生化需氧量（BOD）

生化需氧量是指在有溶解氧的條件下，好氧微生物在分解水中有機(jī)物的生物化學(xué)氧化過程中所消耗的溶解氧量。同時亦包括如硫化物、亞鐵等還原性無機(jī)物質(zhì)氧化所消耗的氧量，但這部分通常占很小比例。

有機(jī)物在微生物作用下好氧分解大體上分兩個階段。**階段稱為含碳物質(zhì)氧化階段，主要是含碳有機(jī)物氧化為二氧化碳和水；**階段稱為硝化階段，主要是含氮有機(jī)化合物在硝化菌的作用下分解為亞硝酸鹽和硝酸鹽。然而這兩個階段并非截然分開，而是各有主次。對生活污水及性質(zhì)與其接近的工業(yè)廢水，硝化階段大約在5—7日，甚至10日以后才顯著進(jìn)行，故目前國內(nèi)外廣泛采用的20℃五天培養(yǎng)法（BOD₅法）測定BOD值一般不包括硝化階段。

BOD是反映水體被有機(jī)物污染程度的綜合指標(biāo)，也是研究廢水的可生化降解性和生化處理效果，以及生化處理廢水工藝設(shè)計(jì)和動力學(xué)研究中的重要參數(shù)。

（一）五天培養(yǎng)法（20℃）

也稱標(biāo)準(zhǔn)稀釋法。其測定原理是水樣經(jīng)稀釋后，在20±1℃條件下培養(yǎng)5天，求出培養(yǎng)前后水樣中溶解氧含量，二者的差值為BOD₅。如果水樣五日生化需氧量未超過7mg/L，則不必進(jìn)行稀釋，可直接測定。很多較清潔的河水就屬于這一類水。

對于不含或少含微生物的工業(yè)廢水，如酸性廢水、堿性廢水、高溫廢水或經(jīng)過氯化處理的廢水，在測定BOD₅時應(yīng)進(jìn)行接種，以引入能降解廢水中有機(jī)物的微生物。當(dāng)廢水中存在著難被一般生活污水中的微生物以正常速度降解的有機(jī)物或有劇毒物質(zhì)時，應(yīng)將馴化后的微生物引入水樣中進(jìn)行接種。

1.稀釋水

對于污染的地面水和大多數(shù)工業(yè)廢水，因含較多的有機(jī)物，需要稀釋后再培養(yǎng)測定，以保證在培養(yǎng)過程中有充足的溶解氧。其稀釋程度應(yīng)使培養(yǎng)中所消耗的溶解氧大于2mg/L，而剩余溶解氧在1mg/L以上。

稀釋水一般用蒸餾水配制，先通入經(jīng)活性炭吸附及水洗處理的空氣，曝氣2—8h，使水中溶解氧接近飽和，然后再在20℃下放置數(shù)小時。臨用前加入少量氯化鈣、氯化鐵、硫酸鎂等營養(yǎng)鹽溶液及磷酸鹽緩沖溶液，混勻備用。稀釋水的pH值應(yīng)為7.2，BOD₅應(yīng)小于0.2mg/L。

如水樣中無微生物，則應(yīng)于稀釋水中接種微生物，即在每升稀釋水中加入生活污水上層清液1—10mL，或表層土壤浸出液20—30mL，或河水、湖水10—100mL。這種水稱為接種稀釋水。

為檢查稀釋水和接種液的質(zhì)量，以及化驗(yàn)人員的操作水平，將每升含葡萄糖和谷氨酸各150mg的標(biāo)準(zhǔn)溶液以1∶50稀釋比稀釋后，與水樣同步測定BOD₅，測得值應(yīng)在180—230mg/L之間，否則，應(yīng)檢查原因，予以糾正。

2.水樣稀釋倍數(shù)

水樣稀釋倍數(shù)應(yīng)根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行估算。表2－13列出地面水稀釋倍數(shù)估算方法。

工業(yè)廢水的稀釋倍數(shù)由COD_cr值分別乘以系數(shù)0.075、0.15、0.25獲得。通常同時作三個稀釋比的水樣。

表2－13 由高錳酸鹽指數(shù)估算稀釋倍數(shù)乘以的系數(shù)

3.測定結(jié)果計(jì)算

對不經(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)前溶解氧的濃度（mg/L）；

c₂——水樣經(jīng)5天培養(yǎng)后，剩余溶解氧濃度（mg/L）。

對稀釋后培養(yǎng)的水樣：

式中：B₁——稀釋水（或接種稀釋水）在培養(yǎng)前的溶解氧的濃度（mg/L）；

B₂——稀釋水（或接種稀釋水）在培養(yǎng)后的溶解氧的濃度（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。

