浅谈水质五日生化需氧量测定及在实际应用中的几点体会

来源:/ 编辑:余氯检测仪 时间:2019-07-08

  摘要:五日生化需氧量(BOD5)是衡量水质中有机物质污染程度的一个重要指标,对水质监测工作、水环境有机污染的判定及有效控制均有重要的意义。文章简单先容了目前几种主要的BOD5的测定方法,重点先容了各方法的使用原理,并对每种测定方法的适用范围、影响因素及应用中应注意的事项谈自己的看法。

  关键词:水质;五日生化需氧量;测定

  1 前言

  生活污水以及工业废水进入水域后之所以会对水域造成污染,是因为废水中含有大量的有机质,并且有机质进行氧化分解时会消耗水质中大量的溶解氧(DO),使得水体中的氧平衡遭到破坏,造成水体中的一些好氧型水生生物因缺氧而死亡,水质遭到破坏。但是,水体中的有机物往往是复杂多样的,不可能对其进行一一测定,因此,人们采用一种间接的方法来进行测定,通过测定一定条件下有机质消耗溶解氧的含量来反映水体的污染程度,包括生化需氧量( BOD)以及化学需氧量(COD)等多项指标。

  生化需氧量指的是微生物(包括细菌和酶)在进行生命代谢过程中分解水中的有机质所消耗的溶解氧含量(mg/L)。微生物的这种代谢过程实际上是一个生物化学反应过程,包括碳化和硝化两个阶段,碳化过程是微生物氧化有机质中的碳和氢的过程,而硝化过程则是将含氮有机物及氨氧化成硝酸盐或亚硝酸盐的过程。通常来说,水样经过长达5天的微生物氧化后,其耗氧量可达到完全氧化分解所需氧量的十分之七。因此,国际上均采用在一定条件下培养5天的水样来进行生化需氧量的测定。由于五日生化需氧量(BOD5)能相对反映出水体中可被微生物氧化的有机质的污染程度,因而在水质监测、水环境的功能评价以及有机污染的有效控制等方面都有相当重要的意义。

  2 BOD5的测定方法及其在实际应用中体会

  目前,我国测定水质中五日生化需要量的方法主要有传统的标准稀释法以及一些快速测定的方法如微生物电极法、活性污泥曝气降解法、生物反应器法、分光光度法、近红外光谱法等。这些测定方法中,各种方法都有其利弊,在实际应用中应根据实际情况,选择最合适的检测分析测定方法。目前,大家实验室主要应用到的方法主要为标准稀释法、微生物电极法以及分光光度法,下面就这几种方法谈谈自己的看法。

  2.1 标准稀释法

  标准稀释法是经美国公共卫生协会标准方法委员会所指定的检测方法,也是国际上已经约定俗成的检测方法。其做法是将水样用接种稀释水稀释到一定浓度后,在20℃下恒温培养5天,然后测定出培养前后水样中溶解氧的含量,通过二者的差值直接算出BOD5值。

  标准稀释法具有投资小、操作简单的特点,主要适用于水样的大批量检测分析。但是,该方法也存在一些不足,在实际检测过程中该法受到一些物理(时间、温度)、化学(接种稀释液中的金属离子、化合物及pH值)生物等因素的干扰,对测定结果造成影响。因此,在实际应用中,必须做到以下几点:

  (1)应对采样温度、水样的储存温度、培养温度做出严格控制;氧在水中的溶解度是随温度的增加而减少的。如在20℃的水温条件下,氧的溶解度约为9.17mg/L,而当温度增至30℃时,氧的溶解度仅为7.63mg/L。若是在炎热的夏天进行取样,五日前的溶解氧值为30℃下测定的值,在20℃下恒温培养5天后,水样中的溶解氧会增大,造成测定的BOD5值偏大。因此,为了提高测定结果的准确度,必须严格控制水样的温度。水样取回后,应先冷却或者升温至20℃,再用虹吸管取该温度下的水样两瓶,一瓶作为五日前的BOD水样,另一瓶作为五日后BOD的水样。除了要严格控制水样的温度,还要将稀释水的温度也控制在同一温度,低于(高于)这一温度时需进行加温(冷却)处理。这样得到的BOD5值才会更加接近于真实值。

  (2)严格控制接种液中有些金属离子(如Pb2+、Cd2+等)及有些化合物(如乙醇、酚、甲醛等)的浓度,防止其对微生物的新陈代谢产生毒害。例如,Zn2+离子浓度≤4mg/L,Fe2+≤3mg/L,Pb2+≤2.5mg/L,Hg2+≤2mg/L,Ca2+≤0.15mg/L,Ni2+、Cr6+≤0.25mg/L,有机(无机)汞≤0.05mg/L。

  (3)严格控制水样的pH值在6.5~7.5的弱碱范围内,有利于微生物的生长。表1是以含谷氨酸和葡萄糖质量浓度均为150mg/L的标准培养液作为研究对象,用氢氧化钠(4%)和盐酸(1:11)来调节其pH值,并计算不同pH值下测定的BOD5值。

