多種BOD5專用接種液接種效果的比對(duì)分析

周麗珍，黃 成，丁煒煒

(廣東省韶關(guān)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站， 廣東 韶關(guān) 512000)

隨著社會(huì)和工業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越多的有機(jī)污染物排入水體中。五日生化需氧量(Five-day biochemical oxygen demand簡(jiǎn)稱BOD5)是指水樣充滿在密閉水封的溶解氧瓶中，在(20±1)℃恒溫下暗處培養(yǎng)5 d，然后分別測(cè)量第一天和第五天水樣中溶解氧濃度差，即為BOD5值[1-2]。BOD5作為綜合反映有機(jī)污染物污染情況的一項(xiàng)重要指標(biāo)，能相對(duì)表示微生物可氧化有機(jī)污染物的含量。因此BOD5是環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域必測(cè)指標(biāo)，也是污水治理領(lǐng)域重要的污染控制指標(biāo)[3-4]。目前，分析測(cè)試BOD5的方法主要包括：稀釋接種法、無(wú)汞差壓法、微生物傳感器法、活性污泥曝氣降解法和重鉻酸鉀紫外光度法等[5]。在所有的分析方法中，稀釋接種法，即《水質(zhì) 五日生化需氧量(BOD5)的測(cè)定稀釋與接種法》(HJ505-2009)是BOD5監(jiān)測(cè)的經(jīng)典方法，也是環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)仲裁分析、能力驗(yàn)證、比對(duì)考核、采測(cè)分離等工作采用的方法[1,6]。因此本文采用稀釋接種法進(jìn)行BOD5分析測(cè)試工作。稀釋接種法實(shí)驗(yàn)過(guò)程，實(shí)際上就是微生物氧化分解有機(jī)物并消耗氧氣的過(guò)程。對(duì)于不含微生物或微生物含量較小的樣品，如高溫廢水、滅菌出口水或者標(biāo)準(zhǔn)樣品等，均需要接種外界微生物，來(lái)對(duì)有機(jī)物進(jìn)行分解。因此接種液是分析BOD5的技術(shù)關(guān)鍵[7-8]。許雪瑩[9]、王興力[10]研究了土壤浸出溶液、洗米水、生活污水、廢水和經(jīng)過(guò)馴化微生物的廢水，分別作為接種液，對(duì)BOD5標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致BOD5測(cè)試結(jié)果不穩(wěn)定的因素之一就是接種液中微生物的種類和數(shù)量不確定性。Fitzmauric G. D[11]、Itsusei Fujita[12]采用已知微生物種類和數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)化混合菌株對(duì)BOD5標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果均合格，而且數(shù)據(jù)結(jié)果的精密度和穩(wěn)定性均比江河湖水等非標(biāo)準(zhǔn)菌株接種液有顯著提升。為此，本實(shí)驗(yàn)室對(duì)5種不同接種液(自行培養(yǎng)的污泥菌種、污水廠未滅菌出口水、某研究所BOD5專用接種液、EM 菌種和哈希菌種)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，以期找到一種穩(wěn)定、高效且具有一定推廣性的接種液，從而大大提高BOD5實(shí)驗(yàn)效率和成功率。

1 接種液來(lái)源與前處理

本實(shí)驗(yàn)室使用的5種接種液如下：

1)本實(shí)驗(yàn)室自行培養(yǎng)的污泥菌種：具體配置方法和前處理見(jiàn)文獻(xiàn)[13] ；2)污水廠未滅菌出口水：取韶關(guān)市某污水廠沉淀池之后出水口之前環(huán)節(jié)，即進(jìn)入滅菌工序之前的污水，可直接作為接種液使用。使用時(shí)，按照1 L稀釋水中加入20 mL污水廠未滅菌出口水的比例進(jìn)行接種。3)某研究所BOD5專用接種液(以下簡(jiǎn)稱某研究所BOD5接種液)：取土壤 100 g，加入1 L純水，混合攪拌，靜置 10 min；取上清液10 mL，用純水稀釋至1 L。使用時(shí)按照1 L稀釋水中加入 4 mL 接種液的比例進(jìn)行接種；4) EM菌種：主要成分為枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌和酵母菌等多種益生菌、酶制劑及微量元素，可直接在市場(chǎng)購(gòu)買作為接種液使用。使用時(shí)，按照1 L稀釋水中加入0.5 mL EM菌種的比例進(jìn)行接種。5) 哈希菌種(POLYSEED)：該菌種為一種廣譜細(xì)菌的混合物，產(chǎn)自美國(guó)，可直接在市場(chǎng)購(gòu)買。

哈希菌種前處理方法：一顆膠囊打開(kāi)，倒入1 L燒杯中，再倒入500 mL已恒溫到20℃純水，之后邊攪拌邊按照1 mL/L比例分別加入稀釋接種法中硫酸鎂、氯化鈣、氯化鐵和磷酸鹽緩沖溶液[1]。加入攪棒子，放于磁力攪拌器上，1 L燒杯和磁力攪拌器均放入恒溫培養(yǎng)箱中，然后進(jìn)行曝氣1 h。曝氣后靜置 0.5 h ,然后倒出上清液于棕色廣口瓶，并放置于4℃冰箱保存。使用時(shí)，按照1 L稀釋水中加入20 mL接種液的比例進(jìn)行接種。

