BOD微生物膜快速法生物傳感器法

?原理:測定水中BOD的微生物傳感器是由氧電極和微生物菌膜構(gòu)成，其原理是當(dāng)含有飽和溶解氧的樣品進入流通池中與微生物傳感器接觸，水樣中可生化降解的有機物受到微生物菌膜中菌種的作用，使擴散到氧電極表面上氧的質(zhì)量減少。當(dāng)水樣中可生化降解的有機物向菌膜擴散的速度(質(zhì)量)達到恒定時，此時擴散到氧電極表面上氧的質(zhì)量也達到恒定，因此產(chǎn)生了一個恒定電流。由于恒定電流與水樣中可生化降解的有機物濃度的差值與氧的減少量存在定量關(guān)系，據(jù)此可換算出水中生物化學(xué)需氧量。

優(yōu)點:維護簡單，只需定期更換微生物膜和輸液管;費用低廉，消耗品價格低，結(jié)構(gòu)簡單，無易損器件。

缺點是:一般比較適用地表水，對有重金屬或者是其他毒性的污染物不太適合。

BOD快速測定儀生化需氧量(BOD5)傳統(tǒng)的測定方法時標(biāo)準(zhǔn)稀釋法，該方法需要5天分析周期，操作過程煩瑣，因而給污水處理及環(huán)境檢測帶來了許多不便。BOD快速測定儀采用微生物電極法，能快速測定水樣中的 BOD值，而且操作簡便，測量準(zhǔn)確。其原理基于微生物對有機物的耗氧代謝，可在8分鐘內(nèi)完成一個樣品的測定，大大縮短了測定所需的時間。該方法符合《水質(zhì)生化需氧量(BOD)微生物傳感器快速測定法》(HJ/T86-2002)要求，在2002年出版發(fā)行的《水和廢水檢測分析方法》(第四版)中列為A類方法。

★測量原理:

當(dāng)含有飽和溶解氧的樣品進入流通池中與微生物傳感器接觸，樣品中溶解性可生化降解的有機物收到微生物菌膜中菌種的作用而消耗一定的氧，使擴散到氧電極表面上氧的質(zhì)量減少。當(dāng)樣品中可生化降解的有機物向菌膜擴散速度(質(zhì)量)達到恒定時，此時擴散到氧電極表面上氧的質(zhì)量也達到恒定，因此產(chǎn)生一個恒定的電流。由于恒定電流的差值與氧的減少量存在定量關(guān)系，在其線性范圍內(nèi)，消耗的溶解氧與有機物的濃度成正比，溶解氧電極測出溶解氧的減少量，從而計算出BOD值。

技術(shù)指標(biāo)要求

1、主要參數(shù) 參數(shù)范圍 分辨率 準(zhǔn)確度

2、測量范圍: (1~4000)mg/L 0.1 mg/L 優(yōu)于±5%

3、重 復(fù) 性: 10% 緩沖液消耗:4.5ml/min 一次測樣時間:8分鐘

4、進樣方式:恒流連續(xù)進樣 所需樣品體積: 每測一次約需40ml

5、環(huán)境溫度:(5-35)℃ 環(huán)境濕度:≤70%

6、尺 寸約: (長560×寬360×高200)mm

9、傳 感 器:采用微生物電極法，將微生物膜緊貼在極譜式溶解氧電極的透氧膜表面，即構(gòu)成微生物電極;儀器采用流通式測量方式，即用蠕動泵連續(xù)不斷地將樣品送入微生物電極的測量池中，其原理是當(dāng)含有飽和溶解氧的樣品進入測量池中與微生物傳感器接觸，樣品中溶解性可生化降解的有機物受到微生物菌膜中菌種的作用,而消耗一定的氧，使擴散到氧電極表面上氧的質(zhì)量減少。當(dāng)樣品中可生化降解的有機物向菌膜擴散速度(質(zhì)量)達到恒定時，此時擴散到氧電極表面上氧的質(zhì)量也達到恒定，因此產(chǎn)生一個恒定的電流。由于恒定電流的差值與氧的減少量存在定量關(guān)系，在其線性范圍內(nèi)，消耗的溶解氧與有機物的濃度成正比，溶解氧電極測出溶解氧的減少量，從而計算出BOD 值。

10、微生物膜應(yīng)在2℃-8 ℃下干燥保存，保質(zhì)期一年，使用前先在0.005 mol/L的磷酸鹽緩沖溶液中浸泡48小時(室溫條件)，或使用我廠配備的恒溫培養(yǎng)箱，活化24小時。

