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生化需氧量(biochemical oxygen demand,BOD)是一种检测水体中可生物降解物质的方法,是污水处理厂设计、监控及水体污染监测的重要指标。传统测定水样BOD值的方法需要花费5~7天的时间,测定周期长,不能及时反映排放水的污染程度。微生物燃料电池(microbial fuel cells,MFCs)是一种检测水样中BOD值的新方法,它基于产电微生物的产电呼吸代谢机制,将可降解物质转化为电流。在一定条件下,电池产生的电流或电荷与有机污染物的浓度之间呈现良好的线性关系。但目前已报道的MFC型BOD传感器存在一些缺点,如电极催化剂使用贵金属材料;结构上采用昂贵的质子交换膜;阴极需要连续曝气等。本文开发了一种基于活性炭空气阴极的单室MFC型低成本BOD传感器装置。该装置MFC型BOD传感器不需要贵金属催化剂、质子交换膜、电子介体或者曝氧装置,能直接把可生物降解的化学能转换成电能。这种单室MFC型BOD传感器,以辊压烧结的活性炭-聚四氟乙烯(PTFE)作为空气阴极,以碳毡作为阳极。利用1 g/L的乙酸钠溶液为燃料,活性污泥为接种液,在外接电阻为1 KΩ、30℃恒温培养箱的条件下驯化启动的燃料电池,最大功率密度为420 mW·m-2,最大开路电压为550 m V,最大电流密度为2.03 mA·cm-2。利用这种MFC型BOD传感器以不同BOD浓度的富氧乙酸钠溶液校准,当反应时间为50h,底物BOD浓度在80 mg/L~1280 mg/L范围内与电荷量呈良好的线性关系(R2=0.99)。以乙酸钠作为燃料启动的MFC型BOD传感器测试不同的底物(葡萄糖谷氨酸钠(GGA)溶液和乙醇溶液)实验结果如下:以GGA溶液为底物,当反应时间为70h时,底物BOD浓度在80 mg/L~1000 mg/L范围内与电荷量呈线性关系(R2=0.98)。以乙醇溶液为底物,当反应时间为60h时,底物BOD浓度在80mg/L~320 mg/L范围内与电荷量呈线性关系(R2=0.98)。这说明以乙酸钠溶液培养的传感器能够适应不同的有机质(GGA和乙醇)作为底物。另外,本文通过更换不同阻值的外接电阻,探讨了该BOD传感器的测量范围以及反应时间与外接电阻大小的关系。实验表明:延长反应时间、增加外接电阻阻值,测量范围会变大;外接电阻大小不变,缩短反应时间,测量范围会变小。本文构建的活性炭空气阴极MFC型BOD传感器成本低廉,且性能优于目前已报道的MFC型BOD传感器。本研究所取得的结果,有望推动MFC型BOD传感器的实际应用。