一、 实验目的
1.了解生化需氧量(BOD5)的含义。
2.掌握五日培养法测定生化需氧量的基本原理。
3.熟练掌握碘量法测定DO的操作技术。
4.明确化学需氧量和生化需氧量的相关性。
二、 实验原理
生化需氧量是指在规定条件下,微生物分解存在于水中的某些可氧化物质,主要是有机物质所进行的生物化学过程中消耗溶解氧的量。五天培养法也称标准稀释法或稀释接种法。其测定原理是:将水样在20±1℃条件下培养五天,分别测定培养前后的溶解氧含量,二者之差即为五日生化过程所消耗的氧量(BOD5)。溶解氧测定方法一般用叠氮化钠修正法。
对于某些地面水及大多数工业废水、生活污水,因含较多的有机物,需要稀释后再培养测定,以降低其浓度,保证降解过程在有足够溶解氧的条件下进行。其具体水样稀释倍数可借助于高锰酸钾指数或化学需氧量(CODCr)推算。如果BOD5未超过7mg/L,则不必稀释,可直接测定。
对于不含或少含微生物的工业废水,在测定BOD5时应进行接种,以引入能分解废水中有机物的微生物。当废水中存在难于被一般生活污水中的微生物以正常速度降解的有机物或含有剧毒物质时,应接种经过驯化的微生物。
三、 试剂与仪器
试剂:1、磷酸盐缓冲溶液:将8.5g 磷酸二氢钾(KH2PO4),21.75g 磷酸氢二钾(K2HPO4),33.4g 磷酸氢二钠(Na2HPO4·7H2O)和1.7g 氯化铵(NH4Cl)溶于水中,稀释至1000mL。此溶液的pH 应为7.2。
2、 硫酸镁溶液:将22.5g 硫酸镁(MgSO4·7H2O)溶于水中,稀释至1000mL。
3、氯化钙溶液:将27.5g 无水氯化钙溶于水,稀释至1000mL。
4、氯化铁溶液:将0.25g 氯化铁(FeCl3·6H2O)溶于水,稀释至1000mL。
5、盐酸溶液(0.5mol/L):将40mL(ρ=1.18g/mL)盐酸溶于水,稀释至100mL。
6、氢氧化钠溶液(0.5mol/L):将20g 氢氧化钠溶于水,稀释至1000mL。
7、亚硫酸钠溶液(1/2Na2SO3=0.025mol/L):将1.575g 亚硫酸钠溶于水,稀释至1000mL。此溶液不稳定,需每天配制。
8、葡萄糖-谷氨酸标准溶液:将葡萄糖(C6H12O6)和谷氨酸(HOOC—CH2—CH2—CHNH2—COOH)在103℃干燥1h 后,各称取150mg 溶于水中,移入1000 mL 容量瓶内并稀释至标线,混合均匀。此标准溶液临用前配制。
9、稀释水:在5—20L 玻璃瓶内装入一定量的水,控制水温在20℃左右。然后用无油空气压缩机或薄膜泵,将此水暴气2—8h,使水中的溶解氧接近于饱和,也可以鼓入适量纯氧。瓶口盖以两层经洗涤晾干的纱布,置于20℃ 培养箱中放置数小时,使水中溶解氧含量达8mg/L 左右。临用前于每升水中加入氯化钙溶液、氯化铁溶液、硫酸镁溶液、磷酸盐缓冲溶液各1mL,并混合均匀。稀释水的pH 值应为7.2,其BOD5应小于0.2mg/L。
10、接种液:可选用以下任一方法,以获得适用的接种液。
(1)城市污水,一般采用生活污水,在室温下放置一昼夜,取上层清液供用。
(2)表层土壤浸出液,取100g 花园土壤或植物生长土壤,加入1L 水,混合并静置10min,取上清液供用。
(3)用含城市污水的河水或湖水。
(4)污水处理厂的出水。
