CN109437476A - 一种基于微生物燃料电池评估污水可生化性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于微生物燃料电池评估污水可生化性的方法，其原理是微生物燃料电池阳极内产电微生物接收碳源后产生电流，接收不同碳源导致其产生电流随时间变换速率不同，控制被测实际污水与标准物COD相同的情况下，通过比较其电流随时间变化比值来估测污水的可生化性，此方法包括预处理模块(1)、COD模块(2)、溶液配制模块(3)、微生物燃料电池模块(4)和计算与可视化模块(5)。

Description

一种基于微生物燃料电池评估污水可生化性的方法

技术领域

本发明属于环境保护领域，具体涉及一种以微生物燃料电池为传感器评估污水可生化性的方法。

背景技术

在污水检测的多项指标中，水体的有机化程度是十分重要的，未经处理且有 机化程度高的废水排入江河湖海以及渗入到地下水后会对水体及土壤的微生物 群落结构产生很大负面影响，进而严重影响水体质量。虽然目前我国对水质各项 指标的的快速检测已日趋完善，但对污水可生化性的快速评估依然处于空白，实 现污水可生化性的快速检测评估，对污水的检测和排放具有很大的意义。

近年来微生物燃料电池技术得到迅速发展，其利用微生物作为催化剂，直接利用污水中有机物将化学能转化成电能，其友好的生化特性为污水处理、新能源开发以及环保领域提供了新思路。污水中未经降解的有机物越多，可生化性就越高，进而影响着微生物燃料电池输出的电信号，基于此，本发明介绍了一种以微生物燃料电池为传感器的快速估测污水可生化性的方法。

发明内容

1.一种基于微生物燃料电池评估污水可生化性的方法，其核心在于以微生物燃料电池为传感器，以污水通入微生物燃料电池后电流随时间增长速率为判断依据，再通过与标准物的数据作比较，估测出污水的可生化性

2.一种基于微生物燃料电池评估污水可生化性的方法，此方法包含五个系统模块，分别是预处理模块(1)，COD模块(2)，溶液配制模块(3)，微生物燃料电池模块(4)，计算与可视化模块(5)

3.一种基于微生物燃料电池评估污水可生化性的方法，利用此方法评估污水可生化性，包含以下几个步骤：此方法包含两个通路，即被测实际污水通路和标准物通路，对于实际污水通路首先被测实际污水流入预处理模块(1)进行过滤，滤除悬浮颗粒物，再经过COD模块(2) 进行COD快速检测，得到被测实际污水的COD值；对于标准物通路，标准物选择为葡萄糖-谷氨酸浓缩液，浓度为1g/L，标准物不需要进行预处理，直接流入COD模块(2)进行COD快速检测，得到标准物的COD值；测得两者COD后，在溶液配制模块(3)内分别以被测实际污水和标准物为碳源配制阳极液，并根据所测COD浓度为依据控制所配置阳极液COD为200mg/L，阳极液还包括磷酸盐浓缩液、维生素与矿物质、超纯水等，控制阳极液除碳源种类外其他参数全部一致，并经过曝氮气处理；溶液配制完成后不同阳极液分别通入微生物燃料电池模块(4)内两个平行的产电微生物已富集完成的微生物燃料电池阳极内，微生物燃料电池阳极上的产电微生物接收到碳源后会进入活跃状态，催化碳源分解产生电流，短时间内电流随时间大致呈正比例增加变化，电流流过外电路经过负载电阻，不同碳源可生化性不同，其在短时间内被微生物分解的速率也不同，因此电流随时间变化速率也不同，计算与可视化模块(5)记录通入阳极液20分钟内电流随时间变化数据，通过一元线性拟合分别计算被测实际污水和标准物的变化速率t、k，并计算t与k的比值，根据比值大小估测出被测实际污水可生化性结果，并给出相应警告

