水中五日生化需氧量测定的影响因素

贠萍(新疆生产建设兵团第八师生态环境监测站，新疆 石河子 832000)

0 引言

五日生化需氧量表示水体有机物和无机物在生物氧化作用下，所消耗溶解氧的量，是监测水质重要指标之一。稀释与接种法是测定五日生化需氧量具有准确性高的特点，但实际样品分析工作中情况复杂，本文根据实际工作中的常见问题进行实验测定分析。

1 原理

生化需氧量是指一定时间和条件下，分别注满水样的培养瓶置于(20±1 ℃)恒温恒湿生化培养箱内培养5 d±4 h，分别测定水样中溶解氧的浓度，由两者的溶解氧的浓度差值计算每升水样消耗溶解氧的质量，即BOD5值表示[1]。

2 研究方法

2.1 试剂材料

(1)主要试剂。硫酸锰溶液、碱性碘化钾溶液、1%淀粉溶液、磷酸盐缓冲溶液、硫酸镁溶液、氯化钙溶液、三氯化铁溶液、0.0125 mol/L硫代硫酸钠溶液。

(2)主要仪器设备。HWS-150恒温恒湿培养箱、10 L稀释瓶、250 mL培养瓶、50 mL酸式滴定管、100 mL量筒。

(3)实验方法。稀释与接种法：用充氧棒通过不少于8 h对稀释水进行空气曝气，使水中溶解氧接近于饱和状态，置于20 ℃恒温恒湿培养箱数小时，使水中DO(溶解氧)达8 mg/L左右，稀释水pH值为7.2，生化需氧量的值小于0.2 mg/L，24 h之内使用。

(4)采样方法。采样时不可搅动水底沉积物。采样器、静置容器和样品瓶用水样荡洗2～3次；采集的水样倒入静置容器中，自然静置30 min，使用虹吸装置取上怒发冲冠不含沉降性固体水样，移入样品瓶时，虹吸装置进水尖嘴应保持插到水样表层50 mm以下位置。采集时应注满样品瓶，使用标准分析方法规定的专用保存容器。

3 测定水中五日生化需氧量影响因素

(1)采集水样和保存水样对测定结果影响。采集量不小于1 000 mL采样瓶中并放置于在0～4 ℃的采集样品箱中避光运输并使标签完好保存，于24 h内尽快分析。在现场以高纯水代替水样作BOD5全程序空白试验，测定结果低于国标法规定的空白值0.2 mg/L，否则必须要查找原因[2]。

(2) pH值对测定结果影响。

pH值对结果的影响。若pH值低于6.5，生成微淡黄色的透明四价锰氢氧化物滴定的溶解氧浓度偏低不到1.0 mg/L；若pH值高于7.5，反应向反方向进行，不产生显色反应，溶液变为浑浊为无色而无法滴定，溶解氧浓度值为零。对同一水样，改变其pH值，加入1.0 mL硫酸锰溶液，2.0 mL碱性碘化钾溶液，待棕色沉淀物降至瓶内一半时，再加入2.0 mL硫酸，放置暗处5 min后测定其浓度值，经过多次实验表明pH值为2.0～6.0时溶解氧浓度为0.1～5.0 mg/L；pH值为6.0～7.0时溶解氧浓度为5.9～7.0 mg/L；pH值为8.0以上时，溶解氧出现无色浑浊，浓度值为0.0 mg/L；即：pH值＜6.5溶解氧浓度偏低，pH值＞7.5溶解氧浓度为零，pH值在6.5～7.5左右时滴定浓度值最准确。

由于水体中的微生物大多适合在偏中性和弱碱性环境中生存，稀释水中加了磷酸盐缓冲液后，对于酸性或碱性的废水起不到充分中和作用，应先用pH试纸对废水进行pH值范围的测试，再用氢氧化钠或盐酸调至pH值近于7；若水样酸度或碱度偏高，用高浓度的碱或酸液进行中和，在操作过程沿瓶壁缓慢加入高浓度的碱或酸液不要带入气泡，避免对样品测定结果影响必须在滴定分析样品之前将样品pH值调至7[3]。

(3)溶解氧浓度对测定结果影响。溶解氧浓度与水温成反比，水温高溶解氧浓度低；水温低溶解氧浓度高。为此严格控制样品的溶解氧浓度，当溶解氧浓度低于2 mg/L时不能给微生物提供充足的溶解氧，用稀释与接种方法提高水中的溶解氧浓度。

(4)水温对测定结果影响。水温温度变化可直接影响测定结果。采集水温较低的水域、富营养化湖泊或含有过饱和溶解氧的样品应将样品升温到20 ℃左右，在不满瓶的情况下充分振摇，并开塞放气，赶出过饱和溶解氧；若采集水温较高水域或废水总排污出口的样品，使冷却至20 ℃左右，充分振摇，与空气中氧分压接近平衡。分析样品的水温控制在20 ℃左右对测定结果影响最小。

