BOD5测定中硝化作用的干扰和消除

BOD5测定中硝化作用的干扰和消除

杜英豪陈碧

摘要：探讨了生化池出水的BOD5测定中硝化作用所产生的干扰问题。证实了氨氮硝化的耗氧量对测定结果的干扰也是显著的，但由此产生的ΔBOD5和ΔNH4+-N的比值较理论值偏小。为消除此干扰，可在水样中加入丙烯基硫脲(ATU)，加入量为1.0 mg/L。　　

关键词：BOD5,生化池出水,硝化作用,ATU,测定干扰

　　一般认为，水中有机物的生物氧化过程可分为两个阶段：第一阶段为有机物中的碳和氢被氧化成二氧化碳和水，此阶段称为碳化阶段，在20 ℃时完成碳化阶段大约需要20 d左右；第二阶段为含氮物质及部分氨被氧化为亚硝酸盐和硝酸盐，称为硝化阶段，在20 ℃时完成硝化阶段大约需要100d，因此测定一般水样(如工业废水和新鲜的生活污水)的BOD₅时，起硝化作用的细菌生长得很慢，且水中的硝化菌极少，在开始培养的5d或9～10 d内，硝化作用很不显著或根本不会发生。但是对于生化处理池的出水或含有很多硝化菌的河水，则在BOD₅的测定期间即可进行硝化作用，从而使BOD₅也包含了部分含氮化合物的需氧量。

1 试验装置及主要试剂

　　差压式直读BOD测试装置(广东环保仪器设备厂)
　　丙烯基硫脲(化学纯，上海试剂一厂)

2 结果与讨论

2.1 ATU的用量
　　在《水和废水监测分析方法》中指出，ATU的用量为0.5 mg/L；而在《水和废水监测分析方法指南》中指出ATU的用量为10 mg/L；另外也有报道建议以5 mg/L的加入量来抑制硝化作用^［1］，因此需确定ATU的最佳用量。具体试验方法为：取同一生化池出水水样，装瓶体积为483 mL,分别依次加入质量浓度为500 mg/L的ATU溶液0、0.50、1.00、1.50、2.00 、3.00、4.00、5.00 mL，跟踪读取6d的BOD值，结果如表1所示。

**表1 ATU用量对BOD的影响**
BOD(mg/L)	ATU加入量( mL)
BOD(mg/L)	0	0.50	1.00	1.50	2.00	3.00	4.00	5.00
BOD₁	2.13	1.25	1.40	0.63	1.50	1.50	1.75	4.00
BOD₂	4.50	1.25	1.50	0.80	1.60	1.63	1.98	4.23
BOD₃	6.80	2.48	2.23	1.50	3.05	2.20	3.53	5.50
BOD₄	8.63	2.50	2.38	2.00	3.05	2.88	3.75	5.75
BOD₅	13.4	2.63	2.38	2.38	4.00	3.25	3.75	6.25
BOD₆	15.9	3.00	2.38	2.38	4.00	3.25	5.00	6.25

　　从表1中可以看出，ATU加入量为1.00 mL和1.50mL时所测得的BOD₅最低，也就是说在分析误差范围内，加入1.00 mLATU即可取得较好的抑制硝化的效果。为了考察加入1.00 mL ATU带入的误差，取标准溶液做加与不加ATU的对比试验，结果表明该量的ATU不影响BOD₅值，因此水样体积为483 mL时，加入0.5 mgATU(即1.0 mg/L)是适宜的。
2.2 氮需氧量对BOD₅的影响
　　对采用不同处理工艺的出水水样同时做加与不加ATU的BOD₅测定对比试验，结果如表2 所示。

**表2 不同处理工艺的出水BOD₅差异 mg/L**
处理工艺	加ATU的BOD₅	不加ATU的BOD₅	差值
AB法	6.13	40.7	34.6
带硝化的AO法	7.25	32.5	25.2
除磷的AO法	1.50	14.50	13.0
普通活性污泥法	2.75	8.88	6.13
A²O法	1.50	11.0	9.50
普通接触氧化法	5.75	5.75	0

