CN1107868C - 连续快速测量生化需氧量的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种连续快速地测量BOD的方法及其装置。该装置包括一个在其中根据测量要求，适当地制备样品的样品槽，一个微生物可以在其中保持活性的反应器，一个盛有微生物生长所必需营养物质的培养液贮槽，若干用于输送液体的泵，以及一个微处理器，该微处理器控制包括用于在反应器中混合液体的磁力搅拌器在内的所有装置的操作，并对装置本身进行诊断分析。本发明所公开的方法使用了上述装置，该方法包括一个连续培养阶段、一个内呼吸阶段、一个内呼吸速率测量阶段、一个样品输送阶段和一个BODq测量阶段。该装置可以在一小时之内测出BOD，并且误差率极低。此外，由于微生物可以连续培养，所以该装置是半永久的，容易管理，成本低，并适合可在处理现场操作。

Description

连续快速测量生化需氧量的方法和装置
                             技术领域
总的来说，本发明涉及一种用于连续快速地测量生化需氧量(以下称“BOD”)的方法及其装置。更具体地讲，本发明涉及一种可用于在20分钟内使用上述装置自动测量出BOD的方法。
                             背景技术
BOD指的是氧化可以被好氧微生物的代谢作用分解的有机物质所需要的氧量。由于BOD可以反映在溶液中存在的有机物质的量，所以它是最重要的一种水污染指标，并具有以下一些含义。
在污水或废水以家庭或工厂被排入江河时，其中所含的有机物主要是被生活在江河中的好氧微生物分解。由于这种原因，江河中的溶解氧被消耗，从而产生了使需氧较多的生物(例如鱼)难以生存下去的恶劣环境。
这样，污水或废水的BOD指示出它所含的有机物的浓度，并大体上指示出对环境的影响。世界上大多数国家为了保护自己的环境，都有它们自己的BOD允许极限值。
为了减少废水的这种有害影响，这种废水中的有机物应该在排入环境之前去除掉。一种方法是用生物学方法处理废水。实际上，大多数的家庭污水和工厂废水是用生物处理法处理的。
根据这种处理方法，废水中的有机物在排入环境之前，利用高浓度的好氧微生物(活性污泥)分解掉。这是基于在将污水或废水排放环境之前，在一个安全地点集中并迅速地利用一种自然现象。
在运行废水的生物处理法过程中，进水的BOD和曝气池的BOD对于正常地控制该过程和防止在该过程中可能出现的各种问题来说是非常重要的参数。此外，如上所述，由于要对出水的BOD进行合法的控制，所以要连续地测量控制BOD值。
因此，为了满足合法控制的要求，或为了平稳地运行生物处理过程，应该测量废水的BOD值。
按照常规，测量结果要在测量后五天内整理出来。这种滞后作用对于应用控制废水处理过程的BOD结果是个巨大的障碍，并且使该BOD测量结果对于合法控制工厂废水来说是不可靠的。
各国都有BOD测量标准。例如在美国指的是美国公共生组织标准方法{Americal Public Heaieh Association Standard Method)No.219，在日本指的是日本工止标准(Japanese Industrial Standsd)JISK0102-1974，而在南韩是KSMO111#19。这三个标准实际上几乎完全相同。这三个标准全都规定在BOD测量后5天内完成实验结果整理。此外，由于这些标准的测量方法非常困难和复杂，所以BOD结果的整理在某种程度上取决于实验工作者的技术熟练程度。此外，即使是由技术熟练的工作人员来测量BOD，其结果的再现性也不好。
随着对环境关注的日益增长，迫切需要一种快速、准确而又具有良好再现性的新的BOD测量方法。
迄今为止，业已投入很大的努力来解决常规的BOD测量技术中所存在的问题。例如，授予Shllichi Sl1221ld的美国专利43503763(以下称“专利763”)就提出一种用于在30分钟内可以测出BOD的快速测定方法。763专利的这种快速BOD测定方法比常规的测定方法(以下称为“BOD5”)具有更快和更简单的优点。根据763专利，微生物被固定在溶解氧(以下称为“DO”)传感器膜片上。在不含有机物的溶液中，借助于微生物的作用可以测出恒定的DO值。当含有有机物的溶液以恒定的流速与被固定的微生物接触时，它们使用溶解氧分解这些有机物，结果DO值随所含有机物的浓度而降低。换句话说，763专利利用于样品中的有机物浓度与ΔDO(不含有机物的缓冲溶液和样品之间DO之差)成正比这样一种因素的优点。
763专利的固定微生物传感器的优点是简单的，然而也存在以下缺点：
第一点是由于固定在DO传感器膜上的微生物的活性随时间变化，所以应该频繁地与标准溶液(BOD值确定的)相对照，以便控制出ΔDO，从而校正BOD。
第二点是除非样品中的有机物被微生物分解，否则测定本身不可能进行。这种现象间或出现在测定由工厂排出的废水的情况下。
第三点是当样品中的有机物的含量超过某一限度时，微生物的耗氧速度不再增加。因此在这种情况下，为了控制DO，应该将浓的样品稀释剂这样一个浓度，即在这种浓度下，有机物的浓度和耗氧速率成正比关系。
在授予Fitendich W.Siepmann的美国专利4,898,829(以下称“829专利”)中公开了另一种已有技术，该技术弥补了763专利的缺陷。详细地讲，将大量的、其上固定了微生物的载体置于连续通入控制用水的反应器中，结果检测用水中的可以分解有机物的微生物自动地附着在这些载体上，并在其上繁殖，从而解决了有机物不分解的问题，即763专利的缺陷。
829专利在原理上与763专利相似，而在工作机构上有明显不同。当样品被曝气在某一温度下具有饱和DO浓度，并在而后注入反应器时，象在763专利那样，微生物的耗氧速率随样品中的有机物的浓度而变化，结果，通过反应器样品具有不同的DO。
