自動構建穩定電催化細菌生物膜的方法
【專利摘要】本發明涉及一種自動構建穩定電催化細菌生物膜的方法，步驟如下：先組裝微生物電化學反應器并連接電路，第一路為在陽極與陰極之間串聯固定電阻，第二路為在陽極與陰極接入可調直流電源、電流表和循環時間繼電器的工作觸頭；然后向陽極室注入細菌生長培養基液并接種菌源，接通第一路對微生物陽極進行預啟動，然后接通第二路可調直流電源根據陽極電勢變化控制陽極與陰極之間的脈沖電流以設定的速率逐步遞增，當陽極電勢升高至限定值時，脈沖電流立刻降低40%～60%再次進入新一輪增長刺激，直至脈沖電流值達到并穩定在電流設定限值達10小時以上，電催化細菌生物膜構建完成，該電催化細菌生物膜能夠在較高工作電流下穩定運行。
【專利說明】自動構建穩定電催化細菌生物膜的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種自動構建穩定電催化細菌生物膜的方法，屬于微生物電化學反應 器【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 微生物電化學反應器包括微生物燃料電池、微生物電解池和微生物電化學傳感器 等。在微生物電化學反應器中，附著在電極表面的電催化細菌生物膜的電催化活性和運行 穩定性是決定反應器性能的關鍵部件，穩定高效的電催化細菌生物膜可提高微生物燃料電 池和微生物電解池的能量效率，提高微生物電化學傳感器信號響應的靈敏度。電催化細菌 生物膜是由具有完整生命代謝功能的產電細菌（有時還包括非產電細菌）細胞及胞外物質 共同形成的具有一定空間結構的細胞堆積層。在生物電化學反應器的電極表面上，細菌生 物膜具有將反應底物氧化分解，并將氧化過程釋放的電子傳遞到電極上形成電流的電化學 催化功能。
[0003] 目前，構建穩定電催化細菌生物膜的方法有兩種。第一種是恒外阻模式的構建方 法，主要步驟有：（1)將細菌接種源接種到反應器的陽極室中，細菌接種源包括取自環境沉 積物、污水生物處理廠中的含產電菌的污泥以及在實驗室條件下培養出來的含產電菌的培 養菌等；（2)將陽極通過某一定值外電阻與陰極接通，構成閉合電路，利用接種到陽極室的 細菌在電極表面上進行的適應性生長，形成電催化細菌生物膜。
[0004] 第二種是恒電極電勢模式的構建方法，主要步驟有：（1)將細菌接種源接種到反 應器的陽極室中，細菌接種源包括取自環境沉積物、污水生物處理廠中的含產電菌的污泥 以及在實驗室條件下培養出來的含產電菌的培養菌等；（2)利用恒電位儀和參比電極控制 陽極電勢保持某一恒定值，使接種到陽極室中的細菌在電極表面進行適應性生長，形成電 催化細菌生物膜。雖然兩種方法的電化學控制方法不同，但兩種方法實質上都是利用細菌 對陽極電勢的適應性生長，達到構建電催化細菌生物膜的目的。
[0005] 以上兩種構建電催化細菌生物膜的方法的不同之處是：在第一種方法中，細菌適 應的是動態變化的電勢。根據目前公開的資料，利用第一種方法在陽極表面構建電催化 活性生物膜過程中，陽極電勢（相對于標準氫電極）通常都在約+〇. 5V?-0. 3V的范圍 內變化。在第二種方法中，細菌適應的是恒定的陽極電勢，在生物膜形成過程中，通常將 陽極電勢保持在某一個固定數值，根據相關資料，在第二種構建方法中，也基本上都是在 +0. 5V?-0. 3V (相對于標準氫電極）的范圍內選定一個恒定的陽極電勢培養陽極生物膜。
[0006] 利用電勢適應方法構建出來的電催化細菌生物膜，普遍存在如下不足：（1)電極 能達到的極限工作電流較小，電催化效率低；(2)電催化細菌生物膜對較高工作電流的承 受能力差，當通過電極的工作電流接近或超過其極限電流時，電極會被迅速過度極化，過度 極化會造成陽極電勢在短時間內（通常不超過10分鐘）正移到+1. 2V (相對于標準氫電 極）以上，這樣高的陽極電勢會對細菌本身造成不可逆轉的傷害，導致電催化細菌生物膜 被破壞，失去催化功能。總之，利用電勢適應法構建的電催化細菌生物膜，普遍存在著催化 活性較小，對高工作電流適應性差的缺點，構建出來的電催化細菌生物膜，即使在營養物質 充足的情況下，也無法在接近其極限電流水平的工作電流下連續穩定工作。因此，研發出具 有較高催化活性和在較高工作電流下具有運行穩定性的電催化細菌生物膜的構建方法，對 于開發穩定高效的生物電化學反應器具有重要的技術意義和廣泛的應用推廣價值。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的在于，克服現有技術中存在的問題，提供一種自動構建穩定電催化 細菌生物膜的方法，構建的電催化細菌生物膜能夠在較高工作電流下穩定運行。
[0008] 為解決以上技術問題，本發明的一種自動構建穩定電催化細菌生物膜的方法，依 次包括如下步驟：⑴組裝微生物電化學反應器，所述微生物電化學反應器包括裝有陽極板 的陽極室和裝有陰極板的陰極室；⑵連接電路元件，電路元件包括選擇開關、固定電阻、參 比電極、電流表、循環時間繼電器和可調直流電源，所述選擇開關的共端與所述陽極板連 接，所述選擇開關的第一選擇端與所述固定電阻串聯后與所述陰極板連接，所述選擇開關 的第二選擇端與所述可調直流電源的P1輸出端連接，所述可調直流電源的P2輸出端依次 與所述電流表、循環時間繼電器的工作觸頭及所述陰極板相串聯，所述循環時間繼電器的 線圈通過輔助開關連接在輔助直流電源的兩端；⑶微生物陽極預啟動，向所述微生物電化 學反應器的陽極室注入細菌生長培養基液將陽極浸沒，向微生物電化學反應器的陰極室注 入陰極溶液將陰極浸沒，再向所述陽極室中接種含產電菌的微生物菌源，接著將所述選擇 開關撥至與第一選擇端接通，使陽極通過固定電阻與陰極電連接，對微生物陽極進行預啟 動；⑷連續測量微生物陽極在預啟動過程中的陽極電勢變化，陽極電勢變化依次分為三個 階段，第一階段為緩慢下降階段，陽極電勢處于高位在2?5天內共下降小于0. IV ;第二階 段為快速下降階段，陽極電勢在10?20小時內下降0. 