壓差式 BOD 測(cè)定儀應(yīng)用于地表水檢測(cè)的試驗(yàn)研究

丁厚鋼，石 愷，徐秋云，曾 丹

（淄博市水文局，山東 淄博 255000）

BOD 即生化需氧量，是微生物分解水中有機(jī)物質(zhì)的生化過程中所需氧的量，表征水中可生物降解有機(jī)污染物的量，當(dāng)生化反應(yīng)時(shí)間為 5 d 時(shí)即為BOD5[1-2]。BOD5的檢測(cè)有多種方法，包括稀釋與接種法、壓差法、微生物傳感器快速測(cè)定法等[3]，目前國(guó)內(nèi)普遍采用的方法為稀釋與接種法，此方法較為經(jīng)典，但存在操作復(fù)雜、工作量大等缺點(diǎn)。隨著壓差式 BOD 測(cè)定儀技術(shù)的不斷完善，近年來壓差法也逐漸有了一定的研究與應(yīng)用[4-5]。通過各項(xiàng)試驗(yàn)，對(duì)壓差式 BOD 測(cè)定儀應(yīng)用于地表水檢測(cè)的準(zhǔn)確性、優(yōu)越性進(jìn)行試驗(yàn)研究[6-7]。因壓差法檢測(cè) BOD 目前沒有標(biāo)準(zhǔn)方法，故采用儀器用戶手冊(cè)中提供的相應(yīng)流程進(jìn)行檢測(cè)。

1 試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)儀器為 BODTrakTMII 型壓差式 BOD 測(cè)定儀，儀器工作原理如下：試驗(yàn)水樣裝入密封的測(cè)試瓶中，儀器連同測(cè)試瓶一同放到恒溫培養(yǎng)箱中（20℃±1℃）培養(yǎng) 5 d。測(cè)試瓶上方留有一定體積的空氣，空氣中的氧氣不斷補(bǔ)充水樣中消耗的溶解氧，而有機(jī)物生物降解過程中產(chǎn)生的 CO2氣體被密封蓋中的固體 KOH 吸收，上方空氣的壓力隨之減小，瓶蓋中的壓力傳感器隨時(shí)監(jiān)測(cè)測(cè)試瓶中空氣壓力的變化，并轉(zhuǎn)換成 BOD 數(shù)值，在顯示屏上實(shí)時(shí)、直觀地顯示出來。

2 試驗(yàn)方法

2.1 準(zhǔn)確度及精密度試驗(yàn)

選取 8 個(gè)不同濃度的 BOD 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作為標(biāo)準(zhǔn)水樣，其濃度及來源如表 1 所示。每個(gè)水樣做 6 組平行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行儀器準(zhǔn)確度和精密度分析。

表 1 試驗(yàn)選用標(biāo)準(zhǔn)水樣一覽表

2.2 地表水檢測(cè)比對(duì)試驗(yàn)

選取 5 個(gè)河道和 3 個(gè)水庫(kù)的水樣共計(jì) 8 個(gè)天然地表水水樣作為試驗(yàn)水樣，分別采用 HJ 505—2009水質(zhì)五日生化需氧量（BOD5）的稀釋與接種法和壓差式 BOD 測(cè)定儀進(jìn)行比對(duì)檢測(cè)。此試驗(yàn) 1—3 月每月進(jìn)行 1 次，共進(jìn)行 3 次。根據(jù)比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果分析壓差式 BOD 測(cè)定儀用于地表水檢測(cè)的準(zhǔn)確性和優(yōu)越性。

3 試驗(yàn)結(jié)果及討論

3.1 儀器準(zhǔn)確度分析

壓差式 BOD 測(cè)定儀檢測(cè) 8 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)水樣的平均值及其相對(duì)誤差如表 2 所示。試驗(yàn)結(jié)果表明，低濃度標(biāo)準(zhǔn)水樣檢測(cè)平均值高于標(biāo)準(zhǔn)值，高濃度的檢測(cè)值低于標(biāo)準(zhǔn)值，總體而言，對(duì)于 CBOD5標(biāo)準(zhǔn)值在 5.30～123 mg/L 的標(biāo)準(zhǔn)水樣，儀器的檢測(cè)平均值與標(biāo)準(zhǔn)值的相對(duì)誤差在 -5.8%～7.2% 之間，說明儀器在檢測(cè)不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)水樣時(shí)，準(zhǔn)確度都較高。

表 2 儀器準(zhǔn)確度試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

3.2 儀器精密度分析

8 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)水樣的平行檢測(cè)值及其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差如表 3 所示。標(biāo)準(zhǔn)水樣 1 的 6 次 CBOD5檢測(cè)值為 4.9～6.0 mg/L，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為 6.9%；標(biāo)準(zhǔn)水樣 2 的 6 次CBOD5檢測(cè)值為 7.4～9.1 mg/L，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為8.3%；標(biāo)準(zhǔn)水樣 3 的 6 次 CBOD5檢測(cè)值為 11～14 mg/L，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差 8.4%；標(biāo)準(zhǔn)水樣 4 的 6 次CBOD5檢測(cè)值為 36～40 mg/L，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為 3.9%；標(biāo)準(zhǔn)水樣 5 的 6 次 CBOD5檢測(cè)值為 57～61 mg/L，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差 2.5%；標(biāo)準(zhǔn)水樣 6 的 6 次 CBOD5檢測(cè)值為 72～80 mg/L，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為 3.6%；標(biāo)準(zhǔn)水樣7 的 6 次 CBOD5檢測(cè)值為 94～108 mg/L，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為 5.0%；標(biāo)準(zhǔn)水樣 8 的 6 次 CBOD5檢測(cè)值為 109～125 mg/L，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為 4.7%。8 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)水樣的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在 2.5%～8.4% 之間，說明儀器檢測(cè)不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)水樣，精密度都較高。

