【CN109632919A】基于微生物电化学信号在线监测污染沉积物毒性的方法【专利】

生物毒性的监测方法哪种更适合在线监测呢？生物毒性的监测方法哪种更适合在线监测呢？随着近代工业的发展，人类赖以生存的水生生态系统受到了越来越严重的威胁，而且突发性环境污染事故时有发生，如人为投毒、自然灾害、石油化工及有毒有害危险品的生产、储存和运输过程发生的事故等对环境水体造成的污染。

“生物毒性”这一指标能真实的反映污染物对水环境综合毒害效应，故在饮用水水源地、湖泊、水库等区域开展生物毒性水质在线监测，能及时有效的保障人民的生命安全，维护社会安定。

用于检测生物毒性的方法主要有“生物观测法”、“细菌发光法”和“化学发光法”三种。

最早出现的是“生物观测法”，其采用游生物、藻类或鱼类等水生生物，以水生生物的形态、运动性、生理代谢的变化或死亡率来评价环境污染物的毒性，曾一度成为评价环境污染的主要手段之一。

由于该方法涉及的水生生物，其行为受环境的影响较大（例如温度、pH、溶解氧），且物种的代表性又非常受限，因此该方法致命的缺点是测量结果不稳定、可溯源性差，因而不适合现场快速测试和在线监测。

“细菌发光法”是建立在细菌发光生物传感方法基础上的毒性检测技术，它能有效的检测突发性或破坏性的环境污染。

“细菌发光法”采用的是“发光细菌”，与“生物观测法”采用的“水生生物”相比，在“代表性”方面具有一定的优势。

但是由于“发光细菌”需要在-18~-20℃的条件下保存，而其复苏又要在3~8℃的条件下进行（这对于现场环境来说是非常苛刻的），且测量结果受环境的影响较大，因此该方法同样存在测量结果不稳定、可溯源性差的缺点，同样不适合于现场快速测试和在线监测。

“化学发光法”是近些年出现的一种新型生物毒性分析技术，是一种根据化学反应产生的荧光强度来确定反应中相应物质含量的分析方法。

由于“化学发光法”在常温下即可进行分析，试剂的稳定性又好，因此具有测量数据稳定、测量结果准确度高、线性范围宽、分析速度快、设备简单、使用维护方便、生产及运维成本低等优点，因而更适合于现场快速测试和在线监测。

