Я прочитал несколько ответов, и решение кажется достаточно простым, но оно просто не работает.
Приведенный ниже выводит «ноль» в конце нового массива:
//Original Array from db
$outArray[] = '[{"id":"1","user_id":"1","program_id":"replace_1,replace_2,replace_3,replace_4,replace_5"}]';
//replacement key with value from string delimited by comma
$program_id= 'replace_1,replace_2,replace_3,replace_4,replace_5';
$string = $program_id;
$str_arr = explode (",", $string);
$data['program_id'] = $str_arr[0];
$replacement_key_with_value = json_decode($data); //{"program_id":"replace_1"}
//replace 'program_id' value in Original Array
$arrayData = json_decode($outArray, true);
$newArrayData = array_replace($arrayData, $replacement_key_value);
$outArray[] = json_encode($newArrayData);
echo $outArray; //[{"id":"1","user_id":"1","program_id":"replace_1,replace_2,replace_3,replace_4,replace_5},"null"]