杜 美，鈕朝霞，楊 蕾，王清琪

(上海市崇明縣環(huán)境監(jiān)測站，上海 崇明 202150)

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環(huán)境水樣中生化需氧量測定方法研究進展

杜 美，鈕朝霞，楊 蕾，王清琪

(上海市崇明縣環(huán)境監(jiān)測站，上海 崇明 202150)

摘要：指出了生化需氧量(BOD)是在水質(zhì)評估方面使用最為廣泛的標準之一。這種分析方法較為費時(一般為5 d，BOD5)，其結(jié)果可能會因?qū)嶒炇遗囵B(yǎng)液中的微生物的多樣性而產(chǎn)生一定的波動。主要探討了測定技術(shù)的特點和在以往文獻中用到的主要方法，并分析了其各自的性質(zhì)和優(yōu)缺點。

關鍵詞：生化需氧量； 測定； 研究進展

1引言

生化需氧量(BOD)在1908年被英國皇家委員會選定為測定污染河流中有機污染物的指標。這個參數(shù)被定義為在特定條件下，微生物將水中的有機物分解時所消耗的溶解氧的量。而在這個分解過程中，主要包括兩個階段：碳化和硝化。碳化階段主要是微生物將水中的有機物分解生成二氧化碳和水，一般在20 ℃下，20 d左右的時間范圍內(nèi)可以完成。而硝化階段主要是硝化細菌在與結(jié)構(gòu)中含氮的有機物或是氨發(fā)生作用，最終的生成產(chǎn)物一般為亞硝酸鹽和硝酸鹽，這個過程的完成大概需要100 d。通常水樣在經(jīng)過長達5 d的生物氧化后，可以基本完成碳化階段并開始進入硝化階段，因此，國內(nèi)外普遍規(guī)定在20±1 ℃的溫度條件下將待測水樣培養(yǎng)5 d，并且測定樣品水樣在培養(yǎng)前后水中的溶解氧的值，前后所得值相減即得BOD5，單位為mg/L。比較傳統(tǒng)的測定生化需氧量的方法為稀釋接種法[1]，即在20 ℃溫度條件下將含有營養(yǎng)液的水樣接種稀釋后培養(yǎng)5 d，并測定培養(yǎng)前后的水樣中溶解氧的量。這種方法雖然較其他方法來說需求條件比較容易滿足，但其缺點也不容忽視，即所需的測量時間較長，不能在短時間內(nèi)測定出水質(zhì)的真實狀況。因此快速測定BOD的研究方法成為了研究熱點。

2微生物傳感器法

普通的BOD傳感器一部分是氧電極，另一部分是微生物菌膜，在測量樣品水樣時，首先要將充滿飽和溶解氧的水樣放置于流通池中，在與微生物傳感器充分發(fā)生反應后，樣品中的有機物在與微生物膜中已經(jīng)存在的生物細菌發(fā)生生化降解反應，使得水樣中的溶解氧有一定的損耗，而此時的氧的量在氧電極的表面也開始減少[2]。當水樣中的有機物在降解的過程中向微生物菌膜的擴散達到速度上的穩(wěn)定時，同樣的，氧電極表面上的氧質(zhì)量損耗也達到了一個平衡，因而產(chǎn)生一個恒定的電流。根據(jù)恒定電流和氧質(zhì)量的損耗存在一個定量的關系，可以通過計算得到水樣中的BOD。傳統(tǒng)的BOD5測定需要較長的時間，而該方法剛好相反，可以在短時間內(nèi)進行測定，做到了節(jié)省時間并且可以在線連續(xù)測定，為環(huán)境檢測工作帶了很大的便利。其次，由于在這種方法中采用的是單一菌種，對有毒有害的物質(zhì)能夠產(chǎn)生較強的耐受性，特別是在對工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的污水廢水，其測定值更加穩(wěn)定。再次，該種方法的測定精度較好，采用儀器操作避免了人工滴定所帶來的誤差，并且其對溫度的控制也有所提高，可以避免由于溫差的出現(xiàn)而帶來的誤差。但該種方法仍然存在這一定的局限性，如測定多組分和含有高濃度聚合物的廢水時缺乏可靠性，對廢水中的部分有毒物質(zhì)缺乏免疫性，不能夠?qū)崿F(xiàn)在野外的監(jiān)測以及其傳感器的維護方面比較繁瑣等。

