高盐工业废水bod的快速测定方法

专利名称：高盐工业废水bod的快速测定方法
技术领域：
本发明涉及B0D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(B0D5)或七日工作法(B0D7)，五日工 作法是在20°C、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^rx^a s(/e加'"A)r朋s 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B0D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 90 mL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。C培养2 d，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-C、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. 1 mol L—\ PH7. 20的磷酸盐缓冲液中 添加牛肉膏0.3g、蛋白胨lg、 NaCl 10g、琼脂2g制得；其中， lOOmLO. lmol L-1、 pH7. 2磷酸盐缓冲液由72mL0. lmoL L,a2跳 和28mL0. lmoL L/KH2P04配制；
(3) BOD电极制作用超声分散的方法将5 mg碳纳米管分散在 lmL水中形成5 mg m1/1的碳纳米管悬液；称取0. 2 g耐盐菌，以磷 酸盐缓冲液配制成0.2 g，mL—i菌悬液；菌悬液以体积比l: 2与碳纳 米管悬液充分混合，30 y L的混合液均匀涂布于孔径为0. 2 ii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) B0D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士rC);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。


图1连续添加400u L废水于0.1 M空气饱和的磷酸缓冲液的电 流-时间曲线(20 mL, 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
具体实施例方式
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lcm。
测量方法包括以下步骤(l)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90 mL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"C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°C 、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0.1 mol L—'、 pH7.20的磷酸盐缓冲液中添加牛肉膏0.3g、蛋白胨lg、 NaCl 10g、琼脂2g制得;其中，lOOmLO. lmol L_1 、pH7. 2磷酸盐缓冲液由 72mL0. lmoL L—Wa2HP04和 28mL0. lmoL L^H2P04配制；
(3) BOD电极制作用超声分散的方法将5 mg碳纳米管分散在 lmL水中形成5 mg*mL—t的碳纳米管悬液；称取0. 2 g耐盐菌，以磷 酸盐缓冲液配制成0.2 g*mL—i菌悬液；菌悬液以体积比l: 2与碳纳 米管悬液充分混合，30 u L的混合液均匀涂布于孔径为0. 2 ii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30-50mra、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士rC);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。
实例l: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4807 mg L—、图1是在20mL 0. lmol .L—i空白磷酸盐缓冲液(pH=7.2)中每隔两分钟添加400uL
该废水样，所得的时间-电流曲线。
图2的Ai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—i 580 mg.L—、响应灵敏度达5.64X10—4 uA'mg-、L，相关系数为 0.9985;与对BOD标准溶液的灵敏度相比(8.31X10-4 U A 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B0D值为96 mg.L—i的废水样的响应时间为60s, 228mg'L—i为120s， 436 mg L—1 需180 s，但在线性发范围内，电极的响应时间不超过200 s。
以五日工作法所得B0D分别为96 mg L—^n228 mg L—i的水样，以 本法测量的B0D值分别为94. 5 mg 1^和226 mg 1/1，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，与五曰 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15yo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3y。 129&，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200 uL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200 uL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4i: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%。
权利要求
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；(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、NaCl10g、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。
全文摘要
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。
文档编号G01N33/18GK101477105SQ20091002918
公开日2009年7月8日 申请日期2009年1月16日 优先权日2009年1月16日
发明者贾建波, 静 陈 申请人:淮阴工学院