淺談測定五日生化需氧量的控制手段

劉 雯，林 冬，廉 鑫

(1 天津市生態環境監測中心，天津 300110；2 天津天濱瑞成環境技術工程有限公司，天津 300110)

生化需氧量是指在一定條件下，水中可被氧化的物質在微生物作用的條件下消耗的氧的質量濃度[1]。五日生化需氧量(BOD5)反映的是水體在密封條件下培養五天所消耗的氧的質量濃度。在環境監測任務中，五日生化需氧量是日常地表水測定和國家地表水質量監測的常規項目，所以采取多種手段保證其準確度具有重要意義。在現行標準HJ505-2009中，測定水樣的方式包括四種：稀釋法、稀釋接種法、非稀釋法及非稀釋接種法。這四種方法中，稀釋接種法的測定步驟較為復雜，需要選擇接種液的來源并且對樣品的稀釋倍數進行預判。接種液的來源主要有地表水和菌種液兩大類。稀釋倍數的確定可依據化學需氧量(CODcr)的數值或者水體的物理性質(氣味、色度、渾濁度等)進行判斷。除此之外，培養前后溶解氧的準確度也是五日生化需氧量測定工作的關鍵。現將測定五日生化需氧量的過程進行梳理，對接種稀釋水的來源[2]、水樣稀釋倍數的選擇[3-5]和儀器性能的調控進行合理安排，以便得到更為準確的結果。

1 實驗部分

1.1 實驗試劑與儀器

實驗所需試劑按照HJ505-2009進行配制，無水氯化鈣(分析純)，天津百倫斯生物技術有限公司；磷酸氫二鉀(分析純)，天津市風船化學試劑科技有限公司；磷酸氫二鈉(分析純)，天津市凱通化學試劑有限公司；磷酸二氫鉀(分析純),天津市凱通化學試劑有限公司；三氯化鐵(分析純)，天津市凱通化學試劑有限公司；硫酸鎂(優級純)，天津市光復科技發展有限公司；接種液采用河水。

實驗儀器：BODAuto-2100 BOD5自動分析儀，天津市賽普新銳儀器科技有限公司；LRH-250A生化培養箱，韶關市泰宏醫療器械有限公司。

1.2 實驗步驟

按照HJ505-2009稀釋接種法的要求進行測定水樣。首先配制接種稀釋水并曝氣，接種液選擇鹽度低且較為干凈的河水，在稀釋水中加入一定量河水和營養鹽。曝氣后穩定放置一小時以上再使用。

儀器運行：打開BOD5自動分析儀，進行電極校準。將接種稀釋水裝入培養瓶，分別用儀器和碘量法進行測定，所得結果的相對誤差不超過5%即認為電極校準合格。然后再進行下一步的測定工作。根據水樣的情況選擇稀釋比例，用虹吸管將水樣和接種稀釋水分別吸入量筒并攪拌均勻，然后將其裝入培養瓶。同一批水樣需要同時進行質控樣的測定。所有樣品裝入培養瓶后，用儀器進行測定，并記錄下第一天樣品的溶解氧數值。

將測定后的樣品蓋上瓶塞后放入生化培養箱。在培養過程中，每天向瓶口處加水保證樣品處于水封狀態。培養5 d±4 h后，再用儀器進行溶解氧的測定，記錄數值，最后根據公式進行計算。

2 結果與討論

2.1 接種液的來源和用量

接種液的獲得主要有以下兩種途徑：一是選擇含有一定量微生物的地表水；二是購買菌種液。在監測工作中，地表水的獲取較為容易且可供選擇的種類多，因此采取河水作為接種液更加便捷。在對河水的選擇中，應選擇氯離子含量低(小于1000 mg/L)且較為清潔的水樣。通過改變接種液的用量可以調控接種稀釋水五日生化需氧量的大小。選擇CODCr為15 mg/L的河水作為接種液來源，調整稀釋水與河水的比例分別為 1000∶10，1000∶15和1000∶20配制接種稀釋水，并對質控樣(74.7±4.9 mg/L，200255)進行接種培養，所得結果見表1。

