專利名稱:快速測(cè)定生物需氧量的方法和儀器的制作方法
發(fā)明背景雖然已提出了幾種快速測(cè)定BOD的方法，通用的仍然是利用美國(guó)公共衛(wèi)生組織(American Public Health Association)的No.219標(biāo)準(zhǔn)法或極為相似的日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(Japanese Industrial Stan-dard)JIS K0102-1974法來測(cè)定BOD。但是，這兩種方法在獲得測(cè)試結(jié)果前都必須將測(cè)試溶液在特定條件下放置5天。具體地說，5天是基于這樣一個(gè)事實(shí)在樣品被加入被氧飽和的稀釋的水體后，好氧微生物需要一段較長(zhǎng)的時(shí)間來生長(zhǎng)，所以，利用需要5天來進(jìn)行測(cè)試的常規(guī)方法測(cè)得的BOD以BOD5表示。更糟的是，常規(guī)方法的另一個(gè)問題是測(cè)試結(jié)果的值取決于操縱者的技術(shù)水平，因?yàn)樵摷夹g(shù)十分復(fù)雜。因此，對(duì)于工廠等的排放水的快速而準(zhǔn)確的控制來說，上述常規(guī)方法并不方便。
1982年授權(quán)的Shuichi Suzuki等的美國(guó)專利No.4,350,763(后文指為“763′專利”)中揭示了一種將測(cè)試時(shí)間減至例如30分鐘的現(xiàn)有工藝提議。該方法建議，令樣品溶液與分子氧和固定化的微生物接觸，該微生物能在水體中耗氧地代謝有機(jī)物并由此消耗氧。在763′專利中，需要固定足夠數(shù)量的微生物以在與已知BOD的溶液接觸時(shí)確定固定化細(xì)胞的耗氧能力，并將相同微生物與未知測(cè)試樣品接觸時(shí)的耗氧速率與由對(duì)已知標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行測(cè)試而得的標(biāo)定圖進(jìn)行比較。即，763′專利利用這樣一條原理耗氧速率直接與BOD成比例，所以，在一直角坐標(biāo)系中，BOD比耗氧速率的曲線以一直線表示。例如，令固定在與一電極相連的膜上的微生物與無可氧化有機(jī)物并被氧飽和的緩沖液接觸以確定一個(gè)指示參比溶氧(后文指為“DO”)的常數(shù)電流。當(dāng)該氧敏電極與含有分子氧的廢水等接觸時(shí)，由該電極測(cè)得樣品中的氧濃度。由于固定化微生物代謝了廢水中的有機(jī)物，可獲得由此引起的電極輸出電流的變化。與常規(guī)的BOD5相比，763′專利所提出的利用氧敏電極的方法在許多方面具有優(yōu)越性，例如快速、簡(jiǎn)便和準(zhǔn)確。
但是，763′專利方法具有以下缺點(diǎn)首先，如果固定在膜中的微生物數(shù)量不是常數(shù)，即使是以相同廢水進(jìn)行的相關(guān)測(cè)試中的耗氧速率也不相同，由此得到錯(cuò)誤的BOD結(jié)果；其次，繪制標(biāo)定圖所必需的標(biāo)準(zhǔn)曲線是BOD間接測(cè)量的結(jié)果，所以須根據(jù)微生物活性的變化再繪制一條標(biāo)準(zhǔn)曲線；再次，如果有機(jī)物中的某些組份不沿行通常的生物降解途徑，其BOD值就不能測(cè)得或可能低于其真實(shí)值。
發(fā)明概述為了解決上述問題，本發(fā)明者已認(rèn)識(shí)到需要一種方法，該方法更快、更不易受人為失誤的影響，無需標(biāo)準(zhǔn)曲線，并與有機(jī)物的生物降解途徑無關(guān)。
