生化需氧量（BOD5）的幾種測(cè)定方法研究

杜慧慧，王　偉，孫彥君，王秀梅，安亞紅

（銀川市環(huán)境監(jiān)測(cè)站，寧夏銀川750001）

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生化需氧量（BOD5）的幾種測(cè)定方法研究

杜慧慧，王偉，孫彥君，王秀梅，安亞紅

（銀川市環(huán)境監(jiān)測(cè)站，寧夏銀川750001）

摘要：分析測(cè)定地表水和污水中BOD5的三類(lèi)常用方法的工作原理及操作過(guò)程，結(jié)果表明，微生物傳感器法省工省時(shí)，但時(shí)效性差，且膜的使用壽命容易受到水樣環(huán)境的影響；無(wú)汞壓力法在測(cè)量環(huán)境復(fù)雜的水樣時(shí)，相對(duì)偏差在5%左右；稀釋與接種法影響因素多，測(cè)定復(fù)雜水樣時(shí)，重現(xiàn)性差，相對(duì)偏差在5%～10%。建議將無(wú)汞壓力法列入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：BOD5；微生物傳感器法；無(wú)汞壓力法；稀釋與接種法

10.13358/j.issn.1008-813x.2016.03.23

水環(huán)境監(jiān)測(cè)中BOD5是重要的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目［1］。BOD5測(cè)定方法眾多但多存在局限性。稀釋接種法（GB 7488-87）為我國(guó)目前BOD5監(jiān)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)方法，但該法操作復(fù)雜，對(duì)人員技術(shù)要求高，且耗時(shí)長(zhǎng)，不能迅速反映水體污染情況［2］。微生物傳感器法速度快，但成本高，且方法適用范圍有限。本研究對(duì)稀釋與接種法、微生物傳感器法、無(wú)汞壓力法三種方法作了比較研究。

1　實(shí)驗(yàn)原理

1.1稀釋與接種法

將稀釋后水樣在20℃下恒溫培養(yǎng)5 d，根據(jù)培養(yǎng)前后溶解氧量計(jì)算水樣BOD值（即BOD5）。1936年，美國(guó)公共衛(wèi)生協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)方法委員會(huì)采用了該方法，ISO/ TC-147推薦該法，GB 7488-87也采用此法［3］。

1.2微生物傳感器法

微生物傳感器由氧電極和微生物菌膜構(gòu)成，采用流通測(cè)量方式，輸出電流變化值與樣品有機(jī)物的含量成正比關(guān)系，就此計(jì)算出BOD值。儀器經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)BOD物質(zhì)校準(zhǔn)后，直接顯示溶液BOD值，20 min完成一個(gè)水樣測(cè)定［4］。

1.3無(wú)汞壓力法

無(wú)汞壓力法在密閉培養(yǎng)瓶中溶解氧被微生物消耗，微生物因呼吸作用產(chǎn)生與耗氧量相當(dāng)?shù)腃O2，當(dāng)CO2被吸收劑吸收后，系統(tǒng)壓力降低，根據(jù)壓力計(jì)測(cè)得的壓降可求出BOD值［5］。

2　試驗(yàn)部分

為保證數(shù)據(jù)的代表性，本實(shí)驗(yàn)選取有代表性的水樣（地表水、生活污水、造紙廠廢水、生物制藥廠廢水等），并用稀釋與接種法、無(wú)汞壓力法及微生物傳感器法平行雙樣測(cè)定水樣的BOD5值。

2.1主要儀器及參數(shù)

恒溫培養(yǎng)箱SPX-150-II（上海躍進(jìn)醫(yī)療器械有限公司）；生化培養(yǎng)箱TS606-G/4-i（德國(guó)WTW OxiTop）；BOD快速測(cè)定儀（賽普環(huán)?？萍及l(fā)展有限公司BOD-220B）。

2.2測(cè)定步驟

2.2.1微生物傳感器法

葡萄糖-谷氨酸標(biāo)準(zhǔn)溶液（11 mg/L、22 mg/ L、44 mg/L），各取50 ml水樣，其他水樣（樣1-5）依據(jù)CODCr值估算BOD5的濃度范圍，確定稀釋比后取適量水樣，質(zhì)控樣為200243（129±10 mg/L，環(huán)保部標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心標(biāo)準(zhǔn)樣品）依次各加0.5 mol/L的磷酸鹽緩沖溶液0.5 ml，放入自動(dòng)進(jìn)樣器中，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)溶液曲線，自動(dòng)讀取各樣BOD5（mg/L）值。

2.2.2無(wú)汞壓力法

直接量取適量水樣，加入轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子，并在封口處放適量堿吸收劑，用傳感器接頭封嚴(yán)，生化培養(yǎng)箱中培養(yǎng)5 d后讀數(shù)。

