（环境科学专业论文）海水bod光导测定仪标准化定型.pdf

河，1 1 i 技人! 学硕十学位论文 a b s t r a c t b o d ( b i o c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ) i sac o m p r e h e n s i v ei n d i e xw h i c hc h a r a c t e r i z i n g t h ed e g r e eo fw a t e ro r g a n i cp o l l u t i o n ，i tw i d e l yu s e di nm o n i t o r i n gw a t e rp o l l u t i o na n di n m e a s u r i n gb o d r e m o v a le f f i c i e n c yo fw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t t h es t a n d a r dm e t h o d o fd e t e r m i n i n gb o di sb o d 5m e t h o d h o w e v e ri tt a k e s5d a y st og e tt h eb o dv a l u ea n d c a n n o tr e f l e c tt h ew a t e rp o l l u t i o ns t a t e m i c r o b i a lb i o s e n s o r sc a nd e t e r m i n eb o dq u i c k l y i lc a na c h i e v em o n i t o ro fw a t e rf a s t r e a lt i m ea n do n l i n e i nt h et e nf i v e y e a rp l a np e r i o d ，s u p p o r t e db yt h en a t i o n a lm a r i n em o n i t o r i n g8 6 3 t e c h n o l o g yf u n d ，x i a m e nu n i v e r s i t y ，h e b e iu n i v e r s i t yo f s c i e n c ea n dt e c h n o l o g y ，h e b e i x i a n h es c i e n c ea n dt e c h n o l o g yd e v e l o p m e n tc o ，l t dd e v e l o p e dt h eb a s e do p t i c a l o x y g e nb i o s e n s o r sa n dt h eo p t i c a lf i b e rd e t e c t o rf o rs e a w a t e r sb o dw h i c hi s m o d e l x i i b o d 一91 i ta c h i e v et h ea u t o m a t i co n l i n em o n i t o rf o rs e a w a t e r sb o d t h eo p t i c a l f i b e rd e t e c t o rf o rs e a w a t e r sb o di ss t i l li nt h ep r o t o t y p ew o r k s ，a n dt h ew o r k si na n u m b e ro fp r o t o t y p eh a r d w a r ep r o b l e m st h a ts t i l le x i s t ，s u b je c t t of u r t h e ri m p r o v e r e l i a b i l i t y t h ep r o t o t y p ep r o j e c th a s n o tb e e ns t a n d a r d i z e ds t e r e o t y p e s ，t h r o u g ha p r o t o t y p eo ft h ep r o j e c tf o rt h es t a n d a r d i z a t i o no fs t e r e o t y p e s ；i th a g r a d u a l l yb e c o m e c o m m e r c ia 1i n s t r u m e n t a c c o r d i n gt ot h eg u i d e l i n e sf o rs t a n d a r d i z a t i o no fb u s i n e s s ，m a r i n ee q u i p m e n tt o m o n i t o rt h er e s u l t so fs t a n d a r d i z e dr e q u i r e m e n t sa n ds t e p s ，d e v e l