生化需氧量BOD5詳解
生化需氧(yang)量BOD5注(zhu)解生化需氧(yang)量BOD5注(zhu)解
生(sheng)(sheng)化需氧(yang)(yang)量，簡稱(cheng)BOD(Biochemical oxygen demand)，是指(zhi)在有(you)氧(yang)(yang)的(de)條件下，水中微生(sheng)(sheng)物(wu)分(fen)解(jie)有(you)機物(wu)的(de)生(sheng)(sheng)物(wu)化學過程中所需溶解(jie)氧(yang)(yang)的(de)質量濃度(du)，以02mg／L表示。這一指(zhi)標(biao)自1913年由英國皇家(jia)污水處理委員(yuan)會正式確定以來，得到廣(guang)泛應用。
水中有(you)機(ji)物含(han)量(liang)多，消(xiao)耗(hao)的溶解氧(yang)就多，生化需氧(yang)量(liang)也就高。有(you)機(ji)物質的生物化學(xue)氧(yang)化反應(ying)(ying)，一般分為(wei)(wei)(wei)兩個階(jie)段(duan)，第(di)一階(jie)段(duan)為(wei)(wei)(wei)碳氫化合物氧(yang)化為(wei)(wei)(wei)二氧(yang)化碳和水，稱為(wei)(wei)(wei)碳化階(jie)段(duan)，在20℃以下(xia)需20天(tian)，但在20℃時5天(tian)可(ke)達(da)68％；第(di)二階(jie)段(duan)氨(an)被氧(yang)化為(wei)(wei)(wei)亞(ya)硝酸鹽(yan)及硝酸鹽(yan)，稱為(wei)(wei)(wei)硝化階(jie)段(duan)，欲達(da)到完全穩定狀態，在20℃時需100天(tian)左右(you)。因(yin)時間比(bi)較長(chang)，除長(chang)期研究工(gong)作外(wai)，無實際應(ying)(ying)用價值。
1936年美國(guo)公(gong)共(gong)衛生協會將20℃五日生化需氧(yang)量稀釋法(fa)作為標準方(fang)法(fa)沿用至今(jin).它是(shi)間(jian)接表示(shi)有機(ji)物污染程(cheng)度(du)及(ji)衡(heng)量生化處(chu)理(li)(li)過程(cheng)中(zhong)凈化效率的(de)綜合(he)指(zhi)標，并對廢(fei)水處(chu)理(li)(li)構(gou)筑物設計提供科學依據，對水體(ti)的(de)環境保護(hu)具有重要意義。
關于BOD的測定方法(fa)，目前(qian)有直接培養法(fa)，標準稀釋法(fa)，瓦勃呼(hu)吸法(fa)，短(duan)日時法(fa)，電呼(hu)吸計法(fa)，高溫法(fa)，活性(xing)污(wu)泥快速法(fa)，相關估算法(fa)和(he)微生(sheng)物(wu)傳(chuan)感器(qi)法(fa)等。迄今為(wei)止，絕大(da)多數國家仍(reng)以直接培養及稀釋法(fa)作(zuo)為(wei)BOD標準方法(fa)，我國普遍采用此方法(fa)。
BOD測定(ding)是一種經驗方(fang)法(fa)．此(ci)(ci)方(fang)法(fa)是測量有(you)機物(wu)生化降解所需(xu)要(yao)的(de)(de)氧以(yi)及氧化某些無機物(wu)如硫化物(wu)、亞鐵所消耗的(de)(de)氧。由(you)于此(ci)(ci)方(fang)法(fa)測定(ding)與微生物(wu)密切(qie)相關，受著諸(zhu)多因素的(de)(de)影響，測定(ding)的(de)(de)重(zhong)現性差，因此(ci)(ci)需(xu)嚴格控制條件，按照(zhao)操作(zuo)規程(cheng)進行。
1．2測(ce)定方法的(de)選(xuan)擇(ze)
(1)直接培養法(fa)：此法(fa)適(shi)用于BOD5值不超(chao)過7mg／L的水樣。
(2)稀釋培養法：一般水樣BOD5在10mg／L以上采用此法。
