膜電極法與壓差法測(cè)定廢水BOD的對(duì)比研究

淮陽縣環(huán)境保護(hù)局 許 娟

東莞市科藍(lán)環(huán)境保護(hù)工程有限公司 張 霄

膜電極法與壓差法測(cè)定廢水BOD的對(duì)比研究

淮陽縣環(huán)境保護(hù)局 許 娟

東莞市科藍(lán)環(huán)境保護(hù)工程有限公司 張 霄

廢水中含有大量的有機(jī)物，有機(jī)物在水體中被微生物降解時(shí)需要消耗溶解氧，在水環(huán)境監(jiān)測(cè)分析中，通常利用有機(jī)物在一定條件下所消耗氧的量，來間接表示水體中有機(jī)物的含量。生化需氧量（BOD）是一種用微生物代謝作用所消耗的溶解氧量來間接表示水體被有機(jī)物污染程度的一個(gè)重要指標(biāo)。其含義是在有氧條件下，好氧微生物氧化分解單位體積污水中的有機(jī)物所消耗的游離氧的量，單位為mg/L。

一般有機(jī)物在微生物的作用下，其降解過程可分為兩個(gè)階段：階段一是有機(jī)物轉(zhuǎn)化為CO2，NH3和H2O的過程，階段二是NH3進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽的硝化過程。微生物對(duì)有機(jī)物的降解程度與溫度有關(guān)，一般最適合的溫度是15℃~300℃，所以在測(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。在20℃條件下測(cè)定BOD時(shí)，一般易降解有機(jī)物在20d內(nèi)基本完成階段一的氧化分解過程，測(cè)定第一階段的BOD需要20d，在實(shí)際工作時(shí)難以做到。為此又規(guī)定了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，一般以5d作為測(cè)定BOD的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，稱為5日生化需氧量，以BOD5表示。它是衡量水體水質(zhì)的重要指標(biāo)，間接表征污水的可生物降解程度,是污水處理廠設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，也是污水處理廠日常運(yùn)轉(zhuǎn)控制進(jìn)水量的重要指標(biāo)。

一、膜電極法和壓差法測(cè)定廢水BOD的原理

1.膜電極法—LB50型BOD快速測(cè)定儀工作原理。儀器采用微生物電極法，將微生物膜緊貼在極譜式溶解氧電極的透氧膜表面，即構(gòu)成微生物電極。圖1為該儀器的外觀。

圖1 LB50型BOD快速測(cè)定儀

工作原理為采用流通測(cè)量方式，即樣品以流動(dòng)方式通過微生物電極，微生物膜里含有大量好氧微生物，該微生物在富氧及有機(jī)物的環(huán)境下非?；钴S，并對(duì)有機(jī)物具有廣譜食性，適應(yīng)性強(qiáng)。由于氧電極的輸出電流與溶解氧的濃度呈正比關(guān)系，當(dāng)不含有機(jī)物的液體通過流通池時(shí)，微生物的同化作用很小，透過微生物膜的溶解氧幾乎沒有減少。當(dāng)含有有機(jī)物的溶液經(jīng)過流通池時(shí)，微生物代謝異?；钴S，消耗大量的溶解氧，在其線性范圍內(nèi)，消耗的溶解氧與有機(jī)物濃度呈正比關(guān)系，導(dǎo)致透過微生物膜的溶解氧相應(yīng)減少，溶解氧電極測(cè)出溶解氧濃度的變化量，從而計(jì)算出BOD值。

2.壓差法—880型BOD測(cè)定儀工作原理。將測(cè)好體積的水樣注入培養(yǎng)瓶中，并用攪拌器連續(xù)攪拌，儀器放入培養(yǎng)箱中，控制培養(yǎng)箱內(nèi)溫度為20±1℃，待樣品恒溫后進(jìn)行5日培養(yǎng)。樣品中的有機(jī)物經(jīng)過生物氧化作用，轉(zhuǎn)變成氮、碳和硫的氧化物，在這個(gè)過程中，因瓶中樣品溶解氧飽和，所以保證了足夠的溶解氧。二氧化碳是從水中逸出的唯一氣體，被氫氧化鈉溶液吸收，瓶中大氣壓力下降的量，相當(dāng)于微生物所消耗的溶解氧的量。水樣的BOD值與瓶中大氣壓力減少的程度成正比關(guān)系，所以，BOD值可以由大氣壓力減少值來測(cè)定，增加或減少水樣的量可以增加或減少大氣壓力減少值，這樣操作者無須頻繁的重復(fù)稀釋步驟就能準(zhǔn)確測(cè)量很寬范圍的BOD5值。培養(yǎng)瓶中大氣壓力的變化值由半導(dǎo)體壓力傳感器來檢測(cè)，經(jīng)過電子電路的處理，最后有四位數(shù)碼顯示出被測(cè)樣品的BOD值。

二、膜電極法和壓差法測(cè)定幾組標(biāo)準(zhǔn)溶液BOD的對(duì)比實(shí)驗(yàn)

