CN101477105B

CN101477105B - 高盐工业废水bod的快速测定方法

Info

Publication number: CN101477105B
Application number: CN2009100291858A
Authority: CN
Inventors: 贾建波; 陈静
Original assignee: Huaiyin Institute of Technology
Current assignee: Huaiyin Institute of Technology
Priority date: 2009-01-16
Filing date: 2009-01-16
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2029-01-16
Also published as: CN101477105A

Abstract

本发明公开了高盐工业废水BOD的快速测量方法，取10克高盐废水排污口污泥，加入90mL无菌生理盐水，在牛肉膏蛋白胨培养基平板划线分离，37℃培养2d，直至获得纯的耐盐菌菌株；将菌株接种到牛肉膏蛋白胨培养基中，恒温振荡箱中振荡培养24h，4500r/min离心5min，0.9％的NaCl溶液洗涤得耐盐菌；将5mg碳纳米管分散在水中形成5mg·mL^-1的碳纳米管悬液；耐盐菌以磷酸盐缓冲液配成0.2g·mL^-1菌悬液；菌悬液以体积比1∶2与碳纳米管悬液混合，30μL的混合液均匀涂布于孔径为0.2μ的纤维素薄膜上，凉置至半干，固定于溶氧电极上形成BOD电极；将溶解氧分析仪设置为自动测量，以雷磁数据采集软件即时记录输出电流。本发明的测量方法简单快速，准确度高，稳定性好。

Description

高盐工业废水BOD的快速测定方法

技术领域

本发明涉及BOD的测量方法，具体涉及高盐工业废水BOD的快速测量方法。

背景技术

生化需氧量(BOD)是指在有溶解氧的条件下，好氧微生物在氧化分解单位体积水中有机物的生物化学氧化过程中所消耗的溶解氧量。BOD检测常采用五日工作法(BOD₅)或七日工作法(BOD₇)，五日工作法是在20℃、氧充足、不搅动条件下，以5日作为测定BOD的标准时间，所获得的耗氧值。五日工作法耗时、繁琐，对操作人员的技能要求也比较高；对于应急检测，不能及时提供数据；此外，工业废水，特别是高盐工业废水，非常不利于微生物生长繁殖，因此高盐工业废水的BOD检测一直是个难题。

自1977年Karube等首次成功地研制了BOD微生物传感器以来，因测量快、操作简便、仪器体积小、易携带和检测费用低等优势，微生物膜型BOD检测电极发展非常快，但大多数也仅适用于日常废水分析，不能适应高盐厂区废水的BOD检测。来自化工厂和制药厂的废水，特别是拥有盐析工序的企业，通常含盐量高达3％，甚至高于10％。因为普通微生物难以适应高盐、有毒环境，所以高盐厂区废水的BOD检测难以获得准确的实验结果。Riedel等和Lehmann等利用Arxulaadeniniorans LS3构建可用于高盐水体BOD检测的电极，Chan等报道耐渗透压的酵母菌可用于BOD的快速测定，但是均未见上述电极对高盐厂区废水BOD分析的应用报道。

固定材料及固定方法的选择对微生物传感器的稳定性有很大影响。从早期的纤维素膜和海藻酸钠已逐渐发展到生物相容性更好的聚乙烯醇、一些接枝共聚物，以及溶胶-凝胶衍生材料。但溶胶-凝胶膜易开裂和接枝共聚物易溶胀性等缺点制约了此类材料的使用。碳纳米管具有良好的生物亲和性，并且具有优秀的物理刚性、化学惰性、较高的光、热稳定性及可忽略的溶胀性，因此特别适合于构建修饰电极。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种高盐工业废水BOD的快速测量方法，该测量方法用于高盐工业废水BOD的测量，测量方法简单快速，准确度高，稳定性好。

本发明的技术解决方案是该测量方法包括以下步骤：(1)耐盐菌筛选：取10克高盐废水排污口附近的污泥置于250mL锥形瓶中，加入90mL无菌生理盐水，混匀，在牛肉膏-蛋白胨培养基平板划线分离，37℃培养2d，挑取单菌落，镜检，直至获得纯的耐盐菌菌株；

(2)耐盐菌的培养：在无菌操作条件下，将菌株接一环接种到100mL牛肉膏蛋白胨液体培养基250mL锥形瓶中，用4～6层纱布盖住瓶口，放在温度为37℃、转速为150r/min的恒温振荡箱中振荡培养24h，4500r/min离心5min，用质量浓度0.9％的NaCl溶液洗涤两次，得耐盐菌；其中，耐盐菌为假单胞菌科黄单胞菌；其中，100ml牛肉膏蛋白胨液体培养基由0.1mol·L^-1、pH7.20的磷酸盐缓冲液中添加牛肉膏0.3g、蛋白胨1g、NaCl 10g、琼脂2g制得；其中，100mL0.1mol·L^-1、pH7.2磷酸盐缓冲液：由72mL0.1moL·L^-1Na₂HPO₄和28mL0.1moL·L^-1KH₂PO₄配制；