(5)培养时间对测定结果的影响。在测定地表水生化需氧量(BOD5)分析中，培养时间对测定结果影响较大。以取样量为420 mL水样缓慢倾入体积为1 000 mL的量筒中，用稀释水定容至700 mL地表水分析为例，用0.0125 mg/L浓度的硫代硫酸钠浓度滴定BOD5值、DO值与空白浓度值。实验结果表明：滴定当天地表水空白值与样品的溶解氧值分别为7.00 mg/L和6.00 mg/L，当培养时间＜5 d-4 h时，空白溶解氧值为0.8 mg/L与样品溶解氧值为5.1 mg/L，BOD5浓度值为1.4 mg/L，溶液显色不完全，BOD5浓度、DO浓度会随着培养时间增大而减小；培养时间为5 d±4 h时空白溶解氧值为0.10～0.20 mg/L与样品溶解氧值为3.95 mg/L，BOD5浓度值3.3 mg/L,溶液显色稳定，BOD5浓度值DO浓度值准确；培养时间＞5 d+4 h时空白溶解氧值为1.0 mg/L与样品溶解氧值为5.1 mg/L，BOD5浓度值为1.5 mg/L，BOD5浓度值DO浓度值也会随时间减小，培养时间在5 d±4 h范围间最适宜[3]。

(6)恒温恒湿培养箱温度对测定浓度的影响。测定生化需氧量过程中，恒温恒湿箱培养的温度每相差1 ℃会则会引起5%的误差，使微生物的活性提高，严格控制水样样品温度在20±1 ℃，确保结果的准确度和精密度。当温度为＜20-1 ℃时，五天前DO浓度为7.00 mg/L，五天后DO浓度为7.10 mg/L，消耗溶解氧浓度值偏高，BOD5浓度值为负数，结果不合格；当温度为20±1 ℃时，五天前DO浓度为7.00 mg/L，五天后DO浓度为6.90 mg/L，BOD5浓度为0.10 mg/L，消耗溶解氧较完全，稀释水空白BOD5浓度值＜0.2 mg/L结果合格；温度＞20+1 ℃时，五天前DO浓度为7.05 mg/L，五天后DO浓度为5.30 mg/L，BOD5浓度为1.75 mg/L，消耗溶解氧浓度略低，未满足稀释水空白BOD5浓度值＜0.2 mg/L标准要求，结果不合格；因此控制培养温度20±1 ℃为宜。

(7)影响空白值的因素。影响空白值的试剂主要为硫酸锰、配制硫酸锰，要选择溶于水不溶物含量＜0.005，重金属＜0.002，镍＜0.02的试剂，否则易出现浑浊，空白值偏高；空白值还与磷酸盐缓冲液，硫酸镁，氯化铁及放置时间有关，放置时间为30 d，否则会使空白值偏高且不稳定，随放置时间延长，影响测定结果准确性。在4 ℃冰箱中冷藏，放置可达半年而空白值无明显增大。

(8)实验用水的影响。实验用水为导入新鲜蒸馏水和纯水机制备的超纯水作为稀释水，曝气大于5 h,瓶口盖以两层干净的纱布，使水中的溶解氧接近饱和，水中溶解氧含量达到8 mg/L，通过分析的实验用水为蒸馏水和超纯水BOD5空白浓度值分别为0.15～0.18 mg/L之间，溶解氧浓度值小于0.2 mg/L；稀释接种法用蒸馏水或纯水代替空白样品，BOD5空白浓度值分别为1.0～1.5 mg/L之间，溶解氧浓度值小于1.5 mg/L，即：蒸馏水和超纯水的实验用水为合格并满足实验用水要求。若溶解氧测定结果超过1.5 mg/L，应检查污染来源。

(9)稀释与接种液和非稀释与接种液对测定结果的影响。配制过程中的玻璃器皿要清洗干净，用分析纯以上化学试剂、配好的稀释水与接种液在24 h之内使用。来源不同接种液会对空白值产生影响，以采集城市城镇污水处理厂出口生活废水作为接种液和不用接种液的分析空白浓度值为例：城市城镇污水处理厂出口以生活污水作为接种液，五天前测定DO浓度值分别为7.65～7.70 mg/L,五天后测定DO浓度值分别为6.60～6.40 mg/L，实际DO浓度值分别为1.1～1.2 mg/L，即：BOD5空白值小于1.5 mg/L，有利于微生繁殖生长；选择酸性或碱性高温工业废水的接种液含有有机物重金属及氧化还原物等物质及微生物，五天前测定DO浓度值分别为7.70 mg/L，五天后测定DO浓度值分别为6.10～6.00 mg/L，实际DO浓度值分别为1.6～1.7 mg/L,经过五天培养时间培养造成实际浓度结果偏差较大，使BOD5空白值高于1.5 mg/L，不合格。表明以城市城镇污水处理厂出口生活废水作为接种液的BOD5空白值准确性高。

