CN101620201B - 一种生化需氧量的测定方法和bod传感器及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生化需氧量的测定方法和BOD传感器及应用。包括构建单室空气阴极无介体微生物燃料电池、把样品加入微生物燃料电池中；测定由微生物燃料电池产生的输出电压计算电量值；将电量值代入线性方程计算BOD值等步骤。本发明提供了实现所述方法的具体BOD传感器装置及其应用，本发明最低检出限为0.2mg/L，BOD测定范围为5～50mg/L，与5天20±1℃培养法检测结果的相对误差在4.0％以内，操作过程简单并可程序化、测定过程稳定快捷、可实现在线检测、成本低廉，适合普遍推广应用。
Description
技术领域
本发明属于环境检测技术领域，具体涉及一种生化需氧量(BOD)的测定方法和实现所述方法的BOD传感器及使用方法。
背景技术
生化需氧量(biochemical oxygen demand，BOD)是表征有机物污染程度的综合性指标，BOD的检测在环境检测、水处理工程中起着非常重要的作用，被广泛应用于水体监测和污水处理厂运行控制，BOD其含义是：在微生物作用下单位体积水样中有机物氧化所消耗的溶解氧质量。
目前国内外主要采用BOD5测定法，20±1℃条件下培养样品5天后分别测定样品培养前后的溶解氧，二者之间的差值即为5天的生化需氧量。具体操作过程包括水样采集、充氧、培养、测定等步骤。该法操作复杂，费时费力，很难实现现场实时监测。BOD的现有其它测定方法主要有：检压式库仑计法、短时日法、平台值法和瓦勃呼吸法等，这些方法基本上是基于一些经验公式，且操作过程均较为复杂，测定过程不够稳定，没有得到推广。
1977年，Karube等首次利用微生物传感器原理成功研制了BOD传感器，利用所述的BOD传感器来进行生化需氧量的测定。所述传感器由固定化土壤菌群与氧电极构成，检测时间短(15min内)，但由于微生物酶对固定化微生物膜的破坏，传感器的寿命非常短。
近年来，微生物燃料电池(microbial fuel cell，MFC)用于BOD的在线监测受到越来越多的关注，经研究发现BOD浓度与MFC的稳定输出电流或输出电量呈良好的线性关系。
MFC是一种以微生物为阳极催化剂，将化学能直接转化成电能的装置，基本结构为阴极室、阳极室以及隔膜。根据电池阴极室结构不同，MFC可分为单室(空气阴极)和双室型(阴极曝气)。目前用于BOD传感器研究的MFC均为双室型。Kim等采用无介体双室MFC构建了BOD传感器，大大延长了传感器的使用寿命，并且测得BOD与电量之间的线性相关系数达到0.99，检测样品废水结果显示标准差为±3％～±12％。但是该MFC采用的质子交换膜价格昂贵，尤其是需要对阴极室曝气，操作较复杂。另外，目前MFC的阴极催化剂普遍采用金属铂(Pt)，Pt价格昂贵，限制了MFC型BOD传感器的推广应用。公开号为CN01315347的中国专利申请公开了一种在线测定样品生化需氧量的装置，采用一种上升流微生物燃料电池来测定样品生化需氧量，电池的结构包括一个外壳、阳极、阴极、阳极和阴极之间的电极室，阳极和阴极采用铂、石墨、石墨毡等材料，水样由下而上经过阳极、电极室、阴极，从电池的水样出口流出；采用这种结构的电池可以实现连续在线测定水样的生化需氧量，但是该发明存在以下缺陷：1)为防止堵塞，它采用了过滤处理除去水样中的颗粒物与微生物菌体，这将造成检测结果偏低，因为水样中的颗粒物与微生物菌体也是BOD的组成部分；2)它采用无膜上升流电池结构，阳极与阴极同时置于一个电极室中，中间无隔膜分开，这样阳极液中的产电微生物与有机物(燃料)将直接穿越至阴极，造成阴极污染，导致阴极氧还原效率降低，电池性能越来越差，从而影响检测结果的稳定性，而且这种构型的微生物燃料电池的内阻较大、输出电量低，从而降低了BOD检测的精度；3)该发明没有对检测条件进行优化设计以获得较佳的检测结果。