2 實(shí)驗(yàn)器材和步驟

2.1 實(shí)驗(yàn)器材

溶解氧分析儀：產(chǎn)自德國(guó)，型號(hào)YSI 4010-1W；恒溫培養(yǎng)箱：國(guó)產(chǎn)，型號(hào)DWRH-500P，使用溫度(20±1)℃；溶解氧瓶：帶水封裝置，容積 250～300 mL；稀釋容器：1000 mL 的容量瓶；稀釋水配置容器：10 L白色塑料罐，自帶水龍頭和出水口橡膠管；曝氣裝置：多通道氧氣泵。

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

1)純水恒溫：用白色塑料桶接一定量的純水，放置在恒溫培養(yǎng)箱恒溫到20℃；

2)配置稀釋水：使用前控制初始溶解氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于8 mg/L。若初始溶解氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于8 mg/L時(shí)，可以通過(guò)曝氣幾分鐘來(lái)提高溶解氧含量；若初始溶解氧過(guò)飽和時(shí)，可以使用熱得快加熱幾分鐘趕出過(guò)飽和溶解氧即可。之后，邊攪拌邊按照1 mL/L比例分別加入稀釋接種法中硫酸鎂、氯化鈣、氯化鐵和磷酸鹽緩沖溶液四種營(yíng)養(yǎng)液。

3)稀釋接種標(biāo)準(zhǔn)樣品：測(cè)CODcr值，結(jié)合稀釋接種法中推薦的比例，確定稀釋倍數(shù)。在1 L容量瓶中稀釋接種后，分裝到帶水封裝置的溶解氧瓶中。

4)測(cè)量培養(yǎng)前和培養(yǎng)后的溶解氧含量：預(yù)熱并校準(zhǔn)溶解氧儀，探頭插入溶解氧瓶中，測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算BOD5值。

3 結(jié)果與討論

3.1 篩選接種液

為避免水樣中不確定因素的干擾，本實(shí)驗(yàn)采用5種不同接種液均對(duì)相對(duì)低、中、高濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣品(環(huán)保部的)進(jìn)行接種測(cè)試。相對(duì)低、中、高濃度的標(biāo)樣分別為編號(hào)200249(30.7±4.7 mg/L)、編號(hào)200253(82.3±5.9 mg/L)和編號(hào)200260(114±8 mg/L)。同時(shí)，每種接種液類型均分析了兩個(gè)接種比例。結(jié)果見(jiàn)表1～表3

表1 環(huán)保部BOD5標(biāo)準(zhǔn)樣品200249 (30.7±4.7 mg/L) 測(cè)試結(jié)果

由表1～表3可知，某研究所BOD5接種液分別測(cè)試質(zhì)量濃度為30.7±4.7 mg/L、82.3±5.9 mg/L和114±8 mg/L的環(huán)保部的標(biāo)準(zhǔn)樣品均不合格，測(cè)試結(jié)果均偏低，且隨著標(biāo)準(zhǔn)樣品濃度越高，偏離合格范圍越遠(yuǎn)；EM 菌種對(duì)三種濃度標(biāo)樣測(cè)試結(jié)果也是偏低，且也是隨著標(biāo)準(zhǔn)樣品濃度越高，偏離合格范圍越遠(yuǎn)；自行培養(yǎng)的污泥菌種、污水廠未滅菌出口水和哈希菌種對(duì)三種標(biāo)準(zhǔn)樣品測(cè)試結(jié)果均在合格范圍內(nèi)，且相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.9%～2.5%范圍內(nèi)。稀釋接種法中，對(duì)于缺少微生物的試樣中，接種液的質(zhì)量是影響B(tài)OD5準(zhǔn)確度的重要因素[14]，而接種液的質(zhì)量主要包括接種液中微生物的種類、活性和量。本實(shí)驗(yàn)中，5種接種液均采用了兩個(gè)梯度的接種量，每種接種液的兩個(gè)梯度接種量測(cè)試BOD5結(jié)果均接近，因此推測(cè)在本次實(shí)驗(yàn)中接種液的接種量不是影響接種效果的主要因素，接種液中微生物的種類和活性是才是接種效果的決定因素。當(dāng)接種液中微生物種類結(jié)構(gòu)對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)缺乏分解能力或者微生物活性不夠時(shí)，則無(wú)法分解營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗溶解氧，導(dǎo)致結(jié)果偏低。尤其是，使用的標(biāo)準(zhǔn)樣品的濃度越高，對(duì)微生物活性需求就越高，測(cè)試結(jié)果就可能出現(xiàn)偏低程度越大的情況。例如，某研究所BOD5專用接種液和EM菌的數(shù)據(jù)。因此，本次接種液篩選出的有效菌種為自行培養(yǎng)的污泥菌種、污水廠未滅菌出口水和哈希菌種，無(wú)效菌種為某研究所BOD5專用接種液和EM 菌種。