为了避免763的稀释问题，829专利推荐了一种用于使通过反应器的样品ΔDO(曝气池的入口和出口之间的DO之差)保持恒定的，并配备了一种稀释水管线的装置。当样品的BOD值过高时，DO明显地降低，这可以通过在样品中加入大量的稀释水来加以补偿。另一方面，如果BOD值低，那么它的降低DO的作用也低，这就要求稀释水的加入量也要少。
829专利的装置还包括一个用于控制稀释水和样品流速，从而计算出样品的BOD值的微处理器。
829专利是一项可以解决763专利所存在的如下问题，并且可以自动测量BOD的相当先进的技术，所述问题包括：1)有机物不分解，2)要对样品进行稀释，以及3)需要保持被固定的微生物的活性，但是该专利仍然具有以下的局限性：
第一，当样品中的有机物浓度低时，缺乏足够的营养物质供附着在载体上的微生物繁殖之用，结果，被固定的微生物不能保持在可以测量BOD的程度。
第二，如763专利那样，微生物的活性具有极大的影响力，它应该保持恒定。在该装置安装完毕之后，应该给定直到载体上的微生物到达可使用状态为止的一个等待时间周期，因此，准备好测量样品的BOD要花费相当长的一段时间。
第三，测量方法应该是需要连续注入试验用水的连续型方法。由于样品和稀释水的流速被控制保持恒定的ΔDO，所以不能采用实验室规模的测量装置，而要采用在现场工作的连续测量装置。
如上所述，已有的一些专利业已尝试过快速、准确地测量BOD，但它们仍然存在许多在原理上待解决的问题。
                             发明内容
根据本发明人的韩国专利申请93-6458中所公开的原理，开发出用于自动、快速和连续测量BOD的BOD测量方法及其装置。
因此，本发明的任务就是克服已有技术中所存在的上述问题，并提供一种新颖的、快速和连续的BOD测量方法及其装置。
本发明的其他任务和观点从以下参照附图对若干实施例的说明将变得清楚明白。
常规方法测量BOD需要花费5天时间的原因在于，在测量初始阶段起作用的需氧微生物的数量太少，以至于不能分解含在样品中的所有有机物。
为了避免这种耗费时间的实验，763专利和829专利利用了微生物的耗氧速率和样品中的有机物浓度成正比关系这一有利条件来估测BOD。另一方面，本发明原理不是基于耗氧速率随样品浓度而增加，而是基于所消耗的氧气量的增加，例如BOD5的氧气消耗量。仅仅是不在样品中接种微生物，而代之以将样品加到微生物溶液中，以便于减少测量花费的时间。此时，这种测量只有在待使用的微生物处于内原呼吸状态时才是可能的。这是因为耗氧量只有在微生物溶液中可获得的有机物被完全耗尽的条件下，才随所加入样品中的有机物的浓度而改变。
本发明在原理上类似于但又不同于本发明人以上所引用的专利申请，并在以下几点得以改进。
首先，本发明的连续工作装置可以自动地进行包括采样、BOD快速分析和测量后排放的整个程序，以及连续地重复该程序。
其实，本发明可以连续地利用附加新营养物和从现场取的样品培养测量用微生物，结果，可以将其用于没有生化处理设施的工厂和河流。
第三，借助于良好的生物废水处理，在使通过活性污泥排放水的BOD5不大于10ppm的情况下，偶尔不能对排放水利用处理现场的活性污泥来进作快速BOD测定(据信业已用活性污泥)处理过的废水中的有机物不能再用活性污泥分解。)本发明利用了使用样品(废水)在反应器中连续培养微生物的原理，因此，由于微生物的生长分解了废水中的有机物，所以就可以对废水中的BOD进行快速测量。
现在参看图1和2，其中示出了一种根据本发明的原理制造的BOD测量仪。如所看到的那样，该装置包括：
一个处在磁性搅拌器5上的反应器1，该反应器配置有一个温度/DO传感器16，和处在其上部的加热器13，在其底部设置有两个孔，该反应器中含有可分解有在有机物的微生物，所述两个孔中有一个用作利用空气泵的作用，使空气从中通过注入反应器1的入口，另一个用作使水样从中通过注入反应器1的入口；
一个样品槽2，该样品槽在上部具有一根稀释的样品水从其中通过流入样品槽2的短管，在它的侧面，有一个用于保持样品水水位的溢流孔，以及在它的底部的一个用于从空气泵6引入空气的空气管道；
一个培养液储存容器3，该容器储存着培养反应器中所含微生物所必须的营养物质；
一个用于将样品水和培养液混合的混合瓶4，该混合瓶在其侧面有一根导管，用于在培养阶段内借助培养液泵7的作用，从培养液储存容器中引出培养液；在其侧面有一根导管，用于在测量阶段内，借助样品泵9的作用，从样品槽2引导样品，在其上部有一根导管，用于在培养阶段内，借助于供料泵8从样品槽2引走样品；以及在其底部有一根排放管，用于将混合瓶4中的流体排入反应器1中；
一个上反应瓶1-1，该反应瓶具有一个用于在其底部与反应器1相连的瓶颈，一个在其上部有带盖的孔，以及在其侧面用于从底部排出所引样品的孔，所述盖配有一个水位传感器14，一个气孔和一个借助于注塞泵使浓缩样品穿过其中流入的入口；以及
一个控制自动测量所必须的所有操作的微处理器12。
反应器1的容积为1升，其中有大量适合微生物栖息的多孔载体。可以单独将营养物质加入反应器1。该反应器有一个直径为30mm的颈部，通过这个颈部，容积为350ml的上部反应瓶1-1与反应器1相连。
在上部反应瓶1-1的下颈部之中设置了一种螺旋导流板，以便使液体容易在反应器1和上部反应瓶1-1之间移动。
一根其中有许多直径为3.5mm孔的直径为12mm的玻璃管，沿水平方向穿过排放口被插入上部反应瓶1-1中，以便防止载体流失和堵塞排水口。
至于样品槽2，它的容积为500ml，并具有一个控制样品温度的温度传感器和一个加热器。在样品槽2中放有一块喷出由槽2引入的空气的多孔石。如上所述，按照3升/小时的流速，将低浓度的样品水(来自工作现场的排放水)，通过所述短管注入样品糟。由于溢流孔可用于将样品的滞留时间保持在10分钟之内，所以样品槽2中的样品始终保持新鲜。
混合瓶的容积大约为100ml。
为了进行自动测量，由微处理机12控制操作的例子包括：磁力搅拌器的电源开关及其搅拌速率；上部反应瓶1-1的排放阀的打开和关闭；反应器1和样品槽的温度；处于水位传感器14控制下的样品泵的速度；各种泵(培养液泵、进科泵、样品泵、注射泵)的电源开和关和它们的速度、打印机11；以及空气泵的电源开和关及其阀的打开和关闭。
