由于BOD 的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定方法需時(shí)5 天,操作繁瑣、重復(fù)性差、測(cè)定周期長(zhǎng)、受干擾因素多,不能滿足當(dāng)前環(huán)境監(jiān)測(cè)中快速測(cè)定的要求,因此快速測(cè)定BOD 的方法和研究近年來得到廣泛的重視。

本文運(yùn)用BOD 快速測(cè)定儀,以HJPT86 - 2002《微生物傳感器快速測(cè)定法》為檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn),在檢出限、精密度、準(zhǔn)確度等一系列實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制要求得以保證的基礎(chǔ)上,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品和大量不同行業(yè)的實(shí)際樣品中的BOD 進(jìn)行快速測(cè)定, 與國(guó)標(biāo)GB7488 - 1987 五日生化需氧量法(BOD5 ) 進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn),篩選出BOD 微生物傳感器快速測(cè)定法的適用范圍,指出了該方法的影響因素和注意事項(xiàng),同時(shí)闡述了BOD 快速測(cè)定法與五日生化需氧量法(BOD5 ) 各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

1 　儀器與試劑

1. 1 　儀器

220B 型微生物電極法BOD 快速測(cè)定儀。

1. 2 　試劑

磷酸鹽緩沖溶液(0.5mol/L) :68g 磷酸二氫鉀和71g 磷酸氫二鈉用蒸餾水溶解后移入1000ml容量瓶中,用水稀釋至標(biāo)線。磷酸鹽緩沖溶液使用液(0.005mol/L) : 用緩沖液稀釋100 倍制得。

葡萄糖- 谷氨酸(BOD) 標(biāo)準(zhǔn)溶液( 2500 ±37mg/L) :稱取在103 ℃下干燥1h 并冷卻至室溫的無水葡萄糖和谷氨酸各1.705g ,溶于磷酸緩沖溶液使用液中,并用此溶液稀釋至1000ml ,混合均勻。

BOD 標(biāo)準(zhǔn)使用溶液(100mg/L) : 取上述BOD標(biāo)準(zhǔn)溶液10.00ml 用磷酸緩沖溶液使用液稀釋至250ml 。

2 　方法原理

BOD 微生物傳感器快速測(cè)定的工作原理:將微生物電極插入恒溫、溶解氧濃度一定的不含BOD 物質(zhì)的緩沖溶液時(shí),由于微生物的呼吸活性一定,所以緩沖溶液中的溶解氧分子通過微生物膜擴(kuò)散進(jìn)氧電極的速率一定,微生物電極輸出一穩(wěn)態(tài)電流;如果將BOD 物質(zhì)加入緩沖溶液中,則該物質(zhì)的分子與氧分子一起擴(kuò)散進(jìn)微生物膜,膜中的微生物對(duì)BOD 物質(zhì)發(fā)生同化作用而耗氧,導(dǎo)致進(jìn)人氧電極的氧分子減少,即氧擴(kuò)散進(jìn)人氧電極的速率降低,使電極輸出的電流減少,并在幾分鐘內(nèi)降至新的穩(wěn)定態(tài)。在適宜的BOD 物質(zhì)濃度范圍內(nèi),電極輸出電流降低值與BOD 物質(zhì)濃度之間呈線性關(guān)系,而BOD 物質(zhì)濃度又和BOD 值之間有定量關(guān)系,因而可以進(jìn)行BOD 的測(cè)定。

3 　實(shí)驗(yàn)部分

3.1 　標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

取5 支50ml 具塞比色管,分別加入BOD 標(biāo)準(zhǔn)使用液1、5、10 、15 、25mg/L ,用磷酸鹽緩沖液稀釋至標(biāo)線,搖勻,配制成濃度為2、10 、20 、30 、50mg/L的標(biāo)準(zhǔn)系列,得到不同BOD 濃度與其相應(yīng)電位差(ΔI) 值,依此繪制出BOD (mg/L) 與ΔI 的關(guān)系曲線。

3.2 　樣品的測(cè)定

地表水可不用稀釋,直接取50ml 水樣加入0.5ml 0.5mol/L 磷酸鹽緩沖溶液進(jìn)行樣品測(cè)定。

生活污水和工業(yè)廢水依據(jù)CODCr 值估算BOD的濃度范圍確定其稀釋比,使待測(cè)液BOD 值控制在2～50mg/L 。取預(yù)處理后樣品50ml ,加入0.5ml0.5mol/L 磷酸鹽緩沖溶液,調(diào)節(jié)待測(cè)液的pH 值為5～9 之間,測(cè)量完成直接讀出BOD(mg/L) 值。

4 　實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4.1 　方法檢出限

連續(xù)測(cè)定20 次空白溶液,按美國(guó)EPA SW -846 中規(guī)定方法檢出限計(jì)算方法MDL = 3.143SD(SD 為空白平行測(cè)定(批內(nèi)) 標(biāo)準(zhǔn)偏差(重復(fù)測(cè)定7 次) ) ,得方法檢出限為0.5mgPL 。

