生化需氧量（BOD5）的几种测定方法研究

杜慧慧，王　伟，孙彦君，王秀梅，安亚红

（银川市环境监测站，宁夏银川750001）



生化需氧量（BOD5）的几种测定方法研究

杜慧慧，王伟，孙彦君，王秀梅，安亚红

（银川市环境监测站，宁夏银川750001）

摘要：分析测定地表水和污水中BOD5的三类常用方法的工作原理及操作过程，结果表明，微生物传感器法省工省时，但时效性差，且膜的使用寿命容易受到水样环境的影响；无汞压力法在测量环境复杂的水样时，相对偏差在5%左右；稀释与接种法影响因素多，测定复杂水样时，重现性差，相对偏差在5%～10%。建议将无汞压力法列入国家标准。

关键词：BOD5；微生物传感器法；无汞压力法；稀释与接种法

10.13358/j.issn.1008-813x.2016.03.23

水环境监测中BOD5是重要的监测项目［1］。BOD5测定方法众多但多存在局限性。稀释接种法（GB 7488-87）为我国目前BOD5监测的标准方法，但该法操作复杂，对人员技术要求高，且耗时长，不能迅速反映水体污染情况［2］。微生物传感器法速度快，但成本高，且方法适用范围有限。本研究对稀释与接种法、微生物传感器法、无汞压力法三种方法作了比较研究。

1　实验原理

1.1稀释与接种法

将稀释后水样在20℃下恒温培养5 d，根据培养前后溶解氧量计算水样BOD值（即BOD5）。1936年，美国公共卫生协会标准方法委员会采用了该方法，ISO/ TC-147推荐该法，GB 7488-87也采用此法［3］。

1.2微生物传感器法

微生物传感器由氧电极和微生物菌膜构成，采用流通测量方式，输出电流变化值与样品有机物的含量成正比关系，就此计算出BOD值。仪器经标准BOD物质校准后，直接显示溶液BOD值，20 min完成一个水样测定［4］。

1.3无汞压力法

无汞压力法在密闭培养瓶中溶解氧被微生物消耗，微生物因呼吸作用产生与耗氧量相当的CO2，当CO2被吸收剂吸收后，系统压力降低，根据压力计测得的压降可求出BOD值［5］。

2　试验部分

为保证数据的代表性，本实验选取有代表性的水样（地表水、生活污水、造纸厂废水、生物制药厂废水等），并用稀释与接种法、无汞压力法及微生物传感器法平行双样测定水样的BOD5值。

2.1主要仪器及参数

恒温培养箱SPX-150-II（上海跃进医疗器械有限公司）；生化培养箱TS606-G/4-i（德国WTW OxiTop）；BOD快速测定仪（赛普环保科技发展有限公司BOD-220B）。

2.2测定步骤

2.2.1微生物传感器法

葡萄糖-谷氨酸标准溶液（11 mg/L、22 mg/ L、44 mg/L），各取50 ml水样，其他水样（样1-5）依据CODCr值估算BOD5的浓度范围，确定稀释比后取适量水样，质控样为200243（129±10 mg/L，环保部标准物质研究中心标准样品）依次各加0.5 mol/L的磷酸盐缓冲溶液0.5 ml，放入自动进样器中，根据标准溶液曲线，自动读取各样BOD5（mg/L）值。

2.2.2无汞压力法

直接量取适量水样，加入转动转子，并在封口处放适量碱吸收剂，用传感器接头封严，生化培养箱中培养5 d后读数。

2.2.3稀释与接种法

稀释水：在容器内装入一定量的水，20℃曝气2～8 h，临用前加氯化钙、氯化铁、硫酸镁、磷酸盐缓冲液各1 ml/L，混匀。

水样：根据CODcr值取稀释系数为0.075，0.15，0.225估算出稀释倍数，以此再算出样品取样量，计算公式为：

稀释倍数=CODCr×0.075（0.15，0.225），取样量=350 ml/稀释倍数。

BOD5（mg/L）=（DO1-DO5）-（B1-B2）f1/f2

其中，DO1为水样在培养前的溶解氧浓度；DO5为水样在5 d培养后的溶解氧浓度；B1为稀释水在培养前的溶解氧浓度；B2为稀释水在5 d培养后的溶解氧浓度；f1为稀释水在培养液中所占比例；f2为水样在培养液中所占比例。

3　测定结果与比较

3.1测定结果及分析

水样种类不同，所含有机物不同及可生化程度不同，所采用线性关系不同［6-7］。本研究样品估算BOD5值范围见下表（表1）。

表1　被测样品BOD5估算范围

表2　三种方法测定结果

微生物传感器法测定时（见表2）发现，随稀释倍数的增加，相对偏差变大。样品较清洁时，数据稳定，重现性好。此时水样中溶解氧的氧分子能快速扩散通过薄膜，当电极附近的氧分子含量下降时，由于水体流动性，溶解氧能迅速扩散和补充，结果稳定。水样变复杂后，水样中毒性物质（如重金属、氯离子等）对水样中的有机物、还原性物质及微生物产生影响，干扰BOD5值的准确测定，尤其是水样中的各种化学元素（如Cd、Cr6+、Cu、Pb、Hg、Ni、Ag、Zn等重金属离子）和化合物（如消毒剂、有机农药等）会对微生物膜产生较大的毒性作用。若不消除干扰，会造成微生物膜被毒死，重复性（时效性）差等。

