向文毓 徐惠敏 方繼敏 單子睿

(武漢理工大學(xué)資環(huán)學(xué)院，湖北 武漢 430070)

一、引言

由于現(xiàn)代化工技術(shù)的發(fā)展，人工合成有機(jī)物無論是種類還是數(shù)量都急劇上升，造成各類水體中有機(jī)物含量也越來越多。生化需氧量(BOD)的測(cè)定對(duì)水體水質(zhì)分析具有重要意義。目前測(cè)定BOD方法主要可以分為兩大類，一類是國(guó)際公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)稀釋法。另一類即除稀釋法外的BOD快速測(cè)定方法。

二、標(biāo)準(zhǔn)稀釋法

標(biāo)準(zhǔn)稀釋法，也叫作稀釋接種法。其原理是通過測(cè)定生化反應(yīng)前后水樣中溶解氧量的差值來計(jì)算BOD。具體操作過程是將水樣或稀釋水充滿溶解氧瓶，在20℃恒溫下將水樣培養(yǎng)一段時(shí)間，可得水樣消耗溶解氧量，即為BOD。該方法經(jīng)過不斷完善，發(fā)展為現(xiàn)在的五日培養(yǎng)法，即BOD5。

作為測(cè)定BOD的國(guó)際方法之一，操作得當(dāng)時(shí)，該方法準(zhǔn)確度高，可比性強(qiáng)。但在實(shí)際工作中，由于生化反應(yīng)過程復(fù)雜，其影響因素很多。水樣的存放時(shí)間、以及恒溫箱中培養(yǎng)時(shí)間等，均會(huì)使測(cè)定準(zhǔn)確度降低。除此之外，溫度能直接影響微生物的生長(zhǎng)繁殖速率，也會(huì)引起溶解氧的變化。許多金屬如銀、汞等和某些化合物如酚、乙醇、甲醛等對(duì)微生物新成代謝有抑制作用，影響B(tài)OD的測(cè)定結(jié)果。除上述之外，因水樣中微生物少而加入的接種液的質(zhì)量、因水樣中有機(jī)物較多而稀釋水樣的倍數(shù)等也是影響B(tài)OD測(cè)定的重要因素。

三、BOD快速測(cè)定方法

經(jīng)過大量科學(xué)家的不斷研究，在稀釋接種法的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了很多BOD快速測(cè)定方法。這些方法大致可以分為兩類，一類是以稀釋接種法為基礎(chǔ)的，以測(cè)定生化反應(yīng)前后的耗氧量為目標(biāo)的方法，另一類是以直接分析水樣中有機(jī)污染物含量為目標(biāo)的方法。無論是哪種方法，都是建立在越來越發(fā)達(dá)的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)上的。

(一)微生物電極法

微生物電極法是一種將微生物技術(shù)與電化學(xué)檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合的測(cè)定BOD的方法。當(dāng)把微生物電極插入水樣時(shí)，水樣與微生物電極接觸，膜中的微生物發(fā)生同化作用而耗氧，使進(jìn)入氧電極的氧氣分子減少，電極輸出的電流減小，并在幾分鐘后降至一個(gè)新的恒定值，從而得到BOD值。在此基礎(chǔ)上，大量科學(xué)家從電極膜入手，對(duì)電極膜制備和微生物菌種的篩選進(jìn)行了更為深入的研究，使之不斷發(fā)展進(jìn)步，多種BOD微生物傳感器相繼問世。與傳統(tǒng)的稀釋法相比，該方法簡(jiǎn)便快捷，在環(huán)境日常監(jiān)測(cè)及應(yīng)急監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。但是，由于BOD本身的特殊性，該法也具有局限性。如對(duì)電極膜上的微生物有毒害作用水樣不適合用該法測(cè)定，例如含有農(nóng)藥、殺菌劑等的廢水。

