一种基于微生物电化学法快速检测BOD的方法

摘要

本发明公开了一种基于微生物电化学法快速检测BOD的方法，包括以下步骤：构建MEC反应器、该MEC反应器中在所述阳极和阴极之间设有孔隙小于1μm的隔膜，之后基于构建的MEC反应器依次获取标准曲线和检测废水的BOD值。本发明通过对所构建的MEC反应器中设置了能够有效的阻挡微生物向阴极迁移的隔膜，以减少对阴极电极的污染，从而获得了灵敏度高、系统稳定和检测时间段的BOD测试传感器，可以用于在线或离线测定污水中的BOD值，大大提高了监测水平。

说明书

技术领域

本发明属于废水BOD检测领域，具体涉及一种基于微生物电化学法快速检测BOD的方法。

背景技术

生化需氧量是水污染的常用监测指标，简称BOD，是有机物相对含量的综合指标之一，是废水生化处理工艺设计和评价生化处理效果中的重要参数。

1936年美国公共卫生协会(American Public Health Assoeiation)将20℃时5d生化需氧量(BOD

发明内容

针对上述现有技术中测试水体BOD的过程中，电解池装置运行过程中易受污染所导致的检测准确性差的问题，本发明提出一种基于微生物电化学法快速检测BOD的方法。

实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于微生物电化学法快速检测BOD的方法，包括以下步骤：

构建MEC反应器：

(a)连接电解池装置：所述电解池装置包括电解室，电源、置于电解室中与电源正极连接的阳极和与电源负极连接的阴极，所述电解室中在所述阳极和阴极之间还设有隔膜，所述隔膜采用孔隙小于1μm的隔膜，将电解池分隔为阳极室和阴极室，对应于所述阳极室的一侧设有进液口；所述电解池装置还包括串联在电路中采用并联方式连接的电阻和数据采集器；

(b)向电解池装置中循环注入接种液，在恒定电压下，将接种液中的微生物富集在所述阳极表面，直至所述数据采集器检测所述电阻两端的电压稳定，获得所构建的MEC反应器；

获取标准曲线：

包括配置不同标准BOD浓度的人工废水，分别注入所述MEC反应器中，测试对应的输出电流，之后进行线性拟合，获得对应于MEC输出电流与BOD浓度关系的线性标准曲线；

检测废水的BOD值：

基于以上步骤所获得的MEC反应器测试废水的输出电流，并根据所构建的标准曲线获得废水的BOD值。

作为本发明的进一步改进，所述隔膜的孔隙尺寸为0.45μm～1μm。

作为本发明的进一步改进，所述电源采用直流电源，测试时电压恒定，所述电压的范围为0.3～2.0V。

作为本发明的进一步改进，所述线性标准曲线对应于线性范围中的BOD浓度范围为10mg/L～180mg/L。

作为本发明的进一步改进，所述BOD浓度的检测范围为10mg/L～180mg/L。

作为本发明的进一步改进，所述检测废水的BOD值步骤中，测试单次废水BOD的时间为1h～2h。

作为本发明的进一步改进，所述MEC反应器用于至少5次废水BOD的测试。

作为本发明的进一步改进，所述电解池装置的工作温度为20～40℃。。

本发明的有益效果：本发明通过对所构建的MEC反应器中设置了能够有效的阻挡微生物向阴极迁移的隔膜，以减少对阴极电极的污染，从而获得了灵敏度高、系统稳定和检测时间段的BOD测试传感器，可以用于在线或离线测定污水中的BOD值，大大提高了监测水平。

附图说明

图1为MEC反应器的结构示意图；

图2为采用本发明MEC反应器构建的输出电流与BOD浓度的线性关系；

其中：1-电源，2-数据采集器，3-电阻，4-电解室，5-出气口，6-螺栓，7-钛丝，8-阴，9-阳极，10-隔膜，11-进样口，12-出液口，13-亚克力板，14-硅胶密封垫，15-铂碳修饰层。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

实施例一：

1.构建MEC反应器

所构建的MEC反应器的结构如图1所示，主体为电解池装置，所述电解池装置包括具有密封结构的电解室4，电源1、置于电解室4中与电源1正极连接的阳极9和与电源1负极连接的阴极8，所述电解室4中在所述阳极9和阴极8之间还设有隔膜10，所述隔膜10采用孔隙小于1μm的隔膜，将电解池分隔为阳极室和阴极室，所述电解池装置还包括串联在电路中采用并联方式连接的电阻3和数据采集器2。在本发明的实施例中，所述电解室4由两块中间雕刻成一个半径30mm，厚度15mm的圆形空腔的透明亚克力板13(80*80*20mm)构成，通过螺栓6连接成的中间具有密闭结构的腔室。同时如图1在腔室的左下端对应于阳极室的一侧设置有连续流进样口11，腔室的左上端设置有出液口12，腔室的右上端设置有出气口5。