11、恒溫方式:本儀器使用恒溫控制器，儀器出廠設(shè)定為 33 ℃，環(huán)境溫度低于10 ℃時可將其設(shè)定在35 ºC，

12、可自動關(guān)機。

儀器特點:

原理先進-- 采用微生物電極法。

結(jié)果準(zhǔn)確-- 與五日法有較強可比性。

操作簡單-- 微電腦控制，智能化測量。

測量時間短--8分鐘完成一個樣品測定。

維護簡單-只需定期更換微生物膜和輸液管。

費用低廉--消耗品價格低。

可靠性高--結(jié)構(gòu)簡單，無易損器件，壽命長。

打印功能-配微型打印機,測量結(jié)果打印輸出。

測量原理: 微生物膜電極法

方法標(biāo)準(zhǔn): HJ/T86-2002

測量范圍: 2~4000mg/L

樣品測量時間: 8min

相對標(biāo)準(zhǔn)偏差: ≤5%

傳感器:

傳感器特點:

使用的KCl溶液作為電極液，帶參比電極的三電極一體芯傳感器

流通式設(shè)計: 液體流通自動切換裝置,自動清洗方便快捷

操作裝置: 可自動開關(guān)機，實現(xiàn)操作過程無人值守

微生物膜:

微生物菌種: 采用InterBio(EPA認(rèn)證)技術(shù)的BOD5專用菌種

微生物膜特點: 夾層干式膜，無毒無害

微生物膜壽命: 常溫干燥保存一年以上，活化壽命30天以上

進樣方式: 本機液體自動切換連續(xù)進樣，連續(xù)測量7個不同樣品，(專利號200920158907.)無需外接進樣器

控制方式: 即可本機操作又可微機控制

軟件環(huán)境: Windows XP 漢化軟件

模式切換: 可進行人工測量/自動測量模式切換

開關(guān)機方式: 可實現(xiàn)自動開關(guān)機

數(shù)據(jù)存儲: 全部數(shù)據(jù)自動存入歷史數(shù)據(jù)庫，可使用Excel 軟件編輯

1.測量原理:流通式微生物電極法 2.測量范圍:2--4000mg/L

3.單個樣品測量時間:8min

4.相對標(biāo)準(zhǔn)偏差:≤5%

5.傳感器特點:帶參比電極的三電極一體芯傳感器

6.信號輸出:微生物電極0~20uA

7.流通式設(shè)計:液體流通自動切換裝置,自動清洗方便快捷

8.開關(guān)機方式:可自動開關(guān)機，實現(xiàn)操作過程無人值守

水五日生化需氧量(BOD5)的測定

1.1 理解BOD的含義及測定條件;

1.2 了解水樣預(yù)處理的道理與預(yù)處理方法。

生物化學(xué)需氧量(BOD)定義為:在規(guī)定的條件下，微生物分解存在水中的某些可氧化物質(zhì)，特別是有機物所進行的生物化學(xué)過程所消耗的溶解氧量。該過程進行的時間很長，如在20℃培養(yǎng)條件下，全過程需100天，根據(jù)目前國際統(tǒng)一規(guī)定，在20±1℃的溫度下，培養(yǎng)五天后測出的結(jié)果，稱為五日生化需氧量，記為BOD5，其單位用質(zhì)量濃度mg/L表示。

對于一般生活污水和工業(yè)廢水，雖然含較多有機物，如果樣品含有足夠的微生物和具有足夠氧氣，就可以將樣品直接進行測定，但為了保證微生物生長的需要，需加入一定量的無機營養(yǎng)鹽(磷酸鹽、鈣、鎂和鐵鹽)。

某些不含或少含微生物的工業(yè)廢水、酸堿度高的廢水、高溫或氯化殺菌處理的廢水等，測定前應(yīng)接入可以分解水中有機物的微生物，這種方法稱為接種。對于一些廢水中存在著難被一般生活污水中微生物以正常速度降解的有機物或含有劇毒物質(zhì)時，可以將水樣適當(dāng)稀釋，并用馴化后含有適應(yīng)性微生物的接種水進行接種。

一般檢測水質(zhì)的BOD5只包括含碳有機物質(zhì)氧化的耗氧量和少量無機還原性物質(zhì)的耗氧量。由于許多

二級生化處理的出水和受污染時間較長的水體中，往往含有大量硝化微生物。這些微 生物達到一定數(shù)量就可以產(chǎn)生硝化作用的生化過程。為了抑制硝化作用的耗氧量，應(yīng)加入適量的硝化抑制劑。

