一、原理
生化需氧量是指在規(guī)定條件下,微生物分解存在于水中的某些可氧化物質(zhì),主要是有機物質(zhì)所進行的生物化學過程中消耗溶解氧的量。分別測定水樣培養(yǎng)前的溶解氧含量和在20±1℃培養(yǎng)五天后的溶解氧含量,二者之差即為五日生化過程所消耗的氧量(BOD5)。
二、儀器
1.恒溫培養(yǎng)箱。
2.5—20L細口玻璃瓶。
3.1000—2000mL量筒。
4.玻璃攪棒:棒長應(yīng)比所用量筒高度長20cm。在棒的底端固定一個直徑比量筒直徑略小,并帶有幾個小孔的硬橡膠板。
5.溶解氧瓶:200—300mL,帶有磨口玻璃塞并具有供水封用的鐘形口。
6.虹吸管:供分取水樣和添加稀釋水用。
三、試劑
1.磷酸鹽緩沖溶液:將8.5g磷酸二氫鉀(KH2PO4),21.75g磷酸氫二鉀(K2HPO4),33.4g磷酸氫二鈉(Na2HPO4·7H2O)和1.7g氯化銨(NH4Cl)溶于水中,稀釋至1000mL。此溶液的pH應(yīng)為7.2。
2.硫酸鎂溶液:將22.5g硫酸鎂 (MgSO4·7H2O) 溶于水中,稀釋至1000mL。
3.氯化鈣溶液:將 27.5g無水氯化鈣溶于水,稀釋至1000mL。
4.氯化鐵溶液:將0.25g氯化鐵(FeCl3·6H2O)溶于水,稀釋至1000mL。
5.鹽酸溶液(0.5mol/L):將40mL(ρ=1.18g/mL)鹽酸溶于水中,稀釋至100mL。
6.氫氧化鈉溶液(0.5mol/L):將20g氫氧化鈉溶于水,稀釋至1000mL。
7.亞硫酸鈉溶液(c1/2Na2SO3=0.025mol/L):將1.575g亞硫酸鈉溶于水,稀釋至1000mL。此溶液不穩(wěn)定,需每天配制。
8.葡萄糖-谷氨酸標準溶液:將葡萄糖(C6H12O6)和谷氨酸(HOOC-CH2-CH2-CHNH2-COOH)在103℃干燥1h,各稱取150mg溶于水中,移入1000mL容量瓶內(nèi)并稀釋至標線,混合均勻。此標準溶液臨用前配制。
9.稀釋水:在5—20L玻璃瓶內(nèi)裝入一定量的水,控制水溫在20℃左右。然后用無油空氣壓縮機或薄膜泵,將此水暴氣2—8h,使水中的溶解氧接近于飽和,也可以鼓入適量純氧。瓶口蓋以兩層經(jīng)洗滌晾干的紗布,置于20℃培養(yǎng)箱中放置數(shù)小時,使水中溶解氧含量達8mg/L左右。臨用前于每升水中加入氯化鈣溶液、氯化鐵溶液、硫酸鎂溶液、磷酸鹽緩沖溶液各1mL,并混合均勻。
稀釋水的PH值應(yīng)為7.2,其BOD5應(yīng)小于0.2mg/L。
10.接種液:根據(jù)所取水樣用不同的方法獲取適用的接種液。
11.接種稀釋水:取適量接種液,加于稀釋水中,混勻。每升稀釋水中接種液加入量生活污水為1—10mL,表層土壤浸出液為20—30mL;河水、湖水為10—100mL。
接種稀釋水的pH值應(yīng)為7.2,BOD5值以在0.3—1.0mg/L之間為宜。接種稀釋水配制后應(yīng)立即使用。
四、測定步驟
1.水樣的預(yù)處理
(1)水樣的pH值若超出6.5—7.5范圍時,可用鹽酸或氫氧化鈉稀溶液調(diào)節(jié)至近于7,但用量不要超過水樣體積的0.5%。若水樣的酸度或堿度很高,可改用高濃度的堿或酸液進行中和。
(2)水樣中含有銅、鉛、鋅、鎘、鉻、砷、氰等有毒物質(zhì)時,可使用經(jīng)馴化的微生物接種液的稀釋水進行稀釋,或增大稀釋倍數(shù),以減小毒物的濃度。
