水中五日生化需氧量測定的影響因素

贠萍(新疆生產(chǎn)建設兵團第八師生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，新疆 石河子 832000)

0 引言

五日生化需氧量表示水體有機物和無機物在生物氧化作用下，所消耗溶解氧的量，是監(jiān)測水質(zhì)重要指標之一。稀釋與接種法是測定五日生化需氧量具有準確性高的特點，但實際樣品分析工作中情況復雜，本文根據(jù)實際工作中的常見問題進行實驗測定分析。

1 原理

生化需氧量是指一定時間和條件下，分別注滿水樣的培養(yǎng)瓶置于(20±1 ℃)恒溫恒濕生化培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)5 d±4 h，分別測定水樣中溶解氧的濃度，由兩者的溶解氧的濃度差值計算每升水樣消耗溶解氧的質(zhì)量，即BOD5值表示[1]。

2 研究方法

2.1 試劑材料

(1)主要試劑。硫酸錳溶液、堿性碘化鉀溶液、1%淀粉溶液、磷酸鹽緩沖溶液、硫酸鎂溶液、氯化鈣溶液、三氯化鐵溶液、0.0125 mol/L硫代硫酸鈉溶液。

(2)主要儀器設備。HWS-150恒溫恒濕培養(yǎng)箱、10 L稀釋瓶、250 mL培養(yǎng)瓶、50 mL酸式滴定管、100 mL量筒。

(3)實驗方法。稀釋與接種法：用充氧棒通過不少于8 h對稀釋水進行空氣曝氣，使水中溶解氧接近于飽和狀態(tài)，置于20 ℃恒溫恒濕培養(yǎng)箱數(shù)小時，使水中DO(溶解氧)達8 mg/L左右，稀釋水pH值為7.2，生化需氧量的值小于0.2 mg/L，24 h之內(nèi)使用。

(4)采樣方法。采樣時不可攪動水底沉積物。采樣器、靜置容器和樣品瓶用水樣蕩洗2～3次；采集的水樣倒入靜置容器中，自然靜置30 min，使用虹吸裝置取上怒發(fā)沖冠不含沉降性固體水樣，移入樣品瓶時，虹吸裝置進水尖嘴應保持插到水樣表層50 mm以下位置。采集時應注滿樣品瓶，使用標準分析方法規(guī)定的專用保存容器。

3 測定水中五日生化需氧量影響因素

(1)采集水樣和保存水樣對測定結(jié)果影響。采集量不小于1 000 mL采樣瓶中并放置于在0～4 ℃的采集樣品箱中避光運輸并使標簽完好保存，于24 h內(nèi)盡快分析。在現(xiàn)場以高純水代替水樣作BOD5全程序空白試驗，測定結(jié)果低于國標法規(guī)定的空白值0.2 mg/L，否則必須要查找原因[2]。

(2) pH值對測定結(jié)果影響。

pH值對結(jié)果的影響。若pH值低于6.5，生成微淡黃色的透明四價錳氫氧化物滴定的溶解氧濃度偏低不到1.0 mg/L；若pH值高于7.5，反應向反方向進行，不產(chǎn)生顯色反應，溶液變?yōu)闇啙釣闊o色而無法滴定，溶解氧濃度值為零。對同一水樣，改變其pH值，加入1.0 mL硫酸錳溶液，2.0 mL堿性碘化鉀溶液，待棕色沉淀物降至瓶內(nèi)一半時，再加入2.0 mL硫酸，放置暗處5 min后測定其濃度值，經(jīng)過多次實驗表明pH值為2.0～6.0時溶解氧濃度為0.1～5.0 mg/L；pH值為6.0～7.0時溶解氧濃度為5.9～7.0 mg/L；pH值為8.0以上時，溶解氧出現(xiàn)無色渾濁，濃度值為0.0 mg/L；即：pH值＜6.5溶解氧濃度偏低，pH值＞7.5溶解氧濃度為零，pH值在6.5～7.5左右時滴定濃度值最準確。

