一种生物毒性预警监测系统及其方法

技术领域

本发明涉及污水处理检测领域，尤其涉及到一种生物毒性预警监测系统及其方法。

背景技术

目前，工业和生活用水量很大，水污染问题制约着社会经济的发展。污水处理技术已从传统单纯去除污染物的高能耗、资源浪费型向污水资源化处理过渡，并开发了多种新型水处理技术。以活性污泥工艺为主要代表的污水处理工艺已经得到了广泛的应用，随着排放标准的逐渐提高，对污水处理厂的稳定运行和水质达标均提出了很高的要求。对污水处理厂进水水质的监测一般仅包含常规指标，例如常规五项、COD、氨氮、总氮和总磷等。但对于进水有毒有害物质的监测尚处于探索阶段，特别是对影响污水处理厂活性污泥的性能，造成生产事故的有毒有害物质，是污水处理厂稳定运行和水质达标需要关注并做好防范的重点之一。

水质预警系统可在污染事故发生时，对其毒性做出预先评价，对其主要污染物类型进行初步判定，并迅速采取应急措施，从而保障污水处理厂稳定运行。传统的水质监测手段主要依赖于物化分析方法，依赖复杂大型仪器设备的物化分析方法并不适用于在线水质预警系统的开发。例如，所测得的污染物浓度是水体中的总浓度，不能反映活体生物的实际暴露浓度及其生物反应，需要繁琐的样品前处理过程和专业人员操作。

生物预警技术通过生物传感器监测受试生物在不同水平上的生物学指标变化来表征水质变化实现预警。当毒性物质流入时，产电微生物活性降低，从而导致产电量下降；营养型物质流入时，产电微生物活性增加，从而导致产电量上升，通过连续测试待测样品毒性度来表示其综合毒性水平。自动控制水样导入至结果计算的全过程，实现水质综合毒性的在线监测。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种生物毒性预警监测系统及其方法，通过预处理单元对进入的污水进行预处理，去除污水的粗粒杂质，然后污水进入检测单元，污水中是否存在生物毒性对检测单元内的发电微生物发电量会有一定的影响，根据发电量的不同从而检测出污水中是否含有生物毒性；本发明主要应用在污水处理前段，对高的生物毒性污水检测灵敏度高。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种生物毒性预警监测系统，包括预处理单元、检测单元和控制单元；所述预处理单元用来对进入的污水进行粗滤；所述检测单元用来对经过预处理单元处理后的污水检测是否具有生物毒性；所述控制单元通过对检测单元中相关数据的采集和显示，从而控制阀门的开闭，进而控制污水是否进入污水处理系统。

进一步的，所述预处理单元依次包括格栅间和沉砂区；其中，格栅间用来拦截污水中较大的漂浮物及杂质；沉砂区用来去除密度较大的无机颗粒。

进一步的，格栅间中，污水依次通过粗格栅、细格栅及配套设施。

进一步的，所述检测单元包括发电微生物载体，发电微生物载体为将化学能转化为电能的装置。

进一步的，所述控制单元包括数据处理模块、显示记录模块、数据储存模块和执行模块；所述数据处理模块根据不同水质背景设置不同限值，并将不同的限值保存到数据储存模块内；所述显示记录模块连接有电流表或者电压表用来显示当前检测单元中微生物载体发电情况；所述执行模块用来控制检测单元进水管路上阀门开闭。

进一步的，微生物载体的发电的电压或者电流比较小，通过增加电压放大器或者电流放大器放大电压或者电流可方便测得。

进一步的，发电微生物载体为电活性生物，将电活性生物采用固定化微生物方式，制成生物毒性预警芯片。

进一步的，所述生物毒性预警芯片可标准化生产，当报警后，可用新的芯片直接替换。

生物毒性预警监测系统的检测方法，包括如下步骤：预处理单元对进入的污水进行粗滤；检测单元中的微生物载体对预处理后的污水进行生物毒性检测；控制单元用来预警报警并控制污水进水处理系统上的进水管阀门的关闭。

进一步的，进入生物毒性预警监测系统的污水是污水进水处理系统中污水的一部分，当生物毒性预警监测系统检测出生物毒性后，关闭污水处理系统进水阀门；具体的：进入预处理单元的污水是污水干路分出的一个支路，检测单元检测到生物毒性后，控制系统控制污水干路上的进水阀门的关闭。

有益效果：

1.通过预处理单元对进入的污水进行预处理，除去污水的粗粒杂质，然后污水进入检测单元，污水中是否存在生物毒性对检测单元内的发电微生物发电量会有一定的影响，根据发电量的不同从而检测出污水中是否含有生物毒性；本发明主要应用在污水处理前段，对高的生物毒性污水检测灵敏度高。

2.在预处理单元中，在格栅间中，污水依次通过粗格栅、细格栅及配套设施，从而起到拦截污水中较大的漂浮物及杂质的作用，在沉砂区用来去除密度较大的无机颗粒，污水经过上述预处理，漂浮物及杂质和无机颗粒被除去，从而可以提高进入检测单元污水的质量，提高了生物毒性检测的方便性和快速性。