準(zhǔn)確度與精密度對(duì)比。

1.膜電極法。用BOD質(zhì)量濃度分別為25mg/L、40mg/L、50mg/L、60mg/L、100mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液做準(zhǔn)確度和精密度試驗(yàn)，結(jié)果見表1。

表1 膜電極法測(cè)定結(jié)果

由表1分析可知，各測(cè)定樣品相對(duì)誤差＜4%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差在1%～6%，表明準(zhǔn)確度和精密度均較好。

2.壓差法。為檢查儀器的性能和操作方法的準(zhǔn)確性和可靠性，利用濃度均為150mg／L的葡萄糖和谷氨酸的混合物配制成的標(biāo)準(zhǔn)液進(jìn)行BOD測(cè)試。葡萄糖-谷氨酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的BOD標(biāo)準(zhǔn)值及不確定值為198+30.5mg／L。標(biāo)樣和接種液同時(shí)做平行測(cè)定。測(cè)定結(jié)果見表2。

由表2分析可知，壓差法測(cè)定葡萄糖-谷氨酸標(biāo)準(zhǔn)溶液各平行樣測(cè)量值的相對(duì)誤差在-6.6%～7.1%，其準(zhǔn)確度在國家標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)控規(guī)定相對(duì)誤差±10%范圍內(nèi)；而相對(duì)偏差在-7.5%～6.0%，其精確度在國標(biāo)質(zhì)控規(guī)定相對(duì)偏差±15%范圍內(nèi)；該儀器壓差法實(shí)驗(yàn)室內(nèi)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.1%，因此壓差法的準(zhǔn)確度和精密度完全滿足實(shí)際樣品測(cè)定要求。

三、膜電極法和壓差法測(cè)定廢水BOD的對(duì)比實(shí)驗(yàn)

采用膜電極法和壓差法對(duì)廢水水樣作對(duì)比實(shí)驗(yàn)，測(cè)得的數(shù)據(jù)是平行雙樣的平均值。平行樣又稱平行雙樣，是指在環(huán)境監(jiān)測(cè)和樣品分析中，只包括兩個(gè)相同子樣的樣品。采集和測(cè)定平行樣是實(shí)施環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量保證的一項(xiàng)措施。平行樣的測(cè)定結(jié)果在一定程度上反映了測(cè)試的精密度水平。在環(huán)境監(jiān)測(cè)中，采集和測(cè)定平行樣的百分比應(yīng)根據(jù)樣品的批量、測(cè)定的難易程度、有無質(zhì)量控制等進(jìn)行確定，一般不少于全部樣品的10%。平行樣的測(cè)定結(jié)果可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方法所規(guī)定的界限進(jìn)行判別合格與否，也可將測(cè)定結(jié)果點(diǎn)入質(zhì)量控制圖進(jìn)行判別。此外，也可參考分析化學(xué)中所作的一般規(guī)定進(jìn)行判別。本文，筆者采用平行雙樣法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

查表得t0.05=2.306，t＜t0.05，故兩種方法測(cè)定結(jié)果之間無顯著差異。

表2 壓差法測(cè)定結(jié)果

表3 膜電極法和壓差法測(cè)定廢水BOD的對(duì)比實(shí)驗(yàn)

四、結(jié)論

膜電極法測(cè)定廢水BOD操作簡(jiǎn)便、測(cè)量周期短、能迅速反應(yīng)水質(zhì)狀況，能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。避免了標(biāo)準(zhǔn)稀釋接種法長(zhǎng)時(shí)間培養(yǎng)以及人工操作引起的誤差，微生物傳感器快速法溫度控制精度好，整個(gè)測(cè)量過程在恒溫下進(jìn)行，避免了硝化作用的影響。對(duì)可生化性好的水樣測(cè)定穩(wěn)定、重現(xiàn)性好。與標(biāo)準(zhǔn)稀釋接種法長(zhǎng)達(dá)5天的培養(yǎng)過程中眾多的微生物代謝相比，膜電極法測(cè)定可生化性好的水樣時(shí)，BOD波動(dòng)范圍小、精確度高，避免了五日生化稀釋接種引起的結(jié)果偏差。壓差法測(cè)定廢水BOD具有直觀性，直接讀數(shù)，無需化學(xué)試劑滴定，避免了滴定操作引起的誤差，節(jié)省操作時(shí)間，樣品一般不需要稀釋并具有累加性，可以隨時(shí)了解生化狀況，即不同時(shí)間BOD值。統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果表明，用壓差法測(cè)定水樣的BOD其結(jié)果是準(zhǔn)確可靠的。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析表明，以上兩種方法測(cè)定結(jié)果沒有明顯差異，膜電極法與壓差法相比具有分析周期短、操作簡(jiǎn)便、快速、抗干擾性能好、自動(dòng)化程度高且具有較高的精密度和準(zhǔn)確度、結(jié)果可靠、適合大批量樣品的測(cè)定等優(yōu)點(diǎn)。因此在條件允許的情況下，膜電極法是測(cè)定廢水BOD的首選方法。