(二)活性污泥曝氣降解法

因活性污泥具有一定的特殊性，可培養(yǎng)適應(yīng)特定成分的微生物，所以活性污泥曝氣法常用于測(cè)定工業(yè)廢水。測(cè)定方法為，在活性污泥環(huán)境中，將樣品強(qiáng)制曝氣一段時(shí)間，使之降解，再用重鉻酸鉀消解降解前后的樣品，測(cè)定其降解前后的化學(xué)需氧量，其差值即為BOD。但用該方法測(cè)定BOD時(shí)應(yīng)注意，水樣中不應(yīng)含有較高對(duì)活性污泥中微生物不利的成分。因活性污泥的局限性，目前這種方法在常規(guī)檢測(cè)中還沒有廣泛應(yīng)用。

(三)測(cè)壓法

測(cè)壓法是近年來新興的BOD測(cè)量法，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)方法委員會(huì)已于2001將此法列入美國(guó)《水和廢水標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法》中，但其在我國(guó)應(yīng)用不普遍且未列入國(guó)標(biāo)。該法與稀釋接種法(簡(jiǎn)稱傳統(tǒng)法)相比，有很多優(yōu)勢(shì)，操作便捷、可讀性強(qiáng)等，比較適合于批量樣品的測(cè)定。

測(cè)壓法的原理是將水樣置于密閉的培養(yǎng)瓶中，水樣中溶解氧因微生物同化作用而被消耗，產(chǎn)生于耗氧量相當(dāng)?shù)腃O2被堿吸收后，密閉系統(tǒng)的壓力因此降低，由壓差計(jì)可讀出壓差，即可換算求出水樣的BOD。

(四)檢壓庫(kù)倫法

最早由西德Sierp提出的檢壓庫(kù)倫法是將化學(xué)分析轉(zhuǎn)化為物理量來測(cè)量的方法，該法與壓差法有異曲同工之妙。其原理與壓差法類似，當(dāng)水樣中溶解氧被消耗且同化作用產(chǎn)生的CO2被吸收時(shí)，培養(yǎng)瓶?jī)?nèi)氧氣分壓下降，此時(shí)電磁感應(yīng)器感受到氧氣分壓下降并用電解法自動(dòng)電解產(chǎn)生氧氣使培養(yǎng)瓶中氧氣含量不斷回升，當(dāng)回升至原壓力時(shí)，電磁感應(yīng)器接收到信號(hào)并停止電解氧氣。此時(shí)根據(jù)電解產(chǎn)氧消耗的電量即可求得補(bǔ)充的氧氣量，從而求出BOD含量。大量實(shí)驗(yàn)證明，檢壓庫(kù)倫法靈敏度高、測(cè)定范圍寬、操作簡(jiǎn)便，但同時(shí)由于該法需要先進(jìn)靈敏的感應(yīng)器裝置，早期由于儀器不夠完善，該法也具有一定局限性。

(五)紫外(UV)曝氣法

紫外曝氣法是一種運(yùn)用紫外線掃描來分析有機(jī)物含量的方法，該方法通過掃描結(jié)果中峰高或峰面積來對(duì)有機(jī)物進(jìn)行定量。該方法的定量依據(jù)是水樣中的有機(jī)物收到紫外光掃描時(shí)，會(huì)產(chǎn)生吸收峰，吸收峰越大，其結(jié)構(gòu)越復(fù)雜。因此，掃描結(jié)果真實(shí)、直接的反應(yīng)了水樣中有機(jī)物對(duì)人體的危害程度。紫外峰面積定量彌補(bǔ)了稀釋接種法在生化反應(yīng)中氧化磷酸化效率不同的局限性，并為BOD快速測(cè)試儀提供了又一理論基礎(chǔ)。此方法在對(duì)工廠企業(yè)污染源監(jiān)測(cè)中具有重要的指導(dǎo)意義。

四、結(jié)語(yǔ)

在水質(zhì)分析評(píng)價(jià)中，BOD是反應(yīng)水樣可生化降解程度的重要參考指標(biāo)之一，這是其他參數(shù)所無法替代的。但是，BOD的測(cè)定過程是發(fā)生生化反應(yīng)過程，具有一定的復(fù)雜性，其測(cè)定結(jié)果受諸多因素的影響。隨著BOD在水質(zhì)分析領(lǐng)域及污水處理設(shè)備參數(shù)調(diào)控方面越來越具有參考意義，各種新型的快速測(cè)定儀器必將更加蓬勃的發(fā)展。

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