（一）技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種在線(xiàn)監(jiān)測(cè)水中氨氮濃度的生物傳感器。

（二）

背景技術(shù)：

近年，我國(guó)水體有機(jī)污染得到有效控制，氮素污染凸顯為主要環(huán)境問(wèn)題。目前我國(guó)氨氮排放量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出受納水體的環(huán)境容量，氨氮已超過(guò)cod成為影響地表水環(huán)境質(zhì)量的首要指標(biāo)。為此，我國(guó)將氨氮納入污染物排放總量控制體系，作為主要污染物實(shí)施總量控制。根據(jù)《中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)》，我國(guó)目前每年氨氮排放總量超過(guò)幾百萬(wàn)噸，地表水、地下水和海洋水體均不同程度地存在氨氮污染。氨氮污染控制刻不容緩，已成為亟待解決的重大環(huán)保課題。

對(duì)水中氨氮進(jìn)行監(jiān)測(cè)是控制水體氨氮污染的重要手段。目前市場(chǎng)上出現(xiàn)的氨氮監(jiān)測(cè)儀按原理主要分為光度法和電極法兩種。光度法主要基于納氏試劑或水楊酸光度法，利用化學(xué)試劑與氨氮反應(yīng)顯色測(cè)定吸光度來(lái)，基于朗伯比爾定律定量水中氨氮濃度。光度法測(cè)定精度較高，但比色易受水中色度和濁度的影響，對(duì)儀器的預(yù)處理模塊提出較高要求，顯色劑保存時(shí)間短，顯色反應(yīng)所用化學(xué)試劑消耗量大，監(jiān)測(cè)成本高，且顯色劑多為有毒物質(zhì)，易對(duì)環(huán)境造成二次污染。電極法的原理主要是調(diào)節(jié)水樣ph值在強(qiáng)堿性范圍內(nèi)，使水中的銨離子轉(zhuǎn)化為以氨氣，氨氣透過(guò)氨氣敏電極的疏水膜引起內(nèi)充液ph變化，通過(guò)電極電位的變化測(cè)定氨。氨氣敏電極不受水體色度和濁度的影響，無(wú)需對(duì)水樣進(jìn)行預(yù)處理，但電極的易受污染，壽命較短。

（三）

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種測(cè)定精度高、適用范圍廣、使用壽命長(zhǎng)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)水中氨氮濃度的生物傳感器。

本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種在線(xiàn)監(jiān)測(cè)水中氨氮濃度的生物傳感器，包括通過(guò)連接模塊連接的探頭模塊和數(shù)據(jù)處理顯示模塊，其特征在于：所述探頭模塊為兩端通過(guò)頂固定密封圈和底固定密封圈封閉的多層管狀結(jié)構(gòu)，且由內(nèi)向外依次為多孔陰極棒、nafion涂層、碳基陽(yáng)極、電活性生物膜、離子篩選膜和保護(hù)濾網(wǎng)，頂固定密封圈上設(shè)置有連通電活性生物膜空間的菌種接種口；連接模塊為內(nèi)部包裹導(dǎo)線(xiàn)的可調(diào)伸縮桿，可調(diào)伸縮桿上下兩端分別連接探頭模塊和數(shù)據(jù)處理顯示模塊，導(dǎo)線(xiàn)兩端分別連接碳基陽(yáng)極和多孔陰極棒；數(shù)據(jù)處理顯示模塊包括內(nèi)部安裝信號(hào)轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器的密封防水殼，密封防水殼上設(shè)置有l(wèi)ed顯示屏，信號(hào)轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器兩端與導(dǎo)線(xiàn)連接。

本發(fā)明的更優(yōu)技術(shù)方案為：

所述菌種接種口上設(shè)置有橡膠帽，對(duì)菌種接種口進(jìn)行封閉，在使用前打開(kāi)，用于添加生物菌種。

所述多孔陰極棒的材料為mno2、fe2o3和pbo2中的一種或多種，多孔陰極棒的孔徑為0.1-0.3mm。

所述碳基陽(yáng)極為碳布、碳?xì)?、碳紙、石墨布和石墨氈中的一種，厚度為0.5-2mm。

所述電活性生物膜有厭氧氨氧化菌、氨氧化菌和反硝化細(xì)菌組成，厚度為150-300μm。

所述離子篩選膜為陽(yáng)離子交換膜。

所述保護(hù)濾網(wǎng)的材質(zhì)為硼硅微纖維，厚度為1-2mm，網(wǎng)孔直徑為0.5-0.8mm。

所述可調(diào)伸縮桿由直徑不同的不銹鋼管套接組成，不銹鋼管外表面涂有防腐聚丙烯涂層。

所述信號(hào)轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器包括信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、溫度補(bǔ)償電路、鹽度補(bǔ)償電路和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有的有益效果：

（1）利用生物電化學(xué)反應(yīng)測(cè)定水體中氨氮濃度，測(cè)定精度高，對(duì)環(huán)境無(wú)二次污染，適用于水體氨氮濃度的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)；

（2）裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，維護(hù)簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)。

