朱智慧，徐锡梅，章文华，汪雨茜，许小燕

(苏州工业园区清源华衍水务有限公司，江苏苏州 215021)

污水处理厂主要处理对象是生活污水、工业废水等，水体中有机物质种类较多，其成分复杂，无法逐一测定，故需通过测定污水中有机物所消耗的氧含量，间接表示水体中可降解有机物的含量[1]，以表征污水厂进水污染等级。五日生化需氧量(biochemical oxygen demand after 5 days，BOD5)数值越大反映水样受有机物污染程度越大[2]。目前，《水质 五日生化需氧量(BOD5)的测定 稀释与接种法》(HJ 505—2009)[2]是测定BOD5的常用方法，该方法操作简单且成本较低，便于推广普及，适合大批量水样的分析[3]。然而，该方法在实际运用中,溶解氧仪器测定时，样品经过稀释接种等操作会使平行偏差增大，质控样落于合格范围的难度增大，导致结果满意度一般。本文针对该方法测定BOD5时关键控制点进行反复试验，分析影响测定结果准确度的主要因素，供实验室操作者参考借鉴，同时为污水处理厂运行监测提供更准确的数据。

1 试验材料和方法

1.1 仪器与试剂

仪器：溶解氧测定仪(YSI52，美国)；恒温培养箱(LRH-250，上海一恒科学仪器有限公司)；250 mL溶解氧瓶；双圈定性中速滤纸等。

试剂：葡萄糖-谷氨酸溶液(质控样，BOD5含量为180～230 mg/L)；磷酸盐缓冲溶液(pH值为7.20)；硫酸镁溶液(11.0 g/L)；氯化钙溶液(27.6 g/L)；氯化铁溶液(0.15 g/L)；丙烯基硫脲溶液(1.0 g/L)。

1.2 试验方法

(1)试验用水

试验水样为苏州市工业园区清源华衍水务工业园区第一污水处理厂进水和出厂水，进出水pH值为6.70～7.40。

稀释水为实验室三级水，若稀释水溶解氧质量浓度<8.00 mg/L，采用曝气装置曝气1.0 h即可[2]，使稀释水中的溶解氧质量浓度达到8.00 mg/L以上。稀释水中氧的质量浓度不能过饱和，使用前需开口放置1.0 h，且应在24.0 h内使用，剩余的稀释水应弃去。

接种液为污水处理厂曝气池当日水样。

(2)溶解氧电极的校准及测定

环境温度在(20±1)℃，测定前保持电极膜为干燥状态，不可有水滴，否则会影响校正值。打开溶解氧测定仪，预热0.5 h，待显示屏幕上温度为(20±1)℃，且仪器稳定后，打开搅拌，在饱和溶解氧瓶子中进行校准。校准时溶解氧瓶内装入1 mm高度的纯水，使得电极在100%饱和湿空气中校准。打开搅拌按钮，将电极插入溶解氧瓶中测定(图1)。样品测定完毕后，盖紧溶解氧瓶内塞，确保玻璃塞上方有水封，最后盖好溶解氧瓶玻璃外罩，3次密封充分保证了微生物在密闭环境中消耗溶解氧[4]。

图1 溶解氧电极校准

(3)试验方法

按照《水质 五日生化需氧量(BOD5)的测定 稀释与接种法》(HJ 505—2009)[2]的方法检测。污水处理厂进水有悬浮物，先将其搅拌均匀，取均匀样品进行试验。夏季出厂水溶解氧质量浓度<8.00 mg/L时采用曝气装置进行曝气，曝气10 min后静置0.5 h，等气泡排尽后进行试验。张钧等[5]对不同样品的初始溶解氧调控给出了具体的试验步骤。待上述操作完成后，取一定量原水样或稀释水样，使其完全充满密闭培养容器(溶解氧瓶)，于(20±1)℃恒温培养箱避光培养5 d，分别测定培养前后水样溶解氧浓度，当水样没有稀释和接种的时候，二者之差即为BOD5，以mg/L表示。

2 结果与讨论

2.1 稀释倍数的影响

试验水样来自污水处理厂不同日期的进水，分别测定污水处理厂进水1#、2#、质控样(BOD5质量浓度为180.00～230.00 mg/L)稀释倍数下的BOD5，每个稀释倍数都需做平行样，记录每个稀释倍数的平均值结果。试验结果如表1所示。

表1 不同稀释倍数的测定结果

BOD5计算如式(1)。

(1)

