本实用新型属于水环境监测技术领域，具体是涉及一种利用微生物燃料电池评价水质有机污染状况的装置。
背景技术：
有机废水是以有机污染物为主的废水，该废水易造成水质的富营养化，对环境存在一定的危害。其中化学需氧量(COD)可以直接反映水体受还原性有机污染的程度，是水质污染监控和治理中十分重要的检测指标，也是评价水质中有机污染程度的重要指标。传统的COD测定方法十分繁琐，需在一定条件下使用强氧化剂处理废水，将水中还原性有机物所消耗强氧化剂的量折算为氧的含量，不能及时对废水的有机污染状况进行评价。
中国专利CN2013100446893，申请公布日为2013年1月31日的专利申请文件公开了一种双波长紫外法有机废水COD检测装置及方法，该发明的测量槽分别与第一单色器、第二单色器、紫外探测器、可见光探测器相连，第一单色器与紫外光源相连，第二单色器与可见光源相连，减法器、放大电路、A/D转换电路、PLC控制系统、显示装置顺次相连，实现测量的全自动化，对各类有机废水的COD进行在线分析和测量。其不足之处在于该方法管理步骤复杂，实验精度要求高，建设和运行成本高，不利于长期运行。
中国专利CN201310150795X，申请公布日为2013年7月10日的专利申请文件公开了一种适用于高浓度有机废水处理的微生物燃料电池装置，为了解决现有连续流搅拌槽式反应器出水COD去除率低，反映时间长，高浓度有机废水进入CSTR系统后，出水还需要进入下一个单元进行后续处理的问题，该发明的MFC反映容器的下端与CSTR反映容器的上端连通，搅拌轴的上端与搅拌电机的下端的输出轴连接，搅拌轴的下端穿过MFC反映容器设置在CSTR反应容器内，阳极的下端插装在MFC反应容器中，阳极的上端穿过MFC反映容器的上表面，固液分离器安装在CSTR反映容器内，可以用于处理高浓度有机废水。但是该装置结构复杂，操作繁琐，不适用于原地实时监测，不具有可扩展性。
综上所述，现有技术中有机废水监测主要存在的问题是并没有完全适用于原位实时监测的装置，现有技术中的装置不利于实地操作，且操作步骤繁琐，结构复杂；现有评估有机废水的传统方法不能高效、长期、及时、稳定地对有机废水进行评估，新型技术管理步骤复杂，实验精度要求高，成本昂贵，不利于长期发展。因此，需要提出一种新型的装置和技术。
技术实现要素：
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，现有技术中有机废水监测主要存在的问题是并没有完全适用于原位实时监测的装置，现有技术中的装置不利于实地操作，且操作步骤繁琐，结构复杂；现有评估有机废水的传统方法不能高效、长期、及时、稳定地对有机废水进行评估，新型技术管理步骤复杂，实验精度要求高，成本昂贵，不利于长期发展。本实用新型提供一种利用微生物燃料电池评价水质有机污染状况的装置，该装置结构简单，利用有机废水中微生物降解原理，实现原位实时监测有机废水浓度，适用性强。
技术方案：为解决上述技术问题，本实用新型的一种利用微生物燃料电池评价水质有机污染状况的装置，包括：顶部开口的装置本体，该装置本体置于废水外侧；
进水管，该进水管一端置于废水中，该进水管另一端与装置本体连通；
出水管，该出水管一端与装置本体连接，该出水管另一端置于废水中；
微生物燃料电池装置，该微生物燃料电池装置包括通过导线连接的阳极室和阴极室，在阳极室和阴极室之间设有电流监测装置和外电阻；
所述阳极室和阴极室分别置于装置本体内两侧，所述阳极室置于装置本体内废水底部，所述阴极室置于装置本体内废水与空气交界处。
进一步地，所述进水管一端延伸至废水水面下方1～2m。
进一步地，包括设在进水管上的蠕动泵。
进一步地，包括设在装置本体顶部外侧的溢流堰，与装置本体连接的出水管一端与溢流堰连接。
进一步地，所述阳极室和阴极室均采用石墨毡电极，石墨毡电极外均采用不锈钢网进行包覆。
进一步地，包括密闭恒温装置，所述电流监测装置置于该密闭恒温装置内。
进一步地，包括阴极曝气装置，该阴极曝气装置一端置于装置本体内废水中且位于阴极室一侧。
进一步地，包括溶解氧测定仪，该溶解氧测定仪一端置于装置本体内废水中且位于阴极室一侧。
进一步地，包括远程监控装置，该远程监控装置与电流监测装置连接。