(3)BOD电极制作：用超声分散的方法将5mg碳纳米管分散在1mL水中形成5mg·mL^-1的碳纳米管悬液；称取0.2g耐盐菌，以磷酸盐缓冲液配制成0.2g·mL^-1菌悬液；菌悬液以体积比1∶2与碳纳米管悬液充分混合，30μL的混合液均匀涂布于孔径为0.2μ的纤维素薄膜上，凉置至半干，固定于溶氧电极上形成BOD电极；其中，短壁多层碳纳米管为直径30-50mm、长＜60mm、纯度＞95％的碳纳米管；

(4)BOD测量：将溶解氧分析仪数据采集设置为自动测量，采样间隔设置为5s；以磷酸盐缓冲液为空白液；恒温(30±1℃)；恒速搅拌以维持测量池中溶解氧饱和；以雷磁数据采集软件即时记录输出电流。

本发明的测量方法适用高盐、高BOD的废水环境，测量方法简单快速，准确度高，稳定性好，满足高盐废水BOD测量要求。

附图说明

图1连续添加400μL废水于0.1M空气饱和的磷酸缓冲液的电流-时间曲线(20mL，pH 7.2，含10％NaCl)

图2为本发明BOD电极对厂区废水检测的工作曲线

图3盐浓度对BOD电极在线工作能力的影响

图4BOD电极的工作稳定性

图5为电极膜储存时间对响应电流的影响

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述内容作出一些非本质的改进和调整。

实施例中的耐盐菌筛选自淮安市某硫酸软骨素生产车间废水排污口附近的污泥；琼脂、蛋白胨和牛肉膏为生化试剂；碳纳米管购自于成都有机化学厂，其它试剂为分析纯；溶解氧分析仪为PSJ-605型，上海精密科学仪器有限公司，电极直径为1cm。

测量方法包括以下步骤：(1)耐盐菌筛选：取10克高盐废水排污口附近的污泥置于250mL锥形瓶中，加入90mL无菌生理盐水，混匀，在牛肉膏-蛋白胨培养基平板划线分离，37℃培养2d，挑取单菌落，镜检，直至获得纯的耐盐菌菌株；

(2)耐盐菌的培养：在无菌操作条件下，将菌株接环接种到100mL牛肉膏蛋白胨液体培养基的250mL锥形瓶中，用4～6层纱布盖住瓶口，放在温度为37℃、转速为150r/min的恒温振荡箱中振荡培养24h，4500r/min离心5min，用质量浓度0.9％的NaCl溶液洗涤两次，得耐盐菌；其中，耐盐菌为假单胞菌科黄单胞菌；100m L牛肉膏蛋白胨液体培养基由0.1mol·L^-1、pH7.20的磷酸盐缓冲液中添加牛肉膏0.3g、蛋白胨1g、NaCl 10g、琼脂2g制得；其中，100mL0.1mol·L^-1、pH7.2磷酸盐缓冲液：由72mL0.1moL·L^-1Na₂HPO₄和28mL0.1moL·L^-1KH₂PO₄配制；

实例1：线性响应范围及响应时间

常用于BOD电极性能检测的GGA标准溶液是由小分子物质：葡萄糖和谷氨酸配制而成，因而微生物吸收快，电极灵敏度高；但是厂区废水样中常含有大量高分子有机物，微生物消化吸收慢，导致电极对厂区废水的响应灵敏度不高，因此以标准BOD溶液所得的工作曲线不具有普适性，必须选择典型的厂区高盐废水为标准，才能获得可用于厂区废水检测的准确度较高的工作曲线。

硫酸软骨素是从动物的软骨、喉骨、鼻骨、气管和骨腱等组织中提取的制药原料，在其生产中普遍采取蛋白酶解、盐析等方法，其生产废水是典型的高盐高BOD工业废水；将取自于车间排污口的废水经数次稀释，以五日工作法确立其BOD值为4807mg·L^-1；图1是在20mL0.1mol·L^-1空白磷酸盐缓冲液(pH＝7.2)中每隔两分钟添加400μL该废水样，所得的时间-电流曲线。

图2的Δi为BOD电极在微生物空白溶液中的基线电流与添加BOD标样或试样后的平衡电流之差；由图1、2可知，在一定浓度范围内，BOD浓度与响应电流值有线性关系，其线性范围为20mg·L^-1～580mg·L^-1，响应灵敏度达5.64×10^-4μA·mg^-1·L，相关系数为0.9985；与对BOD标准溶液的灵敏度相比(8.31×10-4μA·mg-1·L)，电极对厂区废水灵敏度较低，这是因为药厂废水主要为高分子难分解的物质所致，这也进一步说明BOD标准溶液不适宜用于制作实际厂区废水检测的工作曲线。

