滕昱杜瑜
(辽宁省水文水资源勘测局大连分局 辽宁 大连 116023)
生物化学需氧量(BOD),是在规定条件下,水中有机物和无机物在微生物氧化作用下所消耗的溶解氧的质量浓度,在20℃培育5d所消耗氧量称为BOD5。生化需氧量是间接表示水中有机物污染程度的一个综合指标,反映了水质污染程度,其值越高,水质越差。
稀释接种法是BOD测定中较为常见的一种方法。将水样注满培养瓶,塞好后应不透气,将瓶置于恒温条件下(20±1℃)培养5d。培养前后分别测定溶解氧浓度,由两者的差值可算出每升水消耗掉氧的质量,即BOD5值。若样品中的有机物含量较多,BOD5的质量浓度大于6mg/L时,样品需适当稀释后测定。对不含或含微生物少的工业废水,在测定BOD5时应进行接种,以引进能分解废水中有机物的微生物。当废水中存在难以被一般生活污水中的微生物以正常速度降解的有机物或含有剧毒物质时,应将驯化后的微生物引入水样中进行接种。
该方法适用于地表水、工业废水和生活污水中BOD5的测定。该种方法检出限为0.5mg/L,适用于BOD5大于或等于2mg/L并且不超过6000mg/L的水样,大于6000mg/L的水样仍可用本方法,但由于稀释会造成误差,有必要对测定结果做慎重说明。
测定操作分为以下几个部分:
(1)水样的前处理。若样品或稀释后样品pH值不在6~8范围内,应用盐酸溶液或氢氧化钠溶液调节其pH值至6~8;若样品中有大量藻类存在,BOD5的测定值会偏高。当分析结果精度要求较高时,测定前应用滤孔为1.6μm的滤膜过滤,并在检测报告中注明滤膜滤孔的大小。
(2)不经稀释的水样测定。用虹吸法将水样转移入两个溶解氧瓶内,其中一瓶随即测定溶解氧,另一瓶进行水封后,放入恒温的培养箱(20±1℃)内,培养5天,测定剩余的溶解氧。
(3)需稀释的水样测定。按照确定的稀释倍数,将水样用虹吸法加入已加部分稀释接种水的稀释容器中,加稀释接种水至刻度,轻轻混合避免残留气泡,按步骤(2)测定。
(4)空白试验。空白试验为稀释水或稀释接种水,需要时每升加入2mL丙烯基硫脲硝化抑制剂,按步骤(2)测定。
稀释接种法按公式(1)计算样品BOD5的测定结果。
其中,ρ——五日生化需氧量质量浓度;
ρ1ρ2——接种稀释水样在培养前、后的溶解氧质量浓度;
ρ3ρ4——空白样在培养前、后的溶解氧质量浓度,
f1——稀释接种水的培养液中所占的比例;
f2——原样品在培养液中所占的比例。
测定BOD5的一个难点是稀释倍数的选择,对于一些污染较为严重的水样,不能用原水样直接测定,必须进行稀释处理。稀释倍数的选择不准确,会导致测定结果完全没有参考意义,而且因样品成分发生变化,失去再测定的意义。
对于污染较轻的水体,高锰酸盐指数也是判断水质污染程度的一个重要指标。高锰酸盐指数与BOD5含量之间存在一定的比例关系,因此,可通过高锰酸盐指数来推断测定BOD5的稀释倍数,由测定的高锰酸盐指数与一定系数的乘积,来求得稀释倍数,见表1。
表1 高锰酸盐指数确定稀释倍数
(1)BOD5与CODCr存在一定的相关关系,可先用重铬酸钾法测定水样的CODCr值,根据其值确定稀释倍数。每种水样通常采用三个稀释比,稀释倍数为:
(2)也可以将CODCr值除以3,作为中间稀释倍数(A),再以0.5A和2A作低及高比例稀释倍数。这也是对水样性质不甚了解时,较为简单、快捷的选择稀释倍数的方法。
(3)与(2)类似的方法还有:根据 CODCr值除以4,即得最低的稀释比,再选用两个邻近较高数值作为另外两个稀释比。此法对大部分水样选择有一定的参考价值。
