五日生化需氧量測定中稀釋與接種法的操作影響分析

摘 要：五日生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand after 5 days，BOD5）屬于污水廠水質監測的重要指標，通常采用稀釋接種法檢測該指標。為了提高檢測精度，研究過程開展相關試驗，對影響精度的多種操作因素進行分析。試驗時設置不同的條件和對照組，觀察稀釋倍數、接種過程水樣過濾操作、余氯和結合氯去除操作與檢測值的關系。根據研究內容可得出以下結論，當稀釋倍數偏大或者偏小時，會導致檢測結果失準，在具體實施過程中可先測定污水樣品的CODcr，再推算BOD5，進而確定合理的稀釋倍數；當對污水水樣開展空白試驗時，應過濾稀釋水，防止其中的有機懸浮物干擾五日生化需氧量的檢測精度；當污水樣本采用次氯酸鈉消毒措施后，檢測之前應消除余氯和結合氯。

關鍵詞：五日生化需氧量測定；稀釋與接種法；影響因素分析

中圖分類號：X 853" " 文獻標志碼：A

污水廠進水和出水階段需要檢測五日生化需氧量，從而判斷水質。當前主流的檢測方法為稀釋與接種法，但是在具體操作過程中，檢測精度通常會受到多種因素的影響。為了提高檢測精度，國內科研人員對相關影響因素開展了較廣泛的研究。朱智慧等[1]通過試驗探究了環境濕度、接種液、溶解氧消耗差值對BOD5檢測結果的影響。王輝等[2]分析了接種液選取方法和檢測過程中的注意事項。湯瑜等[3]探究了水樣保存、稀釋水接種、接種基質濃度對BOD5檢測結果的影響。

在此次研究中，以污水處理廠曝氣池水樣為檢測對象，著重分析污水樣品稀釋倍數、余氯和結合氯清除、空白試驗中稀釋水過濾操作對BOD5檢測精度的影響，通過設置對照組，揭示了相應的規律。研究成果可用于提高稀釋和接種法的檢測精度，具有一定的實用價值。

1 稀釋與接種法測定五日生化需氧量試驗

1.1 試驗材料

1.1.1 試驗試劑選取

此次試驗中選用的試驗試劑包括葡萄糖-谷氨酸溶液、PO43-溶液、MgSO4溶液、CaCl2溶液、FeCl3溶液、C4H8N2S溶液，各類溶液的技術指標見表1。

1.1.2 試驗儀器選取

試驗過程需要使用的儀器為恒溫培養箱、溶解氧測定儀、溶解氧瓶。根據試驗需求，采用LRH-250型恒溫培養箱和YSI52型溶解氧測定儀，溶解氧瓶的容積為250mL。另外，試驗過程中需要使用雙圈定性中速濾紙。

1.2 試驗方法

1.2.1 稀釋水準備

當測定樣品的BOD5時，如果其質量濃度超過6mg/L，就需要先進行稀釋操作。試驗用稀釋水采用實驗室三級水，將稀釋水裝入20L的玻璃瓶中，在20℃條件下進行曝氣操作，通常需要連續曝氣60min，再檢測水中溶解氧的濃度，直至其達到8mg/L以上。另外，在正式操作前，應將曝氣后的稀釋水靜置一段時間，防止氧氣過飽和，同時向其中加入磷酸鹽緩沖溶液、MgSO4溶液、FeCl3溶液、CaCl2溶液，每升稀釋水應各加入以上4種溶液1.0mL，混合均勻后在20℃條件下保存。

1.2.2 接種液準備

五日生化需氧量的測定對象為A污水處理廠的廢水，樣本采集自污水處理廠的曝氣池，其pH值約為6.70，屬于偏酸性水體。廢水中微生物含量較少，應該通過接種操作提高廢水中微生物的含量，將曝氣池的廢水樣本作為接種液。

1.2.3 接種稀釋水

稀釋水的BOD5為1.5mg/L，在1L稀釋水中加入適量（通常為1mL～10mL）的接種液。接種后稀釋水的pH值應達到7.20，將其保存在20℃環境下備用。

1.2.4 校準溶解氧電極

BOD5檢測使用溶解氧測定儀，為了確保檢測精度，試驗前應校正溶解氧電極。在校正前，先檢測電極膜的干燥程度，要求電極膜不得存在明顯的水分。隨后打開設備，預熱30min，直至屏幕上顯示溫度為20℃。向溶解氧瓶中加入純凈水，高度為1mm，進而在飽和濕空氣環境下校準電極。

