生化需氧量測定中濁度的干擾改進(jìn)研究

林鑫裕

（安溪縣環(huán)境監(jiān)測站，福建 安溪 362400）

0 引言

五日生化需氧量（BOD5）是指能被微生物所降解的水中有機(jī)物的總量，是反映水體有機(jī)物污染程度的綜合指標(biāo)。我國現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)分析方法是《水質(zhì)五日生化需氧量（BOD5）的測定 稀釋與接種法》（HJ 505—2009）[1]，其測定過程中的 pH、溫度、余氯、重金屬、稀釋操作、接種液等相關(guān)因素已有大量分析[2-4]，但在實(shí)際的操作過程中，氧分壓、水封效果及對含有較大顆粒物的樣品的過濾操作，往往使實(shí)際結(jié)果產(chǎn)生偏差。本文采用熒光溶氧儀代替電化學(xué)探頭法，應(yīng)用氧分壓干擾控制，用軟墊密封具塞螺口瓶代替帶蓋棕色溶氧瓶，并在培養(yǎng)過程中進(jìn)行電磁攪拌，優(yōu)化改善BOD5測定過程，通過實(shí)際濁度樣品的加標(biāo)實(shí)驗(yàn)分析，研究改進(jìn)其效果。

1 采取4 個改進(jìn)措施的說明

1.1 溶解氧測量儀器的選擇

在測量過程中使用電化學(xué)探頭法，探頭接觸的樣品需要通過磁力攪拌器保持0.3 m/s 的流速，但是測量過程中會把氧氣還原而消耗溶解氧，在攪拌時也會使空氣中的氧氣融入樣品，特別是經(jīng)過5 d培養(yǎng)后的低溶解氧樣品，其溶解氧難以保持較為穩(wěn)定的狀態(tài)，導(dǎo)致測量結(jié)果存在一定的偏差。熒光法溶解氧儀是目前較為先進(jìn)的測量方法，相比于電化法有極大的優(yōu)勢[5]，具有反應(yīng)時間短、無須攪拌、不消耗溶解氧、無須極化、抗?jié)岫鹊忍攸c(diǎn)，儀器的重現(xiàn)性可達(dá)0.01 mg/L，相對偏差低至0.06%[6]，更適合BOD5中溶解氧的測定，因此，本文實(shí)驗(yàn)部分選用熒光法溶氧儀。

1.2 氧分壓的控制及改進(jìn)措施

BOD5在測量前后要對溶液中的溶解氧進(jìn)行測量，特別是對培養(yǎng)后的溶液中溶解氧的測量，由于在培養(yǎng)過程中溶解氧已被大量消耗，此時溶液里的氧分壓與空氣中的氧分壓差異極大，打開瓶蓋后空氣中的溶解氧極易溶解進(jìn)入樣品，造成測量結(jié)果偏高。為避免這種偏差，本實(shí)驗(yàn)使用一個正壓式（連續(xù)充氮?dú)猓┝阊醯拿芊獠僮飨?，培養(yǎng)前可先驅(qū)趕培養(yǎng)瓶中的氧氣再導(dǎo)流分裝樣品；培養(yǎng)后將樣品置于操作箱內(nèi)測量，可有效避免氧分壓干擾。

1.3 實(shí)驗(yàn)用瓶的選擇

本文實(shí)驗(yàn)部分用軟墊密封具塞螺口瓶（圖1）代替帶蓋棕色溶氧瓶（圖2）。

圖1 軟墊密封具塞螺口瓶

圖2 帶蓋棕色溶氧瓶B

實(shí)驗(yàn)過程使用濁度為0.05 NTU 的實(shí)驗(yàn)純水以及濁度 10 NTU、20 NTU、50 NTU、100 NTU 的地表水共5 種水樣，對于上述兩種瓶子各20 個進(jìn)行5 d水封效果檢驗(yàn)（使用有色溶液水封）。傳統(tǒng)帶蓋棕色溶氧瓶5 輪5 種水樣密封不合格瓶數(shù)分別為1、4、10、20、20，水封合格率分別為 95%、80%、50%、0、0；而軟墊密封具塞螺口瓶5 輪5 種水樣密封不合格瓶數(shù)均為0，水封合格率均為100%，可見在實(shí)際水樣中，稍有濁度的樣品對傳統(tǒng)帶蓋棕色溶氧瓶的水封效果有嚴(yán)重影響，因此采用聚四氟乙烯軟塞加密封圈密封能有效避免這種干擾。

