地表水生化需氧量测定

技术概述

地表水生化需氧量测定是水质监测领域中一项至关重要的检测技术，主要用于评估水体中有机污染物的含量及其对水生生态环境的潜在影响。生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand，简称BOD）是指在特定条件下，水样中好氧微生物在分解水中有机物质过程中所消耗的溶解氧量，通常以每升水样消耗溶解氧的毫克数来表示。

BOD测定作为水质评价的核心指标之一，能够直观反映水体受有机污染的程度。地表水中的有机污染物在微生物作用下发生生物化学分解反应，这一过程需要消耗水中的溶解氧。当有机污染物含量过高时，会导致水体溶解氧急剧下降，严重影响水生生物的生存环境，甚至造成水体富营养化和黑臭现象。因此，准确测定地表水的生化需氧量对于水环境保护和水质管理具有重大意义。

在实际检测过程中，BOD的测定通常采用五日培养法，即BOD5测定。该方法将水样在20℃恒温条件下培养5天，测定培养前后溶解氧的差值，以此计算生化需氧量。这一经典方法自1912年英国皇家污水处理委员会提出以来，已成为国际通用的水质检测标准方法，并被纳入我国《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）等重要环境标准中。

地表水生化需氧量测定技术涉及微生物学、分析化学和环境工程等多个学科领域。检测过程中需要严格控制培养温度、培养时间、水样稀释倍数等关键参数，同时还需要考虑水样中是否含有抑制微生物生长的有毒物质、是否存在足够的微生物种群等因素，以确保检测结果的准确性和可靠性。

检测样品

地表水生化需氧量测定的样品来源广泛，涵盖了自然水体和人工水体等多种类型。根据《地表水环境质量标准》的分类要求，检测样品主要包括以下几类：

• 河流水样：包括干流、支流及河口区域的地表水，是BOD监测的主要对象
• 湖泊水样：涵盖天然湖泊、水库等封闭或半封闭水体的表层水
• 池塘水样：农村及城市景观池塘等小型水体的水样
• 渠道水样：灌溉渠道、排水渠道等人工或半人工水体的水样
• 入河排污口水样：工业废水、生活污水处理厂出水等入河排放口的混合水样

在样品采集过程中，需严格按照相关技术规范执行。采集时应使用专用的溶解氧采样瓶或生化需氧量培养瓶，避免水样与空气接触时间过长导致溶解氧变化。采样深度一般在水下0.5米处，若水深不足0.5米，则在1/2水深处采集。采集后的水样应在6小时内进行分析，否则需在4℃条件下冷藏保存，但保存时间不应超过24小时。

样品采集前还需对采样点位进行合理布设。河流断面应设置对照断面、控制断面和削减断面，湖泊则需考虑湖流分布、污染源位置等因素布设监测点位。采样时应同步记录水温、pH值、溶解氧、电导率等现场参数，为后续检测分析提供参考依据。

对于含有余氯或其他消毒剂的水样，需在采样时添加适量的硫代硫酸钠溶液进行脱氯处理；对于pH值超出6-8范围的水样，需用酸或碱溶液调节至中性；对于含有重金属等有毒物质的水样，可能需要进行预处理或接种适量微生物，以保证检测结果的准确性。

检测项目

地表水生化需氧量测定涉及的检测项目较为丰富，除核心的BOD5指标外，还包括一系列辅助检测项目，共同构成完整的水质评价体系：

• 五日生化需氧量（BOD5）：核心检测项目，反映水中可生物降解有机物的含量
• 溶解氧（DO）：培养前后溶解氧测定是计算BOD的基础
• 化学需氧量（COD）：与BOD配合分析，评估有机污染物总量及可生化性
• pH值：影响微生物活性的重要参数，需控制在适宜范围内
• 水温：决定微生物活性和反应速率的关键因素
• 悬浮物（SS）：影响水样稀释倍数的确定和检测准确性
• 氨氮：与有机氮共同构成总氮指标，反映水体营养状态
• 总有机碳（TOC）：作为有机污染的补充指标

在检测项目设置上，根据不同水质评价目的，可选择性地增加其他相关指标。例如，在进行污染源解析时，可增加石油类、挥发酚、重金属等特征污染物指标；在进行水生态健康评价时，可增加叶绿素a、浮游生物等生态指标。

BOD与COD的比值是评价水体有机污染物可生化性的重要指标。当BOD/COD大于0.45时，表明有机污染物可生化性较好，适宜采用生物处理工艺；当比值在0.30-0.45之间时，可生化性一般；当比值小于0.30时，可生化性较差，需考虑其他处理方式。这一比值关系对于水体污染治理方案制定具有重要参考价值。

检测项目的设定还需考虑地表水环境质量标准中的分类要求。依据GB 3838-2002标准，地表水按功能高低划分为五类，其中Ⅰ类水BOD5限值为3mg/L以下，Ⅱ类为4mg/L以下，Ⅲ类为4mg/L以下，Ⅳ类为6mg/L以下，Ⅴ类为10mg/L以下。检测结果需对照相应水质类别标准进行评价。