所以，在本發(fā)明一個(gè)方面的內(nèi)容中，提供了一種測(cè)定含有機(jī)物水體的BOD的方法，由此可更快地得到一個(gè)BOD結(jié)果，通常在少于20分鐘內(nèi)完成。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面內(nèi)容，提供了一種受操作者技術(shù)水平影響較小的測(cè)定BOD的方法。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面內(nèi)容，提供了一種無需任何標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定BOD方法。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面內(nèi)容，提供了一種可用于含沿行非一般生物降解途徑的有機(jī)物的任何水體的測(cè)定BOD的方法。
根據(jù)本發(fā)明一相關(guān)方面的內(nèi)容，提供了一種施行本方法的儀器。
根據(jù)本發(fā)明，通過提供一種測(cè)定含有機(jī)物水體中的BOD的方法可達(dá)到上述目的，該方法的步驟包括向微生物培養(yǎng)物中通氣以完全耗盡其中的可溶性有機(jī)物；向耗盡了有機(jī)物的培養(yǎng)物中加入含有機(jī)物的樣品；測(cè)量耗氧量來直接測(cè)定樣品的BOD。
還可以通過提供一種測(cè)定含有機(jī)物水體中的BOD的儀器來達(dá)到上述目的，該儀器具有一個(gè)磁攪拌器，一個(gè)快速生物需氧量(后文指為“QBOD”)瓶，該瓶有一個(gè)為一與記錄儀相連的DO/溫度傳感器而開的孔和一個(gè)突出的加樣孔，一個(gè)通過一空氣石(air stone)向微生物培養(yǎng)容器提供空氣的通氣裝置，一臺(tái)將微生物培養(yǎng)物由培養(yǎng)罐輸送到QBOD瓶的管路泵和另一臺(tái)將微生物培養(yǎng)物由QBOD瓶排出的管路泵。
附圖簡(jiǎn)述參照附圖，以下具體說明將進(jìn)一步闡明本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。其中
圖1是適于施行本發(fā)明方法的儀器的流程圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的DO下降曲線圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的DO減量曲線圖；圖4是根據(jù)實(shí)施例1的QBOD和BOD5相關(guān)于甲醇濃度的曲線圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例2，由加入乙酸、乙醇和苯酚體液引起的DO減量圖；圖6反應(yīng)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例2的微生物培養(yǎng)物的穩(wěn)定性。
本發(fā)明具體說明將對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例參照附圖予以具體說明。
參見圖1，所示的是一臺(tái)儀器，它具有一個(gè)QBOD瓶5，其上有一個(gè)斜裝有一個(gè)與記錄儀2相連的DO/溫度傳感器1的孔，有兩臺(tái)與QBOD瓶相連以在微生物培養(yǎng)罐6和容器7間傳送微生物培養(yǎng)物的管路泵3和4，有一臺(tái)通過空氣石9向培養(yǎng)罐6提供空氣的供氣裝置8，還有一個(gè)支承QBOD瓶5和操作瓶中的磁棒10的磁力攪拌器11。要操作圖1所示的QBOD系統(tǒng)，需在容器6中裝入以暴氣池溶液、回收污泥和人工培養(yǎng)物為例的某種微生物培養(yǎng)物，然后由供氣裝置8向其中通氣。培養(yǎng)物中可被微生物利用的有機(jī)物被徹底耗盡，至DO可保持一較高值。即，空氣被提供以耗盡培養(yǎng)物中的可溶性有機(jī)物，直至氧的生物吸收率低于20ppm-O2/h。利用管路泵3將由此得到的培養(yǎng)物引入QBOD瓶5，裝至刻有刻度的瓶頸處，然后，利用磁力攪拌器11通過磁棒10進(jìn)行恒速攪拌，于是，DO以很慢的速度被消耗。當(dāng)預(yù)定量的含有有機(jī)物的樣品溶液通過加樣孔12被加入QBOD瓶時(shí)，前幾分鐘的氧的消耗速率與被加入有機(jī)物的BOD一樣快，然后，消耗速率顯示為其固有的慢速率。