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  • 微生物知识拓展:生化需氧量不可不知的三种检测方法

    化学需氧量

    化学需氧量:化学需氧量COD(Chemical Oxygen Demand)是以化学方法测量水样中需要被氧化的还原性物质的量,它是一个重要的而且能较快测定的有机物污染参数,常以符号COD表示在地表水及污水中,  化学需氧量分别对应高锰酸盐指数(permanganate index, CODMn) 和化学需氧量(chemical oxygen demand, CODCr) 两个指标,即采用高锰酸钾或重铬酸钾作为氧化剂氧化水中还原性的耗氧污染物,  以消耗的氧化剂的量折算成相当于消耗溶解氧的量. 

    生物需氧量

    生物需氧量(常记为BOD)是指在一定条件下,微生物分解存在于水中的可生化降解有机物所进行的生物化学反应过程中所消耗的溶解氧的数量。以毫克/升或百分率、ppm表示。它是反映水中有机污染物含量的一个综合指标。BOD值越高, 表明水中污染物被自身水环境中微生物降解的风险越高, 越容易导致水环境溶解氧急剧降低, 造成一系列的生态问题,例如鱼虾**等。

    很显然,  以化学氧化剂处理水样通过当量折算获得的耗氧量与采用环境微生物利用溶解氧生物氧化水样污染物所直接获得的溶解氧消耗量相比, BOD 监测更为客观、直接及环保,因此更重要。

    五日培养法

    现行常规的测量方法为五日培养法,是指将待测水样在密闭、恒温的条件下培养五日,  利用水样中固有的微生物种群对可生物氧化的污染物进行生化降解,  计算水样培养前后溶解氧含量的变化差值,  因此所得结果称为五日生化需氧(BOD5),相应地还有BOD10、BOD20 。

    这种方法需要多梯度稀释,  受干扰因素多、耗时长、不能及时反映水质变化、无法及时有效地预警突发水污染事件. 


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    微生物传感器

    将实验室内预先培养好的已知种类的微生物菌种通过固定化材料包埋成膜,  覆盖在DO传感探头表面构成微生物传感器。测量水样前,  微生物传感器一般置于不含有机物的磷酸盐缓冲溶液中以维持微生物膜的活性。此时,微生物传感器所测量得到的氧含量代表磷酸盐缓冲液的DO浓度.  当向缓冲液中加入有机基质时,  加入的有机物引起固定化微生物耗氧呼吸强度增加,  导致渗透过微生物膜的DO浓度降低.通过比较微生物传感器对所加入的标样与水样所测得的DO变化差值计算水样BOD.

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    原位生长微生物膜在线BOD检测新技术

    本方法中,以待测水样中固有的微生物为源,以特制的功能化的管路内壁为基底,基于流动检测体系,实现水样微生物在管路基底表面的逐层生长进而构建原位生长的微生物膜反应器.以空气饱和水样的溶解氧含量为初始计算依据,当水样在流经微生物膜反应器时,微生物膜利用水样中的溶解氧生物降解耗氧污染物,再以溶解氧传感器检测水样流出微生物膜反应器时的溶解氧含量为测量信号,计算微生物膜反应器的短时耗氧量,通过与标准样品比较从而计算水样BOD含量。


      微生物传感器使用的微生物如果与被测水质中含有的微生物不同,则检测值会有较大偏差,这是普通微生物传感器加工的重大缺陷,而使用原位生长微生物膜则可以消除这种影响,但是由于使用了多种微生物,甚至是不熟悉的微生物,因此在加工过程中难免影响微生物组成及固定化影响微生物的活性,因此必然存在一定检测重现性差的情况。

      一种检测方法要想实现商业化应用,需要解决稳定性、灵敏度、检测范围、抗干扰性、特异性等技术要求,而稳定性往往是微生物传感器的巨大障碍,因为微生物的活性和数量很难与水体的微生物活性及数量优质一致。

      5日培养法,虽然需要的时间久,但是检测值与实际更接近,因此可以算作BOD检测的金标准。而其他方法推广前要经过长期的与5日培养法进行对照分析,从而给出稳定的检测时段或校准方法。

      之前本公号介绍过发光**,这种菌与水质污染或毒性有非常显著的对映关系,因此发光**传感器目前是研究的热点。


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