环境水样中生化需氧量测定方法研究进展

杜 美，钮朝霞，杨 蕾，王清琪

(上海市崇明县环境监测站，上海 崇明 202150)



环境水样中生化需氧量测定方法研究进展

杜 美，钮朝霞，杨 蕾，王清琪

(上海市崇明县环境监测站，上海 崇明 202150)

摘要：指出了生化需氧量(BOD)是在水质评估方面使用最为广泛的标准之一。这种分析方法较为费时(一般为5 d，BOD5)，其结果可能会因实验室培养液中的微生物的多样性而产生一定的波动。主要探讨了测定技术的特点和在以往文献中用到的主要方法，并分析了其各自的性质和优缺点。

关键词：生化需氧量； 测定； 研究进展

1引言

生化需氧量(BOD)在1908年被英国皇家委员会选定为测定污染河流中有机污染物的指标。这个参数被定义为在特定条件下，微生物将水中的有机物分解时所消耗的溶解氧的量。而在这个分解过程中，主要包括两个阶段：碳化和硝化。碳化阶段主要是微生物将水中的有机物分解生成二氧化碳和水，一般在20 ℃下，20 d左右的时间范围内可以完成。而硝化阶段主要是硝化细菌在与结构中含氮的有机物或是氨发生作用，最终的生成产物一般为亚硝酸盐和硝酸盐，这个过程的完成大概需要100 d。通常水样在经过长达5 d的生物氧化后，可以基本完成碳化阶段并开始进入硝化阶段，因此，国内外普遍规定在20±1 ℃的温度条件下将待测水样培养5 d，并且测定样品水样在培养前后水中的溶解氧的值，前后所得值相减即得BOD5，单位为mg/L。比较传统的测定生化需氧量的方法为稀释接种法[1]，即在20 ℃温度条件下将含有营养液的水样接种稀释后培养5 d，并测定培养前后的水样中溶解氧的量。这种方法虽然较其他方法来说需求条件比较容易满足，但其缺点也不容忽视，即所需的测量时间较长，不能在短时间内测定出水质的真实状况。因此快速测定BOD的研究方法成为了研究热点。

2微生物传感器法

普通的BOD传感器一部分是氧电极，另一部分是微生物菌膜，在测量样品水样时，首先要将充满饱和溶解氧的水样放置于流通池中，在与微生物传感器充分发生反应后，样品中的有机物在与微生物膜中已经存在的生物细菌发生生化降解反应，使得水样中的溶解氧有一定的损耗，而此时的氧的量在氧电极的表面也开始减少[2]。当水样中的有机物在降解的过程中向微生物菌膜的扩散达到速度上的稳定时，同样的，氧电极表面上的氧质量损耗也达到了一个平衡，因而产生一个恒定的电流。根据恒定电流和氧质量的损耗存在一个定量的关系，可以通过计算得到水样中的BOD。传统的BOD5测定需要较长的时间，而该方法刚好相反，可以在短时间内进行测定，做到了节省时间并且可以在线连续测定，为环境检测工作带了很大的便利。其次，由于在这种方法中采用的是单一菌种，对有毒有害的物质能够产生较强的耐受性，特别是在对工业生产中产生的污水废水，其测定值更加稳定。再次，该种方法的测定精度较好，采用仪器操作避免了人工滴定所带来的误差，并且其对温度的控制也有所提高，可以避免由于温差的出现而带来的误差。但该种方法仍然存在这一定的局限性，如测定多组分和含有高浓度聚合物的废水时缺乏可靠性，对废水中的部分有毒物质缺乏免疫性，不能够实现在野外的监测以及其传感器的维护方面比较繁琐等。

3压差法

样品中的可降解有机物被生物进行氧化后，转变为氮、碳、硫的氧化物，而从水样中释放出来二氧化碳气体被氢氧化钠吸收后使得培养瓶中的空气压力减小，由此换算得到微生物消耗的溶解氧量，从而可以通过测定空气压力的差值来得到BOD值。该方法在测定 BOD值时可以直接读取压力数，在操作上较为便捷，并且可以进行生化过程中的动力学研究。但是此方法的分析周期仍然需要耗费5 d的时间，并不适合进行大量的分析。

4活性污泥曝气降解法

在温度为30～35 ℃的条件下，利用活性污泥对样品进行强制性的曝气降解，2 h以后，再使用重铬酸钾对生物降解前后的样品进行消解。通过对生物降解前后的COD值作差，可得到 BOD的值。该方法操作简便，快捷，结果准确，但是不能够准确的测定培养瓶中的气体体积，因此该方法并未在日常监测中获得广泛应用。李国刚[3]等人在报道中提出若能在曝气培养过程中适当的调整提高控温精度，提高自动化测定的水平，那么该方法也可以用于在线的连续监测。

5近红外光谱法

采用近红外光谱法测定水样时，需先通过了解水样的近红外光谱范围，然后通过对照水样中有机污染物在近红外光谱中的信号取得样品的近红外光谱，并通过曲线计算水样的BOD5值。何金成等[4]还根据近红外光谱法建立了一个可以实现在线实时测定BOD值的方案构架。近红外光谱法所需测时短，易操作，对样品的破坏性不强，但是如何将样品中的近红外光谱数据，通过模型即时准确地直接转换为BOD值仍然是当前研究的重点和难点。

6增温法

通过提高温度来减少培养时间是增温法的主要原理。通过这种方法来测定BOD值能够大大的缩短测定时间。在测定过程中，微生物在较高温度下的生长速率以及其生物活性得到了相应程度的提高，同时，在水样中进行生物降解的过程中，有机物也在被迅速的消耗掉。可加升温过程对测量时间的缩短是有着巨大的贡献的。虽然在样品中存在着各种种类的有机物质，难免会因此而产生时间上的差异，但是这种误差可以忽略不计。