有益效果：
本实用新型与现有技术比较，具有的优点是：
1、本实用新型装置，将阳极和阴极均置于有机废水中，阳极和阴极分别装置内两侧，且阳极靠近液体底部，阴极靠近气液界面，保证产生良好的氧化还原电位差；
2、本实用新型装置利用微生物燃料电池的电催化降解作用作为设计原理，将有机物质作为电子供体，在微生物的作用下分解成质子和电子，并在电极之间形成电子传递，从而形成电流，系统产生的电子从阳极通过导线转移至阴极，形成电流，同时有机浓度的高低会对系统的产电量造成直接影响，通过观察其电流大小来及时评价有机废水的污染程度；
3、现有技术中直接将阳极和阴极置于废水中，废水中通常会出现急流等情况，导致阴阳两极工作不稳定性，而本实用新型通过将阳极室和阴极室置于装置本体内，就可以有效避免因为突发事件发生装置受损；另一方面，装置本体中废水持续稳定更新，保证了原位实时监测废水动态；
4、本实用新型装置结构简单，利用有机废水中微生物降解原理，实现原位实时监测有机废水浓度，适用性强，该装置充分利用了有机废水中微生物对有机物的降解产电性能，通过对外电路的电流变化进行测量，及时对废水的有机污染状况进行评价，实现了在连续运行条件下，及时评价废水中有机污染状况的目的；
5、本实用新型能高效、长期、及时、稳定地对有机废水进行评估，且操作简单，评估精度高，成本低，有较大的推广价值；
6、本方法运用现场有机废水富含大量微生物的这一特性，有效增强了微生物燃料电池对污染的反应。而且微生物燃料电池在对水质进行监测的同时，不仅不会产生二次污染，还会消耗水中有机物，进而对地下水水质进行修复。
附图说明
图1是本实用新型装置结构示意图。
附图标号说明：
1、装置本体；2、进水管；3、出水管；4、阳极室；5、阴极室；6、电流监测装置；7、外电阻；8、蠕动泵；9、溢流堰；10、密闭恒温装置；11、阴极曝气装置；12、溶解氧测定仪；13、导线；14、远程监控装置。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作更进一步的说明。
实施例一：
本实施例的一种利用微生物燃料电池评价水质有机污染状况的装置，参照图1，包括微生物燃料电池装置、进水装置、出水装置、电流监测装置、装置本体；
顶部开口的装置本体1，将装置本体1固定安装在废水外侧，利用装置本体1对废水水质进行监测；
进水管2，该进水管2一端置于废水中，该进水管2另一端与装置本体1连通，将进水管2一端延伸至废水水面下方1～2m，在进水管2上设有蠕动泵8，通过打开蠕动泵8，废水会通过进水管2进入装置本体1中，保证装置本体1中的废水实时更新，为了进一步实现有机废水的实时原位监测；
出水管3，该出水管3一端与装置本体1连接，该出水管3另一端置于废水中，出水管3用于将装置本体1中的废水排出到废水池中，在装置本体1顶部外侧设有溢流堰9，与装置本体1连接的出水管3一端与溢流堰9连接，当打开蠕动泵8，废水从进水管2中进入到装置本体1中，待装置本体1中废水水平面达到最高处，高出的废水再通过溢流堰9流入至出水管3中，最终随出水管3排出到废水池中，保证了装置本体1内的废水实时更新，进一步保证了废水的实时监测；
微生物燃料电池装置，微生物燃料电池装置包括通过导线13连接的阳极室4和阴极室5，两极分别置于装置本体1内两侧，为了产生良好的氧化还原电位差，阳极室4靠近装置本体1内的废水底部，阴极室5靠近废水与空气交界处，两极之间通过导线连接，在阳极室4和阴极室5之间设有电流监测装置6和外电阻7；利用微生物燃料电池的电催化降解作用作为设计原理，将有机物质作为电子供体，在微生物的作用下分解成质子和电子，并在电极之间形成电子传递，从而形成电流，系统产生的电子从阳极通过导线转移至阴极，形成电流，同时有机浓度的高低会对系统的产电量造成直接影响，通过观察其电流大小来及时评价有机废水的污染程度，电流大小通过电流监测装置6来实时监测；所述阴极室5、阳极室4两极通过导线13相连，为加快系统内产电生物膜的形成，并在导线13上增设一100～500Ω的外电阻7。
实施例二：
本实施例的一种利用微生物燃料电池评价水质有机污染状况的装置，参照图1，基于实施例一，还包括密闭恒温装置10和远程监控装置14；
