CN107688046A - 生物电化学系统在线毒性监测装置与监测方法 - Google Patents
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Abstract
生物电化学系统在线毒性监测装置与监测方法，属于水体监测技术领域。解决了如何提供一种能够对水体毒性实现灵敏、快速、低成本、准确监测的装置与方法的问题。本发明的监测装置，包括水样脱氧罐、清洗液脱氧罐、输送控制单元、采集装置、计算机和废液桶；其中，PLC通过第一电磁阀和第二电磁阀控制生物电化学系统的水流取自水样脱氧罐还是清洗液脱氧罐，水流通过蠕动泵提供动力，挤入生物电化学系统，生物电化学系统排出的废水进入废液桶，采集装置采集生物电化学系统的电信号，并将电信号输送至计算机显示并存储。该监测装置能够实现对水体毒性灵敏、快速、低成本、准确监测。
Description
技术领域
本发明属于水体监测技术领域，具体涉及一种生物电化学系统在线毒性监测装置与监测方法。
背景技术
随着我国工业化和城镇化的快速发展，环境污染范围不断扩散，程度不断加深，其中，水污染问题尤为严重。研究开发稳定、简便、灵敏的在线水体毒性监测方法及装置具有重要的现实意义。
近年来，基于微生物的水体毒性监测方法受到了广泛的关注，其毒性监测结果是通过直接或者间接统计大量微生物的新陈代谢或者生长速度的变化而得到的，测量精度有所提高，避免了由于个别生物体突变而引起的误差，而且不受道德争议限制，因此得到了迅猛发展。其中，基于微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)传感器的水体毒性监测是一种很有发展前途的在线毒性监测方法。MFC是一种以产电微生物为阳极催化剂，将化学能直接转化成电能的装置。目前，对MFC的研究主要集中在产电，污水处理，环境生物修复，野外电源及传感器等领域。自从Karube等应用MFC测定生化需氧量(biochemical oxygendemand,BOD)以来，MFC作为传感器在分析领域的应用研究取得了很大的进展。MFC的电压、电流和/电量信号变化直观地反映了水体污染情况，并可进一步推断污染的来源与类型，因此，MFC传感器可在水行业中成为监测毒性化合物的有力工具。
Kim等率先将MFC引入水体生物毒性检测，检测了有机磷化合物、多氯联苯(PCBs)、铅和汞的毒性。目前已研制出世界上第一台基于MFC的水体生物毒性监测仪(Biomonitoring System HATOX-2000)，在世界各国得到了应用。它采用双室型MFC作为核心部件，阳极室泵入水样，阴极以溶解氧为最终电子受体，阴极氧还原反应(ORR)采用Pt/C催化剂。但是阴极成为电池的限制因素，检测结果易受阴极性能影响，大大阻碍了其发展和商业应用。HATOX-2000存在以下固有缺陷：(1)阴极室需要连续曝气，能源消耗大；(2)阴极催化剂易中毒，且缓慢的反应动力学以及催化剂的毒化降低了阴极电位和MFC的整体效率；(3)Pt储量稀少，价格昂贵；(4)结构与操作较为复杂，维护费用高；(5)需要昂贵的质子交换膜，且由于阴阳极之间的离子交换膜，流通池即阳极室承受压力有限。
近年来随着对产电微生物研究的进一步深入，研究人员开发出了用恒电位仪将阳极或阴极电势精确控制在一个恒定水平的三电极体系(micobial three-electrode cell,M3C)。M3C在线水体毒性监测除了具有MFC毒性监测的优点外，由于阴、阳极集成在单室流通池内，装置更简单，维护更容易，在恒定电压下微生物处于稳定的电化学环境中，使用寿命更长，灵敏度更高，检测结果更稳定，是目前为止最适合水体毒性在线监测的方法。现有的M3C毒性监测反应器可以归纳为两种：大尺寸反应器和微流控反应器，但是，大尺寸反应器降解效率低，微流控反应器孔道狭小，易堵塞，而且微生物固定不牢固。因此有必要对反应器的结构、流体力学等技术问题进行深入研究，以提高反应器的稳定性和监测灵敏度。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供一种生物电化学系统在线毒性监测装置与监测方法，能够对水体毒性实现灵敏、快速、低成本、准确的监测。
本发明解决上述技术问题采取的技术方案如下。
生物电化学系统在线毒性监测装置，包括水样脱氧罐、清洗液脱氧罐、输送控制单元、采集装置、计算机和废液桶；
所述水样脱氧罐用于盛装检测水样、PBS缓冲液、维生素和微量元素，或者标准水样、PBS缓冲液、维生素、微量元素和营养物质；
所述清洗液脱氧罐用于盛装PBS缓冲液、维生素和微量元素；
所述输送控制单元为一个或多个，每个输送控制单元包括第一电磁阀、第二电磁阀、PLC、生物电化学系统和蠕动泵；
第一电磁阀的一端通过管道与水样脱氧罐连接，第二电磁阀的一端通过管道与清洗液脱氧罐连接，第一电磁阀的另一端和第二电磁阀的另一端通过一个三通与蠕动泵的一端连接，且第一电磁阀和第二电磁阀分别通过电线与PLC连接；生物电化学系统为M3C传感器、MFC传感器或MEC传感器，当为M3C传感器时，M3C传感器的流通池填充有填充颗粒，当为MFC传感器或MEC传感器时，生物阳极室和/或生物阴极室内填充填充颗粒；蠕动泵的另一端通过管道与生物电化学系统的进样口连接，生物电化学系统的出样口通过管道与废液桶连接；
所述采集装置为多通道恒电位仪或多通道数据采集器，采集装置的每个通道的一端与一个生物电化学系统通过电线连接，另一端与计算机连接；
PLC通过第一电磁阀和第二电磁阀控制生物电化学系统的水流取自水样脱氧罐还是清洗液脱氧罐，水流通过蠕动泵提供动力，挤入生物电化学系统，生物电化学系统排出的废水进入废液桶，采集装置采集生物电化学系统的电信号，并将电信号输送至计算机显示并存储；所述电信号为电流信号和/或电压信号。
进一步的，该监测装置还包括多个储存罐和两个PLC，一部分储存罐分别通过设有第三电磁阀的管道与水样脱氧罐盛装连通，分别用于盛装检测水样、标准水样、PBS缓冲液、维生素、微量元素和营养物质，并能够将检测水样、标准水样、PBS缓冲液、维生素、微量元素和营养物质输送至水样脱氧罐，所述第三电磁阀通过一个PLC控制；另一部分储存罐分别通过设有第四电磁阀的管道与清洗液脱氧罐连通，分别用于盛装PBS缓冲液、维生素和微量元素，并能够将PBS缓冲液、维生素和微量元素输送至清洗液脱氧罐，所述第四电磁阀通过另一个PLC控制。