2V?0. 6V ;第三階段為平穩變化階 段，陽極電勢變化的幅度穩定在±0. 03V以內達10小時以上，當陽極電勢變化到達第三階 段即為微生物陽極預啟動完成，陽極的電催化細菌生物膜初步構建完成；(5)接通所述輔助 開關使循環時間繼電器的線圈得電，調節所述循環時間繼電器的通斷時間比為（〇. 5?1) 秒：1秒；將所述選擇開關撥到與第二選擇端接通并啟動所述可調直流電源，在所述陽極 板與所述陰極板之間形成脈沖電流，所述可調直流電源通過調整輸出電壓控制所述脈沖電 流以設定的速率逐步遞增；同時連續測量所述微生物陽極相對于所述參比電極的電極電勢 作為所述可調直流電源的反饋控制信號，隨著脈沖電流的逐步遞增，所述微生物陽極的電 極電勢也逐步升高，微生物陽極的極化程度增大；(6)當所述微生物陽極的電極電勢升高到 陽極電勢限定值時，所述可調直流電源通過調整輸出電壓控制脈沖電流立刻降低到當前值 的40%?60%，所述微生物陽極的電極電勢隨之降低；然后以降低后的電流值為新起點，所 述可調直流電源再次控制脈沖電流以設定的速率逐步遞增，直至所述微生物陽極的電極電 勢再次升高到陽極電勢限定值；（7)反復進行第（6)步操作，所述微生物陽極的耐電流能力 逐步增強，直至在微生物陽極的電極電勢升至陽極電勢限定值前，脈沖電流值達到并穩定 在電流設定限值達10小時以上，電催化細菌生物膜構建完成。
[0009] 相對于現有技術，本發明取得了以下有益效果：⑴本發明的電路提供了兩個回路， 當選擇開關撥至與第一選擇端連接時，陽極通過固定電阻與陰極連接，微生物陽極得到預 啟動，經過三個階段后，電催化細菌生物膜初步構建完成；當選擇開關撥至與第二選擇端連 接時，同時接通輔助開關，循環時間繼電器的線圈處于得電狀態，循環時間繼電器的工作觸 頭進行循環的通斷，實現脈沖電流源對微生物陽極的刺激。⑵在陽極電勢限定值范圍內，利 用逐步遞增的脈沖電流對陽極電催化細菌生物膜進行刺激，一方面可實現對電催化細菌生 物膜進行高電流刺激，另一方面，使用脈沖電流，電流通時間不超過1秒，否則會造成微生 物陽極的過度極化，電流斷時間不大于1秒，否則達不到對微生物陽極的充分電流刺激；通 過調節合適的占空比，可有效地避免電催化細菌生物膜因陽極過度極化導致的損傷，使得 電催化細菌生物膜可在高電流環境下，不斷產生對高電流的適應性。⑶電催化細菌生物膜 催化活性的強弱表現為在一定的電勢范圍和介質條件下生物膜可產生的催化電流大小，催 化電流大，則催化活性強；本發明的根據陽極電勢控制脈沖電流刺激法相比于電勢適應法， 可將電催化細菌生物膜的催化活性提高一倍以上。⑷利用本發明的根據陽極電勢控制脈沖 電流刺激法，可加快電催化細菌生物膜在陽極表面的發展進程，并且增大了電催化細菌膜 在陽極表面的覆蓋度和生物膜厚度，使得電催化細菌生物膜的工作運行穩定性增強。（5)本 發明的根據陽極電勢控制脈沖電流刺激法，并不局限于特定的細菌源和細菌類群，利用不 同的環境菌源，包括不同環境中天然沉積物和污水處理廠活性污泥，均可在生物電化學反 應器中，利用本發明構建出性能優于電勢適應法得到的電催化細菌生物膜。（6)本發明利用 可調直流電源控制脈沖電流以設定的速率逐步遞增，提高了自動化程度，降低了操作者的 勞動強度。（7)當陽極電勢升高到陽極電勢限定值時，可調直流電源立刻控制脈沖電流大幅 度降低，既避免電催化細菌生物膜因陽極過度極化導致損傷，也使得電催化細菌生物膜得 到較高電流的刺激，增強電催化細菌生物膜對高電流的適應能力。
[0010] 作為本發明的優選方案，所述參比電極為飽和甘汞電極，所述陽極電勢限定值 為-0. 3 V?-0. 1 V，所述脈沖電流的遞增速率為（0. 03?0. 3)mA/分鐘，所述電流設定限 值為每平方厘米陽極面積1 mA。陽極電勢限定值取-0.3 V?-0.1 V既可以避免微生物 陽極發生過度極化，又可以保證電催化細菌生物膜盡量受到極限電流的刺激，保證脈沖電 流刺激的效果，提高生物膜的構建效率；脈沖電流的遞增速率為（〇. 03?0. 3) mA/分鐘既 保證了刺激的效率，又兼顧了生物膜的耐受能力；脈沖電流達到每平方厘米陽極面積1 mA 時，電催化細菌生物膜的耐電流能力已大大優于采用傳統的恒外阻或恒電極電勢模式構建 的生物膜，電流設定限值高于此值則實現難度過大。
[0011] 作為本發明的優選方案，所述細菌生長培養基液的原料組分及重量含量如下： 氯化鉀：氯化鈉：氯化鈣：氯化鎂：碳酸氫鈉：氯化銨：磷酸二氫鈉：硫酸鎂：七水 硫酸亞鐵：四水氯化錳：二水鑰酸鈉：酵母汁：醋酸鈉：水=(0.05?0.15) : (0.05? 0· 15) : (0· 05 ?0· 15) : (0· 05 ?0· 15) : (2. 0 ?3. 0) : (1. 0 ?2. 0) : (0· 5 ? 1. 0) : (0· 05 ?0· 15) : (0· 001 ?0· 005) : (0· 001 ?0· 005) : (0· 001 ?0· 005) : (0· 05 ? 0.1) :(1. 6?3. 2) :1000。氯化鉀、氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂、碳酸氫鈉、氯化銨、磷酸二氫鈉 和硫酸鎂為常量無機鹽，一方面用于補充細菌生長所需的鉀、鈉、鈣、鎂、碳、氮、磷、硫元素， 另一方面，還具有調控培養液的離子強度和導電能力；如上的配比使培養液保持總離子濃 度為30 mM?40 mM，電導率為1. 5 mS/cm?3. 0 mS/cm ;其中碳酸氫鈉和磷酸二氫鈉除分 別用作細菌生長的無機碳源和磷源外，還具有緩沖培養液的pH的作用。七水硫酸亞鐵、四 水氯化錳和二水鑰酸鈉分別補充培養液所需的微量元素鐵、錳和鑰。酵母汁為培養液中的 生長因子；醋酸鈉作為有機底物，是細菌生長所需的能源物質，以上組分及重量比可以使產 電菌在極限電流刺激下在陽極較好地生長和發展。
