实验四、五日生化需氧量的测定 及海水净化能力的估算

1. 实验四、五日生化需氧量的测定及海水净化能力的估算实验四、五日生化需氧量的测定及海水净化能力的估算

2. 一、目的要求 （1）掌握五日生化需氧量的测定方法 （2）估算海域水体天然净化能力

3. 二、方法概述 1.生化需氧量 生化需氧量（BOD）是指水中有机物在被好氧微生物分解氧化过程中所消耗溶解氧的量，它是反映水质有机污染最常用的指标之一。生活污水、工厂排水是水环境有机污染的主要来源。这些有机质在水环境中由于微生物的氧化分解而被净化，当净化过程受阻或超负荷时，水质将严重恶化。水体中有机物在微生物降解的生物化学过程中，消耗水中溶解氧。用碘量法测定培养前和后两者溶解氧含量之差，即为生化需氧量，以氧的mg/L计。培养五天为五日生化需氧量(BOD5)。水中有机质越多，生物降解需氧量越多，一般水中溶解氧有限，因此，须用氧饱和的蒸馏水稀释。为提高测定的准确度，培养后减少的溶解氧要求占培养前溶解氧的40～70％为适宜。

4. 2.海域水体天然净化能力的估算 天然水体对污染物具有一定的自净能力，其能力的大小与环境的水文、理化和生物条件密切相关。有机污染物排放入海后，除受污水动力的稀释扩散作用外，还进一步得到物理、化学和生物等诸过程的降解。对于海域水体天然自净能力的估算可采用现场跟踪污染带调查的方法，即根据污染物的特点，选用某个指标为参数（如选择COD、BOD等指标）跟踪污水流向，在距污水口不同距离采样进行分析，结果可得到污水带中某个指标随距离的变化曲线如图1所示。

6. 根据这一变化曲线和海区的潮流流速就可求得该海区水体的天然净化能力半净化期。有关研究表明，污染物排放入海后的净化速度可用一级反应的动力学方程来描述，其表达为：根据这一变化曲线和海区的潮流流速就可求得该海区水体的天然净化能力半净化期。有关研究表明，污染物排放入海后的净化速度可用一级反应的动力学方程来描述，其表达为： (1) （1）式积分后为： (2)

7. 如果选择BOD为污染物指标， 则式中C0为初始的BOD值即排污口的BOD值；C为t时刻的BOD值即t时刻剩余的BOD值；k为净化常数（1／d）。由于污染物净化时间t等于距离（S）除以水流速度（V），故（2）式可写为： (3)

8. 对特定海区水流流速是可测值，因此可并入常数项，即令K1=k1/V，则（3）式可改写成：对特定海区水流流速是可测值，因此可并入常数项，即令K1=k1/V，则（3）式可改写成： (4) 式中S为距排污口的距离（米），若将（4）式取自然对数则有： (5)

9. 由（5）式可知，lnC对S作图可得一直线，该直线斜率即为净化系数K1(米-1)。此外，若定义S1/2为污染物浓度衰减一半时的距离（米），则由下式可知某海区水体的半净半衰期为：由（5）式可知，lnC对S作图可得一直线，该直线斜率即为净化系数K1(米-1)。此外，若定义S1/2为污染物浓度衰减一半时的距离（米），则由下式可知某海区水体的半净半衰期为： (6) 本实验拟以BOD为污染物指标，分析测定距排污口不同距离水样的BOD值，并由此估算海域水体天然净化能力。

10. 三、仪器与试剂 1、仪器 自动调温培养箱：不透光，以防光合作用产生DO。 培养瓶：250mL特制的BOD瓶(具磨口塞和供封水用的喇叭口)。 大玻璃槽：20L。 量筒：2000mL。 DO和CODMn滴定的设备各一套。

11. 2．试剂 氯化钙溶液（27.5g/L）：溶解27.5gCaCl2于水中稀释至1L。 三氯化铁溶液（0.25g/L）：溶解0.25gFeCl3·6H2O于水中，稀释至1L。 硫酸镁溶液（22.5g/L）：溶液22.5MgSO4·7H2O于水中，稀释至1L。 磷酸盐缓冲溶液（pH=7.2）：溶解8.5g KH2PO4, 21.75g K2HPO4, 33.4g Na2HPO4·7H2O和1.7g NH4Cl于约500mL水中，稀释至1L。 测定DO和CODMn所需试剂。

12. 四、实验内容 （一）、BOD5测定 １．稀释水的制备 在20L大玻璃槽中加入一定体积的水，经过曝气后（8－12h），使溶解氧接近饱和，盖严静置，备用。使用前于每升水中加磷酸盐缓冲溶液，硫酸镁溶液，氯化钙溶液，三氯化铁溶液各1mL，混匀。

13. ２．水样采集和培养 水样采集后就应在6h内开始分析，若不能，则4℃或者4℃以下保存，而且不得超过24h，并将贮存时间和温度与分析结果一起报告。 （1）对未受污染海区的水样，可以直接取样。分装样品时，虹吸管的一头要插入培养瓶的底部，慢慢放水，以免带入气泡。直接测定当天水样和经过五天培养后水样中溶解氧的差值，即为五日生化需氧量。