o p e dt h ep r o d u c t s t a n d a r d s ，a sw e l la st h es t a n d a r do fs u p p o r tf o rt h ed o c u m e n t ，t h et e c h n i c a lp a r a m e t e r so f t e s t i n gm e t h o d s a c c o r d i n gt o t h em o n i t o r i n go fm a r i n ee q u i p m e n ta n dt h er e s u l t so fs t a n d a r d i z e d r e q u i r e m e n t s i tc a r r yo u tt h et e c h n o l o g yd e s i g e no fs t e r e o t y p e sf o rt h e o p t i c a lf i b e r d e t e c t o rf o rs e a w a t e r sb o d i n c l u d i n gt h es t a n d a r d i z a t i o no fe q u i p m e n td e s i g n t h e r e l i a b i l i t ya n dm a i n t e n a n c ed e s i g n ，t h ee l e c t r o m a g n e t i cc o m p a t i b i l i t yd e s i g n ，t h es a f e t y a n de n v i r o n m e n ta d a p t i v ed e s i g n ，t h ec o m m e r c i a ld e s i g n i td e v e l o p e dt h eo u t l i n eo f s t e r e o t y p e s ，i n c l u d i n g t h eo u t l i n eo fs t a n d a r d i z a t i o n ，t h eo u t l i n eo fr e l i a b i l i t y a n d m a i n t a i n a b i l i t y , t h eo u t l i n eo fe l e c t r o m a g n e t i cc o m p a t i b i l i t y , t h eo u t l i n eo fs a f e t y a n d e n v i r o n m e n t a la d a p t a b i l i t y a c c o r d i n gt ot h em o n i t o r i n go fm a r i n ee q u i p m e n ta n dt h es t a n d a r d i z a t i o n o ft h e o u t c o m eo ft h er e q u e s t ，t h ep r o je c td e v e l o p e dat e s t i n gm e t h o do fp r o t o t y p e ，i n c l u d i n g a b s t r a c t m e a s u r e m e n to fp e r f o r m a n c et e s t i n gm e t h o d s ，e n v i r o n m e n t a lt e s t i n gm e t h o d sa n dl i v e t e s t i n gm e t h o d s e n g i n e e r i n gp r o t o t y p eo ft h ec o r ec o m p o n e n t s ，m i c r o o r g a n i s m sf i l m ，i tc a r r yo u tt h e s t a n d a r d i z a t i o n ，i n c l u d i n gt h es t a n d a r d i z a t i o no fm i c r o o r g a n i s m sf i l mp r o d u c t i o n ，t h e s t a n d a r d i z a t i o no fm i c r o o r g a n i s m sf i l mp r e s e r v a t i o n ，t h es t a n d a r d i z a t i o no fm i c r o o r g a n i s m sf i l ma c t i v a t i o n ，t h es t a n d a r d i z a t i o no fm i c r o o r g a n i s m sf i l mt e s t i td e v e l o p e d s t a n d a r d i z e do p e r a t i n gi n s t r u c t i o n so fm i c r o - o r g a n i s m sf i l m t h eo p t i c a lf i b e rd e t e c t o rf o rs e a w a t e r sb o ds t a n d a r d i z e ds h a p ea n db ea c c o u n t a b l e t ot h em e t e ro ft h ep r o c e s so fc o m m e r c i a l i z a t i o n ，t h e r ei sac e r t a i nd e g r e eo fp r a c t i c a l v a u e k e yw o r d ss e a w a t e r ；b i o c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ( b o d ) ；d e t e c t o r ；s t a n d a r d i z a t i o n ； s t e r e o t y p e 河北科技大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的作品或成果。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：宏逼v k 指导教师签 学位论文作者签名：历1 2 氓 指导教师签 u 妒矿年f 瑚中日 少舜，瑚千r 河北科技大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权河北科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 口保密，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 赤保密。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：名l 虱灸 指导教9 币签名： 嚣年膨月书月 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1引言 生物化学需氧量( b i o c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ，简称b o d ) ，是水体有机污染综 合指标。b o d 是指好氧微生物在分解水中有机物的生物化学氧化过程中所消耗的溶 解氧量。1 9 3 6 年，美国公共卫生协会将2 0 。c 五闩生化需氧量稀释法规定为水和废水 的标准检验方法，即b o d 5 法【1 1 。我国也于1 9 8 7 年颁御了国标g b 7 4 8 8 8 7 ，将b o d 5 法定为生物化学需氧量的标准分析方法。b o d 5 法也称稀释接种法，整个过程历时血 天，耗时费力，操作复杂，实效性差。 1 9 7 7 年，同本科学家k a r u b e l 2 】等人从活性污泥中分离出混合菌种制成了第一支 微生物电极，用于废水b o d 的测定。1 9 8 3 年，同本在世界上率先研制成以微生物电 极为传感器的快速b o d 测定仪。1 9 9 0 年，同本颁布了微生物电极法工业标准( j i s k 3 6 0 2 1 9 9 0 ) p j 。2 0 0 2 年，我国颁靠了行业标准h j t 8 6 2 0 0 2 ，将微生物传感器法列为 标准分析方法1 4 1 。 自1 9 8 3 年同本将b o d 传感器丌发成商品【5 】，并与b o d n 0 定仪一起出售，型号为 b o d a 1 1 0 0 ，其应用的废水类型是生活污水、城市混合废水和废水处理厂废水，从 而使b o d 生物传感器走上了标准化和商业化的轨道。如今已有不少的商品化仪器问 世，主要有同本的n i s s h i nd e n k i ( e k e c t r i c ) c o l t d ，德国的p g wg m b h ，d r e s d e n ； a u c o t e a mg m b h ，b e r l i n 及d r b r u n ol a n g eg m b h b e r l i n l 引。 国内曾有上海雷磁仪器厂生产过生物化学需氧量分析仪pj ，沈阳分析仪器厂生产 过s x l 2 v 型快速b o d 钡, 0 定仪碜j ，天津赛普环保科技发展有限公司生产i 约b o d 2 2 0 系列 测定仪，青岛天林环保公司生产的c h 1 型b o d 测定仪等。这些仪器设备的主要测定 范罔是天然淡水和城市综合污水。 十血期问，在国家8 6 3 海洋监测技术基金支持下，厦门大学、河北科技大学和河 北先河科技发展有限公司联合研制的基于氧光导检测的b o d 传感器及仪器， x h b o d 一9 1 型海水b o d 测定仪，实现了海水b o d 的连续在线自动监测，此测定仪 尚处于工程样机阶段。 1 2 b o d 微生物传感器 1 2 1b o d 微生物传感器的测量原理及特性 b o d 微生物传感器主要由固定化微生物膜、换能器、信号输出装置组成。现以 曰日订使用最广泛的c l a r k 电极作为换能器说明其原理。当不给予有机底物时( 即处于 河北利技人学硕十。