生化需氧量BOD5詳解
生化需氧量BOD5注解生化需氧量BOD5注解
生化需氧量，簡(jiǎn)稱BOD(Biochemical oxygen demand)，是指在有氧的條件下，水中微生物分解有機(jī)物的生物化學(xué)過程中所需溶解氧的質(zhì)量濃度，以02mg／L表示。這一指標(biāo)自1913年由英國(guó)皇家污水處理委員會(huì)正式確定以來，得到廣泛應(yīng)用。
水中有機(jī)物含量多，消耗的溶解氧就多，生化需氧量也就高。有機(jī)物質(zhì)的生物化學(xué)氧化反應(yīng)，一般分為兩個(gè)階段，第一階段為碳?xì)浠衔镅趸癁槎趸己退Q為碳化階段，在20℃以下需20天，但在20℃時(shí)5天可達(dá)68％；第二階段氨被氧化為亞硝酸鹽及硝酸鹽，稱為硝化階段，欲達(dá)到完全穩(wěn)定狀態(tài)，在20℃時(shí)需100天左右。因時(shí)間比較長(zhǎng)，除長(zhǎng)期研究工作外，無實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
1936年美國(guó)公共衛(wèi)生協(xié)會(huì)將20℃五日生化需氧量稀釋法作為標(biāo)準(zhǔn)方法沿用至今.它是間接表示有機(jī)物污染程度及衡量生化處理過程中凈化效率的綜合指標(biāo)，并對(duì)廢水處理構(gòu)筑物設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)水體的環(huán)境保護(hù)具有重要意義。
關(guān)于BOD的測(cè)定方法，目前有直接培養(yǎng)法，標(biāo)準(zhǔn)稀釋法，瓦勃呼吸法，短日時(shí)法，電呼吸計(jì)法，高溫法，活性污泥快速法，相關(guān)估算法和微生物傳感器法等。迄今為止，絕大多數(shù)國(guó)家仍以直接培養(yǎng)及稀釋法作為BOD標(biāo)準(zhǔn)方法，我國(guó)普遍采用此方法。
BOD測(cè)定是一種經(jīng)驗(yàn)方法．此方法是測(cè)量有機(jī)物生化降解所需要的氧以及氧化某些無機(jī)物如硫化物、亞鐵所消耗的氧。由于此方法測(cè)定與微生物密切相關(guān)，受著諸多因素的影響，測(cè)定的重現(xiàn)性差，因此需嚴(yán)格控制條件，按照操作規(guī)程進(jìn)行。
1．2測(cè)定方法的選擇
(1)直接培養(yǎng)法：此法適用于BOD5值不超過7mg／L的水樣。
(2)稀釋培養(yǎng)法：一般水樣BOD5在10mg／L以上采用此法。
(3)測(cè)定瞬時(shí)需氧量。對(duì)于含有硫化物、亞硫酸鹽、亞鐵等還原性無機(jī)物的水樣，有時(shí)需要測(cè)定瞬時(shí)需氧量(1DOD)。一般情況可省去此步驟。
1．3 BOD稀釋水純度的影響因素
所謂BOD，是水樣中的有機(jī)物在生物化學(xué)分解過程中所消耗氧的量。它是以水樣在一定溫度(20℃)下，在密閉容器中保存一定時(shí)間(一般為5日)后，溶解氧的減少量來表示。當(dāng)耗氧量超過水樣中溶解氧時(shí)，需用配制的飽和“稀釋水”將水樣適當(dāng)稀釋，再測(cè)定氧的消耗量。因此稀釋水的純度是影響測(cè)定結(jié)果的重要因素。根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究認(rèn)為如下因素不可忽視。
(1)BOD稀釋水的空白值
