专利名称：自带微生物燃料电池电源的蓝藻浓度监测系统的制作方法
技术领域：
本发明属于蓝藻浓度监测技术领域，具体涉及一种自带微生物燃料电池电源的蓝 藻浓度监测系统。
背景技术：
由于大量生活污水、工业废水、农渔牧水的排入，使大部分水体遭受不同程度的污 染。对城市供水造成严重影响。据调查，我国430个城市中有90%以上的饮用水源受到污 染，导致水体的富营养化，造成经济损失达377亿元，而富营养化最明显的特征就是藻类的 过度繁殖，污染水环境。面对水体藻污染的现状，多种治理技术用于藻污染的防治。欲监测 水体藻污染的状况和评价治理的效果，须先具备对藻浓度测量的技术和仪器。目前对于藻 浓度的测量有光镜下读取藻细胞数和依据光/电转换的叶绿素测量方法等。这些现有的藻 浓度的测量方法和技术，存在需提供外部电源、操作复杂、成本较高、不能及时读取等不足。近年来，关于微生物燃料电池(MFC)的研究有了较大的进展，MFC的基本原理为利 用微生物细菌通过生物质产生生物电能。目前已发现的典型产电菌有酵母菌、大肠杆菌和 希瓦氏腐败菌等多种微生物，特别是有关藻类作为产电菌的研究已有报道。在本发明人基 于MFC原理的实验中已观察到蓝藻的产电能力与藻浓度呈正相关关系，可以通过设定的藻 浓度与其对应产生的电压数值建立起藻浓度_电压曲线，从而构成基于MFC原理的蓝藻浓 度监测系统，无需外备电源、无需添加化学物质、对环境无不利影响、不依赖阳光等，实现蓝 藻浓度的测量。相关研究表明蓝藻等微生物在MFC中具有产电能力，但其所产生的电压(附图中 的VS)较低(通常单节MFC仅产生0.2 0.8V的电压)，不能将其作为监测系统的电源使 用。因而，在湖泊蓝藻浓度监测时都需为监测系统配备供电设施(如电力线、电池等)，虽可 能有太阳能等技术为监测系统提供自备电源，但在无阳光是仍需蓄电池提供电源，且结构 复杂、成本高、操作和维护繁琐。本发明基于微生物燃料电池的研究，本着解决现有技术监测水体藻污染系统的种 种不足而来。
发明内容本发明目的在于提供一种自带微生物燃料电池电源的蓝藻浓度监测系统，解决了 现有技术中监测系统不能自给电源需外接电源或用化学蓄电池的不足。为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是一种自带微生物燃料电池电源的蓝藻浓度监测系统，包括蓝藻微生物燃料电池、 蓝藻浓度信号处理模块和直流-直流变换电路，其特征在于所述蓝藻微生物燃料电池向蓝 藻浓度信号处理模块提供蓝藻浓度信号\ ；所述蓝藻微生物燃料电池并联连接直流_直流 变换电路，通过直流_直流变换电路将蓝藻微生物燃料电池产生的电压Vin升压后作为蓝藻 浓度信号处理模块的工作电源电压Vott。优选的，所述蓝藻微生物燃料电池包括与含藻水体相通的阳极室和充灌导电液的阴极室，所述阳、阴极室间通过离子交换膜分隔。该自带微生物燃料电池电源的蓝藻浓度监测系统基于微生物燃料电池(MFC)原 理，包括蓝藻微生物燃料电池、蓝藻浓度信号处理模块和直流-直流变换电路，所述蓝藻微 生物燃料电池与蓝藻浓度信号处理模块直连向蓝藻浓度信号处理模块提供蓝藻浓度信号 Vs ；且所述蓝藻微生物燃料电池通过直流-直流变换电路并联连接蓝藻浓度信号处理模块， 通过直流_直流变换电路将蓝藻微生物燃料电池产生的电压Vin升压后作为蓝藻浓度信号 处理模块的适当的工作电压VOT。优选的，所述阳极室为与湖泊含藻水体相通的开放阳极室。优选的，所述阳极室内设置与含藻水体接触的阳极电极，所述阴极室内设置阴极 电极；所述阳、阴极电极间并联连接蓝藻浓度信号处理模块和通过直流变换电路升压的供 电电路，所述供电电路与蓝藻浓度信号处理模块连接提供蓝藻浓度信号处理模块电能。优选的，所述阳、阴极电极分别选自碳布电极、碳毡电极、金属电极、石墨电极。优选的，所述导电液选用NaCl溶液、滤除蓝藻后的湖泊原水。优选的，所述直流变换电路为升压变换电路。