(5)当分析含有难于降解物质的废水时,在排污口下游3—8km 处取水样做为废水的驯化接种液。如无此种水源,可取中和或经适当稀释后的废水进行连续暴气、每天加入少量该种废水,同时加入适量表层土壤或生活污水, 使能适应该种废水的微生物大量繁殖。当水中出现大量絮状物,或检查其化学需氧量的降低值出现突变时,表明适用的微生物已进行繁殖,可用做接种液。一般驯化过程需要3—8d。
11、接种稀释水:取适量接种液,加于稀释水中,混匀。每升稀释水中接种液加入量生活污水为1—10mL;表层土壤浸出液为20—30mL;河水、湖水为10—100mL。接种稀释水的pH 值应为7.2,BOD5值以在0.3—1.0mg/L 之间为宜。接种稀释水配制后应立即使用。
仪器:1、恒温培养箱。
2、5—20L 细口玻璃瓶。
3、1000—2000mL 量筒。
4、玻璃搅棒:棒长应比所用量筒高度长20cm。在棒的底端固定一个直径比量筒直径略小,并带有几个小孔的硬橡胶板。
5、溶解氧瓶:200—300mL,带有磨口玻璃塞并具有供水封用的钟形口。
6、虹吸管:供分取水样和添加稀释水用。
四、 实验步骤
1、水样的预处理
(1)水样的pH 值若超出6.5—7.5 范围时,可用盐酸或氢氧化钠稀溶液调节至近于7,但用量不要超过水样体积的0.5%。若水样的酸度或碱度很高,可改用高浓度的碱或酸液进行中和。
(2)含有少量游离氯的水样,一般放置1—2h,游离氯即可消失。对于游离氯在短时间不能消散的水样,可加入亚硫酸钠溶液,以除去之。其加入量的计算方法是:取中和好的水样100mL,加入1+1 乙酸10mL,10%(m/V)碘化钾溶液1mL,混匀。以淀粉溶液为指示剂,用亚硫酸钠标准溶液滴定游离碘。根据亚硫酸钠标准溶液消耗的体积及其浓度,计算水样中所需加亚硫酸钠溶液的量。
(3)若水样中含有Cu,Pb,Zn,Cr,As等有毒物质时,使用经驯化的微生物接种液的稀释水进行稀释,或提高稀释倍数,降低毒物浓度。
2、水样的测定
(1)不经稀释水样的测定
溶解氧含量较高、有机物含量较少的地面水,可不经稀释,而直接以虹吸法将约20℃的混匀水样转移至两个溶解氧瓶内, 转移过程中应注意不使其产生气泡。以同样的操作使两个溶解氧瓶充满水样,加塞水封。立即测定其中一瓶溶解氧。将另一瓶放入培养箱中,在20±1℃培养5d 后,测其溶解氧。
(2)需经稀释水样的测定
工业废水可由重铬酸钾法测得的COD 值确定。通常需作三个稀释比,即使用稀释水时,由COD 值分别乘以系数0.075、0.15、0.225,即获得三个稀释倍数;使用接种稀释水时,则分别乘以0.075、0.15 和0.25,获得三个稀释倍数。
稀释倍数确定后按下法之一测定水样:
①一般稀释法:按照选定的稀释比例,用虹吸法沿筒壁先引入部分稀释水(或接种稀释水)于1000mL 量筒中,加入需要量的均匀水样,再引入稀释水(或接种稀释水)至800mL,用带胶板的玻璃棒小心上下搅匀。搅拌时勿使搅棒的胶板露出水面,防止产生气泡。按不经稀释水样的测定步骤,进行装瓶,测定当天溶解氧和培养5d 后的溶解氧含量。另取两个溶解氧瓶,用虹吸法装满稀释水(或接种稀释水)作为空白, 分别测定5d 前、后的溶解氧含量。
②直接稀释法:直接稀释法是在溶解氧瓶内直接稀释。在已知两个容积相同(其差小于1mL)的溶解氧瓶内,用虹吸法加入部分稀释水(或接种稀释水),再加入根据瓶容积和稀释比例计算出的水样量,然后引入稀释水(或接种稀释水)至刚好充满,加塞,勿留气泡于瓶内。其余操作与上述稀释法相同。在BOD5 测定中,一般采用叠氮化钠改良法测定溶解氧。如遇干扰物质, 应根据具体情况采用其他测定法。溶解氧的测定方法附后。
3、碘量法测定溶解氧(DO)
