使用微生物燃料电池进行水质生物毒性监测的设备及方法
【专利摘要】本发明提供一种使用微生物燃料电池进行水质生物毒性监测的设备及方法，包括：培养液箱、蒸馏水箱、水样过滤器、第一检测通道、第二检测通道以及信号处理及显示电路；第一检测通道包括第一切换阀、第一水样泵、第一培养液泵、第一混合泵、第一微生物燃料电池和第一前置放大电路；第二检测通道包括第二切换阀、第二水样泵、第二培养液泵、第二混合泵、第二微生物燃料电池和第二前置放大电路；具有以下优点：实现了能够连续在线监测的基于微生物燃料电池的水质生物毒性监测，且仪器具有较高的灵敏度和工作稳定可靠性，避免误报警。具有使用维护方便和寿命长的优点。
【专利说明】使用微生物燃料电池进行水质生物毒性监测的设备及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于水质生物毒性监测【技术领域】，具体涉及一种使用微生物燃料电池进行 水质生物毒性监测的设备及方法。
【背景技术】
[0002] 随着近代工业的发展，化学物质的使用日益增多，使人类赖以生存的水生生态系 统受到了越来越严重的污染，突发性环境污染事故时有发生，如人为投毒、自然灾害引起的 水质突变等。
[0003] 传统的针对化学指标的水环境监测体系，通常是采用各种物理及化学方法检测水 体中的污染物，存在监管对象有限，操作复杂，成本高昂，无法应对复合污染和突发性污染 的问题。例如在饮用水源的监测中，饮用水标准有100多项，一项或几项超标即可对人造成 危害，而常规监测很难监测如此多的项目。因此，发展新的快速、准确评价各类污染物毒性 的有效方法显得非常迫切和必要。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种使用微生物燃料电池进行水质生物毒 性监测的设备及方法，用以解决上述问题。
[0005] 本发明采用的技术方案如下：
[0006] 本发明提供一种使用微生物燃料电池进行水质生物毒性监测的设备，包括：培养 液箱（3)、蒸馏水箱（2)、水样过滤器（1)、第一检测通道、第二检测通道以及信号处理及显 示电路（10);
[0007] 其中，所述第一检测通道包括第一切换阀（4)、第一水样泵（6)、第一培养液泵 (5) 、第一混合泵（7)、第一微生物燃料电池（8)和第一前置放大电路（9);所述水样过滤器 (1)的第一输出接口和所述蒸馏水箱（2)的第一输出接口分别连接到所述第一切换阀（4) 的输入接口，所述第一切换阀（4)的输出接口连接到所述第一水样泵（6)的输入接口；所述 培养液箱（3)的第一输出接口连接到所述第一培养液泵（5)的输入接口；所述第一水样泵 (6) 的输出接口和所述第一培养液泵（5)的输出接口均连接到所述第一混合泵（7)的输入 接口，所述第一混合泵（7)的输出接口连接到所述第一微生物燃料电池（8)的输入接口，所 述第一微生物燃料电池（8)的输出接口通过所述第一前置放大电路（9)后连接到所述信号 处理及显示电路（10);
[0008] 所述第二检测通道包括第二切换阀（11)、第二水样泵（13)、第二培养液泵（12)、 第二混合泵（14)、第二微生物燃料电池（15)和第二前置放大电路（16);所述水样过滤器 (1)的第二输出接口和所述蒸馏水箱（2)的第二输出接口分别连接到所述第二切换阀（11) 的输入接口，所述第二切换阀（11)的输出接口连接到所述第二水样泵（13)的输入接口；所 述培养液箱（3)的第二输出接口连接到所述第二培养液泵（12)的输入接口；所述第二水样 泵（13)的输出接口和所述第二培养液泵（12)的输出接口均连接到所述第二混合泵（14) 的输入接口，所述第二混合泵（14)的输出接口连接到所述第二微生物燃料电池（15)的输 入接口，所述第二微生物燃料电池（15)的输出接口通过所述第二前置放大电路（16)后连 接到所述信号处理及显示电路（10)。
[0009] 优选的，还包括恒温装置（17);所述第一微生物燃料电池（8)、所述第一前置放大 电路（9)、所述第二微生物燃料电池（15)和所述第二前置放大电路（16)均位于所述恒温装 置（17)内部。