进一步的，所述生物电化学系统为M3C传感器，包括填充颗粒、流通池和三电极系统，所述流通池由两块以上的有机玻璃板块依次叠加组装而成，中间的有机玻璃板块设有通孔，相互接触的两块有机玻璃板块之间设置硅胶垫，组装后，流通池形成一个表面密闭，内部设有空腔的结构；
流通池上设有与空腔连通的进样口和出样口；
填充颗粒填充在流通池的空腔内；
三电极系统由对电极、参比电极和工作电极组成，对电极和参比电极均一端置于流通池的空腔内，另一端穿过流通池的外壁，伸出流通池外，工作电极置于流通池的空腔内，用于富集产电菌。
进一步的，所述填充颗粒为聚苯乙烯颗粒、玻璃颗粒或石头颗粒。
进一步的，所述对电极的材料为产氢催化剂或者产甲烷催化剂；参比电极为甘汞电极、氢电极或者Ag/AgCl；工作电极的材料为碳纸、碳布、碳刷、石墨毡或者金属泡沫。
上述生物电化学系统在线毒性监测装置的监测方法，步骤如下：
步骤一、将生物电化学系统上富集稳定的产电菌；
步骤二、向清洗液脱氧罐中加入不含营养物质的人工废水；
步骤三、向水样脱氧罐中加入标准水样、PBS缓冲液、维生素、微量元素和营养物质；
步骤四、开启装置；
4.1通过PLC控制第一电磁阀关闭，水样脱氧罐不流出液体，第二电磁阀开启，然后通过蠕动泵提供动力，水流经清洗液脱氧罐流出，挤入生物电化学系统，排出的废水进入废液桶，采集装置施加-10～10V电压，采集生物电化学系统的电信号，并将电信号显示并存储在计算机中，该过程持续25～110min，过程中水流流速为：0.1～100mL/min，温度：10～50℃；
4.2通过PLC控制第二电磁阀关闭，清洗液脱氧罐不流出液体，第一电磁阀开启，然后通过蠕动泵提供动力，水流经水样脱氧罐流出，挤入生物电化学系统，排出的废水进入废液桶，采集装置施加-10～10V电压，采集生物电化学系统的电信号，并将电信号显示并存储在计算机中，该过程持续0.5～60min，过程中水流流速为：0.1～100mL/min，温度：10～50℃；
所述电信号为电流信号和/或电压信号；
交替进行4.1和4.2，当电流峰值或电压峰值与上次存储值相同，以此电流峰值或电压峰值为无毒对照标准；
步骤五、将水样脱氧罐中液体倒出，采用清洗液清洗水样脱氧罐；
步骤六、向水样脱氧罐中加入检测水样、PBS缓冲液、维生素、微量元素和营养物质；
6.1通过PLC控制第一电磁阀关闭，水样脱氧罐不流出液体，第二电磁阀开启，然后通过蠕动泵提供动力，水流经清洗液脱氧罐流出，挤入生物电化学系统，排出的废水进入废液桶，采集装置施加-10～10V电压，采集生物电化学系统的电信号，并将电信号显示并存储在计算机中，该过程持续25～110min，过程中水流流速为：0.1～100mL/min，温度：10～50℃；
6.2通过PLC控制第二电磁阀关闭，清洗液脱氧罐不流出液体，第一电磁阀开启，然后通过蠕动泵提供动力，水流经水样脱氧罐流出，挤入生物电化学系统，排出的废水进入废液桶，采集装置施加-10～10V电压，采集生物电化学系统的电信号，并将电信号显示并存储在计算机中，该过程持续0.5～60min，过程中水流流速为：0.1～100mL/min，温度：10～50℃；
所述电信号为电流信号和/或电压信号；
步骤七、通过步骤六的电信号与无毒对照标准的比较判断水体毒性；
如果有毒，更换装置，或者更换通道，重复步骤一～步骤七，继续监测；
如果无毒，返回步骤六，直至监测结束。
进一步的，将步骤四～步骤七替换为：
步骤四、开启装置，通过PLC控制第一电磁阀关闭，水样脱氧罐不流出液体，第二电磁阀开启，然后通过蠕动泵提供动力，水流经清洗液脱氧罐流出，挤入生物电化学系统，排出的废水进入废液桶，清洗装置；
步骤五、通过PLC控制第二电磁阀关闭，清洗液脱氧罐不流出液体，第一电磁阀开启，然后通过蠕动泵提供动力，水流经水样脱氧罐流出，挤入生物电化学系统，排出的废水进入废液桶，采集装置施加-10～10V电压，采集生物电化学系统的电信号，并将电信号显示并存储在计算机中，该过程持续10min以上，并以此过程结束电流值或电压值作为无毒对照标准；过程中水流流速为：0.1～100mL/min，温度：10～50℃；
步骤六、将检测液加入水样脱氧罐，通过蠕动泵提供动力，挤入生物电化学系统，排出的废水进入废液桶，采集装置施加-10～10V电压，采集生物电化学系统的电信号，并将电信号显示并存储在计算机中，直至监测停止；过程中水流流速为：0.1～100mL/min，温度：10～50℃；
所述检测液中含有缓冲液、维生素、微量元素、营养物质和检测水样；
所述电信号为电压信号或电流信号；
步骤七、通过步骤六的电信号与无毒对照标准进行比较判断毒性，如果有毒，更换装置，或者更换通道，重复步骤一～步骤七；
如果无毒，返回步骤六，直至监测结束。
进一步的，水体总毒性监测装置对毒性强弱的定量指标为电流抑制率IC，具体计算公式为(1)：
IC＝(1-im-tox/im-con)×100％ (1)
其中，im-con为标准水样的电流峰值，im-tox为待测水样的电流峰值。
进一步的，将生物电化学系统上富集稳定的产电菌的步骤如下：
1.1、将干基营养物质、PBS缓冲溶液、维生素、微量元素和活性污泥上清液混合均匀，通惰性气氛5min以上或者加入溶解氧的去除剂后静置5min以上，密闭，放入10～50℃生化箱中培养，1～100天后，得到菌种；
所述干基营养物质、PBS缓冲溶液、维生素、微量元素和活性污泥上清液的配比为：(1～10000mg):(1～200mmol):(0.2～50mL):(0.8～100mL):(1～499mL)；
所述干基营养物质为葡萄糖、乙酸钠、乳酸或者葡萄糖和谷氨酸的混合物；
1.2、将生物电化学系统通过导线与电化学工作站连接，混合液接种到生物电化学系统中，置于10～50℃生化箱中培养，当电化学工作站采集的电流下降到正负0.00005A以内或者电压下降到正负50mV以内时更换混合液，当生物电化学系统连续两个周期电流、电压或电量的峰值不再升高，认为生物电化学系统启动成功，得到富集稳定的产电菌的生物电化学系统；
所述每1L混合液含有200mmol的PBS缓冲溶液，5mL维生素，12.5mL微量元素和100mL营养物质，余量为菌种。
进一步的，每1L不含有营养物质的人工废水中含有1～200mmol PBS缓冲溶液、0.2～50mL维生素和0.8～100mL微量元素，余量为去离子水；
当向水样脱氧罐中加入标准水样、PBS缓冲液、维生素、微量元素和营养物质，每1L水样脱氧罐液体中含有1～200mmol PBS缓冲液、0.2～50mL维生素、0.8～100mL微量元素和0.5～50mL营养物质，余量为去离子水；