①硫代硫酸钠(Na2S2O3)溶液:取3.1g(Na2S2O3·5H2O),0.1gNa2CO3加蒸馏水稀释至500 mL(于棕色瓶中);
②硫代硫酸钠溶液的标定:于250 mL锥形瓶中,加入1gK(S)及适量水,加入10.00 mLK2Cr2O7标液(0.0250M)、5 mLH2SO4,静置5min后,用Na2S2O3滴定,待溶液变成浅黄色,加入淀粉指示剂,继续滴定至蓝色刚好褪去。
③DO的固定:
a. 将移液管插入溶解氧瓶的液面以下,加入1ml硫酸锰溶液,2ml碱性碘化钾—叠氮化钠溶液,盖好瓶盖颠倒混合数次,静置。待棕色物沉淀物降至半瓶时,再颠倒混合一次,待沉淀物降到瓶底。
b. 轻轻打开瓶塞,立即用移液管插入液面下加入1.5ml(1+1)硫酸,小心盖好瓶盖,颠倒混合均匀,至沉淀物全部溶解为止,放置暗处5min。
c. 取100.00ml上述溶液于250ml锥形瓶中,用硫代硫酸钠溶液滴定至溶液呈淡黄色,加入1ml淀粉溶液,继续滴定至蓝色刚好全部褪去,记录硫代硫酸钠溶液的用量。
五、 计算公式
1、溶解氧的计算
DO(O2 ,mg/L)=M×V×8×1000/ V水
式中: M——硫代硫酸钠标准溶液的浓度(mol/L);
V——滴定时消耗的硫代硫酸钠标准溶液的体积(ml);
8——氧(1/2,O)摩尔质量(g/mol);
V水——水样体积(ml)。
2、BOD5的计算
①不经稀释直接培养的水样
BOD5(mg/L)=C1-C2
式中:C1——水样在培养前的溶解氧浓度(mg/L);
C2——水样经5d 培养后,剩余溶解氧浓度(mg/L)。
②经稀释后培养的水样
BOD5 (mg / L) = [(C1 - C2) - (B1 –B2 )f1]/ f2
式中:B1——稀释水(或接种稀释水)在培养前的溶解氧浓度(mg/L);
B2——稀释水(或接种稀释水)在培养后的溶解氧浓度(mg/L);
f1——稀释水(或接种稀释水)在培养液中所占比例;
f2——水样在培养液中所占比例。
六、 数据记录及结果整理
C (Na2S2O3)=0.0238mol/L
由于5天后水样1的DO含量低于1 mg/L,故舍去该组数据。
计算得:水样2:BOD5=249.8630 mg/L
水样3:BOD5=268.4626 mg/L
求得平均值:BOD5=(249.8630+268.4626)/2=259.1628 mg/L
七、 思考题
1、如何进行水样预处理?
答:①当水样的pH 值若超出6.5—7.5 范围时,可用盐酸或氢氧化钠稀溶液调节至近于7,但用量不要超过水样体积的0.5%。若水样的酸度或碱度很高,可改用高浓度的碱或酸液进行中和。
②含有少量游离氯的水样,一般放置1—2h,游离氯即可消失。对于游离氯在短时间不能消散的水样,可加入亚硫酸钠溶液,以除去之。
③若水样中含有Cu,Pb,Zn,Cr,As等有毒物质时,使用经驯化的微生物接种液的稀释水进行稀释,或提高稀释倍数,降低毒物浓度。
④从水温较低的水域或富营养化的湖泊采集的水样,可能遇到含过饱和溶解氧,此时应将水温迅速升温至20℃左右,充分振摇,以赶出过饱和的溶解氧。从水温较高的水域或废水排放口取得的水样,则应迅速冷却至20℃左右,并充分振摇,使其与空气中氧分压接近平衡。
2、五日后,DO瓶中若有白色絮状物,说明什么问题?如何处理?
答:五日后,DO瓶中有白色絮状物,说明在水的生化氧化过程中微生物已将所有的溶解氧分解掉,可以用酸处理。
3、如何根据BOD5和CODCr的比值判断废水的可生化性?