整个测量程序的顺序如下：
1、连续培养阶段：在反应器中的样品和培养液混合物中，连续地培养微生物。
2、内源呼吸阶段：连续地给反应器曝气，以便耗尽在其中所能得到的有机物，同时不再向其中注入样品和培养液。
3、内呼吸速率测量阶段：在微生物处于内源呼吸状态时测量氧气消耗速率(内呼吸速率)，测量结果是由在反应器中所能得到的有机物被耗尽和曝气停止得出的。
4、样品输送阶段：将所需量的样品从样品槽输送到反应器中。
5、BOD测量阶段：在微生物将有机物完全分解而又无样品注入的条件下，测量由样品注入而增加的氧气消耗量。
因此，本发明提供了一种连续快速地BOD测量方法，该方法包括如下步骤：
i)通过按照由微处理器控制的流速，将含有微生物生长所必须营养物质的培养液和样品水的混合物由混合瓶4注入到反应器中，在反应器中连续地培养微生物；
ii)通过向反应器中曝气，同时不再向反应器中注入培养液和样品，耗尽在反应器1中所能得到的全部有机物；
iii)测量由于所能得到的有机物被耗尽，处于内源呼吸状态下微生物的内呼吸速率；
iv)将样品由样品槽2注入反应器1中；以及
v)测量在微生物将所注入样品中所含有机物完全分解时，由微生物所消耗的氧气量。
下表简要地示出根据本发明装置中的工作次序出现的操作。
次序    操作         Pf    Pm    Ps    A     Vd    St   Vol
1    连续培养        ○    ○    ×    ○    ○    ×   1000
2    内源呼吸        ×           ×         ×          ○         ○          ○        1000
3    内呼吸速率测量  ×    ×    ×    ×    ○    ○   1000
4    样品输送        ×    ×    ○    ×    ×    ○   +Vs
5    BODq测量        ×           ×          ×          ×        ×          ○        +Vs
1    连续培养        ○    ○    ×    ○    ○    ×   1000
*Pf：输送泵；Pm：培养液泵；Ps：样品泵
A：反应器槽曝气；Vd：反应器槽排水阀；
St：搅拌；Vs：样品容积。
以下，将结合图2对以上程序加以说明。
如图2所示，来自处理现场的样品流入样品槽2，并通过它的溢流孔溢出，使得样品槽总是盛着新鲜样品。
在样品在样品槽2中的滞留时间内，要对样品进行充分地加热，使之达到与反应器同样的温度，并对样品曝气，以便保持饱和氧气浓度。
而后，将温度和氧气浓度处于控制下的样品用输送泵8以恒定流速注入混合瓶4中，在混合瓶中，样品同从培养液贮存容器引入的培养液相混合。此后，混合物流入反应器1，并经由排水孔连续从反应器中流出。
当微生物开始进入内源呼吸阶段时，输送泵和培养液泵停止运转，与此同时，连续对反应器1进行曝气，结果，微生物分解了反应器中所能得到的全部有机物。
在一段平缓增长之后，检测到DO值几乎没有增加，这意味着在反应器中有机物已被完全耗尽，这样微生物就处在内源呼吸阶段中。此时，测量微生物的耗氧速度，同时不再曝气，但仍继续搅拌。
如果耗氧速度恒定，就关闭上部反应瓶的排放阀，而后样品泵9开始工作，将样品从样品槽2注入反应器1。
在BODq测量阶段，样品泵9停止运转，检测这一时刻，即在这一时刻，通过注入样品而增长的耗氧速率又变得与注入样品之前的耗氧速率相同。
在完成BODq测量之后，紧接着返回培养阶段，在该阶段，打开排放阀，开始曝气，停止搅拌，并开动输送泵8和培养液泵7，以便为反应器1的微生物提供新鲜的营养物质。
从以上描述可以清楚地看出，本发明解决了以上所述的两个常规技术问题，换句话说，解决了微生物活性变化对测量结果的影响。由于本发明测量的是加入样品增加的耗氧量，而不是加入样品后增加的耗氧速度，所以微生物活性变化(尽管可能出现)几乎对BOD没有什么影响。
即使样品浓度低，由于单独供给营养物质，所以也不会影响微生物的生长和保存，因此本发明适合于样品浓度低的情况。另一个优点是，可以不使用附加稀释剂和缓冲剂测量的样品的浓度范围非常宽，可以从1至5,000mg/L，并且该装置的维修也很容易。这样宽范围的可测浓度是基于本发明的这样一种原理，即按照这种原理，只改变加入反应器的样品量就可以测量BOD。
以下是本发明装置能够输送受控量样品机理。
在输送这种样品之前(即在连续培养阶段和内源呼吸阶段)，反应器保持恒定水位，上部反应瓶也如此。
由于样品泵9以恒定速度运行，所以将上部反应瓶1-1充满所要花费的时间可以借助于设置在上部反应瓶1-1上的水位传感器加以测量，因此，样品泵9所产生的流速是可以计算出的。根据这些数据，样品泵9只运行输送所要求数量样品所要花费的时间。
此外，本发明的装置还可以测定样品量的变化。
例如当操作者输入2mg BOD/1作为反应器中样品浓度的目标值，和1-3mgBOD/1作为允许范围，如果在反应器的容积和样品量分别为11和100ml时样品的BODq是50ppm，那么反应器中的样品浓度按下式计算： 500 ppm × 100 10000 + 100 = 4.55 mg · BOD / L 由于这个值超过了允许输入范围，装置根据以下公式自动调节样品量：这样，样品量使自动地转变为41.7ml。
借助于以下这些例子可以获得对本发明更好地理解，但是这些例子是仅用于说明，而不构成时本发明的限定。
                             附图说明
图1本发明一个装置的示意图。
图2是显示本发明程序的流程图。
图3是显示根据本发明的一个实施例，DO和氧摄入率(以下称“OUR”)变化的曲线图。
图4是显示 本发明快速BOD(以下称“BODq”)与BOD5比较的曲线图。
