淺談水質(zhì)五日生化需氧量測定及在實際應(yīng)用中的幾點(diǎn)體會

來源：http://www.tymozhou.com/ 作者：余氯檢測儀 時間：2019-07-08

　　摘要：五日生化需氧量(BOD5)是衡量水質(zhì)中有機(jī)物質(zhì)污染程度的一個重要指標(biāo)，對水質(zhì)監(jiān)測工作、水環(huán)境有機(jī)污染的判定及有效控制均有重要的意義。文章簡單介紹了目前幾種主要的BOD5的測定方法，重點(diǎn)介紹了各方法的使用原理，并對每種測定方法的適用范圍、影響因素及應(yīng)用中應(yīng)注意的事項談自己的看法。

　　關(guān)鍵詞：水質(zhì);五日生化需氧量;測定

　　1 前言

　　生活污水以及工業(yè)廢水進(jìn)入水域后之所以會對水域造成污染，是因為廢水中含有大量的有機(jī)質(zhì)，并且有機(jī)質(zhì)進(jìn)行氧化分解時會消耗水質(zhì)中大量的溶解氧(DO)，使得水體中的氧平衡遭到破壞，造成水體中的一些好氧型水生生物因缺氧而死亡，水質(zhì)遭到破壞。但是，水體中的有機(jī)物往往是復(fù)雜多樣的，不可能對其進(jìn)行一一測定，因此，人們采用一種間接的方法來進(jìn)行測定，通過測定一定條件下有機(jī)質(zhì)消耗溶解氧的含量來反映水體的污染程度，包括生化需氧量( BOD)以及化學(xué)需氧量(COD)等多項指標(biāo)。

　　生化需氧量指的是微生物(包括細(xì)菌和酶)在進(jìn)行生命代謝過程中分解水中的有機(jī)質(zhì)所消耗的溶解氧含量(mg/L)。微生物的這種代謝過程實際上是一個生物化學(xué)反應(yīng)過程，包括碳化和硝化兩個階段，碳化過程是微生物氧化有機(jī)質(zhì)中的碳和氫的過程，而硝化過程則是將含氮有機(jī)物及氨氧化成硝酸鹽或亞硝酸鹽的過程。通常來說，水樣經(jīng)過長達(dá)5天的微生物氧化后，其耗氧量可達(dá)到完全氧化分解所需氧量的十分之七。因此，國際上均采用在一定條件下培養(yǎng)5天的水樣來進(jìn)行生化需氧量的測定。由于五日生化需氧量(BOD5)能相對反映出水體中可被微生物氧化的有機(jī)質(zhì)的污染程度，因而在水質(zhì)監(jiān)測、水環(huán)境的功能評價以及有機(jī)污染的有效控制等方面都有相當(dāng)重要的意義。

　　2 BOD5的測定方法及其在實際應(yīng)用中體會

　　目前，我國測定水質(zhì)中五日生化需要量的方法主要有傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)稀釋法以及一些快速測定的方法如微生物電極法、活性污泥曝氣降解法、生物反應(yīng)器法、分光光度法、近紅外光譜法等。這些測定方法中，各種方法都有其利弊，在實際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)實際情況，選擇最合適的檢測分析測定方法。目前，我們實驗室主要應(yīng)用到的方法主要為標(biāo)準(zhǔn)稀釋法、微生物電極法以及分光光度法，下面就這幾種方法談?wù)勛约旱目捶ā?/p>

　　2.1 標(biāo)準(zhǔn)稀釋法

　　標(biāo)準(zhǔn)稀釋法是經(jīng)美國公共衛(wèi)生協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)方法委員會所指定的檢測方法，也是國際上已經(jīng)約定俗成的檢測方法。其做法是將水樣用接種稀釋水稀釋到一定濃度后，在20℃下恒溫培養(yǎng)5天，然后測定出培養(yǎng)前后水樣中溶解氧的含量，通過二者的差值直接算出BOD5值。

　　標(biāo)準(zhǔn)稀釋法具有投資小、操作簡單的特點(diǎn)，主要適用于水樣的大批量檢測分析。但是，該方法也存在一些不足，在實際檢測過程中該法受到一些物理(時間、溫度)、化學(xué)(接種稀釋液中的金屬離子、化合物及pH值)生物等因素的干擾，對測定結(jié)果造成影響。因此，在實際應(yīng)用中，必須做到以下幾點(diǎn)：