[0010] 优选的，以下各组的部件所采用的型号完全相同：
[0011] 所述第一切换阀（4)与所述第二切换阀（11);所述第一水样泵（6)和所述第二水 样泵（13);所述第一培养液泵（5)和所述第二培养液泵（12);所述第一混合泵（7)和所述 第二混合泵（14);所述第一微生物燃料电池（8)和所述第二微生物燃料电池（15);所述第 一前置放大电路（9)和所述第二前置放大电路（16)。
[0012] 优选的，所述第一微生物燃料电池（8)和所述第二微生物燃料电池（15)的结构分 另IJ包括：微生物燃料电池本体（51)、阳极（54)、阴极（56)、进水口（52)、出水口（53)和分隔 膜（55);
[0013] 所述阳极（54)设置在所述微生物燃料电池本体（51)的内腔，将该内腔分隔形成 上内腔（57)和下内腔（58);所述下内腔（58)的底部与所述进水口（52)连通；所述上内腔 (57)的周向均匀设置至少一个所述出水口（53);所述上内腔（57)的顶部设置所述分隔膜 (55)，在所述分隔膜（55)的上面紧密贴合所述阴极（56)，并且，所述阴极（56)暴露于空气 中。
[0014] 优选的，所述进水口（52)和所述出水口（53)均与不透氧的PVC管或泵管相连。
[0015] 本发明还提供一种使用微生物燃料电池进行水质生物毒性监测的方法，包括以下 步骤：
[0016] S1，在日常监测情况下，第一检测通道进入被测水样，用于监测被测水样的生物毒 性；第二检测通道进入与被测水样等量的蒸馏水，作为空白对照；具体操作情况如下：
[0017] S11 :切换第一切换阀（4)，使水样过滤器⑴的输出接口与第一水样泵（6)连通， 而蒸馏水箱（2)的输出接口与第一水样泵（6)不连通；然后，被测水样经水样过滤器（1)过 滤后，通过第一切换阀（4)和第一水样泵（6)后，进入第一混合泵（7);同时，培养液箱（3) 中的培养液通过第一培养液泵（5)后也进入第一混合泵（7);在第一混合泵（7)中，被测水 样与培养液按一定比例混合，然后进入第一微生物燃料电池（8);第一微生物燃料电池（8) 输出的电信号经过第一前置放大电路（9)放大后进入信号处理及显示电路（10);
[0018] 与此同时，对于第二检测通道，切换第二切换阀（11)，使蒸馏水箱（2)的输出接口 与第二水样泵（13)连通，而水样过滤器（1)的输出接口与第二水样泵（13)不连通；然后， 蒸馏水通过第二切换阀（11)和第二水样泵（13)后，进入第二混合泵（14);同时，培养液箱 (3)中的培养液通过第二培养液泵（12)后也进入第二混合泵（14);在第二混合泵（14)中， 蒸馏水与培养液按一定比例混合，然后进入第二微生物燃料电池（15);第二微生物燃料电 池（15)输出的电信号经过第二前置放大电路（16)放大后进入信号处理及显示电路（10);
[0019] S12 :信号处理及显示电路（10)分析第一微生物燃料电池⑶输出的电信号情 况：
[0020] 设Ua、Ia分别为微生物燃料电池在当次检测中的输出电压值和电流值；
[0021] Ub、Ib分别为微生物燃料电池先前某次检测的输出电压值和电流值；或者，为先前 某几次或所有次检测的输出电压值的算术平均值和电流值的算术平均值；
[0022] 则采用以下公式计算毒性度Tox :
[0023] Tox = (Ua_Ub) /Ub X 100 %或 Tox = (Ia_Ib) /Ib X 100 %
[0024] 判断计算得到的Tox值的绝对值是否大于预设阈值，如果大于，则得出被测水样 含有有毒物质的结论，发出报警信号；同时立即切换第一切换阀（4)，使被测水样不再进入 第一检测通道，而使蒸馏水进入第一检测通道，通过蒸馏水的作用，保护和恢复第一微生物 燃料电池（8);
[0025] S2,然后，切换第二切换阀（11)，使蒸馏水不再进入第二检测通道，而使被测水样 进入第二检测通道，通过第二检测通道对被测水样的生物毒性进行检测，最终使用信号处 理及显示电路（10)分析第二微生物燃料电池（15)输出的电信号情况，并计算毒性度Tox ; 判断计算得到的Tox值的绝对值是否大于预设阈值，如果大于，则得出被测水样含有有毒 物质的结论，发出报警信号；同时立即切换第二切换阀（11)，使被测水样不再进入第二检 测通道，而使蒸馏水进入第二检测通道，通过蒸馏水的作用，保护和恢复第二微生物燃料电 池（15);
