在污水處理廠、工業(yè)廢水排放口及環(huán)境監(jiān)測站，BOD（生化需氧量）傳感器正以分鐘級響應(yīng)速度替代傳統(tǒng)5日培養(yǎng)法，成為水質(zhì)評估的核心工具。其核心原理基于微生物代謝有機物時的耗氧特性，通過監(jiān)測溶解氧濃度變化實現(xiàn)BOD值的快速測定，這一技術(shù)突破將水質(zhì)監(jiān)測效率提升了百倍以上。

　　一、微生物代謝驅(qū)動的氧濃度梯度

　　BOD傳感器的核心組件由固定化微生物膜與氧電極構(gòu)成。當水樣流經(jīng)微生物膜時，膜內(nèi)的好氧菌會啟動代謝程序，將有機物分解為二氧化碳和水。這一過程伴隨著溶解氧的持續(xù)消耗，形成從膜表面向內(nèi)部遞減的氧濃度梯度。

　　二、氧電極的電流信號轉(zhuǎn)化

　　溶解氧濃度的微小變化被氧電極精準捕獲。該電極采用透氣膜選擇性透過氧氣，在陰極發(fā)生還原反應(yīng)：O?+2H?O+4e?→4OH?。微生物代謝導(dǎo)致的氧濃度下降會直接削弱還原電流，電流減少量與BOD濃度成正比。

　　三、從實驗室到工業(yè)現(xiàn)場的技術(shù)躍遷

　　早期BOD傳感器面臨兩大挑戰(zhàn)：微生物活性衰減與復(fù)雜水質(zhì)干擾。1977年Kurabe團隊初創(chuàng)的骨膠原膜固定化技術(shù)，雖實現(xiàn)15分鐘快速檢測，但10天后傳感器即因酶解失效。現(xiàn)代技術(shù)通過多孔醋酸纖維素膜與PVA包埋法，將微生物膜壽命延長至10天以上。針對高濃度有機廢水，研究者開發(fā)出復(fù)合菌群傳感器，如同時固定硝化菌與亞硝化菌的雙層膜結(jié)構(gòu)，可同步監(jiān)測COD（化學需氧量）與BOD，在石化廢水處理中實現(xiàn)90%的有機物降解率監(jiān)測。
 

　　從1977年第一臺原型機問世到如今智能傳感網(wǎng)絡(luò)的普及，BOD傳感器用半個世紀完成了從實驗室工具到環(huán)境監(jiān)測基礎(chǔ)設(shè)施的蛻變。其核心原理雖始終圍繞微生物代謝與氧濃度檢測，但技術(shù)迭代已推動水質(zhì)監(jiān)測進入實時、精準、智能的新紀元。