图5是显示本发明的BODq与BOU5关系的曲线图。
图6是显示本发明的总有机碳(以下称“TOC”)同BOD5关系的曲线图。
图7是显示本发明的化学需氧量(以下称“COD”)同BOD5关系的曲线图。
                           具体实施方式
实施例I
图1的装置放设置在某个研究中心的废水处理装置的排放口。在安装前24小时，将大约400ml具有均匀5×5×5mm3尺寸的载体倒入其中已含有以下这些成分的2升的烧瓶中，这些成分是：5g酵母提取物、5g葡萄糖、5g蔗糖、100ml活性污泥和1升水。在曝气条件下振荡一夜，培养微生物，并将它们固定在载体上。
在该装置设定后，将载体放入而后要注入工厂排放废水的反应器中。该装置在以下条件下运行：
    —排放水进水流速    0.5l/h
    —培养液浓度        5g葡萄糖/l
    —培养液流速        3.6ml/h
    —培养温度          30.0℃
    —样品槽温度        30.0℃
    —搅拌速度          600rpm
    —曝气速率          0.7l/min
    (反应/样品槽)
    —反应器容积        11
    —上部反应瓶        350ml
    —输送样品量        50-350ml(排放水，自动控制，输送泵)
                        0.5-10ml(进水，自动控制，注射泵)
    —测量周期          1小时
    —测量模式
i、交替型(奇数小时对低浓度/偶小时对高浓度)
ii、仅一个样品(或者选择高浓度样品，或者选择低浓度样品；低浓度；排放水，利用输送泵输送；高浓度：进水，利用注射泵输送)
为了了解每一个输送装置的误差率，要将一个试验重复十次。并且要做线性试验，以便了解被装置自动控制的样品量。
如以下表1所示，给出样品量的可靠性和精度。
                表1：  输送样品过程中的误差率
                 排放水(ml)         进水(ml)
  设定值    280    150    50    10    5        1
  No.              输送泵             注射泵
  1         278    145    48    9.6   4.7      0.95
  2         281    147    51    10.2  4.7      0.96
  3         283    152    49    10.5  5.1      1.01
  4         280    150    49    10.3  4.8      1.02
  5         277    146    52    9.9   5.3      0.99
  6         276    145    51    10.4  4.9      0.93
  7         274    153    50    9.8   5.1      1.05
  8         279    152    47    9.5   4.9      1.06
  9         285    148    52    9.9   4.6      0.95
  10        278    146    49    10.4  4.8      0.96
  平均值    279.1  148.4  49.8  10.1  4.89     0.99
  偏差      3.28   3.10   1.69  0.36  0.22     0.05
  误差率    1.18   2.09   3.39  3.55  4.46     4.57
  精度      99.7   98.9   99.6  100.5 97.8     98.8
    *误差率：(偏差/平均值)×100％
    精度：(平均值/没定值)×100％
如表1中举例说明的那样，在输送样品时的误差率和样品量的精度在整个试验范围内分别处在5％之内和97.8-100.5范围内，结果，该装置按样品量进行自动控制是非常可靠的。
假定其密度为1.0g/ml根据平稳时读出的重量计算每个样品的体积。
从该装置运行开始，在10小时后得到恒定的值，表明该装置工作正常。在运行初期，因为由于在初始溶液中包含浓营养物质的作用，微生物尚未达到内呼吸阶段，待测的BOD值太小，但测量值逐渐上升，并最终在操作开始10个小时后稳定下来。
为了了解在每点钟开始的一个测量周期中，DO浓度和耗氧速率随时间的变化情况，在以下表2和图3中给出了某一个小时的测量结果。
                    表2：各测量阶段DO和OUR的变化
                           平均时间   DO      OUR       OUR    阶段(分)   (ppm)   (ppm/     (ppm/小时)     小时)                        平均Time  DO     OUR      OUR           阶段(min) (ppm)  (ppm/h)  (ppm/h)
