[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

说明书

本发明公开了一种实时原位检测污水中亚硝酸盐的生物电化学方法，包括步骤1)：将生物电极作为阳极、非生物电极作为阴极通过MFC模式闭路运行，在阳极室中添加接种溶液，接种过程持续五天，每天更换接种溶液；步骤2)：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，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，获取电响应、并选择最优电响应输出电位；步骤4)：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。

技术领域

本发明属于生物传感器和水体污染物检测领域。本发明涉及基于生物电化学反应的污染物检测技术，生物电化学传感器采用该检测方法可以实现实时原位的亚硝酸盐浓度测量；尤其涉及一种实时原位检测污水中亚硝酸盐的生物电化学方法。

背景技术

亚硝酸盐是一种典型的有毒污染物，广泛出现在生活废水和工业废水中。污水中的亚硝酸盐随着排放废水的汇集和硝化反应的发生，可能会由低浓度升高至高浓度。通常，的亚硝酸盐累积可引起食物中毒，而3g以上的亚硝酸盐累积可致人死亡。因此，为避免可能的环境和人类健康风险，需定期监测水体亚硝酸盐以保证水体亚硝酸盐浓度始终低于0.1mgNO₂^--N L^-1。

通常,我们通过N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法或色谱法对亚硝酸盐进行非原位检测。这些方法在测试过程中会排放大量有毒试剂，造成二次污染，且需要长的测试时间，昂贵的实验室设备和熟练的技术人员。因此，这些方法不适合投放于不同水体中进行实时现场亚硝酸盐监测。

基于对生物电化学反应的高度选择性，研究人员开发了以生物合成酶(例如细胞色素c亚硝酸还原酶)为检测单元的生物电化学传感器。随着不同的酶聚合方法的发展包括每单位面积负载更多的亚硝酸还原酶和加快电子转移过程，使得亚硝酸酶生物传感器的检测限达到0.014mgNO₂^--N L^-1。然而，由于环境因素和毒物的影响，亚硝酸还原酶会发生不可逆变化，致使亚硝酸酶生物传感器的性能发生改变。并且亚硝酸还原酶不具自我再生能力，亚硝酸酶生物传感器的使用寿命极短，因此需要经常更换传感器的检测单元，从而不适用于连续在线的亚硝酸盐监测。

亚硝酸盐还原菌是亚硝酸还原酶的天然载体，并且可以自我再生。因此，有可能可以使用亚硝酸盐还原菌作为检测单元来构建具有稳定的高性能的亚硝酸盐生物传感器。但是，目前未有以亚硝酸盐还原菌作为检测单元的亚硝酸盐生物传感器的报道，这可能是由于成熟的亚硝酸盐还原生物阴极的培养时间较长(通常超过92天)，并且需要持续输入电能以维持电活性亚硝酸盐的增长。此外，实际污水中所含的有机物很可能导致自养生物电化学反应器发生不可逆转的变化，这使得以亚硝酸盐还原菌作为检测单元的亚硝酸盐生物传感器在运行中性能可能发生变化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种实时原位检测污水中亚硝酸盐的生物电化学方法。该方法能够长期实时在线监测污水亚硝酸盐。

一种实时原位检测污水中亚硝酸盐的生物电化学方法，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50mM磷酸盐缓冲液，其中含有12.5mL L^-1微量矿物质、5mL L^-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；

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；