近年来，单室空气阴极MFC以其独特的优点污水处置方面受到广泛关注：1)它采用“二合一”膜阴极组作为阳极室与阴极的隔膜，可防止阳极液组分(产电微生物与燃料)穿越至阴极表面，膜阴极组同时可作为氧还原反应的界面，氧气被动扩散至阴极表面结构，从而免除了曝气通氧的需要，大大减化了操作；2)与传统双室型MFC相比，单室空气阴极MFC的结构简单，内阻低，输出电量大。目前，单室空气阴极MFC已成为废水微生物发电的主流构型。但据检索，采用单室型微生物燃料电池作为核心部件的BOD传感器尚未见报道。
发明内容
本发明的一个目的是克服现有生化需氧量(BOD)检测技术的不足，提供一种生化需氧量的测定方法，利用微生物燃料电池(MFC)进行实时、准确地测定生化需氧量，并具有节能、装置简单、操作容易的优点。
本发明的另一个目的是提供实现所述测定方法的装置，一种新的(BOD)传感器。
本发明的目的是通过以下技术方案予以实现：
提供一种生化需氧量的测定方法，包括把待测水样加入微生物燃料电池中；测定由微生物燃料电池产生的输出电压计算电量值；将电量值代入线性方程计算生化需氧量(BOD值)等步骤，所述微生物燃料电池为单室空气阴极无介体微生物燃料电池(MFC)。
所述单室空气阴极无介体MFC包括镂空骨架、阳极和膜阴极组件，所述镂空骨架两端开口，其上为出水口，其下为进水口，阳极置于镂空骨架内，膜阴极包裹镂空骨架。本申请人在申请号为200810029221.6、200810198453.4和200910040920.5的专利申请中分别对所述微生物电池、使用MnO2为催化剂、布阴极有比较详细的描述，可以作为参照。与本申请人在上述专利申请中公开的大的反应器一样，骨架打孔后包裹密封，包裹面积没有特殊要求，只要有较大的阴极反应面积、不漏水即可。阴阳极均由钛丝导出外接电阻。与公开号为CN01315347的中国专利申请公开的技术方案不同的是，本发明的微生物燃料电池中水样与阳极、阴极是接触面接触，而不是穿过阴极，不会造成堵塞，有效避免阴极污染，不需要对水样进行特别处理，不仅不会造成生化需氧量测量误差、也不需要样品池、进料泵、管道过滤器、过滤膜等等设备。
所述阳极优选采用碳毡；所述膜阴极以载MnO2碳布作阴极，热压在阳离子交换膜上制备得到，参照现有常规技术。
所述待测水样pH值优选调节为7.0；外接电阻优选电阻为12kΩ；检测时间设定为2h，所述清洗阳极室的时间设定为2～10min；
本发明同时提供了一种实现所述测定方法的装置，一种BOD传感器，包括单室空气阴极无介体MFC和信号采集装置，还可以包括用来处理检测结果的计算机或者其他常规的数据处理装置。外电阻的两端分别通过导线与微生物燃料电池的阳极和阴极及信号采集器相连接，信号采集器通过导线与计算机系统或者其他的数据处理系统相连接。
所述单室空气阴极无介体MFC包括镂空骨架、阳极和膜阴极组件，所述镂空骨架两端开口，其上为出水口，其下为进水口，阳极置于镂空骨架内，膜阴极包裹镂空骨架，阴阳极均由钛丝导出外接电阻和信号采集器，信号采集器还可以连接计算机或者其他数据处理装置。