  0.0    5.841                    准备0.5    5.845   -0.48            等待稳定1.0    5.856   -1.32            内呼吸1.5    5.864   -0.96     -0.92  呼吸2.0    5.879   -1.80     -1.362.5    5.898   -2.28     -1.683.0    5.903   -0.60     -1.563.5    5.920   -2.04     -1.644.0    5.947   -3.24     -1.964.5    5.956   -1.08     -2.12 21.0  5.923  13.51    11.5621.5  5.821  12.24    12.5622.0  5.700  14.52    13.4222.5  5.583  14.04    13.6023.0  5.486  11.64    13.4023.5  5.350  16.32    14.0024.0  5.169  21.72    16.5624.5  4.974  23.46    20.5025.0  4.778  23.46    22.88         测量25.5  4.558  26.40    24.44         BODq26.0  4.338  26.40    25.4226.5  4.143  23.46    25.4227.0  3.923  26.39    25.4227.5  3.690  27.86    25.9028.0  3.483  24.94    26.4028.5  3.275  24.92    25.9129.0  3.067  24.92    24.9329.5  2.847  26.40    25.4230.0  2.664  22.0     24.4430.5  2.481  22.0     23.4631.0  2.310  20.53    21.5131.5  2.138  20.53    21.0232.0  1.980  19.06    20.0432.5  1.845  16.13    18.5733.0  1.699  17.60    17.6033.5  1.589  13.19    15.6434.0  1.491  11.74    14.1834.5  1.393  11.74    12.2235.0  1.332  7.33     10.2735.5  1.259  8.80     9.2936.0  1.198  7.33     7.8236.5  1.149  5.87     7.3337.0  1.088  7.33     6.8437.5  1.039  5.87     6.3638.0  0.990  5.86     6.3538.5  0.941  5.87     5.8639.0  0.892  5.87     5.8639.5  0.831  7.33     6.36          停止
  5.0    5.974   -2.16     -2.165.5    5.980   -0.72     -1.326.0    6.010   -3.60     -2.166.5    6.042   -3.84     -2.727.0    6.068   -3.12     -3.527.5    6.080   -1.44     -2.808.0    6.147   -8.04     -4.208.5    6.201   -6.48     -5.329.0    6.240   -4.68     -6.409.5    6.293   -6.40     -5.8510.0   6.367   -8.80     -6.6210.5   6.428   -7.33     -7.5111.0   6.464   -4.39     -6.8411.5   6.513   -5.87     -5.8612.0   6.574   -7.33     -5.8612.5   6.623   -5.87     -6.3613.0   6.672   -5.87     -6.3613.5   6.709   -4.39     -5.3814.0   6.733   -2.94     -4.4014.5   6.758   -2.93     -3.4215.0   6.782   -2.93     -2.9315.5   6.758   2.93      -0.98
  16.0   6.684   8.80      2.9316.5   6.610   8.92      6.8817.0   6.538   8.68      8.80   保持17.5   6.489   5.87      7.82   内呼吸18.0   6.440   5.87      6.80   呼吸18.5   6.367   8.80      6.8419.0    6.293  8.80      7.82
  19.5   6.212   9.76      9.12   输送
  20.0   6.135   9.24      9.2620.5   6.036   11.93     10.31 40.0                                重新培养
BOK：13.6ppm
样品体积：340mL
反应时间：19.5分
以下是通过增加样品(BOD)计算增加的耗氧量。
在BODq测量阶段(第5阶段)，总耗氧量为输送样品之前(19分钟)的DO，和在通过输送样品增大的耗氧速率恢复到微生物固有内呼吸速率的那一时刻(38.5分钟)的DO之差。即6.29-0.94＝5.35ppm。
微生物在反应期间(19至38.5分钟)由于它们的内呼吸所消耗的固有氧量是内呼吸速率与时间的乘积： ( 5.83 + 5.86 ) 2 × 19.5 min 60 min / h = 19.0 ppm 在这里，值5.83ppm/h(此时用“内呼吸速率1”表示)是在考虑到在16-19分钟内平均耗氧速率(7.82ppm/h)和由于注入样品而产生的稀释作用的情况下按下式计算出来的：
