水質(zhì)檢測(cè)--有機(jī)綜合指標(biāo)監(jiān)測(cè)BOD
生化需氧量
生化需氧量(biochemical oxygen demand,BOD)是指在一定條件下,好氧微生物分解水中的可氧化物質(zhì),特別是有機(jī)物的生物化學(xué)過程中所消耗溶解氧的量,結(jié)果以O(shè)2的mg/L表示。水中存在的硫化物、亞鐵等還原性物質(zhì)也會(huì)消耗部分溶解氧,但通常它們的含量都比較低,因此BOD可以間接表示水中有機(jī)物質(zhì)的含量。
通常條件下,要徹底完成水中有機(jī)物的生化氧化過程歷時(shí)需>100d,而要把可降解的有機(jī)物全部分解掉則需要>20d的時(shí)間。用這么長(zhǎng)時(shí)間來(lái)測(cè)定生化需氧量是不現(xiàn)實(shí)的。目前,國(guó)內(nèi)外普遍規(guī)定在20℃溫度條件下培養(yǎng)5d所消耗的溶解氧作為生化需氧量的數(shù)值,稱為五日生化需氧量,用BOD5表示。
由于硝化菌的世代時(shí)間較長(zhǎng),一般要在有機(jī)物碳氧化過程發(fā)生后5~10d才可能繁殖一定量的硝化菌,開始硝化過程消耗溶解氧。因此,BOD5只是指碳化生化需氧量,即第一階段生化需氧量,不包括第二階段硝化過程所消耗的氧量。為了統(tǒng)一起見,在測(cè)定五日生化需氧量時(shí),要盡量避免第二階段硝化作用的發(fā)生。對(duì)于含硝化細(xì)菌較多的水,如廢水生物處理后的出水,為了防止硝化階段提前影響測(cè)定結(jié)果,可以在測(cè)定時(shí)投加丙烯基硫脲、亞甲基藍(lán)等化學(xué)藥劑以抑制硝化作用的發(fā)生。
研究表明,第一階段生化需氧量的變化接近于一級(jí)反應(yīng),其反應(yīng)動(dòng)力學(xué)公式可以表示為:
y=L0(1-e-kt)
反應(yīng)速率常數(shù)k值受水質(zhì)及其實(shí)驗(yàn)溫度的影響較大,一般變化在0.04~0.30d-1的范圍內(nèi),表列出了20℃時(shí)幾種不同水樣的k值。
對(duì)于生活污水,當(dāng)溫度為20℃時(shí),k值約為0.17d-1,因此,其BOD5約為L(zhǎng)o的86%。BOD5測(cè)定方法有非稀釋法和非稀釋接種法、稀釋與接種法(HJ 505—2009)、壓力傳感器法、減壓式庫(kù)侖法、微生物電極法HJ/T 86—2002)和相關(guān)估算法等。
(1)非稀釋法和非稀釋接種法? 較清潔的水樣(BOD5不超過6mg/L),其中有足夠微生物,用非稀釋法測(cè)定其BOD5。當(dāng)水樣BOD5不超過6mg/L,但其中沒有足夠微生物時(shí),如酸性廢水、堿性廢水、高溫廢水等則需采用非稀釋接種法測(cè)定其BOD5。
具體步驟為先調(diào)整水溫至(20±2)℃內(nèi)曝氣使水中的溶解氧接近飽和(約9mg/L)。將水樣裝滿2個(gè)生化需氧量培養(yǎng)瓶(溶解氧瓶),測(cè)定其中1個(gè)瓶中水樣的當(dāng)日溶解氧,另一個(gè)瓶在(20±1)℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)5天,5天后取出測(cè)定瓶中水樣剩余的溶解氧。當(dāng)天溶解氧減去五天后溶解氧所得數(shù)值即為水樣的BOD5。該方法的檢出限為0.5mg/L,方法測(cè)定下限為2mg/L,測(cè)定上限為6mg/L。為減小誤差,可多做幾個(gè)平行樣進(jìn)行測(cè)定。
