生化需氧量

生化需氧量又稱生化耗氧量（Biochemical oxygen demand，簡寫為BOD，以mg/L為單位），是水體中的好氧微生物在一定温度下將水中有機物分解成無機質，這一特定時間內的氧化過程中所需要的溶解氧量，是表示水中有機物等需氧污染物質含量的一個綜合指標。

生化需氧量是重要的水質污染參數。廢水、廢水處理廠出水和受污染的水中,微生物利用有機物生長繁殖時需要的氧量，是可降解（可以為微生物利用的）有機物的氧當量。 ^[2] 

地面水中的污染物，在以微生物為媒介的氧化過程中要消耗水中的溶解氧，其所消耗的溶解氧量稱作生化需氧量，間接反映了水中可生物降解的有機物量。它説明水中有機物出於微生物的生化作用進行氧化分解，使之無機化或氣體化時所消耗水中溶解氧的總數量。其值越高，説明水中有機污染物質越多，污染也就越嚴重。加以懸浮或溶解狀態存在於生活污水和製糖、食品、造紙、纖維等工業廢水中的碳氫化合物、蛋白質、油脂、木質素等均為有機污染物，可經好氣菌的生物化學作用而分解，由於在分解過程中消耗氧氣，故亦稱需氧污染物質。若這類污染物質排入水體過多，將造成水中溶解氧缺乏，同時，有機物又通過水中厭氧菌的分解引起腐敗現象，產生甲烷、硫化氫、硫醇和氨等惡臭氣體，使水體變質發臭。

污水中各種有機物得到完全氧化分解的時間，總共約需一百天，為了縮短檢測時間，一般生化需氧量以被檢驗的水樣在20℃下，五天內的耗氧量為代表，稱其為五日生化需氧量，簡稱BOD₅，對生活污水來説，它約等於完全氧化分解耗氧量的70%。

雖然生化需氧量並非一項精確定量的檢測，但是由於其間接反映了水中有機物質的相對含量，故而BOD長期以來作為一項環境監測指標被廣泛使用；在水環境模擬中，由於對水中每種化合物分別考慮也並不現實，同樣使用BOD來模擬水中有機物的變化。

生化需氧量和化學需氧量(COD)的比值能説明水中的難以生化分解的有機物佔比，微生物難以分解的有機污染物對環境造成的危害更大。通常認為廢水中這一比值大於0.3時適合使用生化處理。

在BOD的測量中，通常規定使用20℃、5天的測試條件，並將結果以氧的mg/L表示，記為五日生化需氧量，符號，這一指標系由英國皇家污水處理委員會確定。

一般清淨河流的五日生化需氧量不超過2mg/L，若高於10mg/L，就會散發出惡臭味。工業、農業、水產用水等要求生化需氧量應小於5mg/L，而生活飲用水應小於1mg/L。對於一般的生活污水有機廢水，硝化過程在5-7天以後才能顯著展開，因此不會影響有機物BOD₅的測量；對於特殊的有機廢水，為了避免硝化過程耗氧所帶來的干擾，可以在樣本中添加抑制劑。 ^[3] 

我國污水綜合排放標準規定，在工廠排出口，廢水的生化需氧量二級標準的最高容許濃度為60mg/L，地面水的生化需氧量不得超過4毫克/升。

城鎮污水處理廠：一級A標準 10mg/L，一級B標準 20mg/L，二級標準 30mg/L，三級標準 60mg/L。

生化需氧量與化學需氧量（COD，ChemicalOxygenDemand）區別：化學需氧量是以化學方法測量水樣中需要被氧化的還原性物質的量。水樣在一定條件下，以氧化1升水樣中還原性物質所消耗的氧化劑的量為指標，折算成每升水樣全部被氧化後，需要的氧的毫克數，以mg/L表示。它反映了水中受還原性物質污染的程度。該指標也作為有機物相對含量的綜合指標之一。生化需氧量和化學需氧量的比值能説明水中的有機污染物有多少是微生物所難以分解的。微生物難以分解的有機污染物對環境造成的危害更大。

測定水中生化需氧量的微生物傳感器是由氧電極和微生物菌膜構成，其原理是當含有飽和溶解氧的樣品進入流通池中與微生物傳感器接觸，樣品中溶解性可生化降解的有機物受到微生物菌膜中菌種的作用，而消耗一定量的氧，使擴散到氧電極表面上氧的質量減少。當樣品中可生化降解的有機物向菌膜擴散速度（質量）達到恆定時，此時擴散到氧電極表面上氧的質量也達到恆定，因此產生一個恆定電流。由於恆定電流的差值與氧的減少量存在定量關係，據此可換算出樣品中生化需氧量。測定水和污水中生化需氧量的微生物傳感器快速測定法。該標準規定的生物化學需氧量是指水和污水中溶解性可生化降解的有機物在微生物作用下所消耗溶解氧的量。