在已有的技术中，镂空骨架采用钻孔的PVC管，作为一个优选的方案，本发明所述镂空骨架可采用一注射器针筒，注射器容积优选20mL，在注射器针筒管壁打孔，打孔规格为12×13个，孔直径4mm左右；以碳毡作阳极，以载MnO2碳布作为阴极热压在阳离子交换膜上制成“二合一”膜阴极组件，MnO2载量优选为12mg/cm2，将膜阴极包裹在20mL注射器上，并用环氧树脂胶密封两端，注射器针筒两端开口，其上为出水口，其下为进水口，并设开关；阴阳极均由钛丝导出，外连电阻，以信号采集器记录输出电压。
使用所述微生物电池进行BOD测定具体包括以下步骤：
(1)构建微生物电池：按照前述内容准备阳极、膜阴极、阳极室以及引出导线，引出导线和外界电阻、信号采集器连接；
(2)配制GGA标准溶液、阳极清洗液，准备待测废水样；
所述GGA标准溶液：150mg/L谷氨酸和150mg/L葡萄糖、15mg/L KH2PO4、30mg/L(NH4)2SO4、50mg/L MgSO4·7H2O、3.75mg/LCaCl2、0.25mg/L FeCl3·6H2O、5.0mg/L MnSO4·H2O、105mg/LNaHCO3、10mL/L微量元素，所述微量元素成分为：1.5g/L氨三乙酸、0.1g/L FeSO4·7H2O、0.1g/L MnCl2·4H2O、0.17g/LCoCl2·6H2O、0.1g/LCaCl2·2H2O、0.1g/LZnCl2、0.02g/LCuCl2·2H2O、0.01g/LH3BO3、0.01g/L钠钼酸盐、0.017g/LNa2SeO3、0.026g/LNiSO4·6H2O、1g/LNaCl和0.1g/LNa2WO4·7H2O。标准溶液的BOD为200±10mg/L，通过稀释得到不同BOD值的标准溶液，用磷酸缓冲液调节标准溶液pH值至7.0±0.1，-20℃冷藏，备用。
阳极清洗液：不含谷氨酸和葡萄糖的GGA溶液。每次注入或更换阳极液前通氮气30min，保持阳极室厌氧环境。
待测废水样采自水库、灌溉污水、湖泊等，可采用传统5天20℃培养法测定BOD5。
(3)微生物驯化与电池启动；
以GGA标准溶液(pH7.0±0.1，BOD值为200mg/L)为阳极液，以运行1年并正常产电的MFC阳极液作为接种物，设定接种量10％，置于30℃人工气候箱中恒温培养，外接3000Ω电阻，在线记录输出电压。当电压降至30mV时，向阳极室更换20mL GGA溶液，经5个周期后，电池的输出电压达到稳定，微生物驯化与电池启动完毕。
(4)标准曲线绘制；
待MFC运行稳定后，用20mL阳极清洗液清洗MFC阳极室，当输出电压降至50mV时用注射器缓缓注入GGA标准溶液20mL，检测完毕后再次用清洗液清洗，进入第二轮检测，每次检测时间优选为2小时；注入清洗液目的是为了清洗MFC阳极室内残留GGA溶液，迅速降低输出电压，使样品测定的初始条件一致，减少误差。
用另一注射器分别将20ml的5、10、20、30、40和50mg/L不同BOD浓度的GGA标准溶液注入MFC阳极室，记录输出电压，计算相应电流和电量。计算公式：I＝U/R；Q＝I×t，其中：Q为电量，U为输出电压，R为外接电阻。根据GGA标准溶液的BOD值与其MFC输出电量存在正比例关系，依此建立线性方程。
(5)待测水样的BOD测定；
以pH为7.0的磷酸盐缓冲液将待测水样稀释成不同浓度(可稀释10倍、2倍、1倍)，用另一注射器每次分别取20mL待测水样注入MFC阳极室，每个浓度重复检测3次。根据输出电压计算电量，代入线性方程计算BOD值。
本发明的有益效果是：
(1)本发明利用单室微生物燃料电池构建生物需氧量的测定传感器，克服了现有测定方法操作复杂、费时费力、很难实现现场实时监测、测定过程不稳定、传感器的寿命短等缺陷；也解决了阴极室需要复杂的曝气操作问题，以廉价MnO2代替金属铂作阴极催化剂，阳离子交换膜代替昂贵质子交换膜，制作成本大大降低；