(2)稀釋與稀釋接種法? 若水樣中有機(jī)物含量較高(BOD5質(zhì)量濃度大于6mg/L),且水樣中含有足夠的微生物,采用稀釋法測(cè)定;若水樣中有機(jī)物含量較高(BOD5質(zhì)量濃度大于6mg/L),但水樣中無(wú)足夠的微生物,采用稀釋接種法測(cè)定。稀釋或稀釋接種的目的是降低廢水中有機(jī)物的濃度,保證在五天培養(yǎng)過程中有充足的溶解氧。根據(jù)培養(yǎng)前后溶解氧的變化,并考慮到水樣的稀釋比或稀釋接種量,即可求得水樣的五日生化需氧量。該方法的檢出限為0.5mg/L,方法測(cè)定下限為2mg/L,測(cè)定上限為6000mg/L。具體步驟介紹如下。
①稀釋水的配制。稀釋水一般采用蒸餾水配制,對(duì)其溶解氧、溫度、pH值、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和有機(jī)物含量都有一定的要求。首先,稀釋水的溶解氧含量應(yīng)接近飽和,這樣才能為五天內(nèi)微生物氧化分解有機(jī)物提供充足的氧,為此要曝氣使水中溶解氧接近飽和,然后于(20±1)℃培養(yǎng)箱中放置一定時(shí)間使其達(dá)到平衡。其次為了防止影響好氧微生物的活動(dòng),稀釋水的pH值應(yīng)保持在6.5~8.5范圍內(nèi),常用磷酸鹽調(diào)節(jié)pH值,而適合好氧微生物活動(dòng)的最佳pH值為7.2。此外,微生物還需要各種微量營(yíng)養(yǎng)元素以維持其正常的生理活動(dòng),即要求加入適量的硫酸鎂、氯化鈣、氯化鐵溶液及由磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、磷酸氫二鈉和氯化銨所組成的緩沖溶液。另外,稀釋水本身不得含有太多的有機(jī)物,規(guī)定稀釋水的BOD5不能超過0.2mg/L。
②稀釋倍數(shù)的確定。水樣用稀釋水稀釋,確定合適的倍數(shù)非常重要。稀釋倍數(shù)太大或太小,則五天后培養(yǎng)液中剩余的溶解氧太多或太少甚至為零,都不能得到可靠的結(jié)果。稀釋的程度應(yīng)使五天培養(yǎng)中所消耗的溶解氧質(zhì)量濃度不小于2mg/L,而剩余溶解氧的質(zhì)量濃度在2mg/L以上,且試液中剩余的溶解氧質(zhì)量濃度為開始濃度的1/3~2/3為最佳。在此前提條件下,稀釋倍數(shù)可根據(jù)水樣的總有機(jī)碳(TOC)、高錳酸鹽指數(shù)(IMn)或化學(xué)需氧量(CODCr)的測(cè)定值,按照表列出的BOD5與TOC、IMn或CODCr的比值R估算BOD5的期望值,再根據(jù)表2-27確定稀釋因子。當(dāng)不能準(zhǔn)確地選擇稀釋倍數(shù)時(shí),個(gè)水樣樣品需要選擇2~3個(gè)不同的稀釋倍數(shù)。
稀釋接種水(或稀釋水)質(zhì)量的檢查可通過BOD5標(biāo)準(zhǔn)樣品來(lái)進(jìn)行。該標(biāo)準(zhǔn)溶液配制方法如下:①將葡萄糖(C6H12O6,優(yōu)級(jí)純)和谷氨酸(HOOC—CH2—CH2—CHNH2—COOH,優(yōu)級(jí)純)在130℃干燥1h,各稱取150mg溶于1L水中,即得到BOD5為(210±20)mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液;②取該標(biāo)準(zhǔn)溶液20mL用接種稀釋水稀釋至1000mL,測(cè)定其BOD5,結(jié)果應(yīng)在180~230mg/L范圍內(nèi),否則應(yīng)檢查接種液(稀釋水)的質(zhì)量。
