CN101315347B - 在线测定样品中生化需氧量的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及利用微生物燃料电池对水体样品中生化需氧量(BOD)进行在线测定的装置及方法。该测定装置具有实时、在线连续测定功能，操作简单，连续工作时间长，并且其使用和维护成本相对较低。本发明以上升流微生物燃料电池为核心，BOD样品直接或经稀释后进入微生物燃料电池，由于微生物燃料电池的库仑产量与样品BOD含量呈线性关系，因此通过检测微生物燃料电池所产生的电信号，并通过计算机控制系统分析所得数据，得到样品中BOD的含量。测定方法包括样品中的BOD浓度值小于临界值的贫养BOD浓度测定及样品的BOD浓度高于临界值的富养BOD浓度测定，富养BOD浓度测定可以采用缓冲液稀释法或脉冲积分法完成。

Description

在线测定样品中生化需氧量的装置及方法

技术领域

本发明涉及利用微生物燃料电池对水体样品中生化需氧量(Biochemicaloxygen demand，简称BOD)进行在线测定的装置及方法，该测定装置具有实时在线连续测定功能，操作简单，连续稳定工作时间长，并且使用和维护成本相对较低。

背景技术

水体的生化需氧量(Biochemical oxygen demand，BOD)，是水质评价的重要指标，通过BOD的测定，可以了解污水的可生化性，纳污水体的污染负荷，以及水体的自净能力等。因此，在环境监测、水处理工程设计及过程控制等工作中，BOD的监测十分重要。

现在，世界范围内广泛使用的BOD标准测定法是BOD₅测定法。即在20(±1)℃条件下培养样品5天，分别测定样品培养前后的溶解氧，二者之间的差值即为5天的生化需氧量(BOD₅)。然而这种方法的缺点显著。其操作烦琐，时间消耗长，结果重现性差，无法实现水体样品BOD浓度的实时、在线检测。

在BOD快速测定方面，目前广泛应用的方法是BOD生物传感器法。大多数BOD生物传感器由微生物固定化膜和溶氧电极构成。与传统的BOD5测定法相比，BOD生物传感器法的测定周期短，操作简单。但是该方法也存在很多局限性，这主要表现在：(1)微生物培养的不稳定性使传感器不能保持稳定运行，微生物的活性随使用的进行而逐步降低，每次测量后需“活化”处理，并且寿命较短，不适于有毒废水的测定；(2)单一菌种对不同的有机物降解能力不同而使其响应和重现性不同，微生物膜的一致性、互换性差，因而仪器的自动化程度不高；(3)进样量小和本底液量大造成对样品的稀释，产生测定结果不准确，并限制其不能满足较低BOD含量(<10mg/L)水样的测定要求。

近年来，微生物燃料电池的迅速发展为BOD测试提供了一种全新的方法。微生物燃料电池是一种可以将可降解有机物中的化学能定量转化为电能的装置，微生物代谢有机底物所产生的电子的量(库仑产量)与样品中的有机物含量呈线性比例关系。因此可以通过检测微生物燃料电池的输出电量，测定样品中的BOD含量。基于这一原理，文献(Kim BH，Chang IS，Gil GC，Park HS，Kim HJ.Novel BOD(biological oxygen demand)sensor using mediator-lessmicrobial fuel cell.Biotechnol Lett 2003，25，541～5；Chang IS，Jang JK，Gil GC，Kim M，Kim HJ，Cho BW，et al.Continuous determination of biochemical oxygendemand using microbial fuel cell type biosensor.Biosens Bioelectron 2004，19，607～13；Chang IS，Moon H，Jang JK，Kim BH.Improvement of a microbial fuelcell performance as a BOD sensor using respiratory inhibitors.Biosens Bioelectron2005，20，1856～9.)中报道了微生物燃料电池型的BOD传感器，专利CN1360677A也公开了一种使用无介体微生物燃料电池富集电化学活性微生物，并作为生物传感器的测定单元测定样品中BOD的装置和方法。这些装置和方法，均采用双室型的微生物燃料电池，即微生物燃料电池包括分别含有导电介质的阴极室和阳极室，安置在阳极室中的阳极，安置在阴极室中的阴极，介于阳极室和阴极室之间用于分隔阳极室和阴极室的离子交换膜，其中的阳极室中加入了含有电化学活性微生物的样品。在阳极室中，电化学活性微生物催化分解有机物，产生的质子通过阳离子交换膜传递到阴极。然而阳离子交换膜不仅自身成本高，而且容易被污染，需要定期更换及清理维护。它的使用增加了此装置构造和维护成本。另外，作为完整的BOD测试装置，除了作为测定单元的微生物燃料电池，还应包括：输出信号检测处理单元，样品的前处理单元。而上述装置则缺少用于供应样品至阳极的原件，以及能够对样品进行必要的预处理过程的元件。同时，由于在一定情况下，微生物燃料电池的输出电压不能够直接反映样品的BOD值，通过记录输出电压变化的记录单元不能得到样品的BOD浓度。因此本发明采用无膜向上流连续操作的上升流微生物燃料电池作为BOD检测装置的核心，降低构造及运行成本，并设计进样装置、输出信号检测、反馈及处理系统，共同构成一种稳定、快速准确、适用范围广的在线BOD测定装置和方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有BOD测定装置的不足，提供一种稳定、快速、准确、适用范围广的在线BOD测定装置，解决传统BOD测定装置中存在的技术问题。