(3)測定瞬(shun)時需氧量。對于(yu)含(han)有硫化物、亞(ya)硫酸鹽、亞(ya)鐵等還原性無機物的水樣，有時需要測定瞬(shun)時需氧量(1DOD)。一(yi)般情況(kuang)可省去(qu)此步驟。
1．3 BOD稀(xi)釋水純度(du)的影響因素
所謂BOD，是(shi)水(shui)(shui)(shui)樣(yang)中(zhong)(zhong)的(de)有機物在生物化學分解(jie)(jie)過程中(zhong)(zhong)所消(xiao)耗氧(yang)的(de)量。它是(shi)以(yi)水(shui)(shui)(shui)樣(yang)在一定(ding)(ding)溫度(20℃)下，在密閉容器中(zhong)(zhong)保存一定(ding)(ding)時(shi)間(一般為(wei)5日)后(hou)，溶(rong)解(jie)(jie)氧(yang)的(de)減(jian)少(shao)量來(lai)表示。當耗氧(yang)量超(chao)過水(shui)(shui)(shui)樣(yang)中(zhong)(zhong)溶(rong)解(jie)(jie)氧(yang)時(shi)，需用(yong)配制的(de)飽和“稀(xi)(xi)釋水(shui)(shui)(shui)”將水(shui)(shui)(shui)樣(yang)適當稀(xi)(xi)釋，再測(ce)定(ding)(ding)氧(yang)的(de)消(xiao)耗量。因(yin)(yin)(yin)此(ci)稀(xi)(xi)釋水(shui)(shui)(shui)的(de)純度是(shi)影響測(ce)定(ding)(ding)結果的(de)重要因(yin)(yin)(yin)素。根據實(shi)驗研究認為(wei)如下因(yin)(yin)(yin)素不(bu)可忽視。
(1)BOD稀釋水的空白值
在(zai)不控制(zhi)實驗(yan)(yan)條(tiao)件下(xia)，按常規(gui)方法(fa)測(ce)(ce)定(ding)81次稀(xi)釋水BODs值(zhi)(zhi)(zhi)，將這些數據進行統行處理，其最(zui)小值(zhi)(zhi)(zhi)為(wei)(wei)O．01mg／L，最(zui)大值(zhi)(zhi)(zhi)為(wei)(wei)1．06mg/L，并(bing)以測(ce)(ce)定(ding)值(zhi)(zhi)(zhi)為(wei)(wei)橫座標，檢(jian)出頻率％為(wei)(wei)縱座標，在(zai)半對數座標上作圖，僅有34．6％測(ce)(ce)定(ding)數據在(zai)0．2mg／L以下(xia)。此實驗(yan)(yan)結果(guo)表明，配(pei)制(zhi)BOD稀(xi)釋水時，沒(mei)有控制(zhi)實驗(yan)(yan)條(tiao)件，而受到(dao)實驗(yan)(yan)室內有機溶(rong)劑、空氣降塵(chen)和(he)細菌的污染(ran)，致使：B005值(zhi)(zhi)(zhi)增高。為(wei)(wei)此必(bi)須嚴格控制(zhi)實驗(yan)(yan)條(tiao)件，其BOD5值(zhi)(zhi)(zhi)才能達到(dao)規(gui)定(ding)的O．2mg／L要求。
(2)BOD稀釋水的來源對BOD5值(zhi)的影響
用加人KMnO4重(zhong)(zhong)蒸(zheng)餾(liu)的重(zhong)(zhong)蒸(zheng)餾(liu)水(shui)及普通蒸(zheng)餾(liu)水(shui)，分別裝入(ru)培(pei)養瓶中(zhong)，于20～25℃保存，逐日(ri)放(fang)人20±l℃培(pei)養箱(xiang)中(zhong)，按常規分析法測(ce)定BOD5，結果表明兩種稀釋水(shui)從(cong)第(di)四天(tian)開(kai)始均能(neng)達到0．2mg／L以下(xia)，無(wu)明顯差異。國外(wai)報道采用蒸(zheng)餾(liu)水(shui)、離(li)子交(jiao)換后蒸(zheng)餾(liu)水(shui)和蒸(zheng)鎦后離(li)子交(jiao)換水(shui)共三種水(shui)，于20℃條件下(xia)保存，逐日(ri)測(ce)定。B005值，當(dang)天(tian)測(ce)BOD5值結果順序如下(xia)：