密闭恒温装置，考虑到温度过高或过低会影响电流监测装置的精度，为了减少或避免对产电数值的读取产生误差，因此需将电流监测装置6置于密闭恒温装置10内，密闭恒温装置10内温度需保持在20～25℃左右；
远程监控装置14，为了实现对废水进行及时评估，将电流监测装置6置于密闭恒温装置10内，该远程监控装置14与电流监测装置6连接，通过与外部连接的远程监控系统14对废水水质进行监测。
实施例三：
本实施例的一种利用微生物燃料电池评价水质有机污染状况的装置，参照图1，基于实施例二，阳极室4和阴极室5均采用石墨毡电极，石墨毡电极外均采用不锈钢网进行包覆，阴极室5、阳极室4均选用10×10×5mm的石墨毡电极，石墨毡电极外均以及将12～15目的不锈钢网作为集电器，加快电子传递速率；
处理不同的有机废水，需要合适的阴、阳极间距，主要处理的有机废水包括地下水、生活废水、畜禽废水和工业废水，阳极室4和阴极室5间距范围设定在20～50cm内；依据有机废水中微生物降解原理，有机废水中的微生物代谢分解有机污染物，产生电子在阳极室4，通过导线13进入阴极室5，构成完整的电流回路。
实施例四：
本实施例的一种利用微生物燃料电池评价水质有机污染状况的装置，参照图1，基于实施例三，包括阴极曝气装置11和溶解氧测定仪12，该阴极曝气装置11一端置于装置本体1内废水中且位于阴极室5一侧，该溶解氧测定仪12一端置于装置本体1内废水中且位于阴极室5一侧，废水中的溶解氧浓度会影响阴极室5周围微生物对有机物的降解，因此在阴极室5周围安放阴极曝气装置11，使阴极周围的溶解氧在运行过程中始终保持在2～6mg/L，并通过溶解氧测定仪12进行实时测定。
实施例五：
本实施例的一种利用微生物燃料电池评价水质有机污染状况的装置，在使用时，首先需要在废水池外侧搭建利用微生物燃料电池评价水质有机污染状况的装置，在搭建装置之前，为了选择装置中各部件的合理实验参数，可以先对各种有机废水进行初步有机负荷浓度的测定，初步测定通过常规方法，测定结果显示受到有机机污染的地下水，其有机负荷范围置于300～400mg/L之间；被污染的生活废水，有机负荷置于400～500mg/L之间；被污染的畜禽废水，有机负荷置于500～700mg/L之间；被污染的工业废水，有机负荷置于700～1000mg/L之间；
搭建装置的具体过程为：
参照图1，在废水池外侧放置装置本体1；将进水管2一端置于废水池中，进水管2一端延伸至废水水面下方1～2m，该进水管2另一端与装置本体1连通；将出水管3一端与装置本体1连接，该出水管3另一端置于废水池中；将微生物燃料电池装置的阳极室4和阴极室5分别置于装置本体1内两侧，将阳极室4置于装置本体1内废水底部，阴极室5置于装置本体1内废水与空气交界处；该微生物燃料电池装置包括通过导线13连接的阳极室4和阴极室5，在阳极室4和阴极室5之间设有电流监测装置6和外电阻7；进水管2上设有蠕动泵8；装置本体1顶部外侧设有溢流堰9，与装置本体1连接的出水管3一端与溢流堰9连接；阳极室4和阴极室5均采用石墨毡电极，石墨毡电极外均采用不锈钢网进行包覆；将电流监测装置6置于该密闭恒温装置10内；将阴极曝气装置11一端置于装置本体1内废水中且位于阴极室5一侧；将溶解氧测定仪12一端置于装置本体1内废水中且位于阴极室5一侧；将远程监控装置14与电流监测装置6连接；
进水管2，该进水管2一端置于废水中，该进水管2另一端与装置本体1连通，将进水管2一端延伸至废水水面下方1～2m，在进水管2上设有蠕动泵8，通过打开蠕动泵8，废水会通过进水管2进入装置本体1中，保证装置本体1中的废水实时更新，为了进一步实现有机废水的实时原位监测；
出水管3，该出水管3一端与装置本体1连接，该出水管3另一端置于废水中，出水管3用于将装置本体1中的废水排出到废水池中，在装置本体1顶部外侧设有溢流堰9，与装置本体1连接的出水管3一端与溢流堰9连接，当打开蠕动泵8，废水从进水管2中进入到装置本体1中，待装置本体1中废水水平面达到最高处，高出的废水再通过溢流堰9流入至出水管3中，最终随出水管3排出到废水池中，保证了装置本体1内的废水实时更新，进一步保证了废水的实时监测；