在上述過程中，總耗氧量是微生物自身消耗量與由于加入有機(jī)物而消耗的量之和。所以，總耗氧量減去微生物自身耗氧量就得到有機(jī)物的BOD。關(guān)于BOD范圍，無需稀釋樣品，可測(cè)得10至10,000ppm的BOD。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明方法，通過耗盡微生物培養(yǎng)物中的有機(jī)物后再向該耗盡了有機(jī)物的培養(yǎng)物中加入有機(jī)物并測(cè)定其耗氧量可直接測(cè)定某樣品的BOD。所以，微生物的數(shù)量只對(duì)測(cè)定時(shí)間有影響而不影響B(tài)OD結(jié)果。根據(jù)本發(fā)明，由于直接測(cè)定的是總的BOD，所以不再需要任何標(biāo)準(zhǔn)曲線。另外，該方法還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，由于BOD的可測(cè)范圍是10至10,000ppm，未知樣品無需稀釋。而且，如果根據(jù)本發(fā)明的方法被用于廢水處理車間，由于用于測(cè)試的微生物就是由該車間產(chǎn)生的，所以，它們已適應(yīng)于廢水中的組份，任何待處理的流入水、暴氣池中的溶液等的BOD可準(zhǔn)確地被測(cè)得。
與常規(guī)的BOD5相比，本發(fā)明方法具有以下優(yōu)點(diǎn)第一，更為迅速(由5天減至20分鐘)；第二，重復(fù)性更好，受操作者的技術(shù)水平影響較??；第三，無須將樣品維持于一特定溫度，如20℃；第四，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液的BOD測(cè)試尺度來說，更為準(zhǔn)確；第五，無須進(jìn)行微生物接種；第六，不受硝化菌的影響；第七，即使稀的污水被微生物污染，也不會(huì)受大的影響；第八，由于具有10至10,000ppm的可測(cè)范圍，所以無須重復(fù)測(cè)試或稀釋樣品。
在一用于施行根據(jù)本發(fā)明的QBOD測(cè)試的儀器中，如圖1所示，有一個(gè)300mL的透明QBOD瓶5，它有一個(gè)為DO/溫度傳感器1開的傳感器孔和一個(gè)在其上部有刻度的突出的加樣口，并在其底部相對(duì)的兩側(cè)有兩個(gè)可分別通過管路泵3和4與微生物培養(yǎng)罐6和容器7相連的突出部分。任意一種可購(gòu)得的DO/溫度傳感器均可用于本發(fā)明。例如，可使用由美國(guó)YSI公司或日本Horiba公司制造并銷售的DO/溫度傳感器。由DO/溫度傳感器來感測(cè)待測(cè)樣品中的DO值。如圖1所示傾斜安裝傳感器以消除由氣泡引起的誤差。DO/溫度傳感器與記錄儀2相連，記錄儀記錄下傳感器響應(yīng)于DO值的信號(hào)并利用一個(gè)計(jì)算方法程序和一個(gè)計(jì)時(shí)器(未示出)計(jì)算出耗氧量，由此自行測(cè)得BOD。QBOD瓶5被安裝在一個(gè)磁力攪拌器11上并在其中有一個(gè)均勻攪拌待測(cè)樣品的磁棒10。接收DO值信號(hào)的記錄儀2可打印出相對(duì)于時(shí)間的衰減量或繪制一張這方面的圖。罐6中微生物培養(yǎng)物被飽和以通過空氣石由空氣泵8傳送的空氣。通過與QBOD瓶5相連的管路泵3和4，可將被飽和的培養(yǎng)物引入瓶5并將用后培養(yǎng)物排出瓶5。除了操縱磁棒10，磁力攪拌器11還可記錄樣品量以計(jì)算出稀釋比用于其后BOD的計(jì)算。例如，如果輸入給磁力攪拌器11的樣品量為0.5mL，稀釋比被計(jì)為算600(300/0.5)，利用配備的一塊操作塊，該值被自動(dòng)用于BOD的計(jì)算。
