膜电极法与压差法测定废水BOD的对比研究

淮阳县环境保护局 许 娟

东莞市科蓝环境保护工程有限公司 张 霄

膜电极法与压差法测定废水BOD的对比研究

淮阳县环境保护局 许 娟

东莞市科蓝环境保护工程有限公司 张 霄

废水中含有大量的有机物，有机物在水体中被微生物降解时需要消耗溶解氧，在水环境监测分析中，通常利用有机物在一定条件下所消耗氧的量，来间接表示水体中有机物的含量。生化需氧量（BOD）是一种用微生物代谢作用所消耗的溶解氧量来间接表示水体被有机物污染程度的一个重要指标。其含义是在有氧条件下，好氧微生物氧化分解单位体积污水中的有机物所消耗的游离氧的量，单位为mg/L。

一般有机物在微生物的作用下，其降解过程可分为两个阶段：阶段一是有机物转化为CO2，NH3和H2O的过程，阶段二是NH3进一步转化为亚硝酸盐和硝酸盐的硝化过程。微生物对有机物的降解程度与温度有关，一般最适合的温度是15℃~300℃，所以在测定生化需氧量时一般以20℃作为测定的标准温度。在20℃条件下测定BOD时，一般易降解有机物在20d内基本完成阶段一的氧化分解过程，测定第一阶段的BOD需要20d，在实际工作时难以做到。为此又规定了一个标准时间，一般以5d作为测定BOD的标准时间，称为5日生化需氧量，以BOD5表示。它是衡量水体水质的重要指标，间接表征污水的可生物降解程度,是污水处理厂设计的重要参数，也是污水处理厂日常运转控制进水量的重要指标。

一、膜电极法和压差法测定废水BOD的原理

1.膜电极法—LB50型BOD快速测定仪工作原理。仪器采用微生物电极法，将微生物膜紧贴在极谱式溶解氧电极的透氧膜表面，即构成微生物电极。图1为该仪器的外观。

图1 LB50型BOD快速测定仪

工作原理为采用流通测量方式，即样品以流动方式通过微生物电极，微生物膜里含有大量好氧微生物，该微生物在富氧及有机物的环境下非常活跃，并对有机物具有广谱食性，适应性强。由于氧电极的输出电流与溶解氧的浓度呈正比关系，当不含有机物的液体通过流通池时，微生物的同化作用很小，透过微生物膜的溶解氧几乎没有减少。当含有有机物的溶液经过流通池时，微生物代谢异常活跃，消耗大量的溶解氧，在其线性范围内，消耗的溶解氧与有机物浓度呈正比关系，导致透过微生物膜的溶解氧相应减少，溶解氧电极测出溶解氧浓度的变化量，从而计算出BOD值。

2.压差法—880型BOD测定仪工作原理。将测好体积的水样注入培养瓶中，并用搅拌器连续搅拌，仪器放入培养箱中，控制培养箱内温度为20±1℃，待样品恒温后进行5日培养。样品中的有机物经过生物氧化作用，转变成氮、碳和硫的氧化物，在这个过程中，因瓶中样品溶解氧饱和，所以保证了足够的溶解氧。二氧化碳是从水中逸出的唯一气体，被氢氧化钠溶液吸收，瓶中大气压力下降的量，相当于微生物所消耗的溶解氧的量。水样的BOD值与瓶中大气压力减少的程度成正比关系，所以，BOD值可以由大气压力减少值来测定，增加或减少水样的量可以增加或减少大气压力减少值，这样操作者无须频繁的重复稀释步骤就能准确测量很宽范围的BOD5值。培养瓶中大气压力的变化值由半导体压力传感器来检测，经过电子电路的处理，最后有四位数码显示出被测样品的BOD值。

二、膜电极法和压差法测定几组标准溶液BOD的对比实验

准确度与精密度对比。

1.膜电极法。用BOD质量浓度分别为25mg/L、40mg/L、50mg/L、60mg/L、100mg/L的标准溶液做准确度和精密度试验，结果见表1。

表1 膜电极法测定结果

由表1分析可知，各测定样品相对误差＜4%，相对标准差在1%～6%，表明准确度和精密度均较好。

2.压差法。为检查仪器的性能和操作方法的准确性和可靠性，利用浓度均为150mg／L的葡萄糖和谷氨酸的混合物配制成的标准液进行BOD测试。葡萄糖-谷氨酸标准溶液的BOD标准值及不确定值为198+30.5mg／L。标样和接种液同时做平行测定。测定结果见表2。

由表2分析可知，压差法测定葡萄糖-谷氨酸标准溶液各平行样测量值的相对误差在-6.6%～7.1%，其准确度在国家标准质控规定相对误差±10%范围内；而相对偏差在-7.5%～6.0%，其精确度在国标质控规定相对偏差±15%范围内；该仪器压差法实验室内相对标准偏差为4.1%，因此压差法的准确度和精密度完全满足实际样品测定要求。

三、膜电极法和压差法测定废水BOD的对比实验

采用膜电极法和压差法对废水水样作对比实验，测得的数据是平行双样的平均值。平行样又称平行双样，是指在环境监测和样品分析中，只包括两个相同子样的样品。采集和测定平行样是实施环境监测质量保证的一项措施。平行样的测定结果在一定程度上反映了测试的精密度水平。在环境监测中，采集和测定平行样的百分比应根据样品的批量、测定的难易程度、有无质量控制等进行确定，一般不少于全部样品的10%。平行样的测定结果可根据标准方法所规定的界限进行判别合格与否，也可将测定结果点入质量控制图进行判别。此外，也可参考分析化学中所作的一般规定进行判别。本文，笔者采用平行双样法，实验结果见表3。

查表得t0.05=2.306，t＜t0.05，故两种方法测定结果之间无显著差异。

表2 压差法测定结果

表3 膜电极法和压差法测定废水BOD的对比实验

四、结论

膜电极法测定废水BOD操作简便、测量周期短、能迅速反应水质状况，能实现实时监测。避免了标准稀释接种法长时间培养以及人工操作引起的误差，微生物传感器快速法温度控制精度好，整个测量过程在恒温下进行，避免了硝化作用的影响。对可生化性好的水样测定稳定、重现性好。与标准稀释接种法长达5天的培养过程中众多的微生物代谢相比，膜电极法测定可生化性好的水样时，BOD波动范围小、精确度高，避免了五日生化稀释接种引起的结果偏差。压差法测定废水BOD具有直观性，直接读数，无需化学试剂滴定，避免了滴定操作引起的误差，节省操作时间，样品一般不需要稀释并具有累加性，可以随时了解生化状况，即不同时间BOD值。统计检验结果表明，用压差法测定水样的BOD其结果是准确可靠的。

实验结果分析表明，以上两种方法测定结果没有明显差异，膜电极法与压差法相比具有分析周期短、操作简便、快速、抗干扰性能好、自动化程度高且具有较高的精密度和准确度、结果可靠、适合大批量样品的测定等优点。因此在条件允许的情况下，膜电极法是测定废水BOD的首选方法。