本发明的再一目的是提供应用目的一的测定装置，从而提供一种低价、稳定、快速准确、适用范围广的在线BOD测定方法。

本发明的装置及方法是以上升流微生物燃料电池为核心，测定样品中BOD含量。

本发明的在线测定样品中生化需氧量的装置包括：BOD样品池、样品进料泵、管道过滤器、除菌过滤膜、BOD进样反馈控制阀、稀释缓冲液储罐、稀释缓冲液进料泵、稀释缓冲液进样反馈控制阀、上升流微生物燃料电池、阳极、阴极、外电阻、A/D转换卡、微生物燃料电池循环泵、微生物燃料电池循环反馈控制阀、样品收集容器、数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统；

其中：由BOD样品池、样品进料泵、管道过滤器、样品除菌过滤膜、BOD进样反馈控制阀、稀释缓冲液储罐、稀释缓冲液进料泵、稀释缓冲液进样反馈控制阀、上升流微生物燃料电池、阳极、阴极、微生物燃料电池循环泵、微生物燃料电池循环反馈控制阀、样品收集容器构成管路系统；由BOD进样反馈控制阀、稀释缓冲液进样反馈控制阀、上升流微生物燃料电池、阳极、阴极、外电阻、A/D转换卡、微生物燃料电池循环反馈控制阀、数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统构成电子电路系统。

一BOD样品池的出料口通过管路与样品进料泵相连接，样品进料泵的出料口通过管路与管道过滤器的进料口相连接，管道过滤器的出料口通过管路与样品除菌过滤膜相连接，样品除菌过滤膜的出料端通过管路与BOD进样反馈控制阀的进料口相连接，BOD进样反馈控制阀的电控开关通过导线与数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统相连接，BOD进样反馈控制阀的出料口通过管路与上升流微生物燃料电池相连接；

一由阳极、阴极及阳极和阴极之间的电极室组成的上升流微生物燃料电池，在上升流微生物燃料电池的顶部阴极处开有样品出口，该出口通过管路分别与微生物燃料电池循环反馈控制阀和样品收集容器相连接，微生物燃料电池循环反馈控制阀的电控开关通过导线与数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统相连接，微生物燃料电池循环反馈控制阀的出料口通过管路与微生物燃料电池循环泵相连接，微生物燃料电池循环泵的出料口通过管路与BOD进样反馈控制阀的出料口端的管路相连接；在上升流微生物燃料电池的底部阳极处开有样品进口，并且该进口通过管路与BOD进样反馈控制阀的出料口上的管路相连接；

一外电阻的两端分别通过导线与上升流微生物燃料电池的阳极和阴极及一A/D转换卡相连接；A/D转换卡通过导线与数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统相连接；