由于水體中的微生物大多適合在偏中性和弱堿性環(huán)境中生存，稀釋水中加了磷酸鹽緩沖液后，對于酸性或堿性的廢水起不到充分中和作用，應先用pH試紙對廢水進行pH值范圍的測試，再用氫氧化鈉或鹽酸調(diào)至pH值近于7；若水樣酸度或堿度偏高，用高濃度的堿或酸液進行中和，在操作過程沿瓶壁緩慢加入高濃度的堿或酸液不要帶入氣泡，避免對樣品測定結(jié)果影響必須在滴定分析樣品之前將樣品pH值調(diào)至7[3]。

(3)溶解氧濃度對測定結(jié)果影響。溶解氧濃度與水溫成反比，水溫高溶解氧濃度低；水溫低溶解氧濃度高。為此嚴格控制樣品的溶解氧濃度，當溶解氧濃度低于2 mg/L時不能給微生物提供充足的溶解氧，用稀釋與接種方法提高水中的溶解氧濃度。

(4)水溫對測定結(jié)果影響。水溫溫度變化可直接影響測定結(jié)果。采集水溫較低的水域、富營養(yǎng)化湖泊或含有過飽和溶解氧的樣品應將樣品升溫到20 ℃左右，在不滿瓶的情況下充分振搖，并開塞放氣，趕出過飽和溶解氧；若采集水溫較高水域或廢水總排污出口的樣品，使冷卻至20 ℃左右，充分振搖，與空氣中氧分壓接近平衡。分析樣品的水溫控制在20 ℃左右對測定結(jié)果影響最小。

(5)培養(yǎng)時間對測定結(jié)果的影響。在測定地表水生化需氧量(BOD5)分析中，培養(yǎng)時間對測定結(jié)果影響較大。以取樣量為420 mL水樣緩慢傾入體積為1 000 mL的量筒中，用稀釋水定容至700 mL地表水分析為例，用0.0125 mg/L濃度的硫代硫酸鈉濃度滴定BOD5值、DO值與空白濃度值。實驗結(jié)果表明：滴定當天地表水空白值與樣品的溶解氧值分別為7.00 mg/L和6.00 mg/L，當培養(yǎng)時間＜5 d-4 h時，空白溶解氧值為0.8 mg/L與樣品溶解氧值為5.1 mg/L，BOD5濃度值為1.4 mg/L，溶液顯色不完全，BOD5濃度、DO濃度會隨著培養(yǎng)時間增大而減小；培養(yǎng)時間為5 d±4 h時空白溶解氧值為0.10～0.20 mg/L與樣品溶解氧值為3.95 mg/L，BOD5濃度值3.3 mg/L,溶液顯色穩(wěn)定，BOD5濃度值DO濃度值準確；培養(yǎng)時間＞5 d+4 h時空白溶解氧值為1.0 mg/L與樣品溶解氧值為5.1 mg/L，BOD5濃度值為1.5 mg/L，BOD5濃度值DO濃度值也會隨時間減小，培養(yǎng)時間在5 d±4 h范圍間最適宜[3]。

(6)恒溫恒濕培養(yǎng)箱溫度對測定濃度的影響。測定生化需氧量過程中，恒溫恒濕箱培養(yǎng)的溫度每相差1 ℃會則會引起5%的誤差，使微生物的活性提高，嚴格控制水樣樣品溫度在20±1 ℃，確保結(jié)果的準確度和精密度。當溫度為＜20-1 ℃時，五天前DO濃度為7.00 mg/L，五天后DO濃度為7.10 mg/L，消耗溶解氧濃度值偏高，BOD5濃度值為負數(shù)，結(jié)果不合格；當溫度為20±1 ℃時，五天前DO濃度為7.00 mg/L，五天后DO濃度為6.90 mg/L，BOD5濃度為0.10 mg/L，消耗溶解氧較完全，稀釋水空白BOD5濃度值＜0.2 mg/L結(jié)果合格；溫度＞20+1 ℃時，五天前DO濃度為7.05 mg/L，五天后DO濃度為5.30 mg/L，BOD5濃度為1.75 mg/L，消耗溶解氧濃度略低，未滿足稀釋水空白BOD5濃度值＜0.2 mg/L標準要求，結(jié)果不合格；因此控制培養(yǎng)溫度20±1 ℃為宜。

