BOD5反推取样法在监测与分析中的应用

彭 鹭

（福建省南平环境监测中心站，福建南平 353000）

1 BOD5测定影响因素分析

围绕基于稀释接种法的BOD5测定分析可以发现，测定过程中多方面因素均会带来较为深远影响，如接种稀释水、温度、稀释倍数、毒害物质、溶液酸碱度等因素。以接种稀释水为例，其BOD5值和溶解氧均会对基于稀释接种法的BOD5测定造成影响。围绕某些工业废水和地面水进行分析可以发现，受有机物含量较多影响，这类水样的培养测定需要经稀释水稀释后进行，以保证培养过程中溶解氧充足并降低浓度。一般选择蒸馏水作为稀释水，不得采用去离子水，同时需要控制20℃±1℃温度，需至少进行1h 的曝气处理，以此得到溶解氧接近饱和的稀释水，稀释后水样的溶解氧充足程度可得到保障，一般需基于8～9mg/L 控制溶解氧，测定结果有效性会受到较低或较高的溶解氧含量影响，相关误差也会随之出现，如过低的溶解氧含量会导致水中的有机物不足以分解，此时需要进行1h 的开口放置，同时保证使用于24h 内。接种稀释水需要适量添加磷酸盐缓冲溶液、无机盐溶液、硫酸镁、氯化钙、三氯化铁，微生物生长的各类需要可由此满足。需基于7左右控制接种稀释水的pH，稀释水自身BOD5值需控制在0.5mg/L 内，接种稀释水自身BOD5值需控制在1.5mg/L 内，需对可能的污染来源进行检查。此外，还需要保证接种稀释水内不存在对微生物生长繁殖造成阻碍的物质。

进一步围绕稀释倍数进行分析可以发现，在基于稀释接种法的BOD5测定过程中，对于存在较少有机物含量、较高溶解氧含量的清洁地表水，生化培养可不经稀释直接开展，但对于成分复杂、受到污染的各类废水，生化培养前必须进行稀释处理。基于稀释接种法的BOD5测定必须得到正确的稀释倍数支持，如选择稀释倍数不当，最终将无法取得有效的实验结果，这种情况不仅会导致大量浪费，而且对已经发生组分变化样品的再测定意义也会随之失去，重新测定需要再次进行取样，基于稀释接种法的BOD5测定效率会受到严重负面影响。样品稀释需保证存在2mg/L 及以上的消耗溶解氧质量浓度，样品培养后剩余溶解氧质量浓度也需要在2mg/L 及以上，同时需存在1/3～2/3区间的试样中剩余溶解氧质量浓度。如稀释倍数无法准确选择，为保证基于稀释接种法的BOD5测定成功，一个样品往往需要采用2～3个不同的稀释倍数进行实验。结合工作经验分析可以发现，重铬酸钾测定化学需氧量可用于确定基于稀释接种法的BOD5测定过程中的稀释倍数。如8mg/L 左右的培养前接种稀释水溶解氧含量，培养后样品剩余溶解氧质量浓度在样品稀释中需在2mg/L 及以上，因此水样5d 消耗的溶解氧存在6mg/L 的最大值。围绕接种稀释水5d 生化需氧值进行分析发现，稀释水需存在0.5mg/L 以内的自身BOD5值，接种稀释水需存在1.5mg/L 以内的自身BOD5值，接种稀释水5d 生化需氧值的最小值为0.5mg/L，此时存在最大为6倍的稀释倍数，考虑到重铬酸钾测定的化学需氧量与BOD5最大值接近，因此可基于1/6CODcr 最为最大稀释倍数，每个稀释倍数相差需同时控制在2.14，由此可得到稀释倍数0.036CODcr、0.078CODcr，35%～75%的溶解氧下降率可由此满足，可生化指标较低样品需求也可同时满足。

2 BOD5取样量确定方法

结合上文研究可以了解到，多方面因素均可能影响稀释接种法的应用效果，结合《水和废水监测分析方法（第四版）》，设V为取样量，C1、C2分别稀释到1 000mL（用接种稀释水）时的溶解氧、经5d 培养后的剩余溶解氧，B1、B2分别为培养前接种稀释水的溶解氧、培养后接种稀释水的剩余溶解氧，f2为培养液中水样比例，f2=V/1 000，存在公式：

