生化需氧量（BOD，BiochemicalOxygenDemand）是衡量水體中有機(jī)物污染程度的關(guān)鍵指標(biāo)，它反映了在特定條件下，水中微生物分解有機(jī)物所消耗的溶解氧的量。傳統(tǒng)BOD測(cè)定方法（如五日培養(yǎng)法）耗時(shí)長(zhǎng)達(dá)五天，難以滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和快速?zèng)Q策的需求。BOD快速測(cè)定儀的出現(xiàn)解決了這一難題，它能夠在短時(shí)間內(nèi)得出較為準(zhǔn)確的BOD值，為水質(zhì)監(jiān)測(cè)和污水處理等領(lǐng)域提供了極大的便利。本文將深入剖析BOD快速測(cè)定儀的結(jié)構(gòu)組成和工作原理。

一、結(jié)構(gòu)組成

1、測(cè)量單元

（1）反應(yīng)池：反應(yīng)池是BOD快速測(cè)定的核心場(chǎng)所，通常采用密封設(shè)計(jì)，以防止外界空氣進(jìn)入干擾測(cè)量。其材質(zhì)一般選用耐腐蝕、透光性好的材料，如光學(xué)玻璃或特殊塑料，確保在測(cè)量過(guò)程中不會(huì)與樣品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)保證光信號(hào)能夠順利透過(guò)。反應(yīng)池的容積根據(jù)儀器的規(guī)格和測(cè)量范圍而定，常見(jiàn)的有幾十毫升到幾百毫升不等。

（2）微生物膜傳感器：這是BOD快速測(cè)定儀的關(guān)鍵部件之一。微生物膜由特定的微生物固定在載體上形成，這些微生物能夠選擇性地分解水樣中的可生物降解有機(jī)物。傳感器內(nèi)部集成了溶解氧電極，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反應(yīng)池內(nèi)溶解氧的變化。微生物膜傳感器通常安裝在反應(yīng)池內(nèi)，與水樣直接接觸，確保能夠準(zhǔn)確感知有機(jī)物分解過(guò)程中溶解氧的消耗情況。

（3）溫度控制系統(tǒng)：微生物的活性受溫度影響較大，為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確性和重復(fù)性，BOD快速測(cè)定儀配備了溫度控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通常由加熱元件、溫度傳感器和溫控電路組成，能夠?qū)⒎磻?yīng)池內(nèi)的溫度穩(wěn)定控制在微生物最適生長(zhǎng)溫度范圍內(nèi)，一般為20℃左右。

2、光學(xué)檢測(cè)單元（部分儀器采用）

（1）光源：采用特定波長(zhǎng)的光源，如藍(lán)光或綠光，其波長(zhǎng)與微生物膜中某些成分的吸收特性相匹配。光源的穩(wěn)定性對(duì)于測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性至關(guān)重要，因此通常采用高穩(wěn)定性的發(fā)光二極管（LED）作為光源。

（2）光檢測(cè)器：用于檢測(cè)經(jīng)過(guò)反應(yīng)池后光信號(hào)的強(qiáng)度變化。光檢測(cè)器一般選用光電二極管或光電倍增管，能夠?qū)⒐庑盘?hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并傳輸給后續(xù)的信號(hào)處理單元。

（3）光學(xué)路徑設(shè)計(jì)：合理設(shè)計(jì)光學(xué)路徑，確保光源發(fā)出的光能夠準(zhǔn)確地照射到反應(yīng)池內(nèi)的微生物膜上，并且經(jīng)過(guò)反射或透射后的光能夠被光檢測(cè)器有效接收。光學(xué)路徑中通常會(huì)設(shè)置濾光片，以濾除雜散光，提高檢測(cè)的信噪比。

3、信號(hào)處理與顯示單元

（1）信號(hào)放大電路：由于光檢測(cè)器輸出的電信號(hào)通常比較微弱，需要通過(guò)信號(hào)放大電路對(duì)其進(jìn)行放大處理，以提高信號(hào)的強(qiáng)度和信噪比。