[0026] S3,对于同一被测水样，如果S1中的第一检测通道和S2中的第二检测通道均发出 报警信号，则确定被测水样中含有有毒有害物质，此时发出水质预警信号，需要采取应急监 测及处理处置措施；如果第一检测通道报警、切换为第二检测通道后不报警，则需要对水样 和仪器做进一步检测，暂时不能确定被测水样中是否含有有毒有害物质。
[0027] 优选的，S1中被测水样与培养液在第一混合泵（7)中混合比例与S2中被测水样 与培养液在第二混合泵（14)中混合比例相同。
[0028] 优选的，S12中，所述预设阈值为50%。
[0029] 优选的，S11中，被测水样与培养液按一定比例混合后进入第一微生物燃料电池 (8)，在第一微生物燃料电池（8)中的运动过程具体为：
[0030] 被测水样与培养液按一定比例混合后得到混合液；
[0031] 混合液采用上流式进水方式，即：由进水口（52)进入微生物燃料电池本体（51)， 穿透阳极（54)后，由出水口（53)流出。
[0032] 本发明提供的使用微生物燃料电池进行水质生物毒性监测的设备及方法，具有以 下优点：
[0033] (1)该监测设备可适用于饮用水水源地监测、市政供水监测、河湖自然水体监测、 污水处理厂进水监测等领域，具有适用范围广的优点；
[0034] (2)实现了能够连续在线监测的基于微生物燃料电池的水质生物毒性监测，且仪 器具有较高的灵敏度，工作稳定可靠，避免误报警。
[0035] (3)具有使用维护方便和寿命长的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0036] 图1为本发明提供的使用微生物燃料电池进行水质生物毒性监测的设备的整体 结构示意图；
[0037] 图2为微生物燃料电池的结构示意图；
[0038] 图3为微生物燃料电池输出电压与时间的关系曲线图；
[0039] 图4为本发明提供的使用微生物燃料电池进行水质生物毒性监测的方法流程示 意图。
【具体实施方式】
[0040] 以下结合附图对本发明进行详细说明：
[0041] 如图1所示，本发明提供一种使用微生物燃料电池进行水质生物毒性监测的设 备，可应用于水环境监测、饮用水监测、污水处理厂进水监测等场合。包括：培养液箱3、蒸 馏水箱2、水样过滤器1、第一检测通道、第二检测通道以及信号处理及显示电路10 ;
[0042] 其中，第一检测通道包括第一切换阀4、第一水样泵6、第一培养液泵5、第一混合 泵7、第一微生物燃料电池8和第一前置放大电路9 ;水样过滤器1的第一输出接口和蒸馏 水箱2的第一输出接口分别连接到第一切换阀4的输入接口，第一切换阀4的输出接口连 接到第一水样泵6的输入接口；培养液箱3的第一输出接口连接到第一培养液泵5的输入 接口；第一水样泵6的输出接口和第一培养液泵5的输出接口均连接到第一混合泵7的输 入接口，第一混合泵7的输出接口连接到第一微生物燃料电池8的输入接口，第一微生物燃 料电池8的输出接口通过第一前置放大电路9后连接到信号处理及显示电路10 ;
[0043] 第二检测通道包括第二切换阀11、第二水样泵13、第二培养液泵12、第二混合泵 14、第二微生物燃料电池15和第二前置放大电路16 ;水样过滤器1的第二输出接口和蒸馏 水箱2的第二输出接口分别连接到第二切换阀11的输入接口，第二切换阀11的输出接口 连接到第二水样泵13的输入接口；培养液箱3的第二输出接口连接到第二培养液泵12的 输入接口；第二水样泵13的输出接口和第二培养液泵12的输出接口均连接到第二混合泵 14的输入接口，第二混合泵14的输出接口连接到第二微生物燃料电池15的输入接口，第 二微生物燃料电池15的输出接口通过第二前置放大电路16后连接到信号处理及显示电路 10。
[0044] 还包括：恒温装置17 ;第一微生物燃料电池8、第一前置放大电路9、第二微生物燃 料电池15和第二前置放大电路16均位于恒温装置17内部。