               782×[1000/(1000+340)]＝5.83ppm/h同时，值5.86ppm(此时用“内呼吸速率2”表示)是一个最接近内呼吸速率1的值，并且是在38.0分钟这一时刻选定的。
而后，通过认总耗氧量中减去被微生物的固有内呼吸消耗的氧量，计算耗氧量增量(该增量受注入样品的影响)：
           (总ΔDO)-(ΔDO由内呼吸造成)＝O.D.(需氧量)即5.35-1.90＝3.45ppm。
因此，通过将O.D.值乘以微生物溶液的稀释倍数得到样品的BODq：
                3.45×(1000+340)/340＝13.6ppm。
为了求出该装置的误差率，要连续地进行24小时测试，并将这个过程重复8次。得出的结果为下表3所示。
   表3：测试误差率                                           单位：ppm
                                试验编号
次      1        2        3        4        5       6        7       8
1       20.60    21.60    17.30    17.70    8.94    14.25    5.16    6.14
2       19.30    22.90    17.70    19.10    9.61    13.87    5.14    5.70
3       19.90    22.70    15.20    18.50    9.58    13.99    6.09    5.84
4       20.20    22.40    12.50    19.30    8.35    14.14    6.13    6.06
5       19.10    19.50    14.60    19.30    8.16    13.90    5.34    5.68
6       19.90    19.40    16.80    17.50    8.80    13.83    5.90    4.95
7       21.40    25.60    18.80    16.90    7.54    12.34    5.21    5.04
8       20.80    20.60    17.90    17.80    7.76    12.26    5.62    5.10
9       19.70    22.70    16.30    16.90    7.84    12.37    4.78    5.00
10      19.70    23.10    15.60    16.80    7.63    12.48    4.76    5.26
11      19.40    21.60    15.0     16.40    7.79    13.00    5.33    4.92
12      20.30    25.50    17.20    16.80    7.90    12.94    5.99    5.05
13      18.60    21.70    18.30    15.90    7.10    12.53    6.57    4.96
14      19.80    22.70    16.20    16.90    7.59    13.78    5.46    4.98
15      18.60    21.30    15.20    18.40    7.73    13.44    5.70    5.13
16      21.40    21.50    17.40    21.60    7.62    12.26    6.21    4.72
17      17.30    22.60    14.90    19.80    7.67    13.32    5.65    4.61
18      17.70    21.80    17.90    20.70    7.38    13.33    6.81    4.53
19      18.80    22.80    13.30    11.60    6.97    13.52    5.17    4.89
20      18.80    19.80    17.60    16.40    6.97    13.14    4.37    4.33
21      19.40    16.80    18.60    11.40    6.43    12.61    5.42    4.26
22      18.90    19.10    15.50    17.30    7.55    13.49    4.75    4.17
23      20.70    18.40    17.70    16.00    6.98    13.12    4.12    4.69
平均    19.58    21.57    16.11    17.87    7.82    13.21    5.46    5.04
偏差    1.05     2.07     1.92     1.50     0.80    0.65     0.67    0.54
误差％  5.4      9.6      11.9     8.4      10.2    4.9      12.3    10.7
由于处理现场是一种没有必要每天都进行处理的地方，所以要在水池中存放排放水的那些天中获取用于误差率的上述数据。
用半年时间获得的操作结果显示出BODq的分布范围是从5至22ppm，而通过将标准偏差除以平均值以得到的误差率为大约10％，如表3所示。
