CN112083053A - 一种重金属废水偷漏排实时报警系统 - Google Patents

一种重金属废水偷漏排实时报警系统 Download PDF

Info

Publication number
CN112083053A
CN112083053A CN202010707972.XA CN202010707972A CN112083053A CN 112083053 A CN112083053 A CN 112083053A CN 202010707972 A CN202010707972 A CN 202010707972A CN 112083053 A CN112083053 A CN 112083053A
Authority
CN
China
Prior art keywords
heavy metal
real
alarm system
fuel cell
stealing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010707972.XA
Other languages
English (en)
Inventor
张小磊
邢瀛月
刘松
叶繁锦
宋昕韵
李继
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Graduate School Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Shenzhen Graduate School Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Graduate School Harbin Institute of Technology filed Critical Shenzhen Graduate School Harbin Institute of Technology
Priority to CN202010707972.XA priority Critical patent/CN112083053A/zh
Publication of CN112083053A publication Critical patent/CN112083053A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/4166—Systems measuring a particular property of an electrolyte
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B21/00—Alarms responsive to a single specified undesired or abnormal condition and not otherwise provided for
    • G08B21/02—Alarms for ensuring the safety of persons
    • G08B21/08—Alarms for ensuring the safety of persons responsive to the presence of persons in a body of water, e.g. a swimming pool; responsive to an abnormal condition of a body of water
    • G08B21/082—Alarms for ensuring the safety of persons responsive to the presence of persons in a body of water, e.g. a swimming pool; responsive to an abnormal condition of a body of water by monitoring electrical characteristics of the water

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明公开了一种重金属废水偷漏排实时报警系统，包括：一H型微生物燃料电池反应器，其中间由质子交换膜隔开；H型微生物燃料电池反应器的阴、阳极室内为电解质溶液，阳极室经由蠕动泵与外界水环境连通并构成循环管路；阴、阳两极材料均采用碳刷，并通过外电阻和下限电流报警器连接在一起。在适宜条件下电流达到稳定后即可进行对重金属离子的实时监测。

