胞中清除H₂O₂，使其不再進一步產生毒性很大的羥基自由基，對生物體起保護作用，所以利用過氧化氫酶對過氧化氫的專屬分解性監測污水中的毒物過氧化氫濃度具有理論可行性。

申請號CN102329744A(2012.01)公開了異養型硝化細菌、包含其的生物傳感器、及檢測水體毒性的方法，該發明“采用原位多點采樣法篩選得到的四種異養型硝化細菌組合成復合菌劑指示劑，固定于載體上制成生物傳感器用于水體毒性的檢測。根據本發明的檢測水體毒性的方法，解決了生物毒性檢測連續在線監測的難題，實現了快速檢測水體毒性，從而完成對重大環境污染事件風險源識別與監控以及對飲用水、污水、河流、湖泊等水體的生物毒性檢測”。

申請號CN103512938A(2014.01)公開了一種可用于即時監測和檢測水體生物毒性的電化學傳感器及其裝置，該發明“包括工作電極、對電極、參比電極、電解池，所述工作電極為高分子固定的微生物電極，所述高分子固定的微生物電極為電極和包覆在電極外的高分子細菌混合層，所述高分子材料為明膠或殼聚糖，所述細菌為大腸桿菌和或酵母菌，所述電極為玻碳電極、金電極、鉑電極或硼摻雜金剛石薄膜電極。本發明還公開了可用于即時監測和檢測水體生物毒性的電化學傳感器的裝置。本發明的電化學傳感器可即時監測水體生物毒性的改變和檢測水體生物毒性大小，達到即時、在線、連續的檢測，具有分析靈敏度高、成本低廉、操作簡單、便于攜帶等特點”。

本發明提出一種復合生物傳感器的設計方法。此方法為：利用天然纖維素包埋固定高效硝化菌群及過氧化氫酶，制備出一種復合微生物及酶膜，并將其與溶解氧電極結合制成復合生物傳感器。此種復合生物傳感器可以同時檢測污水中污染物毒性及過氧化氫含量狀態，同時也可兼顧污水過氧化氫酶、溶解氧及耗氧速率的監測。

發明內容