3壓差法

樣品中的可降解有機物被生物進行氧化后，轉(zhuǎn)變?yōu)榈?、碳、硫的氧化物，而從水樣中釋放出來二氧化碳氣體被氫氧化鈉吸收后使得培養(yǎng)瓶中的空氣壓力減小，由此換算得到微生物消耗的溶解氧量，從而可以通過測定空氣壓力的差值來得到BOD值。該方法在測定 BOD值時可以直接讀取壓力數(shù)，在操作上較為便捷，并且可以進行生化過程中的動力學研究。但是此方法的分析周期仍然需要耗費5 d的時間，并不適合進行大量的分析。

4活性污泥曝氣降解法

在溫度為30～35 ℃的條件下，利用活性污泥對樣品進行強制性的曝氣降解，2 h以后，再使用重鉻酸鉀對生物降解前后的樣品進行消解。通過對生物降解前后的COD值作差，可得到 BOD的值。該方法操作簡便，快捷，結(jié)果準確，但是不能夠準確的測定培養(yǎng)瓶中的氣體體積，因此該方法并未在日常監(jiān)測中獲得廣泛應用。李國剛[3]等人在報道中提出若能在曝氣培養(yǎng)過程中適當?shù)恼{(diào)整提高控溫精度，提高自動化測定的水平，那么該方法也可以用于在線的連續(xù)監(jiān)測。

5近紅外光譜法

采用近紅外光譜法測定水樣時，需先通過了解水樣的近紅外光譜范圍，然后通過對照水樣中有機污染物在近紅外光譜中的信號取得樣品的近紅外光譜，并通過曲線計算水樣的BOD5值。何金成等[4]還根據(jù)近紅外光譜法建立了一個可以實現(xiàn)在線實時測定BOD值的方案構(gòu)架。近紅外光譜法所需測時短，易操作，對樣品的破壞性不強，但是如何將樣品中的近紅外光譜數(shù)據(jù)，通過模型即時準確地直接轉(zhuǎn)換為BOD值仍然是當前研究的重點和難點。

6增溫法

通過提高溫度來減少培養(yǎng)時間是增溫法的主要原理。通過這種方法來測定BOD值能夠大大的縮短測定時間。在測定過程中，微生物在較高溫度下的生長速率以及其生物活性得到了相應程度的提高，同時，在水樣中進行生物降解的過程中，有機物也在被迅速的消耗掉。可加升溫過程對測量時間的縮短是有著巨大的貢獻的。雖然在樣品中存在著各種種類的有機物質(zhì)，難免會因此而產(chǎn)生時間上的差異，但是這種誤差可以忽略不計。

7重鉻酸鉀紫外光度法

通過將待測樣品用活性污泥降解，在用紫外光對經(jīng)重鉻酸鉀消解前后的樣品進行掃描，測定重鉻酸鉀的量，通過計算得到相應的COD值，取其差得到了BOD值的方法叫做重鉻酸鉀紫外光度法，該方法在具備操作簡便，適用性強的優(yōu)點的同時，也具備測定的精度和準確度高的特定，特別適合污染水樣中的有機物質(zhì)的測定。但其在實驗測定的穩(wěn)定性和軟件設計等方面仍然需要提高。劉廷良等[5]在報道該方法時提到，該法主要適用于造紙、石化、印染、制革、釀造、冶金、制藥、化工食品加工、生活污水等廢水及處理后排放水中化學需氧量的測定，并且該方法克服了標準方法測定耗時的缺點, 可及時為污水處理工藝提供監(jiān)測數(shù)據(jù)。

8分光光度法

分光光度法采用Ⅰ3-結(jié)晶紫-聚乙烯醇(PVA)體系，以碘酸鉀配備標準溶液進行對照，測定培養(yǎng)5 d前后的水樣溶解氧濃度，通過與碘化鉀反應生成Ⅰ3-與結(jié)晶紫相互作用形成帶電中性離子的締合物，在550 nm的峰位置出現(xiàn)最大吸收值，通過分光光度法對水樣前后的溶解氧的測定計算可得BOD5值。沙鷗等[6,7]利用碘酸鉀-淀粉光度法對標準水樣中的BOD5進行測定、以及用葡萄糖-谷氨酸配備的標準溶液和從污水廠進出口中的污水水樣進行測定，所得到的測定結(jié)果和國家標準方法中的測定結(jié)果一致，同時，也得出了高方法在測定時能夠節(jié)省試劑和樣品，對樣品的測定誤差小，靈敏度高的特點和優(yōu)勢。該方法在對環(huán)境監(jiān)測中同BOD5值的方法改進上提供了一個更加精確靈敏的測定方法。