2.2.3稀釋與接種法

稀釋水：在容器內(nèi)裝入一定量的水，20℃曝氣2～8 h，臨用前加氯化鈣、氯化鐵、硫酸鎂、磷酸鹽緩沖液各1 ml/L，混勻。

水樣：根據(jù)CODcr值取稀釋系數(shù)為0.075，0.15，0.225估算出稀釋倍數(shù)，以此再算出樣品取樣量，計(jì)算公式為：

稀釋倍數(shù)=CODCr×0.075（0.15，0.225），取樣量=350 ml/稀釋倍數(shù)。

BOD5（mg/L）=（DO1-DO5）-（B1-B2）f1/f2

其中，DO1為水樣在培養(yǎng)前的溶解氧濃度；DO5為水樣在5 d培養(yǎng)后的溶解氧濃度；B1為稀釋水在培養(yǎng)前的溶解氧濃度；B2為稀釋水在5 d培養(yǎng)后的溶解氧濃度；f1為稀釋水在培養(yǎng)液中所占比例；f2為水樣在培養(yǎng)液中所占比例。

3　測(cè)定結(jié)果與比較

3.1測(cè)定結(jié)果及分析

水樣種類(lèi)不同，所含有機(jī)物不同及可生化程度不同，所采用線性關(guān)系不同［6-7］。本研究樣品估算BOD5值范圍見(jiàn)下表（表1）。

表1　被測(cè)樣品BOD5估算范圍

表2　三種方法測(cè)定結(jié)果

微生物傳感器法測(cè)定時(shí)（見(jiàn)表2）發(fā)現(xiàn)，隨稀釋倍數(shù)的增加，相對(duì)偏差變大。樣品較清潔時(shí)，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重現(xiàn)性好。此時(shí)水樣中溶解氧的氧分子能快速擴(kuò)散通過(guò)薄膜，當(dāng)電極附近的氧分子含量下降時(shí)，由于水體流動(dòng)性，溶解氧能迅速擴(kuò)散和補(bǔ)充，結(jié)果穩(wěn)定。水樣變復(fù)雜后，水樣中毒性物質(zhì)（如重金屬、氯離子等）對(duì)水樣中的有機(jī)物、還原性物質(zhì)及微生物產(chǎn)生影響，干擾BOD5值的準(zhǔn)確測(cè)定，尤其是水樣中的各種化學(xué)元素（如Cd、Cr6+、Cu、Pb、Hg、Ni、Ag、Zn等重金屬離子）和化合物（如消毒劑、有機(jī)農(nóng)藥等）會(huì)對(duì)微生物膜產(chǎn)生較大的毒性作用。若不消除干擾，會(huì)造成微生物膜被毒死，重復(fù)性（時(shí)效性）差等。

水質(zhì)BOD5值無(wú)汞壓力法測(cè)定目前國(guó)內(nèi)暫無(wú)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)行，其測(cè)量原理是模仿微生物自然生長(zhǎng)環(huán)境，最大程度地模擬水質(zhì)BOD5值自然遞減規(guī)律，因此方法適用性較強(qiáng)。2001年，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)方法委員會(huì)將此法列入了美國(guó)《水和廢水標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法》中。此法（見(jiàn)表2）對(duì)較簡(jiǎn)單的水樣，當(dāng)BOD5小于5 mg/L誤差較大，相對(duì)偏差在5%～15%之間，分析原因是水樣中耗氧量低、有機(jī)物含量少，無(wú)汞壓力法中生化條件對(duì)其影響不明顯，BOD5值差別不大，使得測(cè)定結(jié)果誤差較大。而且培養(yǎng)過(guò)程中因壓縮機(jī)啟動(dòng)調(diào)節(jié)溫度（制冷或加熱）時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生傳感器接頭稍微泄漏，使得顯示值出現(xiàn)微小下降；培養(yǎng)過(guò)程中有不被堿吸收劑（氫氧化鈉、鉀）吸收的氣體產(chǎn)生，這些使得BOD5值較小的水樣測(cè)量造成隨機(jī)誤差。但是，對(duì)環(huán)境較復(fù)雜的行業(yè)廢水，BOD5處于5～1 000 mg/L時(shí)，不需稀釋?zhuān)苯恿咳∫?guī)定量水樣即可，且測(cè)定值重復(fù)性較好，平行雙樣相對(duì)偏差小，在5%左右，此法最大限度模擬自然環(huán)境，給微生物提供足夠的溶解氧及與有機(jī)物充分混合的條件，反應(yīng)速率加快，有機(jī)物生化效率高。

稀釋與接種法（GB 7489-87）適用于2～6 000 mg/L的水樣，當(dāng)BOD5值過(guò)大時(shí)水樣會(huì)稀釋?zhuān)`差大。有效稀釋范圍內(nèi)，嚴(yán)格按測(cè)試步驟操作，數(shù)據(jù)具有時(shí)效性，結(jié)果比較準(zhǔn)確，重現(xiàn)性也較好。