[0012] 作為本發明的優選方案，所述陰極溶液包括50 mM K3Fe(CN)6和100 mM ΚΗ2Ρ04。
[0013] 作為本發明的優選方案，所述微生物菌源為城市生活污水處理廠活性污泥或淡水 環境沉積物中的含產電菌的微生物菌源，接種量按每升所述細菌生長培養基液中接種所述 活性污泥或所述沉積物50?100克。
[0014] 作為本發明的優選方案，所述可調直流電源包括串口通訊接口、電平轉換芯片、主 芯片、D/A轉換芯片和運算放大器，所述串口通訊接口與所述電平轉換芯片連接進行串口接 收與發送數據，所述電平轉換芯片與所述主芯片進行串口通信連接實現主芯片內置參數的 寫入或修改，所述主芯片向所述D/A轉換芯片發送時鐘控制信號與數字電壓控制信號，所 述D/A轉換芯片的信號輸出端與所述運算放大器的信號輸入端連接，所述運算放大器的信 號輸出端與所述P2輸出端連接，所述P1輸出端通過限流電阻接地；所述主芯片通過控制時 鐘信號輸出和數字電壓信號輸出調整電壓變化的峰值及電壓變化的速率，所述D/A轉換芯 片將接受到的數字電壓信號轉換為電壓模擬信號并通過信號輸出端發送給所述運算放大 器，所述運算放大器的對接收到的電壓模擬信號進行放大提高其驅動能力后輸出。主芯片 通過控制時鐘信號輸出和數字電壓信號輸出最終實現對P1輸出端與P2輸出端之間電壓變 化峰值及變化速率的控制，從而實現對陽極板與陰極板之間脈沖電流的大小及變化速率的 控制。
[0015] 作為本發明的優選方案，所述串口通訊接口為DB9串口通訊九針接口，所述電平 轉換芯片為MAX232型芯片，所述主芯片為STC12C5A60S2型單片機，所述D/A轉換芯片為 MAX517型轉換芯片，所述運算放大器為LM358型運算放大器。
[0016] 作為本發明的優選方案，所述串口通訊接口的2號腳與3號腳分別接入所述電平 轉換芯片的14號腳與13號腳進行串口接收與發送數據，所述電平轉換芯片的11號腳與12 號腳分別與所述主芯片的11號腳與10號腳連接進行串口通信；所述主芯片的39號腳與 所述D/A轉換芯片的3號腳連接并且接10K的上拉電阻，所述主芯片的38號腳與所述D/A 轉換芯片的4號腳連接并且接10K的上拉電阻，所述主芯片的39號腳與所述D/A轉換芯片 的3號腳之間傳遞時鐘信號，所述主芯片的38號腳與所述D/A轉換芯片的4號腳之間傳遞 數字電壓信號；所述D/A轉換芯片的1號腳接入所述運算放大器的3號腳傳遞電壓模擬信 號，所述運算放大器的1號腳與2號腳并接后與所述P2輸出端連接。
[0017] 作為本發明的優選方案，所述電平轉換芯片的1號腳與3號腳通過1 μ F濾波電容 相互連接，2號腳通過1 μ F濾波電容與Vcc連接，4號腳與5號腳通過1 μ F濾波電容相互 連接，6號腳通過1 μ F濾波電容接地，7號腳與8號腳短接，9號腳懸空，10號腳和15號 腳接地，所述電平轉換芯片的16號腳接Vcc且通過1 μ F濾波電容接地；10 μ F濾波電容與 10Κ電阻組成阻容復位電路接所述主芯片的復位引腳9號腳，完成上電復位，所述主芯片的 18號腳、19號腳通過晶振連接且分別通過30pF濾波電容接地，所述主芯片的20號腳接地， 40號腳接接Vcc且通過濾波電容接地；所述D/A轉換芯片的2號腳、5號腳、6號腳均接地， 7號腳和8號腳接Vcc ;所述運算放大器的4號腳接地，8號腳接Vcc且通過濾波電容接地。
[0018] 作為本發明的優選方案，所述參比電極接入所述主芯片的7號腳。主芯片可以直 接根據參比電極電勢，計算出微生物陽極相對于參比電極的電極電勢，并作為反饋信號控 制脈沖電流的變化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明，附圖僅提供參考與 說明用，非用以限制本發明。
[0020] 圖1為微生物電化學反應器的電路連接示意圖。
[0021] 圖2為可調直流電源的原理圖。
[0022] 圖3為微生物陽極在預啟動過程中的陽極電勢變化圖。
[0023] 圖4為未經極限脈沖電流刺激發展出的電催化細菌生物膜。
[0024] 圖5為微生物電化學反應器的陽極電勢及脈沖電流變化過程圖。
[0025] 圖6為經極限脈沖電流刺激發展出的電催化細菌生物膜。
[0026] 圖中：QS1.選擇開關；QS2.輔助開關；R〇.固定電阻；DV1.直流穩壓電源；DV2.輔 助直流電源；A.電流表；KT.循環時間繼電器；RE.參比電極。
【具體實施方式】
[0027] 圖1所示為本發明微生物電化學反應器的電路連接示意圖，電路元件包括選擇開 關QS1、固定電阻R。、參比電極RE、電流表A、通/斷時間比在（0.1s?10 s) : (0.1s?10 s)范圍內可調的循環時間繼電器KT和可調直流電源，選擇開關QS1的共端與陽極板連接， 選擇開關QS1的第一選擇端與固定電阻&串聯后與陰極板連接，選擇開關QS1的第二選擇 端與可調直流電源的P1輸出端連接，可調直流電源的P2輸出端依次與電流表、循環時間繼 電器KT的工作觸頭及陰極板相串聯，循環時間繼電器KT的線圈通過輔助開關QS2連接在 輔助直流電源DV2的兩端。直流穩壓電源DV1向可調直流電源提供基本電壓，參比電極RE 選擇飽和甘汞電極，陽極電勢測量監控可以單獨進行，也可以直接由可調直流電源取信號 測量。陽極板面積為1.5 cmX 3.0 cm,陰極板面積為5. OcmX 10. 0 cm。