1.2.5 BOD5測定

取污水處理廠的進水樣本，經觀測，樣本中存在一定量的懸浮物，試驗前將懸浮物攪拌均勻。對樣本進行曝氣操作，使水中溶解氧的質量達到8.0mg/L以上，隨后靜置樣本，時長為30min。利用校準后的溶解氧測定儀檢測BOD5。

2 稀釋與接種法關鍵操作步驟的影響因素分析

2.1 稀釋倍數對檢測結果的影響分析

2.1.1 不同稀釋倍數下BOD5檢測結果

2.1.1.1 稀釋倍數設計

污水樣本采集自不同的日期，其污染程度和水中的有機質含量具有一定的差異，利用CODcr指標評價水的污染程度。針對不同的污水樣本設計相應的稀釋倍數，見表2。

2.1.1.2 BOD5的計算方法

通過稀釋和接種法檢測污水試樣的BOD5濃度時，按照公式（1）計算濃度值。

（1）

式中：ρ為BOD5質量濃度檢測結果；ρ1、ρ2為接種稀釋水樣在培養前后的溶解氧質量濃度；ρ3、ρ4為空白樣在培養前后的溶解氧質量濃度；f1為接種稀釋水在培養液中的占比；f2為原樣品在培養液中的占比。

稀釋倍數可影響參數ρ1和ρ2，表3為不同稀釋倍數下ρ1、ρ2及其差值的檢測結果。

2.1.1.3 BOD5的檢測結果

按照公式（1）計算2種污水樣本不同稀釋倍數下的BOD5，結果如圖1所示。

2.1.2 稀釋倍數對BOD5檢測結果的影響分析

2.1.2.1 影響分析

從圖1中的數據可知，隨著稀釋倍數增加，五日生化需氧量呈上升趨勢。1#污水樣本接種的稀釋水稀釋倍數分別為20倍、50倍、80倍，當稀釋倍數為20倍時，計算得到的BOD5數值較低，與稀釋倍數為50倍和80倍時的BOD5數值存在明顯的差距，隨著稀釋倍數增加，BOD5計算結果的差異逐漸縮小。2#污水樣本接種的稀釋水稀釋倍數分別為50倍、80倍、100倍，五日生化需氧量的計算結果為272mg/L、281mg/L、286mg/L。顯然，當稀釋倍數較大時，計算結果之間的差異越小。

對比2類污水樣本稀釋倍數對應的BOD5數值，當稀釋倍數較低時，BOD5的測定結果整體偏低，當稀釋倍數過高時，BOD5的測定結果偏高。因此，為了提高測定結果與真實值之間的偏差，應該選擇合理的稀釋倍數。

2.1.2.2 確定合理稀釋倍數的方法

在實際應用過程中，先測定污水樣品的CODcr，再根據擬合公式推算BOD5的期望值，不同期望值可采取差異化的稀釋倍數。利用CODcr推算BOD5期望值的擬合公式如公式（2）所示。

f BOD5=a×f CODcr+b " " " " " " " " "（2）

式中：f CODcr為污水中CODcr濃度測定值；f BOD5為污水中BOD5濃度的期望值；a、b為待定值，可通過數學擬合的方法確定a、b的具體取值[4]。

f CODcr通過硫酸亞鐵銨溶液滴定檢測，再根據公式（3）進行計算，該方法檢測f CODcr的優點為精度高、速度快。

（3）

式中：V0為滴定之前硫酸亞鐵銨標準溶液的體積；V1為滴定后硫酸亞鐵銨標準溶液的體積；c為重鉻酸鉀標準溶液的濃度；V水為水樣體積。

污水廠的水質通常具有一定的穩定性，其CODcr、BOD5之間存在特定的數學關系。根據經驗，在實際應用階段，可以根據表4確定稀釋倍數的合理取值。

2.2 接種過程過濾操作對BOD5檢測結果的影響分析

2.2.1 過濾操作對比方案設計

在此次污水BOD5檢測中，將污水處理廠曝氣池的水樣作為接種液。為了檢驗接種液的質量，需要對其進行空白試驗。在空白試驗過程中，采用相同的稀釋水，分別采集6份，作為空白水樣[5]。前3份空白水樣利用雙圈定性中速濾紙進行過濾操作，剩余3份空白水樣不采取過濾操作。

