BOD5反推取樣法在監測與分析中的應用

彭 鷺

（福建省南平環境監測中心站，福建南平 353000）

1 BOD5測定影響因素分析

圍繞基于稀釋接種法的BOD5測定分析可以發現，測定過程中多方面因素均會帶來較為深遠影響，如接種稀釋水、溫度、稀釋倍數、毒害物質、溶液酸堿度等因素。以接種稀釋水為例，其BOD5值和溶解氧均會對基于稀釋接種法的BOD5測定造成影響。圍繞某些工業廢水和地面水進行分析可以發現，受有機物含量較多影響，這類水樣的培養測定需要經稀釋水稀釋后進行，以保證培養過程中溶解氧充足并降低濃度。一般選擇蒸餾水作為稀釋水，不得采用去離子水，同時需要控制20℃±1℃溫度，需至少進行1h 的曝氣處理，以此得到溶解氧接近飽和的稀釋水，稀釋后水樣的溶解氧充足程度可得到保障，一般需基于8～9mg/L 控制溶解氧，測定結果有效性會受到較低或較高的溶解氧含量影響，相關誤差也會隨之出現，如過低的溶解氧含量會導致水中的有機物不足以分解，此時需要進行1h 的開口放置，同時保證使用于24h 內。接種稀釋水需要適量添加磷酸鹽緩沖溶液、無機鹽溶液、硫酸鎂、氯化鈣、三氯化鐵，微生物生長的各類需要可由此滿足。需基于7左右控制接種稀釋水的pH，稀釋水自身BOD5值需控制在0.5mg/L 內，接種稀釋水自身BOD5值需控制在1.5mg/L 內，需對可能的污染來源進行檢查。此外，還需要保證接種稀釋水內不存在對微生物生長繁殖造成阻礙的物質。

進一步圍繞稀釋倍數進行分析可以發現，在基于稀釋接種法的BOD5測定過程中，對于存在較少有機物含量、較高溶解氧含量的清潔地表水，生化培養可不經稀釋直接開展，但對于成分復雜、受到污染的各類廢水，生化培養前必須進行稀釋處理。基于稀釋接種法的BOD5測定必須得到正確的稀釋倍數支持，如選擇稀釋倍數不當，最終將無法取得有效的實驗結果，這種情況不僅會導致大量浪費，而且對已經發生組分變化樣品的再測定意義也會隨之失去，重新測定需要再次進行取樣，基于稀釋接種法的BOD5測定效率會受到嚴重負面影響。樣品稀釋需保證存在2mg/L 及以上的消耗溶解氧質量濃度，樣品培養后剩余溶解氧質量濃度也需要在2mg/L 及以上，同時需存在1/3～2/3區間的試樣中剩余溶解氧質量濃度。如稀釋倍數無法準確選擇，為保證基于稀釋接種法的BOD5測定成功，一個樣品往往需要采用2～3個不同的稀釋倍數進行實驗。結合工作經驗分析可以發現，重鉻酸鉀測定化學需氧量可用于確定基于稀釋接種法的BOD5測定過程中的稀釋倍數。如8mg/L 左右的培養前接種稀釋水溶解氧含量，培養后樣品剩余溶解氧質量濃度在樣品稀釋中需在2mg/L 及以上，因此水樣5d 消耗的溶解氧存在6mg/L 的最大值。圍繞接種稀釋水5d 生化需氧值進行分析發現，稀釋水需存在0.5mg/L 以內的自身BOD5值，接種稀釋水需存在1.5mg/L 以內的自身BOD5值，接種稀釋水5d 生化需氧值的最小值為0.5mg/L，此時存在最大為6倍的稀釋倍數，考慮到重鉻酸鉀測定的化學需氧量與BOD5最大值接近，因此可基于1/6CODcr 最為最大稀釋倍數，每個稀釋倍數相差需同時控制在2.14，由此可得到稀釋倍數0.036CODcr、0.078CODcr，35%～75%的溶解氧下降率可由此滿足，可生化指標較低樣品需求也可同時滿足。

