江河湖海湿地底泥中含有大量的产电细菌，这些细菌能够把胞内产生的电子传递到胞外。南京师范大学环境学院副教授邓欢对土壤和底泥的产电细菌及其产电信号进行了9年的持续研究，研发了一种可以利用底泥产电细菌的产电信号，原位在线监测湿地重金属排放的传感器。

    当排污口向湿地水体排放重金属废水时，依靠目前已有的方法，无法在瞬时就知晓排放事件的发生。虽然监控探头能够发现一些，但是对于布设在水面下的暗管，则无法监控。因此往往需要技术人员在事后去现场采样、化验之后才知道有污染事件发生，但此时已距离污染事件一段时间，影响治污措施的及时开展。

    “传感器从微生物燃料电池改进而来，它由一根不锈钢管、一根环形塑料、一块金属网，以及导线和电阻组成。使用时，将不锈钢管作为阳极插进湿地底泥中，金属网作为阴极固定在湿地水体中。用导线将不锈钢管和金属网连接，并且串联一个电阻。此时，底泥中的产电细菌将电子传递给不锈钢管，电子沿导线到达水体中的金属网，与溶解氧发生还原反应生成水。此时，在电阻两端能够测量到稳定的电压信号。”邓欢说。

    邓欢带领团队对含多种重金属废水进行了试验，包括含铜、铬、镉等废水，发现当重金属废水进入水体，与水体中的金属网发生接触，会刺激电压信号立刻升高，并形成电压峰，之后电压回到基线水平。电压峰的高度与重金属浓度之间存在显著的相关性，以及较大的线性响应范围。重金属废水刺激电压信号升高的原因在于，绝大多数重金属废水都为酸性，大量的氢离子正好促进阴极表面氧气得电子反应，从而引起电压升高。另外，一些氧化性较强的重金属离子，比如铜（Ⅱ）、铬（Ⅵ）等可作为电子受体在阴极表面还原，这一过程也促进电压信号的上升。

    邓欢介绍，该传感器适合固定在湿地环境，进行原位在线监测。监测过程不需要人工采样，且能够在污染发生的瞬间，通过电压信号变化获悉污染事件的发生，从而有利于及时开展污染治理工作。另外，邓欢副教授及其团队还尝试长期运行该传感器，并反复多次向水体中加入重金属废水，发现传感器可稳定运行一年以上，且对于每次加入的含重金属废水，都会出现电压峰值响应。

    通过对底泥中重金属形态和产电细菌活性的分析发现，底泥对重金属具有较强的吸附和固定作用，有效保护了底泥中产电细菌不受重金属毒害，从而维持了电信号的长期运行和反复监测。

    “该传感器的其他优势还包括成本低廉以及环境友好，这是因为传感器的监测过程不使用任何化学试剂，也不产生有毒有害物质。”邓欢同时指出，该传感器目前存在的局限主要是对重金属缺乏选择性，即无法根据电信号响应判断重金属的种类。

    “将该传感器用于监测排放已知污染物的排污口就能够规避这一缺陷，因为只要出现电信号响应，就已经知道排放的是什么重金属，问题的关键在于及时知道其排放发生。”邓欢强调。