生化需氧量測(cè)定探討

李嘯龍 于志強(qiáng) 畢欽祥 史 振

（1山東省濰坊水文水資源勘測(cè)局 濰坊 261031 2山東省水文水資源勘測(cè)局 濟(jì)南 250014）

生化需氧量測(cè)定探討

李嘯龍1于志強(qiáng)2畢欽祥1史 振1

（1山東省濰坊水文水資源勘測(cè)局 濰坊 261031 2山東省水文水資源勘測(cè)局 濟(jì)南 250014）

BOD即生化需氧量，是衡量水體污染程度及水體中污染物可降解程度的重要指標(biāo)，本文首先對(duì)BOD的測(cè)定原理進(jìn)行了研究，再對(duì)BOD5測(cè)定中容易遇到的干擾和消除方法進(jìn)行了介紹，最后介紹并評(píng)述了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)在最常用的BOD快速測(cè)定方法。

BOD 干擾 消除 短時(shí)法

1 生化需氧量的定義和研究

1.1 定義

生物化學(xué)需氧量（又稱生化需氧量）：BOD（biochemical oxygen demand），是指在規(guī)定的條件下，微生物分解水中的某些可氧化的物質(zhì)，特別是分解有機(jī)物的生物化學(xué)過程消耗的溶解氧。單位：mg/L。BOD代表水中可生物降解的有機(jī)物量。

微生物：包括異養(yǎng)微生物（異養(yǎng)菌，以有機(jī)物為營(yíng)養(yǎng)）及自養(yǎng)微生物（自養(yǎng)菌，以無機(jī)物為呼吸底物）。

1.2 可生物降解有機(jī)物的降解過程研究

微生物自身生長(zhǎng)繁殖的過程中要進(jìn)行新陳代謝。有機(jī)物在氧化分解的同時(shí)，約2/3用于合成，1/3用于分解。合成的新細(xì)胞在生活活動(dòng)中進(jìn)行自身氧化，生成CO2、H2O、NH3并放出能量與氧化殘?jiān)?，這個(gè)過程稱為內(nèi)源呼吸。

整個(gè)生物降解過程如下：

在有氧條件下，有機(jī)物的生物降解過程分為兩個(gè)階段：

第一個(gè)階段為碳氧化階段：

所以BOD的組成包括兩部分：第一階段，總碳化需氧量，記作BODu即Oa+Ob；第二階段，硝化需氧量或氮氧化需氧量，記作NODu即Oc+Od。

測(cè)定時(shí)間與溫度：

微生物的活動(dòng)與溫度有關(guān)，測(cè)定生化需氧量時(shí)一般以20℃作為測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)溫度。

有機(jī)物的生化過程延續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)，在20℃水溫下，完成兩階段約需100d以上，完成第一階段約需20d左右，所以污水的生化需氧量通常只指第一階段生化需氧量。但是即使只是第一階段生化需氧量測(cè)定時(shí)間亦需要至少20d，在實(shí)際工作中這個(gè)時(shí)間還是太長(zhǎng)。同時(shí)實(shí)驗(yàn)表明：（1）一般有機(jī)物的碳化需氧量的70%左右會(huì)在前5天完成；（2）碳化階段開始后的5～7d，甚至10d才會(huì)產(chǎn)生自養(yǎng)型硝化菌，因此第5d進(jìn)行測(cè)定不受硝化干擾。所以目前一般以5d作為測(cè)定生化需氧量的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。

2 五日生化需氧量測(cè)定的干擾和消除

2.1 常見干擾

鑒于上述BOD5的定義、過程和特點(diǎn)，研究人員對(duì)容易干擾BOD5測(cè)定結(jié)果的因素進(jìn)行了一些研究：

水中某些有毒物質(zhì)對(duì)測(cè)定有干擾，如殺菌劑、重金屬、游離氯等會(huì)抑制生化作用；藻類或硝化微生物可能使結(jié)果偏高；三價(jià)鐵離子也是氧化劑，如果存在的話，會(huì)與碘反應(yīng)，使溶解氧的測(cè)量值偏低，從而影響B(tài)OD5的測(cè)定；同理，還原性物質(zhì)也會(huì)干擾BOD5的測(cè)定結(jié)果。

2.2 處理方法

2.2 .1 亞硝酸鹽

可選用疊氮化鈉修正法，操作步驟不變，僅以疊氮化鈉堿性碘化鉀溶液（疊氮化鈉的濃度為10g/L）代替堿性碘化鉀溶液即可。

2.2 .2 余氯和結(jié)合氯

若樣品中含有少量余氯，一般在采樣后放置1～2h，游離氯即可消失。對(duì)在短時(shí)間內(nèi)不能消失的余氯，可加入適量亞硫酸鈉溶液去除樣品中存在的余氯和結(jié)合氯，加入的亞硫酸鈉溶液的量由下述方法確定：

取已中和好的水樣 100ml，加入乙酸溶液（1+1）10ml、碘化鉀溶液（100g/L）1ml，混勻，暗處?kù)o置5min。用亞硫酸鈉溶液滴定析出的碘至淡黃色，加入1ml淀粉溶液（5g/L）呈藍(lán)色。再繼續(xù)滴定至藍(lán)色剛剛褪去，即為終點(diǎn)。記錄所用亞硫酸鈉溶液體積及消耗體積，計(jì)算出水樣中應(yīng)加亞硫酸鈉溶液的體積。

