BOD测量方法及仪器进展-畜牧渔业论文

BOD测量方法及仪器进展-畜牧渔业论文

BOD测量方法及仪器进展

张青松1，张连水2，齐海峰3，张君2，刘会娇2，张世强4，齐树亭3

（1.沧州市运河区农业局，河北 沧州 061000；2.沧州旺发生物技术研究所，河北 沧州061000；

3.河北工业大学化工学院，天津 300130；4.国家海洋技术中心，天津300111) 摘要：生化需氧量(BOD)是一项水质监测的重要指标，本文分析介绍了现有的BOD测量方法，同时分析介绍了适用于淡水、海水的BOD分析仪器。 关键词：BOD；快速测量；仪器

水是人类和动物赖以生存的必需物质之一，也是地球分布最广泛的资源。生活污水、工业废水或农田排水易给天然水体造成污染，由于污染物中有机物成分复杂，以现在的技术，短期内很难定量分析各有机物的组分。生化需氧量（BOD）、化学需氧量（COD）、总需氧量（TOD）等综合指标能有效地反映水体有机污染物的污染状况，是检测水体的重要手段。

其中，生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand，简称BOD），是指在规定的条件下，微生物分解水中存在某些可氧化的物质，特别是有机物，所进行的生物化学过程中消耗的溶解氧，以 mg/L表示[1]。BOD较于COD、TOC或者TOD，更符合水体自净的实际情况和更利于废水处理时的实际应用。因此对BOD测定方法进行相关研究，对测量和控制水体污染具有非常重要的实际意义。 1BOD的传统测量方法及其改进方法 1.1传统的测量方法—稀释接种法

1913年英国皇家污水处理委员会，根据泰晤士河的实际情况平均温度不超过

18.3 ℃，流入海的时间不超过5 d，就把有机物在5 d 18.3 ℃下的生化需氧量作为有机污染的指标。而现在测定方法是1918年Theriault和Hommon研究的结果，用已溶解足够氧气的稀释水，将一定比例的水样稀释后，在(20±1) ℃暗处培养5 d，分别测定水样培养前后的溶解氧浓度，二者之差即为5 d的生化需氧量，并以BOD5表示[1]。BOD5测定值约相当于最终生化需氧量的68%。对不含或少含微生物的水样，进行测定时应进行接种，以引进能分解有机物的微生物。

稀释与接种法最为经典而且使用广泛，1936年起美国公共卫生协会将这种方法规定为水和废水的标准检验方法。并为ISO/TC-147推荐，为多国采用。我国1987年亦将此法作为水质分析标准方法，2009年环境保护部对其进行了修订，并颁布为HJ/T505-2009标准[1]。

然而该测定过程操作复杂、干扰因素多，对分析人员要求较高，分析时间长，需耗时5 d，不宜现场监测。因而给污水处理及环境监测带来了许多不便，各国学者对BOD5进行了不断广泛的研究，在这种方法基础上进行改进，就有了测压法、检压式库仑计法等。 1.2测压法

该方法的原理是把水样或经过预处理的水样注入培养瓶内，同时放入CO2吸收剂。在培养时，微生物由呼吸作用分解水样的有机物，消耗溶解氧，同时产生与溶解氧相当的CO2被吸收剂吸收，使密闭系统的压力降低，根据压力计测出其压降，就可计算出水样的BOD5值。 1.3检压式库仑计法

由测压法发展出的检压库仑计法，最先由德国的SierP提出，其原理是：当培

养瓶内压力下降时，通过电解产生氧气给予补充，使瓶内压力始终保持恒定状态，此过程可实现自动控制。由电解所消耗的电量便可计算出BOD5值。

测压法和检压式库仑计法与传统方法的相关性好，数值可直接读出，操作简便，测定成本低，便于自动化。但仍旧需要培养5 d，从一定程度上限制了推广和使用。

2BOD的快速测定方法 2.1相关估算法

通过建立BOD5的数学模型，利用其他好氧指标或设立相关参数，计算得出BOD5。孙艳等[2]建立了生化需氧量BOD的Monod-BOD模型，根据城市污水的数据回归分析，拟合情况较好，但模型参数较多，在相关计算还需要进一步研究。潘茹等[3]建立了双曲线方程，是理想的BOD生化过程动力学方程，在培养时间上有一定的灵活性，根据2～6 d的培养数据均可计算出BOD5，但对有机物污染少的天然水体并不适用。李业辉等通过测定20 ℃ BOD4来计算BOD5，得出BOD5＝1.109 BOD4。