(10)稀释倍数对测定结果精密度和准确度的影响。编号为200255的BOD5环境标准样品浓度为74.7±4.9 mg/L来确定稀释倍数。根据用已知样品的BOD5真值与已知样品BOD5中的测出CODcr值及(BOD5/CODcr)的比值R估计BOD5的期望值来确定样品的稀释倍数，并分别配成低37.5±2.4 mg/L、中74.7±4.9 mg/L、高143.9±9.8 mg/L三种不同浓度来确定稀释倍数，分别为10倍、20倍、50倍，低浓度测定结果分别为38.8 mg/L、36.4 mg/L、37.1 mg/L、38.1 mg/L、39.0 mg/L、36.2 mg/L，平均值37.6 mg/L，标准偏差1.21 mg/L；中浓度测定结果分别为78.4 mg/L、72.2 mg/L、70.6 mg/L、77.6 mg/L、73.6 mg/L、74.0 mg/L，平均值74.4 mg/L，标准偏差3.04 mg/L；高浓度测定结果分别为140.2 mg/L、142.2 mg/L、141.3 mg/L、146.7 mg/L、145.8 mg/L、149.2 mg/L，平均值144.2 mg/L，标准偏差3.53 mg/L；测定结果的相对标准偏差RSD分别为3.2%、4.1%、2.4%[1]，说明上述稀释倍数的方法准确度和精密度良好。

4 解决常见干扰及消除方法

(3)放置样品的贮存时间对测定结果影响。放置不同类型样品的贮存时间对测定结果BOD5浓度值有影响。现以采集有机废水(石河子污水处理厂总排口)和无机废水(以硫酸、纯碱为主生产的典型化工厂的总排口废水)样品分别放置4个时间段各3个样品为例。有机废水放置6 h时 BOD5测定结果浓度3.00 mg/L、2.95 mg/L、2.00 mg/L；24 h时 BOD5测定结果浓度3.00 mg/L、3.22 mg/L、2.35 mg/L；浓度值相对稳定没有太大变化，36 h时 BOD5测定结果浓度3.10 mg/L、3.30 mg/L、2.55 mg/L；48 h时 BOD5测定结果浓度7.70 mg/L、6.80 mg/L、6.90 mg/L；4天内相对标准偏差(RSD%)分别为55.6%、44.9%、67.0%。无机废水放置6 h时 BOD5测定结果浓度2.05 mg/L、3.10 mg/L、1.22 mg/L；24 h时 BOD5测定结果浓度2.10 mg/L、3.15 mg/L、1.25 mg/L；浓度值相对稳定没有太大变化，36 h时 BOD5测定结果浓度2.15 mg/L、3.20 mg/L、1.29 mg/L；48 h时 BOD5测定结果浓度2.20 mg/L、3.30 mg/L、1.30 mg/L；四天内相对标准偏差(RSD%)分别为3.0%、2.7%、2.9%。结果表明：有机废水放置时间大于24 h样品浓度偏高，相对标准偏差过高；含量较少地表水放置培养时间小于6～48 h样品浓度相对稳定没有太大变化，相对标准偏差偏低，浓度值准确。样品中的有机物与空气接触后受贮存放置时间影响，已不是原样品，BOD5浓度值变化较大，重新选择分析。有机废水样品采集后应尽可能快在6 h内进行分析，在任何情况下，贮存放置时间不应超过24 h。有机废水放置时间过长使样品中的微生物发生氧化反应从而影响测定结果准确性。无机废水贮存放置的时间，对BOD5测定结果浓度值影响不大[4]。

5 结语

(1)五日生化需氧量是水质有机污染常用的重要指标参数。用稀释与接种法测定水和废水五日生化需氧量的影响因素进行系统探讨和讨论，对样品浓度值及空白值的影响因素的解决、干扰及消除方法等问题进行探索。(2)研究了生化需氧量测定过程中常见的干扰及消除方法，并提出建议。(3)通过国家环境标准样品及废水样品分析验证得出国标HJ 505—2009五日生化需氧量测定中样品的pH值、培养温度20±1 ℃、培养时间5 d±4 h、贮存放置时间、选用经过校准合格后仪器设备、分析纯以上试剂、样品预处理及根据BOD5/CODcr的比值R估计BOD5的期望值确定样品的稀释倍数等因素对测定样品及环境标准样品的BOD5，分析要求满足这些因素条件并保证分析结果的准确性和精密性。

HJ 505—2009稀释与接种法测定生化需氧量时常见干拢有样品的氧化物质，水样呈酸碱性等有毒物质同，常见消除干扰消除方法如下：

(1)稀释法。对清洁的地表水在生化需氧量测定，一般采用叠氮化钠，碘量法消除干扰。

(2)接种法。对不含或少含微生物废水，将水样pH值调至6.5～7.5之间，一般生活污水中微生物降解有机物和剧毒物质将驯化后的微生物引入水样中，将水样样品pH值调至中性，温度调至20 ℃左右进行以城市城镇污水处理厂出口生活废水作为接种液接种，接种法几乎可消除所有常见干扰，建议使用该方法。