生化需氧量测定中浊度的干扰改进研究

林鑫裕

（安溪县环境监测站，福建 安溪 362400）

0 引言

五日生化需氧量（BOD5）是指能被微生物所降解的水中有机物的总量，是反映水体有机物污染程度的综合指标。我国现行的国家标准分析方法是《水质五日生化需氧量（BOD5）的测定 稀释与接种法》（HJ 505—2009）[1]，其测定过程中的 pH、温度、余氯、重金属、稀释操作、接种液等相关因素已有大量分析[2-4]，但在实际的操作过程中，氧分压、水封效果及对含有较大颗粒物的样品的过滤操作，往往使实际结果产生偏差。本文采用荧光溶氧仪代替电化学探头法，应用氧分压干扰控制，用软垫密封具塞螺口瓶代替带盖棕色溶氧瓶，并在培养过程中进行电磁搅拌，优化改善BOD5测定过程，通过实际浊度样品的加标实验分析，研究改进其效果。

1 采取4 个改进措施的说明

1.1 溶解氧测量仪器的选择

在测量过程中使用电化学探头法，探头接触的样品需要通过磁力搅拌器保持0.3 m/s 的流速，但是测量过程中会把氧气还原而消耗溶解氧，在搅拌时也会使空气中的氧气融入样品，特别是经过5 d培养后的低溶解氧样品，其溶解氧难以保持较为稳定的状态，导致测量结果存在一定的偏差。荧光法溶解氧仪是目前较为先进的测量方法，相比于电化法有极大的优势[5]，具有反应时间短、无须搅拌、不消耗溶解氧、无须极化、抗浊度等特点，仪器的重现性可达0.01 mg/L，相对偏差低至0.06%[6]，更适合BOD5中溶解氧的测定，因此，本文实验部分选用荧光法溶氧仪。

1.2 氧分压的控制及改进措施

BOD5在测量前后要对溶液中的溶解氧进行测量，特别是对培养后的溶液中溶解氧的测量，由于在培养过程中溶解氧已被大量消耗，此时溶液里的氧分压与空气中的氧分压差异极大，打开瓶盖后空气中的溶解氧极易溶解进入样品，造成测量结果偏高。为避免这种偏差，本实验使用一个正压式（连续充氮气）零氧的密封操作箱，培养前可先驱赶培养瓶中的氧气再导流分装样品；培养后将样品置于操作箱内测量，可有效避免氧分压干扰。

1.3 实验用瓶的选择

本文实验部分用软垫密封具塞螺口瓶（图1）代替带盖棕色溶氧瓶（图2）。

图1 软垫密封具塞螺口瓶

图2 带盖棕色溶氧瓶B

实验过程使用浊度为0.05 NTU 的实验纯水以及浊度 10 NTU、20 NTU、50 NTU、100 NTU 的地表水共5 种水样，对于上述两种瓶子各20 个进行5 d水封效果检验（使用有色溶液水封）。传统带盖棕色溶氧瓶5 轮5 种水样密封不合格瓶数分别为1、4、10、20、20，水封合格率分别为 95%、80%、50%、0、0；而软垫密封具塞螺口瓶5 轮5 种水样密封不合格瓶数均为0，水封合格率均为100%，可见在实际水样中，稍有浊度的样品对传统带盖棕色溶氧瓶的水封效果有严重影响，因此采用聚四氟乙烯软塞加密封圈密封能有效避免这种干扰。

1.4 培养过程中的电磁搅拌

有浊度的样品易沉淀，部分有机物会随沉淀下沉，甚至被覆盖，不易被好氧细菌消化，而培养过程中的搅拌，能使沉淀的有机物充分被细菌消耗氧化，因此，对于有浊度的样品，在培养过程中进行搅拌是有必要的。

2 实验部分

2.1 主要仪器和器皿

（1）HQˉ40d 便携式荧光法溶氧仪（美国哈希）。

（2）SHPˉ80 生化培养箱（连华科技）、SHPˉ150 生化培养箱（上海森信）。

（3）500 mL 软垫密封具塞（聚四氟乙烯软塞）螺口瓶、带盖棕色溶氧瓶。

（4）自制充氮零氧BOD5手动测量操作箱，可在该箱内开瓶塞，伸入溶解氧探头测量。

（5）ZDˉ10A 浊度计（0～1000 NTU）。

2.2 主要试剂

（1）实验室纯水：符合《分析实验室用水规格和试验方法》（GB/T 6682—2008）规定的实验室蒸馏水。

（2）BOD5标准样品溶液：BOD 值为 1000 mg/L，由中国计量科学研究院出品。

（3）按（HJ 505—2009）驯化方法的菌液：取排污口下游河水，培养7 d 驯化的好氧细菌。

（4）实际浊度样品：取晋江西溪几条支流中较高浊度的地表水样，加入实验室纯水（浊度为0.05 NTU）配置成浊度约为 10 NTU、20 NTU、50 NTU、100 NTU的水样。