2.2.2 BOD5檢測結果對比

對以上6種空白水樣進行接種操作，再按照第1小節中的流程檢測BOD5。空白水樣對應的BOD5檢測結果如圖2所示。

2.2.3 過濾操作影響分析

在稀釋接種法的空白試驗中，測定結果≤1.50mg/L時屬于合格值。從圖2中的數據可知，采取過濾操作的空白水樣1、2、3均小于規范值，未采取過濾操作的空白水樣4、5、6均超過了閾值。造成該問題的原因在于未過濾的空白水樣引入了懸浮的有機物，導致BOD5檢測結果偏高[6]。因此，當通過稀釋接種法檢測BOD5時，應使用雙圈定性中速濾紙過濾空白水樣，以確保檢測結果的精度。

2.3 樣本中余氯和結合氯對BOD5檢測結果的影響分析

A污水處理廠利用NaClO（次氯酸鈉）溶液進行消毒處理，經過消毒后，污水廠出水中通常存在一定量的殘留物，主要為余氯和結合氯。余氯為Cl2溶于水的產物，水體放置一段時間后，余氯基本可去除。結合氯可長期存在于水體中，余氯和結合氯有可能對BOD5的檢測結果產生影響。為了驗證該問題，開展以下試驗。

2.3.1 余氯和結合氯處理方案設計

在3個不同日期從A污水處理廠采集污水樣本，編號為出水樣本1、出水樣本2、出水樣本3。先將所有樣本靜置120min，去除樣本中的余氯。再將樣本1、2、3各自分為2份，編號為1-1、1-2、2-1、2-2、3-1、3-2，按照表5的方法處理6種樣本。

2.3.2 各樣本BOD5檢測結果分析

檢測表5中6種樣本的BOD5，結果如圖3所示。從圖3中數據可知，1-1、2-1、3-1采取露天靜置和添加亞硫酸鈉溶液處理方法，對余氯和結合氯進行去除。1-2、2-2、3-2樣本均未添加亞硫酸鈉溶液，即未去除結合氯。顯然，去除余氯和結合氯后，BOD5檢測結果顯著降低，未去除結合氯的樣本BOD5檢測結果偏高。因此，當污水處理廠采取次氯酸鈉處理方案后，檢測BOD5時應去除余氯和結合氯，否則檢測結果偏高。

3 結語

稀釋與接種法是檢測污水BOD5指標的主流方法，在具體操作過程中，需要分析各類因素對檢測精度的影響。在此次研究中，針對污水廠曝氣池水體設計BOD5檢測試驗，改變操作因素，通過對比確定各因素對精度的影響，結果如下。1）稀釋水稀釋倍數能夠影響BOD5的檢測精度，稀釋倍數偏大或者偏小都不利于提高精度。污水廠可通過大量數據擬合CODcr質量濃度和BOD5質量濃度的數學關系，再根據CODcr質量濃度檢測值推算BOD5質量濃度期望值，進而根據期望值選取合理的稀釋倍數，提高檢測精度。2）在接種液空白試驗中，應該使用雙圈定性中速濾紙過濾稀釋水，去除其中的有機懸浮物，否則會導致BOD5檢測結果偏高。3）如果污水廠利用次氯酸鈉對污水進行消毒，那么污水樣本中存在余氯和結合氯，其對BOD5的檢測精度具有一定的影響，會導致檢測值偏高。因此，在檢測前，可先在露天條件下靜置樣本120min，去除其中的余氯。再向樣本中滴入適量的亞硫酸鈉溶液，去除結合氯。

參考文獻

[1]朱智慧，徐錫梅，章文華，等.稀釋接種法測定五日生化需氧量的影響因素[J].凈水技術，2022，41（6）：170-174，186.

[2]王輝，王洪濤，薛飛，等.采測分離工作中五日生化需氧量檢測方法的選擇及注意事項[J].皮革制作與環保科技，2021，2（15）：52-53.

[3]湯瑜，劉佳，徐磊.稀釋法測定生化需氧量的品管基準與最新趨勢[J].中國資源綜合利用，2022，40（3）：169-171.

[4]林奕，李國文，普學偉，等.稀釋接種法和壓差法在五日生化需氧量測定中的方法比對[J].節能與環保，2020（10）：86-87.

[5]林威.五日生化需氧量稀釋倍數的快速措施闡述[J].清洗世界，2020，36（11）：56-57，61.

[6]胡寒程.魯湖五日生化需氧量數據分析[J].當代化工研究，2021（20）：73-74.