在不控制實(shí)驗(yàn)條件下，按常規(guī)方法測(cè)定81次稀釋水BODs值，將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)行處理，其最小值為O．01mg／L，最大值為1．06mg/L，并以測(cè)定值為橫座標(biāo)，檢出頻率％為縱座標(biāo)，在半對(duì)數(shù)座標(biāo)上作圖，僅有34．6％測(cè)定數(shù)據(jù)在0．2mg／L以下。此實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，配制BOD稀釋水時(shí)，沒有控制實(shí)驗(yàn)條件，而受到實(shí)驗(yàn)室內(nèi)有機(jī)溶劑、空氣降塵和細(xì)菌的污染，致使：B005值增高。為此必須嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)條件，其BOD5值才能達(dá)到規(guī)定的O．2mg／L要求。
(2)BOD稀釋水的來源對(duì)BOD5值的影響
用加人KMnO4重蒸餾的重蒸餾水及普通蒸餾水，分別裝入培養(yǎng)瓶中，于20～25℃保存，逐日放人20±l℃培養(yǎng)箱中，按常規(guī)分析法測(cè)定BOD5，結(jié)果表明兩種稀釋水從第四天開始均能達(dá)到0．2mg／L以下，無明顯差異。國(guó)外報(bào)道采用蒸餾水、離子交換后蒸餾水和蒸鎦后離子交換水共三種水，于20℃條件下保存，逐日測(cè)定。B005值，當(dāng)天測(cè)BOD5值結(jié)果順序如下：
蒸餾后離子交換水>離子交換后的蒸餾水>蒸餾水，僅采用蒸餾水配制的稀釋水BOD5值可達(dá)0．2mg／L以下。由此可見，BOD稀釋水的水源選擇甚為重要，離子交換水易受到樹脂床的污染，不宜采用，而一般蒸餾水作為BOD稀釋水源，其空白值可達(dá)到規(guī)定要求。
(3)溫度對(duì)BOD稀釋水的影響
將配制好的BOD稀釋水，分裝于BOD培養(yǎng)瓶，于15℃，20℃，22—25℃和30—34℃四種不同的溫度保存，按常規(guī)方法測(cè)BOD5，選擇最佳保存天數(shù)。15℃保存從第五天，20℃保存從第二天，20～25℃保存從第四天，30～34℃保存第五天，分別達(dá)0．2mg／L。
實(shí)驗(yàn)證明，溫度無疑對(duì)BOD稀釋水的BOD5值有明顯影響。BOD稀釋水以20±1℃條件保存最佳。若實(shí)驗(yàn)室受到條件限制，可根據(jù)不同的溫度確定保存時(shí)間。
實(shí)驗(yàn)證明最簡(jiǎn)便方法是將配制好的稀釋水在常溫下放置5—7天，BOD完全可以滿足規(guī)定要求。
(4)曝氣過程中對(duì)BOD5值的影響
采用新鮮蒸餾水配制BOD稀釋水，一份用活性炭過濾的空氣曝氣，另一份不過濾，在20℃條件下分別倒進(jìn)BOD培養(yǎng)瓶中，置人20±1℃培養(yǎng)箱內(nèi)保存，按常規(guī)法逐日測(cè)定BOD5值。
用活性炭過濾的稀釋水，當(dāng)日BOD5為O．15mg／L，不用活性炭過濾的稀釋水當(dāng)日BODs為0．25mg／L，結(jié)果表明，用活性炭吸附處理空氣中污染物質(zhì)，明顯提高稀釋水質(zhì)量。
(5)硝化作用對(duì)稀釋水BOD5值的影響