(2)本发明用于实际水样的BOD检测，最低检出限为0.2mg/L，BOD测定范围为5~50mg/L，与5天20±1℃培养法检测结果的相对误差在4.0％以内，有效解决生物需氧量的现场实时快速准确的检测。
(3)本发明通过大量实验总结得到利用单室微生物电池测定生物需氧量的最适宜检测条件，使得所述检测方法更加客观、操作过程简单并可程序化、测定过程稳定和快捷、测定结果准确、可实现在线检测、成本低、可普遍推广应用。
附图说明
图1本发明BOD传感器结构示意图
图2电池功率密度和输出电压与电流密度的关系曲线图
图3阳极液pH值对MFC电压输出的影响曲线图
图4不同外接电阻下MFC电压输出动态曲线图
图5不同外接电阻下电量-BOD浓度关系图(检测时间：2h)
图6不同检测时间的标准曲线
图7清洗时间对检测的影响
图8传感器测定标液的电量-BOD关系图
图9传感器测定标液的电压-时间关系图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施历来进一步详细说明本发明。
实施例1
BOD传感器结构如附图1所示，包括单室空气阴极无介体MFC和信号采集装置两大部分。所述单室空气阴极无介体MFC以一个20mL容积的注射器针筒1作为所述MFC骨架，在注射器针管管壁打孔，打孔规格优选为12×13个，孔直径4mm；以碳毡2(6cm×1.5cm，北京卡博赛科技有限公司)作为阳极；以载MnO2碳布(7cm×7.5cm，MnO2载量：12mg/cm2)作为阴极5，热压在阳离子交换膜4(8cm×8cm，浙江千秋环保水处理有限公司)上制成“二合一”膜阴极组，包裹在20mL注射器针管外壁上，包裹位置和包裹面积无特殊要求，只要有较大的阴极反应面积就行，并用环氧树脂胶或者其他类似的材料密封阴极组件与针管接触位置，不漏水就行。阴极导线7和阳极导线6采用钛丝，分别从阴极和阳极导出；注射器1两端开口，其上为出水口11，其下为进水口10，分别设有开关。MFC外连电阻8，以16通道信号采集器9(AD8223，北京瑞博华控制技术有限公司)记录输出电压，每2min记录1次。信号采集器9将信号传输给计算机12处理检测结果，还可以设置其他相关设备例如打印机等输出检测结果。
配制GGA标准溶液、阳极清洗液，准备待测废水样：
所述GGA标准溶液：150mg/L谷氨酸和150mg/L葡萄糖、15mg/L KH2PO4、30mg/L(NH4)2SO4、50mg/L MgSO4·7H2O、3.75mg/LCaCl2、0.25mg/L FeCl3·6H2O、5.0mg/L MnSO4·H2O、105mg/LNaHCO3、10mL/L微量元素，所述微量元素成分为：1.5g/L氨三乙酸、0.1g/L FeSO4·7H2O、0.1g/L MnCl2·4H2O、0.17g/L CoCl2·6H2O、0.1g/L CaCl2·2H2O、0.1g/L ZnCl2、0.02g/L CuCl2·2H2O、0.01g/LH3BO3、0.01g/L钠钼酸盐、0.017g/L Na2SeO3、0.026g/L NiSO4·6H2O、1g/L NaCl和0.1g/L Na2WO4·7H2O。标准溶液的BOD为200±10mg/L，通过稀释得到不同BOD值的标准溶液，用磷酸缓冲液调节标准溶液pH值至7.0±0.1，-20℃冷藏，备用。
阳极清洗液：为不含谷氨酸和葡萄糖的GGA溶液。每次注入或更换阳极液前通氮气30min，保持阳极室厌氧环境。