2.2 .3 藻類

若樣品中有大量藻類存在，BOD5的測(cè)定結(jié)果會(huì)偏高。當(dāng)分析結(jié)果精度要求較高時(shí)，測(cè)定前應(yīng)用濾孔為1.6m的濾膜過濾，檢測(cè)報(bào)告中注明濾膜濾孔的大小。

2.2 .4 鐵鹽

在測(cè)溶解氧前，應(yīng)先加40%氟化鉀溶液1ml，使氟化鉀與鐵生成絡(luò)合物，以消除鐵的影響。

2.2 .5 還原性物質(zhì)

可選用高錳酸鉀修正法。在測(cè)溶解氧前，先往瓶中加0.5ml濃硫酸和0.5ml0.4%高錳酸鉀溶液，蓋緊瓶塞，搖勻，放置15min，在此時(shí)間內(nèi)如粉紅色褪去應(yīng)隨時(shí)補(bǔ)加高錳酸鉀溶液，直至粉紅色保持不褪，然后加1ml 1%草酸鈉溶液去除多余的高錳酸鉀，再加入3ml堿性碘化鉀，其他試劑及操作步驟同碘量法。

3 BOD短時(shí)測(cè)量法介紹

在對(duì)工廠排水和生活排水等水質(zhì)進(jìn)行管理時(shí)，從防止環(huán)境污染的立場(chǎng)上講，迅速準(zhǔn)確地掌握這些水的受污染狀況是非常重要的。如此五天法就顯得太長(zhǎng)。因此，為了在1h左右的短時(shí)內(nèi)測(cè)定由微生物降解反應(yīng)所引起的氧的消耗量，出現(xiàn)了各種在短時(shí)間內(nèi)測(cè)定BOD的方法。常見的有庫(kù)侖計(jì)法、差壓法、高溫法、活性污泥法、微生物電極法等。但前幾種方法由于耗時(shí)、耗力，在出現(xiàn)有機(jī)物污染事故時(shí)不能為環(huán)境管理和決策提供及時(shí)的科學(xué)依據(jù)。隨著近年來BOD傳感器在技術(shù)方面和利用方面取得的進(jìn)展，微生物電極法成為了國(guó)內(nèi)外廣泛認(rèn)可的BOD短時(shí)測(cè)定法。

3.1 原理

微生物電極法是利用固定化微生物膜與氧電極制成微生物電極，以此測(cè)量?jī)x器（以下稱測(cè)量?jī)x）測(cè)定發(fā)酵廢液、下水等的排水中的生物化學(xué)耗氧量（以下稱BODs）的方法。微生物電極法的制定應(yīng)滿足以下幾個(gè)條件：（1）應(yīng)在短時(shí)間內(nèi)得到BOD值；（2）與BOD五日法應(yīng)有可比性；（3）應(yīng)用廣泛；（4）經(jīng)濟(jì)上可行；（5）與國(guó)際接軌；（6）方法簡(jiǎn)便可行。所以該方法也得到國(guó)內(nèi)外研制者和專家認(rèn)可。

3.2 干擾因素

水中以下物質(zhì)對(duì)該方法測(cè)定不產(chǎn)生明顯干擾的最大允許 量 為 ：CO2+-5mg/L；Mn2+-5mg/L；Zn2+-4mg/L；Fe2+-5mg/L；C2+-2mg/L；Hg2+-5mg/L；pb2+-5mg/L；Cd2+-5mg/L；Cr6+-0.5mg/L；CN--0.05mg/L；懸浮物-250mg/L。另外，對(duì)微生物膜內(nèi)菌種有毒害作用的高濃度殺菌劑、農(nóng)藥類的污水不適用本測(cè)定方法。

3.3 快速法與標(biāo)準(zhǔn)五日稀釋法對(duì)照實(shí)驗(yàn)

見表1。

表1 電極法和五日法測(cè)定結(jié)果對(duì)照表

使用五天法進(jìn)行測(cè)定得到的BOD，是一系列極其復(fù)雜的過程后得出的結(jié)果。這一過程包括：被測(cè)水中的微生物對(duì)有機(jī)物進(jìn)行直接或分解后的攝取、產(chǎn)生異化、同化代謝時(shí)的氧化，維持代謝的氧化。其過程也容易受到各種因素影響，比如由于微生物增殖造成的氧化速度加快、因原生動(dòng)物在捕食微生物時(shí)形成食物鏈造成的氧化率的上升。所以無論采取什么樣的方法，也不可能使用短時(shí)法得到與五天法完全相同的BOD值，應(yīng)該將短時(shí)法測(cè)得的BOD值與五天法測(cè)得的BOD值區(qū)別考慮。但是，根據(jù)短時(shí)法的實(shí)驗(yàn)報(bào)告得知，一般短時(shí)法值與五天法值的比率因被測(cè)水的不同而有所不同，但對(duì)同一種被測(cè)水而言，比率是比較一定的。在很多情況下，可以用短時(shí)法測(cè)定結(jié)果推算五天法BOD值。

4 結(jié)語

生化需氧量即BOD，是衡量水體污染程度的重要指標(biāo)，BOD與COD的比值可用于衡量水體中污染物的可降解程度，其測(cè)定方法（主要是五天法）的研究和改進(jìn)，測(cè)定新方法的探索，對(duì)環(huán)保工作的進(jìn)行有著重要的意義