3.检测单元中通过发电微生物电池对生物毒性进行检测，并通过电流表或者电压表来的读数大小来反应生物毒性的大小，方便且直观，具有很好的操作性和灵活性。

4.控制单元中数据处理模块根据不同水质背景设置不同限值，并将不同的限值保存到数据储存模块内；显示记录模块连接有电流表或者电压表用来显示当前检测单元中微生物载体发电情况；执行模块用来控制检测单元进水管路上阀门开闭；通过上述各个模块的分工合作，确保了生物毒性的检测准确性及记录的完备性，通过执行模块对检测单元进水管路上阀门开闭的控制，使得当生物毒性一旦被检测出来，就能反馈并保护污水处理系统。

5.发电微生物载体为电活性生物，将电活性生物采用固定化微生物方式，制成生物毒性预警芯片，该生物毒性预警芯片可标准化生产和替换，从而降低了生产成本，提高了生物毒性预警芯片检测生物毒性的方便性和可操作性。

6.通过增加电压放大器或者电流放大器，可对微生物燃料电池的电流或者电压方便准确的测得。

附图说明

图1为根据本发明实施例的涉及到的生物毒性预警监测系统原理图；

图2为本发明生物毒性监测方法的原理图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的

本监测系统利用微生物燃料电池对生物毒性进行检测，具体的原理为：利用产电微生物将水中的有机物氧化分解，产生的电子沿着电极转移而产生电流。当毒性物质流入时，产电微生物活性降低，从而导致产电量下降，营养型物质流入时，产电微生物活性增加，从而导致产电量上升，通过测试待测样品毒性度来表示其综合毒性水平。

一种生物毒性预警监测系统，包括预处理单元、检测单元和控制单元；所述预处理单元用来对进入的污水进行粗滤；所述检测单元用来对经过预处理单元处理后的污水检测是否具有生物毒性；所述控制单元通过对检测单元中相关数据的采集和显示，从而控制阀门的开闭，进而控制污水是否进入污水处理系统。

在检测单元前设置预处理单元的目的在于：通过格栅间除渣和沉沙区除砂去除污水中影响后续检测单元效果的杂质，使得检测单元的灵敏度和准确性更高。

所述预处理单元依次包括格栅间和沉砂区；其中，格栅间用来拦截污水中较大的漂浮物及杂质；沉砂区用来去除密度较大的无机颗粒；格栅间中，污水依次通过粗格栅、细格栅及配套设施。

所述检测单元包括发电微生物载体，发电微生物载体为将化学能转化为电能的装置。

控制单元包括数据处理模块、显示记录模块、数据储存模块和执行模块；所述数据处理模块根据不同水质背景设置不同限值，并将不同的限值保存到数据储存模块内；所述显示记录模块连接有电流表或者电压表用来显示当前检测单元中微生物载体发电情况；所述执行模块用来控制检测单元进水管路上阀门开闭。

本发明中控制单元满足的条件为：

应具有预警报警功能，可根据不同水质背景设置限值，有异常信息记录、反馈功能，如：水样不足、营养液不足等；

应具有仪器运行状态记录功能，如机箱温度、预警报警记录、仪器检测步骤等；

仪器意外断电再度通电后，系统能自动复位到重新开始测量的状态；

数据处理系统应具有数据和运行日志采集、存储、处理、显示和输出等功能，应能存储至少12个月的原始数据和运行日志。

本发明中根据电流表或者电压表的示数，可以得出生物毒性度，即在规定条件下，待测污水进入检测单元后微生物的产电量相对导入前所降低或者提高的百分比。

一般的，微生物载体的发电的电压或者电流比较小，通过增加电压放大器或者电流放大器放大电压或者电流可方便测得。

发电微生物载体为电活性生物，将电活性生物采用固定化微生物方式，制成生物毒性预警芯片；所述生物毒性预警芯片可标准化生产和替换。

结合附图2，从图2中可以看出，污水厂中的污水进水处理系统中的污水分为数个支路，在其中的支路一中安装生物毒性预警监测系统，对支路一中的污水进行生物毒性监测，当监测到生物毒性后，污水系统干路上的阀门在控制系统控制下会自行关闭，从而使得污水不再进入污水支路中，另外，生物毒性预警监测系统监测到生物毒性后，生物毒性预警监测系统中的检测单元中的生物毒性预警芯片需要更换掉。

生物毒性预警监测系统的检测方法，包括如下步骤：预处理单元对进入的污水进行粗滤；检测单元中的微生物载体对预处理后的污水进行生物毒性检测；控制单元用来预警报警并控制污水进水处理系统上的进水管阀门的关闭。

其中，进入生物毒性预警监测系统的污水是污水进水处理系统中污水的一部分，当生物毒性预警监测系统检测出生物毒性后，关闭污水处理系统进水阀门；具体的：进入预处理单元的污水是污水干路分出的一个支路，检测单元检测到生物毒性后，控制系统控制污水干路上的进水阀门的关闭。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。