待测废水样采自水库、灌溉污水、湖泊等，可采用传统5天20℃培养法测定BOD5。
微生物驯化：
以GGA溶液(pH7.0±0.1，BOD值为200mg/L)为阳极液，以运行1年并正常产电的MFC阳极液作为接种物，设定接种量10％，接种后置于30℃人工气候箱中恒温培养，外接3kΩ电阻，在线记录输出电压。当电压降至30mV时，更换20mL阳极室GGA溶液，经过15d共5次的阳极液更换后(5个周期)，电池的输出电压达到稳定，微生物驯化与电池启动完毕，进行各项测试。电压输出稳定时，测得MFC不同外电阻(0.1～30kΩ)时的输出电压，求得输出功率，绘制极化曲线。由欧姆定律知，输出功率最大时内阻等于外阻，可由此估算电池内阻。由附图2可见，外阻为12kΩ时，输出功率密度达到最大值145mW/m2，因此，确定所述MFC内阻12kΩ。
待MFC运行稳定后，用20mL阳极清洗液清洗MFC阳极室，当输出电压降至50mV时用注射器缓缓注入GGA溶液或废水样品20mL，检测2h，检测完毕后再次用清洗液清洗，进入第二轮检测。注入清洗液目的是为了清洗MFC阳极室内残留GGA溶液或样品废水，迅速降低输出电压，使样品测定的初始条件一致，减少误差。
使用注射器13分别将20ml的5mg/L、10mg/L、20mg/L、30mg/L、40mg/L和50mg/L不同BOD浓度的GGA标准溶液注入MFC阳极室，记录输出电压，计算相应电流和电量。I＝U/R；Q＝I×t，其中：Q为电量，U为输出电压，R为外接电阻。根据GGA标准溶液的BOD值与其MFC输出电量存在正比例关系，依此建立线性方程。
以pH为7.0的磷酸盐缓冲液将样品废水稀释成不同浓度(稀释10倍、2倍、1倍)，用注射器每次取20mL注入MFC阳极室，每个浓度重复检测3次。根据输出电压计算电量，代入线性方程计算BOD值。
实际水样检测结果显示，传感器最低检出限为0.2mg/L，测量线性范围为BOD浓度5~50mg/L，最佳测定范围为BOD浓度20~40mg/L，精确度为0.33％，标准曲线线性相关系数达0.9992，与BOD5比较，相对误差在4.0％以内。
实施例2最优检测条件的确定实验
阳极液pH值的影响
pH值是生化反应中一个重要因素，过高或过低的均会影响微生物活性，导致BOD传感器失效。同时，在微生物分解有机物过程中，会产生有机酸等物质，降低溶液pH值。现有BOD传感器未涉及pH值的调节和设定。本实施例在水样中加入一定浓度的缓冲液，以控制溶液的pH值。
参照实施例1方法，以BOD为100mg/L的GGA溶液为阳极液，外接电阻3kΩ，考察pH值为6.0、7.0或8.0的磷酸缓冲液对传感器输出电压的影响，由附图3可知，pH值为7.0时MFC的输出电压最高，信号稳定时间最长，对检测结果最为有利。附图3中曲线1、2、3分别为pH值为7.0、6.0、8.0的MFC输出电压曲线图。
外接电阻的影响
参照实施例1方法，以BOD值为100mg/L的GGA溶液做MFC阳极液，改变外接电阻值，选用外接电阻1、2、3或12kΩ，考察外接电阻对输出功率和检测结果的影响，实验结果如附图4所示，曲线1、2、3、4分别为外接电阻为1、2、3或12kΩ时的输出电压曲线。由附图4可知，外接电阻越大，输出电压越高，由仪器等引起的误差就越小。传感器分别连接1kΩ、3kΩ、12kΩ外阻，以GGA溶液为标准溶液(BOD浓度5～50mg/L)绘制标准曲线，见附图5，附图5中曲线1、2、3分别为外阻为12kΩ、1kΩ、3kΩ时的标准曲线，标准曲线1的相关系数为R2＝0.9929，标准曲线2的相关系数为R2＝0.9844，标准曲线3的相关系数为R2＝0.9885，从附图5可知，当外接电阻12kΩ时，标准曲线的线性关系最好。但外接电阻增大，MFC电压达到最大值的时间也随之延长，从而延长检测时间，达不到快速检测的效果。因为如果检测期间电压没有达到最大值，处于上升阶段时，上升幅度相差不大，会影响检测效果。优选外阻为12kΩ。