[0045] 另外，第一检测通道的以下各组的部件所采用的型号与对应的第二检测通道完全 相同：第一切换阀4与第二切换阀11 ;第一水样泵6和第二水样泵13 ;第一培养液泵5和 第二培养液泵12 ;第一混合泵7和第二混合泵14 ;第一微生物燃料电池8和第二微生物燃 料电池15 ;第一前置放大电路9和第二前置放大电路16。
[0046] 如图2所示，为本发明提供的微生物燃料电池的结构，微生物燃料电池采用单室 结构，包括：微生物燃料电池本体51、阳极54、阴极56、进水口 52、出水口 53和分隔膜55 ; 其中，阳极与阴极材料均采用碳纤维导电材料；
[0047] 阳极54设置在微生物燃料电池本体51的内腔，将该内腔分隔形成上内腔57和下 内腔58 ;下内腔58的底部与进水口 52连通；上内腔57的周向均匀设置至少一个出水口 53,例如，出水口为两个或四个，相对均匀分布。优选为四个，四个出水口位于阳极上方的四 个侧面，保证出水均匀，反应器腔体中无进水死区。上内腔57的顶部设置分隔膜55,在分隔 膜55的上面紧密贴合阴极56,并且，阴极56暴露于空气中。进水口 52和出水口 53均与不 透氧的PVC管或泵管相连。
[0048] 待测水样与培养液混合后，混合液采用上流式进水方式，即：由进水口 52进入微 生物燃料电池本体51，穿透阳极54后，由出水口 53流出。采用上流式进水方式，保证进水 充满整个反应器的内部空间。
[0049] 该微生物燃料电池的工作原理为：阳极附着生长的微生物将水中的有机物降解， 代谢过程中的电子转化成电信号。当有毒物质进入电池后，微生物电化学活性降低，输出电 信号减小。通过检测输出电信号，如果输出电信号相比正常电信号减少了某个百分比（如 50%)以上时，则认为被测水中含有有毒物质，发出报警信号。如图3所示，为微生物燃料 电池输出电压与时间的关系曲线图。
[0050] 当水样中包含促进微生物生长的物质（如高浓度有机物）时，微生物电化学活性 增加，输出电信号增大。如果输出电信号相比正常电信号增加了某个百分比（如50%)以 上时，发出报警信号。
[0051] 采用上述装置，本发明提供的使用微生物燃料电池进行水质生物毒性监测的方 法，如图4所示，包括以下步骤：
[0052] S1，在日常监测情况下，第一检测通道进入被测水样，用于监测被测水样的生物毒 性；第二检测通道进入与被测水样等量的蒸馏水，作为空白对照；具体操作情况如下：
[0053] S11 :切换第一切换阀4,使水样过滤器1的输出接口与第一水样泵6连通，而蒸 馏水箱2的输出接口与第一水样泵6不连通；然后，被测水样经水样过滤器1过滤后，过滤 掉水样中的颗粒物和杂质，避免管路堵塞；然后，过滤后水样通过第一切换阀4和第一水样 泵6后，进入第一混合泵7 ;同时，培养液箱3提供微生物燃料电池中微生物生长所需的培 养液，将培养液箱3中的培养液通过第一培养液泵5后也进入第一混合泵7 ;在第一混合泵 7中，被测水样与培养液按一定比例混合，其中，混合比例可根据监测水样进行调节，一般可 以设置为1:1 ;然后混合后的混合液进入第一微生物燃料电池8 ;第一微生物燃料电池8输 出的电信号经过第一前置放大电路9放大后进入信号处理及显示电路10 ;
[0054] 与此同时，对于第二检测通道，切换第二切换阀11，使蒸馏水箱2的输出接口与第 二水样泵13连通，而水样过滤器1的输出接口与第二水样泵13不连通；然后，蒸馏水通过 第二切换阀11和第二水样泵13后，进入第二混合泵14 ;同时，培养液箱3中的培养液通过 第二培养液泵12后也进入第二混合泵14 ;在第二混合泵14中，蒸馏水与培养液按一定比 例混合，混合比例与第一通道混合比例相同；然后进入第二微生物燃料电池15 ;第二微生 物燃料电池15输出的电信号经过第二前置放大电路16放大后进入信号处理及显示电路 10 ；
[0055] S12 :信号处理及显不电路10分析第一微生物燃料电池8输出的电信号情况：
[0056] 设Ua、Ia分别为微生物燃料电池在当次检测中的输出电压值和电流值；