  由表1可知,pH值对BOD5值影响很大。最佳的pH应该介于6.5~7.5之间,此时测得的BOD5相对比较稳定。因此,实际应用中应该注意将被测液与稀释液的pH调节在这个范围内,一般调节为7.2。

  除以上因素的控制外,还需指出的是硝化作用的影响。测定一般水样时,硝化作用不会对BOD5产生很大影响,但是,现今大家对工业废水及生活污水的处理频率越来越高,导致这类水样中含有硝化细菌的数量大大增加,这些硝化细菌的耗氧量也会计入BOD5值中,因此对于这类水样的测定,应加入硝化抑制剂,减小硝化对BOD5的影响。

  此外,很多工编辑在标准稀释法的基础上进行了改进,得到了一些新的监测分析方法。如测压法,通过碱液(KOH或NaOH)吸取密闭容器中微生物呼吸作用产生的CO2(与分解有机物质所消耗的氧量相当)来降低系统的压强,再由压降来求得水样的BOD5值。该方法可实现BOD5的直读及连续检测,适用于批量样品的测定分析。还可以通过增温法来增加反应温度,以此来提高微生物的反应活性,加快测定的速度。

  2.2 微生物电极法

  微生物电极法采用的测定原理为:将水样及空气以某一流量进入到流通测量池中,与微生物传感器表面相接触,水样中的溶解可生化降解的有机质直接被菌膜中的微生物氧化分解,使得向电极扩散的氧量减少,当该种溶解态有机质向菌膜扩散的速度与溶解氧向氧电极表面的扩散速度达到动态平衡时,会产生一个恒定的电流。计算时由该恒定电流与溶解氧的减少量间的相关关系得出被测水样的BOD值,再将其值与标准样品的BOD5值比对,通过换算获得水样的BOD5值。   微生物电极法较标准稀释法而言,大大缩短了测定的时间,提高了测定的精度,并且由于微生物膜中是单一的菌种,对一些有毒物质(主要为金属离子)的耐受性有了较大的提高,因而具有很好的重现性,在实际应用中比较适用于水质环境的日常监测及应急监测,已经被越来越多的人所采纳,开始逐步商业化。但是该方法也存在一定的局限性:该方法只能测定水样中可生化降解的溶解态有机质,若水样中含有较高含量的悬浮物或生化降解困难的有机质时,会对测定结果造成影响。因此为了尽可能减小测量误差,实际测定过程中应注意以下几个方面:(1)水样中的悬浮颗粒经过5日的培养后只有部分被降解,因而对测定结果会产生影响。针对此种情况,注意取样时应将被测液静置30min后,取上层清液进行测定;(2)每次批量测定前要用BOD5标准样品对微生物传感器做校准操作,对微生物膜进行定期更换;(3)对于含高浓度的氰化物、游离氯、农药类水样,对微生物会产生毒害作用,因而不能用该方法测定。例如水样中Co2+、Fe2+、Mn2+、Pb2+、Cd2+金属离子的浓度限值要≤5mg/L,Zn2+金属离子的浓度限值要≤4mg/L,Cu2+和Hg2+金属离子的浓度限值要≤2mg/L,Cr6+金属离子的浓度限值要≤0.5mg/L,若水样中该类金属离子的浓度超过这一限值,将会给测定结果造成偏差。

  2.3 分光光度法

  分光光度法是在标准稀释法的基础上,采用分光光度计来测定水样中的溶解氧。基本原理是:以碘酸钾作为溶解氧的标准液,先用碘酸钾与过量的碘化钾反应,获得I3-,再将新生成的I3-与结晶紫-聚乙烯醇(PVA)混液反应,生成电中性的离子络合物。该种络合物在波长为550nm处存在最大吸取,根据吸取强度与浓度之间的关系,可以计算出水样中的溶解氧。通过分光光度法测定出水样经过5天培养前后的溶解氧差量,便可计算出BOD5值。

  应用分光光度法测定五日生化需氧量,只需用很小的试样便可获得高精度、高灵敏度的测定结果,在环境水质检测中应用较多。

  3 结束语

  生化需氧量(BOD)是反映水体受有机物污染程度的重要指标之一,因此,BOD5的测定在水质监测工作中具有极其重要的意义。但是,由于BOD5在测定过程会受到各种因素(物理、化学以及生物)的影响,因此不管是传统的标准稀释法还是其他快速测定法,用其测定结果来判断水体环境的有机污染程度都存有一定的缺陷。标准稀释法虽然测定过程相对繁琐,但该方法较其他方法而言较为稳定,且准确度和重现性都比较好,因而目前国际上在常规监测、标样考核、比对实验以及仲裁分析等方面还是采用该测定方法。如果BOD5只是用来综合判断水质的污染状况,则采用快速测定的方法(微生物电极法、分光光度法等)对水质进行适时的监控以及对污水处理设备的有关参数进行有效地调控,现实意义重大。大家相信,随着全球对环保事业的越加重视,与环保相关的各种在线分析仪器也必将迅猛发展起来。

  参考文献

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  [5]李国刚,王德龙.生化需氧量(BOD)测定方法综述[J].中国环境监测,2004(02).

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