表2 環(huán)保部BOD5標(biāo)準(zhǔn)樣品200253 (82.3±5.9mg/L) 測(cè)試結(jié)果

表3 環(huán)保部BOD5標(biāo)準(zhǔn)樣品200260(114±8mg/L) 測(cè)試結(jié)果

3.2 篩選出的有效接種液接種廢水效果

采用以上篩選出的三種有效菌種(自行培養(yǎng)的污泥菌種、污水廠未滅菌出口水和哈希菌種)對(duì)韶關(guān)市某生活污水處理廠的進(jìn)口廢水進(jìn)行接種，初步探索各菌種接種后對(duì)污水廠進(jìn)口廢水BOD5分析測(cè)試效果。結(jié)果見(jiàn)表4。

表4顯示，3種接種液的實(shí)驗(yàn)室空白均小于1.5 mg/L，符合方法要求;BOD5測(cè)試質(zhì)量濃度范圍在69.4～73.0 mg/L,總平均值為71.5 mg/L，總相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.8%，說(shuō)明3種不同接種液接種后，污水廠進(jìn)口廢水的BOD5值相差不大。哈希菌種接種后廢水的BOD5測(cè)試相對(duì)偏差為0.8%，低于自行培養(yǎng)的污泥菌種和污水廠未滅菌出口水接種后的相對(duì)偏差，說(shuō)明哈希菌種接種后韶關(guān)市某污水處理廠進(jìn)口廢水BOD5測(cè)試數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和精密度均要高于自行培養(yǎng)的污泥菌種和污水廠未滅菌出口水接種液。

表4 韶關(guān)市某污水處理廠進(jìn)口廢水BOD5測(cè)試結(jié)果

3.3 有效接種液優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

自行培養(yǎng)的污泥菌種是本實(shí)驗(yàn)室對(duì)活性污泥持續(xù)進(jìn)行培養(yǎng)得到的,優(yōu)點(diǎn)在于培養(yǎng)地點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境內(nèi)，可以隨用隨取，使用方便，而且菌種濃度和種類在一段時(shí)間內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定，因此接種量相對(duì)固定。然而在有限的空間和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的條件下，自行培養(yǎng)的污泥菌種雖然能自行繁殖，不斷更新?lián)Q代，但是存在壽命限制，通常只能培養(yǎng)并使用一段時(shí)間就需要更換污泥。其次，培養(yǎng)污泥菌種需持續(xù)曝氣并每天供應(yīng)營(yíng)養(yǎng)瓊脂，在一定程度上，也增加實(shí)驗(yàn)人員的工作量。

污水廠未滅菌出口水是直接從污水廠沉淀池的出口接取的水。該水取回即可進(jìn)行接種，直接測(cè)試BOD5，無(wú)需再進(jìn)行前處理，使用方便，但是每次實(shí)驗(yàn)前均需外出污水廠取水，需要較大的人力物力，且隨著污水廠進(jìn)口水質(zhì)的濃度不同以及下雨等不可控因素，每次污水廠未滅菌出口水的菌種濃度有所變化，因此在一定程度上會(huì)影響菌種接種量，從而影響B(tài)OD5的成功率。

哈希菌種實(shí)際上是菌種制成的凍干粉，保存時(shí)間可以長(zhǎng)達(dá)2年。每次使用前只需將凍干菌種按照以上操作步驟進(jìn)行活化，活化后即可直接進(jìn)行接種。該菌種的濃度和種類都是固定的，因此接種量不受菌種本身影響。相比于自行培養(yǎng)的污泥菌種和污水廠未滅菌出口水，哈希菌種保存時(shí)間長(zhǎng)，菌種穩(wěn)定性好，濃度和種類均不受時(shí)間和外界因素影響，可以隨用隨取，操作簡(jiǎn)單，不用增加額外的人力物力，同時(shí)，方便攜帶，具有一定的推廣性和復(fù)制性，在一定程度上可作為同行實(shí)驗(yàn)人員測(cè)試BOD5優(yōu)先考慮的接種液對(duì)象。

4 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)室使用5種不同接種液(自行培養(yǎng)的污泥菌種、污水廠未滅菌出口水、某研究所BOD5專用接種液、EM 菌種和哈希菌種)測(cè)試BOD5，得到有效接種液有三種，分別為自行培養(yǎng)的污泥菌種、污水廠未滅菌出口水和哈希菌種，無(wú)效菌種為某研究所BOD5專用接種液和EM 菌種。使用篩選出的三種有效接種液對(duì)相對(duì)低、中、高濃度的環(huán)保部的標(biāo)準(zhǔn)樣品和某污水處理廠進(jìn)口廢水進(jìn)行接種并測(cè)試BOD5，結(jié)果顯示，在所有接種液中，哈希菌種是相對(duì)更高效、穩(wěn)定和便捷性的接種液，且具有一定的推廣性，建議作為同行實(shí)驗(yàn)人員測(cè)試BOD5可優(yōu)先考慮的接種液。