一稀释缓冲液储罐通过管路与稀释缓冲液进料泵相连接，稀释缓冲液进料泵的出料口通过管路与稀释缓冲液进样反馈控制阀相连接，稀释缓冲液进样反馈控制阀的电控开关通过导线与数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统相连接，稀释缓冲液进样反馈控制阀通过管路与BOD进样反馈控制阀的出料口上的管路相连接。

所述的外电阻一般无具体大小限制，优选为10～100Ω之间。

所述的除菌过滤膜可为聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯除菌滤膜等。

所述的微生物燃料电池的外壳可用玻璃、有机玻璃或聚碳酸酯等非导电材料制成，形状可采用圆柱或长方体等形状。

所述的阳极或阴极的材料可为铂、石墨、石墨毡或镀铂石墨；或可由石墨颗粒堆积而成，石墨颗粒粒度无特殊要求，粒径优选为3～5cm；阳极或阴极形状可为方形或圆盘形等任何形状。

所述的数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统包括计算机及相关软件，能够实现对微生物燃料电池的输出信号采集，对反馈开关的控制、以及对所采集的信号进行数据分析获得样品BOD浓度。

所述管路系统连接及液体流动方向如下：BOD样品由BOD样品池经样品进料泵泵出后，经管道过滤器去除颗粒物、除菌过滤膜除菌，流经BOD进样反馈控制阀，由上升流微生物燃料电池的底部进入上升流微生物燃料电池，样品在上升流微生物燃料电池中流经阳极、阴极后，由上升流微生物燃料电池的顶部流出后，或进入样品收集容器，或流经微生物燃料电池循环反馈控制阀及微生物燃料电池循环泵再次进入上升流微生物燃料电池。其中，在BOD进样反馈控制阀与上升流微生物燃料电池之间的管路上有一与稀释缓冲液反馈控制阀相连通的支线管路，稀释缓冲液反馈控制阀的另一端与稀释缓冲液进料泵的出口相连通，稀释缓冲液进料泵的进口端与稀释缓冲液储罐相连通。

所述的电子电路系统连接方式如下：上升流微生物燃料电池的阳极与阴极间连接有外电阻，外电阻两端接入A/D转换卡，A/D转换卡将外电阻两端的电压模拟信号转换为数字信号输入数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统，数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统通过相关软件采集数据，形成反馈信号控制BOD进样反馈控制阀、稀释缓冲液进样反馈控制阀、微生物燃料电池循环反馈控制阀，并对数据进行分析处理获得所测BOD样品的浓度。

利用本发明的在线测定样品中生化需氧量的装置对BOD浓度测定方法：

研究表明上升流微生物燃料电池的库仑产量与燃料中BOD总量有直接的比例关系，当外接电阻恒定时，如果测定样品中的BOD浓度值小于临界值(此时称为贫养BOD浓度测定)，上升流微生物燃料电池处于燃料浓度控制运行状态，其输出电压(电流)与污水BOD浓度之间表现出很好的线性关系，此时可以通过检测外电阻两端的电压信号实时测定样品的BOD浓度；当样品的BOD浓度高于某临界值时(此时称为富养BOD浓度测定)，上升流微生物燃料电池的输出电压(电流)几乎相同，样品中的BOD总量与其所对应的电流积分面积呈线性关系。此时可以采用缓冲液稀释法或脉冲积分法进行BOD浓度的测定。

具体测定方法如下：

当样品中BOD浓度低于临界值时，为贫养BOD浓度测定，BOD样品由BOD样品池经样品进料泵泵出后，经管道过滤器去除颗粒物、除菌过滤膜除菌，流经BOD进样反馈控制阀，由上升流微生物燃料电池的底部进入上升流微生物燃料电池，样品在上升流微生物燃料电池中流经阳极、电极室、阴极后，由上升流微生物燃料电池的顶部流出，进入样品收集容器。此时输入数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统的电压信号低于设定值，数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统输出反馈信号，关闭稀释缓冲液进样反馈控制阀及微生物燃料电池循环反馈控制阀，外电阻两端的电压随BOD浓度变化而变化，电压信号通过A/D转换卡输入数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统，通过电压信号与BOD浓度间的线性关系，在线实时测定样品的BOD浓度。