为了审查每个小时检测的BODq用常规的BOU5，以及与化学需氧量(COD)和总有机碳(TOC)的关系，要在某一周期内采集排放水，并对其进行BOD5、COD和TOC分析。
所给出的结果如表4和图4至7所示，这表明本发明的BODq与BOD5有密切的关系。
   表4：在处理现场的操作
周期数        数据(ppm)                     比较
       BOD5     BODq     TOC      CODcr     B5/Bq     B5/C      B5/T
1      44.7     17.0     25.8     100.0     2.63      0.45      1.73
2      31.9     14.2     20.5     80.0      2.25      0.40      1.56
3      46.2     20.0     23.1     83.0      2.31      0.56      2.00
4      44.1     19.0     23.6     78.0      2.32      0.57      1.87
5      29.0     12.5     19.8     61.0      2.32      0.48      1.46
6      28.6     12.5     16.8     59.0      2.29      0.48      1.70
7      34.2     14.5     23.5     64.0      2.36      0.53      1.46
8      54.0     21.1     26.2     77.0      2.56      0.70      2.06
9      54.0     22.9     45.7     110.0     2.36      0.49      1.18
10     40.8     21.5     32.1     72.0      1.90      0.57      1.27
11     44.5     19.2     36.2     93.0      2.32      0.48      1.23
12     64.0     30.6     35.0     120.0     2.09      0.53      1.83
13     38.9     20.3     23.2     70.0      1.92      0.56      1.68
14     33.5     14.2     20.7     60.0      2.36      0.56      1.62
15     39.6     16.4     27.7     75.0      2.41      0.53      1.43
16     44.8     17.1     26.3     68.0       2.62     0.66      1.70
17     43.9     16.2     26.0     63.0      2.71      0.70      1.69
18     47.9     16.6     30.3     67.0      2.89      0.71      1.58
19     44.6     18.0     31.0     89.0      2.48      0.50      1.44
20     30.8     13.6     22.3     66.0      2.26      0.47      1.38
21     43.8     16.2     26.9     81.0      2.70      0.54      1.63
22     28.4     12.1     22.1     44.0      2.35      0.65      1.29
23     45.3     18.4     25.5     78.0      2.46      0.58      1.78
24     36.7     14.6     28.0     81.0      2.51      0.45      1.31
25     48.5     21.1     29.0     91.0      2.30      0.53      1.67
26     45.5     22.0     30.0     90.0      2.07      0.51      1.52
27     61.5     23.7     36.5     99.0      2.59      0.62      1.68
28     71.3     25.3     38.2     101.0     2.82      0.71      1.87
29     48.9     20.7     33.0     99.0      2.36      0.49      1.48
30     52.2     23.2     38.0     101.0     2.25      0.52      1.37
31     46 5     18.5     26.9     82.0      2.51      0.57      1.73
                B5/Bq    B5/C     B5/T
平均值          2.40     0.55     1.59
偏差(ppm)       0.23     0.08     0.22
误差率(ppm)     9.7      14.9     14.1