　　(1)應(yīng)對采樣溫度、水樣的儲存溫度、培養(yǎng)溫度做出嚴(yán)格控制;氧在水中的溶解度是隨溫度的增加而減少的。如在20℃的水溫條件下，氧的溶解度約為9.17mg/L，而當(dāng)溫度增至30℃時，氧的溶解度僅為7.63mg/L。若是在炎熱的夏天進(jìn)行取樣，五日前的溶解氧值為30℃下測定的值，在20℃下恒溫培養(yǎng)5天后，水樣中的溶解氧會增大，造成測定的BOD5值偏大。因此，為了提高測定結(jié)果的準(zhǔn)確度，必須嚴(yán)格控制水樣的溫度。水樣取回后，應(yīng)先冷卻或者升溫至20℃，再用虹吸管取該溫度下的水樣兩瓶，一瓶作為五日前的BOD水樣，另一瓶作為五日后BOD的水樣。除了要嚴(yán)格控制水樣的溫度，還要將稀釋水的溫度也控制在同一溫度，低于(高于)這一溫度時需進(jìn)行加溫(冷卻)處理。這樣得到的BOD5值才會更加接近于真實值。

　　(2)嚴(yán)格控制接種液中有些金屬離子(如Pb2+、Cd2+等)及有些化合物(如乙醇、酚、甲醛等)的濃度，防止其對微生物的新陳代謝產(chǎn)生毒害。例如，Zn2+離子濃度≤4mg/L，F(xiàn)e2+≤3mg/L，Pb2+≤2.5mg/L，Hg2+≤2mg/L，Ca2+≤0.15mg/L，Ni2+、Cr6+≤0.25mg/L，有機(jī)(無機(jī))汞≤0.05mg/L。

　　(3)嚴(yán)格控制水樣的pH值在6.5～7.5的弱堿范圍內(nèi)，有利于微生物的生長。表1是以含谷氨酸和葡萄糖質(zhì)量濃度均為150mg/L的標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)液作為研究對象，用氫氧化鈉(4%)和鹽酸(1：11)來調(diào)節(jié)其pH值，并計算不同pH值下測定的BOD5值。

　　由表1可知，pH值對BOD5值影響很大。最佳的pH應(yīng)該介于6.5～7.5之間，此時測得的BOD5相對比較穩(wěn)定。因此，實際應(yīng)用中應(yīng)該注意將被測液與稀釋液的pH調(diào)節(jié)在這個范圍內(nèi)，一般調(diào)節(jié)為7.2。

　　除以上因素的控制外，還需指出的是硝化作用的影響。測定一般水樣時，硝化作用不會對BOD5產(chǎn)生很大影響，但是，現(xiàn)今我們對工業(yè)廢水及生活污水的處理頻率越來越高，導(dǎo)致這類水樣中含有硝化細(xì)菌的數(shù)量大大增加，這些硝化細(xì)菌的耗氧量也會計入BOD5值中，因此對于這類水樣的測定，應(yīng)加入硝化抑制劑，減小硝化對BOD5的影響。

　　此外，很多工作者在標(biāo)準(zhǔn)稀釋法的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，得到了一些新的監(jiān)測分析方法。如測壓法，通過堿液(KOH或NaOH)吸收密閉容器中微生物呼吸作用產(chǎn)生的CO2(與分解有機(jī)物質(zhì)所消耗的氧量相當(dāng))來降低系統(tǒng)的壓強(qiáng)，再由壓降來求得水樣的BOD5值。該方法可實現(xiàn)BOD5的直讀及連續(xù)檢測，適用于批量樣品的測定分析。還可以通過增溫法來增加反應(yīng)溫度，以此來提高微生物的反應(yīng)活性，加快測定的速度。

