生物化學需氧量分析儀(yi) 的研製及應用
摘要從(cong) 澱粉廠活性汙泥中分離篩 選出單菌體(ti) ，經培養(yang) 、固定化製成膜，安裝於(yu) 氧電極表麵製 成生物化學需氧量（BOD）傳(chuan) 感器 采用微電流放大器、流動注射蔽路係統、計算機綜合控製等技術 研製了測定BOD的新儀(yi) 器，建立r自動快速測定BOD的新方j擊。儀(yi) 器具有自動校準、自動測量、 自動記錄結果等功能 儀(yi) 器測量範圍為(wei) 0～ 1 00mg，L，重複性為(wei) 3 （F8），基本誤差為(wei) 士5 （Fs） 儀(yi) 囂巴長時間在生活汙承處理廠應用·其測量結果與(yu) BOD~z。標準稀釋哮相關(guan) 係數太於(yu) 0·98，傳(chuan) 感器儀(yi) 器研硎製微生物法監測環境汙染因子技術是環境科學的重要測試技術之一。對於(yu) 衡量承質被有機翱汙染程度的指標一生物化學需氧量分析儀(yi) 的研製及應用
生物化學需氧量（BOD）的測定，直至今日國內(nei) 外一直沿用化 學測定法（BOD ）_1一 此方法費時（需5天j、 繁瑣、重複性差、受幹擾因素多．且起不到指 導汙水處理的工藝流程的作用 近30多年 來，各國環境科學工作者開展了快速測定 BOD方法的研究，其中微生物傳(chuan) 感器測試法 顯示出廣闊的應用前景，這是一種微生物性 能與(yu) 電化學轉換器相結合而構成的傳(chuan) 感器 研究這種測試方法的首篙論文由日本專(zhuan) 家 Karube於(yu) j 977年提出l2一。
近L5年來，目內(nei) 外發表關(guan) 於(yu) 采用微生物傳(chuan) 感器央速測定 BOD的論文已有近百篇口 。其中日本科學 家zui早於(yu) l 985年試製成功了簡易的快速測 量BOD的樣機，申請了口’”一，但沒有成 為(wei) 商品銷售。t993年在美國匹茲(zi) 堡展覽會(hui) 上 展出了日本中央科學公司研製的微生物 膜傳(chuan) 感器快速BOD 分析lf義(yi) 。世界上其它國 家如美國、前蘇聯、德國、丹麥、法國等倥發展 到研究固定化微生物膜的技術，尋找合適的 試驗條件以及關(guan) 於(yu) 微生物對BOD 響應的研 究．還未投入商品樣機的研製。 我國河北輕化工學院 ’ 、上海夏旦大 學、中科院武漢病毒所[] 、華東(dong) 理工大學等 單位也在研究固定化BOD微生物膜技術。 其中，河北輕化工學院從(cong) 1985年開始立題研 究這種測試技術，經過5年的努力，終於(yu) 獲得 了從(cong) 廢承或汙水中篩選培養(yang) 性能良好的微生 物及理想的製膜技術，並通過試驗研製成壽 命長 性能好、使用方便的BOD傳(chuan) 感器 我 們(men) 將的固定化微生物膜安裝於(yu) 氧電極表 麵，采用流動注射分析技術，計算機控製等綜 合技術研製成功了快速BOD 商品泌器，並 應用於(yu) 城市汙水處理廠的BOD 監測，得到 良好的效果。
1,儀(yi) 器的工作原理 I 微生物傳(chuan) 感器的結構及測量原理 微生物傳(chuan) 感器的結構見圖l，首先氧電 極由鉑陰極、Ag／AgCl陽極及四氟塑料膜組內(nei) 充0．5mol／L KCI溶液 再將固定化 微生物膜貼於(yu) 氧電極表麵，構成BOD傳(chuan) 感 器。 圉l 微生物膜氧傳(chuan) 感器結構 的磷酸鹽緩衝(chong) 溶液中時，則因微生物對BOD 物質的同化作用，使其活性增強而耗氧．導致 傳(chuan) 感器輸出信號降低（見圖2）。在一定的範 圍內(nei) ，傳(chuan) 感器輸出電流的降低值與(yu) BOD物 質的濃度呈線性關(guan) 係 本儀(yi) 器正是基於(yu) 這種 原理而設計的 ／玎1m 圉2 BOD物質在微生物膜氧傳(chuan) 感器的響應 本底溶液為(wei) 0 05 mol／L PBs．A—HoD 1 0 mS／L． B- BOD 3O mg／L．c— BoD 0 mg／L。 當BOD 傳(chuan) 感器置於(yu) 恒溫且被氧飽和的 不含BOD物質的磷酸鹽緩衝(chong) 溶液中蒔，由儀(yi) 器的工作原理框 於(yu) 微生物呼吸活性恒定，傳(chuan) 感器輸出一十恒 儀(yi) 器由電子單元及檢測單元組成，其工 定的電流值；當傳(chuan) 感器置於(yu) 含有BoD物質 作原理流程如圖3 o 圈3 電子單元：恒壓極化電源輸出0．7 V 電 壓施加於(yu) 傳(chuan) 感器的Ag／AgCI電極和鉑電極 之間，產(chan) 出的信號由微電流放大器放大後，轉 化成電壓信號，進至A／D轉換器轉化成數字 信號，經計算機處理後由顯示器和打印機記 錄結果。 檢測單元：由恒溫槽、蠕動泵、切換閥、測 量池、BOD傳(chuan) 感器、空氣泵等組成。恒溫槽由 控製器控製溫度為(wei) 30’C士0 5℃ ，根據進樣 需要，控製器自動控製蠕動泵及切換閥將被 測液體(ti) 進至流通測量池。
