检测废水生化需氧量的一种库伦方法技术

本发明专利技术公开了检测废水生化需氧量的一种库伦方法，首先构建生物电化学反应系统，反应系统的阴极室和阳极室用离子交换膜隔开；反应系统阴极和阳极之间用20-1000Ω的外电阻连接；保持反应系统的阴极为氧还原反应，阳极为被测水样的厌氧生物代谢反应；最后数据采集系统采集阳极厌氧生物代谢反应开始至结束期间的生物电化学反应系统输出电压，通过公式(I)获得BOD值。本发明专利技术所述库伦法可以准确测定生化需氧量浓度在2-500mg/L范围内的水样，相对于五日生化法的测量误差小于5％，时间可缩短为6-48小时，操作流程更加简单，可以实现废水中生化需氧量浓度的实时在线检测，具有可观的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于水环境化学分析领域，具体涉及检测废水生化需氧量的一种库伦方 法。
技术介绍
生化需氧量(biochemical oxygen demand，B0D)是反映水或污水中生物可降解有 机物含量的一个综合性指标，用以表征水体的污染状况。生化需氧量的值越高，说明水中有 机污染物质越多，污染也就越严重。传统的生化需氧量测试方法通常规定使用20°C、5天的 测试条件，并将结果以氧的mg/L表示，记为五日生化法(B0D 5)。随着突发性水污染事件愈发 频繁，这种方法越来越不能适应快速检测的要求。因此，开发一种新的、快速检测生化需氧 量的方法就成为水环境化学分析领域的研究重点。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供。 本专利技术采取的技术方案如下： 1、，包括如下步骤： (1)构建生物电化学反应系统，反应系统的阴极室和阳极室用离子交换膜隔开;反 应系统阴极和阳极之间用20-1000 Ω的外电阻连接;保持反应系统的阴极为氧还原反应，阳 极为被测水样的厌氧生物代谢反应； (2)数据采集系统采集阳极厌氧生物代谢反应开始至结束期间的生物电化学反应 系统输出电压，通过公式（I)获得B0D值；(I) E表示生物电化学反应系统输出电压，R表示外电阻阻值，F为法拉第常数，V为被测 水样体积，t表示时间；当E单位为伏特，R单位为欧姆，V单位为升时，B0D的单位为mg 〇2 · L -1 〇优选的，所述生物电化学反应系统的导电薄膜为质子交换膜。优选的，所述生物电化学反应系统的阳极室装有被测水样，被测水样pH为6.5~8 且电导率不小于5mS/cm，阳极反应温度保持在25-40°C之间；阴极室为与阳极室pH值和电导 率相同的不含有机物的磷酸盐溶液。 电导率可以为5~10ms/cm。 优选的，所述生物电化学反应系统的阴极为空气阴极或曝气阴极，阳极参与生物 代谢反应的微生物包含至少一种产电微生物。 优选的，所述空气阴极的支撑材料为防水碳布或网状金属材料，空气一侧涂刷聚 四氟乙烯或聚二甲基硅氧烷作为防水层，溶液一侧负载氧还原催化剂;所述曝气阴极选择 石墨棒、碳布为基体，负载氧还原催化剂。 优选的，所述生物电化学反应系统的阳极材料选择比表面积高、导电性好、无生物 毒害的材料。 优选的，所述生物电化学反应系统的阳极材料为碳基材料或不锈钢材料。 优选的，所述生物电化学反应系统的阳极材料为碳毡、碳刷或泡沫碳。 优选的，所述产电微生物为地杆菌或希瓦氏菌。 优选的，所述生物电化学反应系统为微生物燃料电池。 需要说明的是，本专利技术中未提到的其它条件或材料等均为本领域常规使用的条件 或材料等。 传统五日生化法基本原理是有机物在生物代谢过程中产生电子，氧气消耗电子 (如反应方程式1所示），通过检测反应前后氧气含量的变化可以计算出抑〇 5值。因为氧气浓 度的测定存在不准确性，为此本专利技术设计了一种生物电化学体系，将生物代谢过程与氧气 还原反应过程以电极反应形式分开(如反应方程式2和3所示），通过测定反应过程中所产生 的电量来计算B0D的浓度。