本发明人基于蓝藻在MFC中具有产电能力的特性，在蓝藻浓度监测的同时，将蓝 藻微生物燃料电池并联连接蓝藻浓度信号处理模块和直流变换电路，一方面向蓝藻浓度信 号处理模块提供与蓝藻浓度呈正相关关系的电压信号Vs，另一方面其所产生的较低的电压 Vin经直流变换电路升压后作为蓝藻浓度信号处理模块的适当的工作电压VQUT。本发明的自带微生物燃料电池电源的蓝藻浓度监测系统，具有操作简便、成本低、 可及时读取、无需外备电源、无需添加化学物质、对环境无不利影响、不依赖阳光等优点。本发明自带微生物燃料电池电源的蓝藻浓度监测系统，该系统基于微生物燃料电 池(MFC)原理，由阳极电极、位于阳极与阴极电极间的离子交换膜、阴极电极、充灌导电液 的阴极室、蓝藻浓度信号处理模块和直流_直流变换电路组成。阳极室为与湖泊含藻水体 相通的开放阳极室。阳极电极，可由碳布、碳毡、金属或其他导电材料构成。阴极电极，可由 碳布、碳毡、金属或其他导电材料构成。充灌导电液的阴极室内充灌的导电液，可由NaCl溶 液、滤除蓝藻后的湖泊原水及其他电解液构成。本发明经长期研究MFC发现，蓝藻的产电能力与藻浓度呈正相关关系，可以通过 设定的藻浓度与其对应产生的电压数值建立起藻浓度_电压曲线，从而构成基于MFC原理 的蓝藻浓度信号处理模块。由于蓝藻等微生物在MFC中具有产电能力，但其所产生的电压 较低(通常单节MFC仅产生0.2 0.8V的电压)，不能将其作为监测系统的电源使用。因 而，在湖泊蓝藻浓度监测时都需为监测系统配备供电设施(如电力线、电池等)，虽可能有 太阳能等技术为监测系统提供自备电源，但在无阳光时仍需蓄电池提供电源，且结构复杂、 成本高、操作和维护繁琐。本发明人基于蓝藻在MFC中具有产电能力的特性，在蓝藻浓度监 测的同时，将其输出的0. 2 0. 8V较低电压通过直流-直流变换电路升压至3 5V的电 压，为监测系统中的电路提供适当的工作电源，无需外备电源和阳光，实现湖泊蓝藻浓度的 监测。这样本发明的蓝藻浓度监测系统无需外备电源、无需添加化学物质、不依赖阳光等， 实现蓝藻浓度的测量。相对于现有技术中的方案，本发明的优点是本发明的自带微生物燃料电池电源的蓝藻浓度监测系统，具有操作简便、成本低、可及时读取、无需外备电源、无需添加化学物质、不依赖阳光、对环境无不利影响等优点，可 应用于湖泊蓝藻浓度的监测，属环保技术领域。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步描述
图1为本发明实施例自带微生物燃料电池电源的蓝藻浓度监测系统的示意图。其中1为蓝藻微生物燃料电池；2为蓝藻浓度信号处理模块；3为DC-DC变换电 路；11为与湖泊含藻水体相通的开放阳极室，15为充灌导电液的阴极室；12为阳极电 极；14为阴极电极，13为离子交换膜。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明 本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做 进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。实施例如图1所示，该自带微生物燃料电池电源的蓝藻浓度监测系统，基于微生 物燃料电池(MFC)原理，包括蓝藻微生物燃料电池1、蓝藻浓度信号处理模块2和直流-直 流变换电路3，所述蓝藻微生物燃料电池1向蓝藻浓度信号处理模块2提供蓝藻浓度信号 Vs ；所述蓝藻微生物燃料电池1并联连接直流_直流变换电路3，通过直流-直流变换电路 3将蓝藻微生物燃料电池1产生的电压Vin升压后作为蓝藻浓度信号处理模块2的工作电 源电压Vott。蓝藻微生物燃料电池1包括与含藻水体相通的阳极室11和充灌导电液的阴极室 15，所述阳、阴极室11、15间通过离子交换膜13分隔。所述阳极室11为与湖泊含藻水体相 通的开放阳极室。所述阳极室11内设置与含藻水体接触的阳极电极12，所述阴极室15内 设置阴极电极14 ；所述阳、阴极电极12、14间并联连接蓝藻浓度信号处理模块2和通过直 流_直流变换电路3升压的供电电路，所述供电电路与蓝藻浓度信号处理模块2连接提供 蓝藻浓度信号处理模块2电能。