当向水样脱氧罐中加入检测水样、PBS缓冲液、维生素、微量元素和营养物质，每1L水样脱氧罐液体中含有1～200mmol PBS缓冲液、0.2～50mL维生素、0.8～100mL微量元素和0.5～50mL营养物质，余量为检测水样；
当向水样脱氧罐中加入检测液，每1L检测液中含有1～200mmol PBS缓冲液、0.2～50mL维生素、0.8～100mL微量元素和0.5～50mL营养物质，余量为检测水样；
20mmol 50mL的PBS缓冲液的成分为：0.124g NH4Cl、0.052g KCl、0.9808gNaH2PO4·H2O和1.8304g Na2HPO4，余量为去离子水；
1L微量元素的成分为：1.5g氨基三乙酸、3.0g MgSO4、0.5g MnSO4·H2O、1.0gNaCl、0.1g FeSO4·7H2O、0.1g CaCl2·2H2O、0.1g CoCl2·6H2O、0.13g ZnCl2、0.01gCuSO4·5H2O、0.01g AlK(SO4)2·12H2O、0.01g H3BO3、0.025g Na2MoO4、0.024g NiCl2·6H2O、0.025g Na2WO4·2H2O，余量为去离子水；
1L维生素浓缩100倍的成分为：0.2g维生素H、0.2g叶酸、1g维生素B6、0.5g核黄素、0.5g硫胺、0.5g烟酸、0.5g维生素B5、0.01g维生素B12、0.5g对氨基苯甲酸和0.5g硫辛酸，余量为去离子水；
0.5L的营养物质中含有10g葡萄糖、10g乙酸钠、10g乳酸或者10g葡萄糖和10g谷氨酸的混合物，余量为去离子水。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明的生物电化学系统在线毒性监测装置采用填充颗粒填充反应器，流体剪切力大，底物降解更充分，检测灵敏度更高；
2、本发明的在线毒性监测方法能够对水体毒性实现灵敏、快速、低成本、准确的监测；
3、当生物电化学系统为M3C反应器时，本发明的生物电化学系统在线毒性监测装置去除传统MFC的阴极室及离子交换膜，结构更简单，只需要考虑反应器中毒性物质对电化学活性菌的呼吸抑制作用，解决了反应器成本高的问题，也解决了由于渗透作用对传感器寿命、灵敏度的影响，耐压能力更强，更适合在线监测；
在恒定电压下微生物处于稳定的电化学环境中，使用寿命更长，检测结果更稳定，是目前为止最适合水体毒性在线监测的方法；
不用曝气，节约能源；
使用单室，装置更简单，更容易维护，成本更低廉，检测更稳定，结果更准确。
附图说明
图1为本发明的生物电化学系统在线水体毒性监测装置的结构示意图；
图2为本发明的生物电化学系统在线水体毒性监测方法的流程图；
图3为本发明的生物电化学系统在线水体毒性监测装置的检测原理图；
图4为实施例1中，A和B分别为不含营养物质的人工废水对填充颗粒前后的M3C反应器冲洗时，冲洗时间与电流信号的关系曲线；
图5为实施例1中，含100μL甲醛检测水样的监测信号；
图6为实施例2中，含300μL甲醛检测水样的监测信号；
图7为实施例3中，含500μL甲醛检测水样的监测信号；
图8为实施例4中，含0.5mg Cu2+的检测水样的监测信号；
图9为实施例5中，检测水样的监测信号；
图10为实施例6中，检测水样的监测信号；
图中，1、水样脱氧罐，2、清洗液脱氧罐，31、第一电磁阀，32、第二电磁阀，4、PLC，5、生物电化学系统，6、采集装置，7、计算机，8、蠕动泵，9、废液桶，代表微生物，代表营养物质，代表填充颗粒，·代表电子，代表毒性物质。
具体实施方式
以下结合附图1～10进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，生物电化学系统在线毒性监测装置，包括水样脱氧罐1、清洗液脱氧罐2、输送控制单元、采集装置6、计算机7和废液桶9；
其中，水样脱氧罐1用于盛装检测水样、PBS缓冲液、维生素、微量元素和营养物质，或者标准水样、PBS缓冲液、维生素、微量元素和营养物质；
清洗液脱氧罐2用于盛装PBS缓冲液、维生素和微量元素；
输送控制单元为一个或多个，每个输送控制单元包括第一电磁阀31、第二电磁阀32、PLC 4、生物电化学系统5和蠕动泵8；
生物电化学系统为M3C传感器，包括填充颗粒、流通池和三电极系统，其中，流通池为现有结构，由两块以上的有机玻璃板块依次叠加组装而成，中间的有机玻璃板设有通孔，相互接触的两块有机玻璃板块之间设置硅胶垫，防止漏液，组装后，流通池形成一个表面密闭，内部设有空腔的结构；优选的，最外侧两块有机玻璃板块上设有凹槽；
流通池上设有与空腔连通的进样口和出样口；
填充颗粒填充在流通池的空腔内，填充颗粒可以为聚苯乙烯颗粒、玻璃颗粒或石头颗粒；填充颗粒用于提高流体剪切力，使营养物质降解得更充分，检测灵敏度更高；
三电极系统由对电极、参比电极和工作电极组成，对电极和参比电极均一端置于流通池的空腔内，另一端穿过流通池的外壁，伸出流通池外，工作电极置于流通池的空腔内，用于富集产电菌。通常，对电极的材料为产氢催化剂或者产甲烷催化剂，优选铂或者钛，形状为片状、丝状或者柱状；参比电极为甘汞电极、氢电极或者Ag/AgCl；工作电极的材料为碳纸、碳布、碳刷、石墨毡或者金属泡沫，优选Buckypaper，工作电极一般通过钛丝牵引至流通池外。
当生物电化学系统为MFC传感器或MEC传感器，在MFC传感器或MEC传感器的生物阳极室和/或生物阴极室内填充填充颗粒，MFC传感器或MEC传感器的其他结构与现有技术相同；其中，MFC传感器和MEC传感器可以为单室或者双室。填充颗粒可以为聚苯乙烯颗粒、玻璃颗粒或石头颗粒。填充颗粒用于提高流体剪切力，营养物质降解得更充分，检测灵敏度更高。
第一电磁阀31的一端通过管道与水样脱氧罐1连接，第二电磁阀32的一端通过管道与清洗液脱氧罐2连接，第一电磁阀31和第二电磁阀32的另一端均通过同一三通与蠕动泵8的一端连接，且第一电磁阀31和第二电磁阀32通过电线与PLC 4连接；蠕动泵8的另一端通过管道与生物电化学系统5的进样口连接；生物电化学系统5的出样口通过管道与废液桶9连接。
采集装置6为多通道恒电位仪或多通道数据采集器，每个通道对应一个输送控制单元，采集装置6的一端与所有生物电化学系统5通过电线连接(M3C传感器的连接位置是三电极系统，MFC传感器或MEC传感器的连接位置是电阻两端)，另一端与计算机7连接。