實(shí)施例1將約1L集自某石油化工廠廢水處理點(diǎn)暴氣池中的廢水在25℃倒入罐6，然后用來自空氣石的空氣飽和該罐直至廢水中的DO值為一常數(shù)。當(dāng)DO值恒定大于80％時(shí)，將通過氣的廢水引入QBOD瓶5直裝至其頸部，并用一1英寸的棒進(jìn)行600至700rpm的中速攪拌。從DO值因?yàn)閼矣趶U水中的微生物而下降的時(shí)刻起，每30分鐘記錄一次DO值。使用試劑級(jí)的甲醇制備10，25，50，75，100，250，750和1,000ppm的甲醇溶液。
當(dāng)微生物的氧吸收率(OUR)為常數(shù)時(shí)，將0.5mL1,000ppm的甲醇溶液通過加樣孔加入QBOD瓶，然后測(cè)定DO值和DO減量。結(jié)果如表1，圖2和圖3所示。
加入樣品后，OUR下降了8分鐘后回到其固有值。此時(shí)，DO值為43％。在此期間，總的DO值變化量為45.7％，其中包括了24％(3.0％×8min)由微生物消耗的固有量。結(jié)果，由于加入樣品引起的凈耗氧量變?yōu)?1.7％。所以，樣品的BOD被計(jì)算如下樣品BOD＝21.7％×(8.3ppm/100％)×(300mL/0.5mL)＝1,081ppm其中，8.3ppm是25℃水中的飽和氧濃度。
DO值和DO減量在本發(fā)明的儀器內(nèi)被打印，DO減量與時(shí)間的關(guān)系示于圖3。圖3中，鐘形曲線的兩端表明微生物的固有OUR為1.5％/30秒，鐘形曲線表示OUR隨有機(jī)物的濃度而變化。
QBOD瓶5中的用后培養(yǎng)物被排入容器7，并引入罐6中的新鮮培養(yǎng)物，因?yàn)樾枰粋€(gè)高DO值以測(cè)定下一個(gè)樣品的BOD。BOD測(cè)定過程中，容器7中微生物被倒入罐6，然后通氣。相同于前述方式測(cè)試100，250，500和1,000ppm的溶液，結(jié)果分別為112，280，525和803ppm。5mL10，25，50，75和100ppm的甲醇溶液也以與前文相同的方式進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果分別為11，27，59和104ppm。
使用美國(guó)HACH公司的Model 2173B，一種壓力計(jì)型BOD測(cè)試儀，測(cè)定25，100，250和500ppm甲醇溶液的BOD5。結(jié)果分別為20，115，290和450ppm。QBOD和BOD5描繪于圖4。
實(shí)施例2將約1L集自某石油化工廠廢水處理點(diǎn)暴氣池中的廢水在25℃倒入罐6，然后用來自空氣石的空氣飽和該罐直至廢水中的DO值為一常數(shù)。當(dāng)DO值恒定大于80％時(shí)，將通過氣的廢水引入QBOD瓶5直裝至其頸部，并用一1英寸的棒進(jìn)行600至700rpm的中速攪拌。從DO值因?yàn)閼矣趶U水中的微生物而下降的時(shí)刻起，每30分鐘記錄一次DO值。使用試劑級(jí)的乙酸、乙醇和苯酚分別制備其500ppm的溶液。
當(dāng)微生物的OUR為常數(shù)時(shí)，將0.5mL乙酸溶液通過加樣孔加入QBOD瓶，然后將0.5mL輸入磁力攪拌器。加樣后10分鐘內(nèi)，BOD值被顯示于記錄儀的顯示窗口。對(duì)乙醇和苯酚溶液的測(cè)試結(jié)果分別為438和478ppm。在本發(fā)明QBOD儀中，每30秒打印一次DO減量，并示于圖5。
測(cè)定了上述三種溶液的BOD5，結(jié)果分別為220，445和505ppm。
為了測(cè)試微生物培養(yǎng)物對(duì)時(shí)間的穩(wěn)定性，測(cè)定了500ppm甲醇溶液的固有OUR和QBOD。在25℃放置一段時(shí)間后，微生物培養(yǎng)物的固有OUR有隨時(shí)間下降的趨勢(shì)，如圖6所示。但是，QBOD值在15天中保持恒定，與固有OUR無關(guān)。15天中，QBOD平均值為514ppm，標(biāo)準(zhǔn)偏差為16.4。當(dāng)用放置過的微生物培養(yǎng)物測(cè)定樣品的BOD時(shí)，罐6中的通氣不少于1小時(shí)以保持DO值恒高于80％。
表1由于加入MeOH溶液的DO變化量
權(quán)利要求