(7)影響空白值的因素。影響空白值的試劑主要為硫酸錳、配制硫酸錳，要選擇溶于水不溶物含量＜0.005，重金屬＜0.002，鎳＜0.02的試劑，否則易出現(xiàn)渾濁，空白值偏高；空白值還與磷酸鹽緩沖液，硫酸鎂，氯化鐵及放置時間有關，放置時間為30 d，否則會使空白值偏高且不穩(wěn)定，隨放置時間延長，影響測定結(jié)果準確性。在4 ℃冰箱中冷藏，放置可達半年而空白值無明顯增大。

(8)實驗用水的影響。實驗用水為導入新鮮蒸餾水和純水機制備的超純水作為稀釋水，曝氣大于5 h,瓶口蓋以兩層干凈的紗布，使水中的溶解氧接近飽和，水中溶解氧含量達到8 mg/L，通過分析的實驗用水為蒸餾水和超純水BOD5空白濃度值分別為0.15～0.18 mg/L之間，溶解氧濃度值小于0.2 mg/L；稀釋接種法用蒸餾水或純水代替空白樣品，BOD5空白濃度值分別為1.0～1.5 mg/L之間，溶解氧濃度值小于1.5 mg/L，即：蒸餾水和超純水的實驗用水為合格并滿足實驗用水要求。若溶解氧測定結(jié)果超過1.5 mg/L，應檢查污染來源。

(9)稀釋與接種液和非稀釋與接種液對測定結(jié)果的影響。配制過程中的玻璃器皿要清洗干凈，用分析純以上化學試劑、配好的稀釋水與接種液在24 h之內(nèi)使用。來源不同接種液會對空白值產(chǎn)生影響，以采集城市城鎮(zhèn)污水處理廠出口生活廢水作為接種液和不用接種液的分析空白濃度值為例：城市城鎮(zhèn)污水處理廠出口以生活污水作為接種液，五天前測定DO濃度值分別為7.65～7.70 mg/L,五天后測定DO濃度值分別為6.60～6.40 mg/L，實際DO濃度值分別為1.1～1.2 mg/L，即：BOD5空白值小于1.5 mg/L，有利于微生繁殖生長；選擇酸性或堿性高溫工業(yè)廢水的接種液含有有機物重金屬及氧化還原物等物質(zhì)及微生物，五天前測定DO濃度值分別為7.70 mg/L，五天后測定DO濃度值分別為6.10～6.00 mg/L，實際DO濃度值分別為1.6～1.7 mg/L,經(jīng)過五天培養(yǎng)時間培養(yǎng)造成實際濃度結(jié)果偏差較大，使BOD5空白值高于1.5 mg/L，不合格。表明以城市城鎮(zhèn)污水處理廠出口生活廢水作為接種液的BOD5空白值準確性高。

(10)稀釋倍數(shù)對測定結(jié)果精密度和準確度的影響。編號為200255的BOD5環(huán)境標準樣品濃度為74.7±4.9 mg/L來確定稀釋倍數(shù)。根據(jù)用已知樣品的BOD5真值與已知樣品BOD5中的測出CODcr值及(BOD5/CODcr)的比值R估計BOD5的期望值來確定樣品的稀釋倍數(shù)，并分別配成低37.5±2.4 mg/L、中74.7±4.9 mg/L、高143.9±9.8 mg/L三種不同濃度來確定稀釋倍數(shù)，分別為10倍、20倍、50倍，低濃度測定結(jié)果分別為38.8 mg/L、36.4 mg/L、37.1 mg/L、38.1 mg/L、39.0 mg/L、36.2 mg/L，平均值37.6 mg/L，標準偏差1.21 mg/L；中濃度測定結(jié)果分別為78.4 mg/L、72.2 mg/L、70.6 mg/L、77.6 mg/L、73.6 mg/L、74.0 mg/L，平均值74.4 mg/L，標準偏差3.04 mg/L；高濃度測定結(jié)果分別為140.2 mg/L、142.2 mg/L、141.3 mg/L、146.7 mg/L、145.8 mg/L、149.2 mg/L，平均值144.2 mg/L，標準偏差3.53 mg/L；測定結(jié)果的相對標準偏差RSD分別為3.2%、4.1%、2.4%[1]，說明上述稀釋倍數(shù)的方法準確度和精密度良好。