PLC 4通过第一电磁阀31和第二电磁阀32控制生物电化学系统5的水流取自水样脱氧罐1还是清洗液脱氧罐2，水流通过蠕动泵8提供动力，挤入生物电化学系统5，生物电化学系统5排出的废水经出料口55进入废液桶9，采集装置6采集生物电化学系统5的电信号，并将电信号输送至计算机7显示并存储，其中，电信号为电流信号和/或电压信号。
本发明的含有生物电化学系统的在线毒性监测装置还可以包括多个储存罐和两个PLC，一部分储存罐分别通过设有第三电磁阀的管道与水样脱氧罐1盛装连通，分别用于盛装检测水样、标准水样、PBS缓冲液、维生素、微量元素和营养物质，并能够将检测水样、标准水样、PBS缓冲液、维生素、微量元素和营养物质输送至水样脱氧罐1盛装，所有第三电磁阀通过一个PLC控制；另一部分储存罐分别通过设有第四电磁阀的管道与清洗液脱氧罐2连通，分别用于盛装PBS缓冲液、维生素和微量元素，并能够将PBS缓冲液、维生素和微量元素输送至清洗液脱氧罐2，所有第四电磁阀通过另一个PLC控制。
如图2所示，上述生物电化学系统在线毒性监测装置的监测方法，步骤如下：
步骤一、将干基营养物质、PBS缓冲溶液、维生素、微量元素和活性污泥上清液混合均匀，通惰性气氛5min以上或者加入溶解氧的去除剂后静置5min以上，密闭，放入10～50℃生化箱中培养，1～100天后，得到菌种；
其中，惰性气氛没有特殊限制，一般为氮气；溶解氧的去除剂为L-半胱氨酸；干基营养物质、PBS缓冲溶液、维生素、微量元素和活性污泥上清液的配比为：(1～10000mg):(1～200mmol):(0.2～50mL):(0.8～100mL):(1～499mL)；
步骤二、将生物电化学系统5通过导线与电化学工作站连接，混合液接种到生物电化学系统5中，置于10～50℃生化箱中培养，当电化学工作站采集的电流下降到正负0.00005A以内或者电压下降到正负50mV以内时更换混合液，当生物电化学系统5连续两个周期电流、电压或电量的峰值不再升高，认为生物电化学系统5启动成功，得到富集稳定的产电菌的生物电化学系统5；
其中，每1L混合液含有200mmol的PBS缓冲溶液，5mL维生素，12.5mL微量元素和100mL营养物质，余量为菌种。
步骤三、向清洗液脱氧罐2中加入不含营养物质的人工废水；
每1L不含有营养物质的人工废水中含有1～200mmol PBS缓冲溶液、0.2～50mL维生素和0.8～100mL微量元素，余量为去离子水；
步骤四、向水样脱氧罐1中加入标准水样、PBS缓冲液、维生素、微量元素和营养物质，每1L水样脱氧罐1液体中含有1～200mmol PBS缓冲液、0.2～50mL维生素、0.8～100mL微量元素和0.5～50mL营养物质，余量为去离子水；
4.1、通过PLC 4控制第一电磁阀关闭，水样脱氧罐1不流出液体，第二电磁阀32开启，然后通过蠕动泵8提供动力，水流经清洗液脱氧罐2流出，挤入生物电化学系统5，排出的废水进入废液桶9，采集装置6施加-10～10V电压，采集生物电化学系统5的电信号，并将电信号显示并存储在计算机7中，持续25～110min；过程中水流流速为：0.1～100mL/min，温度：10～50℃；
4.2、通过PLC 4控制第二电磁阀32关闭，清洗液脱氧罐2不流出液体，第一电磁阀31开启，水流经水样脱氧罐流出1，然后通过蠕动泵8提供动力，挤入生物电化学系统5，排出的废水进入废液桶9，采集装置施加-10～10V电压，采集生物电化学系统5的电信号，并将电信号显示并存储在计算机7中，持续水样0.5～60min；过程中水流流速为：0.1～100mL/min，温度：10～50℃；
重复4.1和4.2操作，当电流峰值或电压峰值与上次相比相等，以此电流峰值或电压峰值为无毒对照标准；
步骤四中，电信号为电流信号和/或电压信号；
步骤五、将水样脱氧罐1中液体倒出，清洗液清洗；
步骤六、向水样脱氧罐1中加入检测水样、PBS缓冲液、维生素、微量元素和营养物质，每1L水样脱氧罐1液体中含有1～200mmol PBS缓冲液、0.2～50mL维生素、0.8～100mL微量元素和0.5～50mL营养物质，余量为检测水样；
步骤七、
7.1通过PLC 4控制第一电磁阀31关闭，水样脱氧罐1不流出液体，第二电磁阀32开启，然后通过蠕动泵8提供动力，水流经清洗液脱氧罐1流出，挤入生物电化学系统5，排出的废水进入废液桶9，采集装置6施加-10～10V电压，采集生物电化学系统5的电信号，并将电信号显示并存储在计算机7中，持续25～110min，过程中水流流速为：0.1～100mL/min，温度：10～50℃；
7.2通过PLC 4控制第二电磁阀32关闭，清洗液脱氧罐2不流出液体，第一电磁阀31开启，然后通过蠕动泵8提供动力，水流经水样脱氧罐1流出，挤入生物电化学系统5，排出的废水进入废液桶9，采集装置6施加-10～10V电压，采集生物电化学系统5的电信号，并将电信号显示并存储在计算机7中，该过程持续0.5～60min，过程中水流流速为：0.1～100mL/min，温度：10～50℃；
步骤八、通过检测电流峰值或电压峰值与无毒对照标准的峰值对比，判断水体毒性；
如果有毒，更换装置，或者更换通道，重复步骤步骤一～步骤八，继续监测，并将有毒装置或者通道进行恢复，重新富集；
如果无毒，返回步骤六，直至监测结束。
根据实际情况，可以将步骤四～步骤八替换为：
步骤四、向水样脱氧罐1中加入标准水样、PBS缓冲液、维生素、微量元素和营养物质，每1L水样脱氧罐1中含有1～200mmol PBS缓冲液、0.2～50mL维生素、0.8～100mL微量元素和0.5～50mL营养物质，余量为去离子水；
步骤五、通过PLC 4控制第一电磁阀31关闭，水样脱氧罐1不流出液体，第二电磁阀32开启，然后通过蠕动泵8提供动力，水流经清洗液脱氧罐2流出，挤入生物电化学系统5，排出的废水进入废液桶9，清洗装置，清洗时间一般在10min以上；
步骤六、通过PLC 4控制第二电磁阀32关闭，清洗液脱氧罐2不流出液体，第一电磁阀31开启，然后通过蠕动泵8提供动力，水流经水样脱氧罐1流出，挤入生物电化学系统5，排出的废水进入废液桶9，采集装置6施加-10～10V电压，采集生物电化学系统5的电信号，并将电信号显示并存储在计算机7中，电信号为电流信号或电压信号，该过程持续10min～400min，并以该过程结束的电流值或电压值作为无毒对照标准，过程中水流流速为：0.1～100mL/min，温度：10～50℃；
步骤七、将检测液加入水样脱氧罐1，通过蠕动泵7提供动力，挤入生物电化学系统5，排出的废水进入废液桶9，采集装置6施加-10～10V电压，采集生物电化学系统5的电信号，并将电信号显示并存储在计算机7中，电信号为电流信号或电压信号，直至监测停止；过程中水流流速为：0.1～100mL/min，温度：10～50℃；
