一种水质监测装置及其制备方法
【专利摘要】本发明提供一种水质监测装置，包括一微生物燃料电池，该微生物燃料电池包括一阳极、一阳极室、一阴极以及一阳极微生物膜，所述阳极与所述阳极室内部连通，所述阳极微生物膜位于所述阳极内，所述水质监测装置具有一进水口以及一出水口，所述进水口设置在阳极上，使被监测水样穿透流过阳极；所述出水口设置在阳极室上，用于使被监测水样流出水质监测装置。本发明还提供该水质监测装置的制备方法，包括：提供一微生物燃料电池预制体，一接种物以及一阳极液；混合所述阳极液和接种物形成一混合溶液，对所述微生物燃料电池预制体的阴极和阳极施加电压，使所述混合溶液穿透流过所述阳极，在所述阳极内部生长阳极微生物膜，直至输出电流稳定。
【专利说明】_种水质监测装置及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于水质检测领域，尤其涉及一种基于微生物燃料电池原理的水质监测装 置及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 水质检测对于保障饮用水质安全和污水处理厂的正常运行都十分重要。生物传 感器因为可以检测复杂环境水体中污染物的综合毒性而受到广泛关注。微生物燃料电池 (MicrobialFuelCell,简称MFC)依赖于阳极微生物催化降解水体中的有机物产生电流。 当阳极微生物暴露于存在毒性物质的水体中时，其催化能力会受到抑制，从而使输出电流 减小。与依赖于其它指示生物，如鱼、蚤和光合菌等不同。基于微生物燃料电池原理的水质 监测装置无需转换器便可直接输出电信号；水体中的有机物可以作为传感器连续工作的能 源动力，有利于连续在线监测和现场运行。
[0003] 现有的基于微生物燃料电池原理的水质监测装置中，含有接种物的阳极液一般不 是连续穿透阳极的，阳极微生物膜比较厚，一般为20Mm到50Mm，不利于底物传质和毒物传 质等的传质过程，导致阳极微生物膜对毒物的抗性比悬浮微生物高1至2个数量级以上，进 而使得水质监测装置的响应灵敏度较低。虽然现有技术中通过加快被监测水样的搅拌速度 或增加被监测水样流速来提高灵敏度，然而该方法提高灵敏度的作用非常有限。另外，现有 的基于微生物燃料电池原理的水质监测装置中，被监测水样不能连续进入和流出水质监测 装置，不利于实现连续的在线监测。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，确有必要提供一种基于微生物燃料电池原理的水质监测装置及其制备 方法，该水质监测装置的阳极微生物膜比较薄，且被监测水样能够连续的进入和流出该水 质监测装置。
[0005] 一种水质监测装置，包括一微生物燃料电池，该微生物燃料电池包括一阳极、一阳 极室、一阴极以及一阳极微生物膜，所述阳极与所述阳极室内部连通，所述阳极微生物膜设 置于所述阳极内，所述水质监测装置具有一进水口以及一出水口，所述进水口设置在所述 阳极上，使得被监测水样穿透流过所述阳极；所述出水口设置在所述阳极室上，用于使被监 测水样流出所述水质监测装置。
[0006] 一种所述水质监测装置的制备方法，包括以下步骤：提供一微生物燃料电池预制 体，所述微生物燃料电池预制体包括一阳极、一阳极室、以及一阴极；提供一接种物与一阳 极液，混合所述阳极液和接种物形成一混合溶液，以及对所述微生物燃料电池预制体的阴 极和阳极施加电压，并进行微生物的驯化，所述微生物的驯化步骤包括使所述混合溶液穿 透流过所述阳极，在所述阳极内部生长阳极微生物膜，直至输出电流稳定。
[0007] 与现有技术相比较，本发明提供的水质监测装置通过在阳极的一侧设置一进水 口，使被监测水样以及混合有接种物的阳极液连续穿透流过所述阳极，通过控制所述混合 有接种物的阳极液的流速，使水流剪切力适度，有利于在整个阳极中形成均匀，厚度偏薄的 阳极微生物膜，从而达到优化微生物膜结构的效果。混合有接种物的阳极液或被监测水样 穿透流过所述阳极的运行方式还有利于促进传质过程，包括底物和毒物的传质。通过优化 阳极微生物膜结构和促进传质过程，本发明提供的水质监测装置具有较高的灵敏度。另外， 在阳极室设置至少一个出水孔，所述进水口和出水孔可以使被监测水样连续进入和流出水 质监测装置，进而实现连续的在线监测。
【专利附图】
【附图说明】
[0008] 图1是本发明提供的水质监测装置中微生物燃料电池的结构示意图。
[0009] 图2是本发明提供的被监测水样的流速变化对水质监测装置的输出电流的影响 图。
[0010] 图3是本发明提供的水质监测装置在监测水质过程中输出电流的变化情况。
[0011] 图4是本发明提供的水质监测装置中阳极微生物膜的扫描电镜照片。
[0012] 图5是本发明提供的水质监测装置中阳极微生物膜的另一扫描电镜照片。
[0013] 主要元件符号说明
【权利要求】
1. 一种水质监测装置，包括一微生物燃料电池，该微生物燃料电池包括一阳极、一阳极 室、一阴极以及一阳极微生物膜，其特征在于，所述阳极与所述阳极室内部连通，所述阳极 微生物膜设置于所述阳极内，所述水质监测装置具有一进水口以及一出水口，所述进水口 设置在所述阳极上，使得被监测水样穿透流过所述阳极；所述出水口设置在所述阳极室上， 用于使被监测水样流出所述水质监测装置。
2. 如权利要求1所述的水质监测装置，其特征在于，所述阳极设置在阳极室外部并与 所述阳极室内部连通。
3. 如权利要求2所述的水质监测装置，其特征在于，所述出水孔设置在所述阳极远离 所述阳极室的一侧。
4. 如权利要求1所述的水质监测装置，其特征在于，所述阳极微生物膜的厚度大于等 于0. 5Mm且小于等于5Mm。
5. 如权利要求1所述的水质监测装置，其特征在于，所述阳极为一多孔三维结构，所述 阳极微生物膜均匀附着在所述阳极内部。
6. 如权利要求5所述的水质监测装置，其特征在于，所述阳极的厚度大于等于1_且小 于等于10mm 〇
7. 如权利要求1所述的水质监测装置，其特征在于，所述进水口的横截面积与所述阳 极的横截面积之比为1:1~1:10。
8. 如权利要求1?7任意一项的水质监测装置的制备方法，包括以下步骤： 提供一微生物燃料电池预制体，所述微生物燃料电池预制体包括一阳极、一阳极室、以 及一阴极； 提供一接种物与一阳极液，混合所述阳极液和接种物形成一混合溶液，以及 对所述微生物燃料电池预制体的阴极和阳极施加电压，并进行微生物的驯化，所述微 生物的驯化步骤包括使所述混合溶液穿透流过所述阳极，在所述阳极内部生长阳极微生物 膜，直至输出电流稳定。
9. 如权利要求8所述的水质监测装置的制备方法，其特征在于，所述混合溶液穿透流 过所述阳极的流速大于等于〇. lml/min且小于等于5ml/min。
10. 如权利要求9所述的水质监测装置的制备方法，其特征在于，所述混合溶液穿透 流过所述阳极的流速为2. 8ml/min，在所述阳极内部生长阳极微生物膜的厚度大于等于 0. 5Mm且小于等于5Mm。
【文档编号】G01N27/403GK104458862SQ201410716689
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月2日 优先权日:2014年12月2日
【发明者】梁鹏, 蒋永, 陈熹, 黄霞 申请人:清华大学