淺談微生物膜傳感器快速測定BOD

曾昭

摘 要：BOD是反映水體中有機物含量的重要指標之一，其表示水中污染物經微生物分解時所需要消耗的分子氧的數量（mg/L），BOD的數值越高，表明水中可降解的有機物越多。BOD能較正確地反映水中有機物生物氧化分解時消耗的氧量，從而反映出水體污染的程度。

關鍵詞：BOD；水質；微生物膜；傳感器

生化需氧量的國家標準檢測方法是稀釋接種法，是將水樣在20℃±1℃條件下水封培養5天，分別測定培養前后的溶解氧，兩者之差即為BOD5。該方法操作復雜、耗時長，不能及時反映水質狀況，特別是遇到突發性水污染事故，不能及時有效的為水環境管理提供科學依據。

通過國內外科研工作者的不懈努力，相繼研究出不同種類的微生物膜傳感器BOD快速測定儀。我國則研制出以微生物電極為核心的BOD快速測定儀，該方法已經通過多家實驗室驗證，與傳統的稀釋接種法相比，具有如下優點：（1）測量準確，操作簡便；（2）能在短時間內測得BOD值，檢測一個樣品的周期只有20分鐘左右；（3）經濟可行；（4）適用范圍廣，適用于各類地表水、工業廢水、生活污水。

1 微生物膜傳感器快速測定儀工作原理

將緊固了微生物膜的傳感器置于恒溫罐內，磷酸鹽緩沖溶液通過蠕動泵的作用緩緩流經螺旋恒溫棒，加熱后在三通管處與氣泵鼓進的氣體混合后最終流入流通池內。因為磷酸鹽緩沖液不含有機物，只含氧，此時微生物僅進行內源呼吸，極少消耗緩沖溶液中的溶解氧，因而透過微生物膜的溶解氧幾乎沒減少。

BOD標樣或水樣與氣體混合后進入流通池，由于標樣和水樣都含一定濃度的有機物，微生物的同化作用變得非常活躍，消耗大量溶解氧，因此透過微生物膜的溶解氧減少。

輸出電流的變化值與溶解氧的變化成正比例關系，與樣品中的有機物也成正比例關系，由此計算出BOD的值。

2 微生物膜傳感器測量BOD的影響因素

2.1 pH值對測量的影響

在用微生物膜傳感器測量BOD時，不同的pH值將導致感應器的響應不同，而pH值在7左右時響應最佳。我們平常測量的樣品pH值大多是4～10，這時我們選擇用KH2PO4與Na2HPO4的混合磷酸鹽緩沖液加入樣品中，從而調節樣品pH值使之符合測量要求。

在測量一些污水時，其pH值往往極高或極低，通過加磷酸鹽緩沖液已達不到調節的目的，這時就需要加入少許濃酸或濃堿來中和樣品的酸堿度。只有經過調節好了pH值的樣品方能進入感應器內，否則強酸強堿將殺死微生物膜內菌群，使膜失效。

2.2 重金屬對測量的影響

大部分重金屬對微生物的新陳代謝都有抑制作用，因此在測量前應保證重金屬含量在合適的范圍內。通常加入的磷酸鹽緩沖液能將樣品中的一些高濃度重金屬離子轉換成磷酸鹽沉淀物而去除。

2.3 游離氯對測量的影響

當樣品中游離氯含量小于0.5mg/L時對測量的影響微乎其微，幾乎可以不考慮，并且低濃度的游離氯對管路，流通池和微生物膜的沖刷，能夠起到清潔的作用。但對于高濃度的游離氯卻不能不做處理，方法是加入亞硫酸鈉溶液，使之與游離氯發生氧化還原反應。但是應當注意的是不能加過量，否則會產生負干擾。

3 BOD的測量

3.1 測量的范圍。微生物膜傳感器BOD測定儀適用于測量濃度范圍為2～4000mg/L的地表水、生活污水、工業廢水等不同種類的水樣。但其最佳線性范圍是2～50mg/L，超過50mg/L不僅導致儀器清洗時間過長，延長檢測周期，而且測得數據不準確，因此需將水樣先稀釋至50mg/L以下再測量。在測量一個水樣前我們往往不知道其BOD到底有多大，需要稀釋幾倍，這就需要通過比較COD值來推斷估計的BOD值。一般情況下，地表水BOD較小，不需要稀釋，污水則可通過BOD5/COD=0.4～0.8，計算出稀釋倍數。本儀器對地表水、生活污水和無高濃度毒物的工業廢水有較好的適用性，而對含有高濃度農藥、殺菌劑等的廢水卻不適用。

3.2 測量前處理

3.2.1 微生物膜的處理。生物膜的活性對測量至關重要，因此應將其保存在一個低溫、干燥、缺氧的環境下，使其處于不活潑、生長繁殖受到抑制的休眠狀態。生物膜在安裝前需用磷酸鹽清洗液浸泡7天至15天，且每24小時更換一次清洗液。浸泡用的容器內清洗液應不少于500mL，且生物膜在活化期間容器應加蓋。將活化好了的生物膜安裝至電極上時，應注意凹面朝上，并輕輕按壓中心菌種部位，趕走氣泡，最后慢慢扣上擦拭干凈的扣碗。換好微生物膜后，儀器必須清洗一至兩天，期間為提高微生物的活性應持續給予20mg/L左右的營養，當洗到I0在4.0～10之間，且穩定方可開始測量。若連續7天未開機微生物膜會死亡，因此為了保證微生物的生命和活性每周至少開機清洗一次，一個月后微生物自然死亡，屆時更換新的生物膜。

3.2.2 管路的處理。管路一周更換一套。當儀器的使用頻率較高時，水樣中的微生物易集聚于管壁上并大量繁殖，導致流速降低，影響測量的準確性。這種情況下，可用濃度為1‰的次氯酸鈉溶液清洗管路20min。

3.2.3 電極的處理。電極中透氧膜一年更換一次。為保證電極輸出信號的穩定，可配置0.1mol/L的KCl溶液作為電極液，用注射器吸取5～7mL從電極側面小孔緩緩注射于電極內。

3.3 BOD的測量

3.3.1 標準曲線的測量。實驗稱取經烘干1小時并放冷的葡萄糖和L-谷氨酸各3.410g，加蒸餾水在燒杯中溶解，定容于1000mL容量瓶中，即配得5000mg/L的BOD儲備液。

根據所測BOD標樣的標準值49.3mg/L（稀釋一倍為24.6mg/L）選取標準值為20mg/L和40mg/L兩點定曲線。20mg/L的標準配置方法為1mL5000mg/L的BOD儲備液與2.5mL的緩沖液定容于250mL的容量瓶中。40mg/L的標準配置方法為2mL5000mg/L的BOD儲備液與2.5mL的緩沖液定容于250mL的容量瓶中。

測得曲線值為：

3.3.2 BOD標樣的測定。選取國家環境標準樣品研究中心研制的標樣（編號為200235）進行分析。其標準值為49.3mg/L，不確定度為±4.2mg/L。平行測定7次數據見下表：

3.3.3 BOD的測量結果的精密度和準確性。數據的準確性是指測量值與真值的符合程度，通常用相對誤差表示。精密度是檢驗測量值的重復性與再現性，通常用極差、標準偏差表示。

由以上計算結果可知用微生物膜傳感器快速測定儀測量BOD具有良好的精密度和準確性。

參考文獻

[1]國家環保總局《水和廢水監測分析方法》編委會.水和廢水監測分析方法（第四版）[M].北京：中國環境科學出版社，2002：227-236.

[2]張玉惠.BOD快速測定儀微生物膜傳感器的實驗研究[D].