[发明专利]一种微生物燃料电池毒性传感器及运行方法

摘要

一种微生物燃料电池毒性传感器及运行方法，属于新能源与环境工程技术领域。反应装置为双室MFC，中间由阳离子交换膜隔开；阴极室为营养液并曝气，同时阴极室经由蠕动泵与营养液槽连通并构成循环管路；阳极室为重金属废水，阳极室经由蠕动泵与重金属废水槽连通并构成循环管路；阳极室的阳极材料采用碳刷，阴极室的阴极材料采用碳毡；阴极和阳极通过外加电阻连接在一起，外加电阻的两端连接电压数据采集系统；在最优条件下电压达到稳定后即可进行毒性检测。阴极室循环自配营养液并曝气，阳极室循环含重金属的废水。该系统从毒性物质最低浓度进行检测，在电压稳定时运行12h后的去除率均能达到90％以上。

主权项

1.一种微生物燃料电池毒性传感器的运行方法，其特征在于所述的微生物燃料电池毒性传感器反应装置为双室MFC，中间由阳离子交换膜隔开；阴极室为营养液并曝气，同时阴极室经由蠕动泵与营养液槽连通并构成循环管路；阳极室为重金属废水并，阳极室经由蠕动泵与重金属废水槽连通并构成循环管路；阳极室的阳极材料采用碳刷，碳刷以碳纤维和钛丝为原料拧制而成，阴极室的阴极材料采用碳毡；阴极和阳极通过外加电阻连接在一起，外加电阻的两端连接电压数据采集系统；包括以下步骤：(1)自配培养液：阳极采用1.0g/L葡萄糖作为底物，其他组成如下：NaAc 1.64g/L、NH₄Cl 1.5g/L、KCl 0.001g/L、CaCl₂ 0.001g/L、MgCl₂ 0.001g/L、Na₂HPO₄ 2.75g/L、KH₂PO₄ 3.0g/L；阴极采用1.0g/L碳酸氢钠为电子接受体，其他组成如下：NaAc 1.64g/L、NH₄Cl 1.5g/L、KCl 0.001g/L、CaCl₂ 0.001g/L、MgCl₂ 0.001g/L、Na₂HPO₄ 2.75g/L、KH₂PO₄ 3.0g/L；阴极和阳极自配培养液现配现用，调节pH为7.0左右，暗处可保存12h；(2)接种污泥并培养：启动阶段阴极均采用取自水厂好氧活性污泥接种，阳极采用厌氧活性污泥接种，自由沉降后取上清液，接种液采用对应的阳/阴极自配培养液与对应的好/厌氧污泥上清液按体积之比为6:4比例间歇培养，周期为2～3天，一周后电池即可产电，然后换为连续培养，连续培养时培养液完全采用步骤(1)中的对应的自配培养液进行培养；在培养过程中检测外电阻对应的电压；上述培养期间外接电阻在500～1500Ω之间，外循环速率在0.2～1.5mL/min之间；(3)建立待测重金属不同标准浓度与抑制率的关系曲线，在此检测期间阴极循环污水不变，阳极循环液为含有不同标准浓度的重金属和1.0g/L葡萄糖溶液，进行循环检测，并计算电量(式1‑2)与抑制率(式1‑3)，循环和外电压与步骤(2)相同；电量计算：式中Q‑电量，C；‑平均电流，mA；t₁,t₂‑检测时间的起始节点和终点)抑制率计算：式中R‑抑制率，％；Q_s‑稳定电量，为步骤(2)未加入待测重金属前检测时间内的电量，C；Q_d‑抑制后电量，为加入检测待测重金属后检测时间内的电量，C；稳定电量的检测时间与抑制后电量的检测时间相同，电量的计算中‑平均电流，采用A＝U/R的计算方式进行计算；(4)然后将待测的重金属污水加入到1.0g/L葡萄糖溶液中进行阳极循环，其他与步骤(3)条件相同，进行检测抑制率，从而计算得到待测的重金属污水的浓度。