1.4 培養(yǎng)過程中的電磁攪拌

有濁度的樣品易沉淀，部分有機(jī)物會隨沉淀下沉，甚至被覆蓋，不易被好氧細(xì)菌消化，而培養(yǎng)過程中的攪拌，能使沉淀的有機(jī)物充分被細(xì)菌消耗氧化，因此，對于有濁度的樣品，在培養(yǎng)過程中進(jìn)行攪拌是有必要的。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 主要儀器和器皿

（1）HQˉ40d 便攜式熒光法溶氧儀（美國哈希）。

（2）SHPˉ80 生化培養(yǎng)箱（連華科技）、SHPˉ150 生化培養(yǎng)箱（上海森信）。

（3）500 mL 軟墊密封具塞（聚四氟乙烯軟塞）螺口瓶、帶蓋棕色溶氧瓶。

（4）自制充氮零氧BOD5手動測量操作箱，可在該箱內(nèi)開瓶塞，伸入溶解氧探頭測量。

（5）ZDˉ10A 濁度計（0～1000 NTU）。

2.2 主要試劑

（1）實(shí)驗(yàn)室純水：符合《分析實(shí)驗(yàn)室用水規(guī)格和試驗(yàn)方法》（GB/T 6682—2008）規(guī)定的實(shí)驗(yàn)室蒸餾水。

（2）BOD5標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液：BOD 值為 1000 mg/L，由中國計量科學(xué)研究院出品。

（3）按（HJ 505—2009）馴化方法的菌液：取排污口下游河水，培養(yǎng)7 d 馴化的好氧細(xì)菌。

（4）實(shí)際濁度樣品：取晉江西溪幾條支流中較高濁度的地表水樣，加入實(shí)驗(yàn)室純水（濁度為0.05 NTU）配置成濁度約為 10 NTU、20 NTU、50 NTU、100 NTU的水樣。

2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

2.3.1 低濁度下兩種培養(yǎng)瓶的比對實(shí)驗(yàn)

取大體積約12 L、濁度為20 NTU 的地表水，按（HJ 505—2009）實(shí)驗(yàn)步驟處理樣品，包括去除余氯、調(diào)節(jié)pH、調(diào)節(jié)電導(dǎo)率、曝氣15 min、勻質(zhì)化等，然后迅速并準(zhǔn)確地把樣品平均分成兩份，每份5 L（X、Y組），置于20 ℃恒溫的培養(yǎng)箱內(nèi)4 h；同時使用實(shí)驗(yàn)室純水將1000 mg/L 的BOD 標(biāo)液配置成200 mg/L的使用液；在X 組加入100 mL 實(shí)驗(yàn)室純水，Y 組加入100 mL，每組再加入10 mL 接種菌液（充分?jǐn)嚢瑁┓庞?0 ℃培養(yǎng)箱內(nèi)靜置15 min，采用熒光法溶氧儀測量培養(yǎng)前的溶解氧，最后導(dǎo)流分別裝入軟墊密封具塞螺口瓶和傳統(tǒng)帶蓋溶氧瓶內(nèi)，每組5 瓶，瓶中同時放入一個電磁攪拌子，培養(yǎng)5 d，每天開啟電磁攪拌至少3 次，每次30 min，培養(yǎng)結(jié)束后再采用熒光法溶氧儀控制零氧密封箱測量溶解氧。濁度20 NTU 水樣實(shí)驗(yàn)分組如表1 所示。

