一、概述

生化需氧量(biological oxygen demand, BOD)是指在规定条件下，微生物分解水中的某些可氧化的物质，特别是分解有机物的生物化学过程消耗的溶解氧，结果用O₂mg/L表示。

有机物在水中发生的生物氧化反应是极其复杂的，为方便起见，可用下述反应式来表示：

C₆H₁₂O₆+6O₂→6CO₂↑+6H₂O(完全氧化)

色氨酸＋6O₂→吲哚＋丙酮酸盐＋NH₃↑(不完全氧化)

6C₆H₁₂O₆＋16O₂＋NH₃→4C₅H₇O₂N(细菌细胞)＋16CO₂ +28H₂O

有机物在好氧性微生物作用下生物氧化过程的显著特点是吸收O₂，吸收的O₂越多，则表明水样中能被氧化分解的有机物含量就越多。因此可以根据生物氧化反应吸收O₂的量来表示水体中有机物含量。用BOD来衡量有机污染程度时，最好能测出有机物完全氧化分解所消耗的氧气量，但有机物在水中的生物氧化分解是一个极其缓慢的过程，如在20℃培养，需经100余天才能完全分解完毕，因此除研究工作外，没有实际应用价值。通常是在规定条件下测定一定时间内的生化需氧量，来衡量有机物污染的程度。

BOD是水中有机物污染监测必不可少的指标，也是工业废水处理设施设计和效果判断的重要依据。我国地面水环境质量标准(GB 3838-2002)规定BODS(mg/L)的标准限值为Ⅰ类、Ⅱ类水≤3，Ⅲ类水≤4，Ⅳ类水≤6，Ⅴ类水≤10。

二、测定方法

BOD的测定方法很多，主要有稀释接种法、微生物传感器法、检压法和库仑法、分光光度法、近红外光谱法等。
稀释接种法具有稳定性和重现性好，准确度高的优点，已广泛应用于地面水、生活污水和工业废水的测定。

微生物传感器法具有测定时间短，精度较高，重现性好等优点。但是，当水样中含大量悬浮物或难生化降解的有机物时，测定结果会产生偏差，而且该方法不能用于含有高浓度氰化物、杀菌剂、农药类和游离氯等水样的测定。

检压法是将水样置于密闭的培养瓶中，当培养瓶内的氧被微生物消耗的同时，由微生物呼吸产生的与耗氧量相当量的CO₂气体被NaOH吸收，导致密闭系统的压力降低，通过压力计测出其压力降低值，即可求出水样的BOD值。库仑法是指在特制装置中，微生物分解待测水样中的有机物消耗其中的氧气，而释放出CO₂，释放出的CO₂被吸收剂吸收，使瓶内的压力降低，消耗掉的氧气又由电解产生的氧气不断补充，使培养瓶内的压力始终保持平衡。根据恒电流电解产生的氧气所消耗的电量计算出BOD值。检压法和库仑法BOD测定仪能自动显示测定结果，操作简便，节省人力和试剂，准确度好，灵敏高，一次可同时测定数个水样，已广泛应用于环境水质和沉积物的监测。

分光光度法是在传统的五日测定法基础上，用I3--结晶紫-聚乙烯醇体系光度法测定水样培养五天前后的溶解氧浓度，以碘酸钾为溶解氧标准溶液，与过量碘化钾反应生成单质碘，新生成的I₃^-与结晶紫在聚乙烯醇存在下结合生成的电中性离子缔合物，在550nm处有最大吸收，采用光度法测定五天前后培养水样中溶解氧，根据其变化量来计算水样中BOD。该法灵敏准确，试剂用量少，环境污染小。

近红外光谱法是以透射法测定水样的近红外光谱，利用水样中有机污染物在短波近红外区(800～1350nm)的吸收峰，与标准方法测定的BOD值建立线性相关曲线，测得水样的近红外光谱，即可通过曲线计算出水样的BOD值。近红外光谱法作为一种新的水质快速测定方法，不仅操作简便，测定速度快，不产生二次污染，适合现场检测，还具有与光纤技术结合构建大型、远距离、自动化、网络化在线监测系统的潜力，但水中存在的杀菌剂、游离氯、藻类、硝化微生物等会使得测定结果产生偏差。

中国环境保护标准《水质五日生化需氧量(BODS)的测定》( HJ 505-2009)规定稀释与接种法测定五日生化需氧量和《水质生化需氧量(BOD)的测定》(HJ/T86-2002)规定微生物传感器快速测定法测定生化需氧量。

1. 五日稀释与接种法水样或稀释水样充满在完全密闭的溶解氧瓶中，测定其培养前的DO值和在20℃培养5天后的DO值，根据培养前后DO值之差和稀释倍数计算出水样BOD值，记为BOD₅。本法检出限为0.5mg/L,测定下限为2mg/L，非稀释法和非稀释接种法的测定上限为6mg/L,稀释与稀释接种法的测定上限为6000mg/L，适用于地表水、工业废水和生活污水中BOD₅的测定。

若水样中的有机物含量较多，BOD₅的质量浓度大于6mg/L，且有足够的微生物时，水样需适当稀释后测定。水样稀释的程度应使培养过程消耗的溶解氧或培养后水样中剩余溶解氧质量浓度都不＜2mg/L，或培养后水样溶解氧下降为40％～70％最佳。若水样有机物含量＜6mg/L或溶解氧含量充足时不用稀释。

水样在稀释时要有合适的稀释倍数。稀释倍数的估计方法，一是根据样品的总有机碳(TOC)、高锰酸盐指数(1mn)或化学需氧量(COD_cr)的测定值，按照表6-4列出的BODS与三者的比值R估计BOD₅ 的期望值(R与样品的类型有关)，再根据表6-5确定稀释倍数。

表6-4 典型的比值R

表6-5 BOD₅测定的稀释倍数

二是根据水样的性质和工作经验估计，对严重污染水样可稀释到0.1％～1.0%；生活污水稀释到1％～5%；经过氧化处理的污水可稀释到5％～25%；较清洁的河水可稀释到25%～100%。三是根据IMn 来估计，IMn/n (n=1～3)即为稀释倍数。无论采用哪种方法估计稀释倍数，每一水样都需同时作多个稀释倍数的测定，以确保至少有一个稀释倍数的溶解氧下降率在40％～70％之间。如没有一个稀释倍数符合此要求，应重做。

测定前还应制备好稀释水。稀释水的作用是为微生物分解水样中的有机物提供必要条件和适宜的环境。因此稀释水应满足下述要求：溶解氧含量应充分，20℃时，DO>8mg/L;含有微生物生长所需要的营养物质：如Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺、N、P等，同时由这些离子造成的渗透压要和细菌的渗透压相似；具有一定的缓冲作用，能将pH维持在7左右，因微生物一般在pH6.2～8.5范围活动能力最强；稀释水本身的有机物含量低，空白值应＜0.2mg/L;对不含或含微生物少的工业废水，如酸碱性废水、高温废水、冷冻保存的废水或经过氯化处理的废水等，应进行接种，以引进能分解废水中有机物的微生物。当废水中存在难以被微生物以正常速度降解的有机物或含有剧毒物质(如Cu²⁺、Hg²⁺、CN^-、甲醛等)时，应将驯化后的微生物引入水样中进行接种。制备稀释水时，将蒸馏水置于大的瓶中，加入磷酸盐缓冲溶液、氯化镁、氯化钙和氯化铁溶液，用真空泵抽气1～2天，必要时接种特种微生物，密塞静置1天以上，使溶解氧的量达到稳定。稀释水中氧的质量浓度不能过饱和，使用前需开口放置1小时，且应在24小时内使用。剩余的稀释水应弃去。

根据估计的稀释倍数对水样进行稀释。稀释操作一般是在1000ml的量筒中进行，先用虹吸的方法加一半稀释水于量筒中，再将按照稀释倍数计算出来的所需水样体积加入其中，用稀释水稀释至1000ml刻度。用特定的搅拌棒混匀后，用虹吸法将量筒中的稀释水样分装于两个溶解氧瓶中，密塞。一瓶15分钟后测定溶解氧，另一瓶培养。需培养的溶解氧瓶用水密封好，再送入20℃的生化培养箱中，培养5天。培养期间应每天检查2次，严格控制温度在20℃±1℃范围内，并及时补加密封水。按照溶解氧测定方法，分别测出每个稀释倍数包括稀释当天和培养5天后的溶解氧值。

计算结果时首先应计算出每个稀释倍数的DO下降率，用DO下降率在40％～70％的稀释倍数按式6-11计算BOD₅(mg/L)值，若同时有几个稀释倍数满足上述要求，则用这几个稀释倍数的BOD₅值的均值报结果。

式中，D₁为水样在培养前溶解氧的质量浓度，mg/L; D₂为水样在培养后溶解氧的质量浓度，mg/L; B₁为空白在培养前溶解氧的质量浓度，mg/L;B₂为空白在培养后溶解氧的质量浓度，mg/L,f₁为原水样在1000ml培养液中所占的比例流为稀释水在1000m₁培养液中所占的比例。

用稀释培养法测定BOD₅对水样的要求是：采样方法按照HJ/T91的相关规定执行。样品应充满并密封于棕色玻璃瓶中，样品量不小于1000ml，在0～4℃下避光运输和保存，并于24小时内尽快分析。若24小时内不能分析，可冷冻保存(冷冻保存时避免样品瓶破裂)，冷冻样品分析前需解冻、均质化，但不得加防腐剂。如果水样含有强酸或强碱，应先用10％的碳酸钠溶液或0.5mol/L硫酸中和至pH7左右。如果水样有余氯应先用0.005 mol/LNa₂S₂O₃溶液除去，以免余氯影响微生物活动。如果水样含有硝化细菌，有可能发生硝化反应，需在每升试样中加入2ml丙烯基硫脲硝化抑制剂。水样有硫化物、亚硫酸盐和亚铁等还原性物质时，会很快消耗溶解氧，因此在测定培养前的稀释水样时应放置15分钟，以消除其影响。测定前待测试样的温度达到20℃±2℃。若样品中溶解氧浓度低，需要用曝气装置曝气15分钟，充分振摇赶走样品中残留的空气泡；若样品中氧过饱和，将容器2/3体积充满样品，用力振荡赶出过饱和氧。若水样中含有大量悬浮物时，特别是有些活性污泥耗氧特别多时，BOD₅的测定结果会偏高，测定前应用滤孔为1.6um的滤膜过滤，检测报告中注明滤膜滤孔的大小。若样品含盐量低，非稀释样品的电导率小于125uS/cm时，需加入适量相同体积的四种盐溶液，使样品的电导率大于1250/cm,每升样品中至少需加入各种盐的体积按式(6-12)计算。

式中，V为需加入各种盐的体积，ml;△K为样品需要提高的电导率值，uS/cm。

水样稀释过程中，应避免产生气泡，防止空气进入。用虹吸法加入稀释水及分装稀释液时，虹吸管的下口要插入容器的底部。混匀时搅拌棒不能露出液面。装瓶时，溶解氧瓶内不留有气泡。溶解氧瓶塞必须是完全磨口，如果是很轻的空心塞，必须用金属夹或橡皮筋固定，否则瓶塞容易上浮，造成实验失败。培养5天后，溶解氧瓶内产生气泡，结果会不准确。气泡产生的原因主要是稀释水或水样通过低温保存，使用时温度太低，或水样含有藻类物质，在未完全避光的情况下进行培养产生气泡。

水样BOD₅测定结果受稀释倍数影响，其主要原因是：在温度、营养盐、pH等环境条件一致时，培养体系营养物质与微生物量之比值(F/M , F代表营养物质，M代表微生物量)对细菌增长和耗氧速率起到了控制作用。当F/M值较小时，即在接种量不变而减少水样量时，单元基质的细菌增长速率加快、耗氧速率和耗氧量也增大，BOD₅值也相对增大。此时细菌种群比较快地完成对数增长期和减速增长期，活菌数比较快地达到最高峰值，较早地进入内源呼吸期。而当F/M值较大时，单元基质的细菌增长速率、耗氧率和耗氧量都相对低。此时细菌种群的对数增长期和减速增长期相对较长，较迟的进入内源呼吸期，5日内所经历的内源呼吸期相对较短，单元基质的细菌耗氧量相对小，即BOD₅值相对小。

2. 微生物传感器快速测定法测定BOD的微生物传感器是由氧电极和微生物菌膜构成，当含有饱和溶解氧的样品在流通池中与微生物传感器接触，样品中溶解性可生物降解的有机物受到微生物菌膜中菌种的作用，而消耗一定的溶解氧，使扩散到氧电极表面的溶解氧减少，当样品中可生化降解的有机物向菌膜扩散速度达到恒定时，此时扩散到氧电极表面的溶解氧的质量也达到恒定，因此产生一个恒电流。由于恒电流的差值与氧的减少量存在线性关系，据此换算出样品中生化需氧量。

测定前先开启仪器，用0.005 mol/L磷酸盐缓冲溶液清洗微生物传感器至电位E0(或电流I₀)稳定。移取100mg/L葡萄糖-谷氨酸标准使用液1.5～25 ml于50m1具塞比色管中，用0.005 mol/L磷酸盐缓冲溶液稀释至标线，混匀。移取预处理后水样50ml加入0.5m1 0.5 mol/L磷酸盐缓冲溶液，混匀。分别用此标准溶液和样品溶液进样，测定出仪器稳定时的电位差值△E₀(或电流差值△I₀)。由标准溶液浓度对应的电位差值△E₀(或电流差值△I₀)绘制标准曲线，由标准曲线查得水样中BOD浓度(mg/L)。

水样在测定前需要预处理。水样温度与室温不同时，先将水样放至室温；如果水样pH不在4～10之间，调节其pH为7左右；生活污水或生活废水可根据经验或预期BOD值确定稀释倍数，稀释以后，待测水样的BOD应控制在50mg/L以下，为了缩短测定周期，最好将水样BOD稀释至25 mg/L左右；地面水一般不需稀释。对含余氯的水样可加入计算量的硫代硫酸钠消除。水样中对本测定方法不产生明显干扰的物质最大允许浓度为：悬浮物250mg/L, Co²⁺、Mn²⁺、Fe^2＋、Pb²⁺5mg/L、Zn²⁺4mg/L、Cu²⁺、Hg²⁺2mg/L、Cr²⁺0.5mg/L、CN^-0.05mg/L。

测定时的进样量可调整，但任何情况下进样量都不能小于10ml。

3. BOD检压测定仪法测定时加入水样和BOD营养液到BOD专用瓶，将瓶子按方法要求连接到仪器的压力传感器上，开启搅拌器搅拌水样，以助氧气能均匀的补充至水样，然后将整个装置放入生化培养箱中，20℃±1℃，5天后直接读出BOD值。

测定前，水样温度应调节在20℃±1℃，pH在6.0～8.0，并加入营养液(由氯化钙、三氯化铁、硫酸美和磷酸盐缓冲溶液组成)，以利于微生物的生长繁殖。

文章来源：《水质理化检验》

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