BOD5為2-1000mg/L水樣，超過1000mg/L的水樣，應(yīng)適當(dāng)稀釋。

BOD分析儀是高智能化在線連續(xù)監(jiān)測儀。使用的玻璃儀器皿在實驗前應(yīng)認(rèn)真清洗，防止油污、沾塵。玻璃器皿干燥后方能使用。

BDO-200A型中文在線溶氧儀是我公司生產(chǎn)高智能化在線連續(xù)監(jiān)測儀?？梢耘錁O譜式電極，自動實現(xiàn)從ppb級到ppm級的寬范圍測量，是檢測鍋爐給水、凝結(jié)水、環(huán)保污水等行業(yè)的液體中氧含量測量的專用儀器。其具有響應(yīng)快、穩(wěn)定、可靠、使用費用低等特點，適合火力發(fā)電廠大量使用。

常用實驗室設(shè)備如下:

4.1 生化培養(yǎng)箱溫度控制在20±l℃，可連續(xù)無故障運行。

4.2 充氧設(shè)備充氧動力常采用無油空氣壓縮機(或隔膜泵、或氧氣瓶、或真空泵)。充氧流程可分為正壓、負(fù)壓充氧兩種流程。

4.3 BOD培養(yǎng)瓶:容積550±1mL。

4.4 樣品運輸貯藏箱:溫度保持0~4℃。

4.5 250mL溶解氧瓶或具塞試劑瓶2~6個。

4.6 50mL滴定管2支。

4.7 1mL移液管3支，25mL、100mL移液管各1支。

4.8 10mL、100mL量筒各1個。

4.9 250mL碘量瓶2個。

采用分析純試劑。實驗用水采用重蒸蒸餾水。

5.1硫酸錳溶液

將MnSO4·4H2O 480g或MnSO4·2H2O 400g溶于蒸餾水中，過濾后稀釋成100mL。 (此溶液中不能含有高價錳，試驗方法是取少量此溶液加入碘化鉀及稀硫酸后溶液不能變成黃色，如變成黃色表示有少量碘析出，即表示溶液中含有高價錳)。

MnO+2I-+6H+=I2+Mn2++3H2O ?23

5.2堿性碘化鉀溶液

溶解500g氫氧化鈉于300-400mL蒸餾水中，冷至室溫。另外溶解300g碘化鉀于200mL蒸餾水中，慢慢加入已冷卻的氫氧化鈉溶液，搖勻后用蒸餾水稀釋至1000mL(強堿性溶液腐蝕性很大，使用時注意勿濺在皮膚或衣服上)，如有沉淀，則放置過夜取上清液，貯藏于塑料瓶或棕色試劑瓶中(用棕色試劑瓶時要用橡膠瓶塞)。

5.3 濃硫酸

比重1.84，強酸腐蝕性很大，使用注意勿濺在皮膚或衣服上。

5.4 1%淀粉指示液

稱取2g可溶性淀粉，溶于少量蒸餾水中，用玻璃棒調(diào)成糊狀:慢慢加入(邊加邊攪拌)剛煮沸的200mL蒸餾水中，冷卻后加入0.25g水楊酸或0.8g氯化鋅ZnCl2防腐劑。此溶液遇碘應(yīng)變?yōu)樗{色，如變成紫色表示已有部分變質(zhì)，要重新配制。

5.5 (1+1)硫酸溶液

將濃硫酸(比重1.84)與水等體積混合。

5.6 2 mol/L(1/2 H2SO4)

5.7鹽溶液

下述溶液至少可穩(wěn)定一個月，應(yīng)貯存在玻璃瓶內(nèi)，置于暗處。一旦發(fā)現(xiàn)有生物滋長跡象，則應(yīng)棄去不用。

5.7.1 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七水磷酸氫二鈉(NaH2PO4·7H2O)、和1.7g氯化銨(NH4Cl)溶于500mL水中，西是指1000mL。

此緩沖溶液的pH應(yīng)為7.2。

5.7.2 七水硫酸鎂:22.5g/L溶液

將22.5g七水硫酸鎂(MgSO4·7H2O)溶于水中，稀釋至1000mL并混合均勻。

5.7.3 氯化鈣:27.5g/L溶液

將27.5g無水氯化鈣(CaCl2)(若用水合氯化鈣，要取相當(dāng)?shù)牧?溶于水，稀釋至1000mL并混合均勻。

5.7.4:0.25g /L溶液

將0.25g六水氯化鐵(Ⅲ)(FeCl3·H2O)溶解于水中，稀釋至1000mL并混合均勻。

5.8 硫代硫酸鈉溶液C(Na2S2O3)=0.025mol/L

稱取6.2g硫代硫酸鈉(Na2S2O3·5H2O)溶于煮沸放冷的蒸餾水中，加入0.2g碳酸鈉，用水稀釋至1000mL。貯于棕色瓶中，使用前用重鉻酸鉀，C(1/6K2Cr2O7)=0.0250mol/L標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定，標(biāo)定方法如下。