每1L检测液中含有1～200mmol PBS缓冲液、0.2～50mL维生素、0.8～100mL微量元素和0.5～50mL营养物质，余量为检测水样；
步骤八、通过电信号与无毒对照标准进行比较判断毒性，如果有毒，更换装置，或者更换通道，重复步骤一～步骤八，继续监测，并将有毒装置或者通道进行恢复，重新富集；
如果无毒，如果无毒，返回步骤七，直至监测结束。
本发明中，还可以将水体总毒性检测装置对毒性强弱的定量指标为电流抑制率(Inhibition current，IC)，具体计算公式为(1)：
IC＝(1-im-tox/im-con)×100％ (1)
其中，im-con为标准水样的电流峰值，im-tox为待测水样的电流峰值。
本发明中，营养物质、PBS缓冲液、微量元素和维生素皆为本领域常规技术，没有特殊限制。通常：
20mmol 50mL的PBS缓冲液的成分为：0.124g NH4Cl、0.052g KCl、0.9808gNaH2PO4·H2O和1.8304g Na2HPO4，余量为去离子水；
1L微量元素的成分为：1.5g氨基三乙酸、3.0g MgSO4、0.5g MnSO4·H2O、1.0gNaCl、0.1g FeSO4·7H2O、0.1g CaCl2·2H2O、0.1g CoCl2·6H2O、0.13g ZnCl2、0.01gCuSO4·5H2O、0.01g AlK(SO4)2·12H2O、0.01g H3BO3、0.025g Na2MoO4、0.024g NiCl2·6H2O、0.025g Na2WO4·2H2O，余量为去离子水；
1L维生素浓缩100倍的成分为：0.2g维生素H、0.2g叶酸、1g维生素B6、0.5g核黄素、0.5g硫胺、0.5g烟酸、0.5g维生素B5、0.01g维生素B12、0.5g对氨基苯甲酸和0.5g硫辛酸，余量为去离子水；
0.5L的营养物质中含有10g葡萄糖、10g乙酸钠、10g乳酸或者10g葡萄糖和10g谷氨酸的混合物，余量为去离子水；
干基营养物质为葡萄糖、乙酸钠、乳酸或者葡萄糖和谷氨酸的混合物。
本发明中，清洗时间对生物电化学系统5在线水体检测的稳定性和灵敏度至关重要。如图4所示，不含营养物质的人工废水对填充颗粒前后的M3C反应器电流信号的影响明显不同，在填充前，即使冲洗120min也不能得到稳定输出的电流信号，而填充后，冲洗时间为5和10min的时候，电流不能下降到基线，冲洗时间20min虽然能下降基线，但是在线监测需要反应器长期运行，不能保证如此频繁的输入有机物时电化学活性菌能够始终保持高的催化活性，以致影响输出电流信号的稳定性。而冲洗时间120min，虽然能得到稳定的电流信号，但是冲洗时间过长影响快速检测的效率，因此，我们选择25～110min作为优选的冲洗时间。
本发明的在线毒性监测装置的检测原理为：
当有机物(水样脱氧罐1内液体)流入生物电化学系统5，被微生物催化降解为小分子，并产生大量电子(xe)，电子通过细胞色素C、纳米导线、电子介体等传递到工作电极上，输出电流信号，得到大的电流峰值im-con，如图3(a)所示。通入一定时间有机物(水样脱氧罐1)后，紧接着通入不含有机物的缓冲溶液(清洗液脱氧罐2内液体)冲洗反应器，此时没有电子产生(ye)，如图3(b)所示。通入一定时间缓冲溶液后，随后通入含有毒性物质的有机物溶液(水样脱氧罐1内液体)，被微生物催化降解为小分子，并产生少量的电子(ze)，致使电流强度减弱，得到小的电流峰值im-tox，如图3(c)所示。对比im-con与im-tox大小，抑制程度与污染物毒性强弱和浓度呈正相关，以此监测水体污染，如图3(d)所示。
微生物催化氧化营养物质(以乙酸钠为例)，并将其转化为简单的有机物，有机物进一步被生物降解生成HCO3 -并产生8个电子，如化学式(1)所示。阴极(此处为对电极)作为电子受体接受电子。生成的HCO3 -和H+随着水流一起从出口排除，避免了长时间聚集对微生物膜产生的伤害。
以下结合实施例进一步说明本发明。
实施例1
生物电化学系统在线毒性监测装置的监测方法，步骤如下：
步骤一、将0.8g乙酸钠、100mmol的PBS缓冲溶液、5mL维生素、12.5mL微量元素和335.5mL活性污泥上清液混合至1L，搅拌均匀，通氮气40min以上，密闭，放入38℃生化箱中培养，两周后，得到菌种；
步骤二、将生物电化学系统5通过导线与电化学工作站连接，混合液接种到生物电化学系统5中，置于38℃生化箱中培养，当电化学工作站采集的电流下降到0.00003A时更换混合液，当生物电化学系统5连续两个周期电流、电压或电量的峰值不再升高，认为生物电化学系统5启动成功，得到富集稳定的产电菌的生物电化学系统5；
其中，每1L混合液含有200mmol的PBS缓冲溶液，5mL维生素，12.5mL微量元素和100mL营养物质，余量为菌种；
步骤三、向清洗液脱氧罐2中加入不含营养物质的人工废水；
每1L不含有营养物质的人工废水中含有：30mmol的PBS缓冲溶液，5mL维生素和12.5mL微量元素；
步骤四、向水样脱氧罐1中加入标准水样，开启装置；
每1L标准水样中含有：30mmol的PBS缓冲溶液，5mL维生素，12.5mL微量元素和60mL营养物质，余量为去离子水；
4.1、通过PLC 4控制第一电磁阀关闭，水样脱氧罐1不流出液体，第二电磁阀32开启，然后通过蠕动泵8提供动力，水流经清洗液脱氧罐2流出，挤入生物电化学系统5，排出的废水进入废液桶9，采集装置6施加1.2V电压，采集生物电化学系统5的三电极系统的电流信号，并将电流信号显示并存储在计算机7中，该过程持续80min，过程中水流流速为：50mL/min，温度：25℃；
4.2、通过PLC 4控制第二电磁阀32关闭，清洗液脱氧罐2不流出液体，第一电磁阀31开启，然后通过蠕动泵8提供动力，水流经水样脱氧罐1流出，挤入生物电化学系统5，排出的废水进入废液桶9，采集装置施加1.2V电压，采集生物电化学系统5的三电极系统的电流信号，并将电流信号显示并存储在计算机7中，该过程持续20min，过程中水流流速为：50mL/min，温度：25℃；
重复4.1和4.2，当电流峰值与上次相比相等，以此电流峰值为无毒对照标准；
如图5所示，电流稳定，输出稳定的电流信号(a～i)，得到较大的电流峰值im-con；
步骤五、将水样脱氧罐1中液体倒出，清洗液清洗；
