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            淺談水質五日生化需氧量測定及在實際應用中的幾點體會

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

              摘要:五日生化需氧量(BOD5)是衡量水質中有機物質污染程度的一個重要指標,對水質監測工作、水環境有機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、影響因素及應用中應注意的事項談自己的看法。

              關鍵詞:水質;五日生化需氧量;測定

              1 前言

              生活污水以及工業廢水進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質,并且有機質進行氧化分解時會消耗水質中大量的溶解氧(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,水質遭到破壞。但是,水體中的有機物往往是復雜多樣的,不可能對其進行一一測定,因此,人們采用一種間接的方法來進行測定,通過測定一定條件下有機質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)以及化學需氧量(COD)等多項指標。

              生化需氧量指的是微生物(包括細菌和酶)在進行生命代謝過程中分解水中的有機質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反應過程,包括碳化和硝化兩個階段,碳化過程是微生物氧化有機質中的碳和氫的過程,而硝化過程則是將含氮有機物及氨氧化成硝酸鹽或亞硝酸鹽的過程。通常來說,水樣經過長達5天的微生物氧化后,其耗氧量可達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5天的水樣來進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質的污染程度,因而在水質監測、水環境的功能評價以及有機污染的有效控制等方面都有相當重要的意義。

              2 BOD5的測定方法及其在實際應用中體會

              目前,我國測定水質中五日生化需要量的方法主要有傳統的標準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,在實際應用中應根據實際情況,選擇最合適的檢測分析測定方法。目前,我們實驗室主要應用到的方法主要為標準稀釋法、微生物電極法以及分光光度法,下面就這幾種方法談談自己的看法。

              2.1 標準稀釋法

              標準稀釋法是經美國公共衛生協會標準方法委員會所指定的檢測方法,也是國際上已經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5天,然后測定出培養前后水樣中溶解氧的含量,通過二者的差值直接算出BOD5值。

              標準稀釋法具有投資小、操作簡單的特點,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(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,對測定結果造成影響。因此,在實際應用中,必須做到以下幾點:

              (1)應對采樣溫度、水樣的儲存溫度、培養溫度做出嚴格控制;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,為了提高測定結果的準確度,必須嚴格控制水樣的溫度。水樣取回后,應先冷卻或者升溫至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生毒害。例如,Zn2+離子濃度≤4mg/L,Fe2+≤3mg/L,Pb2+≤2.5mg/L,Hg2+≤2mg/L,Ca2+≤0.15mg/L,Ni2+、Cr6+≤0.25mg/L,有機(無機)汞≤0.05mg/L。

              (3)嚴格控制水樣的pH值在6.5~7.5的弱堿范圍內,有利于微生物的生長。表1是以含谷氨酸和葡萄糖質量濃度均為150mg/L的標準培養液作為研究對象,用氫氧化鈉(4%)和鹽酸(1:11)來調節其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應該介于6.5~7.5之間,此時測得的BOD5相對比較穩定。因此,實際應用中應該注意將被測液與稀釋液的pH調節在這個范圍內,一般調節為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產生很大影響,但是,現今我們對工業廢水及生活污水的處理頻率越來越高,導致這類水樣中含有硝化細菌的數量大大增加,這些硝化細菌的耗氧量也會計入BOD5值中,因此對于這類水樣的測定,應加入硝化抑制劑,減小硝化對BOD5的影響。

              此外,很多工作者在標準稀釋法的基礎上進行了改進,得到了一些新的監測分析方法。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生的CO2(與分解有機物質所消耗的氧量相當)來降低系統的壓強,再由壓降來求得水樣的BOD5值。該方法可實現BOD5的直讀及連續檢測,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溫度,以此來提高微生物的反應活性,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質直接被菌膜中的微生物氧化分解,使得向電極擴散的氧量減少,當該種溶解態有機質向菌膜擴散的速度與溶解氧向氧電極表面的擴散速度達到動態平衡時,會產生一個恒定的電流。計算時由該恒定電流與溶解氧的減少量間的相關關系得出被測水樣的BOD值,再將其值與標準樣品的BOD5值比對,通過換算獲得水樣的BOD5值。   微生物電極法較標準稀釋法而言,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(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性,在實際應用中比較適用于水質環境的日常監測及應急監測,已經被越來越多的人所采納,開始逐步商業化。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有機質,若水樣中含有較高含量的懸浮物或生化降解困難的有機質時,會對測定結果造成影響。因此為了盡可能減小測量誤差,實際測定過程中應注意以下幾個方面:(1)水樣中的懸浮顆粒經過5日的培養后只有部分被降解,因而對測定結果會產生影響。針對此種情況,注意取樣時應將被測液靜置30min后,取上層清液進行測定;(2)每次批量測定前要用BOD5標準樣品對微生物傳感器做校準操作,對微生物膜進行定期更換;(3)對于含高濃度的氰化物、游離氯、農藥類水樣,對微生物會產生毒害作用,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,將會給測定結果造成偏差。

              2.3 分光光度法

              分光光度法是在標準稀釋法的基礎上,采用分光光度計來測定水樣中的溶解氧?;驹硎牵阂缘馑徕涀鳛槿芙庋醯臉藴室?,先用碘酸鉀與過量的碘化鉀反應,獲得I3-,再將新生成的I3-與結晶紫-聚乙烯醇(PVA)混液反應,生成電中性的離子絡合物。該種絡合物在波長為550nm處存在最大吸收,根據吸收強度與濃度之間的關系,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過5天培養前后的溶解氧差量,便可計算出BOD5值。

              應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、高靈敏度的測定結果,在環境水質檢測中應用較多。

              3 結束語

              生化需氧量(BOD)是反映水體受有機物污染程度的重要指標之一,因此,BOD5的測定在水質監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、化學以及生物)的影響,因此不管是傳統的標準稀釋法還是其他快速測定法,用其測定結果來判斷水體環境的有機污染程度都存有一定的缺陷。標準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定,且準確度和重現性都比較好,因而目前國際上在常規監測、標樣考核、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)對水質進行適時的監控以及對污水處理設備的有關參數進行有效地調控,現實意義重大。我們相信,隨著全球對環保事業的越加重視,與環保相關的各種在線分析儀器也必將迅猛發展起來。

              參考文獻

              [1]董迎新.五日生化需氧量測定技術的探討[J].甘肅環境研究與監測,1999(02).

              [2]許雪瑩.生化需氧量的測定及其影響因素[J].交通環保,1999(03).

              [3]李堅,陳靜.稀釋接種法測定BOD5[J].環境監測管理與技術,1998(04).

              [4]張靜,崔建升,劉輝,孟祥芳.生化需氧量(BOD5)測定方法進展[J].河北化工,2006(01).

              [5]李國剛,王德龍.生化需氧量(BOD)測定方法綜述[J].中國環境監測,2004(02).

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