4 解決常見干擾及消除方法

(3)放置樣品的貯存時間對測定結(jié)果影響。放置不同類型樣品的貯存時間對測定結(jié)果BOD5濃度值有影響?，F(xiàn)以采集有機廢水(石河子污水處理廠總排口)和無機廢水(以硫酸、純堿為主生產(chǎn)的典型化工廠的總排口廢水)樣品分別放置4個時間段各3個樣品為例。有機廢水放置6 h時 BOD5測定結(jié)果濃度3.00 mg/L、2.95 mg/L、2.00 mg/L；24 h時 BOD5測定結(jié)果濃度3.00 mg/L、3.22 mg/L、2.35 mg/L；濃度值相對穩(wěn)定沒有太大變化，36 h時 BOD5測定結(jié)果濃度3.10 mg/L、3.30 mg/L、2.55 mg/L；48 h時 BOD5測定結(jié)果濃度7.70 mg/L、6.80 mg/L、6.90 mg/L；4天內(nèi)相對標準偏差(RSD%)分別為55.6%、44.9%、67.0%。無機廢水放置6 h時 BOD5測定結(jié)果濃度2.05 mg/L、3.10 mg/L、1.22 mg/L；24 h時 BOD5測定結(jié)果濃度2.10 mg/L、3.15 mg/L、1.25 mg/L；濃度值相對穩(wěn)定沒有太大變化，36 h時 BOD5測定結(jié)果濃度2.15 mg/L、3.20 mg/L、1.29 mg/L；48 h時 BOD5測定結(jié)果濃度2.20 mg/L、3.30 mg/L、1.30 mg/L；四天內(nèi)相對標準偏差(RSD%)分別為3.0%、2.7%、2.9%。結(jié)果表明：有機廢水放置時間大于24 h樣品濃度偏高，相對標準偏差過高；含量較少地表水放置培養(yǎng)時間小于6～48 h樣品濃度相對穩(wěn)定沒有太大變化，相對標準偏差偏低，濃度值準確。樣品中的有機物與空氣接觸后受貯存放置時間影響，已不是原樣品，BOD5濃度值變化較大，重新選擇分析。有機廢水樣品采集后應盡可能快在6 h內(nèi)進行分析，在任何情況下，貯存放置時間不應超過24 h。有機廢水放置時間過長使樣品中的微生物發(fā)生氧化反應從而影響測定結(jié)果準確性。無機廢水貯存放置的時間，對BOD5測定結(jié)果濃度值影響不大[4]。

5 結(jié)語

(1)五日生化需氧量是水質(zhì)有機污染常用的重要指標參數(shù)。用稀釋與接種法測定水和廢水五日生化需氧量的影響因素進行系統(tǒng)探討和討論，對樣品濃度值及空白值的影響因素的解決、干擾及消除方法等問題進行探索。(2)研究了生化需氧量測定過程中常見的干擾及消除方法，并提出建議。(3)通過國家環(huán)境標準樣品及廢水樣品分析驗證得出國標HJ 505—2009五日生化需氧量測定中樣品的pH值、培養(yǎng)溫度20±1 ℃、培養(yǎng)時間5 d±4 h、貯存放置時間、選用經(jīng)過校準合格后儀器設備、分析純以上試劑、樣品預處理及根據(jù)BOD5/CODcr的比值R估計BOD5的期望值確定樣品的稀釋倍數(shù)等因素對測定樣品及環(huán)境標準樣品的BOD5，分析要求滿足這些因素條件并保證分析結(jié)果的準確性和精密性。

HJ 505—2009稀釋與接種法測定生化需氧量時常見干攏有樣品的氧化物質(zhì)，水樣呈酸堿性等有毒物質(zhì)同，常見消除干擾消除方法如下：

(1)稀釋法。對清潔的地表水在生化需氧量測定，一般采用疊氮化鈉，碘量法消除干擾。

(2)接種法。對不含或少含微生物廢水，將水樣pH值調(diào)至6.5～7.5之間，一般生活污水中微生物降解有機物和劇毒物質(zhì)將馴化后的微生物引入水樣中，將水樣樣品pH值調(diào)至中性，溫度調(diào)至20 ℃左右進行以城市城鎮(zhèn)污水處理廠出口生活廢水作為接種液接種，接種法幾乎可消除所有常見干擾，建議使用該方法。