当所测样品BOD浓度高于临界值时，为富养BOD浓度测定，BOD样品由BOD样品池经样品进料泵泵出后，经管道过滤器去除颗粒物、除菌过滤膜除菌，流经BOD进样反馈控制阀，由上升流微生物燃料电池的底部进入上升流微生物燃料电池，样品在上升流微生物燃料电池中流经阳极、电极室、阴极后，由上升流微生物燃料电池的顶部流出，计算机检测到的电压信号高于设定值，此时可根据用户需求选择缓冲液稀释法或脉冲积分法两者之一进行BOD测定。若选择稀释法，数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统输出反馈信号，微生物燃料电池循环反馈控制阀关闭，稀释缓冲液进样反馈控制阀开启，稀释缓冲液由稀释缓冲液储罐经稀释缓冲液进料泵泵出后，流经稀释缓冲液进样反馈控制阀，与上述BOD样品混合后形成稀释BOD样品进入上升流微生物燃料电池；数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统根据所检测到的电压信号调节BOD进样反馈控制阀及稀释缓冲液进样反馈控制阀，直至稀释后的样品BOD浓度处于所设定的低于临界值的域值范围，数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统根据所检测到的电压信号及稀释倍数在线实时测定样品的BOD浓度。若选择脉冲积分法，则关闭稀释缓冲液进样反馈控制阀，开启微生物燃料电池循环反馈控制阀，控制BOD进样反馈控制阀实现脉冲式进样后，关闭BOD进样反馈控制阀，样品进入上升流微生物燃料电池后，从顶部流出，经微生物燃料电池循环反馈控制阀及微生物燃料电池循环泵再次进入上升流微生物燃料电池，直至数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统所检测到的电压信号恢复基线电压，关闭微生物燃料电池循环反馈控制阀，样品流入样品收集容器，通过电压及外电阻计算电流，由电流—时间积分面积获得库仑产量，进而根据库仑产量与BOD总量的线性关系及脉冲进样体积测定样品的BOD浓度，该方法可实现在线BOD检测，但响应时间较长，需数十分钟至数小时不等。

所述的电极室中装有缓冲溶液，并且缓冲溶液有明显的溶解氧梯度，微生物燃料电池阳极处接种有电化学活性微生物，且阳极的电化学活性微生物可以分解有机物并产生电流。

所述的电化学活性微生物是从废水或活性污泥中富集的电化学活性微生物种群。如异化金属还原菌或脱硫弧菌等。

所述的缓冲溶液是碳酸氢钠缓冲液或磷酸盐缓冲液等。浓度通常为50mmol/L。

本发明的上升流微生物燃料电池中无需使用价格昂贵阳离子交换膜，降低了制造成本，同时免去了因膜污染而引起的定期更换、清理，降低运行、维护成本。

本发明实现了样品BOD浓度的在线测定，同时缩短了测定周期，使采样、预处理、稀释、进样、测定、数据输出一次完成；管理和维护的费用低，同时可减少人工工作量。

附图说明

图1.本发明的在线测定样品中生化需氧量的装置示意图。

附图标记

1.BOD样品池                    2.样品进料泵

3.管道过滤器                          4.样品除菌过滤膜

5.BOD进样反馈控制阀                   6.稀释缓冲液储罐

7.稀释缓冲液进料泵                    8.稀释缓冲液进样反馈控制阀

9.上升流微生物燃料电池                10.阳极

11.阴极                               12.外电阻

13.A/D转换卡                          14.微生物燃料电池循环泵

15.微生物燃料电池循环反馈控制阀       16.样品收集容器

17.数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统

具体实施方式

实施例1.

