[發明專利]一種檢測污水濃度的生物傳感器

有效

• 申請號: 201710269994.0
• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN107024521B
• 公開（公告）日: 2020-02-04
• 發明（設計）人: 劉志丹;沈蒙蒙;黃思捷
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: G01N27/403
• 分類號: G01N27/403
• 代理公司: 11248 北京中安信知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 徐林

本發明提供一種檢測污水濃度的生物傳感器，該生物傳感器為一管狀結構，包括陽極室(1)、空氣陰極(2)、碳刷(6)以及布水板(7)。在其陽極室(1)填充碳材料，同時采用碳刷(6)導電，構成復合微生物富集系統。該生物傳感器采用連續進料的方式，將生化需氧量(BOD)檢測范圍為50～1000mg/L。該生物傳感器具有運行穩定、無需嚴格厭氧操作、耐受性強、維護成本低等優點，可用來監測氫烷兩階段厭氧發酵過程，包括但不限于市政污水、農業廢水等污水的檢測。

技術領域

本發明屬于水質監測技術領域，具體涉及一種檢測污水濃度的生物傳感器。

背景技術

隨著經濟的高速發展，我國工業化和城鎮化建設進程也在逐步加速，隨之帶來了環境污染的問題，并以水污染問題最為突出。微生物燃料電池可將有機物的化學能轉化為電能，為去除環境中有機污染物并生產清潔能源提供了一種新途徑。

生化需氧量(BOD)是水質監測的重要指標。傳統BOD監測需要5天時間，耗時較長，不適于實時在線監測。微生物燃料電池是一種使化學能轉化為電能的裝置，在一定條件下，其產電量和電流與陽極室添加的代謝底物濃度或微生物數量成正比，因而這兩者可被用于BOD快速檢測。

兩階段厭氧發酵可最大限度地提高原料利用率和生物質能產率。但目前兩階段厭氧發酵在線監測的指標主要包括揮發性有機酸、pH、溶解氧等，而BOD并沒有得到有效的實時監測，對BOD的檢測仍處于研究階段。

中國專利《連續處理污水產電的碳納米管載體型微生物電化學裝置》(公開號CN103326052 A)公開了一種碳納米管的陽極材料，可連續高效處理污水，所用裝置為雙室結構，但未對水質檢測作進一步研究。

公開號為CN101620201A的中國專利則提供了一種生化需氧量的測定方法，構建了單室空氣陰極無介體微生物燃料電池，采用間歇性進料，獲得了良好的線性曲線，但存在間歇進料需反復清洗以及測定范圍小的問題。

公開號為CN103207230的中國專利公開了一種高錳酸鉀作陰極電子受體構建雙室微生物燃料電池型BOD傳感器的方法，此方法大大擴大了BOD的檢測范圍，但陰極室需要添加高錳酸鉀，長期工作時電信號受金屬離子的干擾。

中國專利《用于有機廢棄物發酵過程監測的微生物燃料電池及方法》(公開號為CN103326052 A)將微生物燃料電池用于有機發酵過程檢測，運行穩定、信號及時，但其采用雙室結構，需陰極室供氧，操作復雜。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種檢測污水濃度的生物傳感器，實現對水質的連續快速檢測，增大檢測范圍，并具有成本低廉、操作簡單、精巧便攜的特點。

本發明解決技術問題所采用的方案是：

一種檢測污水濃度的生物傳感器，所述生物傳感器為一管狀結構，包括陽極室1、空氣陰極2、碳刷6以及布水板7。

生物傳感器管狀結構內部為陽極室1，管狀結構的頂端設有蓋12，蓋12上設有出料口4，底端為一漏斗型結構，并設有進料口5。生物傳感器管狀結構底端內部設有布水板7，布水板7固定在管狀結構內側，布水板7上設有布水孔。碳刷6穿過蓋12延伸入生物傳感器的管狀結構內部，并伸進布水孔中固定于布水板7上。生物傳感器管壁均勻分布圓孔3。

所述陽極室1內填充微生物載體。

所述空氣陰極2包括防水碳布和有機玻璃圓柱體，防水碳布包裹有機玻璃圓柱體固定在生物傳感器管壁外側，同時覆蓋管壁上的圓孔3。空氣陰極2有機玻璃圓柱體與管壁接觸的一側涂抹鉑-碳催化劑。所述空氣陰極2防水碳布外側纏繞鈦絲。

空氣陰極2與碳刷6間用導線串聯外電阻9。外電阻9與數據采集卡10并聯，數據采集卡10與電子計算機11電連接。

所述生物傳感器的生化需氧量(BOD)檢測范圍為50～1000mg/L。