基于行业规范要求，需保证所取样5d 消耗溶解氧在2mg/L 以上，剩余溶解氧需同时大于1mg/L，因此该条件下最佳的经5d 培养后剩余溶解氧应为：

式（2）中f1为培养液中接种稀释水所占比例。应在较低范围控制(B1-B2)，结合行业技术规定进行分析可以发现，稀释水空白5d 耗氧量、接种稀释5d 耗氧量应分别控制在0.2mg/L 以下、0.1～1.0mg/L，但结合实际调研可以发现，稀释水耗氧量一般处于0.5mg/L 左右，因此取(B1-B2)值为0.5mg/L，由此在式（1）中带入假设条件，可得到：

式（3）中的取样未定之前无法对C1进行测量，同时需要在20℃制备接种稀释水，如水样偏离20℃，需迅速降低或提升水温至20℃左右，应在实验室选用适当方法，随后强烈搅拌，保证水样接近平衡大气中的氧，加到稀释水中的小部分水样此时拥有与稀释水基本相同的溶解氧含量，因此接种稀释水当日溶解氧浓度与C1基本相同，因此可使用B1代替式中的C1。由于水样中BOD5值需稀释测定时大多在0.5mg/L 以上，因此可忽略分母中可由此得到简化后的公式：

为应用反推取样法完成取样量公式的推算，需结合推导出的BOD5初步估计值，假设5d 后最佳状态检测结果为C2=1/2C1，因此基于式（4）计算即可取得最佳取样量，溶解氧消耗率在经5d 培养后为50%。一般情况下，如BOD5的真实值与估计值相差不大，应用式（4）即可求得实用性较高的取样量，基于该取样量经接种稀释水稀释并开展5d 培养，较为准确的检测结果也可顺利求得。

3 BOD5反推取样法在监测与分析中的具体应用

为直观展示BOD5反推取样法在监测与分析中的具体应用，证明BOD5反推取样法的实用性，本节将围绕基于对照法的质控样分析、基于对照法的考核样分析、对实际样品的分析开展深入探讨，探讨过程将结合某酒厂污水监测实例。

3.1 基于对照法的质控样分析

针对性分析质控样可以发现，已知存在50～100mg/L 范围内的BOD5值，此时将10.00mL 的质控样稀释至250.00mL。首先采用BOD5反推取样法对质控样开展针对性分析，估计存在70mg/L 的BOD5值，基于式（4）计算取样量，可得到取样量为65.29mL，式中取10.14mL 为C1的值，结合以往分析结果可以确定，如存在超过BOD5真值0.29～0.67倍的估计值，分析结果不会受到影响，因此取60mL 为取样量，具体计算中的C1、C2、B1、B2、f1、f2值分别为10.14mL、5.50mL、10.14mL、9.94mL、0.933 3、0.066 7，基于式（1）进行计算得到66.77mg/L 的BOD5值，对比（66.4±4.5）mg/L 的质控样分析结果，可确定相差不大。

围绕稀释接种法的应用进行分析，按照25倍、20倍、15倍稀释倍数分别取32mL、40mL、60mL 的质控样，稀释比分别为0.960 0、0.950 0、0.933 3，由此开展质控样分析可以发现，稀释倍数为25倍时，C1、C2、B1、B2、f1、f2值分别为10.12mL、7.29mL、10.14mL、9.94mL、0.960 0、0.040 0，(C1-C2)、BOD5值分别为2.83mL、65.95mg/L。稀释倍数为20倍时，C1、C2、B1、B2、f1、f2值分别为10.15mL、6.68mL、10.14mL、9.94mL、0.950 0、0.050 0，(C1-C2)、BOD5值分别为3.47mL、65.60mg/L。稀释倍数为15倍时，C1、C2、B1、B2、f1、f2值分别为10.10mL、5.50mL、10.14mL、9.94mL、0.933 3、0.066 7，(C1-C2)、BOD5值分别为4.60mL、66.16mg/L。通过计算可得到65.90mg/L 的BOD5均值。