9紫外曝氣法

紫外(UV)曝氣法是利用紫外光線的照射對樣品進行掃描，樣品中的有機物質(zhì)對紫外光線進行吸收，得到的吸收值可分析得出對應的有機物種類，而水樣中結(jié)構(gòu)復雜，毒性大難降解的有機物種的吸收值往往也很大。UV曝氣法首先對樣品進行曝氣處理，該處理過程在生化處理池中進行，而后在經(jīng)過生物膜對水樣中的有機物質(zhì)進行生物降解，最后再將污水樣品排出，通過對實際情況的模擬進行測定，得到最終的BOD值的測定。并且通過該方法測定得到的BOD值的實際性和真實性要強于通過傳統(tǒng)方法測定得到的BOD5值。不僅如此，由該方法在環(huán)境監(jiān)測中的BOD值測定，特別是在對各種類型的水體中的有機污染物的評定方面，以及對相關處理設備的運行參數(shù)調(diào)整方面均具有實際的指導意義[8]。

10BOD在線檢測法

由于現(xiàn)代社會在環(huán)境保護管理，污染控制監(jiān)管方面的要求越來越高，所以在生化需氧量的測定方面，在實現(xiàn)在線檢測方面也出現(xiàn)了大量的研究。

生物反應器法在基于傳統(tǒng)的BOD測定的稀釋接種法上，利用生物反應器內(nèi)的特殊中空材料的特性吸附了大量微生物。當待測樣品進入到反應器后，微生物可迅速降解水中的有機物質(zhì)，而通過測定樣品反應前后的溶解氧的量，就可以根據(jù)內(nèi)置標準曲線得到BOD值。并且可以利用多個反應器同時工作，實現(xiàn)在線監(jiān)測的要求。

目前能夠達到在線監(jiān)測要求的方法還有微生物電極法等。

11結(jié)語

生化需氧量作為環(huán)境保護部門在水質(zhì)監(jiān)測方面的一項重要的指標，能夠?qū)崿F(xiàn)對該指標的快速準確地測定意義重大，而目前生化需氧量在測定方面仍然受到多個方面的影響，如水質(zhì)的污染程度、生物細菌的存在種類等，使得生化需氧量在測定方面存在著一定的阻礙。而隨著人類社會對環(huán)境保護的要求和意識的加強，所以在環(huán)境檢測方面，對生化需氧量的實時監(jiān)測和快速準確及穩(wěn)定地得出結(jié)論仍存在著挑戰(zhàn)。為此，眾多的環(huán)境檢測工作者和研究人員也要再接再厲，共同將環(huán)境檢測事業(yè)邁進一個新的征程。

參考文獻：

[1]張靜,崔建升,劉輝,等. 生化需氧量(BOD5)測定方法進展[J]. 河北化工, 2006(1):12～15.

[2]倪紅梅, 慕春梅, 郭玉華. BOD5測定的簡捷方法研究[J]. 內(nèi)蒙古環(huán)境保護, 2006, 18(1):39～40.

[3]李國剛, 王德龍. 生化需氧量(BOD)測定方法綜述[J]. 中國環(huán)境監(jiān)測, 2004, 20(2):54～57.

[4]何金成, 李素青, 張性雄,等. 近紅外光譜法快速測定廢水生化需氧量[J]. 福建農(nóng)林大學學報(自然科學版), 2007, 36(2):190～193.

[5]劉廷良, 郭敬慈. 化學需氧量(COD(Cr))和生化需氧量(BOD5)的快速測定：重鉻酸鉀紫外曝氣法[J]. 中國環(huán)境監(jiān)測, 1999(2):9～11.

[6]沙鷗, 馬衛(wèi)興, 郭妍,等. 碘酸鉀-淀粉光度法測定水樣中生化需氧量(BOD5)[J]. 冶金分析, 2008, 28(7):23～27.

[7]沙鷗, 馬衛(wèi)興, 錢保華,等. 碘-淀粉光度法測定水中溶解氧含量[J]. 理化檢驗:化學分冊, 2009(4):448～450.

[8]周文獻, 郭敬慈. 紫外曝氣法快速測定BOD[J]. 中國環(huán)境監(jiān)測, 1995(1):16～18.

收稿日期：2016-04-09

作者簡介：杜美(1987—)，女，助理工程師，碩士，主要從事環(huán)境監(jiān)測工作。

中圖分類號：X832

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944(2016)10-0041-03