于250mL碘重瓶中，加入l00mL蒸餾水和1g碘化鉀，加入10.00mL 0.0250 mo1/L重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液，5mL 2 mol/L(1/2 H2SO4)硫酸溶液(5.6)，密塞，搖勻，于暗處靜置5 min后，用待標(biāo)定的硫代硫酸鈉溶液滴定至溶液呈淡黃色，加入1 mL淀粉溶液，繼續(xù)滴定至藍色剛好褪盡為止，記錄用量。

標(biāo)定反應(yīng):K2Cr2O7+6KI+7H2SO4=Cr2(SO4)3+312+4K2SO4+7H2O

(硫酸鉻，綠色)

I2+2Na2S2O3=2NaI+Na2S4O6

(連四硫酸鈉，無色)

C=10.00×0.0250/V

式中 C--硫酸鈉溶液濃度(mol/L)

V--硫代硫酸鈉溶液消耗量(mL)

5.9 氫氧化鈉，0.5mol/L

5.10 鹽酸，0.5mol/L

5.11 稀釋水

在5-20L玻璃內(nèi)瓶裝入一定量的純水曝氣2-8h，使稀釋水的溶解氧接近飽和;曝氣后瓶口蓋上兩層干凈紗布，置于20℃培養(yǎng)箱中放置數(shù)小時，使水中溶解氧含量不少于8mg/L。臨用前每升水中加入四種營養(yǎng)鹽溶液(5.7.1)、(5.7.2)、(5.7.3)、(5.7.4)各lmL并混合均勻。稀釋水的pH值為7.2，應(yīng)在8h內(nèi)使用完。

5.12 接種水

如被檢驗樣品本身不含有足夠的適應(yīng)性微生物，應(yīng)采取下述方法獲得接種水。接種溫度應(yīng)在20±l℃。

5.12.1 城市污水，一般采用住宅區(qū)生活污水，過濾后在20℃培養(yǎng)箱內(nèi)放置一晝夜，取上清液作為接種水。

5.12.2 待測樣品經(jīng)生化處理構(gòu)筑物的出水處的出水。

5.12.3 當(dāng)工業(yè)廢水中含有難降解有機物時，取該工業(yè)廢水排放口下游3-8Km 處的水作為做接種水;如無此種水源采用馴化菌種的方法在實驗室培養(yǎng)含有適應(yīng)于待測樣品的接種水，建議采用如下方法:取中和或適當(dāng)稀釋后的該水樣進行連續(xù)曝氣，每天加少量新鮮水樣。同時加入適量表層土壤、花園土壤或生活污水，使能適應(yīng)水樣的微生物大量繁殖。當(dāng)水中出現(xiàn)大量絮狀物，或分析其化學(xué)需氧量的降低值出現(xiàn)突變時，表明適應(yīng)的微生物已經(jīng)繁殖，可用做接種水。一般馴化過程需要3-8d。

5.13 接種的稀釋水

根據(jù)需要和接種水的來源，向每升稀釋水(5.11)中加入1.0~5.0mL接種水(5.12)中的一種。

以接種的稀釋水的5天(20℃)耗氧量應(yīng)在0.3~1.0mg/L之間。

6.1 實驗前準(zhǔn)備工作

6.1.1實驗前8h將生化培養(yǎng)箱接通電源，并使溫度控制在20℃下正常運行。

6.1.2將實驗用的稀釋水、接種水和接種的稀釋水放入培養(yǎng)箱內(nèi)恒溫備選用。

6.2水樣預(yù)處理

6.2.1水樣的pH值不在6.5~7.5之間時;先做單獨試驗，確定需要的鹽酸(5.10)或氫氧化鈉溶液(5.9)

體積，再中和樣品，不管有無沉淀形成。當(dāng)水樣的酸度或堿度很高，可改用高濃的堿或酸進行中和，確保用量不少過水樣體積的0.5%。

6.2.2含有少量游離氯的水樣，一般放置1-2h后，游離氯即可消失。對于游離氯在短時間內(nèi)不能消失的水樣，可加入適量的亞硫酸鈉溶液，以除去游離氯。

6.2.3從水溫較低的水體中或富營養(yǎng)化的湖泊中采集的水樣，應(yīng)迅速升溫至20℃左右，以趕出水樣中過飽和的溶解氧。否則會造成分析結(jié)果偏低。