附图说明

图1为此方法系统流程

图2为微生物燃料电池结构简图

具体实施方式

1.预处理过程：对于被测实际污水，需要进行预处理，预处理过程为分别经过粗滤和细滤两道滤膜，分别除去大颗粒悬浮物和1μm以上杂质；对于标准物不需要进行预处理

2.快速测量COD过程：对于预处理后的被测实际污水和标准物，分为两个通道同时通入COD快速测定仪器，分别得到被测实际污水和标准物的COD值

3.溶液配制过程：两路液体测完COD后分别通入溶液配制模块配置阳极液，阳极液内包含碳源(分别为被测实际污水和标准物)、磷酸盐浓缩液、维生素和矿物质、超纯水，其中控制各物质浓度均一致(碳源浓度根据COD测定结果进行控制)，得到COD为200mg/L的阳极液各100ml，然后分别进行曝氮气处理5min，除去阳极液内溶解氧，曝气后通过蠕动泵以5ml/min的速度分别通入微生物燃料电池模块(4)内两组平行设置的微生物燃料电池阳极内

4.产电过程：两组微生物燃料电池阳极室内接收阳极液后，产电微生物催化阳极液内碳源分解，产生电子，电子经过外电路负载电阻形成电流，模块内采样仪器采集20分钟内电流随时间变化数据，采样频率为1HZ，采样结束后停止进液，并将数据传送到计算与可视化模块(5)

5.计算与可视化过程：计算与可视化模块(5)得到数据后分别对被测实际污水数据和标准物数据进行一元线性拟合，得到电流随时间变化速率t(被测实际污水)和k(标准物)，然后计算t和k的比值，根据比值估测被测实际污水的可生化性，并通过交互界面给出相应警告，其具体对应关系如下：

t值	可生化性
		t>2/3k	完全可生物降解
1/3k<t<2/3k	生物降解良好
		1/6k<t<1/3k	可生物降解
t<1/6k	难生物降解

表1 。

Claims (3)

1.一种基于微生物燃料电池评估污水可生化性的方法，其核心在于以微生物燃料电池为传感器，以污水通入微生物燃料电池后电流随时间增长速率为判断依据，再通过与标准物的数据作比较，估测出污水的可生化性。

2.根据权利要求1所述的一种基于微生物燃料电池评估污水可生化性的方法，此方法包含五个系统模块，分别是预处理模块(1)，COD模块(2)，溶液配制模块(3)，微生物燃料电池模块(4)，计算与可视化模块(5)。

3.根据权利要求1所述的一种基于微生物燃料电池评估污水可生化性的方法，利用此方法评估污水可生化性，包含以下几个步骤：此方法包含两个通路，即被测实际污水通路和标准物通路，对于实际污水通路首先被测实际污水流入预处理模块(1)进行过滤，滤除悬浮颗粒物，再经过COD模块(2)进行COD快速检测，得到被测实际污水的COD值；对于标准物通路，标准物选择为葡萄糖-谷氨酸浓缩液；在溶液配制模块(3)内分别以被测实际污水和标准物为碳源配制阳极液，当测得实际污水COD大于200mg/L，则在溶液配制模块(3)内稀释至200mg/L，当实际污水COD小于等于200mg/L则不需稀释，标准物不需要进行预处理，直接在溶液配制模块(3)内稀释至实际污水COD浓度(≤200mg/L)，随后流入COD模块(2)进行COD快速检测，确保稀释后标准物的COD值与实际污水一致；阳极液还包括磷酸盐浓缩液、维生素与矿物质、超纯水等，保证阳极液除碳源种类外其他参数全部一致，并经过曝氮气处理；溶液配制完成后不同阳极液分别通入微生物燃料电池模块(4)内两个平行的产电微生物已富集完成的微生物燃料电池阳极内，微生物燃料电池阳极上的产电微生物接收到碳源后会进入活跃状态，催化碳源分解产生电流，短时间内电流随时间大致呈正比例增加变化，电流流过外电路经过负载电阻，不同碳源可生化性不同，其在短时间内被微生物分解的速率也不同，因此电流随时间变化速率也不同，计算与可视化模块(5)记录通入阳极液20分钟内电流随时间变化数据，通过一元线性拟合分别计算被测实际污水和标准物的电流变化速率t、k，并计算t与k的比值，根据比值大小估测出被测实际污水可生化性结果，并给出相应警告。