一种MEC传感器在线自动化检测有机物指标的装置及方法与流程

本技术涉及废水处理，特别涉及一种mec传感器在线自动化检测有机物指标的装置及方法。

背景技术：

1、持久性有机污染物等难降解物质在水环境中降解缓慢且抗降解能力强，对水生态安全和人体健康构成潜在威胁。生化需氧量和总有机碳是评价水体有机污染程度的常用指标，但传统的检测方法通常流程繁琐、耗时较长，难以满足对有机污染物进行实时监测和快速预警的实际需求。

2、近年来，生物电化学系统作为一种基于电化学转化过程的新型检测技术受到关注。该类系统利用微生物的催化活性，将储存在可生物降解有机物中的化学能转化为可测量的电信号。其中，微生物燃料电池被认为是一种有前景的生物传感技术，可用于废水处理和能量回收。微生物电解池相较于微生物燃料电池具有更高的稳定性和可靠性，其阳极中的电活性微生物在降解有机物时会产生电流，且电流大小与废水中有机物含量相关，因此微生物电解池可作为快速估算有机物浓度的生物传感器。已有相关技术方案将生物电化学系统与水样输送单元、信号采集装置及计算机构成监测体系，通过采集电信号并传输分析来实现对水体有机物指标的监测；也有方案采用连续流的无膜生物阴极微生物燃料电池，以生物阳极和生物阴极共同作为检测元件来实现水质监测；还有方案利用微流控技术将生物膜反应器与电化学电极集成于同一芯片上以实现传感器的微型化和自动监测。

3、然而，现有的基于生物电化学系统的有机物检测方案中，部分需要孵育生物膜，检测周期仍然较长；部分装置结构较为复杂，系统集成度不高，在实际应用中难以兼顾快速检测与操作便捷性。因此，如何提供一种响应迅速、结构相对简单且能够实现实时在线监测的有机物指标检测装置及方法，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术旨在提出一种mec传感器在线自动化检测有机物指标的装置及方法，以解决上述技术问题。

2、为达到上述目的，本技术的技术方案是这样实现的：

3、第一方面，本技术提出了一种mec传感器在线自动化检测有机物指标的装置，包括：

4、生物电化学系统，包括微生物电解池和三电极配置恒电位仪，所述微生物电解池包括阳极室和阴极室，所述阳极室用于容置产电菌，所述产电菌氧化分解有机物产生电子并输出电流；

5、数据采集转化系统，与所述生物电化学系统连接，所述数据采集转化系统包括控制计算机、与所述控制计算机连接的数据采集卡以及安装于所述控制计算机内的编程软件；

6、所述三电极配置恒电位仪的电流信号输入端与所述微生物电解池的电流输出端连接，所述三电极配置恒电位仪的信号输出端与所述数据采集卡的信号输入端连接，所述三电极配置恒电位仪用于收集所述微生物电解池输出的电流信号并转换为可采集电信号；

7、所述数据采集卡采集所述可采集电信号并传输至所述控制计算机，所述编程软件用于根据接收到的所述可采集电信号计算得到对应的有机物指标，所述控制计算机用于显示并保存监测结果。

8、进一步的，所述微生物电解池还包括设置在所述阳极室和所述阴极室之间的质子交换膜，所述阳极室和所述阴极室通过所述质子交换膜分隔，所述阳极室接种有厌氧污泥，所述阳极室内的产电菌在降解有机物时产生电子并输出电流。

9、进一步的，其特征在于，所述三电极配置恒电位仪包括工作电极、对电极和参比电极，所述工作电极、所述对电极和所述参比电极均设置在所述微生物电解池的内部，所述工作电极为碳纤维刷，所述对电极为铂片，所述参比电极为ag/agcl电极。

10、进一步的，所述碳纤维刷的表面附着有由产电菌形成的微生物膜，所述微生物膜包裹在所述碳纤维刷的碳纤维交错结构上。

11、进一步的，所述编程软件用于对不同有机物浓度下的输出电流与对应有机物指标进行曲线拟合以建立标准曲线，所述标准曲线保存于所述控制计算机内，所述控制计算机根据待测污水输出的电流值及所述标准曲线计算得到实时有机物指标值。