步骤六、向水样脱氧罐1中加入检测液，每1L检测液中含有30mmol的PBS缓冲溶液，5mL维生素，12.5mL微量元素、60mL营养物质、100μL甲醛(100％)，余量为去离子水；
6.1、通过PLC 4控制第一电磁阀31关闭，水样脱氧罐1不流出液体，第二电磁阀32开启，然后通过蠕动泵8提供动力，水流经清洗液脱氧罐2流出，挤入生物电化学系统5，排出的废水进入废液桶9，采集装置6施加1.2V电压，采集生物电化学系统5的三电极系统的电流信号，并将电流信号显示并存储在计算机7中，持续80min，过程中水流流速为：50mL/min，温度：25℃；
6.2、通过PLC 4控制第二电磁阀32关闭，清洗液脱氧罐2不流出液体，第一电磁阀31开启，然后通过蠕动泵8提供动力，水流经水样脱氧罐1流出，挤入生物电化学系统5，排出的废水进入废液桶9，采集装置6施加1.2V电压，采集生物电化学系统5的三电极系统的电流信号，并将电流信号显示并存储在计算机7中，该过程持续20min，过程中水流流速为：50mL/min，温度：25℃；
如图5所示，连续、交替通入含0.01％甲醛的相同浓度乙酸钠溶液和PBS溶液，输出电流信号(j～r)，得到较小的电流峰值im-tox，根据公式(1)计算得到平均抑制率14.6％。
实施例1中，20mmol 50mL的PBS缓冲液的成分为：0.124g NH4Cl、0.052g KCl、0.9808g NaH2PO4·H2O和1.8304g Na2HPO4，余量为去离子水；
1L微量元素的成分为：1.5g氨基三乙酸、3.0g MgSO4、0.5g MnSO4·H2O、1.0gNaCl、0.1g FeSO4·7H2O、0.1g CaCl2·2H2O、0.1g CoCl2·6H2O、0.13g ZnCl2、0.01gCuSO4·5H2O、0.01g AlK(SO4)2·12H2O、0.01g H3BO3、0.025g Na2MoO4、0.024g NiCl2·6H2O、0.025g Na2WO4·2H2O，余量为去离子水；
1L维生素浓缩100倍的成分为：0.2g维生素H、0.2g叶酸、1g维生素B6、0.5g核黄素、0.5g硫胺、0.5g烟酸、0.5g维生素B5、0.01g维生素B12、0.5g对氨基苯甲酸和0.5g硫辛酸，余量为去离子水；
0.5L的营养物质中含有10g乙酸钠，余量为去离子水。
实施例2
装置及监测方法与实施例1相同，只是将实施例1中的100μL的甲醛替换为300μL甲醛。
经检测，检测信号如图6所示(a～l)，平均抑制率为21.6％。
实施例3
装置及监测方法与实施例1相同，只是将实施例1中的100μL的甲醛替换为500μL甲醛。
经检测，检测信号如图7(a～p)所示，平均抑制率为36.4％。为考察M3C传感器受毒性后的恢复情况，通入7个周期的150mg/L乙酸钠溶液，电流峰值逐渐增大(q～w)。
实施例4
装置及监测方法与实施例1相同，只是将实施例1中的100μL的甲醛替换为0.5mgCu2+。
经检测，检测信号如图8所示，当通入5个周期的150mg/L乙酸钠溶液，得到较稳定的电流信号输出(a～e)，然后通入5个周期的含有0.5mg/L Cu2+的150mg/L乙酸钠溶液，电流峰值逐渐减小(f～j)，平均抑制率为70.5％。为考察M3C传感器受毒性后的恢复情况，通入3个周期的150mg/L乙酸钠溶液，电流峰值逐渐增大(k～m)。
实施例5
装置与实施例1相同，监测方法与实施例1的步骤一～步骤三相同；
步骤四、向水样脱氧罐1中加入标准水样；
每1L标准水样中含有：30mmol的PBS缓冲溶液，5mL维生素，12.5mL微量元素和60mL营养物质，余量为去离子水；
步骤五、通过PLC 4控制第一电磁阀31关闭，水样脱氧罐1不流出液体，第二电磁阀32开启，然后通过蠕动泵8提供动力，水流经清洗液脱氧罐2流出，挤入生物电化学系统5，排出的废水进入废液桶9，采集装置6施加1.2V电压，采集生物电化学系统5的三电极系统的电流信号，并将电流信号显示并存储在计算机7中，持续70min(a～b)，过程中水流流速为：50mL/min，温度：25℃；
步骤六、通过PLC 4控制第二电磁阀32关闭，清洗液脱氧罐2不流出液体，第一电磁阀31开启，然后通过蠕动泵8提供动力，水流经水样脱氧罐1流出，挤入生物电化学系统5，排出的废水进入废液桶9，采集装置6施加1.2V电压，采集生物电化学系统5的三电极系统的电流信号，并将电流信号显示并存储在计算机7中，持续210min(c～d)，以此时的电流峰值作为无毒对照标准，过程中水流流速为：50mL/min，温度：25℃；
步骤七、向水样脱氧罐1中加入检测液，每1L检测液中还含有30mmol的PBS缓冲溶液，5mL维生素，12.5mL微量元素、60mL营养物质，余量为检测水样(污水)；
通过PLC 4控制第二电磁阀32关闭，清洗液脱氧罐2不流出液体，第一电磁阀31开启，然后通过蠕动泵8提供动力，水流经水样脱氧罐1流出，挤入生物电化学系统5，排出的废水进入废液桶9，采集装置6施加1.2V电压，采集生物电化学系统5的三电极系统的电流信号，并将电流信号显示并存储在计算机7中，持续360min(e～f)，过程中水流流速为：50mL/min，温度：25℃；
经计算，抑制率74.2％，为正抑制，可以初步推断毒性物质主要为含重金属离子占优。
实施例5中，20mmol 50mL的PBS缓冲液的成分为：0.124g NH4Cl、0.052g KCl、0.9808g NaH2PO4·H2O和1.8304g Na2HPO4，余量为去离子水；1L微量元素的成分为：1.5g氨基三乙酸、3.0g MgSO4、0.5g MnSO4·H2O、1.0g NaCl、0.1g FeSO4·7H2O、0.1g CaCl2·2H2O、0.1g CoCl2·6H2O、0.13g ZnCl2、0.01g CuSO4·5H2O、0.01g AlK(SO4)2·12H2O、0.01gH3BO3、0.025g Na2MoO4、0.024g NiCl2·6H2O、0.025g Na2WO4·2H2O，余量为去离子水；1L维生素浓缩100倍的成分为：0.2g维生素H、0.2g叶酸、1g维生素B6、0.5g核黄素、0.5g硫胺、0.5g烟酸、0.5g维生素B5、0.01g维生素B12、0.5g对氨基苯甲酸和0.5g硫辛酸，余量为去离子水；0.5L的营养物质中含有10g的乙酸钠，余量为去离子水。
实施例6
装置与实施例1相同，监测方法与实施例5的步骤一～步骤六相同。