检测时间的影响
检测时间和清洗时间是BOD传感器的2个重要指标。快速测定是BOD传感器的根本任务，但测定时间太短，生化反应不完全，信号不明显，影响测定结果的准确性；测定时间太长，达不到快速测定的目的，不利于应用。本发明最大限度地对传感器的准确性和测定速度进行优化，按照本发明方法构建MFC，外接电阻12kΩ，阳极标准溶液BOD为5～50mg/L，按不同检测时间绘制标准曲线，实验结果见附图6，附图6中曲线1、2、3、4分别为检测时间为1小时、2小时、3小时、4小时的标准曲线，标准曲线1的相关系数为R2＝0.845，标准曲线2的相关系数为R2＝0.9901，标准曲线3的相关系数为R2＝0.9668，标准曲线4的相关系数为R2＝0.9516，由附图6可知，当检测时间为2h时，线性关系最好。
清洗时间的影响
当连续检测多个样品时，为了使检测初始条件一致，减少误差，需要对MFC阳极室进行清洗，清除其残留有机物。本发明通过大量实验总结得到，设定输出电压信号降为50mV时才能进行下次检测，具体方法是：向阳极室中注射20mL充氮排氧的阳极清洗液，由于清洗液中不含BOD，故MFC的输出电压会迅速降低。附图7反映了不同清洗时间下电压信号的下降幅度，附图7中的每个电压信号数据点相当于2min，可以看出，经过2～10min的清洗，电压会降至设定的标准(即50mV)，再次注入GGA阳极液进行检测，电压迅速增加，说明阳极生物膜能迅速氧化BOD产电。本实验根据现有常规技术采用混合菌种作阳极催化剂，适应性强，清洗时间为2～10min。
实施例3采用本发明方法测定废水样实验
如实施例1，用GGA溶液作标准溶液制作标准曲线，见附图8和附图9。附图8中显示相关系数R2＝0.9992，线性方程为y＝0.9475x+7.042，附图9中曲线1、2、3、4、5、6分别代表BOD5为5mg/l、10mg/l、20mg/l、30mg/l、40mg/l、50mg/l时传感器检测的结果。由附图8和附图9可知，在标准溶液BOD浓度为5～50mg/L时，传感器检测的结果与BOD5显著相关，并且在此BOD浓度范围内，电压记录的波形重现性好。以BOD浓度为30mg/L的GGA溶液作为标准溶液，测定传感器的检出限和精确度，由检测结果计算得传感器检出限为0.2mg/L，精确度为0.33％。取废水样品稀释不同浓度后进行测定，并同时取相应水样用5天20±1℃培养法测定BOD5值，测定结果见表1。从测定结果可以看出，传感器测定值与5天20℃培养法测定得的BOD5值有很好的相关性，在传感器测量线性范围内(BOD值5～50mg/L)，相对误差均在4％以内，超出线性范围，则相对误差增大，最佳测定范围为BOD浓度20～40mg/L。
表1传感器测定值与BOD5值对照
综上所述，以廉价MnO2代替Pt做阴极催化剂、阳离子交换膜代替昂贵质子交换膜所构建的单室MFC型BOD传感器，成本低，结构简单，操作方便，可用于BOD的在线监测。
所述单室MFC型BOD传感器运行的适宜条件为：阳极液pH值为7.0，外接电阻12kΩ，检测时间2h，清洗时间2~10min。
本发明所述传感器检出限为0.2mg/L，精确度为0.33％，BOD测定范围为5～50mg/L，最佳测量范围为20～40mg/L，与5天20±1℃培养法检测结果的相对误差在4.0％以内。
