[发明专利]用于生物过程诊断和物料特性分析的复合传感器及方法

权利要求书

1.一种用于生物过程诊断和物料特性分析的复合传感器，其特征在于：该复合传感器（1）中气体流量计（4）、pH计（5）和微生物燃料电池（6）顺次相连，填充床生物膜反应器（2）一端通过出料管路（3）与气体流量计（4）相连，另一端通过进料管路（9）与微生物燃料电池（6）相连，形成循环回路；复合传感器（1）上分别设置进料口（7）和出料口（8），并分别通过管路与进料管路（9）和出料管路（3）相连。

2.根据权利要求1所述的复合传感器，其特征在于：所述填充床生物膜反应器（2）由附着微生物的载体填充，填充床生物膜反应器（2）的体积为0.5～5L，其材质为玻璃、有机玻璃或不锈钢。

3.根据权利要求2所述的复合传感器，其特征在于：所述微生物为经过1年以上时间富集的产甲烷或氢气的微生物，所述载体为高分子材料、活性炭、沸石或碳纳米管。

4.根据权利要求3所述的复合传感器，其特征在于：所述高分子材料为聚氨酯材料。

5.根据权利要求1所述的复合传感器，其特征在于：所述气体流量计（4）采用基于排水法原理的适用于微流量气体监测的流量计；所述pH计（5）为商用在线pH计；所述微生物燃料电池（6）为流通式微生物燃料电池。

6.根据权利要求5所述的复合传感器，其特征在于：所述气体流量计（4）为能够在线采集数据的气体流量计。

7.根据权利要求5所述的复合传感器，其特征在于：所述流通式微生物燃料电池由阴极室、阳极室和质子交换膜构成，其材质为有机玻璃，阴极室和阳极室分别设置碳布作为电极材料，形状为圆柱型或立方体型，体积为1～100ml。

8.如权利要求1～7任意一项权利要求所述的复合传感器用于生物过程诊断和物料特性分析的方法，其特征在于，具体方案如下：

通过填充床生物膜反应器（2）对目标废水进行快速生化反应，反应时间为1～60min，废水特征信息通过气体流量计（4）、pH计（5）和微生物燃料电池（6）电信号实时呈现，所述特征信息包括pH、BOD、COD、可生化性、产甲烷或产氢气潜力；进一步通过比较气体流量计（4）、pH计（5）和微生物燃料电池（6）三者间的信号来诊断目标生物过程的工作状态，所诊断的状态为有机负荷过载、温度异常和进料性质变化；所述快速生化反应的基质提供方式为连续式、脉冲式或连续脉冲组合式。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述目标废水为生物过程废水、人工废水、淀粉废水、啤酒废水和畜禽废水，进水量为0.1～10g COD/L/d。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述填充床生物膜反应器（2）通过间歇补充有机废水实现长期运行；所述气体流量计（4）和pH计（5）离线校准的周期为0.1～1年，校准周期因诊断废水特性不同而异；所述微生物燃料电池定期更换阳极生物膜，更换周期为0.3～1年，因诊断废水特性不同而异。