【正文】 在研究過程中，我不僅學(xué)到了科學(xué)研究的方法，還學(xué)到了做人、做事，學(xué)會了在困難面前不低頭，勇于接受挑戰(zhàn)的良好品格。（2）與傳統(tǒng)雙室型BOD傳感器的相比，單室型微生物燃料電池反應(yīng)器作為BOD傳感器的核心部件的研究，用國產(chǎn)低成本離子交換膜代替質(zhì)子交換膜，用廉價錳氧化物代替鉑作陰極催化劑，既降低了傳感器制作成本，又有利于實現(xiàn)污水檢測簡潔、實用的要求。（2） 陰極的規(guī)格與材料要求 以載MnO2碳布（碳布規(guī)格：7 cm cm，MnO2載量：12 mg/cm2）作陰極，熱壓在陽離子交換膜上制成“二合一”膜陰極組，包裹在20 mL針管上，并用環(huán)氧樹脂膠密封，纏繞鈦線作陰極導(dǎo)線。6．4 對比結(jié)果分析得出的結(jié)論用GGA溶液作標(biāo)準(zhǔn)溶液制作標(biāo)準(zhǔn)曲線（圖39）。圖33 清洗時間對檢測的影響6. 實際水樣檢測示例6．1 取水樣設(shè)備正常運行的指標(biāo)設(shè)備運行正常的主要指標(biāo)是計算機(jī)讀數(shù)正常，沒有出現(xiàn)突然增大或突然減小，或者讀數(shù)為零。圖30 不同外接電阻下微生物燃料電池電壓輸出動態(tài)圖31 不同外接電阻下電量BOD濃度關(guān)系圖（檢測時間:2 h） 檢測時間的影響檢測時間和清洗時間是設(shè)計BOD傳感器的2個重要指標(biāo)。因此，應(yīng)當(dāng)在水樣中加入一定濃度的緩沖液，以控制溶液的pH值。 新型生物傳感器與5天檢測法檢測結(jié)果的比較與討論針對水樣檢測的結(jié)果，經(jīng)過分析與研究，以微生物燃料電池開展BOD檢測取得了明顯的效果： 微生物燃料電池的啟動與運行以GGA溶液（177。加酸后，沉淀溶解，四價錳又可氧化碘離子而釋放出與溶解氧量相當(dāng)?shù)挠坞x碘。在已知兩個容積相同（其差小于1mL）的溶解氧瓶內(nèi)，用虹吸法加入部分稀釋水（或接種稀釋水），再加入根據(jù)瓶容積和稀釋比例計算出的水樣量，然后引入稀釋水（或接種稀釋水）至剛好充滿，加塞，勿留氣泡于瓶內(nèi)。 工業(yè)廢水可由重鉻酸鉀法測得的CODcr值確定。 5～10 L1） 從水溫較高的水域或廢水排放口取得的水樣，則應(yīng)迅速使其冷卻至20℃左右，并充分振搖，使與空氣中氧分壓接近平衡。若水樣的酸度或堿度很高，可改用高濃度的堿或酸液進(jìn)行中和。根據(jù)輸出電壓計算電量，代入線性方程計算BOD值。但有時還是莫名其妙的出問題，怎么回事呢？最后是周老師找到了原因，原來反應(yīng)器所處的環(huán)境溫度應(yīng)該保持穩(wěn)定在30℃左右。 微生物培養(yǎng)、馴化 以GGA溶液（177。7H2O。H2O，105 mg/L NaHCO3，10 mL/L 微量元素。使用方法：在換陽極液的時候，打開進(jìn)水口和出水口，用20mL注射器從進(jìn)水口注入20mL陽極液。后來與化學(xué)老師、物理老師一起來研究，覺得用MnO2作陰極催化劑，用陽離子交換膜代替質(zhì)子交換膜，催化效果相差應(yīng)該不是很大，且MnO2便宜很多。真是事半功倍啊。所以針對20mL的注射器（高7厘米，） ，我經(jīng)過認(rèn)真的思考與設(shè)計，在白紙上畫圖，多次反復(fù)修改，最后確定打孔規(guī)格為1213（橫向12排，縱向13排） ，孔直徑4 mm為最合適。 技術(shù)路線的設(shè)計不斷調(diào)整與改進(jìn)是否 具體研究思路——我要實現(xiàn)的研究（1）傳感器系統(tǒng)的設(shè)計、制作、改進(jìn)：通過多次設(shè)計與修改，對比不同設(shè)計的微生物燃料電池（微生物燃料電池裝置），在我們兩年研究的基礎(chǔ)上，選擇能夠?qū)崿F(xiàn)簡便、低廉、穩(wěn)定的單室空氣陰極微生物燃料電池進(jìn)行重點探究。