配制稀釋水時(shí)，以加入氯化銨作為細(xì)菌生長(zhǎng)所需氮源。細(xì)菌利用硝化作用增加了耗氧量，致使：B005值有所增高。有人提議加入一定量的硝化抑制劑：如N(2一丙烯基)硫脲，2一氯一6(三氯乙烷)吡啶和烯丙基硫脲等，以抑制細(xì)菌對(duì)含氮化合物的硝化作用。曾采用含有氯化銨的BOD稀釋水D1，分裝于培養(yǎng)瓶中，其中二份作含氮化合物測(cè)定，其余二份測(cè)定BOD5值，同時(shí)放人20℃條件保存，逐日分別測(cè)定BOD5、NH3-N、N02-N、N03-N的含量。
另將不含氯化銨的稀釋水D2，分裝于培養(yǎng)瓶中，每次二份，于20℃條件下保存。逐日測(cè)定加氯化銨與不加氯化銨的稀釋水BOD5值，從第二天開始直到第12天BOD5值均在0.2mg／L以下。兩組之間沒有明顯差異。與此同時(shí)，隨著培養(yǎng)天數(shù)的增加，氨氮含量也伴隨著減少。從第6天開始，N02-N被檢出，濃度為0．8μg／L，到2l天為O．2μg/L，檢出的濃度極微。N03-N從第9天開始被檢出，其含量為3．2μg／L，到第21天為3．16μg／L。為此可見硝化作用影響甚微，可以忽略不計(jì)。因此，在BOD稀釋水保存時(shí)，不必?fù)?dān)心硝化作用發(fā)生。
BOD稀釋水的純度是重要的影響因素。因此，國(guó)外主張稀釋水的BOB5值要求控制在0．2mg／L．以下，最佳為0．1mg／L。
1．3.2 接種的目的是向樣品中加入生物群以提高水中有機(jī)物分解的能力，在生活污水或未加氯的排放水和地面水中存在這些微生物，則沒有必要接種也不應(yīng)接種。當(dāng)水樣中微生物很少時(shí)，這時(shí)稀釋水應(yīng)進(jìn)行接種，所用的標(biāo)準(zhǔn)接種物質(zhì)是已在20℃條件下儲(chǔ)存了24～36h澄清的生活污水。
根據(jù)理論推算1mg的氨氮完全氧化時(shí)需要消耗4．57mg氧，其中生成亞硝酸鹽氮需消耗3．43mg氧，由亞硝酸鹽氮變成硝酸鹽氮消耗1．14mg氧。
日本工廠排水試驗(yàn)法JLSK0102中規(guī)定每稀釋1升水樣需添加N-(丙烯基)硫脲0．2～O．5mg，或在1升稀釋水中添加2-氯-6-(三氯乙烷)吡啶10mg，用以抑制硝化過程。
1.5水樣采取后應(yīng)立即進(jìn)行分析。
在采樣和分析樣品之間的儲(chǔ)存期，樣品有明顯的降解，可影響B(tài)OD值。若在15—20℃下放置數(shù)小時(shí)，可使BOD的含量減少二分之一。如置冰凍條件下保存3天時(shí)，其BOD值減少5％。日本《下水試驗(yàn)方法》中規(guī)定水樣在密封冷藏條件下須在9h內(nèi)測(cè)定。美國(guó)《水和廢水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)法》第15版規(guī)定了如樣品采集后不能在2h以內(nèi)開始分析，則應(yīng)在4~C或低于4~C保存，并在6h內(nèi)開始分析，當(dāng)不能在6h以內(nèi)分析時(shí)，則應(yīng)將儲(chǔ)存時(shí)間和溫度與分析結(jié)果一起報(bào)告，不可超過24h分析。
1．6．1樣品的預(yù)處理
(I)含有懸浮物質(zhì)的試樣，混勻后，取適當(dāng)?shù)捏w積分析。
(2)冬季采取水樣，冷卻保存時(shí)含氧量較高，藻類多的江、河、湖泊因光合作用也含有較多的氧，要注意夏季易使溶解氧出現(xiàn)過飽和，對(duì)于其它溶解性氣體多的水樣也要曝氣處理。
(3)中和：試樣呈酸性或堿性要用NaOH溶液[c(NaOH)=1mol／L]或用H2S04溶液[c
(H2S04)=0．5mol／L)中和至pH7左右。