[0028] 如圖2所示，可調直流電源包括串口通訊接口、電平轉換芯片、主芯片、D/A轉換芯 片和運算放大器，串口通訊接口與電平轉換芯片連接進行串口接收與發送數據，電平轉換 芯片與主芯片進行串口通信連接實現主芯片內置參數的寫入或修改，主芯片向D/A轉換芯 片發送時鐘控制信號與數字電壓控制信號，D/A轉換芯片的信號輸出端與運算放大器的信 號輸入端連接，運算放大器的信號輸出端與P2輸出端連接，P1輸出端通過限流電阻接地； 主芯片通過控制時鐘信號輸出和數字電壓信號輸出調整電壓變化的峰值及電壓變化的速 率，D/A轉換芯片將接受到的數字電壓信號轉換為電壓模擬信號并通過信號輸出端發送給 運算放大器，運算放大器的對接收到的電壓模擬信號進行放大提高其驅動能力后輸出。主 芯片通過控制時鐘信號輸出和數字電壓信號輸出最終實現對P1輸出端與P2輸出端之間電 壓變化峰值及變化速率的控制，從而實現對陽極板與陰極板之間脈沖電流的大小及變化速 率的控制。
[0029] 串口通訊接口優選為DB9串口通訊九針接口，電平轉換芯片優選為MAX232型芯 片，主芯片優選為STC12C5A60S2型單片機，D/A轉換芯片優選為MAX517型轉換芯片，運算 放大器優選為LM358型運算放大器。
[0030] 串口通訊接口的2號腳與3號腳分別接入電平轉換芯片的14號腳與13號腳進行 串口接收與發送數據，電平轉換芯片的11號腳與12號腳分別與主芯片的11號腳與10號 腳連接進行串口通信；電平轉換芯片的1號腳與3號腳通過1 μ F濾波電容相互連接，2號 腳通過1 μ F濾波電容與Vcc連接，4號腳與5號腳通過1 μ F濾波電容相互連接，6號腳通 過1 μ F濾波電容接地，7號腳與8號腳短接，9號腳懸空，10號腳和15號腳接地，電平轉換 芯片的16號腳接Vcc且通過1 μ F濾波電容接地。
[0031] 主芯片的39號腳與D/A轉換芯片的3號腳連接并且接10Κ的上拉電阻，主芯片的 38號腳與D/A轉換芯片的4號腳連接并且接10Κ的上拉電阻；主芯片的39號腳與D/A轉 換芯片的3號腳之間傳遞時鐘信號，主芯片的38號腳與D/A轉換芯片的4號腳之間傳遞數 字電壓信號。10 μ F濾波電容與10Κ電阻組成阻容復位電路接主芯片的復位引腳9號腳，完 成上電復位；參比電極接入主芯片的7號腳，主芯片的18號腳、19號腳通過晶振連接且分 別通過30pF濾波電容接地，主芯片的20號腳接地，40號腳接接Vcc且通過濾波電容接地。
[0032] D/A轉換芯片的1號腳接入運算放大器的3號腳傳遞電壓模擬信號，D/A轉換芯片 的2號腳、5號腳、6號腳均接地，7號腳和8號腳接Vcc。
[0033] 運算放大器的1號腳與2號腳并接后與P2輸出端連接，運算放大器的4號腳接地， 8號腳接Vcc且通過濾波電容接地。
[0034] 實施例一 本發明自動構建穩定電催化細菌生物膜的方法，依次包括如下步驟： ⑴組裝微生物電化學反應器，微生物電化學反應器包括裝有陽極板的陽極室和裝有陰 極板的陰極室。
[0035] ⑵如圖1、圖2所示連接電路元件。
[0036] ⑶微生物陽極預啟動，向微生物電化學反應器的陽極室注入細菌生長培養基液將 陽極浸沒，向微生物電化學反應器的陰極室注入陰極溶液將陰極浸沒，再向陽極室中接種 含產電菌的微生物菌源，接著將選擇開關QS1撥至與第一選擇端接通使陽極通過固定電阻 R〇與陰極電連接，對微生物陽極進行預啟動。
[0037] 細菌生長培養基液的原料組分及重量含量如下：氯化鉀：氯化鈉：氯化鈣：氯化 鎂：碳酸氫鈉：氯化銨：磷酸二氫鈉：硫酸鎂：七水硫酸亞鐵：四水氯化錳：二水鑰酸鈉： 酵母汁：醋酸鈉：水=0.08 : 0.07 : 0.07 : 0.08 : 2.5 : 1.5 : 0.7 : 0.10:0.003: 0· 003 :0· 003 :0· 08 :2· 4 :1000。陰極溶液包括 50 mM K3Fe(CN)6 和 100 mM ΚΗ2Ρ04。
[0038] 微生物菌源為城市生活污水處理廠活性污泥中含產電菌的微生物菌源，接種量按 每升細菌生長培養基液中接種活性污泥80克。
[0039] ⑷連續測量微生物陽極在預啟動過程中的陽極電勢變化，如圖3所示，陽極電勢 變化依次分為三個階段，第一階段為緩慢下降階段，陽極電勢處于高位在65小時內共下降 小于〇. IV ;第二階段為快速下降階段，陽極電勢在20小時內下降0. 6V ;第三階段為平穩變 化階段，陽極電勢變化的幅度穩定在±0. 03V以內達15小時，當陽極電勢變化到達第三階 段即為微生物陽極預啟動完成，陽極的電催化細菌生物膜初步構建完成，此時的電催化細 菌生物膜如圖4所示。
[0040] (5)接通輔助開關QS2使循環時間繼電器KT的線圈得電，調節循環時間繼電器KT 的通斷時間比為1秒：1秒；將選擇開關撥到與第二選擇端接通并啟動可調直流電源，在陽 極板與陰極板之間形成脈沖電流，可調直流電源通過調整輸出電壓控制脈沖電流以設定的 速率逐步遞增；同時連續測量微生物陽極相對于參比電極的電極電勢作為可調直流電源的 反饋控制信號，隨著脈沖電流的逐步遞增，微生物陽極的電極電勢也逐步升高，微生物陽極 的極化程度增大。
[0041] (6)當微生物陽極的電極電勢升高到陽極電勢限定值時，可調直流電源通過調整輸 出電壓控制脈沖電流立刻降低到當前值的50%，微生物陽極的電極電勢隨之降低；然后以 降低后的電流值為新起點，可調直流電源再次控制脈沖電流以設定的速率逐步遞增，直至 微生物陽極的電極電勢再次升高到陽極電勢限定值，陽極電勢限定值取-0. 3V，脈沖電流的 遞增速率為〇. 〇3mA/分鐘。
[0042] (7)反復進行第（6)步操作，微生物陽極的耐電流能力逐步增強，如圖5所示，直至 在微生物陽極的電極電勢升至陽極電勢限定值前，脈沖電流值達到并穩定在電流設定限值 達10小時以上，電催化細菌生物膜構建完成，電流設定限值為每平方厘米陽極面積1 mA， 經極限脈沖電流刺激發展出的電催化細菌生物膜如圖6所示。
[0043] 實施例二 本發明自動構建穩定電催化細菌生物膜的方法，依次包括如下步驟： ⑴組裝微生物電化學反應器，微生物電化學反應器包括裝有陽極板的陽極室和裝有陰 極板的陰極室。