2003年，韓國科學(xué)家研制了第一臺微生物燃料電池型BOD傳感器。但目前BOD傳感器大多數(shù)研究處于實驗室階段，距普遍應(yīng)用還有相當(dāng)?shù)木嚯x，少數(shù)成形產(chǎn)品也存在一些問題。由于氧在水中的溶解度低，造成檢測過程中信號微弱，因此基于溶解氧探針的BOD傳感器檢測范圍狹窄。五日生化需氧量法（BOD5）是我國現(xiàn)行的BOD標(biāo)準(zhǔn)測定法，該法由于檢測成本低、結(jié)果穩(wěn)定、便于操作的原因，一直被廣泛使用。傳統(tǒng)的微生物燃料電池型BOD傳感器均為雙室型。但由于微生物酶對固定化微生物膜的破壞，傳感器的壽命非常短。第一步，對我的微生物燃料電池進(jìn)行改進(jìn)，構(gòu)建單室空氣陰極微生物燃料電池，摸索微生物燃料電池運行的最佳條件；第二步，組建BOD傳感器，利用人工配水來摸索BOD傳感器檢測的最佳條件；第三步，利用傳感器檢測廢水樣品，并通過與傳統(tǒng)測量方法的比較確定傳感器的精確度與檢測限值。那么反過來，如果我檢測污水產(chǎn)電量的大小，不就可以知道廢水中有機(jī)物的含量么，那就可以知道污水的污染程度啊！我把這個利用到水質(zhì)檢測中去，不就可以解決現(xiàn)在BOD檢測時間長、效果不理想的問題么？ 我把這個想法與輔導(dǎo)老師說，輔導(dǎo)老師竟然驚訝的望著我說：“對啊，我都沒想到這個方面，你這是反其道而用之，非常有創(chuàng)新?？茖W(xué)定義是：BOD是表征有機(jī)物污染程度的重要的、綜合性指標(biāo)，被廣泛應(yīng)用于水體、底泥等監(jiān)測和污水處理廠運行控制，其具體含義是：在微生物作用下將單位體積水樣中有機(jī)物氧化所消耗的溶解氧質(zhì)量[1]，單位是mgL1。優(yōu)化與確定了該傳感器的檢測條件，考察與比較它對實際水樣BOD的檢測效果，探索出了一個BOD檢測的新方法。微生物燃料電池逆向探究的新發(fā)現(xiàn) 實用新型BOD生物傳感器檢測污水的研究2009年2月18日目 錄摘要 ………………………………………………………………………………21. 前言……………………………………………………………………………4 選題是怎樣產(chǎn)生的？……………………………………………………………………4 研究設(shè)想…………………………………………………………………………………5 微生物燃料電池的研究基礎(chǔ)………………………………………………………5 我的研究設(shè)想與需要解決的問題…………………………………………………5 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的調(diào)查與借鑒……………………………………………………62. 研究背景與研究中應(yīng)用的研究理論基礎(chǔ)………………………………………7…………………………………………………………7………………………………………………………………………7 BOD生物傳感器…………………………………………………………………………8……………………………………………………………8………………………………………………93. 研究內(nèi)容……………………………………………………………………………94. 