水樣含有銅、鉛、鋅、鎘、鉻、砷、氰等有毒物質(zhì)時，對微生物活性有抑制，可使用經(jīng)馴化微生物接種的稀釋水，或提高稀釋倍數(shù)，以減小毒物的影響。如含少量氯，一般放置1—2h可自行消失；對游離氯短時間不能消散的水樣，可加入亞硫酸鈉除去之，加入量由實(shí)驗(yàn)確定。

本方法適用于測定BOD₅大于或等于2mg/L，*大不超過6000mg/L的水樣；大于6000mg/L，會因稀釋帶來更大誤差。

（二）其他方法

1.檢壓庫侖式BOD測定儀

檢壓庫侖式BOD測定儀的原理示于圖2－38。裝在培養(yǎng)瓶中的水樣用電磁攪拌器進(jìn)行攪拌。當(dāng)水樣中的溶解氧因微生物降解有機(jī)物被消耗時，則培養(yǎng)瓶內(nèi)空間中的氧溶解進(jìn)入水樣，生成的二氧化碳從水中逸出被置于瓶內(nèi)的吸附劑吸收，使瓶內(nèi)的氧分壓和總氣壓下降。用電極式壓力計(jì)檢出下降量，并轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大送入繼電器電路接通恒流電源及同步電機(jī)，電解瓶內(nèi)（裝有中性硫酸銅溶液和電解電極）便自動電解產(chǎn)生氧氣供給培養(yǎng)瓶，待瓶內(nèi)氣壓回升至原壓力時，繼電器斷開，電解電極和同步電機(jī)停止工作。此過程反復(fù)進(jìn)行使培養(yǎng)瓶內(nèi)空間始終保持恒壓狀態(tài)。根據(jù)法拉第定律，由恒電流電解所消耗的電量便可計(jì)算耗氧量。儀器能自動顯示測定結(jié)果，記錄生化需氧量曲線。

2.測壓法

在密閉培養(yǎng)瓶中，水樣中溶解氧由于微生物降解有機(jī)物而被消耗，產(chǎn)生與耗氧量相當(dāng)?shù)?span lang="EN-US">CO₂被吸收后，使密閉系統(tǒng)的壓力降低，用壓力計(jì)測出此壓降，即可求出水樣的BOD值。在實(shí)際測定中，先以標(biāo)準(zhǔn)葡萄糖-谷氨酸溶液的BOD值和相應(yīng)的壓差作關(guān)系曲線，然后以此曲線校準(zhǔn)儀器刻度，便可直接讀出水樣的BOD值。

3.微生物電極法

微生物電極是一種將微生物技術(shù)與電化學(xué)檢測技術(shù)相結(jié)合的傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖2－39所示。主要由溶解氧電極和緊貼其透氣膜表面的固定化微生物膜組成。響應(yīng)BOD物質(zhì)的原理是當(dāng)將其插入恒溫、溶解氧濃度一定的不含BOD物質(zhì)的底液時，由于微生物的呼吸活性一定，底液中的溶解氧分子通過微生物膜擴(kuò)散進(jìn)入氧電極的速率一定，微生物電極輸出一穩(wěn)態(tài)電流；如果將BOD物質(zhì)加入底液中，則該物質(zhì)的分子與氧分子一起擴(kuò)散進(jìn)入微生物膜，因?yàn)槟ぶ械奈⑸飳?span lang="EN-US">BOD物質(zhì)發(fā)生同化作用而耗氧，導(dǎo)致進(jìn)入氧電極的氧分子減少，即擴(kuò)散進(jìn)入的速率降低，使電極輸出電流減少，并在幾分鐘內(nèi)降至新的穩(wěn)態(tài)值。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。

微生物膜電極BOD測定儀的工作原理示于圖2－40。該測定儀由測量池（裝有微生物膜電極、鼓氣管及被測水樣）、恒溫水浴、恒電壓源、控溫器、鼓氣泵及信號轉(zhuǎn)換和測量系統(tǒng)組成。恒電壓源輸出0.72V電壓，加于Ag-AgCl電極（正極）和黃金電極（負(fù)極）上。黃金電極因被測溶液BOD物質(zhì)濃度不同產(chǎn)生的極化電流變化送至阻抗轉(zhuǎn)換和微電流放大電圖2－40微生物膜電極BOD測定儀工作原理路，經(jīng)放大的微電流再送至A—D轉(zhuǎn)換電路，或A—V轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換后的信號進(jìn)行數(shù)字顯示或記錄儀記錄。儀器經(jīng)用標(biāo)準(zhǔn)BOD物質(zhì)溶液校準(zhǔn)后，可直接顯示被測溶液的BOD值，并在20min內(nèi)完成一個水樣的測定①。該儀器適用于多種易降解廢水的BOD監(jiān)測。

除上述測定方法外，還有活性污泥法、相關(guān)估算法等。