表1 不同比例條件下接種稀釋水和質控樣的測定結果

從表1可以看出，選擇CODCr值為15 mg/L的河水作為接種液來源并依次增大接種液的比例，所得BOD5值也隨之增大。同時，用不同比例的接種稀釋水對質控樣進行培養，所得結果均在保證值范圍內，說明該河水適用于當接種液。當稀釋水與接種液的比例為1000∶20時，BOD5值最大為1.24 mg/L，滿足標準方法HJ 505-2009對接種稀釋水(BOD5值小于1.5 mg/L)的要求。當選擇其他河水時，可以根據河水的CODcr值調整接種液與稀釋水的比例，接種液的CODcr值越大，應減少接種液的用量。

另一方面，從公式(1)可以看出接種稀釋水在培養前后的溶解氧差值越大，水樣的五日生化需氧量的計算數值受到的影響越大。為了減小接種稀釋水引起的結果誤差，接種稀釋水的數值應控制在0.5～1.0 mg/L為宜。

(1)

式中：C1、C2——水樣在培養前和培養后的溶解氧，mg/L

C3、C4——接種稀釋水在培養前和培養后的溶解氧，mg/L

f——接種稀釋水在培養液中所占的比例，%

2.2 水樣稀釋倍數的選擇

對于BOD5值較高的水體(如廢水、受污染的地表水)需要選擇不同的稀釋倍數來獲得準確的結果。稀釋倍數一方面可以根據COD值確定，另一方面可以根據水體顏色、氣味、渾濁度等情況進行BOD5預估后確定。在已知水體COD值的情況下，可以判斷水質類別，然后確定BOD5的數值范圍。最后以培養前后的溶解氧之差在3～5 mg/L的范圍去推算需要稀釋的倍數，比如五日生化需氧量的數值在6～10 mg/L之間需要稀釋2倍，在10～15 mg/L之間需要稀釋3倍。當水樣BOD5數值大于 50 mg/L時，可以采取逐級稀釋的方法。如果水樣的BOD5值特別大，比如BOD5大于1000 mg/L時，可以先用接種稀釋水將水樣稀釋100倍，然后再選擇不同的稀釋倍數。

根據水體的物理特性進行BOD5值預判時，需要對水體顏色、氣味和渾濁度作出正確判斷。水體呈深顏色、渾濁度高(除泥土造成的渾濁外)、有明顯臭味或刺激性氣味時，可以預判該水體BOD5值較大。在這種情況下，稀釋倍數不確定，可以稀釋“低、中、高”三個梯度的倍數，不同倍數下樣品的狀態有一定差異，使高倍數下的樣品接近清潔狀態，以此來保證數據的獲得。

此外，在測定五日生化需氧量時，應注意樣品的初始溶解氧。水體溶解氧的數值隨季節的變化而變化。冬季時，水樣的溶解氧容易過飽和，可以先倒出一部分樣品，然后將樣品瓶放到溫水中，使水體溫度升到(20±2)℃，再用力搖晃樣品瓶 1～2 min后進行測定。夏季時，水樣的溶解氧容易偏低，溶解氧數值一般在6～7 mg/L，此時應該進行曝氣，使溶解氧在 8 mg/L左右。

2.3 儀器準確度的調控

對于實驗來說，儀器的準確度對結果起至關重要的作用。在利用電極法進行溶解氧的測定時，需要對電極進行校準。在校準時，可通過采用碘量法與電極法比對的方式進行電極準確度的檢查。當儀器測定溶解氧的數值與手動測定的數值相對誤差不超過±5%時，認為電極校準合格。電極校準合格后方可進行樣品測定。此外，應注意對電極進行定期維護，并用標準樣品對儀器進行定期核查。

3 結 語

通過對接種稀釋水的配制、稀釋倍數的選擇和儀器性能的測定三個方面進行探討，總結測定五日生化需氧量的注意事項。由于五日生化需氧量培養時間長，所以第一天的樣品處理和測定工作是十分重要的。期望通過對測定過程的每個環節優化后，接種稀釋水的測定結果、培養后溶解氧的剩余量等方面都能滿足HJ 505-2009的要求，提高實驗效率。