12、第二方面，本技术提出了一种应用于上述mec传感器在线自动化检测有机物指标的装置的方法，包括以下步骤：

13、s1，构建含有工作电极、对电极和参比电极三电极配置的电化学工作系统，所述工作电极、所述对电极和所述参比电极均设置于微生物电解池内部；

14、s2，取厌氧污泥加入所述微生物电解池进行接种，使产电菌附着于所述工作电极表面；

15、s3，对所述微生物电解池内的厌氧污泥进行驯化，使产电菌富集并适应有机物降解环境；

16、s4，通过恒电位仪在所述工作电极和所述参比电极之间施加电位差，使产电菌的正向胞外电子传递维持能量代谢并产生电流；

17、s5，保持所述恒电位仪与控制计算机连接，通过数据采集卡实时记录所述微生物电解池输出的电流信号并传输至所述控制计算机进行保存；

18、s6，更换基底液，分别测试不同已知有机物浓度的污水在所述微生物电解池中的输出电流情况；

19、s7，对所述不同已知有机物浓度及其对应的输出电流进行曲线拟合，建立有机物指标与输出电流之间的标准曲线，并将所述标准曲线保存至所述控制计算机；

20、s8，通入待测污水，所述控制计算机根据实时采集的输出电流值及所述标准曲线计算并显示对应的实时有机物指标值。

21、进一步的，所述步骤s3中，所述驯化为在厌氧条件下控制温度为30℃，ph值为7-7.2，使产电菌在所述工作电极表面富集形成稳定的电活性生物膜。

22、进一步的，所述步骤s4中，所述电位差为-0.2v，使所述工作电极处于适于产电菌胞外电子传递的恒电位状态。

23、进一步的，所述步骤s6中，所述基底液为含有乙酸钠和磷酸氢二钾的混合溶液，通过分别配置不同浓度的乙酸钠溶液模拟不同有机物浓度的污水。

24、进一步的，所述步骤s7中，所述有机物指标为bod值，所述标准曲线为bod值与输出电流之间的拟合曲线，所述控制计算机在采集到待测污水的输出电流值后，根据bod值与输出电流之间的拟合曲线自动计算得到对应的bod值并显示于所述控制计算机的显示界面上。

25、相较于现有技术，本技术提出的一种mec传感器在线自动化检测有机物指标的装置及方法具有以下优势：

26、（1）本技术通过设置生物电化学系统和数据采集转化系统，利用微生物电解池中产电菌氧化分解有机物产生电流，并由恒电位仪收集信号后传输至数据采集卡和控制计算机，通过编程软件计算得到对应的有机物指标，实现了电流信号的实时采集与处理。该装置无需孵育生物膜，整体结构简洁，易于搭建，从而有效缩短了检测时间，能够满足对污水中有机物指标进行实时在线监测的需求，适用于各类污水排放的场景。

27、（2）本技术通过在阳极室和阴极室之间设置质子交换膜，将阳极室与阴极室分隔开，使阳极相关微生物群落免受外部环境扰动隔离，有效缓解了高浓度抗生素等复杂污染物对反应器内微生物活性的负面影响。同时，通过采用碳纤维刷作为工作电极，其表面附着的产电菌形成的微生物膜包裹在碳纤维的交错结构上，提供了充足的附着位点以富集电活性细菌，保障了电子的稳定生成与传递。由此，本技术在复杂水质条件下依然能够保持较高的检测稳定性，增强了传感器对水质波动的抗干扰能力。

28、（3）本技术通过在编程软件中对不同有机物浓度下的输出电流与对应有机物指标进行曲线拟合以建立标准曲线，并将该标准曲线保存于控制计算机中，使得在通入待测污水后，控制计算机能够根据实时采集的输出电流值及标准曲线自动计算并显示对应的实时有机物指标值，进一步简化了操作流程，实现了从信号采集、数据处理到结果输出的全程自动化监测，保证了检测结果的稳定可靠。