学位论文 氧饱和| 自勺磷酸盐缓冲溶液中时) ，微生物处于内源呼吸阶段，当氧达到扩散平衡时， b o d 电极输出的电流值达到稳态。当投加有机底物后，微生物由于代谢有机底物而 处于外源呼吸阶段，由溶液扩散到基础电极的氧逐渐减少，最终又达到稳态，建立 起新的好耗氧与供养的动力学平衡。在一定条件下，出两个稳念所得的电流差值与 被测试样浓度呈线性关系，即可求出b o d 值来。原理示意图见图1 1 。 b o d 微生物传感器具有测定速度快、测量种类多、测量精度高、使用寿命长、 可连续在线测定、应用广、造价低、操作简便等诸多优点。 a 内源l l 乎“苁b 外源i 呼吸 l 一氧l u 极；2 一微生物；3 一定化微生物膜 幽1 1b o d 微生物传感器原理示意幽 f i g u r e1 1p r i n c i p l eo fb o dm i c r o b i a ls e n s o r 1 2 2b o d 微生物传感器性能影响因素 微生物传感器的主要性能影响因素有换能器的类型、微生物的种类、固定化方 法及材料。 1 2 2 1 换能器 目前运用最为广泛的换能器是1 9 5 6 年c l a r k 幂u 用安培电流计改进而成的c l a r k 溶解 氧探针。这种溶解氧探针是一个双电极系统，它用银针作阳极，用会或铂针与可透 氧的膜连接组成阴极。由于电解液的消耗和阳极的氧化，溶解氧探针的使用寿命受 到了限制，因此需要经常的更换电解液、清洗探针阳极。 随着对小型b o d 传感器需求的增加，有人研制了利用半导体制成的小型b o d 换 能器。y a n g t 9 f1 0 】等利用显微机械加工技术把一种商用c i a r k 探头( 1 5 m m 2 m m 0 4 r a m ) 固定在硅片上制成小型换能器；他们丌发了一种小型溶解氧探头排列在薄膜上 ( 2 6 m m x 7 6 m m x 0 9 m m ) 的换能器。c h a n t l l 】等运用利用厚膜技术改进了另外一种商刚 溶解氧探针( 5 9 m m x 7 5 r a m ) ，这种探头由三个电极组成，如p t 作工作电极、a g p a g c i 作参考电极矛l ：l p t 作辅助电极。 第1 章绪论 光纤生物传感器也被用于溶解氧f d o ) 与b o d 的测量上。p r e i n i n g e r 等曾报道过 一种光纤维( t r i s ( 4 ，7 - d i p h e n y l - 1 ，1 0 p h e n a n t h r o l i n e ) r u t h e n i u m ( 1 i ) p e r o r a t e ) 可以传导 由生物敏感元件发出的荧光信号。l i 等人也在普通b o d 5 的培养过程中做过类似的 研究。c h e e t l 2 1 等以及k o e n i g 1 3 j 等曾介绍过用一种商用的溶解氧光纤维制成的b o d 传感器来测量氧的荧光淬火。光纤生物传感器较安培电流计传感器而言具有长时| 日j 的操作稳定性、不需要消耗溶解氧、不需要参比单元和不受样品流速和扰动程度的 影响等优点。光纤传感器原理为制造小型的b o d 传感器提供了一种选择。 1 2 2 2 微生物的种类与菌量 由于b o d 传感器测定的是水样中各种有机物总含量，要求所使用的微生物应尽 量具有广普性。在以往报导的众多b o d 传感器当中，使用了不同的菌种。有些采 刚单菌种，如：枯草芽孢杆菌、皮状丝孢酵母、假单胞菌、异常汉逊氏酵母等。 也有使用两种混合菌种的，比如：枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌的混合菌种，皮状 丝孢酵母和地衣芽孢杆菌的混合菌种等。还有使用多种混合菌种和活性污泥的。 使用单一菌种的b o d 传感器往往稳定性和重现性好，使用寿命长，但菌种响应 的有机物数量有限。使用混合菌种的b o d 传感器广普性高，但稳定性和重现性较差， 且膜的一致性、互换性差，膜的使用寿命短。 另外，所装载的微生物的量对传感器的测量浓度范围、信号值大小以及响应时 | 白j 长短也有影响。所装载的微生物的量越多，有机物的降解速率越大，但同时膜的 扩散阻力增大，使响应时间延长。所装载的微生物的量应有最佳量。 1 2 2 3 微生物的固定化 微生物的固定化技术是微生物传感器制作的核心部分，也是一项非常关键的环 节。它要求既要把微生物限制在一定的空间旱，不流失，又要保持微生物固有的活 性，有良好的机械性和透气性。固定化技术决定着微生物传感器的稳定性，灵敏性 和使用寿命等重要因素，同时决定着微生物传感器是否有研究和应用价值。 目自，j ，被广泛采用的固定化技术主要有吸附法、央层法、交联法、共价结合法 和包埋法。 ( 1 ) 吸附法利用载体与微生物细胞间的物理吸附，没有化学键作用。其方法 为将菌悬液离心，洗涤，过滤到醋酸纤维膜、聚碳酸脂膜、滤纸或尼龙网膜上，然 后再将其放置到氧电极顶端的聚四氟乙烯膜之上，用橡胶圈套牢即可。该法优点是 对微生物没有毒害作用，选择性较好，灵敏度高，操作简便。但缺点是结合不牢固， 菌体易脱落，影响检测效果。 ( 2 )夹层法属物理吸附法。将适量经离心，洗涤的湿菌体央在两层醋酸纤维 膜之间，为了防止菌体脱落，用适当粘合剂把两层膜的边缘粘合起来f l 引。或先将湿 菌体吸附到膜上，再用另一张相同膜覆盖其上，再用吸气器吸附住i l 引。