[发明专利]一种实时原位预警水体重金属污染的方法

说明书

本发明涉及一种实时原位预警水体重金属污染的方法，属于水环境生物毒性预警技术领域。本发明提供了一种实时原位预警水体重金属污染的方法，主要是利用微生物燃料电池(MFC)传感器的库伦量抑制率和重金属离子浓度之间的线性关系，即剂量效应曲线对未知水样中重金属污染进行测定并分析。本发明的优点是采用单程连续流进样模式可以实现自动化控制；单室微生物燃料电池(MFC)传感器外接恒定电阻的构型结构简单，维护方便，且成本较低；传感器能实时输出信号，可使用在线设备远程分析，有利于原位在线监测。

技术领域

本发明属于水环境生物毒性预警技术领域，涉及一种实时原位预警水体重金属污染的方法。

背景技术

近年来，水体突发性重金属污染事故频发，受污染流域的水环境生态平衡和周边居民的人体健康均受到严重威胁。传统的水体重金属监测技术主要有大型仪器离线检测和生物传感器监测系统。大型仪器离线检测是通过理化分析方法对水样中的重金属物质进行定量分析，但设备复杂昂贵、预处理过程繁琐，且需要专业人员操作等缺陷使这类方法的时效性太差，无法及时反应突发性重金属污染事故的真实状况；生物传感器监测系统的主体是生物活体，如原生动植物、发光细菌和藻类等，可通过指示生物的行为变化和生理反应来综合评价水质重金属污染状况，但该类方法存在检测时间长、维护成本高、指示生物培养恢复困难的缺陷。

微生物燃料电池(MFC)传感器为水体突发性重金属污染的防控提供了一个新的思路，微生物燃料电池(MFC)传感器中阳极上的电活性微生物受到重金属的毒性抑制作用时，其新陈代谢活性会减弱，宏观表现为输出电信号的减弱，当达到阈值时便触发报警信号。相较于传统重金属检测技术，微生物燃料电池(MFC)传感器在一定程度上具有能量自持、信号直观和自我修复等优势。但目前微生物燃料电池(MFC)传感器在实现实时原位监测重金属污染时，仍存在以下问题：(1)间歇式的进样模式仍然需要往MFC传感器内手动注入水样、清洗并恢复，无法实现连续监测；(2)为了稳定阳极电势而外接的恒电位仪会增加使用成本和操作复杂度，难以实现原位监测。

因此，亟需研究一种可自动运行、维护成本较低、适用于实时原位监测的微生物燃料电池(MFC)传感器预警水质重金属污染的方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种实时原位预警水体重金属污染的方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、一种实时原位预警水体重金属污染的方法，所述方法具体如下：

(1)检测库伦抑制率：将通过以下公式计算微生物燃料电池(MFC)传感器中的库伦抑制率：

IR＝(CY₀-CY₁)/CY₀ (1)

其中，IR为库伦抑制率；CY₀为微生物燃料电池(MFC)传感器中无重金属污染的基线库伦量、单位为C；CY₁为MFC传感器中重金属污染的检测时段内的库伦量、单位为C；

(2)检测水体中重金属离子的浓度：根据库伦抑制率通过以下公式计算水体中重金属离子的浓度：

x＝(IR+R²)/k (2)

其中，x为水体中重金属离子的浓度、单位为mg/L；R²为水体剂量效应曲线的相关系数、k为水体剂量效应曲线的斜率；

(3)通过将步骤(2)中检测的水体中重金属浓度与标准的水体中的重金属离子的浓度进行比较从而达到预警的目的。