前面两种确定BOD5稀释倍数的方法,都必须先要测定高锰酸盐指数或者化学需氧量的值,才能计算出BOD5的稀释倍数,这在实际操作中存在很多问题。一般测定BOD5含量,水样采集后应尽快测定,而化学需氧量的测定方法复杂,加热回流需要两个小时,测量结束并得到一组数据,最少需要三、四个小时以上,而BOD5需要尽早测定,在时间上存在协调问题。因此,对于以往分析过多次的水样,提前对BOD5含量进行估计,通过估计值确定稀释倍数。建议稀释倍数见表2。
表2 测定BOD5时建议稀释的倍数
BOD的测定过程是个生物化学反应过程,较为复杂,并且在测定过程中影响因素较多,主要受物理因素、化学因素等影响。
测定BOD5要求在20℃条件下,而冬季水样的温度较低,甚至达到零度以下,较为清洁的水样,溶解氧的含量基本达到过饱和,如果将水温提高直接测定,在培养箱中的水样随着温度的逐渐升高,水中溶解氧的含量会逐渐降低,一部分溶解氧变为气态氧,从水中游离出来,同时瓶内压力升高,将瓶盖顶起一部分,少量水从封口溢出,由于水封,瓶内气态氧无法溢出,水样中产生气泡,从而影响了测定结果。因此,水样测定前需要平衡,可以将待测水样移入培养瓶后插入温度计,敞口放入20℃生化培养箱进行平衡。待水温达到要求后再测定,以减少分析误差。不同气温下溶解氧的饱和度见表3。
表3 标准大气压不同气温下溶解氧的饱和度
大连地区采集的地表水水样距离实验室较远,需要长途运输,由于采样条件限制,不能对采样瓶做封口处理,在运输过程中,长时间剧烈的震动会造成水样被大气复氧,会导致测定结果偏高。应将水样移入培养瓶后,静置于稳定的操作台上,一段时间后,水样中的复氧会慢慢逸出,在培养瓶口出现密集的细小气泡,轻轻敲击培养瓶将气泡驱除,避免在这个环节引入误差。
一般稀释水的溶解氧控制在8mg/L以上,最好在8mg/L~9mg/L之间。若稀释水中的溶解氧含量过高,在培养的过程中多余的溶解氧逸出形成气泡,会造成BOD5的测定值偏高;而溶解氧含量过低,则不足以氧化水中的有机物。除了要控制稀释水溶解氧的含量外,还要控制其耗氧量,五日耗氧量要小于0.2mg/L。用耗氧率检验稀释比时,应选择耗氧率在40%~70%范围内的BOD5值,稀释倍数合适的稀释水,耗氧率多落在这个范围内。
水中存在的对微生物有毒的物质,如杀菌剂、有毒金属或游离氯,会抑制生化氧化作用。藻类或促硝化微生物的存在,特别是二级生化处理后的水含有大量硝化微生物,可能会使结果偏高。铜对微生物有毒害,水中铜的含量不应高于0.1mg/L,并不应含有游离氯、氯胺碱或酸类。为了抑制硝化微生物以避免氮的硝化过程,可于每升稀释样品中加入2ml浓度为500mg/L的丙烯基硫脲(C4H8N2S)溶液或一定量固定在氯化钠上的2-氯代-6-氯甲基吡啶(TCMP)的抑制剂。
BOD5的测定是一种经验的室内生物检验方法,然而天然水体实际需氧量,受水文气象条件、生物群落、光照强度等多种因素的影响,在测定过程中,还受到pH值、重金属离子、光照及硝化作用的影响。与其他方法相比,稀释接种法所需化学试剂多,水样一般需要稀释,稀释倍数难于把握,操作繁琐,更容易导致操作误差。因此,在测定BOD5的操作过程中,要注意各过程的关键问题,注意对各影响因素进行控制,提高实验的准确度。陕西水利
[1]水和废水监测分析方法第三版,国家环保局.中国环境科学出版社[M],1997.
[2]水质分析方法标准汇编(上册)[M].水利部水环境监测评价研究中心.2004.
[3]许雪莹.生化需氧量的测定及其影响因素[J].交通环保:1999,20(3):32-35.
[4]余福生.测定生化需氧量(BOD5)的水样接种与稀释技术探讨 [J].宁夏石油化工,2004,1:23-25.