步骤七、向水样脱氧罐1中加入检测液，每1L检测液中还含有30mmol的PBS缓冲溶液，5mL维生素，12.5mL微量元素、60mL营养物质，余量为检测水样(污水)；
通过PLC 4控制第二电磁阀32关闭，清洗液脱氧罐2不流出液体，第一电磁阀31开启，然后通过蠕动泵8提供动力，水流经水样脱氧罐1流出，挤入生物电化学系统5，排出的废水进入废液桶9，采集装置6施加1.2V电压，采集生物电化学系统5的三电极系统的电流信号，并将电流信号显示并存储在计算机7中，持续330min(e～f)，过程中水流流速为：50mL/min，温度：25℃；
经计算，抑制率-28.6％，为负抑制，可以推断毒性物质主要为有机毒性物质占优。
实施例6中，20mmol 50mL的PBS缓冲液的成分为：0.124g NH4Cl、0.052g KCl、0.9808g NaH2PO4·H2O和1.8304g Na2HPO4，余量为去离子水；1L微量元素的成分为：1.5g氨基三乙酸、3.0g MgSO4、0.5g MnSO4·H2O、1.0g NaCl、0.1g FeSO4·7H2O、0.1g CaCl2·2H2O、0.1g CoCl2·6H2O、0.13g ZnCl2、0.01g CuSO4·5H2O、0.01g AlK(SO4)2·12H2O、0.01gH3BO3、0.025g Na2MoO4、0.024gNiCl2·6H2O、0.025g Na2WO4·2H2O，余量为去离子水；1L维生素浓缩100倍的成分为：0.2g维生素H、0.2g叶酸、1g维生素B6、0.5g核黄素、0.5g硫胺、0.5g烟酸、0.5g维生素B5、0.01g维生素B12、0.5g对氨基苯甲酸和0.5g硫辛酸，余量为去离子水；0.5L的营养物质中含有10g的乙酸钠，余量为去离子水。
Claims (10)
1.生物电化学系统在线毒性监测装置，其特征在于，包括水样脱氧罐、清洗液脱氧罐、输送控制单元、采集装置、计算机和废液桶；
所述水样脱氧罐用于盛装检测水样、PBS缓冲液、维生素和微量元素，或者标准水样、PBS缓冲液、维生素、微量元素和营养物质；
所述清洗液脱氧罐用于盛装PBS缓冲液、维生素和微量元素；
所述输送控制单元为一个或多个，每个输送控制单元包括第一电磁阀、第二电磁阀、PLC、生物电化学系统和蠕动泵；
第一电磁阀的一端通过管道与水样脱氧罐连接，第二电磁阀的一端通过管道与清洗液脱氧罐连接，第一电磁阀的另一端和第二电磁阀的另一端通过一个三通与蠕动泵的一端连接，且第一电磁阀和第二电磁阀分别通过电线与PLC连接；生物电化学系统为M3C传感器、MFC传感器或MEC传感器，当为M3C传感器时，M3C传感器的流通池填充有填充颗粒，当为MFC传感器或MEC传感器时，生物阳极室和/或生物阴极室内填充填充颗粒；蠕动泵的另一端通过管道与生物电化学系统的进样口连接，生物电化学系统的出样口通过管道与废液桶连接；
所述采集装置为多通道恒电位仪或多通道数据采集器，采集装置的每个通道的一端与一个生物电化学系统通过电线连接，另一端与计算机连接；
PLC通过第一电磁阀和第二电磁阀控制生物电化学系统的水流取自水样脱氧罐还是清洗液脱氧罐，水流通过蠕动泵提供动力，挤入生物电化学系统，生物电化学系统排出的废水进入废液桶，采集装置采集生物电化学系统的电信号，并将电信号输送至计算机显示并存储；所述电信号为电流信号和/或电压信号。
2.根据权利要求1所述的生物电化学系统在线毒性监测装置，其特征在于，该监测装置还包括多个储存罐和两个PLC，一部分储存罐分别通过设有第三电磁阀的管道与水样脱氧罐盛装连通，分别用于盛装检测水样、标准水样、PBS缓冲液、维生素、微量元素和营养物质，并能够将检测水样、标准水样、PBS缓冲液、维生素、微量元素和营养物质输送至水样脱氧罐，所述第三电磁阀通过一个PLC控制；另一部分储存罐分别通过设有第四电磁阀的管道与清洗液脱氧罐连通，分别用于盛装PBS缓冲液、维生素和微量元素，并能够将PBS缓冲液、维生素和微量元素输送至清洗液脱氧罐，所述第四电磁阀通过另一个PLC控制。
3.根据权利要求1所述的生物电化学系统在线毒性监测装置，其特征在于，所述生物电化学系统为M3C传感器，包括填充颗粒、流通池和三电极系统，所述流通池由两块以上的有机玻璃板块依次叠加组装而成，中间的有机玻璃板块设有通孔，相互接触的两块有机玻璃板块之间设置硅胶垫，组装后，流通池形成一个表面密闭，内部设有空腔的结构；
流通池上设有与空腔连通的进样口和出样口；
填充颗粒填充在流通池的空腔内；
三电极系统由对电极、参比电极和工作电极组成，对电极和参比电极均一端置于流通池的空腔内，另一端穿过流通池的外壁，伸出流通池外，工作电极置于流通池的空腔内，用于富集产电菌。
4.根据权利要求1所述的生物电化学系统在线毒性监测装置，其特征在于，所述填充颗粒为聚苯乙烯颗粒、玻璃颗粒或石头颗粒。
5.根据权利要求3所述的生物电化学系统在线毒性监测装置，其特征在于，所述对电极的材料为产氢催化剂或者产甲烷催化剂；参比电极为甘汞电极、氢电极或者Ag/AgCl；工作电极的材料为碳纸、碳布、碳刷、石墨毡或者金属泡沫。
6.权利要求1～5任何一项所述的生物电化学系统在线毒性监测装置的监测方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一、将生物电化学系统上富集稳定的产电菌；
步骤二、向清洗液脱氧罐中加入不含营养物质的人工废水；
步骤三、向水样脱氧罐中加入标准水样、PBS缓冲液、维生素、微量元素和营养物质；
步骤四、开启装置；
4.1通过PLC控制第一电磁阀关闭，水样脱氧罐不流出液体，第二电磁阀开启，然后通过蠕动泵提供动力，水流经清洗液脱氧罐流出，挤入生物电化学系统，排出的废水进入废液桶，采集装置施加-10～10V电压，采集生物电化学系统的电信号，并将电信号显示并存储在计算机中，该过程持续25～110min，过程中水流流速为：0.1～100mL/min，温度：10～50℃；
4.2通过PLC控制第二电磁阀关闭，清洗液脱氧罐不流出液体，第一电磁阀开启，然后通过蠕动泵提供动力，水流经水样脱氧罐流出，挤入生物电化学系统，排出的废水进入废液桶，采集装置施加-10～10V电压，采集生物电化学系统的电信号，并将电信号显示并存储在计算机中，该过程持续0.5～60min，过程中水流流速为：0.1～100mL/min，温度：10～50℃；
所述电信号为电流信号和/或电压信号；
交替进行4.1和4.2，当电流峰值或电压峰值与上次存储值相同，以此电流峰值或电压峰值为无毒对照标准；