答:用BOD5/CODCr比值作为衡量废水是否适宜用生化处理的指标,其值越高,表明废水的可生化性就越强,一般BOD5/CODCr>0.3时,认为废水具有可生化性。
FHZDZDXS0089 地下水 生化需氧量的测定 五日培养法
F-HZ-DZ-DXS-0089
地下水—生化需氧量的测定—五日培养法
1 范围
本方法适用于地下水中生化需氧量(BOD5)的测定。
2 原理
生化需氧量是指在有氧条件下,水中有机物在被微生物分解的生物化学过程中所消耗的溶解氧量。水中有机污染物质愈多,消耗水中的溶解氧亦愈多,故生化需氧量是一种间接表示有机物污染程度的指标。
微生物分解有机物的过程是一个缓慢的过程,若要完全完成这一过程,需要20天以上时间,一般采用20℃培养5天所需要的氧作为生化需氧量的指标,简称为BOD5,以氧的mg/L表示。
取原水样或已适当稀释后的水样(其中含有足够的溶解氧能满足20℃下5天生化的需要)7分为两份。一份及时测定其中溶解氧的含量。另一份放入培养箱内,在20℃±1℃培养5天后测定其剩余的溶解氧含量。前后两者溶解氧量之差值即为BOD5。
在实验测定时,对于溶解氧接近饱和的洁净天然水可以直接取样培养测定,而受污染的天然水则需预先适当稀释后再培养测定。水样稀释的目的是降低水样中有机物的浓度。另外,通过稀释,可以提高试样中的溶解氧(污染水样的溶解氧较少),使整个生化反应在有足够溶解氧的条件下进行。至于水样的稀释程度,是以经过5天培养后消耗的溶解氧不少量2mg/L,试样中剩余的溶解氧不少于1mg/L为宜。为了保证在培养的试样中含有足够的溶解氧以供生化反应的需要,所用的稀释水其溶解氧要达到饱和。另外,稀释水中还应加入一定量的无机营养物质(钙、镁、铁、磷酸盐等)以满足微生物生长繁殖的需要。
3 试剂
除非另有说明,本法所用试剂均为分析纯,水为蒸馏水,二次去离子水或等效纯水。
3.1 无水碳酸钠(Na2CO3)。
3.2 碘化钾(KI)
3.3 硫酸(H2SO4,ρ1.84g/mL)。
3.4 硫酸c(H2SO4)=3mol/L。
3.5 氯化钙溶液:称取27.5g无水氯化钙(CaCl2)溶于蒸馏水中,并稀释至1000mL,摇匀。
3.6 三氯化铁溶液:称取0.25g三氯化铁(FeCl3·6H2O),溶于蒸馏水中并稀释至1000mL,摇匀。
3.7 硫酸镁溶液:称取22.5g硫酸镁(MgSO4·7H2O), 溶于蒸馏水中并稀释至1000mL,摇匀。
3.8 磷酸盐缓冲溶液(pH7.2):称取8.5g磷酸二氢钾(KH2PO4)、21.75g磷酸氢二钾(K2HPO4)、33.4g磷酸氢二钠(Na2HPO4·7H2O)和1.7g氯化铵(NH4Cl)溶于约500mL蒸馏水中,再稀释至1000mL,摇匀。
1
3.9 重铬酸钾标准溶液[c(1K2Cr2O7)=0.01mol/L]:称取0.4903g预先在150℃烘干2h的重铬6
酸钾(K2Cr2O7,光谱纯),溶于蒸馏水中,移入1000mL容量瓶中,用蒸馏水稀释至刻度,摇匀。
3.10 硫代硫酸钠标准滴定溶液:[c(Na2S2O3·5H2O)=0.01mol/L]:称取2.48g硫代硫酸钠(Na2S2O3·5H2O,优级纯),溶于煮沸并冷却的蒸馏水中,加入0.2g无水碳酸钠(Na2CO3),待全部溶解后,用蒸馏水稀释至1000mL,摇匀。贮于棕色瓶中,准确浓度用重铬酸钾标准溶液标定。
标定:取三份20.0mL重铬酸钾标准溶液[c(1K2Cr2O7)=0.010mol/L]分别置于三个250mL6
具塞三角瓶中,加50mL蒸馏水,加5mL硫酸(3mol/L),加入1g碘化钾。于暗处放置5min。用硫代硫酸钠标准溶液滴定至浅黄色,加入1mL淀粉溶液(5g/L)继续滴定于蓝色消失(终点显示三价铬离子的绿色)。