[0044] ⑵如圖1、圖2所示連接電路元件。
[0045] ⑶微生物陽極預啟動，向微生物電化學反應器的陽極室注入細菌生長培養基液將 陽極浸沒，向微生物電化學反應器的陰極室注入陰極溶液將陰極浸沒，再向陽極室中接種 含產電菌的微生物菌源，接著將選擇開關QS1撥至與第一選擇端接通使陽極通過固定電阻 R0與陰極電連接，對微生物陽極進行預啟動。
[0046] 細菌生長培養基液的原料組分及重量含量如下：氯化鉀：氯化鈉：氯化鈣：氯化 鎂：碳酸氫鈉：氯化銨：磷酸二氫鈉：硫酸鎂：七水硫酸亞鐵：四水氯化錳：二水鑰酸鈉： 酵母汁：醋酸鈉：水=0.05 : 0.05 : 0.05 : 0.05 : 2.0 : 1.0 : 0.5 : 0.05:0.001: 0· 001 :0· 001 :0· 05 :1· 6 :1000。陰極溶液包括 50 mM K3Fe(CN)6 和 100 mM ΚΗ2Ρ04。
[0047] 微生物菌源為淡水環境沉積物中含產電菌的微生物菌源，接種量按每升細菌生長 培養基液中接種沉積物50克。
[0048] ⑷連續測量微生物陽極在預啟動過程中的陽極電勢變化，陽極電勢變化依次分為 三個階段，第一階段為緩慢下降階段，陽極電勢處于高位在2天內共下降小于0. IV ;第二階 段為快速下降階段，陽極電勢在10小時內下降〇. 2V ;第三階段為平穩變化階段，陽極電勢 變化的幅度穩定在±0. 03V以內達10小時，當陽極電勢變化到達第三階段即為微生物陽極 預啟動完成，陽極的電催化細菌生物膜初步構建完成。
[0049] (5)接通輔助開關QS2使循環時間繼電器KT的線圈得電，調節循環時間繼電器KT 的通斷時間比為0.5秒：1秒；將選擇開關撥到與第二選擇端接通并啟動可調直流電源，在 陽極板與陰極板之間形成脈沖電流，可調直流電源通過調整輸出電壓控制脈沖電流以設定 的速率逐步遞增；同時連續測量微生物陽極相對于參比電極的電極電勢作為可調直流電源 的反饋控制信號，隨著脈沖電流的逐步遞增，微生物陽極的電極電勢也逐步升高，微生物陽 極的極化程度增大。
[0050] (6)當微生物陽極的電極電勢升高到陽極電勢限定值時，可調直流電源通過調整輸 出電壓控制脈沖電流立刻降低到當前值的40%，微生物陽極的電極電勢隨之降低；然后以 降低后的電流值為新起點，可調直流電源再次控制脈沖電流以設定的速率逐步遞增，直至 微生物陽極的電極電勢再次升高到陽極電勢限定值，陽極電勢限定值取-0. 2 V，脈沖電流 的遞增速率為0. 06mA/分鐘。
[0051] (7)反復進行第（6)步操作，微生物陽極的耐電流能力逐步增強，直至在微生物陽極 的電極電勢升至陽極電勢限定值前，脈沖電流值達到并穩定在電流設定限值達10小時以 上，電催化細菌生物膜構建完成，電流設定限值為每平方厘米陽極面積1 mA。
[0052] 實施例三 本發明自動構建穩定電催化細菌生物膜的方法，依次包括如下步驟： ⑴組裝微生物電化學反應器，微生物電化學反應器包括裝有陽極板的陽極室和裝有陰 極板的陰極室。
[0053] ⑵如圖1、圖2所示連接電路元件。
[0054] ⑶微生物陽極預啟動，向微生物電化學反應器的陽極室注入細菌生長培養基液將 陽極浸沒，向微生物電化學反應器的陰極室注入陰極溶液將陰極浸沒，再向陽極室中接種 含產電菌的微生物菌源，接著將選擇開關QS1撥至與第一選擇端接通使陽極通過固定電阻 R〇與陰極電連接，對微生物陽極進行預啟動。
[0055] 細菌生長培養基液的原料組分及重量含量如下，氯化鉀：氯化鈉：氯化鈣：氯化 鎂：碳酸氫鈉：氯化銨：磷酸二氫鈉：硫酸鎂：七水硫酸亞鐵：四水氯化錳：二水鑰酸鈉： 酵母汁：醋酸鈉：水=0.15 : 0.15 : 0.15 : 0.15 : 3.0 : 2.0 : 1.0 : 0.15:0.005: 0· 005 :0· 005 :0· 1 :3· 2 :1000。陰極溶液包括 50 mM K3Fe(CN)6 和 100 mM ΚΗ2Ρ04。
[0056] 微生物菌源為城市生活污水處理廠活性污泥中的含產電菌的微生物菌源，接種量 按每升細菌生長培養基液中接種活性污泥1〇〇克。
[0057] ⑷連續測量微生物陽極在預啟動過程中的陽極電勢變化，陽極電勢變化依次分為 三個階段，第一階段為緩慢下降階段，陽極電勢處于高位在7天內共下降小于0. IV ;第二階 段為快速下降階段，陽極電勢在20小時內下降0. 6V ;第三階段為平穩變化階段，陽極電勢 變化的幅度穩定在±0. 03V以內達12小時，當陽極電勢變化到達第三階段即為微生物陽極 預啟動完成，陽極的電催化細菌生物膜初步構建完成。
[0058] (5)接通輔助開關QS2使循環時間繼電器KT的線圈得電，調節循環時間繼電器KT 的通斷時間比為0.7秒：1秒；將選擇開關撥到與第二選擇端接通并啟動可調直流電源，在 陽極板與陰極板之間形成脈沖電流，可調直流電源通過調整輸出電壓控制脈沖電流以設定 的速率逐步遞增；同時連續測量微生物陽極相對于參比電極的電極電勢作為可調直流電源 的反饋控制信號，隨著脈沖電流的逐步遞增，微生物陽極的電極電勢也逐步升高，微生物陽 極的極化程度增大。
[0059] (6)當微生物陽極的電極電勢升高到陽極電勢限定值時，可調直流電源通過調整輸 出電壓控制脈沖電流立刻降低到當前值的60%，微生物陽極的電極電勢隨之降低；然后以 降低后的電流值為新起點，可調直流電源再次控制脈沖電流以設定的速率逐步遞增，直至 微生物陽極的電極電勢再次升高到陽極電勢限定值，陽極電勢限定值取-〇. 1 V，脈沖電流 的遞增速率為0. 3mA/分鐘。
[0060] ⑴反復進行第（6)步操作，微生物陽極的耐電流能力逐步增強，直至在微生物陽極 的電極電勢升至陽極電勢限定值前，脈沖電流值達到并穩定在電流設定限值達10小時以 上，電催化細菌生物膜構建完成，電流設定限值為每平方厘米陽極面積1 mA。