2.3 实验步骤

2.3.1 低浊度下两种培养瓶的比对实验

取大体积约12 L、浊度为20 NTU 的地表水，按（HJ 505—2009）实验步骤处理样品，包括去除余氯、调节pH、调节电导率、曝气15 min、匀质化等，然后迅速并准确地把样品平均分成两份，每份5 L（X、Y组），置于20 ℃恒温的培养箱内4 h；同时使用实验室纯水将1000 mg/L 的BOD 标液配置成200 mg/L的使用液；在X 组加入100 mL 实验室纯水，Y 组加入100 mL，每组再加入10 mL 接种菌液（充分搅拌）放于20 ℃培养箱内静置15 min，采用荧光法溶氧仪测量培养前的溶解氧，最后导流分别装入软垫密封具塞螺口瓶和传统带盖溶氧瓶内，每组5 瓶，瓶中同时放入一个电磁搅拌子，培养5 d，每天开启电磁搅拌至少3 次，每次30 min，培养结束后再采用荧光法溶氧仪控制零氧密封箱测量溶解氧。浊度20 NTU 水样实验分组如表1 所示。

表1 浊度20 NTU 水样实验分组

2.3.2 较高浊度下软垫密封具塞螺口瓶的培养实验

按2.3.1 相同的实验操作，用浊度为50 NTU、100 NTU 的水样，在X 组加入100 mL 实验室纯水，Y 组加入100 mL，全部用软垫密封具塞螺口瓶培养，实验分组如表2 所示。

表2 浊度50 NTU 和100 NTU 水样实验分组

2.3.3 实验过程中的说明和注意事项

对于标准（HJ 505—2009）来说，细菌消耗的溶解氧准确测量范围为2～6 mg/L，且实际样品受采样和样品匀质化的干扰大，因此只做这个范围内的试验。对于浊度较高的样品，应在混匀时快速分装到样品瓶，避免沉淀。荧光法溶解氧仪测定时读数要两次相差小于0.05 后才能记录。实验用的瓶子均应确保清洁、无毒性和无可生化降解的物质，特别是细口瓶，由于其难以刷洗，培养结束后，瓶内壁残留大量细菌，应使用洗涤液浸泡至少1 h 后再强力荡洗。

3 实验结果

3.1 低浊度下两种培养瓶的比对实验结果

由表3 数据可知，A 组（软垫密封具塞螺口瓶）未加标和加标样品两组数据的相对平均偏差分别为2.4%、0.7%，加标回收率为103%；B 组（带盖棕色溶氧瓶）未加标和加标样品两组数据的相对平均偏差分别为12%、5.8%，加标回收率为90%。结果表明，使用软垫密封具塞螺口瓶具有更佳的实际样品实验精密度和准确度。

表3 20 NTU 样品测试结果数据

3.2 较高浊度下软垫密封具塞螺口瓶的培养实验

由表4 数据可知，50 NTU 组未加标和加标样品两组数据相对平均偏差分别为3.1%、1.7%，加标回收率为98%；100 NTU 组未加标和加标样品两组数据相对平均偏差分别为2.9%、1.2%，加标回收率为103%。结果表明，使用软垫密封具塞螺口瓶受浊度的干扰很小，与（HJ 505—2019）的试验方法相比，其的精密度和准确度有大幅提高。

表4 50 NTU、100 NTU 样品测试结果数据

4 结语

实验结果表明，采用一系列的改进措施后，使用软垫密封具塞螺口瓶培养比传统带盖棕色溶氧瓶具有更佳的实际样品实验精密度和准确度，且使用软垫密封具塞螺口瓶受实际水样浊度的干扰很小，20 NTU、50 NTU、100 NTU 加标样品分析的相对平均偏差分别为0.7%、1.7%、1.2%，回收率分别为103%、98%、103%，相比于（HJ 505—2009）的试验方法，其精密度和准确度有大幅提高。