本实用新型专利技术公开了一种利用微生物电解池技术在线监测硝态氮浓度的装置，其包括微生物电解池，用于测定不同水体中的硝态氮浓度；恒电位仪；水力旋流器；样品自动稀释器、静态混匀器、在线脱气机；储液罐；恒温箱。本实用新型专利技术装置具有灵敏度高、检测时间短、线性范围宽及操作简单等优点，可在线测定硝酸根离子，大大提高了监测水平，此外，本实用新型专利技术装置在功能微生物培养过程中不需要添加葡萄糖等有机物，从而极大地提高了装置的可操作性，并降低了装置的维护要求。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种硝酸根离子浓度测定的方法与装置，具体涉及一种利用微生物电解池技术在线监测硝态氮浓度的方法与装置。
技术介绍
由于现代工、农业的发展会排放大量的含硝酸盐的污水。硝酸盐成为最普遍存在的水体污染物之一。近年来，我国地下水中硝酸盐的污染问题日益突出，有些地区的地下水中硝酸盐氮的含量高达40 mg/L（以氮计）。饮用水中硝酸盐的危害主要是诱发高铁血蛋白症，同时，硝酸盐和亚硝酸盐转化为亚硝胺，具有致癌作用。因此，对各种水体中硝酸盐的在线监测是一个亟待解决的问题。目前水体中硝态氮浓度测定的方法包括：紫外分光光度法直接测定、酚二磺酸比色法及还原-显色比色法、离子色谱法、硝酸根离子选择电极法及恒电位电解还原法。紫外分光光度法和比色法是检测器通过测量样品或样品反应产物的吸光度，把检测样品和标准物质产生的吸光值进行比较得出检测样品的浓度，存在有机质和颗粒物干扰、检测时间长及样品预处理繁琐（针对污水）的缺点，因而紫外分光光度法和比色法不适合在线检测硝酸根离子浓度。离子色谱法不仅需要昂贵的设备，而且存在有机质和颗粒物干扰及样品预处理繁琐（针对污水）的缺点，因而也不适合在线检测硝酸根离子浓度。硝酸根离子选择电极法和恒电位电解还原法虽然检测时间，但是在测量污水样品时易在硝酸根离子选择电极及电解电极的表面形成生物膜，从而降低了硝酸根离子选择电极法和恒电位电解还原法的稳定性和可操作性。因此，有必要研究和开发硝酸根离子浓度检测的新方法。
技术实现思路
本技术需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种硝酸根离子浓度在线测定装置，本技术具有灵敏度高、线性范围宽及检测时间短等优点，可用于在线测定不同水体中的硝态氮浓度。为解决上述问题，本技术采用如下技术方案：本技术提供了一种利用微生物电解池技术在线监测硝态氮浓度的装置，其特征在于：包括微生物电解池，用于测定硝酸根离子浓度的生物传感器；连接管；液体输送泵；水力旋流器；样品自动稀释器；静态混匀器；在线脱气机；恒电位仪；储液罐；恒温箱；电阻；数据采集系统，用于采集微生物电解池的输出信号；计算机和控制系统，用于控制整个装置的运行；计算机和控制系统分别和微生物电解池、液体输送泵、样品自动稀释器、在线脱气机、恒温箱及数据采集系统连接；数据采集系统与电阻并联。微生物电解池通过连接管与液体输送泵、水力旋流器、样品自动稀释器、静态混匀器、在线脱气机及储液罐连接。所述的利用微生物电解池技术在线监测硝态氮浓度的装置，其特征在于：微生物电解池阴极室的阴极电极表面附着有电活性反硝化细菌；所述电活性反硝化细菌可以以活性污泥、厌氧消化污泥、水底沉积物及污水为接种物富集获得。所述的利用微生物电解池技术在线监测硝态氮浓度的装置，其特征在于：装置在运行过程中只需要包括如下的磷酸盐缓冲液与微量元素基本无机培养基，不需要添加有机物。所述的利用微生物电解池技术在线监测硝态氮浓度的装置，其特征在于：在阳极室的阳电极上电解水产生质子和电子，产生的质子和电子迁移到阴极室为硝态氮的还原提供质子和电子。优选地，本技术微生物电解池为双室微生物电解池，微生物电解池包括阳极室和阴极室，阳极室和阴极室之间设置有分隔膜，所述分隔膜为质子交换膜、阳离子交换膜或双极膜；阳极室和阴极室内分别放置阳极电极和阴极电极；所述微生物电解池以惰性镀铂导电材料或铂材料为阳极电极、导电惰性材料（碳布、碳纸、石墨毡、网状玻璃碳或碳纤维刷）为阴极电极；阳极电极和阴极电极间通过钛丝、导线、恒电位仪及电阻连接。阴极室通过连接管与液体输送泵、样品自动稀释器、静态混匀器、在线脱气机、储液罐及采样泵连接。阳极室通过连接管及液体输送泵和阳极储液罐连接。所述的利用微生物电解池技术在线监测硝态氮浓度的装置，其特征在于：恒电位仪高电位端通过导线与电阻相连，电阻通过钛丝与阳极电极相连，恒电位仪的低电位端通过钛丝与阴极电极相连，电阻两端连接一个用于测定电阻两端电压的数据采集系统。所述的利用微生物电解池技术在线监测硝态氮浓度的装置，其特征在于：装置上的所有输送泵、采样泵、样品自动稀释器、在线脱气机、恒温箱及数据采集系统均和计算机控制系统连接；数据采集系统和电阻并联，用于采集电阻两端的电压。所述的利用微生物电解池技术在线监测硝态氮浓度的装置，其特征在于：所述微生物电解池安装于一个恒温箱内。所述的利用微生物电解池技术在线监测硝态氮浓度的装置，其特征在于：恒电位仪输出的直流电压范围为0.0~3.0 V。