Claims (7)
1.一种生化需氧量的测定方法，包括把待测水样加入微生物燃料电池中；测定由微生物燃料电池产生的输出电压计算电量值；将电量值代入线性方程计算BOD值步骤，其特征在于所述微生物燃料电池为单室空气阴极无介体微生物燃料电池；所述单室空气阴极无介体微生物燃料电池包括镂空骨架、阳极和膜阴极组件，所述镂空骨架两端开口，其上为出水口，其下为进水口；阳极置于镂空骨架内，膜阴极包裹镂空骨架，阴阳极均由钛丝导出外接电阻，阳极为碳毡，膜阴极以载MnO2碳布作阴极，热压在阳离子交换膜上制备得到。
2.根据权利要求1所述生化需氧量的测定方法，其特征在于所述待测水样pH值为6.0～8.0；外接电阻为1～12kΩ；检测时间为1～4小时，清洗阳极室的时间为2～10min。
3.根据权利要求2所述生化需氧量的测定方法，其特征在于所述待测水样pH值为7.0；外接电阻为12kΩ；检测时间为2小时。
4.一种实现权利要求1所述测定方法的BOD传感器，其特征在于包括单室空气阴极无介体MFC和信号采集装置，所述单室空气阴极无介体MFC包括镂空骨架、阳极和膜阴极组件，所述镂空骨架两端开口，其上为出水口，其下为进水口，阳极置于镂空骨架内，膜阴极包裹镂空骨架，阴阳极均由钛丝导出外接电阻和信号采集器。
5.根据权利要求4所述的BOD传感器，其特征在于所述镂空骨架为设有镂空孔的注射器针筒，其上端设有出水口，其下端设有进水口，进水口和出水口分别设开关；碳毡阳极置于针筒内，膜阴极包裹注射器针筒管壁外表面，密封膜阴极与针筒接触的两端。
6.根据权利要求5所述的BOD传感器，其特征在于所述注射器针筒容积为20mL；所述膜阴极以载MnO2碳布作为阴极热压在阳离子交换膜上制备得到；所述MnO2载量为12mg/cm2。
7.一种权利要求5所述的BOD传感器的应用，应用于在线测定水样生化需氧量，其特征在于包括以下步骤：
(1)构建微生物燃料电池，连接外界电阻和信号采集器；
(2)配制标准溶液、阳极清洗液，准备待测废水样品；
(3)微生物驯化与电池启动：以标准溶液为阳极液，以运行1年并正常产电的MFC阳极液作为接种物，接种量为10％，置于30℃人工气候箱中恒温培养，外接3000Ω电阻，在线记录输出电压，当电压降至30mV时，更换标准溶液，至电池的输出电压达到稳定；
(4)检测标准溶液，记录输出电压，计算相应电流和电量，绘制标准曲线，建立线性方程；
(5)测定待测水样的输出电压，计算电量，代入线性方程计算待测水样BOD值；
所述标准溶液的组成为：
150mg/L谷氨酸、150mg/L葡萄糖、15mg/L KH2PO4、30mg/L(NH4)2SO4、50mg/L MgSO4·7H2O、3.75mg/L CaCl2、0.25mg/LFeCl3·6H2O、5.0mg/L MnSO4·H2O、105mg/L NaHCO3、10mL/L微量元素；所述微量元素组成为：1.5g/L氨三乙酸、0.1g/L FeSO4·7H2O、0.1g/L MnCl2·4H2O、0.17g/L CoCl2·6H2O、0.1g/LCaCl2·2H2O、0.1g/LZnCl2、0.02g/L CuCl2·2H2O、0.01g/L H3BO3、0.01g/L钠钼酸盐、0.017g/LNa2SeO3、0.026g/LNiSO4·6H2O、1g/LNaCl和0.1g/L Na2WO4·7H2O。
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