14. （2）对于已受污染海区的水样，必须用稀释水稀释后再进行培养和测定。水样稀释的倍数是测定的重要关键。稀释倍数的选择可根据培养后溶解氧的减少量而定，剩余的溶解氧至少有1mg/L。一般采用20～75%的稀释量。在初次作时，可对每个水样同时作2～3 个不同的稀释倍数。通常可先测水样的COD值，然后由COD值大小来确定水样的稀释倍数即：CODMn/4＜稀释倍数＜CODCr/5。

15. (a) 稀释方法：量取一定体积的水样于2000mL量筒中，用虹吸管引入稀释水至2000mL刻度，用一插棒式混合棒（在玻璃的一端插入一块略小于所用量筒直径，2mm厚的橡皮板），小心上下搅动，不可露出水面，以免带入空气。 (b) 用虹吸管将稀释后的水样装入培养瓶中，至完全充满后轻敲瓶壁使瓶中可能混有的小汽泡逸出，盖紧瓶塞，用水封封口。 另取2个培养瓶，全部装入稀释水，盖紧后用水封口，作为空白。 (c) 将各瓶的编号按操作顺序记录在表格中，每种样品各取一瓶立即测定溶解氧，其余放入20±1℃的培养箱中。 (d) 从开始培养的时间算起，经五昼夜后，取出样品，测定其溶解氧的剩余量。

16. 1、记录与计算 a. 将每种水样测定结果及时记录在表1中。b. 按下式计算五日生化需氧量 式中：BOD5－五日生化需氧量mg/L； D1－样品在培养前的溶解氧mg/L； D2－样品在培养后的溶解氧mg/L； D3－稀释水在培养前的溶解氧mg/L；D4－稀释水在培养后的溶解，mg/L； f1= ，f2= ，其中V3为稀释水的体积（mL），V4为水样的体积（mL）。

17. 4．BOD2（二日生化需氧量）的测定与BOD5一样，只是培养温度为30℃，培养时间为二天。BOD2与BOD5之间换算有一关系式：4．BOD2（二日生化需氧量）的测定与BOD5一样，只是培养温度为30℃，培养时间为二天。BOD2与BOD5之间换算有一关系式：

18. （二）CODMn的测定 方法原理： 在碱性加热条件下，用已知量并且是过量的高锰酸钾，氧化海水中的需氧物质，然后在硫酸酸性条件下，用碘化钾还原过量的高锰酸钾和二氧化锰，所生成的游离碘用硫代硫酸钠标准溶液滴定。

19. 2. 分析步骤： （1）取100mL水样于250mL锥形瓶中（测平行双样，若有机物含量高，可取少量水样，加蒸馏水稀释至100mL），加入1mL NaOH溶液（250gNaOH溶于1000mL水中）混匀，加10.00mL 0.010mol/L的KMnO4(1/5KMnO4)溶液混匀。 （2）于电炉上加热至沸，准确煮沸10min（从冒出第一个气泡开始计时），然后迅速冷却至室温。

20. （3）加入5mL 1+3 H2SO4, 加0.5g KI 混匀，暗处放置5min，用已标定的Na2S2O3标准溶液滴定至溶液呈淡黄色，加1mL淀粉溶液（5g/L），继续滴定至蓝色刚退去为止。记下滴定管读数V1（两平行样读数不超过0.10mL）。 另取100mL重蒸馏水代替水样，按上述步骤分析空白滴定值V2。

21. 3、计算： 式中N―Na2S2O8浓度（mol/L） V1―滴定样品时Na2S2O8的体积（mL） V2―空白值滴定时的Na2S2O8体积（mL） V―取水样体积（mL）。

22. （三）海水净化能力估算 选择一入海排污口，沿污水流向，在不同距离采集水样，水样的序号与距离如表2。请按BOD测定方法测出各站位的BOD值后：（1）作污水带中BOD随距离变化的曲线；（2）将lnC对S作图求净化常数K1；（3）求该海域水体的半净化期S1/2。

23. 表2 污水带中BOD随距离的变化 水样序号 1 2 3 4 距排污口距离Ｓ（ｍ） 0 200 1000 2000 BOD5（mg/L）

24. 五、注意事项 （1）配制试剂和稀释水所用的蒸馏水不应含有机质、苛性碱和酸。 （2）稀释水也可以采用新鲜天然海水，稀释水应保持在20℃左右，并且在20℃培养五天后，溶解氧的减少量在0.5mg/L以下。 （3）水样在培养期间，培养瓶封口处应始终保持有水，可用纸或塑料帽盖在喇叭口上以减少培养期间封口水的蒸发。经常检查培养箱的温度是否保持在20±1℃。样品在培养期间不要见光，以防光合作用产生溶解氧。

25. （4）为使测定正确，尤其对初次操作者说来，可以用标准物质进行校验。常用的标准物质有葡萄糖和谷氨酸混合液。将葡萄糖和谷氨酸在103℃烘箱中干燥1h，精确称取葡萄糖150mg加谷氨酸150mg溶解在1000mL蒸馏水中，其20℃ BOD5为200±37mg/L。