生化需氧量（BOD）原理及检测方法

主要内容

1.背景 2.BOD概念与原理 3.BOD常用的检测方法 4.BOD检测的误差不确定度评价

1. 背景

水污染的治理得到了广泛的重视。2014 年，李克强总理公开宣布了“污染战争”，随后中央政府于 2015年 4 月发布了水污染防治行动技术(简称“水十条”)，其中明确规定要大力开展环境的监测和预警工作。

化学需氧量(Chemical Oxygen Demand，COD) 生化需氧量(Biochemical Oxygen Demand，BOD) 指示废水有机污染的综合指标是水质监测领域中的常规参数， 具有不可替代的意义。

1908 年，BOD 由英国皇家污水处理委员会作为评价河流有机污染程度的指标而引入，该参数被定义为在规定条件下微生物将水中的有机物分解时所消耗的溶解氧的量。

2. BOD 概念与原理

排入到水体中的有机污染物质被微生物降解，消耗大量的溶解氧，在缺氧条件下厌氧微生物发生反应，产生 H2S 等具有臭味的还原性气体，导致水体变黑发臭，水体性质改变，生物大量死亡，水环境生态系统平衡遭到破坏。

好氧分解分解速率快，分解程度彻底， 能量利用率高。

3. BOD 常用检测方法

（1）稀释接种法

1987 年，我国颁布此 BOD 测定方法，将此确定为标准法(GB7488-87)，规定将水样(或适度稀释后的水样)充满封闭的溶解氧瓶内，接入微生物菌种，在20℃下暗处培养 5 d，培养前后的溶解氧浓度之差即为 BOD5 值。

本方法适用于于BOD5≥2mg/L并且不超过6000 mg/L的水样。 BOD5超过6000 mg/L的水样仍可用本方法，但由于稀释会造成误差，有必要要求对测定结果做慎重说明。

反应温度：20℃ 测定所需的时间：5d 氧化动力：微生物的生物氧化作用 氧源：水中的溶解氧（分子态氧） 适用范围：河湖水、生活污水、一般工业废水 测定有机物的范围：            不含氮的有机物；含氮有机物的碳素部分

微生物的生存环境(温度和 pH)，稀释倍数以及接种液等都是准确测定 BOD5 值的关键因素;通常在 20-40℃的温度内，微生物最适宜生长，且在此范围内每相差 1℃都会导致测定结果出现 5%左右的误差;微生物大多只适于在中性或弱碱的条件中生存，过酸或过碱的环境会导致微生物失活。因此，一般将待测水样的 pH 值维持在 6.5-7.5;测定BOD5的水样，尽量使用棕色玻璃瓶，不得加防腐剂，并尽快测定。如果水样中含有强酸或强碱，应当先中和至pH7左右。 如果水样中有余氯，应加入适量的亚硫酸钠溶液去除，以免余氯影响微生物活动。 如果水样中有藻类，应过滤除去。

BOD 常用检测方法-具体操作环节 BOD5检测

准备工作--- 试剂

其他溶液 葡萄糖-谷氨酸溶液：分别称取150mg葡萄糖和谷氨酸(均于130℃烘过1h),溶于水中，再混合稀释至1000mL 。 盐酸溶液：0.5mol/L。 氢氧化钠：0.5mol/L。 亚硫酸钠溶液：

盐溶液：下述溶液至少可稳定一个月，贮存在玻璃瓶内，置于暗处。 磷酸盐缓冲溶液：称取8.5g磷酸二氢钾(KH2PO4)、21.8g磷酸氢二钾(K2HPO4)、      33.4g六水合磷酸氢二钠(Na2HPO4.7H2O)和1.7g氯化铵(NH4Cl)溶于水中，稀释至1000mL, 硫酸镁溶液：称取22.5g硫酸镁(MgSO4.7H2O)溶于水中，稀释至1000mL。 氯化钙溶液：称取27.5g无水氯化钙，溶于水中，稀释至1000mL。 氯化铁溶液：将0.25g六水合氯化铁(FeCL3.6H2O)溶于水中，稀释至1000mL。

其他溶液 葡萄糖-谷氨酸溶液：分别称取150mg葡萄糖和谷氨酸(均于130℃烘过1h),溶于水中，再混合稀释至1000mL 。 盐酸溶液：0.5mol/L。 氢氧化钠：0.5mol/L。 亚硫酸钠溶液：0.025mol/L。

BOD5检测准备工作--- 稀释水和接种稀释水

稀释水：在20L的玻璃瓶中加入一定量的水，水温控制字(20±1)℃，用曝气装置至少曝气1h，使稀释水中的溶解氧达到8mg/L以上。使用前每升水中加入上述四种盐溶液各1.0mL，混匀，20℃保存。 接种液：               可购买接种微生物用的接种物质；                           未受工业废水污染的生活污水；               含有城镇污水的河水或湖水；               污水处理厂的出水；               含有难降解物质的工业废水，在其排污口下游适当处取水样作为废水的驯化接种液。