蒸(zheng)餾后(hou)離子(zi)交換水(shui)>離子(zi)交換后(hou)的蒸(zheng)餾水(shui)>蒸(zheng)餾水(shui)，僅采(cai)用(yong)蒸(zheng)餾水(shui)配(pei)制的稀釋(shi)水(shui)BOD5值可(ke)達(da)0．2mg／L以(yi)下。由此可(ke)見，BOD稀釋(shi)水(shui)的水(shui)源(yuan)選擇甚為重要，離子(zi)交換水(shui)易受到樹脂床的污染，不宜采(cai)用(yong)，而一(yi)般蒸(zheng)餾水(shui)作(zuo)為BOD稀釋(shi)水(shui)源(yuan)，其空(kong)白值可(ke)達(da)到規定要求。
(3)溫度對BOD稀釋水的影響
將配制好的BOD稀釋水(shui)，分裝(zhuang)于(yu)BOD培養瓶，于(yu)15℃，20℃，22—25℃和30—34℃四種不(bu)同(tong)的溫度(du)保存(cun)，按常(chang)規方法測(ce)BOD5，選擇最佳保存(cun)天(tian)數。15℃保存(cun)從(cong)第五天(tian)，20℃保存(cun)從(cong)第二天(tian)，20～25℃保存(cun)從(cong)第四天(tian)，30～34℃保存(cun)第五天(tian)，分別達0．2mg／L。
實驗(yan)證明，溫度無疑(yi)對BOD稀釋水(shui)的BOD5值(zhi)有(you)明顯影響。BOD稀釋水(shui)以20±1℃條件保(bao)(bao)存最佳。若實驗(yan)室受到條件限制，可根據不同的溫度確(que)定保(bao)(bao)存時間。
實(shi)驗證(zheng)明最簡便方法是將配制好的稀釋水在常溫下放置(zhi)5—7天，BOD完全可(ke)以滿足規(gui)定要求。
(4)曝氣過(guo)程(cheng)中對BOD5值(zhi)的(de)影響
采用(yong)新鮮蒸餾水(shui)配(pei)制(zhi)BOD稀釋(shi)水(shui)，一(yi)份用(yong)活性炭(tan)過濾的空氣曝氣，另一(yi)份不過濾，在20℃條(tiao)件下(xia)分(fen)別倒(dao)進(jin)BOD培養瓶中，置人20±1℃培養箱內保存，按常(chang)規法(fa)逐(zhu)日測(ce)定BOD5值。
用活性(xing)炭(tan)過濾(lv)的稀(xi)釋(shi)(shi)(shi)水(shui)(shui)，當(dang)日BOD5為(wei)O．15mg／L，不用活性(xing)炭(tan)過濾(lv)的稀(xi)釋(shi)(shi)(shi)水(shui)(shui)當(dang)日BODs為(wei)0．25mg／L，結果表(biao)明，用活性(xing)炭(tan)吸(xi)附處(chu)理空(kong)氣中(zhong)污染物質(zhi)(zhi)，明顯(xian)提高稀(xi)釋(shi)(shi)(shi)水(shui)(shui)質(zhi)(zhi)量。
(5)硝(xiao)化作用(yong)對稀釋水(shui)BOD5值(zhi)的影響
配制(zhi)稀(xi)釋(shi)水時，以加入氯(lv)化(hua)銨(an)作(zuo)為(wei)細菌生長(chang)所需氮(dan)源。細菌利用(yong)硝(xiao)化(hua)作(zuo)用(yong)增加了耗氧(yang)量(liang)，致(zhi)使：B005值(zhi)有所增高(gao)。有人(ren)提(ti)議(yi)加入一(yi)定(ding)量(liang)的硝(xiao)化(hua)抑(yi)制(zhi)劑：如(ru)N(2一(yi)丙烯(xi)基(ji))硫脲，2一(yi)氯(lv)一(yi)6(三氯(lv)乙烷)吡啶(ding)和烯(xi)丙基(ji)硫脲等(deng)，以抑(yi)制(zhi)細菌對(dui)含氮(dan)化(hua)合物的硝(xiao)化(hua)作(zuo)用(yong)。