请参见图1。在线测定样品中生化需氧量的装置包括：BOD样品池1、样品进料泵2、管道过滤器3、除菌过滤膜4、BOD进样反馈控制阀5、稀释缓冲液储罐6、稀释缓冲液进料泵7、稀释缓冲液进样反馈控制阀8、上升流微生物燃料电池9、阳极10、阴极11、外电阻12、A/D转换卡13、微生物燃料电池循环泵14、微生物燃料电池循环反馈控制阀15、样品收集容器16、数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统17；

一BOD样品池1的出料口通过管路与样品进料泵2相连接，样品进料泵2的出料口通过管路与管道过滤器3的进料口相连接，管道过滤器3的出料口通过管路与聚四氟乙烯除菌过滤膜4相连接，样品除菌过滤膜4的出料端通过管路与BOD进样反馈控制阀5的进料口相连接，BOD进样反馈控制阀5的电控开关通过导线与数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统17相连接，BOD进样反馈控制阀5的出料口通过管路与外壳由有机玻璃材料制成的上升流微生物燃料电池9相连接；

一由石墨材料制成的阳极10、石墨材料制成的阴极11及阳极和阴极之间的电极室(在电极室中装有50mmol/L碳酸氢钠缓缓冲液，且阳极有从废水或活性污泥中富集的电化学活性微生物种群)组成的上升流微生物燃料电池9，在上升流微生物燃料电池9的顶部阴极处开有样品出口，该出口通过管路分别与微生物燃料电池循环反馈控制阀15和样品收集容器16相连接，微生物燃料电池循环反馈控制阀15的电控开关通过导线与数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统17相连接，微生物燃料电池循环反馈控制阀15的出料口通过管路与微生物燃料电池循环泵14相连接，微生物燃料电池循环泵14的出料口通过管路与BOD进样反馈控制阀5的出料口端的管路相连接；在上升流微生物燃料电池9的底部阳极处开有样品进口，并且该进口通过管路与BOD进样反馈控制阀5的出料口上的管路相连接；

一100Ω的外电阻的两端分别通过导线与上升流微生物燃料电池的阳极和阴极及一A/D转换卡相连接；A/D转换卡通过导线与数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统17相连接；

一稀释缓冲液储罐6通过管路与稀释缓冲液进料泵7相连接，稀释缓冲液进料泵7的出料口通过管路与稀释缓冲液进样反馈控制阀8相连接，稀释缓冲液进样反馈控制阀8的电控开关通过导线与数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统17相连接，稀释缓冲液进样反馈控制阀8通过管路与BOD进样反馈控制阀5的出料口上的管路相连接。

利用上述在线测定样品中生化需氧量的装置对BOD浓度测定方法：

当样品中BOD浓度低于临界值时，为贫养BOD浓度测定，BOD样品由BOD样品池1经样品进料泵2泵出后，经管道过滤器3去除颗粒物、除菌过滤膜4除菌，流经BOD进样反馈控制阀5，由上升流微生物燃料电池9的底部进入上升流微生物燃料电池9，样品在上升流微生物燃料电池中流经阳极10、电极室、阴极11后，由上升流微生物燃料电池9的顶部流出，进入样品收集容器16。此时输入数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统17的电压信号低于设定值，数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统17输出反馈信号，关闭稀释缓冲液进样反馈控制阀8及微生物燃料电池循环反馈控制阀15，外电阻12两端的电压随BOD浓度变化而变化，电压信号通过A/D转换卡13输入数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统17，通过电压信号与BOD浓度间的线性关系，在线实时测定样品的BOD浓度。

当所测样品BOD浓度高于临界值时，为富养BOD浓度测定，BOD样品由BOD样品池1经样品进料泵2泵出后，经管道过滤器3去除颗粒物、除菌过滤膜4除菌，流经BOD进样反馈控制阀5，由上升流微生物燃料电池9的底部进入上升流微生物燃料电池9，样品在上升流微生物燃料电池中流经阳极10、电极室、阴极11后，由上升流微生物燃料电池9的顶部流出，计算机检测到的电压信号高于设定值，此时可根据用户需求选择缓冲液稀释法或脉冲积分法两者之一进行BOD测定。若选择稀释法，数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统17输出反馈信号，微生物燃料电池循环反馈控制阀15关闭，稀释缓冲液进样反馈控制阀8开启，稀释缓冲液由稀释缓冲液储罐6经稀释缓冲液进料泵7泵出后，流经稀释缓冲液进样反馈控制阀8，与上述BOD样品混合后形成稀释BOD样品进入上升流微生物燃料电池9；数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统17根据所检测到的电压信号调节BOD进样反馈控制阀5及稀释缓冲液进样反馈控制阀8，直至稀释后的样品BOD浓度处于所设定的低于临界值的域值范围，数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统17根据所检测到的电压信号及稀释倍数在线实时测定样品的BOD浓度。若选择脉冲积分法，则关闭稀释缓冲液进样反馈控制阀8，开启微生物燃料电池循环反馈控制阀15，控制BOD进样反馈控制阀5实现脉冲式进样后，关闭BOD进样反馈控制阀5，样品进入上升流微生物燃料电池9后，从顶部流出，经微生物燃料电池循环反馈控制阀15及微生物燃料电池循环泵14再次进入上升流微生物燃料电池9。直至数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统17所检测到的电压信号恢复基线电压，关闭微生物燃料电池循环反馈控制阀15，样品流入样品收集容器16，通过电压及外电阻计算电流，由电流-时间积分面积获得库仑产量，进而根据库仑产量与BOD总量的线性关系及脉冲进样体积实现在线测定样品的BOD浓度。

