生化需氧量（BOD）

生化需氧量是指在有溶解氧的條件下，好氧微生物在分解水中有機物的生物化學氧化過程中所消耗的溶解氧量。同時亦包括如硫化物、亞鐵等還原性無機物質(zhì)氧化所消耗的氧量，但這部分通常占很小比例。

有機物在微生物作用下好氧分解大體上分兩個階段。**階段稱為含碳物質(zhì)氧化階段，主要是含碳有機物氧化為二氧化碳和水；**階段稱為硝化階段，主要是含氮有機化合物在硝化菌的作用下分解為亞硝酸鹽和硝酸鹽。然而這兩個階段并非截然分開，而是各有主次。對生活污水及性質(zhì)與其接近的工業(yè)廢水，硝化階段大約在5—7日，甚至10日以后才顯著進行，故目前國內(nèi)外廣泛采用的20℃五天培養(yǎng)法（BOD₅法）測定BOD值一般不包括硝化階段。

BOD是反映水體被有機物污染程度的綜合指標，也是研究廢水的可生化降解性和生化處理效果，以及生化處理廢水工藝設(shè)計和動力學研究中的重要參數(shù)。

（一）五天培養(yǎng)法（20℃）

也稱標準稀釋法。其測定原理是水樣經(jīng)稀釋后，在20±1℃條件下培養(yǎng)5天，求出培養(yǎng)前后水樣中溶解氧含量，二者的差值為BOD₅。如果水樣五日生化需氧量未超過7mg/L，則不必進行稀釋，可直接測定。很多較清潔的河水就屬于這一類水。

對于不含或少含微生物的工業(yè)廢水，如酸性廢水、堿性廢水、高溫廢水或經(jīng)過氯化處理的廢水，在測定BOD₅時應進行接種，以引入能降解廢水中有機物的微生物。當廢水中存在著難被一般生活污水中的微生物以正常速度降解的有機物或有劇毒物質(zhì)時，應將馴化后的微生物引入水樣中進行接種。

1.稀釋水

對于污染的地面水和大多數(shù)工業(yè)廢水，因含較多的有機物，需要稀釋后再培養(yǎng)測定，以保證在培養(yǎng)過程中有充足的溶解氧。其稀釋程度應使培養(yǎng)中所消耗的溶解氧大于2mg/L，而剩余溶解氧在1mg/L以上。

稀釋水一般用蒸餾水配制，先通入經(jīng)活性炭吸附及水洗處理的空氣，曝氣2—8h，使水中溶解氧接近飽和，然后再在20℃下放置數(shù)小時。臨用前加入少量氯化鈣、氯化鐵、硫酸鎂等營養(yǎng)鹽溶液及磷酸鹽緩沖溶液，混勻備用。稀釋水的pH值應為7.2，BOD₅應小于0.2mg/L。

如水樣中無微生物，則應于稀釋水中接種微生物，即在每升稀釋水中加入生活污水上層清液1—10mL，或表層土壤浸出液20—30mL，或河水、湖水10—100mL。這種水稱為接種稀釋水。

為檢查稀釋水和接種液的質(zhì)量，以及化驗人員的操作水平，將每升含葡萄糖和谷氨酸各150mg的標準溶液以1∶50稀釋比稀釋后，與水樣同步測定BOD₅，測得值應在180—230mg/L之間，否則，應檢查原因，予以糾正。

2.水樣稀釋倍數(shù)

水樣稀釋倍數(shù)應根據(jù)實踐經(jīng)驗進行估算。表2－13列出地面水稀釋倍數(shù)估算方法。

工業(yè)廢水的稀釋倍數(shù)由COD_cr值分別乘以系數(shù)0.075、0.15、0.25獲得。通常同時作三個稀釋比的水樣。

表2－13 由高錳酸鹽指數(shù)估算稀釋倍數(shù)乘以的系數(shù)

3.測定結(jié)果計算

對不經(jīng)稀釋直接培養(yǎng)的水樣：

BOD₅（mg/L）＝c₁-c₂

式中：c₁——水樣在培養(yǎng)前溶解氧的濃度（mg/L）；

c₂——水樣經(jīng)5天培養(yǎng)后，剩余溶解氧濃度（mg/L）。

對稀釋后培養(yǎng)的水樣：

式中：B₁——稀釋水（或接種稀釋水）在培養(yǎng)前的溶解氧的濃度（mg/L）；

B₂——稀釋水（或接種稀釋水）在培養(yǎng)后的溶解氧的濃度（mg/L）；

f₁——稀釋水（或接種稀釋水）在培養(yǎng)液中所占比例；

f₂——水樣在培養(yǎng)液中所占比例。

水樣含有銅、鉛、鋅、鎘、鉻、砷、氰等有毒物質(zhì)時，對微生物活性有抑制，可使用經(jīng)馴化微生物接種的稀釋水，或提高稀釋倍數(shù)，以減小毒物的影響。如含少量氯，一般放置1—2h可自行消失；對游離氯短時間不能消散的水樣，可加入亞硫酸鈉除去之，加入量由實驗確定。

本方法適用于測定BOD₅大于或等于2mg/L，*大不超過6000mg/L的水樣；大于6000mg/L，會因稀釋帶來更大誤差。

（二）其他方法

1.檢壓庫侖式BOD測定儀

檢壓庫侖式BOD測定儀的原理示于圖2－38。裝在培養(yǎng)瓶中的水樣用電磁攪拌器進行攪拌。當水樣中的溶解氧因微生物降解有機物被消耗時，則培養(yǎng)瓶內(nèi)空間中的氧溶解進入水樣，生成的二氧化碳從水中逸出被置于瓶內(nèi)的吸附劑吸收，使瓶內(nèi)的氧分壓和總氣壓下降。用電極式壓力計檢出下降量，并轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大送入繼電器電路接通恒流電源及同步電機，電解瓶內(nèi)（裝有中性硫酸銅溶液和電解電極）便自動電解產(chǎn)生氧氣供給培養(yǎng)瓶，待瓶內(nèi)氣壓回升至原壓力時，繼電器斷開，電解電極和同步電機停止工作。此過程反復進行使培養(yǎng)瓶內(nèi)空間始終保持恒壓狀態(tài)。根據(jù)法拉第定律，由恒電流電解所消耗的電量便可計算耗氧量。儀器能自動顯示測定結(jié)果，記錄生化需氧量曲線。

2.測壓法

在密閉培養(yǎng)瓶中，水樣中溶解氧由于微生物降解有機物而被消耗，產(chǎn)生與耗氧量相當?shù)?span lang="EN-US">CO₂被吸收后，使密閉系統(tǒng)的壓力降低，用壓力計測出此壓降，即可求出水樣的BOD值。在實際測定中，先以標準葡萄糖-谷氨酸溶液的BOD值和相應的壓差作關(guān)系曲線，然后以此曲線校準儀器刻度，便可直接讀出水樣的BOD值。

3.微生物電極法

微生物電極是一種將微生物技術(shù)與電化學檢測技術(shù)相結(jié)合的傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖2－39所示。主要由溶解氧電極和緊貼其透氣膜表面的固定化微生物膜組成。響應BOD物質(zhì)的原理是當將其插入恒溫、溶解氧濃度一定的不含BOD物質(zhì)的底液時，由于微生物的呼吸活性一定，底液中的溶解氧分子通過微生物膜擴散進入氧電極的速率一定，微生物電極輸出一穩(wěn)態(tài)電流；如果將BOD物質(zhì)加入底液中，則該物質(zhì)的分子與氧分子一起擴散進入微生物膜，因為膜中的微生物對BOD物質(zhì)發(fā)生同化作用而耗氧，導致進入氧電極的氧分子減少，即擴散進入的速率降低，使電極輸出電流減少，并在幾分鐘內(nèi)降至新的穩(wěn)態(tài)值。在適宜的BOD物質(zhì)濃度范圍內(nèi)，電極輸出電流降低值與BOD物質(zhì)濃度之間呈線性關(guān)系，而BOD物質(zhì)濃度又和BOD值之間有定量關(guān)系。

微生物膜電極BOD測定儀的工作原理示于圖2－40。該測定儀由測量池（裝有微生物膜電極、鼓氣管及被測水樣）、恒溫水浴、恒電壓源、控溫器、鼓氣泵及信號轉(zhuǎn)換和測量系統(tǒng)組成。恒電壓源輸出0.72V電壓，加于Ag-AgCl電極（正極）和黃金電極（負極）上。黃金電極因被測溶液BOD物質(zhì)濃度不同產(chǎn)生的極化電流變化送至阻抗轉(zhuǎn)換和微電流放大電圖2－40微生物膜電極BOD測定儀工作原理路，經(jīng)放大的微電流再送至A—D轉(zhuǎn)換電路，或A—V轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換后的信號進行數(shù)字顯示或記錄儀記錄。儀器經(jīng)用標準BOD物質(zhì)溶液校準后，可直接顯示被測溶液的BOD值，并在20min內(nèi)完成一個水樣的測定①。該儀器適用于多種易降解廢水的BOD監(jiān)測。

除上述測定方法外，還有活性污泥法、相關(guān)估算法等。