曾采(cai)用(yong)含有氯(lv)化(hua)銨(an)的BOD稀(xi)釋(shi)水D1，分(fen)裝于培養瓶中，其中二份作(zuo)含氮(dan)化(hua)合物測(ce)定(ding)，其余二份測(ce)定(ding)BOD5值(zhi)，同時放人(ren)20℃條(tiao)件(jian)保存，逐日分(fen)別測(ce)定(ding)BOD5、NH3-N、N02-N、N03-N的含量(liang)。
另將不含(han)氯化銨的(de)(de)稀(xi)(xi)釋水(shui)D2，分裝于(yu)培(pei)養(yang)(yang)瓶中，每次二份，于(yu)20℃條件(jian)下保存。逐日測定(ding)加氯化銨與(yu)不加氯化銨的(de)(de)稀(xi)(xi)釋水(shui)BOD5值，從(cong)第二天(tian)開(kai)始直到第12天(tian)BOD5值均在0.2mg／L以(yi)下。兩(liang)組之間沒(mei)有明顯差異。與(yu)此同時，隨著培(pei)養(yang)(yang)天(tian)數的(de)(de)增加，氨(an)氮(dan)含(han)量也伴隨著減少。從(cong)第6天(tian)開(kai)始，N02-N被檢出(chu)(chu)，濃度(du)為(wei)0．8μg／L，到2l天(tian)為(wei)O．2μg/L，檢出(chu)(chu)的(de)(de)濃度(du)極微(wei)。N03-N從(cong)第9天(tian)開(kai)始被檢出(chu)(chu)，其(qi)含(han)量為(wei)3．2μg／L，到第21天(tian)為(wei)3．16μg／L。為(wei)此可見硝化作用(yong)影響(xiang)甚微(wei)，可以(yi)忽略不計(ji)。因此，在BOD稀(xi)(xi)釋水(shui)保存時，不必擔心硝化作用(yong)發(fa)生。
BOD稀釋水的純度是重要的影響因(yin)素(su)。因(yin)此，國外主張稀釋水的BOB5值要求控制在0．2mg／L．以下，最佳為0．1mg／L。
1．3.2 接(jie)種(zhong)(zhong)的(de)(de)目的(de)(de)是(shi)向樣(yang)品中(zhong)(zhong)(zhong)加入生物(wu)(wu)群以(yi)提(ti)高(gao)水(shui)中(zhong)(zhong)(zhong)有(you)機物(wu)(wu)分解的(de)(de)能(neng)力，在生活污水(shui)或(huo)未加氯的(de)(de)排放水(shui)和地面水(shui)中(zhong)(zhong)(zhong)存(cun)在這些微(wei)生物(wu)(wu)，則沒有(you)必要接(jie)種(zhong)(zhong)也(ye)不應(ying)接(jie)種(zhong)(zhong)。當水(shui)樣(yang)中(zhong)(zhong)(zhong)微(wei)生物(wu)(wu)很少時，這時稀釋(shi)水(shui)應(ying)進行接(jie)種(zhong)(zhong)，所用的(de)(de)標準接(jie)種(zhong)(zhong)物(wu)(wu)質是(shi)已在20℃條件下儲(chu)存(cun)了24～36h澄清的(de)(de)生活污水(shui)。
根(gen)據理論推算1mg的氨氮完全氧(yang)(yang)(yang)化時需(xu)要(yao)消耗(hao)4．57mg氧(yang)(yang)(yang)，其中生成(cheng)亞硝酸(suan)(suan)鹽(yan)氮需(xu)消耗(hao)3．43mg氧(yang)(yang)(yang)，由亞硝酸(suan)(suan)鹽(yan)氮變成(cheng)硝酸(suan)(suan)鹽(yan)氮消耗(hao)1．14mg氧(yang)(yang)(yang)。
