BOD5 測定儀在污水廠進水樣品BOD5 分析中的應用研究

王 賢，李 慧，管 蕾，倪曉曉

（1.青島市排水運營服務中心，山東 青島 266000；2.青島市城市排水監(jiān)測站，山東 青島 266000）

1 BOD5 測定的作用及方法

BOD5是反應水體中有機物和其他需氧污染物濃度的綜合指標，是衡量水體污染的重要指標。水體中的劣質廢水造成水體污染，是因為廢水中含有大量的有機物，有機物的氧化分解消耗了水體中大量的溶解氧，使水體中的氧平衡受到破壞，導致水體中一些好氧水生生物因缺氧而死亡，水體受到破壞[1]。BOD5指標具有精密的模擬特性，能準確反映水體中有機物總量，模擬水體的自凈能力。一個是衡量廢水的可生化程度的指標，如果BOD5/COD 大于0.3，說明廢水可以進行生化處理；如果低于0.3，則很難進行生化處理。比值在0.5～0.6 時，生化處理容易。二是廢水處理廠的出水量與BOD5的比值，表明廢水處理廠的總處理能力和對水環(huán)境的影響程度。三是反映廢水中有機物的濃度。工廠出水的有機物濃度與進水出水的有機物濃度相似。城市污水處理廠廢水的BOD5通常在150～1 000 mg/L 之間。四是用來表示污水處理廠的處理效率。BOD5去除率是一個重要指標，BOD5的測定很重要，是污水處理廠最重要的測量要素之一。BOD5值表示廢水流中的有機物被氧化劑氧化所需的氧氣量，其值接近于總有機物的需氧量。城市污水廠的總COD﹥BOD5，如果廢水中的有機物種類變化較少，那么COD 和BOD5就會有一定的比例，所以可以用BOD5值來預測COD 值。根據各地方污水處理廠的運行數據，COD 和BOD5值通常基本相同或略高。例如，上海廢水中的平均ρ（SS）比BOD5高約50 mg/L。如果BOD5和SS 在進入的污水中成倍增加，則可能是高濃度的有機污水或大量的糞便進入工廠，這不僅增加了處理廠的處理負荷，還降低了處理效率，甚至堵塞了管道。

五日生化需氧量，即BOD5，是在適當的溫度下，通常以20 ℃為標準溫度進行測定。在20 ℃的BOD測定條件下（氧氣充足，無攪拌），總有機物為20 d，所以基本上可以完成第一階段的氧化分解過程（99%的完成過程）。這意味著第一階段SD 的測定需要20 d，這在實踐中是很難做到的。所以，為了保證標準時間，通常把5 d 作為測定BOD 的標準時間，因此被稱為五日生化需氧量，所以表示為BOD5[2]。因此對于污水處理廠來說五日生化需氧量BOD5是一項重要的污水廠進出水水質監(jiān)測參數。BOD5值越高，說明水中的有機污染物越多，污染越嚴重。

目前測定BOD5的方法分為4 種。第1 種是標準稀釋法：將稀釋后的水樣在20 ℃恒溫下培養(yǎng)5 d，測定培養(yǎng)前和培養(yǎng)后水中溶解氧量，差值即為BOD5。該方法是目前實驗室應用最為廣泛的國標方法。缺點是實驗步驟比較復雜。第2 種是微生物電極法：是以一定的流量使水樣及空氣進入流通測量池中與微生物傳感器接觸，水樣中溶解性可生化降解的有機物受菌膜中微生物的作用，使擴散到氧電極表面上氧的質量減少，當水樣中可生化降解的有機物向菌膜的擴散速度達到恒定時，擴散到氧電極表面上的氧的質量也達到恒定并產生一恒定電流，由于該電流與水樣中可生化降解的有機物的差值與氧的減少量存在定量關系，據此可換算出水樣的生化需氧量。通常采用與BOD5標準樣品比對換算出水樣的BOD5值。第3 種是活性污泥曝氣降解法：利用活性污泥強制曝氣降解樣品2 h，溫度控制在30～35 ℃，經重鉻酸鉀消解生物降解前后的樣品，測定生物降解前后的化學需氧量，其差值即為BOD5。根據與標準方法的對比實驗結果，可換算為BOD5值。第4 種是測壓法：在密閉的培養(yǎng)瓶中，水樣中溶解氧被微生物消耗，微生物因呼吸作用產生與耗氧量相當的CO2，當CO2被吸收劑吸收后使密閉系統(tǒng)的壓力降低，根據壓力計測得的壓降可求出水樣的BOD5值[3]。

本文主要針對第四種方法BOD5儀在污水BOD5分析中的應用展開討論。

本文主要針對WTW BOD5儀在污水廠進水樣品BOD5分析中的應用展開討論。

2 實驗部分

2.1 實驗原理

當待測樣品中的微生物分解有機物進行生物化學反應時，將消耗樣品溶液中的溶解氧并釋放CO2，而釋放的CO2被密封蓋中的氫氧化鈉吸收，密閉壓力系統(tǒng)呈現負壓狀態(tài)。壓力傳感器持續(xù)監(jiān)測樣品瓶中氣體壓力的變化，讀取壓力傳感器五日后顯示的數值可換算為BOD5的數值。