[0061] 實施例四 本發明自動構建穩定電催化細菌生物膜的方法，依次包括如下步驟： ⑴組裝微生物電化學反應器，微生物電化學反應器包括裝有陽極板的陽極室和裝有陰 極板的陰極室。
[0062] ⑵如圖1、圖2所示連接電路元件。
[0063] ⑶微生物陽極預啟動，向微生物電化學反應器的陽極室注入細菌生長培養基液將 陽極浸沒，向微生物電化學反應器的陰極室注入陰極溶液將陰極浸沒，再向陽極室中接種 含產電菌的微生物菌源，接著將選擇開關QS1撥至與第一選擇端接通使陽極通過固定電阻 R〇與陰極電連接，對微生物陽極進行預啟動。
[0064] 細菌生長培養基液的原料組分及重量含量如下：氯化鉀：氯化鈉：氯化鈣：氯化 鎂：碳酸氫鈉：氯化銨：磷酸二氫鈉：硫酸鎂：七水硫酸亞鐵：四水氯化錳：二水鑰酸鈉： 酵母汁：醋酸鈉：水=0.05 : 0.15 : 0.05 : 0.15 : 2.5 : 1.0 : 1.0 : 0.15:0.001: 0· 005 :0· 001 :0· 1 :2· 0 :1000。陰極溶液包括 50 mM K3Fe(CN)6 和 100 mM ΚΗ2Ρ04。
[0065] 微生物菌源為淡水環境沉積物中含產電菌的微生物菌源，接種量按每升細菌生長 培養基液中接種沉積物70克。
[0066] ⑷連續測量微生物陽極在預啟動過程中的陽極電勢變化，陽極電勢變化依次分為 三個階段，第一階段為緩慢下降階段，陽極電勢處于高位在3天內共下降小于0. IV ;第二階 段為快速下降階段，陽極電勢在16小時內下降0. 4V ;第三階段為平穩變化階段，陽極電勢 變化的幅度穩定在±0. 03V以內達13小時，當陽極電勢變化到達第三階段即為微生物陽極 預啟動完成，陽極的電催化細菌生物膜初步構建完成。
[0067] (5)接通輔助開關QS2使循環時間繼電器KT的線圈得電，調節循環時間繼電器KT 的通斷時間比為1秒：1秒；將選擇開關撥到與第二選擇端接通并啟動可調直流電源，在陽 極板與陰極板之間形成脈沖電流，可調直流電源通過調整輸出電壓控制脈沖電流以設定的 速率逐步遞增；同時連續測量微生物陽極相對于參比電極的電極電勢作為可調直流電源的 反饋控制信號，隨著脈沖電流的逐步遞增，微生物陽極的電極電勢也逐步升高，微生物陽極 的極化程度增大。
[0068] (6)當微生物陽極的電極電勢升高到陽極電勢限定值時，可調直流電源通過調整輸 出電壓控制脈沖電流立刻降低到當前值的50%，微生物陽極的電極電勢隨之降低；然后以 降低后的電流值為新起點，可調直流電源再次控制脈沖電流以設定的速率逐步遞增，直至 微生物陽極的電極電勢再次升高到陽極電勢限定值，陽極電勢限定值取-0.3 V，脈沖電流 的遞增速率為0. 1mA/分鐘。
[0069] (7)反復進行第（6)步操作，微生物陽極的耐電流能力逐步增強，直至在微生物陽極 的電極電勢升至陽極電勢限定值前，脈沖電流值達到并穩定在電流設定限值達10小時以 上，電催化細菌生物膜構建完成，電流設定限值為每平方厘米陽極面積1 mA。
[0070] 實施例五 本發明自動構建穩定電催化細菌生物膜的方法，依次包括如下步驟： ⑴組裝微生物電化學反應器，微生物電化學反應器包括裝有陽極板的陽極室和裝有陰 極板的陰極室。
[0071] ⑵如圖1、圖2所示連接電路元件。
[0072] ⑶微生物陽極預啟動，向微生物電化學反應器的陽極室注入細菌生長培養基液將 陽極浸沒，向微生物電化學反應器的陰極室注入陰極溶液將陰極浸沒，再向陽極室中接種 含產電菌的微生物菌源，接著將選擇開關QS1撥至與第一選擇端接通使陽極通過固定電阻 R〇與陰極電連接，對微生物陽極進行預啟動。
[0073] 細菌生長培養基液的原料組分及重量含量如下：氯化鉀：氯化鈉：氯化鈣：氯化 鎂：碳酸氫鈉：氯化銨：磷酸二氫鈉：硫酸鎂：七水硫酸亞鐵：四水氯化錳：二水鑰酸鈉： 酵母汁：醋酸鈉：水=0.09 : 0.08 : 0.07 : 0.09 : 2.4 : 1.8 : 0.9 : 0.07:0.002: 0· 003 :0· 005 :0· 07 :1· 9 :1000。陰極溶液包括 50 mM K3Fe(CN)6 和 100 mM ΚΗ2Ρ04。
[0074] 微生物菌源為城市生活污水處理廠活性污泥中含產電菌的微生物菌源，接種量按 每升細菌生長培養基液中接種活性污泥90克。
[0075] ⑷連續測量微生物陽極在預啟動過程中的陽極電勢變化，陽極電勢變化依次分為 三個階段，第一階段為緩慢下降階段，陽極電勢處于高位在4天內共下降小于0. IV ;第二階 段為快速下降階段，陽極電勢在18小時內下降0. 5V ;第三階段為平穩變化階段，陽極電勢 變化的幅度穩定在±0. 03V以內達18小時，當陽極電勢變化到達第三階段即為微生物陽極 預啟動完成，陽極的電催化細菌生物膜初步構建完成。
[0076] (5)接通輔助開關QS2使循環時間繼電器KT的線圈得電，調節循環時間繼電器KT 的通斷時間比為0.8秒：1秒；將選擇開關撥到與第二選擇端接通并啟動可調直流電源，在 陽極板與陰極板之間形成脈沖電流，可調直流電源通過調整輸出電壓控制脈沖電流以設定 的速率逐步遞增；同時連續測量微生物陽極相對于參比電極的電極電勢作為可調直流電源 的反饋控制信號，隨著脈沖電流的逐步遞增，微生物陽極的電極電勢也逐步升高，微生物陽 極的極化程度增大。
[0077] (6)當微生物陽極的電極電勢升高到陽極電勢限定值時，可調直流電源通過調整輸 出電壓控制脈沖電流立刻降低到當前值的50%，微生物陽極的電極電勢隨之降低；然后以 降低后的電流值為新起點，可調直流電源再次控制脈沖電流以設定的速率逐步遞增，直至 微生物陽極的電極電勢再次升高到陽極電勢限定值，陽極電勢限定值取-0.2 V，脈沖電流 的遞增速率為0. 2mA/分鐘。