按下式计算硫代硫酸钠标准溶液的浓度:
CNa2S2O3=CK2Cr2O7×VK2Cr2O7
VNa2S2O3…………………………(1)
式(1)中:
CNa2S2O3——硫代硫酸钠标准溶液的浓度。mol/L;
CK2Cr2O7——重铬酸钾标准溶液的浓度,mol/L;
CK2Cr2O7——吸取重铬酸钾标准溶液的体积,mL;
VNa2S2O3——滴定重铬酸钾消耗硫代硫酸钠标准溶液的体积,mL。
3.11 淀粉溶液(5g/L):称取0.5g可溶性淀粉于烧杯中,加数滴蒸馏水将淀粉调成糊状,然后加入100mL沸水,搅拌使粉溶解。现用现配。
3.12 稀释水:在1000mL蒸馏水(其溶解氧达饱和)中加入氯化钙溶液,三氯化铁溶液、硫酸镁溶液、磷酸盐缓冲溶液各1mL,摇匀。
注:所用的稀释水样要保持在20℃左右,冬季低于20℃时应预热,夏季高于20℃时须冷却。
4 仪器设备
4.1 恒温培养箱。
4.2 溶解氧培养瓶(250mL)。具磨口塞和供水封用的嗽叭口的细口试剂瓶。
5 试样制备
5.1 测定溶解氧水样的采取
取一个容积为200mL~300mL的磨口玻璃瓶,先用欲取水样洗涤2次~3次,然后将虹吸管直接通入瓶底取样。待水样从瓶口溢出片刻,再慢慢将虹吸管从瓶中抽出,用移液管加入1mL碱性碘化钾溶液(如水的硬度大于7mg/L时,可再多加2mL),然后加入3mL氯化锰溶液。应 2
注意的是,加碱性碘化钾和氯化锰溶液时,应将移液管插入瓶底后再放出溶液,然后迅速塞好瓶塞(不留空间)。摇匀后密封,记下加入试剂的总体积及水温。
注1:氯化锰溶液的配制:称取210g氯化锰(MnCl2·4H2O),溶于蒸馏水,并稀释至500mL。
注2:碱性碘化钾溶液的配制:称取250g氢氧化钠(NaOH),在搅拌下溶于250mL水中,冷却后,加75g碘化钾(KI),稀释至500mL,盛于具橡皮塞的棕色试剂瓶中。
5.2 适宜于水中微生物活动生长的pH值为6.5~8.0。如水样的pH过高或过低,则应将水样的pH值调节到此范围内。具体方法是取一定体积的水样,用酸度计或加适当的酸碱指示剂(例如溴麝香草酚蓝),以盐酸溶液(1mol/L)或碳酸钠溶液(0.5mol/L)滴至中性,记录所需酸或碱溶液的量,然后在欲测定BOD5的水样中加入等比例量的酸或碱溶液。
5.3 游离氯抑制水中微生物的活动。如水样中游离氯的含量超过0.1mg/L,则应加硫代硫酸钠还原除去,具体方法是:先量取100mL水样于三角瓶中,加入1mL硫酸(ρ1.84g/mL)及1g碘化钾,摇动溶液使碘化钾溶解。加入1mL淀粉溶液(5g/L),用硫代硫酸钠溶液(0.01mol/L)滴定至试液蓝色恰退去,记录硫代硫酸钠溶液的用量,然后向欲测定BOD5的水样中加入等比例量的硫代硫酸钠溶液。
6 操作步骤
6.1 水样的稀释
除了溶解氧接近饱和的洁净天然水无需稀释,可直接取样培养测定外,对于受污染的水样则需根据其有机物的含量进行适当的稀释。通常,对污染程度不了解的水样需要做三个或三个以上不同稀释倍数的培养测定,大致的参考稀释倍数可以从化学需氧量来求得。具体是将高锰酸钾法测得的化学需氧量的mg/L除以4,所得的商即可作为此水样的参考稀释倍数。例如,高锰酸钾法测得的化学需氧量(COD)为10mg/L,除以4,得商为2.5,此值即为此水样的参考稀释倍数。即:取1份体积的水样,加 1.5份体积的稀释水,使总体积为原来的2.5倍。然后,在这参考值的左右范围选定三个不同的稀释比。