从以上数据可以看出，很明显BODq的误差率为9.7％，并可以高于其他测量值，COD和TOC(它们的误差率分别为14.9％和14.1％)的精度预先加以估测。
为了容易理解这种相关性，对于相同的样品，将这些结果绘制成曲线。如图5至7所示，与BOD5的相关系数对于BODq为0.79，对于TOC为0.59，而对于COD为0.61。因此，BODq与BOD5最相关。
对于进水，要按交替方式进行一个月测量。所给出的结果如下表5所示。误差率，即偏差值除以平均值，在6％以内，这优于排放水的误差率。
       表5：进水的误差率
                                        天
钟点    第一天    第五天    第十三天    第二十五天    第三十一天
1
2       52.3      65.3      78.9        72.1          81.5
3
4       54.3      69.5      75.6        71.6          84.9
5
6       54.5      67.8      78.9        69.5          89.4
7
8       50.8      61.8      73.5        65.6          82.3
9
10      54.6      66.9      69.9        79.2          81.2
11
12      50.2      72.5      74.1        70.9          93.6
13
14      56.0      67.8      76.8        68.8          87.5
15
16      59.2      65.6      80.6        74.4          95.0
17
18      51.3      62.7      84.5        72.9          85.6
19
20      52.9      68.0      74.6        70.5          84.9
21
22      50.1      61.3      71.5        64.2          88.2
23
平均值  53.3      66.3      76.3        70.9          86.7
偏差    2.8       3.4       4.2         4.1           4.6
误差率  5.2       5.1       5.6         5.8           5.3
本发明业已按照举例的方式被说明，当然，所使用的这种术语只是为了说明，而不是为了限制。
根据以上技术本发明还可以有许多种改进和变化形式。因此，当然在所附权利要求书的范围内，本发明还可以以不同于已具体描述的方式的其他方式加以实施。

Claims (7)

1、一种连续快速的BOD测量方法，该方法包括以下步骤：
通过将含有微生物生长所必需营养物质的培养液和样品水的混合物，按照一种受控的流速由一个混合瓶注入一个反应器的方式，在该反应器中连续地培养微生物；
停止向反应器内注入样品和培养液，通过给反应器曝气的方式，耗尽在反应器中所能得到的有机物；
测量由于所能得到的有机物被耗尽，处在内呼吸阶段微生物的内呼吸速度；
将样品从样品槽注入反应器；以及
测量在微生物将含在所注入的样品中的有机物完全分解时，微生物所消耗的氧量。
2、一种在工作现场快速测量BOD的装置，该装置包括：
一个设置在磁力搅拌器上的反应器，该反应器在其上部配备有一个温度/DO传感器和一个加热器，在其底部有两个孔，并装有可分解有机物的微生物，二个孔中有一个用作借助于空气泵的作用，使空气从其中通过被注入所述反应器的入口，而另一个用作使样品水从其中通过被输入该反应器的入口；
一个样品槽，该样品槽在它的上部具有一根使被稀释样品水从其中通过被输入样品槽的短管，在它的侧面有一个用于保持样品水位的溢流孔，以及在它的底部有一根用于从空气泵引入空气的空气管；
一个培养液贮槽，该贮槽中储存有反应器中微生物生长所必需的营养物质；
一个用于混合样品水和培养液的混合瓶，该混合瓶在其侧面有一根用于借助培养液泵，将培养液从培养液贮槽取出注入其中的导管，在其侧面，有一根用于借助样品泵的作用，在测量阶段，将样品从样口槽中取出注入其中的导管，在其上部，有一根用于地培养阶段，借助送料泵的作用，将样品从样口槽中引流样品的导管，以及在其底部有一根用于将混合瓶的流体排入反应器的排放管；
一个上部反应瓶，该反应瓶具有一个用于与处在其底部的反应器连接的颈部，具有一个处在其上部的带盖的孔，以及在其侧面具有一个用于将从底部引入的样品排出的孔，所述盖带有一个水位传感器、一个排气口和一个借助于注射泵的作用，使浓样品从其中通过的入口；以及
一个控制自动测量所必需全部操作的微处理机。
3、根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述反应器装有附着于其上生长的多孔载体。
4、根据权利要求2所述的装置，其特征在于一根在其中有许多直径3.5mm孔隙的直径为12mm的玻璃管穿过所述排水孔，插入所述上部反应瓶。
5、根据权利要求2所述的装置，其特征在于提供另外一些营养物质供所述微生物生长之用。
6、根据权利要求2所述的装置，其特征在于为了使液体容易在所述反应器和所述上部反应瓶之间移动，在所述上部反应瓶的颈部之内设置了一种螺旋导流板。
7、根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述样品泵和所述注射泵受自动控制，根据所述样品的浓度，按照适合的量输送所述样品。
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