實驗材料與實驗方法…………………………………………………………………12……………………………………………………………134 .2人工配水和清洗液的配備與樣品廢水采集…………………………………………18 微生物培養(yǎng)與馴化…………………………………………………………………… 19………………………………………………………………………19…………………………………………………………………………19…………………………………19 5天培養(yǎng)法測量測量樣品水樣 …………………………………………………21………………………………246. 實際水樣檢測示例 ………………………………………………………………287．最終改進(jìn)、優(yōu)化的設(shè)計圖………………………………………………………………318. 結(jié)論…………………………………………………………………………………329. 本研究創(chuàng)新點…………………………………………………………………………3310. 下階段研究設(shè)想 摘 要生化需氧量（BOD）是表示有機(jī)物污染程度的綜合性指標(biāo)，被廣泛應(yīng)用于水體監(jiān)測和污水處理廠運行污水檢測。研究結(jié)果表明：（1）以廉價MnO2為陰極催化劑，陽離子交換膜為隔膜，構(gòu)建的單室微生物燃料電池型BOD傳感器成本低，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，可用于BOD的在線實時檢測；（2）該BOD傳感器的適宜運行條件為：，外接電阻12 kΩ，檢測時間2 h，清洗時間2~10 min；（3）實際水樣檢測結(jié)果顯示， mg/L，%，與BOD5比較，%以內(nèi)。緊接著，我又了解到，BOD的監(jiān)測非常費時、費力，需要在恒溫條件連續(xù)培養(yǎng)5天才能獲得有效數(shù)據(jù)?！蓖?，真的高興死我了！我馬上上網(wǎng)檢索、到全國數(shù)據(jù)庫檢索并向?qū)＜易稍円约芭c輔導(dǎo)老師仔細(xì)研究，我確定了“基于微生物燃料電池的新型BOD生物傳感器研制”作為我的研究課題。第四步，取水樣，實際檢測驗證可行性。近年來，微生物燃料電池（Microbial fuel cell, MFC）用于BOD的在線監(jiān)測開始受到關(guān)注，韓國科學(xué)家Kim首先研制出世界上第一個微生物燃料電池型BOD生物傳感器，用于BOD的在線、實時監(jiān)測。韓國科學(xué)家Kim等[2]（2003）采用無介體雙室微生物燃料電池構(gòu)建了BOD傳感器，大大延長了傳感器的使用壽命（5年以上），檢測樣品廢水結(jié)果顯示標(biāo)準(zhǔn)差為177。但該檢測法也存在一些缺點，如測定周期長，不宜現(xiàn)場監(jiān)測，不能及時反映排放水的污染程度等。 光度法BOD傳感器在不同濃度的溶解氧條件下，光度法BOD傳感器能夠產(chǎn)生不同的熒光，得到不同的電流，從而間接反映出水樣中的BOD值。因此，開發(fā)高性能、低成本的BOD快速測定儀具有重要的意義。該傳感器采用連續(xù)流方式進(jìn)樣，實現(xiàn)了BOD在線監(jiān)測，但是它使用鉑作催化劑，而且需要昂貴質(zhì)子交換膜（每平米約800美元），因而其制作成本高昂，無法實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。（2）微生物燃料電池型傳感器檢測的優(yōu)化：進(jìn)行多個水樣試驗，考察組裝微生物燃料電池型傳感器在各種復(fù)雜條件（不同溶解氧、不同毒害物種類與含量）下檢測數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性與重現(xiàn)性，改進(jìn)電池結(jié)構(gòu)，優(yōu)化檢測條件，提高儀器的檢測效果，編寫信號處理程序，直接將微生物燃料電池電信號轉(zhuǎn)換成BOD數(shù)據(jù)。制作過程中遇到的問題與解決辦法