微生物传感器快速测定水中BOD 的研究与探讨
由于BOD 的标准测定方法需时5 天,操作繁琐、重复性差、测定周期长、受干扰因素多,不能满足当前环境监测中快速测定的要求,因此快速测定BOD 的方法和研究近年来得到广泛的重视。
本文运用BOD 快速测定仪,以HJPT86 - 2002《微生物传感器快速测定法》为检测标准,在检出限、精密度、准确度等一系列实验室质量控制要求得以保证的基础上,对标准样品和大量不同行业的实际样品中的BOD 进行快速测定, 与国标GB7488 - 1987 五日生化需氧量法(BOD5 ) 进行比对试验,筛选出BOD 微生物传感器快速测定法的适用范围,指出了该方法的影响因素和注意事项,同时阐述了BOD 快速测定法与五日生化需氧量法(BOD5 ) 各自的优缺点。
1 仪器与试剂
1. 1 仪器
220B 型微生物电极法BOD 快速测定仪。
1. 2 试剂
磷酸盐缓冲溶液(0.5mol/L) :68g 磷酸二氢钾和71g 磷酸氢二钠用蒸馏水溶解后移入1000ml容量瓶中,用水稀释至标线。磷酸盐缓冲溶液使用液(0.005mol/L) : 用缓冲液稀释100 倍制得。
葡萄糖- 谷氨酸(BOD) 标准溶液( 2500 ±37mg/L) :称取在103 ℃下干燥1h 并冷却至室温的无水葡萄糖和谷氨酸各1.705g ,溶于磷酸缓冲溶液使用液中,并用此溶液稀释至1000ml ,混合均匀。
BOD 标准使用溶液(100mg/L) : 取上述BOD标准溶液10.00ml 用磷酸缓冲溶液使用液稀释至250ml 。
2 方法原理
BOD 微生物传感器快速测定的工作原理:将微生物电极插入恒温、溶解氧浓度一定的不含BOD 物质的缓冲溶液时,由于微生物的呼吸活性一定,所以缓冲溶液中的溶解氧分子通过微生物膜扩散进氧电极的速率一定,微生物电极输出一稳态电流;如果将BOD 物质加入缓冲溶液中,则该物质的分子与氧分子一起扩散进微生物膜,膜中的微生物对BOD 物质发生同化作用而耗氧,导致进人氧电极的氧分子减少,即氧扩散进人氧电极的速率降低,使电极输出的电流减少,并在几分钟内降至新的稳定态。在适宜的BOD 物质浓度范围内,电极输出电流降低值与BOD 物质浓度之间呈线性关系,而BOD 物质浓度又和BOD 值之间有定量关系,因而可以进行BOD 的测定。
3 实验部分
3.1 标准曲线绘制
取5 支50ml 具塞比色管,分别加入BOD 标准使用液1、5、10 、15 、25mg/L ,用磷酸盐缓冲液稀释至标线,摇匀,配制成浓度为2、10 、20 、30 、50mg/L的标准系列,得到不同BOD 浓度与其相应电位差(ΔI) 值,依此绘制出BOD (mg/L) 与ΔI 的关系曲线。
3.2 样品的测定
地表水可不用稀释,直接取50ml 水样加入0.5ml 0.5mol/L 磷酸盐缓冲溶液进行样品测定。
生活污水和工业废水依据CODCr 值估算BOD的浓度范围确定其稀释比,使待测液BOD 值控制在2～50mg/L 。取预处理后样品50ml ,加入0.5ml0.5mol/L 磷酸盐缓冲溶液,调节待测液的pH 值为5～9 之间,测量完成直接读出BOD(mg/L) 值。
4 实验结果
4.1 方法检出限
连续测定20 次空白溶液,按美国EPA SW -846 中规定方法检出限计算方法MDL = 3.143SD(SD 为空白平行测定(批内) 标准偏差(重复测定7 次) ) ,得方法检出限为0.5mgPL 。
4.2 准确度和精密度
分析国家环保总局标准物质研究所的BOD标准样品200227、200226、200225 各6 次,进行准确度和精密度的测试。由表1 可知,标准样品的测得值均在允许误差范围内,相对偏差< 3 ,相对标准偏差< 3 % ,准确性和重现性均良好。
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4.3 实际样品的比对
在保证实验室质量控制体系的情况下,对地表水、不同行业的生活污水和工业废水进行大量的BOD 微生物传感器快速测定法(HJ86 - 2002)和BOD5 稀释接种法( GB7488 - 1987) 的比对实验,结果见表2。
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由表2 可见,微生物传感器快速测定法适用于地表水和可生化性较好的生活污水、酒厂废水、餐饮废水等,此类废水由两种方法测得的结果有较好可比性,相对偏差均小于10 %;然而对于可生化性较差的印染废水、化工废水、农药废水等的测定结果却不尽人意,相对偏差甚至达到90 %以上,其相对偏差远远大于实验室质量控制的最大标准偏差(25 %) 的要求,数据不可用。这是由于这些废水中含有的有毒有害物质严重影响了微生物的活性,微生物对其中的毒害物质缺乏抵抗性,致使其完全失去作用。
5 微生物传感器优缺点简述
在大量样品分析的基础上,与标准稀释法相比,微生物传感器快速测定BOD 法具有以下优点:
(1) 操作简便、测量周期短:BOD 微生物传感器的响应时间为8min ,测定周期33min , ,能迅速反映水质情况,能实现实时监测。
(2) 避免了标准稀释法五日生化长时间培养以及人工操作引起的误差,微生物传感器快速法温度控制精度好,整个测量过程在恒温条件下进行,避免了硝化作用带来的影响。
(3) 对可生化性好的水样测量稳定,重现性好。与五日法分析长达5 天的培养过程中众多的微生物代谢相比,微生物传感器快速法测定可生化性好的水样时,BOD 波动范围小,精度高,避免五日生化稀释带来的结果偏差。
微生物传感器快速法测定BOD 存在以下几个问题:
(1) 该法利用传感器中菌膜内的微生物对水中有机物进行BOD 的测定,微生物的活性及生长周期对BOD 的影响至关重要,应根据水样情况进行标准校准。
(2) 水样中的悬浮物颗粒对该法测定BOD 与五日法测定会有一定偏差,因悬浮物在五天培养过程中只有部分被生化降解,因此取样时应取静置30min 后的中间溶液。
(3) 过酸过碱废水、高浓度的杀菌剂、农药类、游离氯、高浓度的含氰废水、重金属等对菌膜中的微生物有危害作用,所得数据与五日法没有可比性,不适合此类废水的测定。
6 结论
BOD 微生物传感器快速测定操作简单、检测速度快、灵敏度高、重现性好、测量稳定可靠,为BOD 的连续监测提供了可能。但是普适性不强,如何适应强酸强碱、毒害、高盐度等的特殊水质是微生物传感器法亟需解决的问题。通过筛选、驯化获得适应特殊水质的菌种,或者多菌种协同作用,提高菌膜中微生物的活性和使用寿命,这将是BOD 快速测定仪的一项非常必要和迫切解决的实际难题。
作者简介:胡笑妍(1981 - ) ,女,浙江永康人,助理工程师.
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