2 BOD5取樣量確定方法

結合上文研究可以了解到，多方面因素均可能影響稀釋接種法的應用效果，結合《水和廢水監測分析方法（第四版）》，設V為取樣量，C1、C2分別稀釋到1 000mL（用接種稀釋水）時的溶解氧、經5d 培養后的剩余溶解氧，B1、B2分別為培養前接種稀釋水的溶解氧、培養后接種稀釋水的剩余溶解氧，f2為培養液中水樣比例，f2=V/1 000，存在公式：

基于行業規范要求，需保證所取樣5d 消耗溶解氧在2mg/L 以上，剩余溶解氧需同時大于1mg/L，因此該條件下最佳的經5d 培養后剩余溶解氧應為：

式（2）中f1為培養液中接種稀釋水所占比例。應在較低范圍控制(B1-B2)，結合行業技術規定進行分析可以發現，稀釋水空白5d 耗氧量、接種稀釋5d 耗氧量應分別控制在0.2mg/L 以下、0.1～1.0mg/L，但結合實際調研可以發現，稀釋水耗氧量一般處于0.5mg/L 左右，因此取(B1-B2)值為0.5mg/L，由此在式（1）中帶入假設條件，可得到：

式（3）中的取樣未定之前無法對C1進行測量，同時需要在20℃制備接種稀釋水，如水樣偏離20℃，需迅速降低或提升水溫至20℃左右，應在實驗室選用適當方法，隨后強烈攪拌，保證水樣接近平衡大氣中的氧，加到稀釋水中的小部分水樣此時擁有與稀釋水基本相同的溶解氧含量，因此接種稀釋水當日溶解氧濃度與C1基本相同，因此可使用B1代替式中的C1。由于水樣中BOD5值需稀釋測定時大多在0.5mg/L 以上，因此可忽略分母中可由此得到簡化后的公式：

為應用反推取樣法完成取樣量公式的推算，需結合推導出的BOD5初步估計值，假設5d 后最佳狀態檢測結果為C2=1/2C1，因此基于式（4）計算即可取得最佳取樣量，溶解氧消耗率在經5d 培養后為50%。一般情況下，如BOD5的真實值與估計值相差不大，應用式（4）即可求得實用性較高的取樣量，基于該取樣量經接種稀釋水稀釋并開展5d 培養，較為準確的檢測結果也可順利求得。

3 BOD5反推取樣法在監測與分析中的具體應用

為直觀展示BOD5反推取樣法在監測與分析中的具體應用，證明BOD5反推取樣法的實用性，本節將圍繞基于對照法的質控樣分析、基于對照法的考核樣分析、對實際樣品的分析開展深入探討，探討過程將結合某酒廠污水監測實例。

3.1 基于對照法的質控樣分析

針對性分析質控樣可以發現，已知存在50～100mg/L 范圍內的BOD5值，此時將10.00mL 的質控樣稀釋至250.00mL。首先采用BOD5反推取樣法對質控樣開展針對性分析，估計存在70mg/L 的BOD5值，基于式（4）計算取樣量，可得到取樣量為65.29mL，式中取10.14mL 為C1的值，結合以往分析結果可以確定，如存在超過BOD5真值0.29～0.67倍的估計值，分析結果不會受到影響，因此取60mL 為取樣量，具體計算中的C1、C2、B1、B2、f1、f2值分別為10.14mL、5.50mL、10.14mL、9.94mL、0.933 3、0.066 7，基于式（1）進行計算得到66.77mg/L 的BOD5值，對比（66.4±4.5）mg/L 的質控樣分析結果，可確定相差不大。

圍繞稀釋接種法的應用進行分析，按照25倍、20倍、15倍稀釋倍數分別取32mL、40mL、60mL 的質控樣，稀釋比分別為0.960 0、0.950 0、0.933 3，由此開展質控樣分析可以發現，稀釋倍數為25倍時，C1、C2、B1、B2、f1、f2值分別為10.12mL、7.29mL、10.14mL、9.94mL、0.960 0、0.040 0，(C1-C2)、BOD5值分別為2.83mL、65.95mg/L。稀釋倍數為20倍時，C1、C2、B1、B2、f1、f2值分別為10.15mL、6.68mL、10.14mL、9.94mL、0.950 0、0.050 0，(C1-C2)、BOD5值分別為3.47mL、65.60mg/L。稀釋倍數為15倍時，C1、C2、B1、B2、f1、f2值分別為10.10mL、5.50mL、10.14mL、9.94mL、0.933 3、0.066 7，(C1-C2)、BOD5值分別為4.60mL、66.16mg/L。通過計算可得到65.90mg/L 的BOD5均值。

