南开大学环境科学与工程学院王鑫教授受邀在第8期“水科学技术前沿沙龙（Water Insight）”作了题为《面向智慧水务的微生物电化学BOD传感技术》的报告。

智慧水务是一种新兴的水务模式，其将新一代信息技术赋能于传统的水务技术，通过发掘数据的价值和逻辑关系，从而实现水务业务系统的控制智能化、数字资源化、管理精确化和决策智慧化，是水处理行业的发展方向和机遇。然而，目前针对智慧水务的研究大多基于历史数据，这类数据无法满足未来的发展需求（如无人水厂智慧运行）。因此，通过筛选核心水质参数及开发对应数据获取工具（传感器），以实现精准、高效、便捷的水质数据收集是智慧水务的发展方向。

生化需氧量（Biochemical oxygen demand，BOD）反映了污水中可以被好氧微生物降解的有机物的含量，在判断进水可生化性、指导脱氮工艺碳源投加等方面具有重要意义。目前，国标采用的五日呼吸法需要先将有机物含量转化成溶解氧变化信号（耗时5天），再实时转化成电信号来计算BOD数值，具有极大的延后性，难以满足智慧运行。微生物电化学技术能够在线定量表征微生物降解污染物转移电量，使BOD在线监测成为了可能。然而，在微生物电化学传感器的开发过程中仍存在以下瓶颈：（1）污水中混菌生物膜结构及关键菌种认知不够；（2）传感器标准化、高稳定设计困难；（3）好氧环境的BOD快速检测技术亟待开发。针对上述问题，王鑫教授及其团队开展了长期深入研究。

在污水混菌生物膜结构和关键菌种认知方面：（1）发现强电场在纯菌和混菌体系下对G.anodireducens均具有高选择性；（2）提出了G.anodireducens响应电场的机理假设（双组分系统和趋化性相关基因）；（3）通过二元培养重现竞争过程，解析了电活性生物膜结构、组成和演替规律。在上述研究的基础上，开发了标准化、高稳定的传感器设计技术：（1）通过强化培养与分层设计技术标准化生物膜；（2）通过非匀强电场及流场综合调控技术标准化电池构型；（3）通过强化库伦法检测和交叉验证算法设计生产自动控制及数据处理集成设备。将设备应用于河北、北京等地的多家水厂，表现出了良好的稳定性（运行误差小于8%）。在好氧水环境BOD快速测定方面，探明了电自养-异养切换的好氧BOD传感原理，识别出兼性电营养菌是实现好氧环境BOD快速检测的关键微生物。

王鑫教授作主讲报告

梁鹏教授就传感器的响应速度和精确性之间的平衡问题和王鑫教授展开探讨，认为在不同的应用场景下二者应该有所侧重。刘星教授就微生物电子受体差异性和电活性生物膜外层膜抑制作用两个方面向王鑫教授提出疑问，认为外层生物膜剥离后核心菌种爆发生长的原因值得深入研究。教授从传感器工作原理、好氧菌代谢机制及膜内物质传质等角度，一一回答了老师同学的问题。

梁鹏教授和刘星教授参与研讨

刘元研究员主持沙龙

2023年9月9日上午，第8期“水科学技术前沿沙龙（Water Insight）”以线上形式成功举办。Water Insight由《Water Cycle》国际期刊、中国环境科学学会水处理与回用专业委员会、清华大学环境学院、环境前沿技术北京实验室主办。

出席此次沙龙的专家有专业委员会主任、清华大学秀钟书院院长胡洪营教授，南开大学环境科学与工程学院王鑫教授、中科院重庆绿色智能技术研究院三峡生态环境研究所刘元研究员、清华大学环境学院梁鹏教授、福建农林大学资源与环境学院刘星教授等专家学者。沙龙在学术会议平台直播，来自全球各地的环境领域专家、学者、研究生等6000人次参加。

沙龙的联合主办单位为南开大学环境科学与工程学院、中科院重庆绿色智能技术研究院三峡生态环境研究所、福建农林大学资源与环境学院、清华大学深圳国际研究生院、中国人民大学环境学院、北美环境工程与科学华人教授协会（CAPEES）、欧洲环境-生态与可持续发展华人学会（CESEES）等。