污水中有毒有害物质的在线检测方法随着人们环保意识的不断提高和城市化进程的加速，污水处理成为人们比较关心的问题之一。

在处理污水的过程中，存在着许多有毒有害物质，例如重金属、挥发性有机物等，这些物质对环境和人类的健康都具有很大的威胁。

因此，污水中有毒有害物质的在线检测方法成为一项十分必要的研究。

一、污水中有毒有害物质的类型污水中常见的有毒有害物质包括重金属、挥发性有机物、氮、磷等。

其中，重金属包括铬、镉、铅等，这些重金属的中毒会对人体的肝、肾、中枢神经系统产生严重影响。

挥发性有机物则包括苯、甲苯、二甲苯等，这些物质对人体呼吸系统和中枢神经系统有较强的刺激作用。

此外，氮磷等营养物质的过多排放，会使得水体富营养化进而引起藻类爆发，对水环境造成极大的危害。

二、常见的有毒有害物质检测方法1. 光电化学检测法光电化学检测法是一种传感器技术，可以通过光学信号转换为电学信号来检测污水中的有害物质。

这种检测法具有快速、灵敏、简单等优势，可以实现在线检测，但是其对检测环境的要求较高，尤其是光源和探测器的噪声容易影响检测结果。

2. 气相色谱法气相色谱法是一种可靠的检测有害挥发性有机物的方法，这种方法可以将样品中的有机物化为气态，然后通过色谱柱分离并测量有机物的浓度。

此外，气相色谱法还可以进行多组分分析，并且具有较高的灵敏度和稳定性，但是其需要复杂的样品处理和昂贵的仪器设备。

3. 荧光光谱法荧光光谱法是一种可以同时检测多种有害物质的方法，其原理是利用有害物质的荧光特性来进行检测。

这种方法具有快速、灵敏、专属性强等优势，而且对样品的前处理要求较低，同时具有非常广泛的应用范围。

但是，荧光光谱法容易受到环境噪声等干扰，因此需要进行精细的数据处理和校正。

三、发展趋势近年来，有毒有害物质在线检测技术得到了长足的发展。

利用新型的传感器技术和先进的数据分析方法，可以实现更为准确、智能的在线检测。

与此同时，移动化、便携化的趋势也在推动着在线检测技术的发展方向。

专利名称：一种利用微生物电化学系统监测和去除毒性物质硒的方法
专利类型：发明专利
发明人：杨俏,梁胜娜,赵淑艳
申请号：CN201711067920.5
申请日：20171103
公开号：CN107935195A
公开日：
20180420
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明属于污水处理技术领域，本发明提供一种利用微生物电化学系统监测和去除毒性物质硒的方法，基于微生物电化学系统和外部电路系统实现，步骤为：1)组装微生物电化学系统；2)阳极碳刷培养形成产电生物膜；3)连续运行加入0‑150mg/L浓度含硒废水，稳定运行记录浓度梯度含硒废水电压周期，测试特性浓度含硒废水出水浓度。

本发明基于微生物电化学系统在线实时监测水质硒的污染的同时去除毒性物质硒，具有产电、监测和去除毒性物质硒的多重作用，是一种经济环保的处理技术。

申请人：大连理工大学
地址：124221 辽宁省盘锦市辽东湾新区大工路2号
国籍：CN
代理机构：大连理工大学专利中心
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专利名称：一种基于微型管式微生物燃料电池的水质毒性监测方法
专利类型：发明专利
发明人：张乐华,焦杨,晏驰,刘熠阳,陈鹏
申请号：CN201810319448.8
申请日：20180411
公开号：CN110364758A
公开日：
20191022
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供一种基于微型管式微生物燃料电池的水质毒性监测方法，目的是实现水质毒性的快速在线检测。

传统理化分析方法虽然能够定量分析水体中有毒物的种类与浓度，但操作过程复杂，无法实时在线监测，而且不能反映各种有毒物质的综合效应。

基于本发明中的微型管式微生物燃料电池的水质毒性检测方法，能高效快速的响应废水中含有的重金属物质，检测精度高，响应速度快，且操作过程简单。

申请人：华东理工大学
地址：200237 上海市徐汇区梅陇路130号
国籍：CN
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专利名称：一种基于微生物电化学信号的便携式水体毒性检测装置
专利类型：实用新型专利
发明人：丁艳君,闫杰,李杏梅,凌江
申请号：CN201521046586.1
申请日：20151216
公开号：CN205246592U
公开日：
20160518
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及水质检测技术领域，公开了一种基于微生物电化学信号的便携式水体毒性检测装置，其中，底板安装于支腿上，滚珠丝杆安装于底板上并与设于底板上的驱动电机连接，夹板设于滚珠丝杆的两侧，顶板固定于夹板的顶部，丝杆螺母套设于滚珠丝杆上，筒体通过支架与丝杆螺母连接，条状生物传感器安装于顶板的下端，筒体上设有与条状生物传感器相对应的检测口，分析模块和显示模块均安装于顶板的顶部，分析模块与条状生物传感器连接，显示模块与分析模块连接。

本实用新型可自动控制筒体的升降，进而实现条状生物传感器对筒体内水质的检测，避免了手工操作而存在的二次污染。

申请人：中南大学
地址：410083 湖南省长沙市岳麓区麓山南路932号
国籍：CN
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专利名称：一种可用于即时监测和检测水体生物毒性的电化学传感器装置
专利类型：实用新型专利
发明人：只金芳,李久铭,王钰宁,钱俊
申请号：CN201220287956.0
申请日：20120615
公开号：CN202676654U
公开日：
20130116
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种可用于即时监测和检测水体生物毒性的电化学传感器的装置。

它包括：盒体（1）、盒盖（2）、电解池（3）、丝网印刷电极（4）、便携式电化学工作站（5）；其中，电解池（3）、丝网印刷电极（4）、便携式电化学工作站（5）放置在盒体（1）内。