[0078] (7)反復進行第（6)步操作，微生物陽極的耐電流能力逐步增強，直至在微生物陽極 的電極電勢升至陽極電勢限定值前，脈沖電流值達到并穩定在電流設定限值達10小時以 上，電催化細菌生物膜構建完成，電流設定限值為每平方厘米陽極面積1 mA。
[0079] 實施例六 本發明自動構建穩定電催化細菌生物膜的方法，依次包括如下步驟： ⑴組裝微生物電化學反應器，微生物電化學反應器包括裝有陽極板的陽極室和裝有陰 極板的陰極室。
[0080] ⑵如圖1、圖2所示連接電路元件。
[0081] ⑶微生物陽極預啟動，向微生物電化學反應器的陽極室注入細菌生長培養基液將 陽極浸沒，向微生物電化學反應器的陰極室注入陰極溶液將陰極浸沒，再向陽極室中接種 含產電菌的微生物菌源，接著將選擇開關QS1撥至與第一選擇端接通使陽極通過固定電阻 R〇與陰極電連接，對微生物陽極進行預啟動。
[0082] 細菌生長培養基液的原料組分及重量含量如下：氯化鉀：氯化鈉：氯化鈣：氯化 鎂：碳酸氫鈉：氯化銨：磷酸二氫鈉：硫酸鎂：七水硫酸亞鐵：四水氯化錳：二水鑰酸鈉： 酵母汁：醋酸鈉：水=0.15 : 0.05 : 0.15 : 0.08 : 2.0 : 2.0 : 0.5 : 0.08:0.003: 0· 004 :0· 005 :0· 05 :3· 2 :1000。陰極溶液包括 50 mM K3Fe(CN)6 和 100 mM ΚΗ2Ρ04。
[0083] 微生物菌源為城市生活污水處理廠活性污泥中含產電菌的微生物菌源，接種量按 每升細菌生長培養基液中接種活性污泥90克。
[0084] ⑷連續測量微生物陽極在預啟動過程中的陽極電勢變化，陽極電勢變化依次分為 三個階段，第一階段為緩慢下降階段，陽極電勢處于高位在4天內共下降小于0. IV ;第二階 段為快速下降階段，陽極電勢在16小時內下降0. 5V ;第三階段為平穩變化階段，陽極電勢 變化的幅度穩定在±0. 03V以內達10小時，當陽極電勢變化到達第三階段即為微生物陽極 預啟動完成，陽極的電催化細菌生物膜初步構建完成。
[0085] (5)接通輔助開關QS2使循環時間繼電器KT的線圈得電，調節循環時間繼電器KT 的通斷時間比為1秒：1秒；將選擇開關撥到與第二選擇端接通并啟動可調直流電源，在陽 極板與陰極板之間形成脈沖電流，可調直流電源通過調整輸出電壓控制脈沖電流以設定的 速率逐步遞增；同時連續測量微生物陽極相對于參比電極的電極電勢作為可調直流電源的 反饋控制信號，隨著脈沖電流的逐步遞增，微生物陽極的電極電勢也逐步升高，微生物陽極 的極化程度增大。
[0086] (6)當微生物陽極的電極電勢升高到陽極電勢限定值時，可調直流電源通過調整輸 出電壓控制脈沖電流立刻降低到當前值的40%，微生物陽極的電極電勢隨之降低；然后以 降低后的電流值為新起點，可調直流電源再次控制脈沖電流以設定的速率逐步遞增，直至 微生物陽極的電極電勢再次升高到陽極電勢限定值，陽極電勢限定值取-0.3 V，脈沖電流 的遞增速率為0. 15mA/分鐘。
[0087] (7)反復進行第（6)步操作，微生物陽極的耐電流能力逐步增強，直至在微生物陽極 的電極電勢升至陽極電勢限定值前，脈沖電流值達到并穩定在電流設定限值達10小時以 上，電催化細菌生物膜構建完成，電流設定限值為每平方厘米陽極面積1 mA。
[0088] MAX232型芯片和MAX517型轉換芯片由美信（ΜΑΧΠΟ公司生產，STC12C5A60S2型 單片機由宏晶科技有限公司生產，LM358型運算放大器由深圳市盛佰威電子有限公司生產。 [〇〇89] 以上所述僅為本發明之較佳可行實施例而已，非因此局限本發明的專利保護范 圍。除上述實施例外，本發明還可以有其他實施方式，例如可以采用功能類似的其它可調直 流電源。凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明要求的保護范圍內。本 發明未經描述的技術特征可以通過或采用現有技術實現，在此不再贅述。
【權利要求】
1. 一種自動構建穩定電催化細菌生物膜的方法，其特征在于，依次包括如下步驟：⑴ 組裝微生物電化學反應器，所述微生物電化學反應器包括裝有陽極板的陽極室和裝有陰極 板的陰極室；⑵連接電路元件，電路元件包括選擇開關、固定電阻、參比電極、電流表、循環 時間繼電器和可調直流電源，所述選擇開關的共端與所述陽極板連接，所述選擇開關的第 一選擇端與所述固定電阻串聯后與所述陰極板連接，所述選擇開關的第二選擇端與所述可 調直流電源的P1輸出端連接，所述可調直流電源的P2輸出端依次與所述電流表、循環時間 繼電器的工作觸頭及所述陰極板相串聯，所述循環時間繼電器的線圈通過輔助開關連接在 輔助直流電源的兩端；⑶微生物陽極預啟動，向所述微生物電化學反應器的陽極室注入細 菌生長培養基液將陽極浸沒，向微生物電化學反應器的陰極室注入陰極溶液將陰極浸沒， 再向所述陽極室中接種含產電菌的微生物菌源，接著將所述選擇開關撥至與第一選擇端接 通，使陽極通過固定電阻與陰極電連接，對微生物陽極進行預啟動；⑷連續測量微生物陽極 在預啟動過程中的陽極電勢變化，陽極電勢變化依次分為三個階段，第一階段為緩慢下降 階段，陽極電勢處于高位在2?5天內共下降小于0. IV ;第二階段為快速下降階段，陽極電 勢在10?20小時內下降0. 2V?0. 6V ;第三階段為平穩變化階段，陽極電勢變化的幅度穩 定在±0. 03V以內達10小時以上，當陽極電勢變化到達第三階段即為微生物陽極預啟動完 成，陽極的電催化細菌生物膜初步構建完成；(5)接通所述輔助開關使循環時間繼電器的線 圈得電，調節所述循環時間繼電器的通斷時間比為（〇. 5?1)秒：1秒；將所述選擇開關撥 到與第二選擇端接通并啟動所述可調直流電源，在所述陽極板與所述陰極板之間形成脈沖 電流，所述可調直流電源通過調整輸出電壓控制所述脈沖電流以設定的速率逐步遞增；同 時連續測量所述微生物陽極相對于所述參比電極的電極電勢作為所述可調直流電源的反 饋控制信號，隨著脈沖電流的逐步遞增，所述微生物陽極的電極電勢也逐步升高，微生物陽 極的極化程度增大；(6)當所述微生物陽極的電極電勢升高到陽極電勢限定值時，所述可調 直流電源通過調整輸出電壓控制脈沖電流立刻降低到當前值的40%?60%，所述微生物陽 極的電極電勢隨之降低；然后以降低后的電流值為新起點，所述可調直流電源再次控制脈 沖電流以設定的速率逐步遞增，直至所述微生物陽極的電極電勢再次升高到陽極電勢限定 值；（7)反復進行第（6)步操作，所述微生物陽極的耐電流能力逐步增強，直至在微生物陽 極的電極電勢升至陽極電勢限定值前，脈沖電流值達到并穩定在電流設定限值達10小時 以上，電催化細菌生物膜構建完成。