日本工廠排水試(shi)驗法JLSK0102中(zhong)規定(ding)每稀釋1升水樣需添加N-(丙烯(xi)基)硫脲0．2～O．5mg，或(huo)在1升稀釋水中(zhong)添加2-氯-6-(三氯乙(yi)烷)吡啶10mg，用以(yi)抑制硝(xiao)化過程。
1.5水樣(yang)采(cai)取后應立即進行(xing)分析。
在采樣(yang)和(he)分(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)(xi)樣(yang)品之間的儲存期，樣(yang)品有明顯的降(jiang)解，可(ke)(ke)影響BOD值(zhi)。若(ruo)在15—20℃下(xia)放置(zhi)數(shu)小時，可(ke)(ke)使BOD的含(han)量(liang)減(jian)少二分(fen)(fen)(fen)之一。如置(zhi)冰凍條件(jian)下(xia)保(bao)存3天時，其BOD值(zhi)減(jian)少5％。日本《下(xia)水(shui)試驗(yan)方法(fa)》中規(gui)定(ding)水(shui)樣(yang)在密(mi)封冷藏條件(jian)下(xia)須在9h內(nei)(nei)測(ce)定(ding)。美國《水(shui)和(he)廢(fei)水(shui)標(biao)準(zhun)檢驗(yan)法(fa)》第(di)15版規(gui)定(ding)了如樣(yang)品采集后不能在2h以內(nei)(nei)開始(shi)分(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)(xi)，則應在4~C或低于4~C保(bao)存，并在6h內(nei)(nei)開始(shi)分(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)(xi)，當不能在6h以內(nei)(nei)分(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)(xi)時，則應將儲存時間和(he)溫度(du)與分(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)(xi)結果一起(qi)報(bao)告，不可(ke)(ke)超過24h分(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)(xi)。
1．6．1樣(yang)品的預處理
(I)含(han)有(you)懸浮物質的試樣，混勻(yun)后(hou)，取適當的體積分析。
(2)冬季(ji)采取水樣(yang)，冷卻(que)保存時含氧量較(jiao)高，藻類多的江、河、湖泊因光合(he)作用也含有(you)較(jiao)多的氧，要(yao)注意(yi)夏季(ji)易使溶解(jie)氧出現過飽和，對于其它溶解(jie)性氣體多的水樣(yang)也要(yao)曝氣處理。
(3)中和：試樣呈酸性或堿性要用NaOH溶液[c(NaOH)=1mol／L]或用H2S04溶液[c
(H2S04)=0．5mol／L)中和至pH7左(zuo)右。
(4)水樣(yang)中含(han)有余(yu)氯為0．1mg／L時(shi)(shi)，短(duan)時(shi)(shi)間放置(zhi)有時(shi)(shi)也(ye)會(hui)消失。氯含(han)量(liang)高(gao)時(shi)(shi)除(chu)了用(yong)硫代硫酸(suan)鈉外，還可以用(yong)以下方(fang)法去除(chu)。
預先在100mL水樣中加入0．1gNaN3和lg的Ⅺ振蕩混勻后，再加入HCl使pH約為1。
以淀粉溶(rong)液作為指(zhi)示(shi)劑，用亞(ya)硫酸鈉溶(rong)液[c(Na2S03)=0．025mol／L]滴(di)定游離的(de)(de)12至(zhi)(zhi)藍色消(xiao)失為止(zhi)。另外，取試樣根據預先的(de)(de)滴(di)定值(zhi)，加(jia)入(ru)相應量的(de)(de)亞(ya)硫酸鈉溶(rong)液，使(shi)殘留氯還原后(hou)，若有必要可(ke)用NaOH溶(rong)液(4Og／L)或鹽酸溶(rong)液(1+1)調節(jie)pn值(zhi)至(zhi)(zhi)7左(zuo)右(you)。