检测方法

地表水生化需氧量的检测方法经过多年发展，已形成多种成熟的技术路线，各方法在原理、操作流程、适用范围等方面各有特点：

稀释接种法

稀释接种法是国家标准方法（HJ 505-2009）规定的首选方法，也是目前应用最广泛的BOD测定方法。该方法的基本原理是将水样用含有足够溶解氧的稀释水进行适当稀释，使培养后剩余溶解氧不低于2mg/L，培养期间溶解氧消耗不低于2mg/L。将稀释后的水样置于20℃恒温培养箱中培养5天，测定培养前后的溶解氧含量，根据稀释倍数计算BOD5值。

稀释接种法的操作流程包括：稀释水配制、接种液制备、水样稀释、初始溶解氧测定、恒温培养、最终溶解氧测定、结果计算等步骤。其中，稀释倍数的确定是关键环节，通常需要根据COD值或经验预估，设置多个稀释倍数进行平行测定，以确保获得有效数据。

压力传感器法

压力传感器法是一种快速BOD测定方法，其原理是利用密闭培养瓶中微生物分解有机物产生的二氧化碳被吸收剂吸收后，瓶内压力下降与BOD值呈正相关关系。通过压力传感器监测瓶内压力变化，可直接读出BOD值。该方法操作简便，可连续监测BOD变化曲线，了解有机物降解动力学特征。

微生物传感器法

微生物传感器法是将微生物固定在传感器表面，当水样流经传感器时，微生物消耗溶解氧产生电流信号变化，信号强度与BOD值相关。该方法快速、简便，可在短时间内获得结果，适用于在线监测和快速筛查。但该方法结果与传统方法可能存在一定差异，需进行相关性验证。

库仑滴定法

库仑滴定法是通过电解产生氧气补充微生物消耗的氧气，根据电解电量计算BOD值。该方法可自动监测BOD变化过程，数据连续性强，但设备成本较高，适用于研究和高精度监测需求。

在实际检测中，方法选择需综合考虑样品特性、检测精度要求、设备条件等因素。对于地表水监测，稀释接种法仍是主流方法；对于在线监测需求，压力传感器法和微生物传感器法具有优势；对于科研和高精度需求，可选择库仑滴定法。

检测仪器

地表水生化需氧量测定需要配备专业化的检测仪器设备，确保检测过程的规范性和结果的准确性。主要仪器设备包括：

溶解氧测定仪

溶解氧测定仪是BOD测定的核心设备，用于测量培养前后水样中的溶解氧含量。目前主流的溶解氧测定仪采用电化学探头法或光学溶解氧传感器。电化学探头法基于氧分子在阴极还原产生电流的原理；光学法则利用氧分子对荧光物质的猝灭效应。两种方法各有优势，光学法无需消耗电解液，维护方便；电化学法响应快速，成本较低。

生化培养箱

生化培养箱是提供恒温培养环境的专用设备，需能够稳定控制温度在20±1℃。培养箱应具有温度均匀性高、波动小的特点，配备温度显示和记录装置。高端培养箱还具有程序控温、远程监控等功能，满足不同检测需求。

BOD培养瓶

BOD培养瓶是进行水样培养的专用容器，通常采用玻璃材质，容量为250-300mL，瓶口设计有水封槽结构，可在培养过程中隔绝空气同时允许瓶内气体逸出。培养瓶需经过严格清洗和灭菌处理，避免残留有机物或微生物干扰检测结果。

稀释水制备系统

稀释水是影响BOD测定准确性的关键因素，需要采用纯水设备制备高纯度水，并按照标准配方添加磷酸盐缓冲液、硫酸镁、氯化钙、氯化铁等营养盐溶液。稀释水需曝气至饱和溶解氧状态，并在20℃恒温保存，使用前还需检验其质量是否符合要求。

• 溶解氧测定仪：用于测量水样溶解氧含量，精度要求±0.1mg/L
• 生化培养箱：提供20±1℃恒温培养环境，温度均匀性±0.5℃
• BOD培养瓶：玻璃材质，带水封槽结构，容量250-300mL
• 纯水机：制备BOD稀释用水，电导率≤1μS/cm
• 分析天平：称量精度0.1mg，用于试剂配制
• pH计：测定水样pH值，精度±0.01pH
• 采样器：专用溶解氧采样装置，避免气泡混入

仪器设备的管理和维护是保证检测质量的重要环节。所有计量器具需定期进行检定或校准，培养箱温度需每日记录，溶解氧仪电极需定期更换膜头和电解液，培养瓶需进行空白试验验证清洗效果。建立完善的仪器设备档案和期间核查制度，确保仪器处于良好工作状态。

应用领域

地表水生化需氧量测定在多个领域具有广泛的应用价值，是水环境管理和保护的重要技术支撑：

环境质量监测

各级生态环境监测站开展的地表水环境质量例行监测中，BOD5是必测项目之一。通过长期、连续的BOD监测，可以掌握水体有机污染的变化趋势，评价水环境质量状况，为环境质量报告书编制和环境状况公报发布提供基础数据。监测数据也是各级政府环境目标责任考核的重要依据。