2. 根據權利要求1所述的自動構建穩定電催化細菌生物膜的方法，其特征在于：所述 參比電極為飽和甘汞電極，所述陽極電勢限定值為-〇. 3 V?-0. 1 V，所述脈沖電流的遞增 速率為（0. 03?0. 3) mA/分鐘，所述電流設定限值為每平方厘米陽極面積1 mA。
3. 根據權利要求1所述的自動構建穩定電催化細菌生物膜的方法，其特征在于，所述 細菌生長培養基液的原料組分及重量含量如下：氯化鉀：氯化鈉：氯化鈣：氯化鎂：碳酸 氫鈉：氯化銨：磷酸二氫鈉：硫酸鎂：七水硫酸亞鐵：四水氯化錳：二水鑰酸鈉：酵母汁： 醋酸鈉：水= (0.05 ?0.15) : (0.05 ?0.15) : (0.05 ?0.15) : (0.05 ?0.15) : (2.0 ? 3.0) : (1.0 ?2.0) : (0.5 ?1.0) : (0.05 ?0.15) :(0.001 ?0.005) :(0.001 ? 0· 005) : (0· 001 ?0· 005) : (0· 05 ?0· 1) : (1. 6 ?3. 2) :1000。
4. 根據權利要求1所述的自動構建穩定電催化細菌生物膜的方法，其特征在于：所述 陰極溶液包括 50 mM K3Fe(CN)6 和 100 mM KH2P04。
5. 根據權利要求1所述的自動構建穩定電催化細菌生物膜的方法，其特征在于：所述 微生物菌源為城市生活污水處理廠活性污泥或淡水環境沉積物中的含產電菌的微生物菌 源，接種量按每升所述細菌生長培養基液中接種所述活性污泥或所述沉積物50?100克。
6. 根據權利要求1所述的自動構建穩定電催化細菌生物膜的方法，其特征在于：所述 可調直流電源包括串口通訊接口、電平轉換芯片、主芯片、D/A轉換芯片和運算放大器，所述 串口通訊接口與所述電平轉換芯片連接進行串口接收與發送數據，所述電平轉換芯片與所 述主芯片進行串口通信連接實現主芯片內置參數的寫入或修改，所述主芯片向所述D/A轉 換芯片發送時鐘控制信號與數字電壓控制信號，所述D/A轉換芯片的信號輸出端與所述運 算放大器的信號輸入端連接，所述運算放大器的信號輸出端與所述P2輸出端連接，所述P1 輸出端通過限流電阻接地；所述主芯片通過控制時鐘信號輸出和數字電壓信號輸出調整電 壓變化的峰值及電壓變化的速率，所述D/A轉換芯片將接受到的數字電壓信號轉換為電壓 模擬信號并通過信號輸出端發送給所述運算放大器，所述運算放大器的對接收到的電壓模 擬信號進行放大提高其驅動能力后輸出。
7. 根據權利要求6所述的自動構建穩定電催化細菌生物膜的方法，其特征在于：所述 串口通訊接口為DB9串口通訊九針接口，所述電平轉換芯片為MAX232型芯片，所述主芯片 為STC12C5A60S2型單片機，所述D/A轉換芯片為MAX517型轉換芯片，所述運算放大器為 LM358型運算放大器。
8. 根據權利要求7所述的自動構建穩定電催化細菌生物膜的方法，其特征在于：所述 串口通訊接口的2號腳與3號腳分別接入所述電平轉換芯片的14號腳與13號腳進行串口 接收與發送數據，所述電平轉換芯片的11號腳與12號腳分別與所述主芯片的11號腳與10 號腳連接進行串口通信；所述主芯片的39號腳與所述D/A轉換芯片的3號腳連接并且接 10K的上拉電阻，所述主芯片的38號腳與所述D/A轉換芯片的4號腳連接并且接10K的上 拉電阻，所述主芯片的39號腳與所述D/A轉換芯片的3號腳之間傳遞時鐘信號，所述主芯 片的38號腳與所述D/A轉換芯片的4號腳之間傳遞數字電壓信號；所述D/A轉換芯片的1 號腳接入所述運算放大器的3號腳傳遞電壓模擬信號，所述運算放大器的1號腳與2號腳 并接后與所述P2輸出端連接。
9. 根據權利要求8所述的自動構建穩定電催化細菌生物膜的方法，其特征在于：所述 電平轉換芯片的1號腳與3號腳通過1 μ F濾波電容相互連接，2號腳通過1 μ F濾波電容 與Vcc連接，4號腳與5號腳通過1 μ F濾波電容相互連接，6號腳通過1 μ F濾波電容接地， 7號腳與8號腳短接，9號腳懸空，10號腳和15號腳接地，所述電平轉換芯片的16號腳接 Vcc且通過1 μ F濾波電容接地；10 μ F濾波電容與10Κ電阻組成阻容復位電路接所述主芯 片的復位引腳9號腳，完成上電復位，所述主芯片的18號腳、19號腳通過晶振連接且分別通 過30pF濾波電容接地，所述主芯片的20號腳接地，40號腳接接Vcc且通過濾波電容接地； 所述D/A轉換芯片的2號腳、5號腳、6號腳均接地，7號腳和8號腳接Vcc ;所述運算放大器 的4號腳接地，8號腳接Vcc且通過濾波電容接地。
10. 根據權利要求7或8或9所述的自動構建穩定電催化細菌生物膜的方法，其特征在 于：所述參比電極接入所述主芯片的7號腳。
【文檔編號】H01M8/16GK104091962SQ201410291215
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月26日 優先權日:2014年6月26日
【發明者】張恩仁, 汪霄, 刁國旺 申請人:揚州大學