從水溫較高的水體中或廢水排放口取樣，應(yīng)迅速使其冷卻至20℃左右，否則會造成分析結(jié)果偏高。

6.2.4若待測水樣沒有微生物或微生物活性不足時，都要對樣品進行接種。諸如以下幾種工業(yè)廢水:

a、未經(jīng)生化處理過的工業(yè)廢水;

b、高溫高壓或經(jīng)衛(wèi)生殺菌的廢水，特別要注意食品加工工業(yè)的廢水和醫(yī)院生活污水;

c、強酸強堿性的工業(yè)廢水;

d、高BOD5值的工業(yè)廢水;

e、含銅、鋅、鉛、砷、鎘、鉻、氰等有毒物質(zhì)的工業(yè)廢水。

以上的工業(yè)廢水都需采用具有足夠微生物。

7.1 不經(jīng)稀釋水樣的測定

①溶解氧含量較高、有機物含量較少的地表水，可不經(jīng)稀釋而直接以虹吸法將約20℃的混勻水樣轉(zhuǎn)移入兩個溶解氧瓶內(nèi)，轉(zhuǎn)移過程應(yīng)注意不使產(chǎn)生氣泡。以同樣的操作使兩個溶解氧瓶充滿水樣后溢出少許，加塞。瓶內(nèi)不應(yīng)留有氣泡。

②其中一瓶隨即測定溶解氧，另一瓶的瓶口進行水封后，放入培養(yǎng)箱中，在20培養(yǎng)5天。在培養(yǎng)過程中注意添加封口水。

③從開始放入培養(yǎng)箱算起，經(jīng)過5晝夜后，棄去封口水，測定剩余的溶解氧。

7.2 需經(jīng)稀釋水樣的測定

7.2.1 稀釋倍數(shù)的確定

根據(jù)實踐經(jīng)驗，提出下述計算方法，供稀釋時參考。

7.2.1.1地表水

由測得的高錳酸鹽指數(shù)與一定的系數(shù)的乘積，即求的稀釋倍數(shù)。高錳酸鹽指數(shù)與系數(shù)的關(guān)系見表2-3。

表2-3 由高錳酸鹽指數(shù)與系數(shù)的關(guān)系

高錳酸鹽指數(shù)(mg/L)

高錳酸鹽指數(shù)(mg/L)

系數(shù)

<5

-

10~20

0.4、0.6

5~10

0.2、0.3

>20

0.5、0.7、1.0

7.2.1.2工業(yè)廢水

由重鉻酸鉀法測得的COD值來確定，同程需作單個稀釋比。

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，則分別乘以系數(shù)0.075、0.15、0.25即獲得三個稀釋倍數(shù)。

7.2.2 稀釋操作

7.2.2.1 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，再加入稀釋水(或接種稀釋水)至800mL，用帶膠板的玻棒小心上下攪勻。攪拌時勿使攪棒的膠板露出水面，防止產(chǎn)生氣泡。

按照(7.1)相同的步驟操作，測定培養(yǎng)5天前后的溶解氧。

另取兩個溶解氧瓶，用虹吸法裝滿稀釋水(或接種稀釋水)作為空白試驗，測定培養(yǎng)5天前后的溶解氧。

7.2.2.2 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<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來的水樣量，然后用稀釋水(或接種稀釋水)使剛好充滿，加塞，勿留氣泡于瓶內(nèi)。

7.3溶解氧的測定:

溶解氧的測定方法用碘量法(通常用疊氮化鈉改良法)，詳見本書第二章《實驗六水溶解氧(DO)的測定》

8.1不經(jīng)稀釋直接培養(yǎng)的水樣

BODs = DO1-DO2

BODs--水樣的BOD5值，mg/L

DO1:水樣在培養(yǎng)前的溶解氧濃度，mg/L

DO2:水樣在培養(yǎng)五天后的溶解氧濃度，mg/L

8.2 經(jīng)稀釋后培養(yǎng)的水樣2121215)()(ffBBCCBOD?????

C1--水樣在培養(yǎng)前的溶解氧濃度，mg/L

C2--水樣在培養(yǎng)五天后的溶解氧濃度，mg/L

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)五天后的溶解氧濃度，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1

9.1 根據(jù)廢水濃度高低及毒性大小確定使用稀釋水、接種水還是稀釋接種水，若稀釋比大于100，將分兩步或幾步進行稀釋。

9.2 培養(yǎng)時要注意避光，防止藻類生長影響測定結(jié)果。

9.3 其他注意事項參見本書第二章《實驗六水溶解氧(DO)的測定》中(7.2~7.6)。