微生物快速法測定BOD項目的研究與探討

劉蕊

摘要：文章采用220B型BOD快速測定儀，對標準樣品及不同行業(yè)的廢水中的BOD進行測定，并進行大量的對比分析實驗，著重論述了在日常工作中常出現的問題及被忽視的問題，并指出了微生物傳感器法存在的問題，最后展望了BOD快速測定的發(fā)展前景。

關鍵詞：微生物；菌膜；電位

隨著環(huán)境保護事業(yè)的蓬勃發(fā)展，各級環(huán)境監(jiān)測部門加強了對水體中有機污染狀況的監(jiān)測，其中BOD項目的監(jiān)測作用是其他項目無法替代的。在各項科學嚴謹的質量管理體系下，在實驗室質控手段完備的條件下，本文以HJ/T86-2002《微生物傳感器快速測定法》作為檢測標準，對各行業(yè)實際樣品進行監(jiān)測分析，指出了該方法的影響因素、注意事項及應用范圍，并闡述該方法存在的問題和解決方法。

一、儀器與試劑

（一）儀器

本文所使用的儀器是220B型BOD快速測定儀（天津賽普環(huán)?？萍及l(fā)展有限公司）。

（二）試劑

1. 磷酸鹽緩沖溶液（0.5mol/L）：68g磷酸二氫鉀和71g磷酸氫二鈉用蒸餾水溶解后移入1000ml容量瓶中，用水稀釋至標線。

2. 磷酸鹽緩沖溶液使用液（0.005mol）：用上述溶液稀釋100倍。

3. 葡萄糖-谷氨酸（BOD）標準溶液（2500±37mg/L）：稱取在103℃下干燥1小時并冷卻至室溫的無水葡萄糖和谷氨酸各1.705g，融于磷酸鹽緩沖溶液使用液，并用此溶液稀釋至1000ml，混合均勻。

二、實驗部分

（一）數據

經過實驗室大量實驗數據的比對，與稀釋接種法的比較數據如下表1所示。

在大量樣品分析的基礎上（見表1），與標準稀釋法相比，微生物傳感器快速測定BOD法具有以下特點。一是操作易行、監(jiān)測時間短。微生物傳感器快速測定BOD的測量時間是8min，清洗時間是25min，能迅速反映水質情況，以實現快速監(jiān)測。二是標準稀釋法所需時間長，并且實驗步驟中難免出現人為或客觀條件出現誤差，影響數據準確度。而微生物法中機器對溫度控制的精度好（溫度設置為33℃），實驗過程全部在恒溫條件下監(jiān)測，避免了硝化作用產生的影響。三是對可生化性好的水樣測定穩(wěn)定，重現性好。與標準稀釋法5d的培養(yǎng)過程相比，微生物快速法測定可生化性好的水樣時，BOD數值比較穩(wěn)定，精度高，避免了標準稀釋法的一系列監(jiān)測數據偏差。

同時，微生物快速法測定BOD也存在以下幾個問題。一是當監(jiān)測的實際樣品中含有毒有害物質（如農藥類、高濃度殺蟲劑、游離氯廢水等）時，會減少甚至殺死微生物菌種。因此，此類水樣不適用此方法測定。二是當樣品中懸浮物達到一定濃度時，會干擾樣品的測定，影響數值的準確度。此時，應在樣品靜置30分鐘后，再取中間液進行分析。三是此方法測定BOD項目，主要依靠生物膜內的微生物菌種活性，菌種的活性在實驗過程中起關鍵作用。在關注菌種生存周期的基礎上，根據實際樣品的實際情況合理使用標準物質進行標準定點工作。

（二）微生物膜的活化及更換

將菌膜放入0.005mol/L緩沖溶液中活化一周左右，其活化過程應在溫度保持21℃左右的恒溫恒濕箱內進行，然后將其安裝在微生物傳感器上。菌膜上的菌種作為活性物質是有壽命的，除溫度、濕度影響其壽命以外，主要受使用頻率、水樣污染程度、使用期間的維護和保養(yǎng)等的影響。當遇到以下情形時須更換生物膜：一是連續(xù)正常工作30天以上；二是驗證標準溶液的監(jiān)測數據的靈敏度下降；三是正常的菌種被傷害或是被殺死；四是菌膜正常工作后連續(xù)停機7天以上。當機器使用頻率低時，必須保證每周用緩沖溶液清洗機器1～2次。在保證初始電位在4～10之間時可持續(xù)使用菌膜。靈敏度是衡量生物膜工作是否正常的標準，若靈敏度數值在下降，則需及時更換生物膜。