　　由表2可见，随着处理工艺的不同，氮需氧量对实测BOD₅的影响程度也不同，这主要是因为水样中微生物的种类和数量不同，所发生的生化反应的程度也就不一样。另外，硝化反应要消耗大量的氧^［2］，另由于亚硝化单胞菌和硝化杆菌属自养微生物，生长量很小，其数量变化对需氧量几乎没有影响，所以即使是BOD₅值较小的水样，硝化菌也可在培养瓶中生存而发生硝化作用。因此对于生化池出水，硝化菌的存在对实测BOD₅的影响很大(如图1所示)。

2.3 ΔBOD5和ΔNH₄⁺-N的关系
　　造成BOD5误差的主要原因是水样中NH+4-N的硝化。为此探讨了二者的关系，结果见表3。

**表3 ΔBOD₅与Δ NH₄⁺-N的关系**
ΔBOD₅(mg/L)	5.38	34.6	29.4	26.3	18.5	12.4	9.50	14.4
ΔNH₄⁺-N(mg/L)	1.29	7.90	8.62	8.20	4.10	3.52	2.95	4.14
ΔBOD₅/ΔNH₄⁺-N	4.17	4.38	3.41	3.21	4.51	3.51	3.22	3.48

　　由表3可见，ΔBOD₅和ΔNH₄⁺-N的比值比理论值4.57偏小，这可能是由于以下两个方面的原因：①有一部分氨不按上式反应，而是与碳源(如葡萄糖、二氧化碳)一起被同化成微生物的细胞^［3］，24C₆H₁₂O₆+59O₂+17NH₃→17C₅H7NO₂+59CO₂+110H₂O。②生化池出水中含有的硝酸盐氮或是培养瓶中硝化生成的硝酸盐氮可以作为供氧源和电子受体完成水中还原物质的氧化作用，1/5NO₃^-+6/5H⁺+e=1/10N₂+3/5H₂O；1/4O₂+H++e=1/2H₂O，则1/5 mol的NO₃^--N相当于1/4 mol的O₂，换算成质量即每mgNO₃^--N的接受电子能力与2.86 mgO₂相当，也就是说，每mgNO₃^--N相当于2.86 mg能使有机物氧化的O₂。Nicols^{［ 4］}的研究表明，反硝化1 mg硝态氮要消耗约3mg溶解性BOD，所以水样中发生的反硝化作用导致了ΔBOD₅的负偏差。
　　综上所述可以看出，培养瓶中发生的生化反应是较为复杂的，ΔBOD₅和ΔNH₄⁺-N 的比值又直接取决于这些生化反应的程度，所以该值具有不确定性。不过，从中也可得知硝化作用是影响BOD₅分析结果的主要原因，且其影响是不容忽视的。

3 结论

　　生化池出水中硝化菌的大量存在致使水样在BOD₅的测定中发生硝化作用，对常规的BOD₅测定结果造成较大的影响，为此可在水样中加入硝化抑制剂ATU，其适宜的加入量为1 mg/L。

参考文献：

　　［1］ ISBN 0-87553-161-X,ISSN 8755-3546，Standard methods for the examination of water and wastewater［S］.
　　［2］徐亚同.废水生物处理的运行和管理［M］.上海：华东师范大学出版社，1989.
　　［3］水和废水监测分析方法编委会.水和废水监测分析方法指南(上册)［M］.北京：中国环境科学出版社，1990.
　　［4］ Nichols H A，Osborn D W.Bacterial stress:Prerequisite for biological removal of phosphorus［J］.JWPCF,1979,51(3)：557-566.

　　电　　话：(0755)2247649
　　收稿日期：2001-01-18
　　修回日期：2001-05-25

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