3.2 基于对照法的考核样分析

考核样预测CODcr、BOD5估计值分别为86.53mg/L、＞40mg/L，取50mg/L。围绕BOD5反推取样法进行分析可发现，实取70.0mL，由此可得到C1、C2、B1、B2、f1、f2值分别为7.60mL、1.84mL、7.65mL、7.60mL、0.900 0、0.010 00，(C1-C2)、BOD5值分别为5.76mL、56.7mg/L，对比真值可以发现，56.7mg/L的BOD5值与其完全吻合，因此本文研究的BOD5反推取样法具备较高可行性

围绕稀释接种法进行分析，基于预测的20～60mg/L 的BOD5值，取10为稀释比，基于预测的40～120mg/L 的BOD5值，取20为稀释比，确定考核样BOD5采用14倍、12倍、10倍的稀释倍数。稀释倍数为14倍时，C1、C2、B1、B2、f1、f2值分别为7.63mL、3.47mL、7.65mL、7.55mL、0.928 6、0.071 4，(C1-C2)、BOD5值分别为4.16mL、56.9mg/L。稀释倍数为12倍时，C1、C2、B1、B2、f1、f2值分别为7.62mL、2.60mL、7.65mL、7.55mL、0.914 3、0.085 7，(C1-C2)、BOD5值分别为5.02mL、57.5mg/L。稀释倍数为10倍时，C1、C2、B1、B2、f1、f2值分别为7.60mL、1.84mL、7.65mL、7.55mL、0.900 0、0.100 0，(C1-C2)、BOD5值分别为5.76mL、56.7mg/L。可得到57.0mg/L 的BOD5均值，标准偏差、相对标准偏差分别为0.4、0.7%，CODcr 与BOD5（考核样）的比值为65.9%。

3.3 对实际样品的分析

为提升研究的实践价值，以福建省某酒厂作为污染源企业，结合近几年的监督性监测数据可以发现，存在介于400～1500mg/L 的某排污沟BOD5值，采样时未发现异常排污，基于BOD5反推取样法进行分析，估计存在700mg/L左右的BOD5值，开展针对性计算可确定取样量为6.57mg/L。实取7.00mL，基于0.090的稀释比稀释至700mL，可确定B1≈C1=10.20mL。采用BOD5反推取样法进行分析，可确定C1、C2、B1、B2、f1、f2值分别为9.90mL、2.20mL、10.20mL、10.00mL、0.900 0、0.010 0，(C1-C2)、BOD5值分别为7.70mL、750.2mg/L。

采用稀释接种法进行分析，按照25倍、20倍、15倍稀释倍数分别取30mL、40mL、75mL 的质控样。稀释倍数为25倍时，C1、C2、B1、B2、f1、f2值分别为9.80mL、6.70mL、10.20mL、10.00mL、0.960 0、0.040 0，(C1-C2)、BOD5值分别为3.10mL、725mg/L。稀释倍数为20倍时，C1、C2、B1、B2、f1、f2值分别为10.00mL、6.00mL、10.20mL、10.00mL、0.950 0、0.050 0，(C1-C2)、BOD5值分别为4.00mL、760mg/L。稀释倍数为10倍时，C1、C2、B1、B2、f1、f2值分别为9.90mL、2.00mL、10.20mL、10.00mL、0.900 0、0.100 0，(C1-C2)、BOD5值分别为7.90mL、770mg/L。通过计算可以确定，能够得到751.67mg/L 的BOD5均值。

4 结束语

BOD5反推取样法在监测与分析中具备较高应用价值。在此基础上，本文涉及的基于对照法的质控样分析、基于对照法的考核样分析、实际样品的分析等内容，则直观展示了BOD5反推取样法的应用路径。对比稀释接种法和本文研究方法可以发现，CODCr 法的稀释倍数求取在BOD5反推取样法中被省略，CODCr 法应用带来的环境污染和能源浪费减少，分析人员的工作效率提升、工作强度下降，相关实践的人力、财力也能够有效节约，BOD5监测与分析的经济效益可随之提升。