(3)BOD5結(jié)果計(jì)算
①非稀釋法。非稀釋法按下式計(jì)算BOD5的測(cè)定結(jié)果:
ρ=ρ1-ρ2
?②非稀釋接種法。非稀釋接種法按下式計(jì)算BOD5的測(cè)定結(jié)果:
ρ=(ρ1-ρ2)-(ρ3-ρ4)
③稀釋與接種法。BOD5測(cè)定結(jié)果可按下式計(jì)算:
BOD是一個(gè)能反映廢水中可生物氧化的有機(jī)物數(shù)量的指標(biāo)。根據(jù)發(fā)水的BOD5/ODCr(或根據(jù)BOD5/TOC或BOD5/IMn比值),可以評(píng)價(jià)廢水的可生化性以及是否可以采用生化法處理等。一般,若該比值大于0.3,認(rèn)為此種廢水適宜采用生化處理方法;若該比值小于0.3,說明廢水中不可生物降解的有機(jī)物較多,需尋求其他處理途徑。
(4)壓差法? 利用壓差法進(jìn)行BOD連續(xù)自動(dòng)測(cè)定的典型裝置。這類儀器代表性的有Hach公司的 BODTrak 測(cè)定儀,WTW公司的OxiTop型BOD測(cè)定儀,哈納公司的HI99728型BOD測(cè)定儀,以及羅維邦公司的ET99724型BOD快速測(cè)定儀。
壓差法BOD測(cè)試的原理:將水樣置于特制的玻璃培養(yǎng)瓶中,瓶中加入營(yíng)養(yǎng)鹽、菌液,擰緊瓶蓋。瓶蓋連接可以感測(cè)壓力的壓電傳感器和數(shù)顯存儲(chǔ)記錄裝置,瓶上空裝有二氧化碳吸收劑(氫氧化鈉等堿性試劑)。瓶?jī)?nèi)放入攪拌子,將瓶子放在磁力攪拌器上,整個(gè)培養(yǎng)期間連續(xù)攪拌。在密閉的培養(yǎng)瓶中,水樣中微生物分解有機(jī)物消耗水中溶解氧,測(cè)試瓶上方空氣中的氧氣不斷補(bǔ)充水中消耗的溶解氧,有機(jī)物降解過程中產(chǎn)生的CO2被密封蓋中的堿性試劑吸收,瓶?jī)?nèi)的氧分壓和總氣壓下降,下降的量由壓力計(jì)記錄轉(zhuǎn)換成電信號(hào),并自動(dòng)換算為BOD的值,每天可由數(shù)顯記錄裝置讀取測(cè)試數(shù)據(jù)。五天后的讀數(shù)即為培養(yǎng)瓶?jī)?nèi)水樣的BOD5值。用壓差法測(cè)定BOD5,一般的地表水和生活污水不需稀釋可直接取一定體積水樣測(cè)定;工業(yè)廢水一般需稀釋后取一定體積測(cè)定,儀器所顯示的BOD5值要乘上稀釋倍數(shù)方為原水樣的BOD5值。HACH公司的 BODTrak測(cè)定儀還可以用圖形顯示測(cè)量結(jié)果。
壓差法與稀釋接種法相比有多方面的優(yōu)越性,詳細(xì)見表。
研究表明,壓力計(jì)測(cè)得的BOD5值通常要比標(biāo)準(zhǔn)稀釋法的測(cè)定值高。這是因?yàn)閴毫τ?jì)測(cè)定過程中,液面上的氧會(huì)不斷溶解到水中補(bǔ)充水中的溶解氧,使得兩種過程的耗氧速率不一樣。另外,壓力法中水樣處于連續(xù)攪拌狀態(tài),與靜止的稀釋法在動(dòng)力學(xué)特性上有一定差別,這也導(dǎo)致壓力法所測(cè)得的結(jié)果偏高。
