本发明专利技术公开了一种基于微生物燃料电池监测地下水有机污染的装置和方法，属于水环境监测技术领域，包括装置本体、与装置本体连通的进水管和置于装置本体中的电池装置；所述电池装置包括通过导线连接的阳极室和阴极室，所述阳极室和阴极室之间设有电流监测装置；所述装置本体顶部和底部均开口，所述装置本体底部插入地下水底泥中；所述进水管一端置于地下水中，所述进水管另一端与装置本体连通；所述阳极室置于装置本体内的底泥中，所述阴极室置于装置本体内的地下水中，该装置可以完成对地下水的实时原位监测，且适用于原位实地工作，监测精度高。
【技术实现步骤摘要】
基于微生物燃料电池监测地下水有机污染的装置和方法
本专利技术属于水环境监测
，具体是涉及一种基于微生物燃料电池监测地下水有机污染的装置和方法。
技术介绍
浅层地下水井是许多农村和城郊社区饮用水的主要来源，由于位于人类生活社区的浅井很容易凿取，因此社区内的浅井极易受到粪便污染或生活污水的影响。因此，对浅水井水质进行实时监测是十分必要的，可以避免城郊居民的正常健康生活受到影响。对地下水的水质进行监测的常规指标有溶解氧(DO)、生物需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)以及氮(N)污染负荷等，传统监测方法中对于指标测定只能定时采样，并在实验室进行，不能对水质进行户外的实时监测，操作复杂、费时费力、对监测人员的要求较高而且重现性较差，操作局限性较大，限制了监测的可行性，同时监测成本高。因此研究如何有效快速地对水质进行实时监测是当今十分热门的话题。经检索，中国专利CN201510126394X公开了一种有机污染物降解原位监测用海底沉积层生物燃料电池传感器系统，该系统利用海底生物燃料电池的电催化降解作用作为设计原理，即海底沉积层中的细菌不断分解有机污染物(如石油污染物)，产生电子，在海泥中置入负极，海水中置入正极，电子通过附着细菌转移到负极上，再经过导线转移至正极，如此便会形成不断的电流，测试系统中的电流和电压信号，最后根据电流大小与污染物体系降解率的相关性可以原位监测并评价石油污染降解效果，同时还可以提高石油的降解效率，该专利技术对海水的石油污染状况进行了监测，实现对海水污染的实时监测。但是该专利主要是针对海底沉积层的有机污染进行监测，虽然从原理上看能够解决海底沉积层有机污染的监测，但是在实际操作中，需要涉及系统装置的布置，尤其在现阶段为了实现有机污染的原位实时监测，本专利技术并没有充分说明原位实时监测的具体过程，不利于实际场景的操作，局限性大。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，传统的检测方法不能对水质进行户外的实时监测，操作复杂、费时费力、对监测人员的要求较高而且重现性较差，操作局限性较大，限制了监测的可行性，同时监测成本高；现有基于微生物燃料电池监测技术并没有充分说明原位实时监测的具体过程，不利于实际场景的操作，局限性大等缺陷，本专利技术提供一种基于微生物燃料电池监测地下水有机污染的装置，该装置可以完成对地下水的实时原位监测，且适用于原位实地工作，监测精度高；本专利技术提供了一种基于微生物燃料电池监测地下水有机污染的方法，可以实时原位对地下水进行监测，监测精度高。技术方案：为实现上述目的，本专利技术的一种基于微生物燃料电池监测地下水有机污染的装置，包括装置本体、与装置本体连通的进水管和置于装置本体中的电池装置；所述电池装置包括通过导线连接的阳极室和阴极室，所述阳极室和阴极室之间设有电流监测装置；所述装置本体顶部和底部均开口，所述装置本体底部插入地下水底泥中；所述进水管一端置于地下水中，所述进水管另一端与装置本体连通；所述阳极室置于装置本体内的底泥中，所述阴极室置于装置本体内的地下水中。进一步地，所述进水管上设有蠕动泵。进一步地，所述装置本体顶部外侧设有溢流堰。进一步地，所述阳极室和阴极室之间设有外电阻，该外电阻和电流监测装置串联。进一步地，所述阳极室和阴极室均采用石墨毡制作而成，石墨毡外均使用不锈钢网进行包覆。进一步地，包括温度测量装置，该温度测量装置包括温度测量仪和温度测量探头。基于微生物燃料电池监测地下水有机污染的方法，包括以下步骤：第一步：原位搭建所述的基于微生物燃料电池监测地下水有机污染的装置；第二步：使装置本体底部置于地下水底泥中，使阳极室全部置于装置本体内的底泥中；第三步：然后往装置本体内投入碎石，在装置本体内底部铺设碎石层；第四步：通过蠕动泵往装置本体内排入地下水，原位地下水在装置本体中持续流动，当地下水溢过装置本体的顶部时，地下水从溢流堰流出；第五步：通过电流监测装置实时监测电流大小，实现原位实时监测地下水污染现状。进一步地，在实验过程中，将电流监测装置置于恒温箱内，保证恒温箱内温度在20～25℃。进一步地，所述碎石层的厚度为0.1～0.2m。进一步地，所述碎石层的碎石的粒径为5～10mm。