Description

一种重金属废水偷漏排实时报警系统
技术领域
本发明涉及一种应用了微生物燃料电池传感器的重金属废水偷漏排实时报警系统。
背景技术
微生物燃料电池(MFC)是一种以微生物作为催化剂，将有机物中的化学能转化为电能的装置。但目前微生物燃料电池的输出性能距离实际应用水平仍有一定的差距。因此，如何合理利用微生物燃料电池产生的较弱的电能，已成为该领域中新的研究热点。事实上微生物燃料电池具有很多其他应用价值。
由于MFC产生的电流直接反映了阳极的电化学活性微生物的代谢活性，因此，微生物代谢活动受到任何干扰均会影响MFC的产电性能。当温度、pH值和进料溶液的电导率保持恒定，MFC的电流变化往往会与这些干扰有一定相关性。当底物饱和时，控制温度、pH值、阳极电势等操作条件不变，即可通过测定电流变化监测有毒物质及其他生物活性物质。
目前由于工业废水处理费用高，很多企业受于利益驱使，将未处理的工业废水偷排入河湖水体，造成水体严重污染。
而传统的对企业排放污水检测的方法都是取样后再进行各项检测，该方法首先是耗时较长，并且无法得到实时的信息反馈，故一些企业在夜晚偷排废水，相关环保部门难以及时发现，即使发现了偷排现象，废水也已经全部排入了河流水体，造成严重水环境污染的同时，还带来了极大的环境风险。其次是需要昂贵的仪器和训练有素的专业人员进行数据采集和分析，费时费力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是提供一种可在工厂偷排废水时及时报警，防止污水大量进入河湖水体，达到实时响应、灵敏度高、易操作、成本较低的重金属废水偷排实时报警装置。
解决上述技术问题，本发明所采用的技术解决方案如下：
一种重金属废水偷漏排实时报警系统，其特征是包括：一H型微生物燃料电池反应器1，其中间由质子交换膜2隔开；H型微生物燃料电池反应器的阴、阳极室8、4内为电解质溶液，阳极室4经由蠕动泵13与外界水环境连通并构成循环管路17；阴、阳两极9、3、材料均采用碳刷，并通过外电阻12和下限电流报警器11连接在一起。
所述的质子交换膜2需要进行预处理再投入使用，处理方法如下：先用质量分数为5％的双氧水在80摄氏度下处理1h，然后利用去离子水浸泡半小时；再用5％的稀硫酸(质量比)在80℃加热1小时；最后经去离子水浸泡半小时。
所述的H型微生物燃料电池反应器，其阴、阳极室均为可抵抗化学侵蚀的透明无色玻璃制成的防爆试剂瓶，瓶盖上开有孔，阴、阳极室通过各自横向伸出的带法兰20管口对接连接，对接的管口端面皆开有凹槽、凹槽里面加耐腐蚀型垫圈19，所述的质子交换膜即夹在两耐腐蚀型垫圈之间。
所述的阳极室内电解质阳极溶液包括以下溶质：8800NaCl，330MgCl2,275CaCl2,18NaH2PO4,100Na2HPO4(单位：mg/L)(总离子浓度100mmol/L)。
所述的阴极室内电解质阴极溶液则采用0.5mol/L的NaCl溶液(PH:6.6)Ⅱ。
实施例中微生物来源：AAO工艺污水厂的浓缩池污泥，污泥浓度为5g/L。
所述的外部报警系统10，外接3kΩ的定值电阻12与下限电流报警器11串联。
在最优条件下，电流约为8mA左右。
所述的循环管路，其中的蠕动泵与外界水环境和H型微生物燃料电池反应器之间连接有HDPE管道，HDPE管道外部接口设有多孔透水网，筛网网孔为圆形，直径0.5mm。
有益效果：工业废水中含有较多的重金属，本产品将微生物燃料电池用于污水处理监测，利用微生物对水中重金属离子敏感的特点，将水质中重金属金属离子的变化表现在电流变化上来实时反映水质变化。一旦该处被排入了工业废水，水质发生变化，微生物活性受到抑制，电子产量减低，电流下降。当电流出现该现象时，联动警报，相关环保部门即可来此地查看，及时制止工厂偷排废水，减小环境被污染的程度。
通过本装置可以实现实时监测含重金属工业废水的偷漏排问题，且本产品具有制造成本低、灵敏度高、即时报警、无二次污染等优点，能有效提高对企业偷排行为的监管，减低河流受污染风险。