表1 濁度20 NTU 水樣實(shí)驗(yàn)分組

2.3.2 較高濁度下軟墊密封具塞螺口瓶的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)

按2.3.1 相同的實(shí)驗(yàn)操作，用濁度為50 NTU、100 NTU 的水樣，在X 組加入100 mL 實(shí)驗(yàn)室純水，Y 組加入100 mL，全部用軟墊密封具塞螺口瓶培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)分組如表2 所示。

表2 濁度50 NTU 和100 NTU 水樣實(shí)驗(yàn)分組

2.3.3 實(shí)驗(yàn)過程中的說明和注意事項

對于標(biāo)準(zhǔn)（HJ 505—2009）來說，細(xì)菌消耗的溶解氧準(zhǔn)確測量范圍為2～6 mg/L，且實(shí)際樣品受采樣和樣品勻質(zhì)化的干擾大，因此只做這個范圍內(nèi)的試驗(yàn)。對于濁度較高的樣品，應(yīng)在混勻時快速分裝到樣品瓶，避免沉淀。熒光法溶解氧儀測定時讀數(shù)要兩次相差小于0.05 后才能記錄。實(shí)驗(yàn)用的瓶子均應(yīng)確保清潔、無毒性和無可生化降解的物質(zhì)，特別是細(xì)口瓶，由于其難以刷洗，培養(yǎng)結(jié)束后，瓶內(nèi)壁殘留大量細(xì)菌，應(yīng)使用洗滌液浸泡至少1 h 后再強(qiáng)力蕩洗。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 低濁度下兩種培養(yǎng)瓶的比對實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表3 數(shù)據(jù)可知，A 組（軟墊密封具塞螺口瓶）未加標(biāo)和加標(biāo)樣品兩組數(shù)據(jù)的相對平均偏差分別為2.4%、0.7%，加標(biāo)回收率為103%；B 組（帶蓋棕色溶氧瓶）未加標(biāo)和加標(biāo)樣品兩組數(shù)據(jù)的相對平均偏差分別為12%、5.8%，加標(biāo)回收率為90%。結(jié)果表明，使用軟墊密封具塞螺口瓶具有更佳的實(shí)際樣品實(shí)驗(yàn)精密度和準(zhǔn)確度。

表3 20 NTU 樣品測試結(jié)果數(shù)據(jù)

3.2 較高濁度下軟墊密封具塞螺口瓶的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)

由表4 數(shù)據(jù)可知，50 NTU 組未加標(biāo)和加標(biāo)樣品兩組數(shù)據(jù)相對平均偏差分別為3.1%、1.7%，加標(biāo)回收率為98%；100 NTU 組未加標(biāo)和加標(biāo)樣品兩組數(shù)據(jù)相對平均偏差分別為2.9%、1.2%，加標(biāo)回收率為103%。結(jié)果表明，使用軟墊密封具塞螺口瓶受濁度的干擾很小，與（HJ 505—2019）的試驗(yàn)方法相比，其的精密度和準(zhǔn)確度有大幅提高。

表4 50 NTU、100 NTU 樣品測試結(jié)果數(shù)據(jù)

4 結(jié)語

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用一系列的改進(jìn)措施后，使用軟墊密封具塞螺口瓶培養(yǎng)比傳統(tǒng)帶蓋棕色溶氧瓶具有更佳的實(shí)際樣品實(shí)驗(yàn)精密度和準(zhǔn)確度，且使用軟墊密封具塞螺口瓶受實(shí)際水樣濁度的干擾很小，20 NTU、50 NTU、100 NTU 加標(biāo)樣品分析的相對平均偏差分別為0.7%、1.7%、1.2%，回收率分別為103%、98%、103%，相比于（HJ 505—2009）的試驗(yàn)方法，其精密度和準(zhǔn)確度有大幅提高。