（三）標準系列的確定

微生物的菌種與待測水樣（非有毒有害的）存在“共生”關系。樣品的BOD濃度影響微生物的活性，樣品通過微生物監(jiān)測獲得BOD濃度值。為保證監(jiān)測結果的準確性，一般用兩點定標進行分析。根據不同行業(yè)和來源的水樣，總結歸納并選擇相應適合的控制濃度電位進行定標工作，并且每個工作日至少定標一次。根據樣品的實際情況，有條件的可以選擇每批次樣品定標一次或多次，以確保數據準確。在機器正常運行且菌膜活性良好的條件下，經大量實驗得到一組樣品濃度與之相對應電位值數據（見表2）。數據僅供參考。若樣品濃度相對應的電位值降低10%，可作為更新菌膜的依據。

（四）管路的更換

當蠕動泵進樣速度不為勻速時，可能是管路老化造成的，此時應考慮更換管路。當監(jiān)測工作密度加強，管路中必然存留微生物，從而導致管路液體流速下降。根據儀器要求需定期更換管路。管路更換時間與機器的使用頻率、水樣的來源及污染程度，以及管路的材質等均有關系。因此，在日常維護中，在保證數據的準確的前提下，可依據儀器使用頻率和水樣的污染程度等更換管路。當標準樣品分析數據的精密度下降時即可更換管路。

（五）干擾物質的控制

表3介紹了幾種干擾物的最大限量，通過對大量樣品反復實驗，在保證測量結果準確性的前提下，列出較適宜的低于最大限值的標準規(guī)定值。含0.5mg/L以下的游離氯一般對數據的結果不會產生明顯的干擾，而且還能對管路、流通池、菌膜有一定的清洗作用。含高濃度的游離氯的樣品可加入1.575mg/L的亞硫酸鈉溶液（不宜過量，否則產生負干擾），使游離氯或結合氯去除。被測樣品中的懸浮物對BOD測定的干擾是令人關注的問題，為此進行如下實驗。由于六次甲基四胺在測定中會產生干擾，因此選用硅藻土作為懸浮物標準物質并配成懸浮物50mg/L、102mg/L、280 mg/L的溶液進行實驗（見表4、表5、表6）

從表4、表5、表6中可以看出，含有5 mg/L、25 mg/L、50 mg/L的BOD溶液的樣品中懸浮物含量從50～280 mg/L對BOD的測定結果的相對誤差分別在-2.0～6.0、-2.4～6.0%、-2.0～3.2%之間，因此在標準中確定為含有懸浮物濃度低于250mg/L的樣品， BOD項目的測定結果影響很小。

（六）緩沖溶液的選擇

測定樣品的pH值應控制在7左右。因此，選擇混合磷酸鹽作為緩沖溶液，一方面可以在一定程度上緩沖調節(jié)樣品的pH值，使其符合測定的要求，另一方面也可對含有高濃度的重金屬離子的樣品起到沉降的作用。大量實驗數據顯示：樣品的pH值在4～10之間時，不需要對水樣進行酸堿處理即可符合正常的監(jiān)測條件。

（七）管路氣、液比的調整

儀器進樣管路中的氣液比是廠家在大量反復實驗后得出的經驗理論值，可在儀器使用前設定好，也可在實際運行操作中進行調整，但總原則是保證流通池中有充分的氧。為保證數據的準確性，在保證樣品代表性的前提下，在測定過程中進樣總量必須大于10ml。

（八）樣品測定時間

根據儀器的操作規(guī)程，測定樣品的時間設定是8min，清洗時間為25 min。樣品測定時間與樣品濃度是成比例的，為保證測定周期內數據的準確性，一般要求樣品濃度低于50mg/L（25mg/L左右最佳）。若樣品濃度低，分析時間會相應縮短，與工作曲線的線性范圍0～50 mg/L是相吻合的。