微生物燃料电池装置，微生物燃料电池装置包括通过导线13连接的阳极室4和阴极室5，两极分别置于装置本体1内两侧，为了产生良好的氧化还原电位差，阳极室4靠近装置本体1内的废水底部，阴极室5靠近废水与空气交界处，两极之间通过导线连接，在阳极室4和阴极室5之间设有电流监测装置6和外电阻7；利用微生物燃料电池的电催化降解作用作为设计原理，将有机物质作为电子供体，在微生物的作用下分解成质子和电子，并在电极之间形成电子传递，从而形成电流，系统产生的电子从阳极通过导线转移至阴极，形成电流，同时有机浓度的高低会对系统的产电量造成直接影响，通过观察其电流大小来及时评价有机废水的污染程度，电流大小通过电流监测装置6来实时监测；所述阴极室5、阳极室4两极通过导线13相连。
密闭恒温装置，考虑到温度过高或过低会影响电流监测装置的精度，为了减少或避免对产电数值的读取产生误差，因此需将电流监测装置6置于密闭恒温装置10内，密闭恒温装置10内温度需保持在20～25℃左右；
远程监控装置14，为了实现对废水进行及时评估，将电流监测装置6置于密闭恒温装置10内，该远程监控装置14与电流监测装置6连接，通过与外部连接的远程监控系统14对废水水质进行监测；
实验过程中，首先对有机废水中有机负荷浓度进行初步考量，再选择合理的装置参数进行实验，实现对有机废水的精确测量，确定废水种类，进一步确定废水中有机负荷浓度，进一步选择合理的装置参数；
需要在废水池外侧搭建利用微生物燃料电池评价水质有机污染状况的装置，打开蠕动泵8，使废水通过进水管2持续流入装置本体1中；将距水面1m处的地下有机废水通过蠕动泵8、进水管2从底部排入装置本体1内，待水量达到装置本体1的顶部后，再通过溢流堰9、出水管3回流至废水中；
为保证阴极室5附近的溶解氧保持在一定范围内，在运行过程中，对阴极室5附近采用阴极曝气装置11进行非连续性曝气；
有机废水在装置本体1内停留3天后，趋于稳定，并通过电流监测装置6记录系统每分钟的电流变化，通过远程监控装置14实时监测系统产生的电流，实现有机污染的实时监测；
利用微生物燃料电池的电催化降解作用作为设计原理，将有机物质作为电子供体，在微生物的作用下分解成质子和电子，并在电极之间形成电子传递，从而形成电流，系统产生的电子从阳极通过导线转移至阴极，形成电流，同时有机浓度的高低会对系统的产电量造成直接影响，通过观察其电流大小来及时评价有机废水的污染程度，电流越大，废水的有机污染状况越严重。
实施例六：
本实施例的一种利用微生物燃料电池评价水质有机污染状况的装置，基于实施例五，在使用时，初步判断该实施例中废水池的有机负荷浓度为300～400mg/L之间，该废水为受到有机机污染的地下水，由此选择合理的装置参数进行实验；参照图1，
其中，装置本体1由Ф20cm，高40cm的有机玻璃制成，阴极室5距离气液界面5cm，阳极室4距离装置本体1底部5cm，二者的电极间距是20cm，进水管2一端延伸至废水水面下方1m，废水的有机负荷范围在300～400mg/L之间。
其中，为了保证阴极室5周围的微生物会对废水中有机物进行有效降解，并与阳极室4保持良好的氧化还原电位，需在阴极室5周围安置阴极曝气装置11，对阴极室5周围进行非连续性曝气，使阴极室5周围的溶解氧浓度保持在2～3mg/L。
其中阳极室4和阴极室5均采用10×10×5mm的石墨毡作为电极材料，为了有效加快电子的传递速率，需在石墨毡外部包裹一层12目的不锈钢网作为集电器，两电极通过导线进行连接，并在外电路增设100Ω的外电阻7，以加快系统内生物膜的形成。
其中考虑到温度过高或过低会影响电流监测装置6的精度，对产电数值的读取产生误差，需将电流监测装置6于密闭恒温装置10内，温度需保持在20℃左右。
整个系统完成后，微生物燃料电池需要3天的启动和稳定时间，稳定后微生物燃料电池可以稳定产电，系统所监测的电流量平均为-0.18±0.26uA。其中产生负电流的原因是系统中阴、阳两级都置于液体中，电子流的方向不可预测。
实施例七：
本实施例的一种利用微生物燃料电池评价水质有机污染状况的装置，基于实施例五，在使用时，初步判断该实施例中废水池的有机负荷浓度为400～500mg/L之间，该废水为被污染的生活废水，由此选择合理的装置参数进行实验；参照图1，