表 3 儀器精密度試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

3.3 地表水檢測(cè)試驗(yàn) 2 種方法的比對(duì)

3.3.1 檢測(cè)結(jié)果的比對(duì)分析

8 個(gè)天然地表水樣 2 種方法的比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果如表 4 所示。河道水樣的 CBOD5含量在 6.0～16 mg/L之間，壓差式 BOD 測(cè)定儀檢測(cè)結(jié)果相對(duì)于稀釋與接種法檢測(cè)結(jié)果，相對(duì)誤差在 ±15% 之間；水庫(kù)水樣的 CBOD5在 2.0～5.0 mg/L 之間，相對(duì)誤差略大，在±20% 之間。相對(duì)于檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)水樣 -5.8%～7.2% 的相對(duì)誤差，壓差式 BOD 測(cè)定儀檢測(cè)天然地表水樣的相對(duì)誤差較大，原因?yàn)殡S著近年水環(huán)境治理力度的不斷加大，天然地表水水質(zhì)已維持在較好水平，CBOD5較小，因此檢測(cè)的相對(duì)誤差相對(duì)于高濃度的標(biāo)準(zhǔn)水樣要偏大，其中水庫(kù)水樣 CBOD5更小，相對(duì)偏差更大一些。但試驗(yàn)中總體的相對(duì)誤差水平在 ±20%以內(nèi)，與稀釋與接種法的檢測(cè)結(jié)果基本吻合，且在跨度 3 個(gè)月的試驗(yàn)中保持了較為穩(wěn)定的水平，由此可見，壓差式 BOD 測(cè)定儀在地表水檢測(cè)試驗(yàn)中體現(xiàn)了較好的準(zhǔn)確性。

3.3.2 檢測(cè)操作的比對(duì)分析

稀釋與接種法和壓差式 BOD 測(cè)定儀 2 種方法的操作比對(duì)如表 5 所示。

稀釋與接種法在檢測(cè)過程中需要用碘量法或儀器法測(cè)定水樣培養(yǎng)前與培養(yǎng) 5 d 后的溶解氧濃度，對(duì)于 CBOD5≥ 6.00 mg/L 的水樣，一般還需要稀釋和接種的操作，具體包括制備稀釋液、接種液，確定稀釋比并稀釋水樣等操作，操作步驟繁多、工作強(qiáng)度較大。當(dāng)水樣 CBOD5范圍不確定時(shí)，還需進(jìn)行多個(gè)稀釋比的試驗(yàn)，增加操作的步驟與工作量。最終的檢測(cè)結(jié)果還需根據(jù)培養(yǎng)前后的溶解氧濃度計(jì)算得出[8]。

表 4 地表水檢測(cè)比對(duì)試驗(yàn) CBOD5 數(shù)據(jù)表

表 5 2 種檢測(cè)方法操作過程比對(duì)表

而用壓差式 BOD 測(cè)定儀檢測(cè)，不需要測(cè)定溶解氧，水樣不需要稀釋，檢測(cè)地表水樣一般也不需要接種，操作步驟簡(jiǎn)單，操作過程省時(shí)省力，且檢測(cè)過程及結(jié)果可實(shí)時(shí)顯示。由以上比較可以看出，在操作方面壓差式 BOD 測(cè)定儀相對(duì)稀釋與接種法優(yōu)勢(shì)明顯。目前的地表水檢測(cè)中，單批次水樣一般較多，且 CBOD5的檢測(cè)需要取樣后盡快進(jìn)行，如用壓差式 BOD 測(cè)定儀代替稀釋與接種法，可較大限度地節(jié)省檢測(cè)時(shí)間。

4 結(jié)語

1）壓差式 BOD 測(cè)定儀在測(cè)定 CBOD5標(biāo)準(zhǔn)值在5.3～123 mg/L 的標(biāo)準(zhǔn)水樣時(shí)，相對(duì)誤差在 -5.8%～7.2% 之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在 2.5%～8.4% 之間，具有較好的準(zhǔn)確度和精密度。

2）地表水水樣的檢測(cè)試驗(yàn)中，壓差式 BOD 測(cè)定儀在檢測(cè)結(jié)果上與稀釋與接種法基本一致，且在跨度 3 個(gè)月的試驗(yàn)中保持穩(wěn)定；在操作上簡(jiǎn)單快捷、節(jié)省時(shí)間，與稀釋與接種法相比有較大優(yōu)勢(shì)。壓差式 BOD 測(cè)定儀在地表水的檢測(cè)試驗(yàn)中體現(xiàn)出了較好的準(zhǔn)確性和優(yōu)越性。

3）壓差法測(cè) CBOD5目前沒有標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法，只能按照儀器制造商提供的非標(biāo)方法進(jìn)行檢測(cè)，在一定程度上限制了壓差式 BOD 測(cè)定儀的推廣應(yīng)用，但隨著儀器技術(shù)的不斷完善和相關(guān)研究的不斷增多，壓差式 BOD 測(cè)定儀在地表水檢測(cè)中將會(huì)具有越來越大的應(yīng)用前景。