污染源监管

在工业污染源和城镇污水处理厂的监督性监测中，BOD是评估排污状况的重要指标。通过监测入河排污口的BOD浓度和排放总量，可以判断污染源是否达标排放，计算污染负荷，为污染源监管和环境执法提供技术支撑。同时，BOD监测数据也是排污许可管理和环境税征收的依据之一。

水环境影响评价

在建设项目环境影响评价中，地表水环境影响预测与评价是重要章节。通过测定项目周边地表水的BOD现状值，结合项目排污预测，评估项目建设对水环境的潜在影响，提出环境保护措施建议。BOD也是环境影响后评价和水环境保护效果评估的核心指标。

水生态修复评估

在河道整治、湖泊修复等水生态修复工程效果评估中，BOD是衡量修复效果的关键指标之一。修复工程实施前后BOD值的变化，能够直观反映水生态系统的恢复状况和水质改善程度，为工程验收和后续管理提供科学依据。

饮用水水源保护

饮用水水源地水质监测中，BOD是评价水源水质安全的重要指标。水源水中BOD浓度过高可能导致供水处理难度增加、消毒副产物生成量增多等问题。因此，定期监测水源水BOD对于保障饮用水安全具有重要意义。

• 环境质量监测：国家地表水环境监测网例行监测，水环境质量评价
• 污染源监管：工业废水、生活污水入河排污口监测，环境执法依据
• 环境影响评价：建设项目水环境影响评价，环保措施论证
• 水生态修复：河道整治、湖泊修复效果评估
• 水源保护：饮用水水源地水质监测与保护
• 科学研究：水污染控制研究，水生态科学研究

此外，BOD测定在农业面源污染监测、水产养殖水质管理、城市黑臭水体整治评估等领域也具有重要应用价值。随着水环境保护要求的不断提高，BOD监测的应用范围还将进一步扩大。

常见问题

问题一：BOD测定时间为什么要选择5天？

BOD5选择5天培养时间是经过科学论证的结果。在培养初期，水样中的有机物分解速率较快，随后逐渐减缓。研究表明，在20℃条件下培养5天，水中易降解有机物约70%-80%可被分解，此时测得的BOD值能够代表水体中大部分可生物降解有机物的含量。同时，5天培养时间在可操作性上也是折中选择——时间过短不能充分反映有机物分解情况，时间过长则影响监测时效性。当然，对于特定研究目的，也可测定BOD2、BOD10或BOD20等不同培养时间的BOD值。

问题二：如何确定水样的稀释倍数？

稀释倍数的确定是BOD测定成败的关键。如果稀释倍数过大，培养后溶解氧消耗过少，测定误差增大；稀释倍数过小，培养后溶解氧耗尽，无法计算BOD值。通常根据水样的COD值估算：地表水稀释倍数约为COD值的0.075-0.3倍，生活污水约为COD值的0.15-0.25倍。实际操作中应设置2-3个不同稀释倍数进行平行测定，选择培养后溶解氧剩余量在2-7mg/L之间的稀释倍数计算结果。对于清洁地表水，有时可能不需要稀释。

问题三：水样中没有微生物怎么办？

某些水样如工业废水、消毒处理后的出水等可能缺乏足够的微生物种群，此时需要接种适量微生物。接种液可选用生活污水上清液、受纳水体水样或实验室培养的微生物悬液。接种量需控制适当，接种液本身的BOD值应从测定结果中扣除。接种微生物的种类和活性对BOD测定结果有显著影响，因此接种液的质量需经过验证。

问题四：BOD和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，但二者有本质区别。BOD反映的是水中可生物降解有机物的含量，COD反映的是水中可被化学氧化剂氧化的物质总量。COD测定时间短（约2-3小时），操作简便，但无法区分有机物是否可被生物降解；BOD测定更能反映有机物的生物效应，但耗时长、操作复杂。二者的比值（BOD/COD）是评价有机物可生化性的重要指标，比值越大说明有机物越容易被生物降解，对于选择污水处理工艺具有指导意义。

问题五：哪些因素会影响BOD测定结果？

影响BOD测定结果的因素较多，主要包括：培养温度的准确性，温度偏离20℃会导致微生物活性变化；稀释水的质量，稀释水中不应含有机物和抑制物质；接种微生物的种类和活性；水样的保存条件，保存时间过长或温度不当会改变水样性质；培养瓶的密封性，漏气会导致空气中的氧气进入；溶解氧测定的准确性，特别是低溶解氧条件下的测定误差。因此，严格控制各个环节的操作条件是保证BOD测定结果准确可靠的前提。

问题六：BOD测定结果为负值是什么原因？

BOD测定结果为负值，即培养后溶解氧高于培养前，这种情况可能由以下原因造成：稀释水未经充分曝气或培养过程中温度波动导致溶解氧变化；水样中含有藻类等光合生物，在培养过程中产生氧气；水样中亚硝酸盐含量较高，干扰溶解氧测定；空白对照的溶解氧消耗导致结果计算异常。遇到此类情况，需查明原因并重新测定。