[0057] Ub、Ib分别为微生物燃料电池先前某次检测的输出电压值和电流值；或者，为先前 某几次或所有次检测的输出电压值的算术平均值和电流值的算术平均值；
[0058] 则采用以下公式计算毒性度Tox :
[0059] Tox = (Ua_Ub) /Ub X 100 %或 Tox = (Ia_Ib) /Ib X 100 %
[0060] 判断计算得到的Tox值的绝对值是否大于预设阈值，如果大于，则得出被测水样 含有有毒物质的结论，发出报警信号；同时立即切换第一切换阀4,使被测水样不再进入第 一检测通道，而使蒸馏水进入第一检测通道，通过蒸馏水的作用，保护和恢复第一微生物燃 料电池8 ;
[0061] 具体的，Tox的值表示当次检测得到的微生物燃料电池输出电压（或电流）值相 对先前值的变化程度，T 〇x的值为正，表示微生物燃料电池输出值增加，水样中可能存在促 进微生物产电活性的物质（如有机物等）；Τοχ的值为负，表示微生物燃料电池输出值减少， 水样中可能存在抑制微生物产电活性的物质（如重金属或有机毒物等）；Τοχ的超过某个阈 值（优选的，I Tox |彡50%)，则发出报警信号。
[0062] S2,然后，切换第二切换阀11，使蒸馏水不再进入第二检测通道，而使被测水样进 入第二检测通道，通过第二检测通道对被测水样的生物毒性进行检测，最终使用信号处理 及显示电路10分析第二微生物燃料电池15输出的电信号情况，并计算毒性度Tox ;判断计 算得到的Tox值的绝对值是否大于预设阈值，如果大于，则得出被测水样含有有毒物质的 结论，发出报警信号；同时立即切换第二切换阀11，使被测水样不再进入第二检测通道，而 使蒸馏水进入第二检测通道，通过蒸馏水的作用，保护和恢复第二微生物燃料电池15 ;
[0063] S3,对于同一被测水样，如果S1中的第一检测通道和S2中的第二检测通道均发出 报警信号，则基本确定被测水样中含有有毒有害物质，此时发出水质预警信号，需要采取应 急监测及处理处置措施；如果第一检测通道报警、切换为第二检测通道后不报警，则可以为 误报，需要对水样和仪器做进一步检测，暂时不能确定被测水样中是否含有有毒有害物质。 通过这种两个平行通道一用一备、双重确认的机制，最大限度避免了误报警，保证了仪器工 作的可靠性，同时保护了微生物燃料电池。
[0064] 本发明提供的水质生物毒性监测设备进对被测水样进行毒性监测时，仪器分为进 样与检测过程。进样时，被测水样与培养液混合后进入微生物燃料电池，培养液中的营养物 质维持微生物的生长，电池可以持续工作，保证仪器的连续监测。培养液使用去离子水配 置，加入无水乙酸钠与氯化铵，浓度为：无水乙酸钠：1. 64g/L，氯化铵：1. 5g/L。该仪器设计 上的特点及优势为：
[0065] (1)每一次进样时，前一次样品需要从电池中完全排出，避免当次样品中的有毒有 害物质被上一次样品稀释，从而保证监测设备具有较好的灵敏度。
[0066] (2)进样完成后，待液体停止流动后再进行检测，避免进样过程对检测过程的干 扰。
[0067] (3)使用毒性指数作为监测指标。
[0068] (4)为确保监测结果的可靠性，使用了两个或两个以上的微生物燃料电池，只有当 所有参与检测的电池均报警时，仪器才发出水质预警信号。如果仅有一个电池报警，这种情 况下电池故障的可能性较高，此时仪器发出单个电池报警信号，便于故障排查。
[0069] (5)微生物燃料电池及其输出信号前置放大电路置于恒温装置中，温度恒定于 20-30°C的某一个值，可根据微生物燃料电池的特性进行调节，以确保微生物有一个稳定的 生长环境，最大程度的保证设备精度。
[0070] 本发明提供的使用微生物燃料电池进行水质生物毒性监测的设备及方法，具有以 下优点：
[0071] (1)该监测设备可适用于饮用水水源地监测、市政供水监测、河湖自然水体监测、 污水处理厂进水监测等领域，具有适用范围广的优点；
[0072] (2)实现了能够连续在线监测的基于微生物燃料电池的水质生物毒性监测，且仪 器具有较高的灵敏度和工作稳定可靠性，避免误报警。
[0073] (3)具有使用维护方便和寿命长的优点。