相关估算方法减少了培养时间。但是需要大量掌握BOD与其他指标的实测资料，要对不同地方的水样应视具体情况而定。经过反复测试对比，才能得到可靠的BOD5值。 2.2高温法

高温法就是利用适当提高温度，提高微生物的活性，加速微生物的分解作用，达到快速分析的目的。人们对不同温度和时间下的BOD与20 ℃下的BOD的关系做了大量工作。例如，1959年Orford和tusky提出可用37 ℃ BOD1代替20 ℃ BOD5。1965年Young提出可用35 ℃ BOD2.5代替20 ℃ BOD5。

Quaimkhani提出可用30 ℃ BOD3代替20 ℃ BOD5等等[4]，并确定了二者之间的数学关系。张金华[5]则根据BOD反应动力学原理，从理论上分析了增温法快速测定BOD的可行性，并提出对大多数水样适用的公式，BOD205.0＝BOD253.5＝BOD273.0＝BOD302.4＝BOD322.0＝ BOD351.6＝BOD371.4。

而陈仲玫等则认为耗氧速率、温度系数不反映有机物实际分解速率，由温度提高引起的耗氧量增加，其中相当一部分来自生物氧化磷酸化效率降低的结果。BOD是一种间接的生物化学测定方法，只有在特定条件下才具有可比性。 高温法在一定程度上缩短了分析时间，适合于对待定废水的控制分析，在生物膜法和生物反应器法上也有一定的应用。但理论研究上还不够成熟，精确度有也待提高。

2.3活性污泥曝气降解法

在温度为30～35 ℃，用活性污泥强制曝气降解样品2 h，经重铬酸钾消解生物降解前、后的样品，用紫外光扫描测定重铬酸钾的变化量，求得生物降解前的COD和生物降解后的COD，其差即为BOD，再换算成BOD5。该方法简单，易于掌握，重现性、精密度均较好。由于曝气，空气流量不易精确控制。 2.4光谱分析法

由于水体污染物质中的可溶性有机物会极大地影响水体反射光谱的特征，因而可以通过研究水体光谱特征和污染物含量的关系，建立水体反射率与BOD之间较好的相关模型，从而推算出BOD5。Hirtle等[6]在2003年研究了湖水中有机碳含量与反射光谱的关系。Stephens等[7]用近红外可见光谱对宾夕法尼亚州废水处理厂的废水进行监测，建立了BOD快速测量的预测模型，验证了光谱法作

为一种测量方法对单一废水源的BOD测量的可行性。国内也有学者做了大量的研究工作。光谱法测定迅速、时间短、测量方便，但需要建立切实可靠的预测模型，要实现该系统，还有很多研究工作要做。 2.5生物传感器法

自1977年日本科学家Karube.I[8]等人发现用微生物菌体制成生物膜传感器可以用来测量BOD以来，引起了各国研究者的重视，进行了深入的研究。测量原理是以微生物作为敏感材料，利用相应的换能器可以检测到溶解氧浓度的变化，产生相应的信号，通过对信号进行处理，可以得到水样的BOD5值。其基本组成主要包括生物识别元件、反应器和换能器。根据换能器的不同又可分为溶解氧（DO）电极、光纤换能器、压电晶体（SPQC）系统和以生物燃料电池（MFC）构建的换能器。目前运用最广泛的换能器是1956年Clark利用安培电流计改进而成的Clark溶解氧探针。 3BOD的快速测定仪器 3.1适用于淡水的仪器

近20年来，对淡水BOD快速测量或在线测量的技术研究取得很大进展，商品化的仪器也较多。

3.1.1生物传感器法1983年，日本的Nisshin Denki公司成功出了研制了世界上第一台商业化BOD传感器，人们对BOD传感器进行了多方面的改进。目前国外的商品化的仪器主要有：日本的Nisshin Denki Central Kagaku Co.Ltd、DKK Corporation；德国的Aucocoteam GmbH、Medingen GmbH、Gro-Umstadt；美国的Bioscience Inc、Bethlehem、US Filter和比利时的Kelma等[9]。我国自20世纪80年代起也对BOD生物传感器进行了一系列研