[发明专利]重金属传感监测装置

说明书

本发明提供一种重金属传感监测装置，属于水污染监测及处理领域。本发明的重金属传感监测装置，包括：微生物燃料电池，包括阳极室、阴极室以及将阳极室和阴极室分隔开来的质子交换膜(PEM)，其中：阳极室包括阳极、微生物和有机物；阴极室包括阴极、重金属阳离子和任选存在的阴极催化剂；所述阳极和阴极通过电路连接外电阻两端，并且所述电路上还连接有数据采集装置。

技术领域

本发明涉及一种重金属传感监测装置，属于水污染监测及处理领域。

背景技术

生态与环境是重大民生热点问题之一，快速的城市化对废水排放的监测和被污染河流的水质改善提出了更高要求，其中跟重金属有关的环境污染尤其是水污染问题是深圳乃至全国致力解决的问题。重金属约有45种，如铜、铅、锌、锰、镉、汞、金、银等。尽管锰、铜、锌等重金属是生命活动所需要的微量元素，但是大部分重金属如汞、铅、镉等并非生命活动所必须又是环境内分泌干扰物的重要组成部分和饮用水源地不可忽视的致癌因子。因非金属砷、硒对人体也有巨大的毒害性，通常也归为一类重金属污染物。所有重金属超过一定浓度都对人体有毒，具有致癌、致畸、致突变的重大危害性，由重金属引发的生态环境安全、饮用水安全、食品安全和人类健康问题越来越突出，因此重金属一直是国内外环境治理与监测的重点。

重金属的使用在电镀、电子及通讯设备制造、化工和印染等重金属重度污染行业不可避免，加之生产工艺水平落后、污染治理设施不完善使得重金属污染处于失控状态。工业废水中的重金属主要归宿之一为河流底泥，在适当条件下底泥中的重金属可以重新释放进而产生二次污染。这种状况要求我们必须加大对重金属污染的治理与监测力度，建立全面的重金属污染监测预警体系，以消除重金属污染对生态环境安全与饮用水安全的高度危害。

监测废水和污染源要求的不是非常低的检出限，而是测量的准确性与长期稳定性。目前国内外应用于重金属在线监测的技术主要是比色 法、电化学分析法和生物传感器。其中，基于比色法和电化学方法的仪器一般需要较大的试剂消耗量，按每隔2小时监测1次的频率，每个月需要500-2500ml的试剂。由于不能连续实时监测，监测间隙可能带来对排污失控的风险，而要提高监测频率，对试剂的消耗和仪器的维护要求也将大大提高。这些方法所使用或者产生有毒害的化学试剂，对环境和操作维护人员存在较大的潜在危险。此外，这些产品对于多种重金属成分的同时监测性能也很不理想。近年来，生物传感器，尤其是基于DNA探针的检测技术近年来得到了快速发展。已有报道利用DNA与金属离子的特异性配位作用衍生出了一系列DNA探针，以实现灵敏的荧光和可视化检测。生物电化学反应器等方法也已开始用于水质监测。所述方法中的反应器设计主要为微生物燃料电池(MFC)结构，是利用电化学技术将微生物代谢能转化为电能的一种装置。其基本原理是，有机物(底物)在阳极经微生物催化氧化降解为二氧化碳(CO₂)，同时释放出电子(e)和质子(H⁺)，其中电子经电极和外电路到达阴极形成电流，同时为阴极的还原反应提供电子；质子通过离子交换或渗透等过程扩散到阴极，达到电荷平衡。

然而，现有的重金属在线监测设备在实用中都存在一定的局限性，例如一些进口的产品不但价格昂贵，而且较难适用于本国国情，如废水浓度高、成分复杂和系统维护技术难度大等，适用性较差；国产产品的不足包括仪器的稳定性，不能同时监测多种参数以及汞等某些项目的检出限过高等。而且，大多数仪器还达不到长期、连续监测高浓度废水中重金属含量的要求。因此，亟需开发改善的重金属传感监测装置及方法，以克服现有技术中存在的上述问题。

发明内容

本发明提供一种重金属传感监测装置，包括：

微生物燃料电池，包括阳极室、阴极室以及将阳极室和阴极室分隔开来的质子交换膜(PEM)，其中：

阳极室包括阳极、微生物和有机物；

阴极室包括阴极、重金属阳离子和任选存在的阴极催化剂；

所述阳极和阴极通过电路连接外电阻两端，并且所述电路上还连接有数据采集装置。