附图说明
图1为本发明实施例的整体装置示意图；
图2为阴、阳极室连接部分示意图。
附图标记：1-连接H型微生物燃料电池反应器，2-质子交换膜，3-阳极电极，4-阳极室，5-阳极溶液，6-污泥，7-阴极溶液，8-阴极室，9-阴极电极，10-连接外部报警电路，11-下限电流报警器，12-定值电阻，13-蠕动泵，14-进水管，15-外界液体，16-出水管，17-循环管路，18-多孔透水网，19-耐腐蚀型垫圈，20-法兰。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实例作进一步详细描述。
参见图1和图2，为本发明的重金属废水偷排实时报警系统装置实施例，其包括一H型微生物燃料电池反应器1，其中间由质子交换膜2隔开，质子交换膜2需要进行预处理再投入使用。
H型微生物燃料电池反应器的阴极室8、阳极室4内为电解质溶液，阳极室4经由蠕动泵13与外界水环境连通并构成循环管路17，实施例中微生物来源：AAO工艺污水厂的浓缩池污泥，污泥浓度为5g/L。
阴极9、阳极3材料均采用碳刷，并通过外电阻12和下限电流报警器11连接在一起，外部报警系统10外接串联的3kΩ的定值电阻12与下限电流报警器11。
在最优条件下，下限电流约为8mA左右。
H型微生物燃料电池反应器，其阴、阳极室均为可抵抗化学侵蚀的透明无色玻璃制成的防爆试剂瓶，瓶盖上开有孔，阴、阳极室通过各自横向伸出的带法兰20管口对接连接，对接的管口端面皆开有凹槽、凹槽里面加耐腐蚀型垫圈19，所述的质子交换膜即夹在两耐腐蚀型垫圈之间。
H型微生物燃料电池反应器，底物在微生物的催化作用下在阳极室中被氧化，产生的电子通过位于细胞外膜的电子载体传递到阳极，再经过外电路到达阴极，质子通过质子交换膜或直接通过电解质到达阴极，氧化剂在阴极得到电子被还原。污水由阳极室底部进入，上部流出，污水中污染物被微生物利用，产生电子传递至阴极产生电流，在污水水质稳定下，产生电流稳定。当污水中出现重金属后，微生物活性被抑制，电流变小，系统报警。
阴、阳极室的盖子为PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯(英文名polybutyleneterephthalate；简称PBT)又名聚四亚甲基对苯二甲酸酯)。接头为PBT材质；法兰与法兰之间用四氟平衡固定法兰、四氟平衡固定法兰起2个瓶子平衡作用。
反应极室为玻璃制成的防爆试剂瓶，透明无色，热膨胀系数低(20度-300度)可抵抗化学侵蚀，具有极高耐水、耐酸、耐强碱、耐盐溶液、有机物和卤素的特性。抗压(-1～15Bar)
H型微生物燃料电池反应器的两极室的两级材料均采用碳刷，并通过外电阻12和下限电流报警器11连接在一起。电解质溶液为以下溶质：阳极溶液成分如下：8800NaCl，330MgCl2,275CaCl2,18NaH2PO4,100Na2HPO4(单位：mg/L)(总离子浓度100mmol/L)，阴极溶液则采用0.5mol/L的NaCl溶液(PH:6.6)。两极溶液间用质子交换膜隔开。微生物来源于AAO工艺污水厂的浓缩池污泥，系统内污泥浓度为5g/L。
所述的质子交换膜为型号nafion117的杜邦质子交换膜，厚度为183μm,密度为360g/m2，电导率为0.083S/cm。质子交换膜需要预处理后再投入使用。质子交换膜处理方法如下：先用质量分数为5％的双氧水在80摄氏度下处理1h，然后利用去离子水浸泡半小时；再用5％的稀硫酸(质量比)在80℃加热1小时；最后经去离子水浸泡半小时。
所述的外部报警系统，外接3kΩ的显著增大电阻与下限电流报警器串联；在最优条件下，电流约为8mA左右。当电流由于重金属离子浓度而低于6mA时，报警器将发出报警信号。
所述的循环管路，其中蠕动泵与外界水环境和H型微生物燃料电池反应器之间连接有HDPE管道，HDPE管道外部接口设有多孔透水网，筛网网孔为圆形，直径0.5mm。