其中：ρ——样品BOD5质量浓度，mg/L；

ρ1——接种稀释水样在培养前样品溶解氧质量浓度，mg/L；

ρ2——接种稀释水样在培养后样品溶解氧质量浓度，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；

f1——接种稀释水或稀释水在培养液中所占的比例；

f2——原样品在培养液中所占的比例。

由表1可知，污水处理厂进水1#稀释20.0倍时，剩余溶解氧质量浓度接近0，BOD5测定结果偏小(172.00 mg/L)；污水处理厂进水1#稀释50.0、80.0倍时，根据式(1)得出试验结果值的相对偏差为1.9%，偏差较小。污水处理厂进水2#样品分别测定稀释50.0、80.0、100.0倍时样品的BOD5，三者结果较为接近，稀释50.0倍时测定值最低，稀释100.0倍时测定值最高，稀释80.0倍时结果处于平均值。质控样测定稀释30.0、50.0、80.0倍的结果表明，稀释50.0倍的测定值处于结果的中位值，稀释100.0倍时测定值接近质控样上限。因此，稀释倍数偏小，样品的测定结果容易偏低，稀释倍数过大，结果容易偏高。选择合适的稀释倍数是试验结果接近真实值的关键性因素之一。若不能确定合适的稀释倍数，可以选取不同的稀释倍数测定BOD5。表2是污水处理厂进水和出水常用的稀释倍数，一般先测定样品的CODCr，初步判定BOD5的期望值，找出合适的稀释倍数。表1中污水厂进水2#稀释50.0倍和稀释100.0倍样品差值较大，而稀释80.0倍时结果处于中位值，因此，认为试验方法中稀释倍数50.0倍与100.0倍的跨度较大，增加了污水处理厂进水CODCr(600～800 mg/L)稀释80倍的试验。同样，冉毅君[6]、万建红[7]认为污水处理厂的水样成分较为复杂，BOD5与CODCr比值(简称B/C)在理论上有一定的合理性，实际检测中还需根据具体的水样种类来确定合适的稀释倍数，达到满意的结果。

表2 水样常用的稀释倍数

2.2 接种液的影响

污水处理厂曝气池水样中微生物丰富，各项指标接近于出厂水，非常适合作为BOD5样品的接种液。试验接种液来自同一日期的污水处理厂曝气池水样，空白水样是同一稀释水，对6个空白水样进行接种试验，空白1、2、3的接种液经中速滤纸过滤，空白4、5、6的接种液未经中速滤纸，试验结果如表3所示。

表3 空白的BOD5测定值

表3中接种液过滤的空白1、2、3的BOD5质量浓度分别为0.25、0.42、0.36 mg/L，接种液未过滤的空白4、5、6中质量浓度分别为2.21、2.00、1.66 mg/L，空白的结果相差较大。试验方法中规定，直接稀释法的空白值控制在0.50 mg/L以内，稀释或不稀释接种法空白试样的测定结果在1.50 mg/L以下为合格。因此，空白4、5、6空白试样的测定结果不合格。由于接种水样含有悬浮物，空白引入了新的有机物，空白BOD5将变大，空白值参与最终结果计算，稀释接种法中空白值影响试验结果。为了进一步研究不同水质对试验结果的影响，本试验还将未经消毒的出厂水和河水做接种水进行对比试验，均不过滤，结果如表4所示。

表4 不同水样的空白BOD5

表4中未经消毒的出厂水作为接种液时，试验空白值虽未超过试验方法中的规定值，但相对偏差较大，仍不适合作为接种液。河水作为接种液时，试验空白值均大于1.50 mg/L，不合格。因此，试验接种水中有悬浮物状态下必须先过滤再进行接种。杨斌等[8]也对加入接种液体积做了具体的研究。

2.3 环境湿度的影响

溶解氧仪每次测定前需要进行校准，在不同的湿度环境下，对仪器进行初始值校正，将数据绘制成曲线，试验结果如图2所示。

图2 湿度与仪器初始校正值的关系

图2表明湿度越大，初始校正值越高。湿度为50%以下时，初始校正值小于8.50 mg/L，由于空白及样品初始溶解氧测定值小于8.50 mg/L，空白试验值会出现负数，造成结果偏小。湿度高于75%时，初始校正值大于9.00 mg/L，空白及样品初始溶解氧测定值同样大于9.00 mg/L，空白试验差值会高于常规空白测定值，参与计算使得最终样品测定结果偏小。因此，控制初始校正值对最终空白差值有重要的意义，湿度控制在55%～70%更加合适，5 d前后湿度不要有太大偏差。测定样品初始溶解氧值应先判定数据是否出现较大波动，初始值异常应先检查外界因素是否达到试验要求，如温度、湿度是否在范围内，仪器是否预热平衡，开机后是否立即测定样品，这些因素容易导致样品初始溶解氧数据异常，直接影响测定结果的准确度。