（2）模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）：將放大后的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以便計(jì)算機(jī)或微處理器進(jìn)行處理和分析。

（3）微處理器：作為儀器的控制核心，微處理器負(fù)責(zé)接收和處理來(lái)自各個(gè)傳感器的信號(hào)，根據(jù)預(yù)設(shè)的算法計(jì)算BOD值，并控制儀器的各個(gè)部件協(xié)調(diào)工作。

（4）顯示模塊：用于顯示測(cè)量結(jié)果、儀器狀態(tài)信息和操作提示等內(nèi)容。常見(jiàn)的顯示模塊有液晶顯示屏（LCD）和有機(jī)發(fā)光二極管顯示屏（OLED），具有顯示清晰、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。

4、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸單元

（1）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：用于存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)、儀器參數(shù)和校準(zhǔn)信息等。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器一般采用閃存（FlashMemory）或電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（EEPROM），具有非易失性，能夠長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)傳輸接口：為了方便將測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)或其他設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步分析和處理，BOD快速測(cè)定儀配備了數(shù)據(jù)傳輸接口，如通用串行總線（USB）接口、串口（RS-232）或藍(lán)牙、Wi-Fi等無(wú)線傳輸模塊。

二、工作原理

1、基于微生物膜的電化學(xué)原理

當(dāng)水樣注入反應(yīng)池后，與微生物膜傳感器接觸。微生物膜中的微生物開(kāi)始分解水樣中的可生物降解有機(jī)物，這一過(guò)程需要消耗溶解氧。溶解氧電極實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反應(yīng)池內(nèi)溶解氧的濃度變化，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。隨著有機(jī)物的不斷分解，溶解氧濃度逐漸降低，電信號(hào)也隨之發(fā)生變化。

微處理器接收溶解氧電極輸出的電信號(hào)，并根據(jù)預(yù)設(shè)的算法進(jìn)行計(jì)算。該算法通常基于微生物分解有機(jī)物的動(dòng)力學(xué)模型，通過(guò)分析溶解氧濃度隨時(shí)間的變化曲線，推算出水樣中有機(jī)物的含量，從而得出BOD值。計(jì)算過(guò)程中會(huì)考慮溫度、微生物活性等因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，并進(jìn)行相應(yīng)的修正。

2、基于光學(xué)檢測(cè)的原理（部分儀器）

部分BOD快速測(cè)定儀采用光學(xué)檢測(cè)原理。微生物膜中的某些成分在分解有機(jī)物的過(guò)程中會(huì)發(fā)生化學(xué)變化，導(dǎo)致其對(duì)特定波長(zhǎng)光的吸收特性發(fā)生改變。光源發(fā)出的光照射到反應(yīng)池內(nèi)的微生物膜上，經(jīng)過(guò)反射或透射后被光檢測(cè)器接收。光檢測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并傳輸給信號(hào)處理單元。

信號(hào)處理單元對(duì)電信號(hào)進(jìn)行分析和處理，通過(guò)比較測(cè)量前后光信號(hào)的強(qiáng)度變化，結(jié)合預(yù)設(shè)的校準(zhǔn)曲線，計(jì)算出水樣中有機(jī)物的含量，進(jìn)而得出BOD值。光學(xué)檢測(cè)方法具有響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠進(jìn)一步提高測(cè)量的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。

三、結(jié)論

BOD快速測(cè)定儀通過(guò)巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作原理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水樣中生化需氧量的快速、準(zhǔn)確測(cè)定。其測(cè)量單元、光學(xué)檢測(cè)單元（部分儀器）、信號(hào)處理與顯示單元以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸單元相互協(xié)作，共同完成了從樣品測(cè)量到結(jié)果輸出的全過(guò)程。基于微生物膜的電化學(xué)原理和光學(xué)檢測(cè)原理為BOD的快速測(cè)定提供了可靠的技術(shù)支持，使得水質(zhì)監(jiān)測(cè)和污水處理等工作能夠更加及時(shí)、有效地進(jìn)行。