膜電極法與壓差法測定廢水BOD的對比研究

淮陽縣環境保護局 許 娟

東莞市科藍環境保護工程有限公司 張 霄

膜電極法與壓差法測定廢水BOD的對比研究

淮陽縣環境保護局 許 娟

東莞市科藍環境保護工程有限公司 張 霄

廢水中含有大量的有機物，有機物在水體中被微生物降解時需要消耗溶解氧，在水環境監測分析中，通常利用有機物在一定條件下所消耗氧的量，來間接表示水體中有機物的含量。生化需氧量（BOD）是一種用微生物代謝作用所消耗的溶解氧量來間接表示水體被有機物污染程度的一個重要指標。其含義是在有氧條件下，好氧微生物氧化分解單位體積污水中的有機物所消耗的游離氧的量，單位為mg/L。

一般有機物在微生物的作用下，其降解過程可分為兩個階段：階段一是有機物轉化為CO2，NH3和H2O的過程，階段二是NH3進一步轉化為亞硝酸鹽和硝酸鹽的硝化過程。微生物對有機物的降解程度與溫度有關，一般最適合的溫度是15℃~300℃，所以在測定生化需氧量時一般以20℃作為測定的標準溫度。在20℃條件下測定BOD時，一般易降解有機物在20d內基本完成階段一的氧化分解過程，測定第一階段的BOD需要20d，在實際工作時難以做到。為此又規定了一個標準時間，一般以5d作為測定BOD的標準時間，稱為5日生化需氧量，以BOD5表示。它是衡量水體水質的重要指標，間接表征污水的可生物降解程度,是污水處理廠設計的重要參數，也是污水處理廠日常運轉控制進水量的重要指標。

一、膜電極法和壓差法測定廢水BOD的原理

1.膜電極法—LB50型BOD快速測定儀工作原理。儀器采用微生物電極法，將微生物膜緊貼在極譜式溶解氧電極的透氧膜表面，即構成微生物電極。圖1為該儀器的外觀。

圖1 LB50型BOD快速測定儀

工作原理為采用流通測量方式，即樣品以流動方式通過微生物電極，微生物膜里含有大量好氧微生物，該微生物在富氧及有機物的環境下非常活躍，并對有機物具有廣譜食性，適應性強。由于氧電極的輸出電流與溶解氧的濃度呈正比關系，當不含有機物的液體通過流通池時，微生物的同化作用很小，透過微生物膜的溶解氧幾乎沒有減少。當含有有機物的溶液經過流通池時，微生物代謝異常活躍，消耗大量的溶解氧，在其線性范圍內，消耗的溶解氧與有機物濃度呈正比關系，導致透過微生物膜的溶解氧相應減少，溶解氧電極測出溶解氧濃度的變化量，從而計算出BOD值。

2.壓差法—880型BOD測定儀工作原理。將測好體積的水樣注入培養瓶中，并用攪拌器連續攪拌，儀器放入培養箱中，控制培養箱內溫度為20±1℃，待樣品恒溫后進行5日培養。樣品中的有機物經過生物氧化作用，轉變成氮、碳和硫的氧化物，在這個過程中，因瓶中樣品溶解氧飽和，所以保證了足夠的溶解氧。二氧化碳是從水中逸出的唯一氣體，被氫氧化鈉溶液吸收，瓶中大氣壓力下降的量，相當于微生物所消耗的溶解氧的量。水樣的BOD值與瓶中大氣壓力減少的程度成正比關系，所以，BOD值可以由大氣壓力減少值來測定，增加或減少水樣的量可以增加或減少大氣壓力減少值，這樣操作者無須頻繁的重復稀釋步驟就能準確測量很寬范圍的BOD5值。培養瓶中大氣壓力的變化值由半導體壓力傳感器來檢測，經過電子電路的處理，最后有四位數碼顯示出被測樣品的BOD值。

二、膜電極法和壓差法測定幾組標準溶液BOD的對比實驗

準確度與精密度對比。

1.膜電極法。用BOD質量濃度分別為25mg/L、40mg/L、50mg/L、60mg/L、100mg/L的標準溶液做準確度和精密度試驗，結果見表1。

表1 膜電極法測定結果

由表1分析可知，各測定樣品相對誤差＜4%，相對標準差在1%～6%，表明準確度和精密度均較好。

2.壓差法。為檢查儀器的性能和操作方法的準確性和可靠性，利用濃度均為150mg／L的葡萄糖和谷氨酸的混合物配制成的標準液進行BOD測試。葡萄糖-谷氨酸標準溶液的BOD標準值及不確定值為198+30.5mg／L。標樣和接種液同時做平行測定。測定結果見表2。

由表2分析可知，壓差法測定葡萄糖-谷氨酸標準溶液各平行樣測量值的相對誤差在-6.6%～7.1%，其準確度在國家標準質控規定相對誤差±10%范圍內；而相對偏差在-7.5%～6.0%，其精確度在國標質控規定相對偏差±15%范圍內；該儀器壓差法實驗室內相對標準偏差為4.1%，因此壓差法的準確度和精密度完全滿足實際樣品測定要求。

三、膜電極法和壓差法測定廢水BOD的對比實驗

采用膜電極法和壓差法對廢水水樣作對比實驗，測得的數據是平行雙樣的平均值。平行樣又稱平行雙樣，是指在環境監測和樣品分析中，只包括兩個相同子樣的樣品。采集和測定平行樣是實施環境監測質量保證的一項措施。平行樣的測定結果在一定程度上反映了測試的精密度水平。在環境監測中，采集和測定平行樣的百分比應根據樣品的批量、測定的難易程度、有無質量控制等進行確定，一般不少于全部樣品的10%。平行樣的測定結果可根據標準方法所規定的界限進行判別合格與否，也可將測定結果點入質量控制圖進行判別。此外，也可參考分析化學中所作的一般規定進行判別。本文，筆者采用平行雙樣法，實驗結果見表3。

查表得t0.05=2.306，t＜t0.05，故兩種方法測定結果之間無顯著差異。

表2 壓差法測定結果

表3 膜電極法和壓差法測定廢水BOD的對比實驗

四、結論

膜電極法測定廢水BOD操作簡便、測量周期短、能迅速反應水質狀況，能實現實時監測。避免了標準稀釋接種法長時間培養以及人工操作引起的誤差，微生物傳感器快速法溫度控制精度好，整個測量過程在恒溫下進行，避免了硝化作用的影響。對可生化性好的水樣測定穩定、重現性好。與標準稀釋接種法長達5天的培養過程中眾多的微生物代謝相比，膜電極法測定可生化性好的水樣時，BOD波動范圍小、精確度高，避免了五日生化稀釋接種引起的結果偏差。壓差法測定廢水BOD具有直觀性，直接讀數，無需化學試劑滴定，避免了滴定操作引起的誤差，節省操作時間，樣品一般不需要稀釋并具有累加性，可以隨時了解生化狀況，即不同時間BOD值。統計檢驗結果表明，用壓差法測定水樣的BOD其結果是準確可靠的。

實驗結果分析表明，以上兩種方法測定結果沒有明顯差異，膜電極法與壓差法相比具有分析周期短、操作簡便、快速、抗干擾性能好、自動化程度高且具有較高的精密度和準確度、結果可靠、適合大批量樣品的測定等優點。因此在條件允許的情況下，膜電極法是測定廢水BOD的首選方法。