　　2.2 微生物電極法

　　微生物電極法采用的測定原理為：將水樣及空氣以某一流量進(jìn)入到流通測量池中，與微生物傳感器表面相接觸，水樣中的溶解可生化降解的有機(jī)質(zhì)直接被菌膜中的微生物氧化分解，使得向電極擴(kuò)散的氧量減少，當(dāng)該種溶解態(tài)有機(jī)質(zhì)向菌膜擴(kuò)散的速度與溶解氧向氧電極表面的擴(kuò)散速度達(dá)到動態(tài)平衡時，會產(chǎn)生一個恒定的電流。計算時由該恒定電流與溶解氧的減少量間的相關(guān)關(guān)系得出被測水樣的BOD值，再將其值與標(biāo)準(zhǔn)樣品的BOD5值比對，通過換算獲得水樣的BOD5值。 　　微生物電極法較標(biāo)準(zhǔn)稀釋法而言，大大縮短了測定的時間，提高了測定的精度，并且由于微生物膜中是單一的菌種，對一些有毒物質(zhì)(主要為金屬離子)的耐受性有了較大的提高，因而具有很好的重現(xiàn)性，在實際應(yīng)用中比較適用于水質(zhì)環(huán)境的日常監(jiān)測及應(yīng)急監(jiān)測，已經(jīng)被越來越多的人所采納，開始逐步商業(yè)化。但是該方法也存在一定的局限性：該方法只能測定水樣中可生化降解的溶解態(tài)有機(jī)質(zhì)，若水樣中含有較高含量的懸浮物或生化降解困難的有機(jī)質(zhì)時，會對測定結(jié)果造成影響。因此為了盡可能減小測量誤差，實際測定過程中應(yīng)注意以下幾個方面：(1)水樣中的懸浮顆粒經(jīng)過5日的培養(yǎng)后只有部分被降解，因而對測定結(jié)果會產(chǎn)生影響。針對此種情況，注意取樣時應(yīng)將被測液靜置30min后，取上層清液進(jìn)行測定;(2)每次批量測定前要用BOD5標(biāo)準(zhǔn)樣品對微生物傳感器做校準(zhǔn)操作，對微生物膜進(jìn)行定期更換;(3)對于含高濃度的氰化物、游離氯、農(nóng)藥類水樣，對微生物會產(chǎn)生毒害作用，因而不能用該方法測定。例如水樣中Co2+、Fe2+、Mn2+、Pb2+、Cd2+金屬離子的濃度限值要≤5mg/L，Zn2+金屬離子的濃度限值要≤4mg/L，Cu2+和Hg2+金屬離子的濃度限值要≤2mg/L，Cr6+金屬離子的濃度限值要≤0.5mg/L，若水樣中該類金屬離子的濃度超過這一限值，將會給測定結(jié)果造成偏差。

　　2.3 分光光度法

　　分光光度法是在標(biāo)準(zhǔn)稀釋法的基礎(chǔ)上，采用分光光度計來測定水樣中的溶解氧。基本原理是：以碘酸鉀作為溶解氧的標(biāo)準(zhǔn)液，先用碘酸鉀與過量的碘化鉀反應(yīng)，獲得I3-，再將新生成的I3-與結(jié)晶紫-聚乙烯醇(PVA)混液反應(yīng)，生成電中性的離子絡(luò)合物。該種絡(luò)合物在波長為550nm處存在最大吸收，根據(jù)吸收強(qiáng)度與濃度之間的關(guān)系，可以計算出水樣中的溶解氧。通過分光光度法測定出水樣經(jīng)過5天培養(yǎng)前后的溶解氧差量，便可計算出BOD5值。

　　應(yīng)用分光光度法測定五日生化需氧量，只需用很小的試樣便可獲得高精度、高靈敏度的測定結(jié)果，在環(huán)境水質(zhì)檢測中應(yīng)用較多。

　　3 結(jié)束語

　　生化需氧量(BOD)是反映水體受有機(jī)物污染程度的重要指標(biāo)之一，因此，BOD5的測定在水質(zhì)監(jiān)測工作中具有極其重要的意義。但是，由于BOD5在測定過程會受到各種因素(物理、化學(xué)以及生物)的影響，因此不管是傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)稀釋法還是其他快速測定法，用其測定結(jié)果來判斷水體環(huán)境的有機(jī)污染程度都存有一定的缺陷。標(biāo)準(zhǔn)稀釋法雖然測定過程相對繁瑣，但該方法較其他方法而言較為穩(wěn)定，且準(zhǔn)確度和重現(xiàn)性都比較好，因而目前國際上在常規(guī)監(jiān)測、標(biāo)樣考核、比對實驗以及仲裁分析等方面還是采用該測定方法。如果BOD5只是用來綜合判斷水質(zhì)的污染狀況，則采用快速測定的方法(微生物電極法、分光光度法等)對水質(zhì)進(jìn)行適時的監(jiān)控以及對污水處理設(shè)備的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行有效地調(diào)控，現(xiàn)實意義重大。我們相信，隨著全球?qū)Νh(huán)保事業(yè)的越加重視，與環(huán)保相關(guān)的各種在線分析儀器也必將迅猛發(fā)展起來。

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