（九）樣品的貯存

國內各標準文獻對BOD項目水樣的保存提出了“即測定值將隨水樣貯存時間而降低……”，分別探討了4℃、-22℃、酸化至pH為1.5和酸化并在-22℃四種條件下保存，以上方法盡非人意。因此，總原則是貯存時間應盡量縮短。我國《地表水和污水監(jiān)測技術規(guī)范》中規(guī)定BOD樣品的保持條件為0℃～5℃避光，一般采樣后6小時之內進行檢驗，若需遠距離運轉，在任何情況下貯存不能超過24小時。國外有關的標準文獻規(guī)定了對采集的樣品2小時之內進行分析的，無需冷藏。采集樣品2小時后分析的樣品需保存在4℃以下，冷卻降溫至接近冰點以減少誤差。當不能在6小時內分析時，實驗記錄應標注保存時間與溫度。對于貯存時間大于24小時的樣品不能分析。配制標準樣品的分析結果一定要在6小時內完成。

表7中1～6樣品均為處理后的廢水樣品，7～8樣品為標準樣品。經實驗表明，在對處理后的廢水中BOD濃度放置8小時后，其濃度降低了20%左右。樣品的貯存在分析中易被忽視且樣品保存客觀上也存在的問題，應用快速監(jiān)測法來解決樣品保存難題。

三、分析過程中應注意的幾個問題

（一）每日必做的檢查

每日在開機后，實驗開始之前，應先檢查初始電位是否在正常范圍內，檢查清洗液是否流動順暢，再檢查流量和氣量是否在正常范圍內，然后在進行分析實驗。

（二）菌膜的培養(yǎng)和調試

在菌膜培養(yǎng)過程中，至少應培養(yǎng)7天以上，一般在15天，溫度控制在21℃左右。及時更換營養(yǎng)液（濃度為0.005 mol /L磷酸鹽緩沖溶液使用液），每天營養(yǎng)液約需500ml。當培養(yǎng)完畢裝入電極內后，需加入同一系列標樣（數量控制在20個左右）來激活菌膜的活性。標樣一般所需的濃度在20～30mg/L，調試周期在3天左右。當△I值在5～9之間時，首先比較電位與濃度的比例是否合理，其次比較加入的系列標準的相對偏差（<1%）是否在合理范圍內，若比例合理便可正常進行水質分析。新換的菌膜，達到穩(wěn)定狀態(tài)后，應多給一些濃度在15～20 mg/L的標液走樣，期間可少量穿插30～40mg/L的標樣以刺激并保證菌膜的活性。

（三）當起始電位在正常范圍內出現異常波動

分析過程中，在正常范圍起始電位出現異常波動（即波動超過0.05的范圍）時，首先檢查透氧膜是否破損。若無異常，再檢查生物膜是否異位或破損。若再無異常，再做空載實驗檢查電極是否出現問題。

（四）測定儀換膜后的起始電位（>10）不正常

首先檢查菌膜是否松動，菌膜應緊貼電極透氧膜，勿破損或折皺透氧膜。其次，增加清洗時間，甚至是清洗一天，隨著時間電位會逐步降低，如若電位仍不在正常范圍內，則應重新正確安裝透氧膜，至起始電位恢復到正常范圍內為準。

（五）緩沖溶液不能正常流動，機器不能正常進行清洗工作

首先，檢查機器的流量和氣量是否正常，若有異常調整其運行狀態(tài)至正常。其次，檢查緩沖泵是否能正常運轉。最后，檢查清洗的管路是否暢通，若管路使用時間過長或樣品等原因造成管路堵塞問題，應及時更換新的管路。

（六）樣品測試過程中進樣時的注意事項

進樣時應避免輸液管路進入氣泡，測量過程中的進樣濃度應從低到高，以減少回復到空白電位所需的時間。勿使其他溶液漏入電極內參比溶液中，以免造成污染。

另外，關機后再開機至少間隔15秒，否則儀器不能正常工作。

此上是在執(zhí)行和貫徹標準方法過程中的一些實驗結論和使用方法，是日常容易出現并應注意的問題。

（作者單位：天津市濱海新區(qū)大港環(huán)境保護監(jiān)測站）