2 儀(yi) 器的設計
2．1 儀(yi) 器管道流程的確定 我們(men) 采用微量氧傳(chuan) 感器、Kent公司的電 極流動測量裝置、自行設計簡易的電流放大 器，在對微生物膜線性範圍、響應時間、重複 性等技術指標綜合研究的基礎卜，對準備試 製的儀(yi) 器采用何種流程進行了較長時蜘的研 究，zui後采用流動注射分析技術．切換閥選擇 樣品種類，蠕動泵控製進樣流速，空氣泵向樣 品中鼓氣，使得樣品保持飽和氧狀態，一個(ge) 帶 攪拌的恒溫流通測量池（動態），控製精度為(wei) 0．5"C的恒溫槽，整個(ge) 儀(yi) 器通過計算機綜合控 製，實現自動操作
2．2 泵、閥、測量池的設計 儀(yi) 器采用蠕動泵輸送流體(ti) 國內(nei) 的 蠕動泵雖然較多，但是由於(yu) 蠕動泵長時間的 開啟，泵管均會(hui) 被壓變形及轉速不穩，因此采 用引進英國Kent公司的技術，自行設計，用 進El蠕動泵管，試製成功了帶有彈性滾珠盤 的雙通遭蠕動泵。 切換閥也是儀(yi) 器的關(guan) 鍵部分，由於(yu) 電磁 閥控製液體(ti) 不夠且有死體(ti) 積，常引起誤 操作。為(wei) 此我們(men) 在有關(guan) 訂製了切換閥，使 用光控元件控製閥門的定位，經過檢驗．效果 較好。 恒溫流通測量池是儀(yi) 器的心髒部分，由 於(yu) 微生物在30～ 40℃ 活性雖大、靈敏度雖 高，而氧傳(chuan) 感器在溫度高於(yu) 35℃時，其使用 壽命明顯縮短，故采用了溫度為(wei) 30℃ 恒溫測 量池。氧傳(chuan) 感器表麵液體(ti) 的流速對其輸出信 號影響較大，因此在這特殊結構的測量池背 麵安裝有電磁攪拌器，使測量池中溶液充分 地混合且在傳(chuan) 感器表麵的流速恒定。通過試 驗，確定了這種結構複雜、功能眾(zhong) 多的測量 池，使用效果相當好。
2．3 計算機采樣終點的判斷 本儀(yi) 器中計算機的功能較多，本文隻介 紹計算機如何判斷傳(chuan) 感器輸出信號的平衡。 微生物傳(chuan) 感器在剛接觸到BOD物質響應較 快，但達到平衡需一定時間（約8～l0 min）。 由於(yu) 每一批微生物膜的試製過程不一致，存 放時間也不一致，其膜的結構不同，故膜建豆 起平衡的速度也不一致 我們(men) 作了大量的研 究試驗，也查閱了國內(nei) 外文獻，確定當傳(chuan) 感器 的輸出信號每分鍾變化小於(yu) 3 mV時，作為(wei) 計算機判斷采樣的終止點 但是，微生物膜雖 然響應較慢（約2O min），但仍可用於(yu) 測量， 故在操作鍵盤上設置一修改鍵，可根據膜的 實際情況修改計算機判斷采樣終點的電位變 化值。
2．4 微電流放大器的試製 由於(yu) 采用了微量氧傳(chuan) 感器，其響應信號 較小，要想獲得相應的信號送給A／D 轉換 器，必須有一個(ge) 放大倍數高、精度高、失真極 小的饊電流放大器 查閱了有關(guan) 手冊(ce) 及元器 件資料，決(jue) 定采用模塊式的微電流放大 器，再加上適當的外圍電路，試製成功r具有 放大1 0 倍、失真甚微的微電流放大器，在儀(yi) 器的試驗過程中得到了良好的結果。
3 儀(yi) 器的測試及應用
本儀(yi) 器於(yu) l993年】2月經上海市測試技 術研究所測試，其基本誤差小於(yu) 土5 Fs，重 複性小於(yu) 3 Fs，響應時間小於(yu) 10 rain，全部指標均優(you) 於(yu) 標準稀釋法，溫度記錄儀(yi) | 溫濕度記錄儀(yi) 且能作自動監測用。 應用本儀(yi) 器對上海曹楊汙水處理廠、上 海天山汙水處理廠城市生活汙水樣品進行測 試，表1列出5個(ge) 采樣點，不同日期采樣，兩(liang) 種方法的測試結果。統計本法結果與(yu) 標準稀 釋法結果其相關(guan) 係數大於(yu) 0．98．可見本方法 具有相當的可靠性，能夠推廣應用。 表1 城市汙水的BOD。與(yu) BOD：’ 試方法比較0 ma／L ① Bo 為(wei) 車方眭．BODl。為(wei) 標準稀釋法。 4 結論 本儀(yi) 器采用了優(you) 良微生物、特殊的固定 化製膜技術及微量氧傳(chuan) 感器、流動注射分析 技術、計算機綜合控製等技術，具有操作簡 易、精度高、響應時間快、分析速度快（每個(ge) 樣 品需20 rain）等優(you) 點，與(yu) 標準稀釋法相關(guan) 係 數高，可逐步代替標準稀釋法推廣應用生物化學需氧量分析儀(yi) 的研製及應用