所述阳、阴极电极12、14选用石墨电极。所述导电液选用 NaCl溶液。所述直流-直流变换电路3为升压变换电路。在该微生物燃料电池(MFC)中，利用蓝藻的产电能力与藻浓度呈正相关关系的特 性将湖泊里的藻浓度转换为相应的电参数，对照由实验获得的蓝藻浓度_电压对照曲线， 即能读取待测蓝藻液的藻浓度；同时，该微生物燃料电池(MFC)产生的0.2 0. 8V较低电 压(图1中的Vin)通过DC-DC变换电路升压至3 5V的电压(图1中的Vot)，为监测系统 中的电路提供适当的工作电源。该系统可在湖泊进行蓝藻浓度的监测，操作简便、成本低、 可及时读取、无需外备电源、无需添加化学物质、不依赖阳光、对环境无不利影响。上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是 能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精 神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求一种自带微生物燃料电池电源的蓝藻浓度监测系统，包括蓝藻微生物燃料电池(1)、蓝藻浓度信号处理模块(2)和直流 直流变换电路(3)，其特征在于所述蓝藻微生物燃料电池(1)向蓝藻浓度信号处理模块(2)提供蓝藻浓度信号VS；所述蓝藻微生物燃料电池(1)并联连接直流 直流变换电路(3)，通过直流 直流变换电路(3)将蓝藻微生物燃料电池(1)产生的电压VIN升压后作为蓝藻浓度信号处理模块(2)的工作电源电压VOUT。
2.根据权利要求1所述的自带微生物燃料电池电源的蓝藻浓度监测系统，其特征在于 所述蓝藻微生物燃料电池(1)包括与含藻水体相通的阳极室(11)和充灌导电液的阴极室 (15)，所述阳、阴极室(11,15)间通过离子交换膜(13)分隔。
3.根据权利要求2所述的自带微生物燃料电池电源的蓝藻浓度监测系统，其特征在于 所述阳极室(11)为与湖泊含藻水体相通的开放阳极室。
4.根据权利要求2所述的自带微生物燃料电池电源的蓝藻浓度监测系统，其特征在于 所述阳极室(11)内设置与含藻水体接触的阳极电极(12)，所述阴极室(15)内设置阴极电 极(14)；所述阳、阴极电极(12、14)间并联连接蓝藻浓度信号处理模块(2)和通过直流-直 流变换电路(3)升压的供电电路，所述供电电路与蓝藻浓度信号处理模块(2)连接提供蓝 藻浓度信号处理模块(2)电能。
5.根据权利要求2所述的自带微生物燃料电池电源的蓝藻浓度监测系统，其特征在于 所述阳、阴极电极(12、14)分别选自碳布电极、碳毡电极、金属电极、石墨电极。
6.根据权利要求2所述的自带微生物燃料电池电源的蓝藻浓度监测系统，其特征在于 所述导电液选用NaCl溶液、滤除蓝藻后的湖泊原水。
7.根据权利要求1所述的自带微生物燃料电池电源的蓝藻浓度监测系统，其特征在于 所述直流-直流变换电路(3)为升压变换电路。
专利摘要本实用新型公开了一种自带微生物燃料电池电源的蓝藻浓度监测系统，包括蓝藻微生物燃料电池(1)、蓝藻浓度信号处理模块(2)和直流-直流变换电路(3)，其特征在于所述蓝藻微生物燃料电池(1)向蓝藻浓度信号处理模块(2)提供蓝藻浓度信号VS；所述蓝藻微生物燃料电池(1)并联连接直流-直流变换电路(3)，通过直流-直流变换电路(3)将蓝藻微生物燃料电池(1)产生的电压VIN升压后作为蓝藻浓度信号处理模块(2)的工作电源电压VOUT。该系统进行蓝藻浓度监测时操作简便、成本低、可及时读取、无需外备电源、无需添加化学物质、不依赖阳光、对环境无不利影响。
文档编号H01M8/16GK201749102SQ20102051883
公开日2011年2月16日 申请日期2010年9月7日 优先权日2010年9月7日
发明者吴巍, 尹立红, 戎非, 浦跃朴 申请人:东南大学