7重铬酸钾紫外光度法

通过将待测样品用活性污泥降解，在用紫外光对经重铬酸钾消解前后的样品进行扫描，测定重铬酸钾的量，通过计算得到相应的COD值，取其差得到了BOD值的方法叫做重铬酸钾紫外光度法，该方法在具备操作简便，适用性强的优点的同时，也具备测定的精度和准确度高的特定，特别适合污染水样中的有机物质的测定。但其在实验测定的稳定性和软件设计等方面仍然需要提高。刘廷良等[5]在报道该方法时提到，该法主要适用于造纸、石化、印染、制革、酿造、冶金、制药、化工食品加工、生活污水等废水及处理后排放水中化学需氧量的测定，并且该方法克服了标准方法测定耗时的缺点, 可及时为污水处理工艺提供监测数据。

8分光光度法

分光光度法采用Ⅰ3-结晶紫-聚乙烯醇(PVA)体系，以碘酸钾配备标准溶液进行对照，测定培养5 d前后的水样溶解氧浓度，通过与碘化钾反应生成Ⅰ3-与结晶紫相互作用形成带电中性离子的缔合物，在550 nm的峰位置出现最大吸收值，通过分光光度法对水样前后的溶解氧的测定计算可得BOD5值。沙鸥等[6,7]利用碘酸钾-淀粉光度法对标准水样中的BOD5进行测定、以及用葡萄糖-谷氨酸配备的标准溶液和从污水厂进出口中的污水水样进行测定，所得到的测定结果和国家标准方法中的测定结果一致，同时，也得出了高方法在测定时能够节省试剂和样品，对样品的测定误差小，灵敏度高的特点和优势。该方法在对环境监测中同BOD5值的方法改进上提供了一个更加精确灵敏的测定方法。

9紫外曝气法

紫外(UV)曝气法是利用紫外光线的照射对样品进行扫描，样品中的有机物质对紫外光线进行吸收，得到的吸收值可分析得出对应的有机物种类，而水样中结构复杂，毒性大难降解的有机物种的吸收值往往也很大。UV曝气法首先对样品进行曝气处理，该处理过程在生化处理池中进行，而后在经过生物膜对水样中的有机物质进行生物降解，最后再将污水样品排出，通过对实际情况的模拟进行测定，得到最终的BOD值的测定。并且通过该方法测定得到的BOD值的实际性和真实性要强于通过传统方法测定得到的BOD5值。不仅如此，由该方法在环境监测中的BOD值测定，特别是在对各种类型的水体中的有机污染物的评定方面，以及对相关处理设备的运行参数调整方面均具有实际的指导意义[8]。

10BOD在线检测法

由于现代社会在环境保护管理，污染控制监管方面的要求越来越高，所以在生化需氧量的测定方面，在实现在线检测方面也出现了大量的研究。

生物反应器法在基于传统的BOD测定的稀释接种法上，利用生物反应器内的特殊中空材料的特性吸附了大量微生物。当待测样品进入到反应器后，微生物可迅速降解水中的有机物质，而通过测定样品反应前后的溶解氧的量，就可以根据内置标准曲线得到BOD值。并且可以利用多个反应器同时工作，实现在线监测的要求。

目前能够达到在线监测要求的方法还有微生物电极法等。

11结语

生化需氧量作为环境保护部门在水质监测方面的一项重要的指标，能够实现对该指标的快速准确地测定意义重大，而目前生化需氧量在测定方面仍然受到多个方面的影响，如水质的污染程度、生物细菌的存在种类等，使得生化需氧量在测定方面存在着一定的阻碍。而随着人类社会对环境保护的要求和意识的加强，所以在环境检测方面，对生化需氧量的实时监测和快速准确及稳定地得出结论仍存在着挑战。为此，众多的环境检测工作者和研究人员也要再接再厉，共同将环境检测事业迈进一个新的征程。

参考文献：

[1]张静,崔建升,刘辉,等. 生化需氧量(BOD5)测定方法进展[J]. 河北化工, 2006(1):12～15.

[2]倪红梅, 慕春梅, 郭玉华. BOD5测定的简捷方法研究[J]. 内蒙古环境保护, 2006, 18(1):39～40.

[3]李国刚, 王德龙. 生化需氧量(BOD)测定方法综述[J]. 中国环境监测, 2004, 20(2):54～57.

[4]何金成, 李素青, 张性雄,等. 近红外光谱法快速测定废水生化需氧量[J]. 福建农林大学学报(自然科学版), 2007, 36(2):190～193.

[5]刘廷良, 郭敬慈. 化学需氧量(COD(Cr))和生化需氧量(BOD5)的快速测定：重铬酸钾紫外曝气法[J]. 中国环境监测, 1999(2):9～11.

[6]沙鸥, 马卫兴, 郭妍,等. 碘酸钾-淀粉光度法测定水样中生化需氧量(BOD5)[J]. 冶金分析, 2008, 28(7):23～27.

[7]沙鸥, 马卫兴, 钱保华,等. 碘-淀粉光度法测定水中溶解氧含量[J]. 理化检验:化学分册, 2009(4):448～450.

[8]周文献, 郭敬慈. 紫外曝气法快速测定BOD[J]. 中国环境监测, 1995(1):16～18.

收稿日期：2016-04-09

作者简介：杜美(1987—)，女，助理工程师，硕士，主要从事环境监测工作。

中图分类号：X832

文献标识码：A

文章编号：1674-9944(2016)10-0041-03