（四）附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明探頭模塊的橫截面示意圖。

圖中，1底固定密封圈，2多孔陰極棒，3nafion涂層，4碳基陽(yáng)極，5電活性生物膜，6離子篩選膜，7保護(hù)濾網(wǎng)，8菌種接種口，9頂固定密封圈，10橡膠帽，11可調(diào)伸縮桿，12導(dǎo)線(xiàn)，13信號(hào)轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器，14密封防水殼，15led顯示屏，a探頭模塊，b連接模塊，c數(shù)據(jù)處理顯示模塊。

（五）具體實(shí)施方式

附圖為本發(fā)明的一種具體實(shí)施例。該實(shí)施例包括通過(guò)連接模塊b連接的探頭模塊a和數(shù)據(jù)處理顯示模塊c，所述探頭模塊a為兩端通過(guò)頂固定密封圈9和底固定密封圈1封閉的多層管狀結(jié)構(gòu)，且由內(nèi)向外依次為多孔陰極棒2、nafion涂層3、碳基陽(yáng)極4、電活性生物膜5、離子篩選膜6和保護(hù)濾網(wǎng)7，頂固定密封圈9上設(shè)置有連通電活性生物膜5空間的菌種接種口8；連接模塊b為內(nèi)部包裹導(dǎo)線(xiàn)12的可調(diào)伸縮桿11，可調(diào)伸縮桿11上下兩端分別連接探頭模塊a和數(shù)據(jù)處理顯示模塊c，導(dǎo)線(xiàn)12兩端分別連接碳基陽(yáng)極4和多孔陰極棒2；數(shù)據(jù)處理顯示模塊c包括內(nèi)部安裝信號(hào)轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器13的密封防水殼14，密封防水殼14上設(shè)置有l(wèi)ed顯示屏15，信號(hào)轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器13兩端與導(dǎo)線(xiàn)12連接。

所述菌種接種口8上設(shè)置有橡膠帽10；所述多孔陰極棒2的材料為mno2、fe2o3和pbo2中的一種或多種，多孔陰極棒2的孔徑為0.1-0.3mm；所述碳基陽(yáng)極4為碳布、碳?xì)帧⑻技?、石墨布和石墨氈中的一種，厚度為0.5-2mm；所述電活性生物膜5有厭氧氨氧化菌、氨氧化菌和反硝化細(xì)菌組成，厚度為150-300μm；所述離子篩選膜5為陽(yáng)離子交換膜；所述保護(hù)濾網(wǎng)7的材質(zhì)為硼硅微纖維，厚度為1-2mm，網(wǎng)孔直徑為0.5-0.8mm；所述可調(diào)伸縮桿11由直徑不同的不銹鋼管套接組成，不銹鋼管外表面涂有防腐聚丙烯涂層；所述信號(hào)轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器13包括信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、溫度補(bǔ)償電路、鹽度補(bǔ)償電路和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

本發(fā)明的工作過(guò)程為：打開(kāi)橡膠帽10，向菌種接種口8注入?yún)捬醢毖趸毖趸头聪趸?xì)菌混合液，在碳基陽(yáng)極4表面形成電活性生物膜5，套上橡膠帽10。將探頭模塊a放入待監(jiān)測(cè)水體，保護(hù)濾網(wǎng)7攔截水中的垃圾等雜物，氨氮經(jīng)離子篩選膜6到達(dá)電活性生物膜表面5，電活性生物膜5上的電化學(xué)活性菌將氨氮降解，釋放電子傳遞到碳基陽(yáng)極4，碳基陽(yáng)極4經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)12將電子傳遞到多孔陰極棒2表面，完成生物電化學(xué)反應(yīng)。在此過(guò)程中，導(dǎo)線(xiàn)12產(chǎn)生電流，電流經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器13處理轉(zhuǎn)換，最終將水體中氨氮濃度數(shù)值顯示在led顯示屏15。調(diào)節(jié)可調(diào)伸縮桿11長(zhǎng)度，可監(jiān)測(cè)不同深度水位的氨氮濃度。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別公開(kāi)了一種在線(xiàn)監(jiān)測(cè)水中氨氮濃度的生物傳感器。該生物傳感器，包括通過(guò)連接模塊連接的探頭模塊和數(shù)據(jù)處理顯示模塊，其特征在于：所述探頭模塊為多層管狀結(jié)構(gòu)，且由內(nèi)向外依次為多孔陰極棒、Nafion涂層、碳基陽(yáng)極、電活性生物膜、離子篩選膜和保護(hù)濾網(wǎng)；連接模塊為內(nèi)部包裹導(dǎo)線(xiàn)的可調(diào)伸縮桿，可調(diào)伸縮桿上下兩端分別連接探頭模塊和數(shù)據(jù)處理顯示模塊，導(dǎo)線(xiàn)兩端分別連接碳基陽(yáng)極和多孔陰極棒；數(shù)據(jù)處理顯示模塊包括內(nèi)部安裝信號(hào)轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器的密封防水殼，密封防水殼上設(shè)置有LED顯示屏，信號(hào)轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器兩端與導(dǎo)線(xiàn)連接。本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，維護(hù)簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)。

技術(shù)研發(fā)人員：張吉強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：濱州學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：2017.08.10
技術(shù)公布日：2017.11.14