2.2 主要儀器

WTW BOD 測定儀、恒溫培養(yǎng)箱（20 ℃±1 ℃）、溶解氧瓶、酸式滴定管、量筒。

2.3 化學試劑

硝化抑制劑；氫氧化鈉藥片。

BOD5標準溶液：將葡萄糖和谷氨酸在103 ℃的恒溫下干燥1 h，然后稱量150 mg 并溶于去離子水，轉移到1 000 mL 容量瓶中并稀釋至標線，使用前準備好。

營養(yǎng)鹽溶液

氯化鈣溶液：27.5 g 無水氯化鈣溶于水，稀釋至1 000 mL；

硫酸鎂溶液：22.5 g 硫酸鎂（MgSO4·7H2O）溶于水，稀釋至1 000 mL；

氯化鐵溶液：0.25 g 六水合氯化亞鐵（FeCL3·6H2O）溶于水，稀釋至1 000 mL。

磷酸鹽緩沖溶液：將8.5 g 磷酸二氫鉀（KH2PO4），21.75 g 磷酸二氫鉀（KH2PO4），33.4 g 七水磷酸二氫鈉（NaH2PO4·7H2O）和1.7 g 氯化銨（NH4Cl）溶于水，稀釋至1 000 mL。

2.4 實驗流程

2.4.1 樣品預處理

待測樣品儲存在4 ℃冰箱冷藏保存，測定前穩(wěn)定至室溫。

2.4.2 取樣體積的確定

實驗前測定樣品的化學需氧量，根據化學需氧量值預測樣品的BOD5值，然后根據表1 WTW BOD5測定儀測定范圍與樣品體積，選擇出所需待測樣品的體積。

表1 WTW BOD 測定儀測定范圍與樣品體積

2.4.3 實驗步驟

1）取合適體積的污水樣品或標準溶液于棕色瓶中，每個棕色樣品瓶放入一粒攪拌子、滴入兩滴硝化抑制劑，將密封杯內加入2 粒NaOH 片，并將密封杯插入樣品瓶口。

2）擰緊瓶蓋，同時按“S”和“M”鍵將LED 顯示屏示數歸零。將WTW BOD 儀放到連接托盤上，攪拌子開始連續(xù)攪拌，保證微生物充分反應條件。按M鍵開始計數。

3）將WTW BOD 儀放入20 ℃±1 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)五天。

4）WTW BOD 儀每天記錄壓力傳感器的數值，按鍵可分別讀取第1 天、第2 天、第3 天、第4 天及第5天壓力傳感器讀數。按鍵可快速讀取5 d 后壓力傳感器讀數。壓力傳感器讀數乘以稀釋倍數可計算出BOD5值。

2.4.4 稀釋接種法操作步驟

將樣品稀釋到與接種的稀釋水相應的濃度，并在20 ℃±1 ℃下培養(yǎng)5 d。然后用碘測定法測定培養(yǎng)前后水樣的溶解氧含量，用兩個值的差值乘以稀釋系數直接計算BOD5值。

3 實驗結果與討論

3.1 BOD5 儀測定準確度實驗

采用標準溶液（210 mg/L）對BOD 儀的準確度進行驗證，分別用稀釋水和去離子水配制210 mg/L 標準溶液，按照表1 中給出的樣品體積進行實驗。實驗結果見表2。

表2 BOD5 儀測定標準樣品準確度實驗數據

實驗結果表明：BOD5儀測定稀釋水配置的葡萄糖-谷氨酸標準溶液（210 mg/L）結果分別為220、220、210 mg/L，測定結果與由稀釋水配成的標準值的相對誤差在0%～4.8%之間，準確度較高，完全能夠滿足稀釋接種法中給出標準溶液真值的要求。但BOD5儀測定去離子水配制的葡萄糖-谷氨酸標準溶液（210 mg/L）結果分別為110、50、70 mg/L，結果準確度較差，說明在無營養(yǎng)鹽的環(huán)境下，微生物的生化反應并不充分,測定標準溶液數據結果不理想。

3.2 BOD5 儀和稀釋接種法測定4 座污水廠進水樣品對比實驗

本實驗分別測定了4 座污水處理廠的4 個進水樣品，采取雙平行樣品測定，同時應用BOD5儀法和稀釋接種法方法（GB11896—89）比對，實驗結果見表3。

表3 BOD5 儀法與稀釋接種法測定4 家污水廠進水樣品實驗數據對比

通過比對BOD5儀法和稀釋接種法，測定的相對偏差在10%以內，由于污水樣品的復雜性和不確定性較高，運用儀器法與標準方法相比較，結果的準確度相對較高。因此，可以應用BOD5儀法在樣品繁多的情況下，節(jié)省實驗時間、減少人工成本。