所述的利用微生物电解池技术在线监测硝态氮浓度的装置，其特征在于：进入微生物电解池阴极室的样品溶液的流量范围为0.1~100 mL/min。一种利用微生物电解池技术在线监测硝态氮浓度的方法，其特征在于：将含硝酸根离子的待测样品加入到微生物电解池的阴极室中，阴极电极表面附着的功能微生物（反硝化细菌）利用阴极电极提供的电子和从阳极室扩散到阴极室的质子将硝酸根离子还原为N2的同时产生电流，测定由微生物电解池产生的最大电流，再根据微生物电解池产生的最大电流大小与硝酸根离子浓度之间的相关性来确定样品中硝酸根离子的浓度。基于传统微生物燃料电池构建的测定硝酸盐和亚硝酸盐浓度的传感器，其性能除受到微生物燃料电池阴极室功能微生物电活性反硝化细菌影响外，微生物燃料电池阳极室电活性微生物活性对其性能同样具有显著影响, 从而导致装置的可操作性和稳定性较差。此外，微生物燃料电池传感器的功能微生物位于微生物燃料电池的阳极室，且在运行过程中必须为阳极功能微生物提供葡萄糖等有机物，否则装置无法实现检测硝酸盐或亚硝酸盐浓度的功能。再次，由于有机物的稳定性差（其浓度会因染菌而发生变化），因而基于传统微生物燃料电池构建的测定硝酸盐和亚硝酸盐浓度的传感器装置的稳定性较差，且装置的维护要求高。本技术装置以微生物电解池为传感器，在微生物电解池阳极室的阳电极上电解水产生质子和电子，产生的质子和电子迁移到微生物电解池阴极室为硝态氮的还原提供质子和电子，因而传感器的性能不受传感器阳极的影响，与此同时装置在运行过程中不需要添加葡萄糖等有机物，因而极大地提高了装置的稳定性和可操作性，并降低了装置的维护要求。本技术具有灵敏度高、检测下限浓度低、检测时间短、线性范围宽、稳定性好、可操作性强及操作简单等优点，可在线测定硝酸根离子浓度。本技术方法具有快捷灵敏，检测时间短，大大提高了监测水平，并且具有较大的社会效益，是常规监测手段所无法达到的。附图说明图 1 为利用微生物电解池技术在线监测硝态氮浓度装置的结构示意图。通过下面的详细说明并结合附图，可以更清楚地理解本技术的上面的及其他的目的、特征和优点。具体实施方式实施例11. 用于在线测定硝态氮浓度装置的结构及微生物电解池感应器的设计与组装图1是用于硝态氮浓度在线测定装置的一个图解说明，所述装置包括：连接管1、采样泵2、连接管3、水力旋流器4、水力旋流器溢流管5、连接管6、蠕动泵7、连接管8、样品自动本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用微生物电解池技术在线监测硝态氮浓度的装置，其特征在于：包括微生物电解池，用于测定硝酸根离子浓度的生物传感器；连接管；液体输送泵；水力旋流器；样品自动稀释器、静态混匀器；在线脱气机；恒电位仪；储液罐；恒温箱；电阻；数据采集系统，用于采集微生物电解池的输出信号；计算机和控制系统，用于控制整个装置的运行；计算机和控制系统分别和微生物电解池、液体输送泵、样品自动稀释器、在线脱气机、恒温箱及数据采集系统连接；数据采集系统与电阻并联；微生物电解池通过连接管与液体输送泵、水力旋流器、样品自动稀释器、静态混匀器、在线脱气机及储液罐连接；所述装置在运行过程中只需要磷酸盐缓冲液与微量元素基本无机培养基，而不需要添加有机物；所述微生物电解池阴极室的阴极电极表面附着有电活性反硝化细菌； 所述恒电位仪输出的直流电压范围为0.0~3.0 V。
【技术特征摘要】
1.一种利用微生物电解池技术在线监测硝态氮浓度的装置，其特征在于：包括微生物电解池，用于测定硝酸根离子浓度的生物传感器；连接管；液体输送泵；水力旋流器；样品自动稀释器、静态混匀器；在线脱气机；恒电位仪；储液罐；恒温箱；电阻；数据采集系统，用于采集微生物电解池的输出信号；计算机和控制系统，用于控制整个装置的运行；计算机和控制系统分别和微生物电解池、液体输送泵、样品自动稀释器、在线脱气机、恒温箱及数据采集系统连接；数据采集系统与电阻并联；
微生物电解池通过连接管与液体输送泵、水力旋流器、样品自动稀释器、静态混匀器、在线脱气机及储液罐连接；
所述装置在运行过程中只需要磷酸盐缓冲液与微量元素基本无机培养基，而不需要添加有机物；
所述微生物电解池阴极室的阴极电极表面附着有电活性反硝化细菌；
所述恒电位仪输出的直流电压范围为0.0~3.0 V。
2.根据权利要求1所述的利用微生物电解池技术在线监测硝态氮浓度的装置，其特征在于：在阳极室的阳极电极上电解水产生质子和电子，产生的质子和电子迁移到阴极室为硝态氮的还原提供质子和电子。
3.根据权利要求1所述的利用微生物电解池技术在线监测硝态氮浓度的装置，其特征在于：所述微生物电解池为双室微生物电解池，包括阳极室和阴极室，阳极室和阴极室之间设置有分隔膜，所述分隔膜为质子交换膜、阳离子交换膜或双极...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋海明，李侠，司万童，张金山，潘建刚，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：新型
国别省市：内蒙古;15
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