1.一種用微生物培養(yǎng)物測(cè)定含有機(jī)物水體生物需氧量BOD的方法，所述的水體含有溶解氧DO和能夠耗氧代謝有機(jī)物從而可消耗樣品中氧的微生物，該方法還包括(i)向收集自廢水處理地暴氣池的微生物培養(yǎng)物中通入空氣直至耗竭狀態(tài)，所述耗竭狀態(tài)指其中的溶解氧值OD維持在80％以上；(ii)將以上通氣后的培養(yǎng)物引入體積恒定、磁力攪拌的快速生物需氧量QBOD瓶；(iii)測(cè)定氧吸收率OUR為常數(shù)時(shí)耗竭狀態(tài)的OUR，并測(cè)定此時(shí)的OD；(iv)將含有可被所述微生物降解的有機(jī)物的樣品加入所述QBOD瓶，引起OUR上升；(v)當(dāng)OUR值降至步驟(iii)的耗竭狀態(tài)OUR值時(shí)測(cè)定加入有機(jī)物后培養(yǎng)物的OUR，并測(cè)定此時(shí)的OD，并測(cè)定OUR恢復(fù)到所述耗竭狀態(tài)值所經(jīng)歷的時(shí)間T；和(vi)用以下公式計(jì)算樣品的BOD A＝(DO步驟(iii)-DO步驟(iv))-(OUR步驟(iii)×T)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其中向培養(yǎng)物中通氣的步驟一直持續(xù)，直至微生物的氧吸收率不高于20ppm-O2/h。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其中的微生物培養(yǎng)物選自暴氣池溶液、回收污泥和人工微生物培養(yǎng)物。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其中未稀釋樣品BOD的范圍為10至10,000ppm。
5.權(quán)利要求
1所述方法使用的儀器，其特征在于，它具有一臺(tái)磁力攪拌器，一個(gè)具有一為與記錄儀相連的DO/溫度傳感器而開的孔和一突出的加樣孔的快速生化需氧瓶和通過空氣石向微生物培養(yǎng)容器提供空氣的通氣裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求
9所述的儀器，其特征還在于，其中為DO/溫度傳感器而開的孔是傾斜的并位于QBOD瓶的上部，突出的加樣孔是有刻度的。
7.根據(jù)權(quán)利要求
9所述的儀器，其特征還在于，它還具有一臺(tái)將微生物培養(yǎng)物由罐通過位于QBOD瓶底部的一個(gè)入口輸送至QBOD瓶的管路泵和另一臺(tái)將微生物培養(yǎng)物由位于QBOD瓶底部的一個(gè)出口排出QBOD瓶的管路泵。
8.根據(jù)權(quán)利要求
9所述的儀器，其特征還在于，其中的磁力攪拌器由樣品體積輸入設(shè)備和記錄儀構(gòu)成，記錄儀由一計(jì)算稀釋比和耗氧量的設(shè)備和以ppm為單位顯示BOD的設(shè)備構(gòu)成。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種在20分鐘內(nèi)測(cè)定含有機(jī)物水體的生化需氧量的新方法和一種用于此目的的儀器。該事實(shí)上使用微生物培養(yǎng)物的方法包括向微生物培養(yǎng)物中通氣以耗盡其中可被微生物利用的有機(jī)物，在上述耗盡有機(jī)物的培養(yǎng)物中加入含有機(jī)物的樣品以測(cè)定微生物的耗氧量，和直接計(jì)算樣品的BOD。本發(fā)明的儀器包括一磁力攪拌器，一通氣裝置，一溶氧/溫度傳感器，管路泵和一QBOD瓶。在儀器中配備有一計(jì)時(shí)器，并有一計(jì)算方法程序，所以可使用稀釋比和OUR自動(dòng)計(jì)算BOD。所以，該儀器在生產(chǎn)環(huán)境中使用方便。
文檔編號(hào)C12Q1/02GKCN1130464SQ94193623
公開日2003年12月10日 申請(qǐng)日期1994年8月1日
發(fā)明者樸龍錫, 金亨燦, 金成洪, 李镕澤 申請(qǐng)人:Sk株式會(huì)社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan