BOD(Biochemical Oxygen Demand)即生化需氧量,是指在有氧条件下,微生物分解1L水中所含有机物时所需的溶解氧量,一般用mg/L表示。微生物分解水中的有机化合物时需要消耗氧,如果水中的溶解氧不足以供给微生物的需要,水体就处于污染状态。因此BOD是间接表示水体被有机物污染程度的一个重要指标。通过BOD的测定,可以了解污水的可生化性及水体的自净能力等,其值越高说明水中有机污染物质越多,污染越严重。
BOD分析仪工作原理及结构
一般有机物在微生物的新陈代谢作用下,其降解过程可分为两个阶段,第一阶段是有机物转化为CO2、NH3和H2O的过程;第二阶段则是NH,进一步转化为亚硝酸盐和硝酸盐的硝化过程。由于NH3已经是无机物,污水的生化需氧量一般仅指有机物在第一阶段生化反应时所需的氧量。微生物对有机物的降解与温度有关,一般以20℃作为测定生化需氧量时的标准温度。在氧气充足、不断搅动的测定条件下,有机物一般要20天才能基本完成第一阶段的氧化分解过程,约99%,常把20日BOD值当作完全BOD值,即BOD20但20天在实际工作中是难以做到的。因此规定一个标准时间,一般为5天,称之为五日生化需氧量,记做BOD5。BOD5约为BOD20的70%左右。
生化需氧量的传统测定方法是稀释与接种法,是指水样经含有营养液的接种稀释水适度稀释后在20±1℃培养5d,测定培养前后水样中溶解氧的质量浓度,由二者之差计算每升样品所消耗的溶解氧量,表示为BOD5。该法是1913年由英国皇家污水处理委员会正式提出,美国公共卫生协会1936年将(20℃)5d生化需氧量稀释法定为水和废水的标准检验方法,从而形成了测定BOD5的标准稀释法,并为ISO/TC-147所推荐。我国1987年将此方法颁布为水质分析方法标准GB/T7488-1987,并由环境保护部于2009年修订后颁布为HJ505-2009标准。
自从BOD5在国际上被确定为重要的水质有机污染指标和监测参数之一以来,许多研究人员和分析工作者对其测定方法一直在坚持不懈地研究和改进,截至目前国内外仍以稀释与接种法作为经典方法广泛应用于常规监测、比对实验、标样考核、仲裁分析等领域。然而,在实际工作中,稀释与接种法也有许多不足之处,如操作复杂、耗时耗力、精密度差、干扰性大、适用范围有限、不宜现场监测等。
随着环保事业的不断发展和污水处理力度的加大,BOD在线监测仪的研发及普及应用已势在必行。目前为止,国内外均未制定BOD在线监测标准方法,市场上应用较多的主要有生物反应器法、微生物电极法和UV法三类。
生物反应器法的测定原理是利用特殊的中空材料吸附大量的微生物,当待测水样进入反应器后,在搅拌条件下微生物迅速降解水样中的有机物,通过测定水样降解前和降解后的溶解氧,并与反应器的内置标准曲线对比计算得BOD值,多个反应器连续工作即可实现水样的在线监测。
微生物传感器法测定BOD的原理是待测样品与空气以一定流量进入流通测量池内与微生物传感器接触,样品中溶解态可生化降解的有机物被菌膜中的微生物分解,使扩散到氧电极表面的氧减少,当样品中可生化降解的有机物向菌膜的扩散速度达到恒定时,扩散到氧电极表面上的氧也达到恒定并产生恒定电流,该电流与样品中可生化降解的有机物的差值及氧的减少量存在相关关系,据此计算出样品的BOD,再与BOD5标准样品对比换算得到样品的BOD5值。由于溶解氧在线监测仪的结构复杂,需要定期添加标准溶液和更换进液管路及微生物膜。当水样中对BOD有贡献的悬浮物含量较高或含有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和游离氯等水样的测定。
UV法是指在特定波长条件下,依据样品中有机物的光谱吸收强度与待测溶液浓度的相关关系来测定样品中有机物的含量。但采用该法所测定数据的重现性及其与BOD5的相关性依赖于水样的稳定性,而许多不稳定样品中的有机物在指定波长区间内没有吸收光谱,使得UV法很难精确测定BOD,所得数据只可以对水样进行定性判断。
BOD分析仪的应用
在线BOD分析仪广泛应用于废水处理、纯净水、循环水、锅炉水等系统以及电子、电镀、印染、化学、食品、制药等制程领域,以及对地表水及污染源排放等进行环境监测。
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