接种稀释水：根据接种液的来源不同，每升稀释水中加入适量接种液。                        城市生活污水和污水处理厂的出水：1~10mL;                        河水和湖水10~100mL。 此溶液的pH=7.2，BOD5＜1.5mg/L。

稀释水：在20L的玻璃瓶中加入一定量的水，水温控制字(20±1)℃，用曝气装置至少曝气1h，使稀释水中的溶解氧达到8mg/L以上。使用前每升水中加入上述四种盐溶液各1.0mL，混匀，20℃保存。 接种液：               可购买接种微生物用的接种物质；                           未受工业废水污染的生活污水；               含有城镇污水的河水或湖水；               污水处理厂的出水；               含有难降解物质的工业废水，在其排污口下游适当处取水样作为废水的驯化接种液。 

BOD5的测定 ---结果与计算

非稀释法： ρ—五日生化需氧量质量浓度，mg/L； ρ1—水样在培养前的溶解氧质量浓度，mg/L； ρ2—水样在培养后的溶解氧质量浓度，mg/L。 非稀释接种法 ρ—五日生化需氧量质量浓度，mg/L； ρ1—接种水样在培养前的溶解氧质量浓度，mg/L；ρ2—接种水样在培养前的溶解氧质量浓度，mg/L； ρ3—空白样在培养前的溶解氧质量浓度，mg/L；ρ4—空白样在培养后的溶解氧质量浓度，mg/L。

稀释与接种法： ρ—五日生化需氧量质量浓度，mg/L； ρ1—接种稀释水在培养前的溶解氧质量浓度，mg/L； ρ2—接种稀释水在培养前的溶解氧质量浓度，mg/L； ρ3—空白样在培养前的溶解氧质量浓度，mg/L； ρ4—空白样在培养后的溶解氧质量浓度，mg/L； ƒ1—接种稀释水或稀释水在培养液中所占的比例； ƒ2—原样品在培养液中所占的比例。

2 大难点: 稀释接种水的配制以及稀释倍数的确定

稀释接种水主要由含有足够溶解氧和适量无机 营养物质的稀释水以及含有微生物的接种液组成; 对于含有高浓度有机物的废水，氧化降解时的耗氧量往往高于可利用的溶解氧量;合适的稀释倍数应使培养后的水样中剩余的溶解氧至少有 2 mg/L，耗氧率达 40%-70%;

5天培养过程中要注意溶解氧瓶上部液封。 一个试样要做两个以上不同的稀释倍数，若稀释倍数超过100倍，可进行两步或多步稀释。 若试样中含有硝化细菌，有可能发生硝化反应，没升试样中加入2mL丙烯基硫脲硝化抑制剂。 每批样品中要求做一个标准样品，葡萄糖-谷氨酸标准溶液，测定结果应在180~230mg/L范围内。

BOD5---检测注意事项

分析是时，只采用公认的分析纯试剂。 实验用水符合规定的三级蒸馏水，且水中铜离子≤0.01mg/L，不含有氯、氯胺等物质。

(2) BOD 微生物传感器

1977 年 Karube 等制备了首个 BOD 传感器，结果显示 15 min 左右即可测定得到水样的 BOD 值;

研究方向主要集中于优化微生物膜的制备条件(包括固定化方法与材料)以及菌种的选择；

(3) 微生物燃料电池

消除生物降解反应中的氧限制，利用一种特殊的电催化氧化活性微生物的催化活性，将有机物的化学能有效地转化为电能。

典型的 MFC 由质子交换膜(Proton Exchange Membrane，PEM)隔开的阳极室和阴极室构成，称为双室MFC。在保持厌氧环境的阳极室内，有机物被微生物氧化降解，释放电子和质子，电子通过外电路传递至阴极，质子穿过 PEM 传递至阳极，并与电子和 O2 发生反应生成水，如图 1-4 所示。此过程中产生的电信号与水样的 BOD 浓度存在线性关系，以此依据来完成 BOD 的检测。

优点：稳定性好、检测效率高

缺点：结构复杂、需要充气以提高阴极反应效率、质子交换膜价格昂贵。

(4) 遥感高光谱模拟估算

高光谱技术满足连续性与光谱可分性的要求，具有能够区别同一种地物不同类别的能力， 且光谱数据获取速度快!操作简易!在监测水体分布状况“水体指标上具有突出成就。

不确定度主要来源为： （1）使用的标准物质引入的不确定度； （2）标准稀释时使用容量瓶引入的标准不确定度； （3）标准稀释时使用移液管引入的标准不确定度； （4）稀释时人员操作误差引入的不确定度； （5）示值误差测量引入的不确定度。