实验发现，电极响应时间随BOD浓度增加而变长，如BOD值为96mg·L^-1的废水样的响应时间为60s，228mg·L^-1为120s，436mg·L^-1需180s，但在线性发范围内，电极的响应时间不超过200s。

以五日工作法所得BOD分别为96mg·L^-1和228mg·L^-1的水样，以本法测量的BOD值分别为94.5mg·L^-1和226mg·L^-1，表明本方法具有良好的可靠性；快速响应能力和宽的线性范围是用于厂区废水BOD现场监测的重要保证；用于腌制食品厂和化工厂废水的测量时，与五日工作法相比，误差小于5％；综上分析认为：本测量方法可满足多种厂区高盐废水的快速监测，且测量精度较好。

实例2：盐浓度的影响

一般来说，高盐工业废水盐浓度在3％～10％范围内，因此本实验选择不同盐浓度进行长时间(＞12h)在线考察；图3为0％，5％，10％和15％盐浓度下，BOD电极对同一BOD浓度的废水样检测的时间-电流曲线。

由图3可知，无盐条件下电极的响应时间较长，且电极只能稳定工作约3小时，随后电流就逐渐下降，并趋于零；在5％，10％盐浓度条件下，电极响应快，且表现稳定；而15％盐浓度条件下，电极的响应时间最长，且电极的稳定性较差。

耐盐菌中大多数酶的活性和稳定性、核蛋白的稳定性和功能的发挥以及细胞的生长都需要一定盐浓度来维持；耐盐菌在无盐条件下，渗透压的改变使细胞破壁，在修饰层中形成致密层，阻碍溶氧穿膜，导致响应电流下降；本耐盐菌虽然能够在15％盐浓度的环境下存活，但其酶的活性及稳定性都受到了很大的影响，因此影响电极的工作性能；实验表明，本BOD电极的适宜盐浓度为3％～12％，太高的盐浓度(＞12％)或太低的盐浓度(＜3％)都会导致微生物活力下降，影响电极的灵敏度与准确性。

实例3：电极稳定性

将电极插入20ml空白磷酸缓冲液中，开启磁力搅拌器，待电流稳定后，加入200μL废水样，记录响应电流；将电极取出，插入空白磷酸缓冲溶液中，静置5分钟后，输出电流就慢慢恢复至第一次测量的初始值，再加入200μL废水样品，记录响应电流，重复上述操作；将电极检测同一BOD值的废水所得响应电流和次数的关系作图，如图4所示。

由图4可知，电极在连续18次检测中，响应电流均能达到首次测量值的90％以上，电极在重复使用中响应值得下降的主要原因可能是多次重复从检测液中进出，会造成微生物膜松动或修饰物质的流失。电极重复使用稳定性实验表明，在实际使用中，只要将检测过的电极放入空白磷酸缓冲液中浸置5分钟，则可用于再次测量，且其检测的准确性和灵敏度不受影响。

将菌体与纳米碳管共修饰的纤维素膜密封于4℃冰箱内储存，每隔两天取出一片制成BOD电极，对废水样品进行BOD测定，如图5可知，46天时测得电流响应值仍能达到第一天测定值的90％。

Claims

1.高盐工业废水BOD的快速测量方法，其特征在于该测量方法包括以下步骤：(1)耐盐菌筛选：取10克高盐废水排污口附近的污泥置于250mL锥形瓶中，加入90mL无菌生理盐水，混匀，在牛肉膏-蛋白胨培养基平板划线分离，37℃培养2d，挑取单菌落，镜检，直至获得纯的耐盐菌菌株；

(3)BOD电极制作：用超声分散的方法将5mg碳纳米管分散在1mL水中形成5mg·mL^-1的碳纳米管悬液；称取0.2g耐盐菌，以磷酸盐缓冲液配制成0.2g·mL^-1菌悬液；菌悬液以体积比1∶2与碳纳米管悬液充分混合，30μL的混合液均匀涂布于孔径为0.2μ的纤维素薄膜上，凉置至半干，固定于溶氧电极上形成BOD电极；其中，碳纳米管为直径30-50mm、长＜60mm、纯度＞95％的短壁多层碳米管；

(4)BOD测量：将溶解氧分析仪数据采集设置为自动测量，采样间隔设置为5s；以磷酸盐缓冲液为空白液；恒温30±1℃；恒速搅拌以维持测量池中溶解氧饱和；以雷磁数据采集软件即时记录输出电流。