所述阳极9和阴极8采用碳毡制作，使用前用1mol/L HCL浸泡24h，酸化处理。阳极电极在使用之前先用蒸馏水洗至中性，干燥。阴极以铂碳修饰15，每平方厘米以Nafion溶液附着10mg质量分数5％的铂碳。装置电解池装置时，先将阴极8和阳极9分别固定在电解室4的两边，通过钛丝7固定，然后将玻璃纤维膜至于两个亚克力板中间截面处，两端通过硅胶密封垫7将顶部和底部与亚克力板连接，再用不锈钢螺丝固定。

在本发明的实施例中，微生物电解池阳极与阴极之间设有采用玻璃纤维膜制作的隔膜10，经测试玻璃纤维膜的孔隙尺寸分布在0.8nm～0.45μm。

通过钛丝7将阴极和阳极与恒电位仪1和电阻3相连，电阻3两端与数据采集器2并联连接。在本发明中数据采集器2采用的是32通道USB数据采集器，用于收集整个装置的反应数据，包括电阻3两端的电压和电路中电流数据。

MEC反应器以污水处理厂的厌氧活性污泥和初沉溢流液为接种物、模拟人工废水为底物接种微生物电解池富集产电微生物。微生物电解池4的内部腔室中含体积比为8：2的三水合乙酸钠模拟人工废水二、磷酸钠缓冲液(50mmol/L)、和接种物的混合液。采用循环批次操作，每次实验结束后整个微生物电解池腔室17用浓度为200mg/L的人工废水和的磷酸钠缓冲液(50mmol/L)更换。富集微生物过程中，恒电位仪的电压固定在0.7V，每隔5s用数据采集器采集电阻两端的电压,并将其保存。经过4周的连续操作后,电阻两端的最大电压稳定，说明微生物电解池阳极电极表面充分富集了电化学活性微生物,此时该装置可以用来测定溶液中的值。

2.构建MEC电化学信号与BOD浓度的关系

微生物电池输出电压稳定后，运行1个月，配制不同BOD值的梯度浓度人工废水，注入MEC记录其输出电流。其每次达到最大的输出电流均在1.2h以内，所构建的线性关系如图2所示。由图2所显示的结果可以看出，MEC输出的电流值随底物浓度的增加而上升，在BOD浓度达到180mg/L时，其上涨的趋势放缓。BOD浓度在10mg/L～180mg/L之间，对MEC输出的最大电流和BOD浓度进行线性拟合，得到线性方程(1.1)

I

线性拟合系数R

3.BOD测定稳定性

将上述MEC型BOD传感器注入BOD浓度在10mg/L～180mg/L范围内以三水合乙酸钠配制BOD浓度呈梯度值的实验室人工废水，以MEC的输出电流峰值测试废水的BOD浓度，根据已知的BOD值与输出电流峰值的线性方程(1.1)(I

表1，试样BOD检测结果

由表1的结构可以看出，不同BOD浓度的测试环境下，输出电流峰值未出现大幅度波动，且反应器检测的BOD测试值在BOD实际值左右波动，说明此误差为随机误差，系统误差值很小，无法影响实测结果。

实施例二：

采用具有相同结构的MEC反应器，但隔膜10换成普通的阳离子交换膜。以此作为实验的对照组，与上述的实验组同时运行培养3个月后，对其检测BOD浓度的性能进行考察。其测试结果如表2所示：

表2，实验组与对照组BOD测试结果比较

由表2的数据可以看出，在MEC反应器运行3个月以后，运行实验组对于BOD浓度检测的准确性基本维持在误差10％以内，这与前期运行一个月的测试的准确度相比没有太大的变化；相比之下，对照组经过3个月的运行之后，其对BOD值检测的准确度大幅度降低，检测值的误差都在25％以上，已经无法有效的测试水体的BOD值。由此可以证明，采用能够阻挡微生物向阴极迁移的MEC传感器能够有效的减小了运行过程污水对阴极的污染，能够有效的提高MEC反应器检测的准确度。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。