发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种多功能生物电化学污染物检测装置。

一种多功能生物电化学污染物检测装置，包括具有两腔室结构的反应器，该反应器包括阳极室和阴极室，阳极室和阴极室之间用阳离子交换膜隔开，在阴极室内设有非生物电极，在阳极室内设有参比电极和生物电极；

当所述多功能生物电化学污染物检测装置中的生物电极和非生物电极外接电阻构成回路时，该电阻与反应器构建成生物电极培养装置；或，

当所述多功能生物电化学污染物检测装置中的生物电极、非生物电极和参比电极以三电极体系连接恒电位仪时，该反应器与恒电位仪构建成生物电化学传感器一体化装置；

其中，生物电化学传感器一体化装置所需的生物电极在生物电极培养装置中培养成熟。

优选的，所述多功能生物电化学污染物检测装置的阳极室上部还开设有pH计探头安装孔位、电导率仪探头安装孔位、温度计安装孔位、石墨电极安装孔位。

优选的，所述多功能生物电化学污染物检测装置的阳极室上还开设有出水口和进水口，所述出水口位于进水口上方。

优选的，所述多功能生物电化学污染物检测装置的阴极室上还开设有换液孔。

优选的，生物电极在生物电极培养装置中培养成熟包括如下步骤：步骤1)：将生物电极培养装置以MFC模式运行，并在阳极室中添加接种溶液对生物电极进行接种，接种过程持续五天，每天更换接种溶液，其中所述接种溶液为50％的接种物和50％的基质溶液的混合液，所述基质溶液为50mM磷酸盐缓冲液，含有12.5mL L^-1微量矿物质，5mL L^-1维生素，和1.50gBOD L^-1葡萄糖；所述接种物为产电功能微生物的污水；

步骤2)：接种过程结束后，生物电极在基质溶液中序批模式培养，每天更换所述基质溶液直至生物电极生长成熟；

其中在接种和培养生物电极过程中，阴极室溶液均为50mM PBS溶液，其中含有12.5mL L^-1微量矿物质，5mL L^-1维生素，每7天进行一次更换。

优选的，所述步骤1)中产电功能微生物的污水指的是利用存在于自然环境中或人工驯化后的含有关键产电微生物的污水，包括城市污水处理厂缺氧段污水，屠宰场废水。

优选的，产电微生物包括Geobacter属的微生物。

优选的，泡沫镍空气电极为非生物电极或者对电极、银/氯化银电极为参比电极、碳基电极为生物电极。

优选的，所述进水口和出水口为在阳极室壁面两侧开设直径4mm孔径的圆孔。

下面对本申请做进一步说明：

针对上述难题，本发明使用双室生物反应器构型，结合电化学工作站(即恒电位仪)，温度计，pH计和电导率仪，共同构建一种可用于不同污水污染物测试且可基于污水物性参数同步校正的生物电化学传感器装置。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

一种可用于不同污水污染物测试且可基于污水物性参数同步校正的生物电化学传感器装置。可以用于生物电极培养和可以同时获取生物电化学传感器对不同污水污染物响应电信号和污水物性参数的装置。

采用双室生物反应器构型，使用碳基材料(包括碳刷，碳布，石墨片等)富集电活性微生物培养生物电极，泡沫镍空气电极作为非生物电极，银/氯化银作为参比电极。在反应器上预置用于更换溶液的入水口和出水口孔位，和用于装载参比电极，温度计，pH计探头，电导率仪探头的孔位。生物电极培养阶段，采用含有产电功能微生物的污水作为接种物，反应器外接电阻，以MFC模式闭路运行。污水污染物测试时，反应器以三电极体系接入电化学工作站，将生物电极控制在不同电位下运行，进行不同的生物电化学反应，使能测试污水中不同污染物的浓度。根据温度计，pH计，电导率仪获得的污水温度，pH，电导率对电信号进行校正，实现污水中污染物浓度精确检测。

本发明中，双室生物反应器构型指的是，采用经典构型的立方体两腔室结构的反应器，阳极室内径35mm，长度40mm，体积40mL，阴极室内径35mm，长度20mm，体积20mL。两个腔室用阳离子交换膜隔开。

本发明中在反应器上预置入水口和出水口孔位指的是，在阳极室壁面两侧开直径4mm孔径的圆孔。

本发明中用于装载参比电极，温度计，pH计探头，电导率仪探头的孔位，指的是在反应器阳极室上部，孔径为10mm的圆孔。

本发明产电功能微生物的污水作为接种，指的是利用存在于自然环境中或人工驯化后的含有关键产电微生物的污水，包括城市污水处理厂缺氧段污水，屠宰场废水等。关键产电微生物包括Geobacter属的微生物等。

本发明中反应器外接电阻指的是，使用铜线作为导线将反应器的石墨片电极和泡沫镍空气电极与外电阻连接，形成闭合回路，其中生物电极为MFC阳极，泡沫镍空气电极为MFC阴极。

本发明中，反应器以三电极体系接入电化学工作站指的是，反应器的生物电极作为阳极，泡沫镍空气电极作为对电极，Ag/AgCl作为参比电极接入电化学工作站。

本发明中，生物电极控制在不同电位下指的是，通过电化学工作站在电位相对稳定的参比电极和生物电极之间施加特定的电压，实现对生物电极电位的控制。

反应器阳极室/工作电极室留有样品溶液进水口和出水口，分别位于反应器腔体的左右两侧，直径4mm。进水口距离反应器底部高度8mm,出水口距离反应器底部高度40mm。

本发明的反应器配套电阻箱和电化学工作站，可以实现在生物电极培养和生物电化学传感器两种功能的快速切换。

本发明的反应器配套温度计，pH计，电导率仪，可以在检测时同步获取污水物性参数，包括温度，pH，电导率。

发明原理描述：

本发明基于双室生物反应器构型，提供一种可以实现生物电极培养和污染物检测功能一体化的多功能生物电化学污染物检测装置，且该装置测试过程可以同步获得污水物性参数用于对检测结果同步校正。

反应器以双室生物反应器和电化学工作站构建生物电极培养装置和生物电化学传感器一体化装置。通过外接电阻和外接生物电化学工作站两种运行模式，实现生物电极培养装置和生物电化学传感器的相互转换。利用电化学工作站在生物电极和参比电极间施加电压，利用不同生物电化学过程(BOD氧化和亚硝酸盐还原)的反应电位的差异，调控生物电极上实时发生的生物电化学反应类型。

反应器设计时预留装载参比电极，温度计，pH计探头，电导率仪探头的孔位，在反应器作为生物电化学传感器使用时，通过电化学工作站，温度计，pH计，电导率仪的共同作用，可以同步获得生物传感器对污水中污染物浓度的电响应，污水物性参数(温度，pH，电导率)。

与现有技术相比，本发明有益效果如下：

1、本发明的多功能生物电化学污染物检测装置布局灵活可以实现生物电化学系统在生物电极培养模式和控电位运行模式之间的切换，节省成本并且可以重复利用。

2、本发明的多功能生物电化学污染物检测装置在可以通过电化学工作站调节生物电极电位实现同一个装置对不同污水污染物浓度的实时监测。

3、本发明的多功能生物电化学污染物检测装置构建而成的生物电化学传感器一体化装置可以同时获取污染物浓度响应信号和污水物性参数，实现实时检测和实时校正，提高生物电化学传感器测试精度。