实施例2.

在线测定样品中生化需氧量的装置同实施例1。采用脉冲积分法进行富养BOD浓度测定。样品为2mmol/L醋酸钠溶液，此时数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统检测到的外电阻两端的电压信号为100mV，高于设定值，选择脉冲积分法进行富养BOD浓度测定，则关闭稀释缓冲液进样反馈控制阀，开启微生物燃料电池循环反馈控制阀，控制BOD进样反馈控制阀实现脉冲式进样后，关闭BOD进样反馈控制阀，样品进入上升流微生物燃料电池后，从顶部流出，经微生物燃料电池循环反馈控制阀及微生物燃料电池循环泵再次进入上升流微生物燃料电池，直至数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统所检测到的电压信号恢复基线电压，关闭微生物燃料电池循环反馈控制阀，样品流入样品收集容器，2mmol/L醋酸钠样品电流积分面积为37.44，计算机输出BOD浓度为131mg/L，理论值为128mg/L，误差2％，多次测定结果具有重现性。

Claims (10)

1.一种在线测定样品中生化需氧量的装置，该装置包括：生化需氧量样品池、样品进料泵、管道过滤器、除菌过滤膜、生化需氧量进样反馈控制阀、稀释缓冲液储罐、稀释缓冲液进料泵、稀释缓冲液进样反馈控制阀、上升流微生物燃料电池、阳极、阴极、外电阻、A/D转换卡、微生物燃料电池循环泵、微生物燃料电池循环反馈控制阀、样品收集容器、数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统；其特征是：

一生化需氧量样品池的出料口通过管路与样品进料泵相连接，样品进料泵的出料口通过管路与管道过滤器的进料口相连接，管道过滤器的出料口通过管路与样品除菌过滤膜相连接，样品除菌过滤膜的出料端通过管路与生化需氧量进样反馈控制阀的进料口相连接，生化需氧量进样反馈控制阀的电控开关通过导线与数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统相连接，生化需氧量进样反馈控制阀的出料口通过管路与上升流微生物燃料电池相连接；

一由阳极、阴极及阳极和阴极之间的电极室组成的上升流微生物燃料电池，在上升流微生物燃料电池的顶部阴极处开有样品出口，该出口通过管路分别与微生物燃料电池循环反馈控制阀和样品收集容器相连接，微生物燃料电池循环反馈控制阀的电控开关通过导线与数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统相连接，微生物燃料电池循环反馈控制阀的出料口通过管路与微生物燃料电池循环泵相连接，微生物燃料电池循环泵的出料口通过管路与生化需氧量进样反馈控制阀的出料口端的管路相连接；在上升流微生物燃料电池的底部阳极处开有样品进口，并且该进口通过管路与生化需氧量进样反馈控制阀的出料口上的管路相连接；

一外电阻的两端分别通过导线与上升流微生物燃料电池的阳极和阴极及一A/D转换卡相连接；A/D转换卡通过导线与数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统相连接；