其中，装置本体1由Ф20cm，高50cm的有机玻璃制成，阴极室5距离气液界面5cm，阳极室4距离装置本体1底部5cm，二者的电极间距是30cm，进水管2一端延伸至废水水面下方1m，废水的有机负荷范围在400～500mg/L之间。
其中，为了保证阴极室5周围的微生物会对废水中有机物进行有效降解，并与阳极室4保持良好的氧化还原电位，需在阴极室5周围安置阴极曝气装置11，对阴极室5周围进行非连续性曝气，使阴极室5周围的溶解氧浓度保持在3～4mg/L。
其中阳极室4和阴极室5均采用10×10×5mm的石墨毡作为电极材料，为了有效加快电子的传递速率，需在石墨毡外部包裹一层13目的不锈钢网作为集电器，两电极通过导线进行连接，并在外电路增设200Ω的外电阻7，以加快系统内生物膜的形成。
其中考虑到温度过高或过低会影响电流监测装置6的精度，对产电数值的读取产生误差，需将电流监测装置6于密闭恒温装置10内，温度需保持在22℃左右。
整个系统完成后，微生物燃料电池需要4天的启动和稳定时间，稳定后微生物燃料电池可以稳定产电，系统所监测的电流量平均为0.45±0.32uA。
实施例八：
本实施例的一种利用微生物燃料电池评价水质有机污染状况的装置，基于实施例五，在使用时，初步判断该实施例中废水池的有机负荷浓度为500～700mg/L之间，该废水为畜禽废水，由此选择合理的装置参数进行实验；参照图1，
其中，装置本体1由Ф20cm，高60cm的有机玻璃制成，阴极室5距离气液界面5cm，阳极室4距离装置本体1底部5cm，二者的电极间距是40cm，进水管2一端延伸至废水水面下方2m，废水的有机负荷范围在500～700mg/L之间。
其中，为了保证阴极室5周围的微生物会对废水中有机物进行有效降解，并与阳极室4保持良好的氧化还原电位，需在阴极室5周围安置阴极曝气装置11，对阴极室5周围进行非连续性曝气，使阴极室5周围的溶解氧浓度保持在4～5mg/L。
其中阳极室4和阴极室5均采用10×10×5mm的石墨毡作为电极材料，为了有效加快电子的传递速率，需在石墨毡外部包裹一层14目的不锈钢网作为集电器，两电极通过导线进行连接，并在外电路增设300Ω的外电阻7，以加快系统内生物膜的形成。
其中考虑到温度过高或过低会影响电流监测装置6的精度，对产电数值的读取产生误差，需将电流监测装置6于密闭恒温装置10内，温度需保持在23℃左右。
整个系统完成后，微生物燃料电池需要7天的启动和稳定时间，稳定后微生物燃料电池可以稳定产电，系统所监测的电流量平均为1.35±0.51uA。
实施例九：
本实施例的一种利用微生物燃料电池评价水质有机污染状况的装置，基于实施例五，在使用时，初步判断该实施例中废水池的有机负荷浓度为700～1000mg/L之间，该废水为工业废水，由此选择合理的装置参数进行实验；参照图1，
其中，装置本体1由Ф20cm，高70cm的有机玻璃制成，阴极室5距离气液界面5cm，阳极室4距离装置本体1底部5cm，二者的电极间距是40cm，进水管2一端延伸至废水水面下方2m，废水的有机负荷范围在700～1000mg/L之间。
其中，为了保证阴极室5周围的微生物会对废水中有机物进行有效降解，并与阳极室4保持良好的氧化还原电位，需在阴极室5周围安置阴极曝气装置11，对阴极室5周围进行非连续性曝气，使阴极室5周围的溶解氧浓度保持在5～6mg/L。
其中阳极室4和阴极室5均采用10×10×5mm的石墨毡作为电极材料，为了有效加快电子的传递速率，需在石墨毡外部包裹一层15目的不锈钢网作为集电器，两电极通过导线进行连接，并在外电路增设500Ω的外电阻7，以加快系统内生物膜的形成。
其中考虑到温度过高或过低会影响电流监测装置6的精度，对产电数值的读取产生误差，需将电流监测装置6于密闭恒温装置10内，温度需保持在25℃左右。
整个系统完成后，微生物燃料电池需要5天的启动和稳定时间，稳定后微生物燃料电池可以稳定产电，系统所监测的电流量平均为2.31±0.38uA。
由此根据实际情况，基本可预测到废水的有机负荷范围在300～1000mg/L内，对应的微生物燃料电池装置产生的平均电流范围在-0.44～2.69uA内。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。