Claims (7)

1.一种重金属废水偷漏排实时报警系统，其特征是包括：一H型微生物燃料电池反应器(1)，其中间由质子交换膜(2)隔开；H型微生物燃料电池反应器的阴、阳极室(8和4)内为电解质溶液，阳极室(4)经由蠕动泵(13)与外界水环境连通并构成循环管路(17)；阴、阳两极(9和3)、材料均采用碳刷，并通过外电阻(12)和下限电流报警器(11)连接在一起。
2.根据权利要求1所述的重金属废水偷排实时报警系统，其特征在于：所述的质子交换膜需要进行预处理再投入使用，处理方法如下：先用质量分数为5％的双氧水在80摄氏度下处理1h，然后利用去离子水浸泡半小时；再用5％的稀硫酸在80℃加热1小时；最后经去离子水浸泡半小时。
3.根据权利要求2所述的重金属废水偷排实时报警系统，其特征是：所述的H型微生物燃料电池反应器，其阴、阳极室均为可抵抗化学侵蚀的透明无色玻璃制成的防爆试剂瓶，瓶盖上开有孔，阴、阳极室通过各自横向伸出的带法兰(20)管口对接连接，对接的管口端面皆开有凹槽、凹槽里面加耐腐蚀型垫圈(19)，所述的质子交换膜即夹在两耐腐蚀型垫圈之间。
4.根据权利要求3所述的重金属废水偷排实时报警系统，其特征在于：所述的阳极室内电解质阳极溶液包括以下溶质：8800NaCl，330MgCl2,275CaCl2,18NaH2PO4,100Na2HPO4(单位：mg/L)(总离子浓度100mmol/L)。
5.根据权利要求4所述的重金属废水偷排实时报警系统，其特征在于：所述的阴极溶液(9)则采用0.5mol/L的NaCl溶液(PH:6.6)Ⅱ。
6.根据权利要求5所述的重金属废水偷排实时报警系统，其特征在于：所述的外部报警系统(10)，外接3kΩ的定值电阻(12)与下限电流报警器(11)串联。
7.按照权利要求6所述的循环管路(17)，其特征在于，所述蠕动泵(13)与外界水环境(15)和H型微生物燃料电池反应器(1)之间连接有HDPE管道(14、16)，HDPE管道外部接口设有多孔透水网，筛网网孔为圆形，直径0.5mm。
CN202010707972.XA 2020-07-22 2020-07-22 一种重金属废水偷漏排实时报警系统 Pending CN112083053A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010707972.XA CN112083053A (zh) 2020-07-22 2020-07-22 一种重金属废水偷漏排实时报警系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010707972.XA CN112083053A (zh) 2020-07-22 2020-07-22 一种重金属废水偷漏排实时报警系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112083053A true CN112083053A (zh) 2020-12-15