本实用新型的电化学传感器可即时监测水体生物毒性的改变和检测水体生物毒性大小，达到即时、在线、连续的检测，具有分析灵敏度高、成本低廉、操作简单、便于携带等特点。

申请人：中国科学院理化技术研究所
地址：100190 北京市海淀区中关村东路29号
国籍：CN
代理机构：北京正理专利代理有限公司
代理人：张文祎
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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010449314.5(22)申请日 2020.05.25(71)申请人 广州中国科学院沈阳自动化研究所分所地址 511458 广东省广州市南沙区海滨路1121号申请人 中国科学院沈阳自动化研究所(72)发明人 凌宇祥　唐嘉丽　于广平　(74)专利代理机构 广州市华学知识产权代理有限公司 44245代理人 李斌(51)Int.Cl.G01N 27/404(2006.01)G01N 33/18(2006.01)G06F 17/18(2006.01)(54)发明名称基于微生物燃料电池的生化需氧量在线自动检测系统及方法(57)摘要本发明公开了一种基于微生物燃料电池的生化需氧量在线自动检测系统及方法，该检测系统包括预处理模块、自动进样模块、微生物燃料电池检测模块、中央控制系统模块和无线传输模块，所述各个模块内设置若干子系统。

本发明采用MFC反应器作为BOD检测的核心部件，利用MFC阳极室中产电微生物对水样中有机物浓度变化的敏感性和特异性，通过采集MFC反应器的输出电信号，代入相应数学模型中计算，实现待测水样中BOD值的在线、实时、快速检测；通过设置多个通道，提高检测数据的准确率和系统运行的稳定性；无线传输模块也可满足水质远程监控要求。

权利要求书3页 说明书10页 附图2页CN 111579618 A 2020.08.25C N 111579618A1.基于微生物燃料电池的生化需氧量在线自动检测系统，其特征在于，包括预处理模块、自动进样模块、微生物燃料电池检测模块、中央控制系统模块和无线传输模块；所述预处理模块包括自动采样系统、干扰离子调节系统和水样消毒系统；所述自动采样系统，用于定量采集待测水样，自动、定时地将待测水体泵入检测系统中；所述干扰离子调节系统，用于降低水样中干扰离子的浓度；所述水样消毒系统，用于灭活待测水样中存在的各类杂菌和致病菌；所述自动进样模块包括自动稀释系统、溶解氧去除系统、水样预热系统和自动进样系统；所述自动稀释系统，用于对超过系统可测量浓度范围的待测水样按比例进行稀释，使其符合检测浓度要求；所述溶解氧去除系统，用于确保微生物燃料电池阳极室内严格厌氧环境，减少因水样中溶解氧浓度过量而对阳极生物膜造成的伤害，保证检测结果的准确性和系统运行的稳定性；所述水样预热系统，用于对待测水样进行预热，使其在进入微生物燃料电池检测模块时的溶液温度已达预设标准，缩短其在测量池内的加热时间，提高测量结果的准确性和稳定性；所述自动进样系统，用于将预处理完全的待测水样定量地输送至微生物燃料电池阳极室中进行检测；所述微生物燃料电池检测模块包括MFC检测系统、恒温控制系统、数据采集系统和反应器自动清洗系统；所述MFC检测系统，用于对待测水样中BOD浓度的测量；所述恒温控制系统，用于保证微生物燃料电池能够在适当的温度条件下稳定运行；所述数据采集系统，用于采集微生物燃料电池阴、阳极两端输出的电信号变化值；所述反应器自动清洗系统，用于对每次检测后的微生物燃料电池阳极室和阴极室进行清洗，确保每次测量结果不受上一次测量的影响；所述中央控制系统模块，用于负责各个系统的稳定运行，发送操作指令，使整个在线检测系统处于高度自动化状态；所述中央控制系统中数据处理模型为：以“一元线性回归方程”为主，“非线性回归方程”为辅的混合数据处理模型，对处于系统正常检测浓度范围内的水样，依据一元线性回归方程进行浓度计算，对高于系统正常检测浓度范围的水样，则通过非线性回归曲线进行数据拟合和处理；所述无线传输模块，用于所有数据的远程通信传输，实现水质远程监控和在线实时预警。