[發明專利]一種基于濃差電池的水體重金屬污染監測方法及裝置

有效

• 申請號: 201810068260.0
• 申請日: 2018-01-24
• 公開（公告）號: CN108318552B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 鄧歡;劉麗;吳少松;楊楚瑤;吳俊霆;鐘文輝
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 黃欣

本發明提供了一種基于濃差電池的水體重金屬污染監測方法及裝置，通過在排污口附近和遠離排污口的水體中安裝電極構成濃差電池，當含重金屬廢水排放時，排污口附近水體的重金屬離子濃度高于遠離排污口水體的離子濃度，從而能夠驅動濃差電池產生電壓或電流信號。本發明具有在線原位監測，以及成本低、操作簡單的優勢，且監測過程不使用任何化學試劑、不產生污染。

技術領域

本發明屬于環境檢測技術領域，具體涉及一種基于濃差電池的在線原位監測水體重金屬污染的方法及裝置。

背景技術

Cd、Cr、Co、Hg、Ge、Mn、Ni、Pb、Cu等均是能夠對水體產生污染的重金屬，通常情況下，水體中存在極微量的重金屬不會產生毒害作用，一旦這些重金屬超過一定的濃度標準，便會引起水體污染。在自然界的水體當中也存在著一定的重金屬，但是這些重金屬沒有超過必要的濃度，因此通常情況下不會威脅到水生生物的正常生長。隨著工業程度的不斷發展，重金屬的排放量增大，水體重金屬污染越發嚴重，重金屬超標的水體不僅會毒害水體中的水生生物，還會直接或間接的威脅人類的身體健康，因此，對水體重金屬污染的監控極為重要。

傳統的水質監測方法依賴于定期或不定期的人工采樣和實驗室分析，無法做到在線和原位監測，因此往往在重金屬污染事件發生之后一段時間才能獲知，不能做到及時發現污染事件。最近發展起來的微生物燃料電池技術雖然也可以通過電壓或電流信號在線監測水質，但是依賴于產電細菌的培養，而且需要構建微生物燃料電池反應器。微生物燃料電池成本較高，操作較為復雜，細菌培養基如果處理不當還容易引起污染；而且，微生物燃料電池的產電細菌受到污染物沖擊之后，需要較長時間回復，才能進行下一次監測，這也不利于監測污水的不定期排放。

發明內容

解決的技術問題：為了解決現有水體重金屬污染監測需依賴人工采樣無法實現在線和原位監測，且基于微生物燃料電池傳感器的水質監測方法存在成本較高、操作復雜、易引起污染、依賴于產電細菌培養的技術問題，本發明提供一種基于濃差電池的原位在線監測和快速響應水體重金屬污染的監測方法及裝置，本發明具有成本低、操作簡單的優點，而且監測過程不使用任何化學物質。

技術方案：

一種基于濃差電池的水體重金屬污染監測方法，包括以下步驟：

步驟1，將第一電極置于排污口處、第二電極置于遠離排污口處，第一電極和第二電極的間距大于20cm；

步驟2，將第一電極、第二電極與外阻串聯，外阻與數據采集裝置并聯，數據采集裝置用于連續在線記錄外阻兩端的電壓或電流數據；

步驟3，當排污口未排放重金屬廢水時，數據采集裝置的電壓或電流數據保持穩定，當排污口處有重金屬廢水排出，數據采集裝置可檢測到外阻兩端出現電壓或電流數據的上升并回落時，即監測到水體的重金屬污染。

進一步地，所述數據采集裝置的兩次數據記錄之間時間間隔小于30s。

一種基于濃差電池的水體重金屬污染監測裝置，包括第一電極、第一電極固定裝置、第二電極、第二電極固定裝置、外阻、數據采集裝置；第一電極、外阻和第二電極依次通過導線串聯，外阻和數據采集裝置并聯；第一電極固定設置于第一電極固定裝置頂端，第二電極固定設置于第二電極固定裝置頂端。

進一步地，所述第一電極、第二電極的形狀可以為網狀、片狀或柱狀，材質選自不銹鋼、鈦、鉑或石墨。

進一步地，所述第一電極固定裝置、第二電極固定裝置的形狀為管狀或柱狀，材質為塑料。

進一步地，所述導線的材質選自銅、鋁或鈦。

進一步地，所述數據采集裝置為萬用表、數據采集卡或電化學工作站。