[发明专利]一种实时监测人工湿地中COD浓度的生物传感器方法和装置

说明书

本发明公开了一种实时监测人工湿地中COD浓度的生物传感器方法和装置，步骤是：A、在湿地中部或底部设置阳极导电填料层，阳极填料层中设置集电极；B、在湿地填料表层设置阴极导电填料层，该层中设置阴极集电极；C、阳极和阴极填料层通过非导电隔离填料层分隔；D、输出电量信号通过电信号检测器显示；E、污水由底部进入湿地，从上部阴极导电填料层的出水口排出；F、污水流经系统过程中，通过显示的电量信号得到实时污水的浓度。该装置自下而上铺设有底部非导电、阳极导电、非导电、阴极导电填料层。方法简单，操作便捷，响应时间短、灵敏度高，稳定性好，实时高效反馈污水COD浓度和有机负荷，保障系统的稳定运行和净化效果。

技术领域

本发明属于环境保护领域，更具体涉及一种实时监测并反馈进水有机冲击负荷的生物传感器的方法，同时还涉及一种实时监测并反馈进水有机冲击负荷的生物传感器的装置。适用于实时监测进水COD以及预测冲击有机负荷，并调整相应的运行管理模式，保障系统及出水的稳定。

背景技术

微生物燃料电池(MFC)是近十年备受关注的生物电化学装置，通过微生物自身代谢，实现了有机物的降解和电子的转移，使化学能直接转化为电能。MFC的微型化、可实时在线监测的特点使得其在生物传感器领域得到了较广泛的研究和应用。但MFC生物传感器较的质子交换膜成本，同时需要维持阳极厌氧环境以及频繁更换阴极液以提供合适的电子受体，使得其在实际污水监测中的应用与推广受到限制(Chouler,J.,Lorenzo,M.,WaterQuality Monitoring in Developing Countries；Can Microbial Fuel Cells be theAnswer？Biosensors,2015,5,450-470)。

借助垂直流人工湿地自下而上形成的天然的氧化还原梯度，将电极嵌入人工湿地中形成人工湿地-微生物燃料电池(CW-MFC)耦合系统，表现出对COD浓度的较好的电压信号响应效果(Doherty,L.,Zhao,Y.,Zhao,X.,Hu,Y.,Hao,X.,Xu,L.and Liu,R.A review of arecently emerged technology:Constructed wetland--Microbial fuel cells.WaterResearch,2015,85,38-45.)，该系统无需质子交换膜，也无需刻意营造特定的电极室环境，大大降低了成本，使得采用CW-MFC型生物传感器实现COD的实时监测具备了可行性。

但是，通过电压的响应来实时反馈COD浓度的方式也存在一定的缺陷。比如当污水含难降解有机物、组成复杂时，电压信号往往响应滞后、不稳定，导致不能真实准确的反映COD浓度情况。而且，阳极区的厌氧环境利于硝酸盐还原菌、硫酸盐还原菌的生长，而这些菌属的生长会直接利用阳极产生的电子进行硝酸盐、硫酸盐还原，因而会对输出的电压信号产生干扰。

另外，对于生物处理工艺，污水的冲击负荷往往会造成灾难性的后果，即使是抗冲击负荷较强的生物膜工艺也只能被动应付。人工湿地在污水净化过程中由于填料的挂膜更接近生物膜工艺，对于水量突然增大引起的水力冲击负荷和污染物浓度增加引起的有机冲击负荷等也会被动承受，导致出雍水、生物膜脱落、水水质恶化等后果。

如何能采取经济有效的方法主动测定反馈污水中的有机负荷或者是COD浓度，并根据冲击有机负荷调整相应的运行参数来保障人工湿地的稳定运行以及出水水质效果是实际工程中亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种垂直流人工湿地净化污水过程中对COD浓度进行实时监测的生物传感器的方法，方法简单易行，操作便捷，响应时间短、灵敏度高，稳定性好，可实时高效反馈系统的有机负荷，可根据有机冲击负荷实行调整进水水量，保障系统的稳定运行和净化效果。