步骤五、将水样脱氧罐中液体倒出，采用清洗液清洗水样脱氧罐；
步骤六、向水样脱氧罐中加入检测水样、PBS缓冲液、维生素、微量元素和营养物质；
6.1通过PLC控制第一电磁阀关闭，水样脱氧罐不流出液体，第二电磁阀开启，然后通过蠕动泵提供动力，水流经清洗液脱氧罐流出，挤入生物电化学系统，排出的废水进入废液桶，采集装置施加-10～10V电压，采集生物电化学系统的电信号，并将电信号显示并存储在计算机中，该过程持续25～110min，过程中水流流速为：0.1～100mL/min，温度：10～50℃；
6.2通过PLC控制第二电磁阀关闭，清洗液脱氧罐不流出液体，第一电磁阀开启，然后通过蠕动泵提供动力，水流经水样脱氧罐流出，挤入生物电化学系统，排出的废水进入废液桶，采集装置施加-10～10V电压，采集生物电化学系统的电信号，并将电信号显示并存储在计算机中，该过程持续0.5～60min，过程中水流流速为：0.1～100mL/min，温度：10～50℃；
所述电信号为电流信号和/或电压信号；
步骤七、通过步骤六的电信号与无毒对照标准的比较判断水体毒性；
如果有毒，更换装置，或者更换通道，重复步骤一～步骤七，继续监测；
如果无毒，返回步骤六，直至监测结束。
7.根据权利要求6所述的生物电化学系统在线毒性监测方法，其特征在于，将步骤四～步骤七替换为：
步骤四、开启装置，通过PLC控制第一电磁阀关闭，水样脱氧罐不流出液体，第二电磁阀开启，然后通过蠕动泵提供动力，水流经清洗液脱氧罐流出，挤入生物电化学系统，排出的废水进入废液桶，清洗装置；
步骤五、通过PLC控制第二电磁阀关闭，清洗液脱氧罐不流出液体，第一电磁阀开启，然后通过蠕动泵提供动力，水流经水样脱氧罐流出，挤入生物电化学系统，排出的废水进入废液桶，采集装置施加-10～10V电压，采集生物电化学系统的电信号，并将电信号显示并存储在计算机中，该过程持续10min以上，并以此过程结束电流值或电压值作为无毒对照标准；过程中水流流速为：0.1～100mL/min，温度：10～50℃；
步骤六、将检测液加入水样脱氧罐，通过蠕动泵提供动力，挤入生物电化学系统，排出的废水进入废液桶，采集装置施加-10～10V电压，采集生物电化学系统的电信号，并将电信号显示并存储在计算机中，直至监测停止；过程中水流流速为：0.1～100mL/min，温度：10～50℃；
所述检测液中含有缓冲液、维生素、微量元素、营养物质和检测水样；
所述电信号为电压信号或电流信号；
步骤七、通过步骤六的电信号与无毒对照标准进行比较判断毒性，如果有毒，更换装置，或者更换通道，重复步骤一～步骤七，继续监测；
如果无毒，返回步骤六，直至监测结束。
8.根据权利要求6或7所述的生物电化学系统在线毒性监测方法，其特征在于，水体总毒性监测装置对毒性强弱的定量指标为电流抑制率IC，具体计算公式为(1)：
IC＝(1-im-tox/im-con)×100％ (1)
其中，im-con为标准水样的电流峰值，im-tox为待测水样的电流峰值。
9.根据权利要求6或7所述的生物电化学系统在线毒性监测方法，其特征在于，将生物电化学系统上富集稳定的产电菌的步骤如下：
1.1、将干基营养物质、PBS缓冲溶液、维生素、微量元素和活性污泥上清液混合均匀，通惰性气氛5min以上或者加入溶解氧的去除剂后静置5min以上，密闭，放入10～50℃生化箱中培养，1～100天后，得到菌种；
所述干基营养物质、PBS缓冲溶液、维生素、微量元素和活性污泥上清液的配比为：(1～10000mg):(1～200mmol):(0.2～50mL):(0.8～100mL):(1～499mL)；
所述干基营养物质为葡萄糖、乙酸钠、乳酸或者葡萄糖和谷氨酸的混合物；
1.2、将生物电化学系统通过导线与电化学工作站连接，混合液接种到生物电化学系统中，置于10～50℃生化箱中培养，当电化学工作站采集的电流下降到正负0.00005A以内或者电压下降到正负50mV以内时更换混合液，当生物电化学系统连续两个周期电流、电压或电量的峰值不再升高，认为生物电化学系统启动成功，得到富集稳定的产电菌的生物电化学系统；
所述每1L混合液含有200mmol的PBS缓冲溶液，5mL维生素，12.5mL微量元素和100mL营养物质，余量为菌种。
10.根据权利要求6或7所述的生物电化学系统在线毒性监测方法，其特征在于，每1L不含有营养物质的人工废水中含有1～200mmol PBS缓冲溶液、0.2～50mL维生素和0.8～100mL微量元素，余量为去离子水；
当向水样脱氧罐中加入标准水样、PBS缓冲液、维生素、微量元素和营养物质，每1L水样脱氧罐液体中含有1～200mmol PBS缓冲液、0.2～50mL维生素、0.8～100mL微量元素和0.5～50mL营养物质，余量为去离子水；
当向水样脱氧罐中加入检测水样、PBS缓冲液、维生素、微量元素和营养物质，每1L水样脱氧罐液体中含有1～200mmol PBS缓冲液、0.2～50mL维生素、0.8～100mL微量元素和0.5～50mL营养物质，余量为检测水样；
当向水样脱氧罐中加入检测液，每1L检测液中含有1～200mmol PBS缓冲液、0.2～50mL维生素、0.8～100mL微量元素和0.5～50mL营养物质，余量为检测水样；
20mmol 50mL的PBS缓冲液的成分为：0.124g NH4Cl、0.052g KCl、0.9808gNaH2PO4·H2O和1.8304gNa2HPO4，余量为去离子水；
1L微量元素的成分为：1.5g氨基三乙酸、3.0g MgSO4、0.5g MnSO4·H2O、1.0g NaCl、0.1g FeSO4·7H2O、0.1g CaCl2·2H2O、0.1g CoCl2·6H2O、0.13g ZnCl2、0.01g CuSO4·5H2O、0.01g AlK(SO4)2·12H2O、0.01g H3BO3、0.025g Na2MoO4、0.024g NiCl2·6H2O、0.025gNa2WO4·2H2O，余量为去离子水；
1L维生素浓缩100倍的成分为：0.2g维生素H、0.2g叶酸、1g维生素B6、0.5g核黄素、0.5g硫胺、0.5g烟酸、0.5g维生素B5、0.01g维生素B12、0.5g对氨基苯甲酸和0.5g硫辛酸，余量为去离子水；
0.5L的营养物质中含有10g葡萄糖、10g乙酸钠、10g乳酸或者10g葡萄糖和10g谷氨酸的混合物，余量为去离子水。
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