(3)含有少量游離氯的水樣,一般放置1—2h,游離氯即可消失。對于游離氯在短時間不能消散的水樣,可加入亞硫酸鈉溶液,以除去之。其加入量的計算方法是:取中和好的水樣100mL,加入1+1乙酸10mL,10%(m/V)碘化鉀溶液1mL,混勻。以淀粉溶液作指示劑,用亞硫酸鈉標準溶液滴定游離碘。根據(jù)亞硫酸鈉標準溶液消耗的體積及其濃度,計算水樣中所需加亞硫酸鈉溶液的量。
(4)從水溫較低的水域中采集的水樣,可遇到含有過飽和溶解氧,此時應(yīng)將水樣迅速升溫至20℃左右,充分振搖,以趕出過飽和的溶解氧。
從水溫較高的水域或廢水排放口取得的水樣,則應(yīng)迅速使其冷卻至20℃左右,并充分振搖,使與空氣中氧分壓接近平衡。
2.水樣的測定
(1)不經(jīng)稀釋水樣的測定:溶解氧含量較高、有機物含量較少的地面水,可不經(jīng)稀釋,而直接以虹吸法將約20℃的混勻水樣轉(zhuǎn)移至兩個溶解氧瓶內(nèi),轉(zhuǎn)移過程中應(yīng)注意不使其產(chǎn)生氣泡。以同樣的操作使兩個溶解氧瓶充滿水樣,加塞水封。
立即測定其中一瓶溶解氧。將另一瓶放入培養(yǎng)箱中,在20±1℃培養(yǎng)5d后。測其溶解氧。
(2)需經(jīng)稀釋水樣的測定
稀釋倍數(shù)的確定:地面水可由測得的高錳酸鹽指數(shù)乘以適當?shù)南禂?shù)求出稀釋倍數(shù)(見下表)。
高錳酸鹽指數(shù)(mg/L) |
系 數(shù) |
<5 5—10 10—20 >20 |
—— 0.2、0.3 0.4、0.6 0.5、0.7、1.0 |
工業(yè)廢水可由重鉻酸鉀法測得的COD值確定。通常需作三個稀釋比,即使用稀釋水時,由COD值分別乘以系數(shù)0.075、0.15、0.225,即獲得三個稀釋倍數(shù);使用接種稀釋水時,則分別乘以0.075、0.15和0.25,獲得三個稀釋倍數(shù)。
稀釋倍數(shù)確定后按下法之一測定水樣。
①一般稀釋法:按照選定的稀釋比例,用虹吸法沿筒壁先引入部分稀釋水(或接種稀釋水)于1000mL量筒中,加入需要量的均勻水樣,再引入稀釋水(或接種稀釋水)至800mL,用帶膠板的玻璃棒小心上下攪勻。攪拌時勿 使攪棒的膠板露出水面,防止產(chǎn)生氣泡。
按不經(jīng)稀釋水樣的測定步驟,進行裝瓶,測定當天溶解氧和培養(yǎng)5d后的溶解氧含量。
另取兩個溶解氧瓶,用虹吸法裝滿稀釋水(或接種稀釋水)作為空白,分別測定5d前、后的溶解氧含量。
②直接稀釋法:直接稀釋法是在溶解氧瓶內(nèi)直接稀釋。在已知兩個容積相同(其差小于1mL)的溶解氧瓶內(nèi),用虹吸法加入部分稀釋水(或接種稀釋水),再加入根據(jù)瓶容積和稀釋比例計算出的水樣量,然后引入稀釋水(或接種稀釋水)至剛好充滿,加塞,勿留氣泡于瓶內(nèi)。其余操作與上述稀釋法相同。
在BOD5測定中,一般采用疊氮化鈉改良法測定溶解氧。如遇干擾物質(zhì),應(yīng)根據(jù)具體情況采用其它測定法。溶解氧的測定法附后。
五、計算
1.不經(jīng)稀釋直接培養(yǎng)的水樣
BOD5(mg/L)=c1-c2
式中:c1——水樣在培養(yǎng)前的溶解氧濃度(mg/L);
c2——水樣經(jīng)5d培養(yǎng)后,剩余溶解氧濃度(mg/L);
2.經(jīng)稀釋后培養(yǎng)的水樣
BOD5(mg/L)= ( (c1–c2)–(B1–B2)f1)/f2
式中:B1——稀釋水(或接種稀釋水)在培養(yǎng)前的溶解氧濃度(mg/L);
B2——稀釋水(或接種稀釋水)在培養(yǎng)后的溶解氧濃度(mg/L);
f1——稀釋水(或接種稀釋水)在培養(yǎng)液中所占比例;