[0074] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视本发明的保护范围。
【权利要求】
1. 一种使用微生物燃料电池进行水质生物毒性监测的设备，其特征在于，包括：培养 液箱（3)、蒸馏水箱（2)、水样过滤器（1)、第一检测通道、第二检测通道以及信号处理及显 示电路（10); 其中，所述第一检测通道包括第一切换阀（4)、第一水样泵￠)、第一培养液泵（5)、第 一混合泵（7)、第一微生物燃料电池（8)和第一前置放大电路（9);所述水样过滤器（1)的 第一输出接口和所述蒸馏水箱（2)的第一输出接口分别连接到所述第一切换阀（4)的输入 接口，所述第一切换阀（4)的输出接口连接到所述第一水样泵（6)的输入接口；所述培养液 箱（3)的第一输出接口连接到所述第一培养液泵（5)的输入接口；所述第一水样泵（6)的 输出接口和所述第一培养液泵（5)的输出接口均连接到所述第一混合泵（7)的输入接口， 所述第一混合泵（7)的输出接口连接到所述第一微生物燃料电池（8)的输入接口，所述第 一微生物燃料电池（8)的输出接口通过所述第一前置放大电路（9)后连接到所述信号处理 及显示电路（10); 所述第二检测通道包括第二切换阀（11)、第二水样泵（13)、第二培养液泵（12)、第二 混合泵（14)、第二微生物燃料电池（15)和第二前置放大电路（16);所述水样过滤器⑴的 第二输出接口和所述蒸馏水箱（2)的第二输出接口分别连接到所述第二切换阀（11)的输 入接口，所述第二切换阀（11)的输出接口连接到所述第二水样泵（13)的输入接口；所述培 养液箱（3)的第二输出接口连接到所述第二培养液泵（12)的输入接口；所述第二水样泵 (13)的输出接口和所述第二培养液泵（12)的输出接口均连接到所述第二混合泵（14)的输 入接口，所述第二混合泵（14)的输出接口连接到所述第二微生物燃料电池（15)的输入接 口，所述第二微生物燃料电池（15)的输出接口通过所述第二前置放大电路（16)后连接到 所述信号处理及显示电路（10)。
2. 根据权利要求1所述的使用微生物燃料电池进行水质生物毒性监测的设备，其特征 在于，还包括恒温装置（17);所述第一微生物燃料电池（8)、所述第一前置放大电路（9)、所 述第二微生物燃料电池（15)和所述第二前置放大电路（16)均位于所述恒温装置（17)内 部。
3. 根据权利要求1所述的使用微生物燃料电池进行水质生物毒性监测的设备，其特征 在于，以下各组的部件所采用的型号完全相同： 所述第一切换阀（4)与所述第二切换阀（11);所述第一水样泵（6)和所述第二水样泵 (13);所述第一培养液泵（5)和所述第二培养液泵（12);所述第一混合泵（7)和所述第二 混合泵（14);所述第一微生物燃料电池（8)和所述第二微生物燃料电池（15);所述第一前 置放大电路（9)和所述第二前置放大电路（16)。
4. 根据权利要求1所述的使用微生物燃料电池进行水质生物毒性监测的设备，其特征 在于，所述第一微生物燃料电池（8)和所述第二微生物燃料电池（15)的结构分别包括：微 生物燃料电池本体（51)、阳极（54)、阴极（56)、进水口（52)、出水口（53)和分隔膜（55); 所述阳极（54)设置在所述微生物燃料电池本体（51)的内腔，将该内腔分隔形成上内 腔（57)和下内腔（58);所述下内腔（58)的底部与所述进水口（52)连通；所述上内腔（57) 的周向均匀设置至少一个所述出水口（53);所述上内腔（57)的顶部设置所述分隔膜（55)， 在所述分隔膜（55)的上面紧密贴合所述阴极（56)，并且，所述阴极（56)暴露于空气中。
5. 根据权利要求4所述的使用微生物燃料电池进行水质生物毒性监测的设备，其特征 在于，所述进水口（52)和所述出水口（53)均与不透氧的PVC管或泵管相连。