(5)重金屬鹽有抑制微(wei)生物生長的作用(yong)而影響BOD值。
日本弘(hong)擁正報道(dao)了抑(yi)制BOD各種金(jin)屬離子濃度分別(bie)為(mg／L)：Hg2+-0.5，Cu2+-0.5,Pb2+-50，Ni2+-5，Zn2+-10～20，Cr3+-2．5～5．O,Cr6+-10，Cd2+～5，C02+-5，這些金(jin)屬離子可使用中和，沉淀和離子交換消除。
(6)當水中亞硝(xiao)(xiao)酸(suan)鹽大于(yu)O．1mg／L時，能游離碘使結(jie)果偏高2I-+2NO2-+4H+→I2+2H20+2NO加疊氮化鈉溶(rong)液(ye)消除亞硝(xiao)(xiao)酸(suan)鹽干擾的反應如下:
2NaN3+H2S04—2HN3+Na2S04
HN3+HNO2→N2+N20+H20
(7)含(han)有其他毒性(xing)物質的水(shui)樣，這種水(shui)樣常需特別研究(jiu)和(he)處理。
1．6．3確定水樣稀釋倍數
由于水(shui)中(zhong)有機物含(han)量(liang)(liang)高(gao)，為了確(que)定BOD的稀釋(shi)度，首先需(xu)測定耗氧量(liang)(liang)或化學需(xu)氧量(liang)(liang)值再推測出BOD值，為了防(fang)止失敗，通常采用不同階(jie)段(duan)稀釋(shi)法。
根據(ju)酸(suan)性高錳(meng)酸(suan)鉀法測得耗氧(yang)量(liang)(OC)通常(chang)以l～3除(chu)之(zhi)，商即為水樣所需(xu)稀(xi)釋(shi)的(de)倍數。如用重(zhong)鉻酸(suan)鉀法測定化(hua)學需(xu)氧(yang)量(liang)(COD)則以4或5除(chu)之(zhi)。
1．6．3．2 BOD測定操作中應注意：
(1)為(wei)了測(ce)定可靠，最(zui)好同時培養2～3瓶，從測(ce)定值(zhi)算出平均值(zhi)。
(2)稀釋用的量器及BOD培養瓶要充分洗凈，因為高倍稀釋時，即使輕微的污染，也能影響BOD值。
(3)樣品稀釋時，水樣及稀釋水用虹吸管(guan)插入(ru)容器底部，輕(qing)(qing)輕(qing)(qing)流(liu)人防(fang)止(zhi)產生氣泡。
(4)BOD培養瓶中(zhong)裝入(ru)樣(yang)品時瓶內(nei)不能有氣泡(pao)，蓋瓶塞和封瓶口(kou)后，瓶內(nei)不可存在氣泡(pao)。
1．7．3一般認為稀釋過的(de)培(pei)養液在20℃溫度下，經培(pei)養5天后溶解(jie)氧(yang)減(jian)少(shao)40～70％較為合(he)適。減(jian)少(shao)量過多(duo)或過少(shao)都(dou)會帶來(lai)較大誤差(cha)，所以(yi)一份水(shui)樣應(ying)同時做2～3稀釋度，最(zui)后只(zhi)采用溶解(jie)氧(yang)降低在40％～70％之間的(de)平均(jun)值為測定結果(guo)。
下表表示不同(tong)稀釋度的BOD5值(zhi)。
表1
不同(tong)稀釋度的BOD5*
*葡萄(tao)糖(tang)和谷氨酸各(ge)為150mg／L；
**被稀釋(shi)的試樣在(zai)1升(sheng)中的，mL數。
從表1看出稀釋67～40倍，氧消耗率為41．4～69％所得BOD5值最佳，用三者平均
數227+213+227／3=222mg／L報告結果。
1．8精密度據資料介紹，BOD的(de)重復測定(ding)(ding)精密度為(wei)期(qi)不遠5～10%，不同(tong)時間測定(ding)(ding)的(de)精密度為(wei)15～30%
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