微生物傳感器快速測定水中BOD 的研究與探討
由于BOD 的標準測定方法需時5 天,操作繁瑣、重復性差、測定周期長、受干擾因素多,不能滿足當前環境監測中快速測定的要求,因此快速測定BOD 的方法和研究近年來得到廣泛的重視。
本文運用BOD 快速測定儀,以HJPT86 - 2002《微生物傳感器快速測定法》為檢測標準,在檢出限、精密度、準確度等一系列實驗室質量控制要求得以保證的基礎上,對標準樣品和大量不同行業的實際樣品中的BOD 進行快速測定, 與國標GB7488 - 1987 五日生化需氧量法(BOD5 ) 進行比對試驗,篩選出BOD 微生物傳感器快速測定法的適用范圍,指出了該方法的影響因素和注意事項,同時闡述了BOD 快速測定法與五日生化需氧量法(BOD5 ) 各自的優缺點。
1 儀器與試劑
1. 1 儀器
220B 型微生物電極法BOD 快速測定儀。
1. 2 試劑
磷酸鹽緩沖溶液(0.5mol/L) :68g 磷酸二氫鉀和71g 磷酸氫二鈉用蒸餾水溶解后移入1000ml容量瓶中,用水稀釋至標線。磷酸鹽緩沖溶液使用液(0.005mol/L) : 用緩沖液稀釋100 倍制得。
葡萄糖- 谷氨酸(BOD) 標準溶液( 2500 ±37mg/L) :稱取在103 ℃下干燥1h 并冷卻至室溫的無水葡萄糖和谷氨酸各1.705g ,溶于磷酸緩沖溶液使用液中,并用此溶液稀釋至1000ml ,混合均勻。
BOD 標準使用溶液(100mg/L) : 取上述BOD標準溶液10.00ml 用磷酸緩沖溶液使用液稀釋至250ml 。
2 方法原理
BOD 微生物傳感器快速測定的工作原理:將微生物電極插入恒溫、溶解氧濃度一定的不含BOD 物質的緩沖溶液時,由于微生物的呼吸活性一定,所以緩沖溶液中的溶解氧分子通過微生物膜擴散進氧電極的速率一定,微生物電極輸出一穩態電流;如果將BOD 物質加入緩沖溶液中,則該物質的分子與氧分子一起擴散進微生物膜,膜中的微生物對BOD 物質發生同化作用而耗氧,導致進人氧電極的氧分子減少,即氧擴散進人氧電極的速率降低,使電極輸出的電流減少,并在幾分鐘內降至新的穩定態。在適宜的BOD 物質濃度范圍內,電極輸出電流降低值與BOD 物質濃度之間呈線性關系,而BOD 物質濃度又和BOD 值之間有定量關系,因而可以進行BOD 的測定。
3 實驗部分
3.1 標準曲線繪制
取5 支50ml 具塞比色管,分別加入BOD 標準使用液1、5、10 、15 、25mg/L ,用磷酸鹽緩沖液稀釋至標線,搖勻,配制成濃度為2、10 、20 、30 、50mg/L的標準系列,得到不同BOD 濃度與其相應電位差(ΔI) 值,依此繪制出BOD (mg/L) 與ΔI 的關系曲線。
3.2 樣品的測定
地表水可不用稀釋,直接取50ml 水樣加入0.5ml 0.5mol/L 磷酸鹽緩沖溶液進行樣品測定。
生活污水和工業廢水依據CODCr 值估算BOD的濃度范圍確定其稀釋比,使待測液BOD 值控制在2～50mg/L 。取預處理后樣品50ml ,加入0.5ml0.5mol/L 磷酸鹽緩沖溶液,調節待測液的pH 值為5～9 之間,測量完成直接讀出BOD(mg/L) 值。
4 實驗結果
4.1 方法檢出限
連續測定20 次空白溶液,按美國EPA SW -846 中規定方法檢出限計算方法MDL = 3.143SD(SD 為空白平行測定(批內) 標準偏差(重復測定7 次) ) ,得方法檢出限為0.5mgPL 。
4.2 準確度和精密度
分析國家環保總局標準物質研究所的BOD標準樣品200227、200226、200225 各6 次,進行準確度和精密度的測試。由表1 可知,標準樣品的測得值均在允許誤差范圍內,相對偏差< 3 ,相對標準偏差< 3 % ,準確性和重現性均良好。
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4.3 實際樣品的比對
在保證實驗室質量控制體系的情況下,對地表水、不同行業的生活污水和工業廢水進行大量的BOD 微生物傳感器快速測定法(HJ86 - 2002)和BOD5 稀釋接種法( GB7488 - 1987) 的比對實驗,結果見表2。
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由表2 可見,微生物傳感器快速測定法適用于地表水和可生化性較好的生活污水、酒廠廢水、餐飲廢水等,此類廢水由兩種方法測得的結果有較好可比性,相對偏差均小于10 %;然而對于可生化性較差的印染廢水、化工廢水、農藥廢水等的測定結果卻不盡人意,相對偏差甚至達到90 %以上,其相對偏差遠遠大于實驗室質量控制的最大標準偏差(25 %) 的要求,數據不可用。這是由于這些廢水中含有的有毒有害物質嚴重影響了微生物的活性,微生物對其中的毒害物質缺乏抵抗性,致使其完全失去作用。
5 微生物傳感器優缺點簡述
在大量樣品分析的基礎上,與標準稀釋法相比,微生物傳感器快速測定BOD 法具有以下優點:
(1) 操作簡便、測量周期短:BOD 微生物傳感器的響應時間為8min ,測定周期33min , ,能迅速反映水質情況,能實現實時監測。
(2) 避免了標準稀釋法五日生化長時間培養以及人工操作引起的誤差,微生物傳感器快速法溫度控制精度好,整個測量過程在恒溫條件下進行,避免了硝化作用帶來的影響。
(3) 對可生化性好的水樣測量穩定,重現性好。與五日法分析長達5 天的培養過程中眾多的微生物代謝相比,微生物傳感器快速法測定可生化性好的水樣時,BOD 波動范圍小,精度高,避免五日生化稀釋帶來的結果偏差。
微生物傳感器快速法測定BOD 存在以下幾個問題:
(1) 該法利用傳感器中菌膜內的微生物對水中有機物進行BOD 的測定,微生物的活性及生長周期對BOD 的影響至關重要,應根據水樣情況進行標準校準。
(2) 水樣中的懸浮物顆粒對該法測定BOD 與五日法測定會有一定偏差,因懸浮物在五天培養過程中只有部分被生化降解,因此取樣時應取靜置30min 后的中間溶液。
(3) 過酸過堿廢水、高濃度的殺菌劑、農藥類、游離氯、高濃度的含氰廢水、重金屬等對菌膜中的微生物有危害作用,所得數據與五日法沒有可比性,不適合此類廢水的測定。
6 結論
BOD 微生物傳感器快速測定操作簡單、檢測速度快、靈敏度高、重現性好、測量穩定可靠,為BOD 的連續監測提供了可能。但是普適性不強,如何適應強酸強堿、毒害、高鹽度等的特殊水質是微生物傳感器法亟需解決的問題。通過篩選、馴化獲得適應特殊水質的菌種,或者多菌種協同作用,提高菌膜中微生物的活性和使用壽命,這將是BOD 快速測定儀的一項非常必要和迫切解決的實際難題。
作者簡介:胡笑妍(1981 - ) ,女,浙江永康人,助理工程師.
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