本专利技术借助微生物燃料电池的基本原理，将阳极反应设计为有机 物的生物代谢过程，阴极反应设计为氧还原反应，通过测定从阳极反应开始至结束时间内 所产生的全部电量，通过数学计量关系直接计算出被测水样的生化需氧量浓度。 (1) (；2) 〇2+H++e^H20 (3) 本专利技术的有益效果在于:根据本专利技术所述库伦法测得的BOD值其精确度比传统五 日生化法精确度更高，可以准确测定生化需氧量浓度在2_500mg/L范围内的水样，相对于五 日生化法的测量误差小于5%，且测试偏差更小。另外，本专利技术在pH值为6.5~8.0、电导率不 小于5m S/cm以及反应温度在25-40°C范围内的测试时间为6-48小时，不仅大幅度减少了生 化需氧量的测试时间，且操作流程更加简单，可以实现废水中生化需氧量浓度的实时在线 检测，具有可观的应用前景。【附图说明】 为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图： 图1测定人工废水时微生物燃料电池输出电压随时间变化情况，图中箭头表示曲 线为从下至上B0D理论浓度逐渐增大的曲线。【具体实施方式】 下面对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。实施例中未注明具体条件的实验方 法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。 本专利技术提供，包括以下步骤： (1)构建一个双室空气阴极微生物燃料电池，阳极室和阴极室均为圆柱形结构，空 腔体积为5_50mL;阳极是经预处理的碳毡或碳刷；阴阳极室隔膜选用质子交换膜或离子交 换膜；阴极为防水碳布，溶液侧为氧还原催化剂，空气侧涂刷防水材料；阳极液以标准溶液 代替废水试样，主要成分如下： 葡萄糠 0.15 g/L 谷氨酸 0.15 g/L NH4CI 0.3： g/L NaH2PCV12H2〇 21.85 g/L Na2HP04-2H20 6.086 g/L KC1 0..1 g/L EDTA 0.005 g/L 微量元素12.5mL/L及维生素溶液5. OmL/L。 其中，微量元素溶液组成为： 氨三乙酸 ：]50 g/L MgSQ4*7H20 3.00 g/L MnS04*2HO 0.50 g/L NaCl 1.00 g/L FeS〇4 · 7H2〇、CoCl2、CaCl2 · 2H20、ZnS〇4各0.10g/L， CuS〇4 · 5H2〇、KAl(S〇4)2、H3B〇3、NaMo〇4 · 2H20各0.01g/L。 微生物溶液组成为： VB6 lO.Omg/L VB7 和叶酸 2.0mg/L VB12 O.lmg/L VB1、核黄素、烟酸、对氨基苯甲酸、混合泛酸f丐、硫辛酸各5. Omg当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
检测废水生化需氧量的一种库伦方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)构建生物电化学反应系统，反应系统的阴极室和阳极室用离子交换膜隔开；反应系统阴极和阳极之间用20‑1000Ω的外电阻连接；保持反应系统的阴极为氧还原反应，阳极为被测水样的厌氧生物代谢反应；(2)数据采集系统采集阳极厌氧生物代谢反应开始至结束期间的生物电化学反应系统输出电压，通过公式(I)获得BOD值；BOD=8000FV∫0tERdt---(I)]]>E表示生物电化学反应系统输出电压，R表示外电阻阻值，F为法拉第常数，V为被测水样体积，t表示时间；当E单位为伏特，R单位为欧姆，V单位为升时，BOD的单位为mg O2·L‑1。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鸿，刘元，
申请(专利权)人：中国科学院重庆绿色智能技术研究院，
类型：发明
国别省市：重庆;85