f2——水樣在培養(yǎng)液中所占比例。
注意事項
1.測定一般水樣的BOD5時,硝化作用很不明顯或根本不發(fā)生。但對于生物處理池出水,則含有大量硝化細菌。因此,在測定BOD5時也包括了部分含氮化合物的需氧量。對于這種水樣,如只需測定有機物的需氧量,應(yīng)加入硝化抑制劑,如丙烯基硫脲(ATU,C4H8N2S)等。
2.在兩個或三個稀釋比的樣品中,凡消耗溶解氧大于2mg/L和剩余溶解氧大于1mg/L都有效,計算結(jié)果時,應(yīng)取平均值。
3.為檢查稀釋水和接種液的質(zhì)量,以及化驗人員的操作技術(shù),可將20mL葡萄糖-谷氨酸標準溶液用接種稀釋水稀釋至1000mL,測其BOD5,其結(jié)果應(yīng)在180—230mg/L之間。否則,應(yīng)檢查接種液、稀釋水或操作技術(shù)是否存在問題。
附:碘量法測定水中溶解氧
一、原理
水樣中加入硫酸錳和堿性碘化鉀,水中溶解氧將低價錳氧化成高價錳,生成四價錳的氫氧化物棕色沉淀。加酸后,氫氧化物沉淀溶解,并與碘離子反應(yīng)而釋放出游離碘。以淀粉為指示劑,用硫代硫酸鈉標準溶液滴定釋放出的碘,據(jù)滴定溶液消耗量計算溶解氧含量。
二、試劑
1.硫酸錳溶液:稱取480g硫酸錳(MnSO4·4H2O)溶于水,用水稀釋至1000mL。此溶液加至酸化過的碘化鉀溶液中,遇淀粉不得產(chǎn)生藍色。
2.堿性碘化鉀溶液:稱取500g氫氧化鈉溶解于300—400mL水中;另稱取150g碘化鉀溶于200mL水中,待氫氧化鈉溶液冷卻后,將兩溶液合并,混勻,用水稀釋至1000mL。如有沉淀,則放置過夜后,傾出上層清液,貯于棕色瓶中,用橡皮塞塞緊,避光保存。此溶液酸化后,遇淀粉應(yīng)不呈藍色。
3.1+5硫酸溶液。
4.1%(m/V)淀粉溶液:稱取1g可溶性淀粉,用少量水調(diào)成糊狀,再用剛煮沸的水稀釋至100mL。冷卻后,加入0.1g水楊酸或0.4g氯化鋅防腐。
5.0.02500mol/L(c1/6K2Cr2O7)重鉻酸鉀標準溶液:稱取于105—110℃烘干2h,并冷卻的重鉻酸鉀1.2258g,溶于水,移入1000mL容量瓶中,用水稀釋至標線,搖勻。
6.硫代硫酸鈉溶液:稱取6.2g硫代硫酸鈉(Na2S2O3·5H2O)溶于煮沸放冷的水中,加入0.2g碳酸鈉,用水稀釋至1000mL,貯于棕色瓶中,使用前用0.02500mol/L重鉻酸鉀標準溶液標定。
7.硫酸(ρ=1.84g/cm3)
三、測定步驟
1.溶解氧的固定:用吸液管插入溶解氧瓶的液面下,加入1mL硫酸錳溶液,2mL堿性碘化鉀溶液,蓋好瓶塞,顛倒混合數(shù)次,靜置。一般在取樣現(xiàn)場固定。
2.打開瓶塞,立即用吸管插入液面下加入2.0mL硫酸。蓋好瓶塞,顛倒混合搖勻,至沉淀物全部溶解,放于暗處靜置5min。
3.吸取100mL上述溶液于250mL錐形瓶中,用硫代硫酸鈉標準溶液滴定至溶液呈淡黃色,加入1mL淀粉溶液,繼續(xù)滴定至藍色剛好退去,記錄硫代硫酸鈉溶液用量。
四、計算
溶解氧(O2,mg/L)=M·V×8×1000/100
式中:M——硫代硫酸鈉標準溶液的濃度(mol/L);
V——滴定消耗硫代硫酸鈉標準溶液體積(mL)。
注意事項
1.當水樣中含有亞硝酸鹽時會干擾測定,可加入疊氮化鈉使水中的亞硝酸鹽分解而消除干擾。其加入方法是預(yù)先將疊氮化鈉加入堿性碘化鉀溶液中。
2.如水樣中含Fe3+達100—200mg/L時,可加入1mL 40%氟化鉀溶液消除干擾。
3.如水樣中含氧化性物質(zhì)(如游離氯等),應(yīng)預(yù)先加入相當量的硫代硫酸鈉去除。