6.2 根据选定的水样稀释比,用虹吸法将所需体积的水样沿壁引入1000mL量筒中,再用虹吸法引入稀释水至1000mL,用一根特制的搅拌棒(一根粗玻璃棒,底端套上一块比量筒口径略小的带孔薄橡皮圆片)在液面以下缓慢上下搅匀。然后,用虹吸法将此试液分别引入二个溶解氧瓶(或具磨口塞的细口试剂瓶)至满溢,立即盖紧瓶塞。此时要注意瓶内不应留有气泡。
6.3 用上述同样方法,制备另外二不同稀释比的试样。
6.4 每个不同稀释比的试样中各取一瓶加入溶解氧固定剂后测定当天的溶解氧:另各取一瓶放入培养箱内,在20℃±1℃培养5昼夜。在培养过程中须注意每天在溶解氧瓶的封口上加封口水(如用具磨口塞的细口试剂瓶,则应将瓶口倒转向下浸没在蒸馏水中,使瓶口与空气隔绝)。
6.5 另取纯稀释水二瓶,一瓶测定当天的溶解氧,另一瓶随同试样一起,放在20℃±1℃的培养箱内培养5昼夜。
6.6 培养5昼夜后,取出试样,测定剩余的溶解氧。
6.7 溶解氧的测定
6.7.1 水样的固定
3
打开水样瓶,加入1.0mL氯化锰溶液和1.0mL碱性碘化钾溶液(若水样中已加有这二种溶解氧固定剂则可以不用再加),塞紧瓶塞(瓶内不准有气泡),按住瓶盖将瓶上下颠倒不少于20次。样品固定后约1h或沉淀完全后,小心启开瓶塞。立即用移液管插入液面下加入1.5mL硫酸(ρ1.84g/mL)。迅速盖紧瓶塞,摇动水样,使沉淀完全溶解,摇匀。
6.7.2 吸取100mL试液于250mL三角瓶中,用硫代硫酸钠标准溶液滴定至试液呈浅黄色后,加入1mL淀粉溶液(5g/L)。此时试液应呈蓝色,继续用硫代硫酸钠标准溶液滴定至试液蓝色刚消失。记录硫代硫酸钠标准溶液的用量。
7 结果计算
7.1 按公式(2)计算溶解氧的含量:
ρO=2C×V3×f1×8×1000…………………………(2) V
f1=
式(2)、(3)中: V1…………………………………………(3) V1?V2
ρO——水样中溶解氧的浓度,mg/L; 2
V1——固定水样总体积(水样瓶的容积),mL;
V2——采样时加入水样瓶内的溶解氧固定剂的体积,mL;
V3——滴定所用去的硫代硫酸钠标准溶液体积,mL;
C——硫代硫酸钠标准溶液的浓度。mol/L;
V——滴定时所取固定水样的体积,mL。
7.2 水样中生化需氧量(BOD5)按公式(3)或公式(4)计算:
7.2.1 未经稀释而直接培养测定的水样:
ρBOD=D1-D2………………………………(4) 5
式(4)中:
ρBOD——水样中生化需氧量(BOD5)的含量,mg/L; 5
D1——水样在培养前所含有的溶解氧,mg/L;
D2——水样经20℃±1℃培养5天后所剩余的溶解氧,mg/L。
7.2.2 经稀释后培养测定的水样:
ρBOD=5(D1?D2)?(D3?D4)×51?f……(5)
式(5)中:
D3——稀释水在培养前所含有的溶解氧,mg/L;
D4——稀释水经20℃±1℃培养5天后所剩余的溶解氧,mg/L;
4
f——稀释水在试液中所占的比例,如稀释水在试液中占60%,则f=0.6。
BOD5的结果,选取在三个不同稀释比的培养试样中消耗溶解氧不少于2mg/L,剩余溶解氧不少于1mg/L的一个为准。如果有二个或甚至三个不同稀释比的培养试样的测定结果均在此范围内,则取它们的平均值作为该水样的BOD5。如果三个不同稀释比的培养试样的测定结果都在此范围以外,则应重新调整稀释比后再培养测定。
8 精密度和准确度
配制食用葡萄糖6mg/L的试样,按分析步骤进行12次测定,批内测得的BOD5平均值为
3.93mg/L,标准偏差为0.11mg/L,相对标准偏差为2.8%。
9 参考文献
[1] 地下水标准检验方法[J].地质实验室.1988,4.(增刊):129-132.
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