稀釋與接種法（見(jiàn)表2）分別按照三個(gè)稀釋倍數(shù)進(jìn)行平行測(cè)定，結(jié)果顯示，測(cè)定值的波動(dòng)范圍較大。對(duì)水樣環(huán)境單一的標(biāo)準(zhǔn)溶液，測(cè)得數(shù)據(jù)有效，重現(xiàn)性好，精確度高。對(duì)較清的地表水（水樣1），選擇較小的稀釋倍數(shù)，即選擇CODCr值乘以0.075的稀釋倍數(shù)，即能得到較好的數(shù)據(jù)結(jié)果，相對(duì)偏差在5%左右。對(duì)常見(jiàn)的行業(yè)廢水（制藥、化工、農(nóng)藥、造紙等廢水），由于污水中有機(jī)物的結(jié)構(gòu)不同，其生化降解過(guò)程所需時(shí)間也就不同，因此，用標(biāo)準(zhǔn)稀釋法測(cè)定污水BOD5，其重現(xiàn)性差，波動(dòng)范圍大，分析誤差在5%～10%之間。

3.2優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

由于水樣環(huán)境復(fù)雜多變，三種方法各有利弊，且隨稀釋倍數(shù)的增大，相對(duì)偏差均隨之變高。

用微生物傳感器法測(cè)定時(shí)，測(cè)定速度快，省工省時(shí)，但是費(fèi)用較高，且膜的使用壽命容易受到水樣環(huán)境的影響，進(jìn)行大批分析樣品時(shí)，前期樣品和后期樣品分析時(shí)平行偏差較大。

稀釋與接種法，被列為BOD5的國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)使用方法，但使用過(guò)程繁瑣，影響因素多，前后分析容易受外界因素干擾，要求分析人員具有熟練的分析技巧，并且配制合適稀釋水，選用合適稀釋倍數(shù)，才能更為準(zhǔn)確、更真實(shí)地反映水中的有機(jī)物污染情況。

無(wú)汞壓力法能自動(dòng)記憶數(shù)據(jù)，更有利于數(shù)據(jù)的有效收集，省去了人工五日計(jì)時(shí)的繁瑣，且在測(cè)量環(huán)境復(fù)雜的水樣時(shí)，相對(duì)誤差較小，但在清潔水樣測(cè)定時(shí)，相對(duì)偏差變大。因此此方法對(duì)BOD5大于10的水樣測(cè)定比較適用。

4　結(jié)論及建議

4.1結(jié)論

對(duì)于水樣中水體干擾小，基本不含或含有極少的對(duì)微生物有毒害性的基體的水樣（地表水、地下水及處理后的生活污水），3種方法測(cè)定的BOD5值較為接近，相對(duì)偏差均在5%左右。當(dāng)水樣環(huán)境復(fù)雜時(shí)，對(duì)BOD5有貢獻(xiàn)的微生物含量較大，無(wú)汞壓力法的相對(duì)偏差為5%～8%，而微生物傳感器法和稀釋與接種法均在10%左右。

研究表明，微生物傳感器法和稀釋接種法適用于地表水、地下水、濃度較低及組分較簡(jiǎn)單的生活污水（處理后）的日常監(jiān)測(cè)；對(duì)組分復(fù)雜、毒性較大的污水，采用無(wú)汞壓力法測(cè)量誤差較小。

4.2建議

建議將無(wú)汞壓力法列入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，建立一種既方便又能真實(shí)反映水體環(huán)境，更為實(shí)用的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法。

參考文獻(xiàn)

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（編輯：程俊）

A Study on Several Determination Methods of BOD5

Du Huihui，Wang Wei，Sun Yanjun，Wang Xiumei，An Yahong
（Yinchuan Environmental Monitoring Station，Yinchuan Ningxia 750001，China）

Abstract：The operation principles and processes of three common methods for BOD5determination in surface water and waste water were analyzed. The results showed that microbial sensor method can save time but has poor timeliness，and the service life of the film is affected by water environment. With no mercury pressure method，the relative deviation is about 5%when measuring water environment is complex. Many factors affect Dilution and inoculation method，reproducibility is poor and the relative deviation from 5%to 10%when measuring water environment is complex. So suggested that no mercury free pressure method should be incorporated into the national standard.

Key words：BOD5，microbial sensor method，mercury free pressure method，dilution and inoculation method

中圖分類(lèi)號(hào)：X832

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-813X（2016）03-0083-03

收稿日期：2016-03-29

作者簡(jiǎn)介：杜慧慧（1985-），女，河南商丘人，畢業(yè)于寧夏大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè)，碩士，工程師，主要從事基礎(chǔ)水環(huán)境分析與研究工作。