技术概述

污水五日生化需氧量测定是水质监测领域中一项至关重要的检测项目，通常简称为BOD5测定。生化需氧量是指在特定条件下，微生物分解水中有机物所消耗的溶解氧量，而五日生化需氧量则是指在20°C条件下，微生物分解水中可生物降解有机物五天所消耗的溶解氧量，以毫克每升（mg/L）表示。

BOD5作为评价水体有机污染程度的核心指标之一，其数值大小直接反映了污水中可生物降解有机物的含量水平。当BOD5值较高时，表明水体中存在大量有机污染物，这些物质在分解过程中会大量消耗水中的溶解氧，可能导致水体缺氧，进而引发水生生物死亡、水体发臭等一系列环境问题。因此，准确测定污水的BOD5值对于环境监测、污水处理工艺优化以及水环境保护具有重大意义。

从技术原理角度分析，五日生化需氧量测定的基础在于微生物的代谢活动。在测定过程中，水样中的好氧微生物以有机物为营养物质，通过呼吸作用将有机物氧化分解为二氧化碳和水，同时消耗水中的溶解氧。这一生化反应过程的反应速率和程度受到多种因素的影响，包括温度、pH值、微生物种群、营养物质含量以及有毒物质的存在等。标准测定方法将温度严格控制在20°C±1°C，以确保测定结果的可比性和准确性。

在国际和国内标准体系中，BOD5测定已形成较为完善的方法标准。我国现行的《水质 五日生化需氧量（BOD5）的测定 稀释与接种法》（HJ 505-2009）是该测定的主要依据标准，该标准详细规定了测定的原理、试剂、仪器、操作步骤及结果计算方法。此外，还有压差法、传感器法等快速测定方法在某些特定场合得到应用，但稀释接种法仍然是最权威、应用最广泛的标准方法。

值得注意的是，BOD5与化学需氧量（COD）之间存在一定的相关性，但两者反映的水质特性各有侧重。COD反映的是水中还原性物质的总量，包括有机物和无机还原性物质；而BOD5仅反映可被生物降解的有机物含量。BOD5与COD的比值（B/C比）常被用来判断污水的可生化性，比值越大表明污水越容易被生物处理工艺所降解，这一参数在污水处理工程设计和运行管理中具有重要参考价值。

检测样品

污水五日生化需氧量测定适用的样品类型广泛，涵盖了各类含有有机污染物的水体。根据样品来源和水质的差异，可将检测样品分为以下几大类：

  • 工业废水样品：包括化工、制药、食品加工、造纸、纺织印染、皮革加工、酿造等行业排放的生产废水。这类样品通常成分复杂，可能含有抑制微生物生长的有毒物质，测定前往往需要经过预处理或接种适应性的微生物菌种。
  • 生活污水样品：来源于居民日常生活中产生的污水，包括洗涤废水、厨房废水、卫生间污水等。生活污水的BOD5值通常在100-400mg/L范围内，具有良好的可生化性。
  • 城镇污水处理厂进出水样品：进水样品BOD5值较高，需根据实际情况选择适当的稀释倍数；出水样品经过处理后BOD5值显著降低，测定时需注意检测下限的问题。
  • 地表水样品：包括河流、湖泊、水库、池塘等自然水体。这类样品BOD5值通常较低，测定时需确保足够的培养时间和准确度。
  • 地下水样品：受污染的地下水可能含有一定量的有机污染物，需要进行BOD5测定以评估污染程度。
  • 养殖废水样品：畜禽养殖、水产养殖过程中产生的废水，有机物含量高，BOD5值通常较高。

样品采集是确保测定结果准确性的关键环节。采样时应使用洁净的玻璃瓶或聚乙烯瓶，避免使用可能释放有机物质的容器。样品采集后应尽快进行分析，如不能立即测定，应在0-4°C条件下保存，保存时间不应超过24小时。采样过程中应详细记录采样点位、采样时间、样品外观特征、现场环境条件等信息，为后续数据分析和质量控制提供依据。

对于含有余氯的样品（如污水处理厂加氯消毒后的出水），应在采样后立即加入适量的硫代硫酸钠溶液以去除余氯，避免余氯对测定结果的干扰。对于pH值超出6-8范围的样品，应使用稀盐酸或氢氧化钠溶液调节至中性后再进行测定。对于含有大量悬浮物的样品，可根据测定目的选择是否进行过滤或沉淀处理。

检测项目

污水五日生化需氧量测定涉及的核心检测项目是BOD5值的测定，但在实际检测过程中，还涉及多个辅助检测项目和参数的测定，这些项目共同构成了完整的BOD5检测体系：

  • 五日生化需氧量（BOD5）：这是核心检测项目，直接反映污水中可生物降解有机物的含量。测定结果以氧的毫克每升（mg/L）表示。
  • 溶解氧（DO）：包括培养前的初始溶解氧和培养五天后的最终溶解氧。溶解氧的准确测定是BOD5计算的基础，通常采用碘量法或电化学探头法进行测定。
  • 接种液质量控制：在进行接种法测定时，需要同时测定接种液的BOD5值，用于扣除接种液对测定结果的贡献。
  • 稀释水质量控制：稀释水的空白值测定，用于确保稀释水中不含有机污染物，避免对测定结果产生干扰。
  • 葡萄糖-谷氨酸标准溶液验证：使用已知浓度的葡萄糖-谷氨酸标准溶液进行平行测定，验证测定系统和操作过程的可靠性。

在检测结果报告中，除BOD5主值外，还应包括以下关键信息：稀释倍数、培养温度、培养时间、溶解氧测定方法、样品预处理方式等。这些信息有助于使用者正确理解和运用检测结果。

检测限和精密度是衡量检测项目质量的重要指标。根据标准方法要求，当水样BOD5值大于等于3mg/L时，方法的检出限为0.5mg/L；当水样BOD5值在3mg/L以下时，方法的应用受到限制。测定结果的精密度通常以相对标准偏差（RSD）表示，应控制在合理范围内。

检测方法

污水五日生化需氧量的测定方法主要包括稀释接种法、压差法和微生物传感器快速测定法三种，其中稀释接种法是最经典、最权威的标准方法，也是目前国内环境监测机构普遍采用的方法。

稀释接种法是依据HJ 505-2009标准进行的经典方法，其基本原理是将水样用含有一定营养成分和溶解氧的稀释水进行适当稀释，使培养后剩余的溶解氧量不低于2mg/L，培养期间溶解氧消耗量不小于2mg/L。将稀释后的水样分成两份，一份测定当天的溶解氧，另一份在20°C±1°C的恒温培养箱中培养5天后测定溶解氧，通过计算培养前后溶解氧的差值并结合稀释倍数，得出水样的BOD5值。

稀释接种法的关键步骤包括：稀释水制备、接种液准备、稀释倍数确定、溶解氧测定和结果计算。稀释水的制备需要向蒸馏水中加入磷酸盐缓冲溶液、硫酸镁溶液、氯化钙溶液和氯化铁溶液，使稀释水具有一定的缓冲能力和微生物生长所需的营养物质。稀释水在使用前应在20°C条件下曝气至饱和，并静置一定时间使溶解氧稳定。

接种液的来源主要包括：生活污水上清液、污水处理厂出水、受纳水体水样或实验室培养的微生物菌种。接种液的选择应根据水样类型确定，对于含有特殊污染物的工业废水，可能需要采用经过驯化的特异性微生物作为接种源。

稀释倍数的确定是影响测定结果准确性的关键因素。一般来说，应选择使培养后溶解氧消耗在2-7mg/L范围内的稀释倍数。实际操作中，常采用估算公式根据COD值预估BOD5值，然后选择2-3个稀释倍数进行平行测定。

压差法是一种快速测定BOD的方法，其原理是在密闭的培养瓶中，微生物分解有机物消耗溶解氧产生二氧化碳，产生的二氧化碳被吸收剂吸收，使瓶内压力下降，通过测定压力变化可间接计算BOD值。该方法操作简便、测定周期可缩短至数天，但测定结果与标准稀释法可能存在一定差异。

微生物传感器快速测定法是利用微生物传感器快速测定水样BOD值的方法。该方法基于微生物降解有机物消耗溶解氧的原理，通过氧电极测定溶解氧的变化速率，进而计算BOD值。该方法可在几十分钟内完成测定，但适用范围有限，对成分复杂的水样可能存在较大误差。

检测仪器

进行污水五日生化需氧量测定需要配备一系列专业仪器设备，这些设备的性能状态直接影响测定结果的准确性和可靠性：

  • 恒温培养箱：用于在20°C±1°C条件下对样品进行五天培养，是BOD5测定的核心设备。培养箱应具有精确的温度控制系统，内部温度均匀性良好，容积应满足批量样品培养的需要。
  • 溶解氧测定仪：用于测定培养前后水样中的溶解氧含量。包括电化学探头式溶解氧仪和光学溶解氧仪两种类型，后者具有无需极化、不受流速影响、维护简单等优点，应用越来越广泛。
  • 溶解氧瓶：专用培养瓶，容积通常为250-300mL，带有磨口玻璃塞或专用密封装置，应具有严格的体积标定值。溶解氧瓶应保持清洁，避免有机物污染。
  • 曝气装置：用于稀释水制备过程中的曝气增氧，可采用空气压缩机或纯氧曝气方式。
  • 稀释器具：包括量筒、移液管、容量瓶等，用于精确量取水样和制备稀释液。量器应定期进行校准，确保量取精度。
  • pH计：用于测定水样pH值，必要时用于调节水样pH至中性范围。
  • 电磁搅拌器：用于水样混合和溶解氧测定过程中的搅拌。
  • 冰箱或冷藏柜：用于样品和试剂的低温保存，温度应控制在0-4°C。
  • 分析天平：用于试剂称量，精度应达到0.0001g。
  • 高压蒸汽灭菌器：用于器皿和试剂的灭菌处理。

仪器的日常维护和期间核查是确保检测质量的重要环节。溶解氧测定仪应定期进行校准，每次测定前应采用零氧溶液和饱和溶解氧溶液进行两点校准。恒温培养箱应配备温度记录仪，持续监控培养温度的变化。溶解氧瓶应定期检查瓶塞密封性，确保培养过程中不发生气体泄漏。所有计量器具应按照规定周期进行检定或校准。

应用领域

污水五日生化需氧量测定在多个行业和领域具有广泛的应用价值，是环境监测和污染控制工作中不可或缺的重要指标：

环境监测领域：各级环境监测站将BOD5作为地表水、地下水、污水排放的常规监测项目，用于评估水体有机污染程度和水质状况。在环境质量评价、污染源调查、环境影响评价等工作中，BOD5是重要的评价指标之一。

城镇污水处理领域：城镇污水处理厂将BOD5作为进出水水质监测的核心指标，用于评价污水处理效果和工艺运行状况。BOD5去除率是衡量污水处理工艺性能的重要参数，对于工艺优化、运行调控具有指导意义。

工业废水治理领域：各类工业企业将BOD5作为废水排放监测的必测项目，用于评估废水处理设施的运行效果，确保排放废水符合相关排放标准。同时，BOD5数据也用于企业环保合规管理和排污申报。

水资源管理领域：在水资源规划、调度和保护工作中，BOD5数据用于评估水体自净能力、纳污能力和水环境承载力，为水资源合理利用和配置提供科学依据。

环保工程设计与运营领域：环保工程设计单位依据BOD5等水质参数进行污水处理工艺设计和设备选型。运营单位通过BOD5监测数据评估处理效果、调整运行参数、优化能耗控制。

环境科学研究领域：科研机构利用BOD5数据进行有机污染物降解规律研究、污水处理新工艺开发、环境容量测算等科研工作，推动环保技术的进步和创新。

环境监管执法领域：生态环境主管部门将BOD5作为执法监测的重要项目，用于判断企业是否超标排放、评估环境污染程度、为环境违法行为的查处提供技术支撑。

常见问题

问题一：BOD5测定中稀释倍数如何确定？

稀释倍数的确定是BOD5测定成功的关键。通常可参照以下方法：首先根据水样类型和COD值预估BOD5值范围，对于生活污水和成分相近的工业废水，BOD5与COD的比值一般在0.4-0.6之间；然后选择使培养后溶解氧消耗在2-7mg/L范围内的稀释倍数；建议选择2-3个稀释倍数进行平行测定，以确保至少有一个稀释倍数落在有效范围内。对于未知水样，可采用COD值作为参考，稀释倍数大致为COD值的0.075、0.15、0.25倍。

问题二：培养五天后溶解氧为零怎么办？

这种情况表明稀释倍数不足，有机物分解消耗的溶解氧超过了水样中的可用氧量。此时应增加稀释倍数重新测定。同时应注意检查稀释水的溶解氧饱和度是否足够，培养箱温度是否控制在规定范围内。如多次增加稀释倍数后仍出现溶解氧为零的情况，应检查是否存在硝化反应等干扰因素。

问题三：接种液如何选择和制备？

接种液的选择应根据水样类型确定。对于生活污水和常规城市污水，可采用生活污水上清液或污水处理厂出水作为接种液，采样后静置1-1.5小时取上清液使用。对于难降解有机物含量高的工业废水，应采用经该类废水驯化的微生物作为接种源，可在实验室通过逐步增加废水比例的方式进行微生物驯化培养。接种液的用量应根据水样中微生物含量确定，一般控制在每升稀释水中加入1-10mL接种液。

问题四：如何保证测定结果的准确性？

保证BOD5测定准确性的措施包括：使用合格的稀释水和接种液；确保溶解氧测定的准确性；控制培养温度在20°C±1°C；进行葡萄糖-谷氨酸标准溶液验证；采用平行样测定控制精密度；定期进行仪器校准和维护；严格按照标准操作规程进行操作；详细记录测定过程中的各项参数，便于追溯和质量控制。

问题五：硝化作用对BOD5测定有何影响？

在常规BOD5测定中，硝化细菌氧化氨氮消耗的溶解氧不应计入BOD5值，因为BOD5测定的目标是碳化需氧量。然而，当水样中含有大量氨氮且存在硝化细菌时，培养期间可能发生硝化反应，导致测定结果偏高。此时可采用加入硝化抑制剂的方法消除干扰，常用的硝化抑制剂包括丙烯基硫脲（ATU）和2-氯-6-三氯甲基吡啶（TCMP）。对于污水处理厂出水等可能发生硝化反应的水样，建议进行加抑制剂和不加抑制剂的平行测定。

问题六：BOD5与COD测定结果的关系如何理解？

BOD5与COD都是反映水体有机污染程度的指标，但含义有所不同。COD反映的是水中还原性物质的总量，包括可生物降解和不可生物降解的有机物以及部分无机还原性物质；BOD5仅反映可生物降解有机物的含量。一般情况下，同一水样的COD值大于BOD5值，两者的比值（B/C比）可用于判断污水的可生化性。B/C比大于0.45时，污水可生化性良好；B/C比在0.30-0.45之间时，可生化性较好；B/C比小于0.30时，可生化性较差。理解两者的关系有助于污水处理工艺选择和运行优化。