(4)水樣中含有余氯為0．1mg／L時(shí)，短時(shí)間放置有時(shí)也會(huì)消失。氯含量高時(shí)除了用硫代硫酸鈉外，還可以用以下方法去除。
預(yù)先在100mL水樣中加入0．1gNaN3和lg的Ⅺ振蕩混勻后，再加入HCl使pH約為1。
以淀粉溶液作為指示劑，用亞硫酸鈉溶液[c(Na2S03)=0．025mol／L]滴定游離的12至藍(lán)色消失為止。另外，取試樣根據(jù)預(yù)先的滴定值，加入相應(yīng)量的亞硫酸鈉溶液，使殘留氯還原后，若有必要可用NaOH溶液(4Og／L)或鹽酸溶液(1+1)調(diào)節(jié)pn值至7左右。
(5)重金屬鹽有抑制微生物生長(zhǎng)的作用而影響B(tài)OD值。
日本弘擁正報(bào)道了抑制BOD各種金屬離子濃度分別為(mg／L)：Hg2+-0.5，Cu2+-0.5,Pb2+-50，Ni2+-5，Zn2+-10～20，Cr3+-2．5～5．O,Cr6+-10，Cd2+～5，C02+-5，這些金屬離子可使用中和，沉淀和離子交換消除。
(6)當(dāng)水中亞硝酸鹽大于O．1mg／L時(shí)，能游離碘使結(jié)果偏高2I-+2NO2-+4H+→I2+2H20+2NO加疊氮化鈉溶液消除亞硝酸鹽干擾的反應(yīng)如下:
2NaN3+H2S04—2HN3+Na2S04
HN3+HNO2→N2+N20+H20
(7)含有其他毒性物質(zhì)的水樣，這種水樣常需特別研究和處理。
1．6．3確定水樣稀釋倍數(shù)
由于水中有機(jī)物含量高，為了確定BOD的稀釋度，首先需測(cè)定耗氧量或化學(xué)需氧量值再推測(cè)出BOD值，為了防止失敗，通常采用不同階段稀釋法。
根據(jù)酸性高錳酸鉀法測(cè)得耗氧量(OC)通常以l～3除之，商即為水樣所需稀釋的倍數(shù)。如用重鉻酸鉀法測(cè)定化學(xué)需氧量(COD)則以4或5除之。
1．6．3．2 BOD測(cè)定操作中應(yīng)注意：
(1)為了測(cè)定可靠，最好同時(shí)培養(yǎng)2～3瓶，從測(cè)定值算出平均值。
(2)稀釋用的量器及BOD培養(yǎng)瓶要充分洗凈，因?yàn)楦弑断♂寱r(shí)，即使輕微的污染，也能影響B(tài)OD值。
(3)樣品稀釋時(shí)，水樣及稀釋水用虹吸管插入容器底部，輕輕流人防止產(chǎn)生氣泡。
(4)BOD培養(yǎng)瓶中裝入樣品時(shí)瓶?jī)?nèi)不能有氣泡，蓋瓶塞和封瓶口后，瓶?jī)?nèi)不可存在氣泡。
1．7．3一般認(rèn)為稀釋過的培養(yǎng)液在20℃溫度下，經(jīng)培養(yǎng)5天后溶解氧減少40～70％較為合適。減少量過多或過少都會(huì)帶來較大誤差，所以一份水樣應(yīng)同時(shí)做2～3稀釋度，最后只采用溶解氧降低在40％～70％之間的平均值為測(cè)定結(jié)果。
下表表示不同稀釋度的BOD5值。
表1
不同稀釋度的BOD5*
*葡萄糖和谷氨酸各為150mg／L；
**被稀釋的試樣在1升中的，mL數(shù)。
從表1看出稀釋67～40倍，氧消耗率為41．4～69％所得BOD5值最佳，用三者平均
數(shù)227+213+227／3=222mg／L報(bào)告結(jié)果。
1．8精密度據(jù)資料介紹，BOD的重復(fù)測(cè)定精密度為期不遠(yuǎn)5～10%，不同時(shí)間測(cè)定的精密度為15～30%
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