有益效果：本专利技术与现有技术比较，具有的优点是：1、本专利技术的一种基于微生物燃料电池监测地下水有机污染的装置，通过在原位地下水中放置装置本体，并通过进水管和蠕动泵为装置本体内实时通入地下水，使装置本体内的地下水可持续更换，将污水中的有机物质作为电子供体，在微生物的作用下分解生成质子和电子，在电极之间形成进行电子传递，从而形成电流，污水中有机物的浓度会影响微生物燃料电池的产电量，本专利技术充分利用了微生物燃料电池的这一特性，实现了对地下水有机污染状况连续、实时的原位监测；2、本专利技术的一种基于微生物燃料电池监测地下水有机污染的装置，运用地下水底泥中富含大量微生物的这一特性，有效增强了微生物燃料电池对污染的反应，而且微生物燃料电池在对水质进行监测的同时，不仅不会产生二次污染，还会消耗水中有机物，进而对地下水水质进行修复；3、本专利技术的一种基于微生物燃料电池监测地下水有机污染的装置，采用装置本体，将电池装置置于装置本体中，装置本体起到对电池装置的保护作用，电池装置中的电极以及导线不会因为急流等影响而发生损坏，进一步提高了电池装置工作的稳定性，使得电流监测装置可以稳定监测电流信号，进一步提高了监测精度；4、本专利技术的一种基于微生物燃料电池监测地下水有机污染的方法，充分说明原位实时监测的具体过程，利于实际场景的操作，具有可扩展性；5、本专利技术的一种基于微生物燃料电池监测地下水有机污染的方法，待装置固定好后，从顶部向底部投入碎石，碎石对底泥有良好的截留作用，以防止在实时监测过程中底泥出现上浮现象，进一步提高了监测精度；6、本专利技术的一种基于微生物燃料电池监测地下水有机污染的方法，为了排除温度对监测精度的影响，在实验过程中需将电流监测装置至于恒温箱内，保证仪器在20～25℃的环境条件下运行，进一步提高了监测精度；7、本专利技术采用钛线作为导线，钛线的电阻小，减少了电流损失，使监测更灵敏；阴阳两极选用石墨毡，还将不锈钢网作为集电器，加快电子传递速率；8、本专利技术能对地下水的有机污染进行实时、原位监测，且操作简单，运行费用低以及所选成本低廉，有较大的推广价值。附图说明图1是本专利技术装置结构示意图。图2是系统电流变化与地下水污染有机负荷之间的关系曲线图。附图标号说明：1、装置本体；2、进水管；3、导线。4、阳极室。5、阴极室。6、电流监测装置。7、溢流堰。8、蠕动泵。9、外电阻。10、温度测量装置。11、碎石层。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作更进一步的说明。实施例一：本实施例的一种基于微生物燃料电池监测地下水有机污染的装置，参照图1，包括装置本体1、与装置本体1连通的进水管2和置于装置本体1中的电池装置；采用装置本体1，将电池装置的电极以及导线置于装置本体1中，装置本体1对电池装置起到保护的作用，电极不会因为急流等客观因素的影响而发生工作不稳定性；通过进水管2，将进水管2一端置于地下水中，进水管2另一端与装置本体1连通，在进水管2上设有蠕动泵8，通过蠕动泵8可以将装置本体1中的地下水实时持续更换，完成实时原位监测；该电池装置本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于微生物燃料电池监测地下水有机污染的装置，其特征在于，包括装置本体(1)、与装置本体(1)连通的进水管(2)和置于装置本体(1)中的电池装置；所述电池装置包括通过导线(3)连接的阳极室(4)和阴极室(5)，所述阳极室(4)和阴极室(5)之间设有电流监测装置(6)；所述装置本体(1)顶部和底部均开口，所述装置本体(1)底部插入地下水底泥中；所述进水管(2)一端置于地下水中，所述进水管(2)另一端与装置本体(1)连通；所述阳极室(4)置于装置本体(1)内的底泥中，所述阴极室(5)置于装置本体(1)内的地下水中。
【技术特征摘要】
1.基于微生物燃料电池监测地下水有机污染的装置，其特征在于，包括装置本体(1)、与装置本体(1)连通的进水管(2)和置于装置本体(1)中的电池装置；所述电池装置包括通过导线(3)连接的阳极室(4)和阴极室(5)，所述阳极室(4)和阴极室(5)之间设有电流监测装置(6)；所述装置本体(1)顶部和底部均开口，所述装置本体(1)底部插入地下水底泥中；所述进水管(2)一端置于地下水中，所述进水管(2)另一端与装置本体(1)连通；所述阳极室(4)置于装置本体(1)内的底泥中，所述阴极室(5)置于装置本体(1)内的地下水中。2.根据权利要求1所述的基于微生物燃料电池监测地下水有机污染的装置，其特征在于，所述进水管(2)上设有蠕动泵(8)。3.根据权利要求1或2所述的基于微生物燃料电池监测地下水有机污染的装置，其特征在于，所述装置本体(1)顶部外侧设有溢流堰(7)。4.根据权利要求3所述的基于微生物燃料电池监测地下水有机污染的装置，其特征在于，所述阳极室(4)和阴极室(5)之间设有外电阻(9)，该外电阻(9)和电流监测装置(6)串联。5.根据权利要求4所述的基于微生物燃料电池监测地下水有机污染的装置，其特征在于，所述阳极室(4)和阴极室(5)均采用石墨毡电极，石墨毡电极外均采用不锈钢网进行包覆。6.根据权利要求5所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪龙眠，谢雪歌，张毅敏，彭福全，晁建颖，杨飞，孔明，高月香，朱月明，徐斌，
申请(专利权)人：环境保护部南京环境科学研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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