該測定方法適用於地表水、生活污水和不含對微生物有明顯毒害作用的工業廢水中生化需氧量的測定。

流通式：水樣或清洗液在蠕動泵的作用下連續不斷地將樣品或清洗液在單位時間內按一定量比連續不斷地被送入測量池中。

加入式：將緩衝溶液加入到測量池中，使微生物傳感器（微生物菌膜）與緩衝溶液保持接觸狀態，然後加入定量的被測水樣，測得被測水樣的生化需氧量值。

分析純試劑和蒸餾水，蒸餾水使用前應煮沸2—5分鐘左右，放置室温後使用。磷酸鹽緩衝溶液：0.5摩爾/升將68克磷酸二氫鉀（KH₂PO₄）和134克磷酸氫二鈉（Na₂HPO₄·7H₂O）溶於蒸餾水中，稀釋至1000毫升，備用。此溶液的pH值約為7。 磷酸鹽緩衝使用液（清洗液）：0.005摩爾/升 鹽酸（HCl）溶液：0.5摩爾/升 氫氧化鈉（NaOH）溶液：20克/升 亞硫酸鈉（Na₂SO₃）溶液：1.575克/升，此溶液不穩定，臨使用前配製。 葡萄糖－穀氨酸標準溶液稱取在103℃下乾燥1小時並冷卻至室温的無水葡萄糖（C₆H₁₂O₆）和穀氨酸（HOOC—CH₂—CH₂—CHNH₂－COOH）各1.705克，溶於4.2磷酸鹽緩衝溶液的使用液中，並用此溶液稀釋至1000毫升混合均勻即得250毫克/升的生化需氧量標準溶液。 葡萄糖－穀氨酸標準使用溶液（臨用前配製）取4.6中標準溶液10.00毫升置於250毫升容量瓶中，用0.005摩爾/升磷酸鹽緩衝使用液定容至標線，搖勻，此溶液濃度為100毫克/升。

其中，清洗液（緩衝溶液）是由磷酸二氫鉀和磷酸氫二鈉配製而成。其主要作用是作為緩衝液調節樣品的pH值，清洗和維持微生物傳感器使其正常工作，並具有沉降重金屬離子的作用。

水中以下物質對該方法測定不產生明顯干擾的最大允許量為：CO 5毫克/升；Mn 5毫克/升；Zn 4毫克/升；Fe 5毫克/升；Cu 2毫克/升；Hg 5毫克/升；Pb 5毫克/升；Cd²⁺ 5毫克/升；Cr 0.5毫克/升；CN 0.05毫克/升；懸浮物250毫克/升。對含有遊離氯或結合氯的樣品可加入1.575克/升的亞硫酸鈉溶液使樣品中游離氯或結合氯失效，應避免添加過量。對微生物膜內菌種有毒害作用的高濃度殺菌劑、農藥類的污水不適用本測定方法。

使用的玻璃儀器及塑料容器要認真清洗，容器壁上不能存有毒物或生物可降解的化合物，操作中應防止污染。微生物傳感器生化需氧量快速測定儀。 微生物菌膜：微生物菌膜內菌種應均勻，膜與膜之間應儘可能一致。其保存方法能濕法保存也可在室温下乾燥保存。微生物菌膜的連續使用壽命應大於30天。微生物菌膜的活化：將微生物菌膜放入0.005摩爾/升磷酸鹽緩衝使用液中浸泡48小時以上，然後將其安裝在微生物傳感器上。10升聚乙烯塑料桶。

微生物電極的反應性能依賴於一定的温度條件，因此要求在試驗過程中要有一穩定的温場，該裝置在儀器中稱之為恆温控制裝置。

流通式：水樣或清洗液在蠕動泵的作用下連續不斷地將樣品或清洗液在單位時間內按一定量比連續不斷地被送入測量池中。

加入式：將緩衝溶液加入到測量池中，使微生物傳感器（微生物菌膜）與緩衝溶液保持接觸狀態，然後加入定量的被測水樣，測得被測水樣的生化需氧量值。

樣品採集後不能在2小時內分析時，則應在0℃—4℃的條件下保存，並在6小時內分析，當不能在6小時內分析時，則應將貯存時間和温度與分析結果一起報出。無論在任何條件下貯存決不能超過24小時。 ^[4] 

生化需氧量的計算方式如下：

BOD（mg / L）=（D1-D2） / P

D1：稀釋後水樣之初始溶氧（mg/L）

D2：稀釋後水樣經20 ℃恆温培養箱培養5天之溶氧（mg/L）

P=【水樣體積（mL）】 / 【稀釋後水樣之最終體積（mL）】

生化需氧量廣泛應用於衡量廢水的污染強度和廢水處理構築物的負荷與效率，也用於研究水體的氧平衡（見河流自淨）。將試樣或經過稀釋的水樣存放培養一段時間，存放前後試樣的溶解氧的差就是它的生化需氧量。存放時間的長短和温度都影響耗氧量。現在各國採用的培養時間都是5天，温度是20°C,參數稱五日生化需氧量，用符號BOD₅，20°C表示,温度下標常略去不寫,即用符號BOD₅表示，也有隻用符號BOD表示的。延長存放時間,可以測得微生物降解水中有機物所需的全部氧量，稱總生化需氧量，一般則按生化耗氧規律以BOD₅推算。生化需氧量的檢測不易準確。水樣的儲放、稀釋、接種等檢測程序都應按照標準方法進行。對於有毒的工業廢水常採用專門的設備處理，有時甚至無法測定。 高濃度有機工業廢水的BOD₅可達數千、數百萬毫克/升。城市污水的BOD₅在200毫克/升左右。未受廢水污染的水體，BOD₅常低於2毫克/升。 ^[2]