6. -种使用微生物燃料电池进行水质生物毒性监测的方法，其特征在于，包括以下步 骤： S1，在日常监测情况下，第一检测通道进入被测水样，用于监测被测水样的生物毒性； 第二检测通道进入与被测水样等量的蒸馏水，作为空白对照；具体操作情况如下： 511 :切换第一切换阀（4)，使水样过滤器（1)的输出接口与第一水样泵（6)连通，而蒸 馏水箱（2)的输出接口与第一水样泵（6)不连通；然后，被测水样经水样过滤器（1)过滤 后，通过第一切换阀（4)和第一水样泵（6)后，进入第一混合泵（7);同时，培养液箱（3)中 的培养液通过第一培养液泵（5)后也进入第一混合泵（7);在第一混合泵（7)中，被测水样 与培养液按一定比例混合，然后进入第一微生物燃料电池（8);第一微生物燃料电池（8)输 出的电信号经过第一前置放大电路（9)放大后进入信号处理及显示电路（10); 与此同时，对于第二检测通道，切换第二切换阀（11)，使蒸馏水箱（2)的输出接口与第 二水样泵（13)连通，而水样过滤器⑴的输出接口与第二水样泵（13)不连通；然后，蒸馏 水通过第二切换阀（11)和第二水样泵（13)后，进入第二混合泵（14);同时，培养液箱（3) 中的培养液通过第二培养液泵（12)后也进入第二混合泵（14);在第二混合泵（14)中，蒸 馏水与培养液按一定比例混合，然后进入第二微生物燃料电池（15);第二微生物燃料电池 (15)输出的电信号经过第二前置放大电路（16)放大后进入信号处理及显示电路（10); 512 :信号处理及显示电路（10)分析第一微生物燃料电池（8)输出的电信号情况： 设Ua、Ia分别为微生物燃料电池在当次检测中的输出电压值和电流值； Ub、Ib分别为微生物燃料电池先前某次检测的输出电压值和电流值；或者，为先前某几 次或所有次检测的输出电压值的算术平均值和电流值的算术平均值； 则采用以下公式计算毒性度Tox : Tox= (Ua-Ub)/UbX100%或 Tox= (Ia-Ib)/IbX100% 判断计算得到的Tox值的绝对值是否大于预设阈值，如果大于，则得出被测水样含有 有毒物质的结论，发出报警信号；同时立即切换第一切换阀（4)，使被测水样不再进入第一 检测通道，而使蒸馏水进入第一检测通道，通过蒸馏水的作用，保护和恢复第一微生物燃料 电池（8); 52, 然后，切换第二切换阀（11)，使蒸馏水不再进入第二检测通道，而使被测水样进入 第二检测通道，通过第二检测通道对被测水样的生物毒性进行检测，最终使用信号处理及 显示电路（10)分析第二微生物燃料电池（15)输出的电信号情况，并计算毒性度Tox ;判 断计算得到的Tox值的绝对值是否大于预设阈值，如果大于，则得出被测水样含有有毒物 质的结论，发出报警信号；同时立即切换第二切换阀（11)，使被测水样不再进入第二检测 通道，而使蒸馏水进入第二检测通道，通过蒸馏水的作用，保护和恢复第二微生物燃料电池 (15)； 53, 对于同一被测水样，如果S1中的第一检测通道和S2中的第二检测通道均发出报警 信号，则确定被测水样中含有有毒有害物质，此时发出水质预警信号，需要采取应急监测及 处理处置措施；如果第一检测通道报警、切换为第二检测通道后不报警，则需要对水样和仪 器做进一步检测，暂时不能确定被测水样中是否含有有毒有害物质。
7. 根据权利要求6所述的使用微生物燃料电池进行水质生物毒性监测的方法，其特征 在于，S1中被测水样与培养液在第一混合泵（7)中混合比例与S2中被测水样与培养液在 第二混合泵（14)中混合比例相同。
8. 根据权利要求6所述的使用微生物燃料电池进行水质生物毒性监测的方法，其特征 在于，S12中，所述预设阈值为50%。
9. 根据权利要求6所述的使用微生物燃料电池进行水质生物毒性监测的方法，其特征 在于，S11中，被测水样与培养液按一定比例混合后进入第一微生物燃料电池（8)，在第一 微生物燃料电池（8)中的运动过程具体为： 被测水样与培养液按一定比例混合后得到混合液； 混合液采用上流式进水方式，即：由进水口（52)进入微生物燃料电池本体（51)，穿透 阳极（54)后，由出水口（53)流出。
【文档编号】G01N27/416GK104122314SQ201410395949
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年8月12日 优先权日:2014年8月12日
【发明者】徐劲草, 刘锐, 谢涛, 姚新 申请人:中科宇图天下科技有限公司