水质BOD5值无汞压力法测定目前国内暂无标准发行，其测量原理是模仿微生物自然生长环境，最大程度地模拟水质BOD5值自然递减规律，因此方法适用性较强。2001年，美国标准方法委员会将此法列入了美国《水和废水标准检测方法》中。此法（见表2）对较简单的水样，当BOD5小于5 mg/L误差较大，相对偏差在5%～15%之间，分析原因是水样中耗氧量低、有机物含量少，无汞压力法中生化条件对其影响不明显，BOD5值差别不大，使得测定结果误差较大。而且培养过程中因压缩机启动调节温度（制冷或加热）时产生的振动会产生传感器接头稍微泄漏，使得显示值出现微小下降；培养过程中有不被碱吸收剂（氢氧化钠、钾）吸收的气体产生，这些使得BOD5值较小的水样测量造成随机误差。但是，对环境较复杂的行业废水，BOD5处于5～1 000 mg/L时，不需稀释，直接量取规定量水样即可，且测定值重复性较好，平行双样相对偏差小，在5%左右，此法最大限度模拟自然环境，给微生物提供足够的溶解氧及与有机物充分混合的条件，反应速率加快，有机物生化效率高。

稀释与接种法（GB 7489-87）适用于2～6 000 mg/L的水样，当BOD5值过大时水样会稀释，误差大。有效稀释范围内，严格按测试步骤操作，数据具有时效性，结果比较准确，重现性也较好。

稀释与接种法（见表2）分别按照三个稀释倍数进行平行测定，结果显示，测定值的波动范围较大。对水样环境单一的标准溶液，测得数据有效，重现性好，精确度高。对较清的地表水（水样1），选择较小的稀释倍数，即选择CODCr值乘以0.075的稀释倍数，即能得到较好的数据结果，相对偏差在5%左右。对常见的行业废水（制药、化工、农药、造纸等废水），由于污水中有机物的结构不同，其生化降解过程所需时间也就不同，因此，用标准稀释法测定污水BOD5，其重现性差，波动范围大，分析误差在5%～10%之间。

3.2优缺点对比

由于水样环境复杂多变，三种方法各有利弊，且随稀释倍数的增大，相对偏差均随之变高。

用微生物传感器法测定时，测定速度快，省工省时，但是费用较高，且膜的使用寿命容易受到水样环境的影响，进行大批分析样品时，前期样品和后期样品分析时平行偏差较大。

稀释与接种法，被列为BOD5的国家环境保护标准使用方法，但使用过程繁琐，影响因素多，前后分析容易受外界因素干扰，要求分析人员具有熟练的分析技巧，并且配制合适稀释水，选用合适稀释倍数，才能更为准确、更真实地反映水中的有机物污染情况。

无汞压力法能自动记忆数据，更有利于数据的有效收集，省去了人工五日计时的繁琐，且在测量环境复杂的水样时，相对误差较小，但在清洁水样测定时，相对偏差变大。因此此方法对BOD5大于10的水样测定比较适用。

4　结论及建议

4.1结论

对于水样中水体干扰小，基本不含或含有极少的对微生物有毒害性的基体的水样（地表水、地下水及处理后的生活污水），3种方法测定的BOD5值较为接近，相对偏差均在5%左右。当水样环境复杂时，对BOD5有贡献的微生物含量较大，无汞压力法的相对偏差为5%～8%，而微生物传感器法和稀释与接种法均在10%左右。

研究表明，微生物传感器法和稀释接种法适用于地表水、地下水、浓度较低及组分较简单的生活污水（处理后）的日常监测；对组分复杂、毒性较大的污水，采用无汞压力法测量误差较小。

4.2建议

建议将无汞压力法列入国家标准，建立一种既方便又能真实反映水体环境，更为实用的国家标准方法。

参考文献

［1］杨艳，郝燕，刘晓梅.生化需氧量BOD5测定影响因素［J］.环境研究与监测，2011，24（2）：67-68.

［2］刘红霞，张清爽，王红霞.测定水中五日生化需氧量方法研究［J］.福建分析测试，2007，16（2）：113-114.

［3］曹阳.稀释与接种法测定BOD5的探讨［J］.环境工程，2014，32（增刊）：138-140.

［4］胡笑妍.微生物传感器快速测定水中BOD的研究与探讨［J］.中国环境监测，2008，24（3）：20-23.

［5］庄玉贵，叶瑞洪，邓加聪，等.差压式BOD5测定法的评价研究［J］.中国环境监测，2004，20（6）：35-37.

［6］司慧敏，张景馨，宋雅范，等.水质监测中BOD5与COD值相关性研究［J］.化学分析计量，2005，14（2）：50-51.

［7］王俊荣，张淑芬，韩永红.化学需氧量测定方法的研究进展［J］.中国环境管理干部学院学报，2007，17（3）：72-75，78.

（编辑：程俊）

A Study on Several Determination Methods of BOD5

Du Huihui，Wang Wei，Sun Yanjun，Wang Xiumei，An Yahong
（Yinchuan Environmental Monitoring Station，Yinchuan Ningxia 750001，China）

Abstract：The operation principles and processes of three common methods for BOD5determination in surface water and waste water were analyzed. The results showed that microbial sensor method can save time but has poor timeliness，and the service life of the film is affected by water environment. With no mercury pressure method，the relative deviation is about 5%when measuring water environment is complex. Many factors affect Dilution and inoculation method，reproducibility is poor and the relative deviation from 5%to 10%when measuring water environment is complex. So suggested that no mercury free pressure method should be incorporated into the national standard.

Key words：BOD5，microbial sensor method，mercury free pressure method，dilution and inoculation method

中图分类号：X832

文献标识码：A

文章编号：1008-813X（2016）03-0083-03

收稿日期：2016-03-29

作者简介：杜慧慧（1985-），女，河南商丘人，毕业于宁夏大学化学化工学院应用化学专业，硕士，工程师，主要从事基础水环境分析与研究工作。