2.4 余氯和结合氯的影响

污水处理厂出水一般选用次氯酸钠消毒灭菌，次氯酸钠使出厂水中存在少量余氯和结合氯，出厂水样静置1～2 h后余氯即可消失，结合氯会一直存在于水样中持续杀灭水中的微生物，短时间未除去或未完全除去的余氯和结合氯可通过添加亚硫酸钠溶液进行去除。试验水样来自不同日期的污水处理厂出厂水，分别试验污水厂出水1、2、3未去除余氯与去除余氯的状态下的BOD5差别，出厂水BOD5质量浓度小于6.00 mg/L不需要稀释，试验结果如表5所示。

表5 结合氯去除试验BOD5测定

由表5可知，样品1、2、3未去除结合氯的BOD5质量浓度分别是0.37、0.47、0.35 mg/L，而去除结合氯的BOD5质量浓度分别是1.61、1.55、1.17 mg/L，均大于未去除结合氯的测定结果。因此，出厂水去除结合氯十分重要，建议每次过量加入几滴过硫酸钠。污水处理厂出水都经过加氯消毒过程，余氯或结合氯的含量对出水BOD5的测定尤为关键。

2.5 溶解氧消耗差值的影响

试验水样来自同一日期的污水处理厂出水，将出水及质控样稀释不同倍数，试验结果如表6所示。

表6中出水分别稀释1.0、2.5、5.0倍，稀释倍数越大，培养后剩余溶解氧测定值越高，消耗溶解氧值越小，参与计算时数据波动较大，易对结果产生影响。试验方法中也规定了5 d后溶解氧剩余值宜≥2 mg/L，5 d溶解氧消耗差值宜≥2.00 mg/L。质控样稀释30.0、80.0倍时，溶解氧剩余值分别为1.91、5.14 mg/L，消耗值为1.91、5.41 mg/L，最终结果分别接近下限值和上限值；稀释50.0倍时剩余溶解氧质量浓度为4.13 mg/L，消耗溶解氧质量浓度为4.51 mg/L，测定BOD5质量浓度为205.00 mg/L，在质控样给定BOD5范围的中位值。认为试样中剩余溶解氧质量浓度在4.00 mg/L左右更有利于样品的测定结果，同样也可以根据此值选择最优稀释倍数。

表6 样品的测定结果

计算每日的B/C，一般B/C在0.2～0.6，超出或低于范围时需查看异常原因。通过长期大量的分析、试验数据的积累、质量的精准把控，可以获得非常好的实践经验，这对跟进技术和更新标准都有重要意义[9]。除了以上几个方面的影响，江梅等[10]对硝化细菌影响BOD5的测定做了具体的研究，证明测定BOD5时加入丙烯基硫脲非常必要。

3 结论

(1)为了保证电极校准初始状态相同，试验需提前制备稀释水，控制室内温度在(20±1)℃，湿度为55%～70%，有利于样品5 d前后电极测定值的准确性。

(2)先测定样品的CODCr,根据B/C比选定合适的稀释倍数，50.0倍与100.0倍的跨度较大，可以采用80倍，最优的稀释倍数可以提高检测结果的准确度。

(3)测定样品若需要接种，可采用双圈定量中速滤纸过滤接种水中的悬浮物颗粒，以防接种水引入其他有机物，保证空白值的可靠性。

(4)溶解氧电极在饱和湿空气下校准，玻璃电极膜上不得有小水珠聚集，校准初始值无异常，样品测定结果即可处于可控状态。

(5)准确测定样品中余氯结合氯的含量，去除时可过量滴加几滴亚硫酸钠，防止结合氯持续杀灭接种液中的微生物，使得结果出现异常。

(6)检测5 d空白值和质控样(180～230 mg/L)结果落在国标中规定的范围内，样品检测结果的准确度可靠，若出现异常需逐步查找原因。结合多年检测的经验，准确测定样品的BOD5不仅需要做到以上关键步骤，而且更需要严读标准，深入理解方法原理，精细操作。这样处理必将得到可靠的数据，对污水检测具有重要的意义。