Family

ID=73735146

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010707972.XA Pending CN112083053A (zh) 2020-07-22 2020-07-22 一种重金属废水偷漏排实时报警系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112083053A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112757337A (zh) * 2021-01-29 2021-05-07 宁波启航船业有限公司 一种船舶制造用的钢板夹取机械手
CN113109532A (zh) * 2021-04-14 2021-07-13 齐鲁工业大学 基于微生物燃料电池的水质监测装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050208343A1 (en) * 2002-05-14 2005-09-22 Korea Institute Of Science And Technology Membraneless and mediatorless microbial fuel cell
CN101882350A (zh) * 2010-05-24 2010-11-10 清华大学 基于微生物燃料电池原理的水污染生物预警系统和方法
CN204424376U (zh) * 2015-03-24 2015-06-24 河南工业大学 一种螺纹型可灭菌微生物燃料电池容器
CN105044370A (zh) * 2014-11-04 2015-11-11 长沙绿智电子科技有限公司 一种无人值守的重金属污水监测设备
CN205426847U (zh) * 2015-12-05 2016-08-03 内蒙古科技大学 水体中有毒物质生物在线监测及自动预警装置
CN106885833A (zh) * 2016-12-28 2017-06-23 清华大学 一种微生物燃料电池及其制备和在水质预警中的应用
CN108033546A (zh) * 2017-12-01 2018-05-15 广州市环境保护工程设计院有限公司 一种微生物燃料电池耦合膜生物反应器的污水处理及水质预警方法
CN109001270A (zh) * 2018-10-08 2018-12-14 兰州大学 一种用于工业废水中六价铬浓度的预警装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050208343A1 (en) * 2002-05-14 2005-09-22 Korea Institute Of Science And Technology Membraneless and mediatorless microbial fuel cell
CN101882350A (zh) * 2010-05-24 2010-11-10 清华大学 基于微生物燃料电池原理的水污染生物预警系统和方法
CN105044370A (zh) * 2014-11-04 2015-11-11 长沙绿智电子科技有限公司 一种无人值守的重金属污水监测设备
CN204424376U (zh) * 2015-03-24 2015-06-24 河南工业大学 一种螺纹型可灭菌微生物燃料电池容器
CN205426847U (zh) * 2015-12-05 2016-08-03 内蒙古科技大学 水体中有毒物质生物在线监测及自动预警装置
CN106885833A (zh) * 2016-12-28 2017-06-23 清华大学 一种微生物燃料电池及其制备和在水质预警中的应用
CN108033546A (zh) * 2017-12-01 2018-05-15 广州市环境保护工程设计院有限公司 一种微生物燃料电池耦合膜生物反应器的污水处理及水质预警方法
CN109001270A (zh) * 2018-10-08 2018-12-14 兰州大学 一种用于工业废水中六价铬浓度的预警装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112757337A (zh) * 2021-01-29 2021-05-07 宁波启航船业有限公司 一种船舶制造用的钢板夹取机械手
CN113109532A (zh) * 2021-04-14 2021-07-13 齐鲁工业大学 基于微生物燃料电池的水质监测装置
WO2022217734A1 (zh) * 2021-04-14 2022-10-20 齐鲁工业大学 基于微生物燃料电池的水质监测装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pant et al. Evaluation of bioelectrogenic potential of four industrial effluents as substrate for low cost Microbial Fuel Cells operation.
CN101267045B (zh) 一种微生物燃料电池及应用
Kadier et al. Performance optimization of microbial electrolysis cell (MEC) for palm oil mill effluent (POME) wastewater treatment and sustainable Bio-H2 production using response surface methodology (RSM)
Jia et al. Performance of a microbial fuel cell-based biosensor for online monitoring in an integrated system combining microbial fuel cell and upflow anaerobic sludge bed reactor
CN112083053A (zh) 一种重金属废水偷漏排实时报警系统
Vologni et al. Increased power generation from primary sludge by a submersible microbial fuel cell and optimum operational conditions
Zhao et al. Integrated electrochemical-biological process as an alternative mean for ammonia monitoring during anaerobic digestion of organic wastes
Hernández-Flores et al. Bioelectricity generation from wastewater and actual landfill leachates: A multivariate analysis using principal component analysis
CN107505369B (zh) 生物电化学系统及其在线生化需氧量监测装置与监测方法
Kim et al. Determination of optimum electrical connection mode for multi-electrode-embedded microbial fuel cells coupled with anaerobic digester for enhancement of swine wastewater treatment efficiency and energy recovery
Guo et al. Removal of chloramphenicol and simultaneous electricity generation by using microbial fuel cell technology
CN102160224A (zh) 改良的阴极设计
Qi et al. Integrated Determination of Chemical Oxygen Demand and Biochemical Oxygen Demand.
Liu et al. Quantifying biodegradable organic matter in polluted water on the basis of coulombic yield
Liu et al. A novel UASB-MFC dual sensors system for wastewater treatment: On-line sensor recovery and electrode cleaning in the long-term operation
CN102502973A (zh) 处理难降解废水的无隔膜升流式连续流生物电化学装置
Bose et al. Comparative analysis of carbon cloth and aluminum electrodes using agar salt-bridge based Microbial Fuel Cell for bioelectricity generation from effluent derived wastewater
Cai et al. A rechargeable microbial electrochemical sensor for water biotoxicity monitoring
US20100203361A1 (en) biological fuel cell
Song et al. Ethanolamine degradation and energy recovery using a single air-cathode microbial fuel cell with various separators
Utomo et al. Recycling solid waste and bioenergy generation in MFC dual-chamber model
CN103715445A (zh) 一种由活性污泥工艺改造成的微生物燃料电池反应器
CN214310266U (zh) 基于微生物燃料电池的湿地堵塞检测装置
CN110635159B (zh) 一种微生物燃料电池、应用及管道气体监测装置
Gezahegn et al. Power generation and brewery wastewater sludge treatment by salt bridge mediated microbial fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination