水质BOD测定

技术概述

水质BOD测定是水环境监测和污水处理领域中至关重要的分析手段之一。BOD（Biochemical Oxygen Demand），即生化需氧量，是指在规定的条件下，微生物分解水中的可氧化物质（主要是有机物）所消耗的溶解氧量。这一指标直接反映了水体中可生物降解有机物的含量，是评价水体受有机物污染程度的综合指标，对于掌握水体自净能力和污水处理厂的运行效率具有不可替代的意义。

在自然界的水循环和人类用水过程中，有机污染物是水体污染的主要来源之一。当有机物进入水体后，会在微生物的作用下进行生物氧化分解，这一过程需要消耗大量的溶解氧。如果水体中有机物含量过高，微生物分解活动剧烈，会导致水体中的溶解氧被大量消耗，从而造成水体缺氧，引起鱼类及其他水生生物死亡，严重时会导致水体发臭、水质恶化。因此，通过水质BOD测定来监控水体中的有机污染负荷，是环境保护和水污染治理的基础工作。

BOD测定通常采用五日培养法，即BOD5。这是因为在自然条件下，有机物的生物氧化过程分为两个阶段：第一阶段主要是碳化氧化阶段，即含碳有机物被氧化分解，这个过程在20℃条件下通常需要20天左右才能完成；第二阶段是硝化氧化阶段，即含氮有机物被氧化分解。由于20天的测定周期在实际监测工作中难以实现，且第一阶段的前5天，碳化氧化过程已经完成了大部分（约70%-80%），因此国际上普遍采用20℃培养5天作为标准测定时间，所得结果称为五日生化需氧量（BOD5）。这一指标既能相对准确地反映水体中可生物降解有机物的含量，又具有较强的可操作性和时效性。

水质BOD测定不仅用于环境质量监测，更是污水处理厂工艺调控的核心参数。在活性污泥法、生物膜法等生物处理工艺中，BOD的去除率直接反映了处理效果。同时，BOD与COD（化学需氧量）的比值（B/C比）是评价废水可生化性的重要依据，比值越高，说明废水越容易被生物处理，反之则需要考虑预处理或采用其他处理工艺。掌握水质BOD测定的技术和原理，对于从事环境监测、污水处理和环境工程的专业人员来说是必备的专业技能。

检测样品

水质BOD测定适用于多种类型的水体样品，不同类型的样品其采样方式、保存条件和分析前的预处理要求各有不同。正确识别和处理检测样品是确保测定结果准确可靠的前提。

• 地表水：包括江河、湖泊、水库、运河、渠道等自然水体。地表水是环境监测的重点对象，其BOD值反映了水体的环境质量和受污染状况。采集地表水样品时，应根据监测目的和水体特征选择具有代表性的采样点位，如水面下0.5米处或分层采样。样品采集后应尽快分析，否则需在4℃以下避光保存，且保存时间不应超过48小时。

• 工业废水：来自各类工业生产过程排放的废水，如食品加工、造纸、制药、纺织印染、化工等行业。工业废水的成分复杂，BOD浓度差异大，可能含有抑制微生物生长的有毒物质。采集前需充分了解生产工艺和排放规律，在排放口或处理设施进出口进行采样。对于高浓度有机废水，测定前往往需要进行适当稀释；对于含有毒物质的废水，需进行预处理或使用接种微生物进行驯化。

• 生活污水：来自居民日常生活排放的污水，包括厕所冲洗水、厨房洗涤水、洗浴水等。生活污水的BOD值相对稳定，一般在100-300mg/L之间，是城市污水处理厂的主要处理对象。采样点通常设置在污水管网检查井、污水泵站或污水处理厂进出水口。

• 污水处理厂出水：经过污水处理设施处理后的排放水。其BOD值是检验处理效果和判断是否达标排放的关键指标。由于出水中有机物含量较低，测定时需采用非稀释法或低倍数稀释法。

• 地下水：储存在地下的水资源，通常BOD值较低。当地下水受到有机污染时，BOD测定可作为污染评价的辅助指标。

样品采集过程中，应使用专用的溶解氧瓶或具塞玻璃瓶，避免水样与空气剧烈接触，防止溶解氧变化。采样后应立即记录样品信息，包括采样点位、时间、气温、水温、pH值等现场参数。样品运输过程中应保持低温、避光，防止有机物发生生物降解或化学变化。样品到达实验室后，应尽快按照标准方法进行分析，确保测定结果真实反映采样时水体中有机物的含量。

检测项目

水质BOD测定的核心检测项目是五日生化需氧量（BOD5）。但在实际检测过程中，为了确保测定结果的准确性和有效性，往往需要同时测定一系列相关辅助项目，以评估样品的特性和确定合适的分析条件。

• 五日生化需氧量（BOD5）：这是水质BOD测定的主要检测项目。通过测定样品在20℃条件下培养5天前后的溶解氧差值，计算出水样中可生物降解有机物被氧化分解所消耗的氧气量，结果以mg/L表示。BOD5的测定结果直接反映了水体受有机污染的程度。

• 溶解氧（DO）：溶解氧的测定是BOD测定的基础。无论是稀释接种法还是其他测定方法，都需要准确测定培养前后的溶解氧含量。溶解氧的测定方法包括碘量法、电化学探头法和光学法等。在BOD测定中，培养后水样中的剩余溶解氧应不低于1mg/L，培养期间的溶解氧消耗量应不低于2mg/L，否则结果无效。

• 化学需氧量（COD）：虽然COD不属于BOD测定本身的项目，但在实际工作中，通常需要先测定COD值，以此估算水样中的有机物总量，从而确定BOD测定时的稀释倍数。一般来说，BOD5与COD的比值在0.3-0.8之间，可根据COD值粗略估计BOD值范围。

• pH值：水样的pH值对微生物活性有显著影响。BOD测定要求水样pH值在6.5-7.5之间，超出此范围会抑制微生物活动，导致测定结果偏低。因此，测定前需调节水样pH值至中性范围。

• 温度：温度是BOD测定的重要控制参数。培养温度严格控制在20±1℃，温度过高或过低都会影响微生物的代谢速率，从而影响测定结果的准确性和可比性。

• 悬浮物（SS）：水样中的悬浮物会影响溶解氧的测定和微生物与有机物的接触。对于含大量悬浮物的水样，需根据分析目的决定是否过滤或均质化处理。

在进行水质BOD测定时，以上各项目之间存在密切的关联性。通过综合分析各项目的测定结果，可以全面评估水体的污染特征和生物可降解性，为环境管理和污染治理提供科学依据。特别是对于工业废水和复杂水样，辅助项目的测定对于正确选择分析方法、优化分析条件具有重要的指导作用。

检测方法

水质BOD测定的方法经过多年的发展和完善，已形成多种标准方法。不同的方法适用于不同类型的样品和测定需求，选择合适的测定方法是保证结果准确性的关键。目前，国内外普遍采用的测定方法包括稀释接种法、压力传感器法、微生物传感器法等。

稀释接种法是最经典、最权威的BOD测定方法，也是我国国家标准HJ 505-2009和国际标准化组织（ISO）推荐的标准方法。该方法的基本原理是：将水样用含有特定营养盐的稀释水适当稀释，使其中含有足够的溶解氧，以满足微生物五天培养期间的需求。在20℃的恒温条件下培养5天后，测定培养前后水样中的溶解氧含量，两者的差值即为水样在培养期间消耗的溶解氧量，经稀释倍数换算后得到BOD5值。稀释接种法的关键在于稀释倍数的确定和接种液的制备。

稀释倍数的确定通常依据水样的COD值或预估的BOD值。稀释倍数的选择原则是：培养5天后，剩余溶解氧不少于1mg/L，消耗溶解氧不少于2mg/L。一般每个样品需设置2-3个不同的稀释倍数，以保证至少有一个稀释倍数能满足要求。稀释水是用蒸馏水加入磷酸盐缓冲液、硫酸镁、氯化钙和氯化铁等营养盐配制而成，为微生物生长提供必要的无机营养元素。

接种是稀释接种法的重要环节。对于不含足够微生物的水样（如某些工业废水、经过氯化消毒的出水等），需要接入能够分解有机物的微生物种群。常用的接种液包括生活污水上清液、受污染河水、污水处理厂出水或实验室培养的微生物菌种。对于含有毒物质或难降解有机物的工业废水，还需要对接种微生物进行驯化，使其适应特定的废水环境。

压力传感器法，又称呼吸计法或测压法，是一种改进的BOD测定方法。该方法将水样置于密闭的培养瓶中，上方留有一定空间的空气。在培养过程中，微生物消耗水样中的溶解氧，同时产生的二氧化碳被吸收剂吸收，导致培养瓶内气压下降。通过压力传感器测量气压下降值，换算成消耗的氧气量，从而计算BOD值。该方法无需稀释，操作简便，可连续自动记录培养过程中的耗氧曲线，适用于BOD值较高的样品测定。

微生物传感器法是一种快速测定BOD的方法。该方法利用固定化微生物膜作为识别元件，当水样中的有机物与微生物接触时，微生物代谢消耗氧气，导致传感器输出信号变化。该方法的测定时间短，通常只需几分钟至几十分钟，适用于大批量样品的快速筛查。但该方法测定的是可被特定微生物利用的有机物总量，与标准稀释接种法的测定结果可能存在差异，一般用于过程监控和相对比较。

在进行水质BOD测定时，必须严格执行质量控制措施。每批次样品应设置空白试验，检测稀释水和接种液的耗氧量；采用葡萄糖-谷氨酸标准溶液进行回收率验证，回收率应在规定范围内；平行样测定结果应满足精密度要求。只有通过严格的质量控制，才能保证测定结果的可靠性和可比性。

检测仪器

水质BOD测定需要使用一系列专业的仪器设备，仪器的性能和操作规范性直接影响测定结果的准确性。根据测定方法的不同，所需的仪器设备也有所差异。

• 恒温培养箱：这是BOD测定的核心设备。恒温培养箱用于提供20±1℃的恒温环境，确保微生物在标准温度下进行代谢活动。培养箱应具有良好的温度均匀性和稳定性，内部空间应足够放置多个培养瓶，并设有温度显示和记录功能。

• 溶解氧测定仪：用于测定水样中溶解氧含量。目前常用的溶解氧测定仪有电化学探头法和光学法两种类型。电化学探头法仪器包括Clark型电极，通过测量氧在阴极还原产生的扩散电流来测定溶解氧。光学法仪器基于荧光淬灭原理，无需消耗电解质溶液，维护简单，测定快速准确。仪器应定期进行校准，校准方法通常包括空气校准和水蒸气饱和空气校准。

• 培养瓶：专用溶解氧瓶或BOD培养瓶，容量通常为250mL或300mL，瓶口配有磨口塞或专用封口水，保证培养期间气密性良好。培养瓶应清洗干净，无残留有机物，使用前应进行灭菌或用稀释水冲洗。

• 稀释水制备装置：包括蒸馏水器或纯水机、磁力搅拌器、充氧装置等。稀释水是BOD测定的重要试剂，需用高质量的蒸馏水或去离子水配制，并在使用前进行充分曝气，使溶解氧饱和。

• BOD测定系统：对于压力传感器法或自动化测定，需配备专用的BOD测定系统。该系统通常包括培养瓶、压力传感器、搅拌装置、数据采集和处理单元等，可实现自动温度补偿和结果计算。

• 微生物传感器BOD快速测定仪：由进样系统、微生物膜反应池、检测系统和数据处理系统组成。仪器可在短时间内完成BOD测定，适用于在线监测和快速分析。

除了上述主要仪器外，水质BOD测定还需要配套的辅助设备，如：pH计（用于调节水样pH值）、电导率仪（检测稀释水电导率）、分析天平（称量试剂）、量筒和移液管（移取样品和试剂）、冰箱（保存样品和试剂）等。所有仪器设备应定期进行检定或校准，建立设备档案，记录使用和维护情况，确保仪器处于良好的工作状态。

实验室环境条件也是影响测定结果的重要因素。BOD测定实验室应保持清洁、通风良好，避免有机溶剂或其他挥发性物质的污染。实验台面应定期消毒，防止杂菌污染。对于接种和微生物操作，建议在无菌操作台或生物安全柜中进行，以保证接种微生物的纯度和活性。

应用领域

水质BOD测定作为评价水体有机污染和生物可降解性的重要指标，在水环境保护和水污染治理的各个领域都有广泛的应用。

在环境质量监测领域，BOD是地表水环境质量标准中的基本项目。根据《地表水环境质量标准》（GB 3838），不同功能类别水体的BOD5限值有明确规定：Ⅰ类水BOD5≤3mg/L，Ⅱ类水≤3mg/L，Ⅲ类水≤4mg/L，Ⅳ类水≤6mg/L，Ⅴ类水≤10mg/L。环境监测部门定期对江河湖库等地表水进行BOD监测，评价水体环境质量状况和变化趋势，为环境规划和管理提供依据。

在污染源监控领域，BOD是工业废水和生活污水排放标准的重要控制指标。《污水排入城镇下水道水质标准》和各行业的污染物排放标准中，都对BOD的排放限值作出了规定。通过监测排放废水的BOD值，可以监控污染源的排放情况，评估污染治理设施的处理效果，为环境执法提供依据。

在城镇污水处理领域，BOD是污水处理厂设计和运行的核心参数。污水处理厂的设计进水BOD负荷决定了处理设施的规模和工艺选择。在日常运行中，通过监测进出水的BOD值，可以计算污染物的去除率，评估处理效果，优化工艺参数。BOD负荷也是活性污泥法中控制污泥负荷和曝气量的关键指标。BOD/COD比值的变化可以反映进水可生化性的变化，为工艺调整提供预警。

在工业水处理领域，不同行业的废水具有不同的BOD特征。食品加工废水、酿造废水、制糖废水等含有高浓度的易生物降解有机物，BOD值高，可生化性好；而化工废水、印染废水、制药废水等可能含有难降解有机物或有毒物质，BOD值可能不高但COD值较高，可生化性差。通过BOD测定，可以了解废水的生物可降解特性，为废水处理工艺的选择和设计提供依据。

在环境影响评价领域，BOD是预测评价建设项目对水环境影响的重要参数。通过建立水质模型，预测项目排放的有机污染物在水体中的迁移转化过程和对溶解氧的影响，评估项目对水环境的风险，提出污染防治措施。

在科学研究领域，BOD测定是环境微生物学、环境化学、水处理工程等学科研究的重要手段。通过研究不同类型有机物的生物降解规律、微生物群落对有机物的代谢特性、环境因子对生物降解的影响等，为水污染控制技术的研发提供理论支撑。

常见问题

在进行水质BOD测定的实际工作中，经常会遇到各种技术问题和操作疑问。以下针对常见问题进行详细解答，帮助分析人员提高测定水平和解决问题的能力。

问题一：BOD测定结果偏低是什么原因？

BOD测定结果偏低是常见的异常情况，可能的原因包括：水样中存在抑制微生物生长的有毒物质，如重金属、杀菌剂、高浓度氨氮等；稀释倍数选择不当，导致稀释后有机物浓度过低，微生物活性不足；接种液质量不好或接种量不足，微生物数量不够或活性差；培养温度控制不当，温度偏低抑制了微生物代谢；水样pH值超出适宜范围，影响了微生物活性；培养瓶密封不严，空气中氧气进入，导致表观耗氧量偏低；测定操作不当，如溶解氧测定误差、计算错误等。针对以上原因，应逐一排查，采取相应措施，如进行水样预处理、调整稀释倍数、更换或驯化接种液、校准培养箱温度、调节水样pH值、检查培养瓶密封性等。

问题二：如何正确选择稀释倍数？

稀释倍数的选择是BOD测定成功的关键。选择不当会导致结果无效或需重新测定。一般可采用以下方法估算：根据COD值估算，对于生活污水和成分相近的废水，BOD约为COD的0.3-0.6倍，可据此计算稀释倍数；根据经验值估算，对于已知类型的废水，可根据历史数据或行业经验确定；采用多个稀释倍数，一般设置2-3个稀释倍数，覆盖预估BOD值的高、中、低范围。稀释倍数的选择原则是保证培养后剩余溶解氧不少于1mg/L，消耗溶解氧不少于2mg/L。对于BOD值未知的水样，建议先用COD估算，再通过预试验确定合适的稀释倍数。

问题三：工业废水BOD测定需要注意什么？

工业废水成分复杂，可能含有各种干扰物质，进行BOD测定时需特别注意：了解废水的来源和生产工艺，掌握其主要成分和可能存在的干扰因素；检测废水的pH值、电导率、有毒物质含量等指标，评估其对微生物的潜在影响；对于高浓度有机废水，需进行适当稀释；对于酸性或碱性废水，需调节pH至中性后再测定；对于含有重金属、杀菌剂等有毒物质的废水，需进行预处理（如稀释、沉淀、吸附等）降低毒性，或使用经过驯化的接种微生物；对于含有难降解有机物的废水，可能需要延长培养时间或采用特定降解菌接种。总之，工业废水的BOD测定需要根据具体情况制定针对性的分析方案。

问题四：BOD与COD有什么区别和联系？

BOD和COD都是评价水体有机污染的指标，但两者有本质区别：BOD测定的是可被微生物生物降解的有机物，反映的是生物氧化过程；COD测定的是可被化学氧化剂氧化的有机物和无机还原性物质，反映的是化学氧化过程。COD测定时间短（约2小时），操作简便；BOD测定时间长（5天），操作复杂。对于同一水样，COD值一般高于BOD值。两者的比值（B/C比）可反映废水的可生化性：B/C大于0.45，可生化性好；B/C在0.3-0.45之间，可生化性中等；B/C小于0.3，可生化性差。在实际工作中，常通过COD快速估算BOD范围，两者结合分析可全面了解水体的有机污染特征。

问题五：接种液如何制备和驯化？

接种液的质量直接影响BOD测定结果的准确性。常用的接种液来源包括：生活污水上清液（采自生活污水排污口或化粪池，静置后取上清液使用）；受污染地表水（采自受有机物污染的河流、湖泊，直接使用或经培养后使用）；污水处理厂出水（采自活性污泥法或生物膜法处理后的出水，其中含有驯化过的微生物种群）；活性污泥悬浮液（采自污水处理厂曝气池，经洗涤稀释后使用）。对于含有特定难降解有机物或有毒物质的工业废水，需要对接种微生物进行驯化培养，使其逐渐适应废水环境。驯化方法是将接种微生物在含有一定比例目标废水的培养液中培养，逐步提高废水比例，经过多代培养后，获得能够有效降解目标有机物的微生物种群。

问题六：BOD测定过程中如何进行质量控制？

质量控制是保证BOD测定结果可靠性的重要措施。常规质量控制包括：空白试验，每批次样品需测定稀释水和接种液的空白值，空白BOD值应低于规定限值（通常接种液空白应小于1mg/L）；平行样测定，每批次样品应测定不少于10%的平行样，两次测定结果的相对偏差应满足方法要求；标准样品验证，使用葡萄糖-谷氨酸标准溶液进行回收率试验，回收率应在规定范围内（通常为83%-115%）；仪器校准，溶解氧仪、培养箱温度计等应定期校准，确保仪器性能良好；人员比对，定期进行不同分析人员之间的比对试验，评估操作技能和结果的一致性。通过严格的质量控制，可以发现和纠正测定过程中的问题，保证数据质量。