4.2 　準(zhǔn)確度和精密度

分析國(guó)家環(huán)�？偩謽�(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究所的BOD標(biāo)準(zhǔn)樣品200227、200226、200225 各6 次,進(jìn)行準(zhǔn)確度和精密度的測(cè)試。由表1 可知,標(biāo)準(zhǔn)樣品的測(cè)得值均在允許誤差范圍內(nèi),相對(duì)偏差< 3 ,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差< 3 % ,準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性均良好。

4.3 　實(shí)際樣品的比對(duì)

在保證實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制體系的情況下,對(duì)地表水、不同行業(yè)的生活污水和工業(yè)廢水進(jìn)行大量的BOD 微生物傳感器快速測(cè)定法(HJ86 - 2002)和BOD5 稀釋接種法( GB7488 - 1987) 的比對(duì)實(shí)驗(yàn),結(jié)果見表2。

由表2 可見,微生物傳感器快速測(cè)定法適用于地表水和可生化性較好的生活污水、酒廠廢水、餐飲廢水等,此類廢水由兩種方法測(cè)得的結(jié)果有較好可比性,相對(duì)偏差均小于10 %;然而對(duì)于可生化性較差的印染廢水、化工廢水、農(nóng)藥廢水等的測(cè)定結(jié)果卻不盡人意,相對(duì)偏差甚至達(dá)到90 %以上,其相對(duì)偏差遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制的最大標(biāo)準(zhǔn)偏差(25 %) 的要求,數(shù)據(jù)不可用。這是由于這些廢水中含有的有毒有害物質(zhì)嚴(yán)重影響了微生物的活性,微生物對(duì)其中的毒害物質(zhì)缺乏抵抗性,致使其完全失去作用。

5 　微生物傳感器優(yōu)缺點(diǎn)簡(jiǎn)述

在大量樣品分析的基礎(chǔ)上,與標(biāo)準(zhǔn)稀釋法相比,微生物傳感器快速測(cè)定BOD 法具有以下優(yōu)點(diǎn):

(1) 操作簡(jiǎn)便、測(cè)量周期短:BOD 微生物傳感器的響應(yīng)時(shí)間為8min ,測(cè)定周期33min , ,能迅速反映水質(zhì)情況,能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

(2) 避免了標(biāo)準(zhǔn)稀釋法五日生化長(zhǎng)時(shí)間培養(yǎng)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(gè)測(cè)量過程在恒溫條件下進(jìn)行,避免了硝化作用帶來的影響。

(3) 對(duì)可生化性好的水樣測(cè)量穩(wěn)定,重現(xiàn)性好。與五日法分析長(zhǎng)達(dá)5 天的培養(yǎng)過程中眾多的微生物代謝相比,微生物傳感器快速法測(cè)定可生化性好的水樣時(shí),BOD 波動(dòng)范圍小,精度高,避免五日生化稀釋帶來的結(jié)果偏差。

微生物傳感器快速法測(cè)定BOD 存在以下幾個(gè)問題:

(1) 該法利用傳感器中菌膜內(nèi)的微生物對(duì)水中有機(jī)物進(jìn)行BOD 的測(cè)定,微生物的活性及生長(zhǎng)周期對(duì)BOD 的影響至關(guān)重要,應(yīng)根據(jù)水樣情況進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)。

(2) 水樣中的懸浮物顆粒對(duì)該法測(cè)定BOD 與五日法測(cè)定會(huì)有一定偏差,因懸浮物在五天培養(yǎng)過程中只有部分被生化降解,因此取樣時(shí)應(yīng)取靜置30min 后的中間溶液。

(3) 過酸過堿廢水、高濃度的殺菌劑、農(nóng)藥類、游離氯、高濃度的含氰廢水、重金屬等對(duì)菌膜中的微生物有危害作用,所得數(shù)據(jù)與五日法沒有可比性,不適合此類廢水的測(cè)定。

6 　結(jié)論

BOD 微生物傳感器快速測(cè)定操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)速度快、靈敏度高、重現(xiàn)性好、測(cè)量穩(wěn)定可靠,為BOD 的連續(xù)監(jiān)測(cè)提供了可能。但是普適性不強(qiáng),如何適應(yīng)強(qiáng)酸強(qiáng)堿、毒害、高鹽度等的特殊水質(zhì)是微生物傳感器法亟需解決的問題。通過篩選、馴化獲得適應(yīng)特殊水質(zhì)的菌種,或者多菌種協(xié)同作用,提高菌膜中微生物的活性和使用壽命,這將是BOD 快速測(cè)定儀的一項(xiàng)非常必要和迫切解決的實(shí)際難題。

作者簡(jiǎn)介:胡笑妍(1981 - ) ,女,浙江永康人,助理工程師.

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