一稀释缓冲液储罐通过管路与稀释缓冲液进料泵相连接，稀释缓冲液进料泵的出料口通过管路与稀释缓冲液进样反馈控制阀相连接，稀释缓冲液进样反馈控制阀的电控开关通过导线与数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统相连接，稀释缓冲液进样反馈控制阀通过管路与生化需氧量进样反馈控制阀的出料口上的管路相连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征是：所述的外电阻为10～100Ω之间。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征是：所述的除菌过滤膜为聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯除菌滤膜。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征是：所述的上升流微生物燃料电池的外壳是用玻璃或聚碳酸酯非导电材料制成。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征是：所述的阳极或阴极的材料为铂或石墨。

6.一种利用权利要求1～5任一项所述的装置进行在线测定样品中生化需氧量的方法，其特征是：当样品中生化需氧量浓度低于临界值时，为贫养生化需氧量浓度测定，生化需氧量样品由生化需氧量样品池经样品进料泵泵出后，经管道过滤器去除颗粒物、除菌过滤膜除菌，流经生化需氧量进样反馈控制阀，由上升流微生物燃料电池的底部进入上升流微生物燃料电池，样品在上升流微生物燃料电池中流经阳极、电极室、阴极后，由上升流微生物燃料电池的顶部流出，进入样品收集容器；此时输入数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统的电压信号低于设定值，数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统输出反馈信号，关闭稀释缓冲液进样反馈控制阀及微生物燃料电池循环反馈控制阀，外电阻两端的电压随生化需氧量浓度变化而变化，电压信号通过A/D转换卡输入数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统，通过电压信号与生化需氧量浓度间的线性关系，在线实时测定样品的生化需氧量浓度；或

当所测样品生化需氧量浓度高于临界值时，为富养生化需氧量浓度测定，生化需氧量样品由生化需氧量样品池经样品进料泵泵出后，经管道过滤器去除颗粒物、除菌过滤膜除菌，流经生化需氧量进样反馈控制阀，由上升流微生物燃料电池的底部进入上升流微生物燃料电池，样品在上升流微生物燃料电池中流经阳极、电极室、阴极后，由上升流微生物燃料电池的顶部流出，计算机检测到的电压信号高于设定值，此时选择缓冲液稀释法或脉冲积分法两者之一进行生化需氧量测定；若选择稀释法，数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统输出反馈信号，微生物燃料电池循环反馈控制阀关闭，稀释缓冲液进样反馈控制阀开启，稀释缓冲液由稀释缓冲液储罐经稀释缓冲液进料泵泵出后，流经稀释缓冲液进样反馈控制阀，与上述生化需氧量样品混合后形成稀释样品进入上升流微生物燃料电池；数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统根据所检测到的电压信号调节生化需氧量进样反馈控制阀及稀释缓冲液进样反馈控制阀，直至稀释后的样品生化需氧量浓度处于所设定的低于临界值的域值范围，数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统根据所检测到的电压信号及稀释倍数在线实时测定样品的生化需氧量浓度；若选择脉冲积分法，则关闭稀释缓冲液进样反馈控制阀，开启微生物燃料电池循环反馈控制阀，控制生化需氧量进样反馈控制阀实现脉冲式进样后，关闭生化需氧量进样反馈控制阀，样品进入上升流微生物燃料电池后，从顶部流出，经微生物燃料电池循环反馈控制阀及微生物燃料电池循环泵再次进入上升流微生物燃料电池，直至数据采集处理及反馈控制阀控制计算机系统所检测到的电压信号恢复基线电压，关闭微生物燃料电池循环反馈控制阀，样品流入样品收集容器，通过电压及外电阻计算电流，由电流-时间积分面积获得库仑产量，进而根据库仑产量与生化需氧量总量的线性关系及脉冲进样体积测定样品的生化需氧量浓度，实现在线生化需氧量检测。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征是：所述的电极室中装有缓冲溶液，并且缓冲溶液有明显的溶解氧梯度，微生物燃料电池阳极处接种有电化学活性微生物，且阳极的电化学活性微生物可以分解有机物并产生电流。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征是：所述的电化学活性微生物是从废水或活性污泥中富集的电化学活性微生物种群。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征是：所述的缓冲溶液的浓度为50mmol/L。

10.根据权利要求7或9所述的方法，其特征是：所述的缓冲溶液是碳酸氢钠缓冲液或磷酸盐缓冲液。