3.2 基于對照法的考核樣分析

考核樣預測CODcr、BOD5估計值分別為86.53mg/L、＞40mg/L，取50mg/L。圍繞BOD5反推取樣法進行分析可發現，實取70.0mL，由此可得到C1、C2、B1、B2、f1、f2值分別為7.60mL、1.84mL、7.65mL、7.60mL、0.900 0、0.010 00，(C1-C2)、BOD5值分別為5.76mL、56.7mg/L，對比真值可以發現，56.7mg/L的BOD5值與其完全吻合，因此本文研究的BOD5反推取樣法具備較高可行性

圍繞稀釋接種法進行分析，基于預測的20～60mg/L 的BOD5值，取10為稀釋比，基于預測的40～120mg/L 的BOD5值，取20為稀釋比，確定考核樣BOD5采用14倍、12倍、10倍的稀釋倍數。稀釋倍數為14倍時，C1、C2、B1、B2、f1、f2值分別為7.63mL、3.47mL、7.65mL、7.55mL、0.928 6、0.071 4，(C1-C2)、BOD5值分別為4.16mL、56.9mg/L。稀釋倍數為12倍時，C1、C2、B1、B2、f1、f2值分別為7.62mL、2.60mL、7.65mL、7.55mL、0.914 3、0.085 7，(C1-C2)、BOD5值分別為5.02mL、57.5mg/L。稀釋倍數為10倍時，C1、C2、B1、B2、f1、f2值分別為7.60mL、1.84mL、7.65mL、7.55mL、0.900 0、0.100 0，(C1-C2)、BOD5值分別為5.76mL、56.7mg/L。可得到57.0mg/L 的BOD5均值，標準偏差、相對標準偏差分別為0.4、0.7%，CODcr 與BOD5（考核樣）的比值為65.9%。

3.3 對實際樣品的分析

為提升研究的實踐價值，以福建省某酒廠作為污染源企業，結合近幾年的監督性監測數據可以發現，存在介于400～1500mg/L 的某排污溝BOD5值，采樣時未發現異常排污，基于BOD5反推取樣法進行分析，估計存在700mg/L左右的BOD5值，開展針對性計算可確定取樣量為6.57mg/L。實取7.00mL，基于0.090的稀釋比稀釋至700mL，可確定B1≈C1=10.20mL。采用BOD5反推取樣法進行分析，可確定C1、C2、B1、B2、f1、f2值分別為9.90mL、2.20mL、10.20mL、10.00mL、0.900 0、0.010 0，(C1-C2)、BOD5值分別為7.70mL、750.2mg/L。

采用稀釋接種法進行分析，按照25倍、20倍、15倍稀釋倍數分別取30mL、40mL、75mL 的質控樣。稀釋倍數為25倍時，C1、C2、B1、B2、f1、f2值分別為9.80mL、6.70mL、10.20mL、10.00mL、0.960 0、0.040 0，(C1-C2)、BOD5值分別為3.10mL、725mg/L。稀釋倍數為20倍時，C1、C2、B1、B2、f1、f2值分別為10.00mL、6.00mL、10.20mL、10.00mL、0.950 0、0.050 0，(C1-C2)、BOD5值分別為4.00mL、760mg/L。稀釋倍數為10倍時，C1、C2、B1、B2、f1、f2值分別為9.90mL、2.00mL、10.20mL、10.00mL、0.900 0、0.100 0，(C1-C2)、BOD5值分別為7.90mL、770mg/L。通過計算可以確定，能夠得到751.67mg/L 的BOD5均值。

4 結束語

BOD5反推取樣法在監測與分析中具備較高應用價值。在此基礎上，本文涉及的基于對照法的質控樣分析、基于對照法的考核樣分析、實際樣品的分析等內容，則直觀展示了BOD5反推取樣法的應用路徑。對比稀釋接種法和本文研究方法可以發現，CODCr 法的稀釋倍數求取在BOD5反推取樣法中被省略，CODCr 法應用帶來的環境污染和能源浪費減少，分析人員的工作效率提升、工作強度下降，相關實踐的人力、財力也能夠有效節約，BOD5監測與分析的經濟效益可隨之提升。