[发明专利]一种实时原位检测污水中亚硝酸盐的生物电化学方法

权利要求书

1.一种实时原位检测污水中亚硝酸盐的生物电化学方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1）：将生物电化学反应器中的生物电极作为阳极、非生物电极作为阴极通过MFC模式闭路运行该生物电化学反应器，并在生物电化学反应器的阳极室中添加接种溶液进行接种，接种溶液为50％的接种物和50％的基质溶液的混合物，接种过程持续五天，每天更换接种溶液；其中，所述基质溶液是50 mM磷酸盐缓冲液，其中含有12.5 mL L^-1微量矿物质、5 mLL^-1维生素和1.50gBODL^-1有机物；所述接种物为含有功能微生物的污水；其中，步骤1）中：含有功能微生物的污水，指的是自然环境中或人工驯化后含有相关功能微生物的污水，包括城市污水处理厂缺氧段污水、屠宰场废水或实验室稳定生物电化学系统出水；

功能微生物指的是具有有机物氧化电活性的微生物和具有亚硝酸盐还原电活性的微生物，包括Geobacter属和Pseudomonas属的微生物；

所述1.50gBODL^-1有机物中的有机物包括乙酸钠、乳酸或葡萄糖;

步骤2）：接种完成后在基质溶液中培养生物电极，每天更换基质溶液直至电极生物膜生长成熟；

步骤3）：将生物电化学反应器以三电极体系连接恒电位仪，并将电极生物膜置于含有不同亚硝酸盐浓度的溶液进行线性伏安扫描分析，获取生物电极对含有不同亚硝酸盐浓度的溶液的电响应、并选择最优电响应输出电位； 其中，所述步骤3）中最优电响应输出电位是指扫描电流和亚硝酸盐浓度间的线性关系最好时所对应的输出电位；所述步骤3）中线性伏安扫描分析是指对生物电极进行线性伏安扫描测试，扫描范围由-0.2 V~-0.6V ，扫描速度为4mV s^-1；

步骤4）：依据最优电响应输出电位，在不同亚硝酸盐浓度的溶液中获得生物电化学传感器电响应信号与亚硝酸盐浓度的线性方程；

步骤5）：依据步骤4）所述的线性方程、和生物电极在被测污水中的电信号获得被测污水中的亚硝酸盐浓度。

2.根据权利要求1所述的生物电化学方法，其特征在于：还包括步骤6）：生物电极性能维持阶段：将含有电极生物膜的生物电极作为生物电化学反应器的阳极， 重复步骤2）以维持生物电极性能。

3.根据权利要求1或2所述的生物电化学方法，其特征在于：所述步骤1）中：生物电化学反应器包括由双室反应器构型组成，所述双室反应器构型为具有立方体两腔室结构的反应器，阳极室内径35mm，长度40 mm，体积40 mL，阴极室内径35 mm，长度20 mm，体积20mL；两个腔室用阳离子交换膜隔开。

4.根据权利要求1或2所述的生物电化学方法，其特征在于：所述步骤1）中MFC模式闭路运行是指生物电极和非生物电极之间通过铜线和外电阻相连，该模式下生物电极和非生物电极上可以自发进行电化学的半反应，电路中的电子由生物电极向非生物电极传递。

5.根据权利要求1或2所述的生物电化学方法，其特征在于：所述步骤2）中培养生物电极是指接种过程结束后，生物电极在基质溶液中序批模式培养，每天更换基质溶液；其中在接种和培养过程中，阴极室溶液均为50 mM PBS溶液，其中含有12.5 mL L^-1微量矿物质，5mL L^-1维生素，每7天进行一次更换。

6.根据权利要求1或2所述的生物电化学方法，其特征在于：所述步骤3）中：将生物电化学反应器以三电极体系连接恒电位仪是指：生物电极，泡沫镍空气电极和银/氯化银参比电极分别作为工作电极，对电极和参比电极接入恒电位仪，检测过程中，通过恒电位仪向生物电极和参比电极之间施加电压的方式控制生物电极电位，使生物电极运行特定的电化学测试。

7.根据权利要求1或2所述的生物电化学方法，其特征在于：所述步骤1）中以碳基材料作为生物电极材料，泡沫镍空气电极作为非生物电极，所述碳基材料包括碳毡，碳布，碳刷和石墨片。