最后，将其 3 河北利技人。学硕十学何论文 固定在氧电极上。此法可防止微生物的泄露，但茵体易腐败，堵塞半透膜，因此固 定化膜的寿命不长。 ( 3 )交联法借助双功能试剂( 常用戊二醛) ，使生物活性物质结合到惰性载体 上或直接共价键结合到转换器上的方法。在生物活性单元之间、生物活性单元与载 体之问交联形成网状结构而使生物单元固定化的方法。该法的局限是膜的形成条件 不易确定，多用于固定化酶，免疫分子膜的制备，且对p h 值要求严格，不适于固定 化微生物细胞。 ( 4 )共价结合法又称载体偶联法。生物活性分子通过共价键与不溶解载体结 合。载体一般含羟基、芳香氨基、羧基等功能基团，优点是结合牢固，但生物活性 较差，载体活化操作复杂，制备条件要求严格。 ( 5 )包埋法该法是迄今为止，应用最为广泛的固定化技术，多采用凝胶聚合 物包埋，它能将微生物细胞包埋并固定在高分子聚合物三维空| 日j 网状结构中。常用 的包埋载体有聚丙酰胺、聚乙烯醇、海藻酸盐、明胶等。该法对微生物细胞活性影 响较小，微生物不易流失，操作易行，膜的孔径和几何形状可以任意控制，膜的稳 定性高，储藏时间长。厦门大学【16 】采用有机改性溶胶凝胶聚乙烯醇包埋法制得了机 械性能好，稳定性高，活性高的生物膜，同时克服了聚乙烯醇的溶胀问题。长春应 用化学研究所的郏建波i r 7 j 等人采用无水硅酸同聚乙烯醇和4 乙烯吡啶的聚合物混合 的溶胶凝胶包埋法，不仅解决了微生物流失问题，还拓展了可被微生物降解代谢的 有机物的种类。 一个性能优良的b o d 生物传感器除了要有普适性外，还要求有精密度高，稳定 性好，测量时问短，使用寿命长，便于商业化等诸多优点。 1 2 3b o d 微生物传感器的研究进展 1 2 3 1 常用b o d 微生物传感器 二十多年来国内外己开发出各种各样的，针对各种水质的b o d 传感器，现将 些b o d 微生物传感器的主要性能列于表1 1 。 4 第1 章绪论 表1 1 b o d 微生物传感器的种类与性能 t a b l e1 lt y p ea n dc h a r a c t e r i s t i c so fb o dm i c r o b i a ls e n s o r 线性范及 同定化方注 微生物种类相关系数 及材料 m g l l 啊j 、v 时间 t m i n 精律i 度 稳定十牛 d a y 参考 义献 活性污泥骨胶原包埋 透析膜 海藻睃钠 - c a c l ：包埋 5 2 2 3 5 - 4 0y = 0 9 9 6 l o 6 0 7 5 l o 2 3 0s5 6i - i = 1 99 3 0l9 混合菌种 尼尼膜吸附0 6 0 5 1 0 5 5 1 8 0 2 0 肢状丝他酵醋酸纤维豢 5 1 0 0 母 膜“及附 异。耵汉逊氏 酵母 恶奥假睁胞 菌 枯i ! i ! f 菇似杆 菌 人肠杆菌 酿酒酵母 酣酸纤维膜 央层法 尼龙膜u 及附 聚乙烯孵包 埋 溶胶一凝胶有 机一无机杂化 法 硝酸纤维豢 膜夹层泫 0 1 0 0y = 0 9 9 8 l o 6 0y = o 9 9 7 2 5 3 0 - 6 03 0 3 73 7 1n = 8 9 82 2 2 3 0-10030 3 34 82 4 0 5 5 - 4 03 1 27 81 8 02 5 0 5 - 1 0y 2 1 5 1 02 6 = 0 9 9 6 滤纸吸附2 2 20 1 0 25 04 0 2 7 热杀死后聚 碳酸酯膜吸0 5 0 附 包垤分散悬0 5 0 0y 浮法卸9 9 4 3 海藻凝_ i j j f 包0 - 2 0 0y 埋法- - 4 ) 9 9 8 8 5 2 4 3 41 3 4 2 8 1 5 0 河北蒂 技人学硕十学何论文 目自仃，国外已有不少丌发成商品的b o d 微生物传感器出售。同本是丌展b o d 微生物传感器研究最早，最活跃的国家之一，1 9 8 3 年在世界上率先研制成商品化的 b o d 测定仪，型号为b o d a 1 1 0 0 ，并于1 9 9 0 年制定出b o d 生物传感器测定仪的工 业标准( j i sk 3 6 0 2 ) 。此后，美国、澳大利亚、德国和西班牙等国家相继研制出类似 的b o d 测定仪。其中，同本的b o d 3 0 0 0 型测定仪【33 l ，使用的是皮状丝孢酵母菌， 采用央层法固定，测量范围0 1 0 0 0 m g 1 ，响应时间2 5 3 0 分钟，使用前需进行活化， 使用之后，要在磷酸盐缓冲溶液中保存。膜的使用寿命短，须一个月换一次。另外， 西班牙生物传感器s l 公司生产的b o d 实时监测系统，测定值与b o d 5 有很好的相 关性，测定过程的清洗，校f 完全实现自动化，但缺点是测定时l 白j 较长。该系统主 要应用于污水处理厂的运行监控。 在我国，1 9 9 1 年，杜晓燕等人与沈阳分析仪器厂共同丌发了s x i v 型b o d 测定 仪| 3 4 j ，采用皮状丝孢酵母菌，尼龙网膜吸附，测定范围0 1 0 0 m g 1 ，响应时间3 7 分， 精密度8 。由于采用吸附法，菌体易流失，致使膜使用寿命短。青岛天林坏保工程 有限公司研制丌发的c h 一1 型b o d 传感器【3 引，采用的是一种高效菌种( 未说明) ， 应用包埋法固定化微生物，即取一定量菌种与一定浓度p v a ，纤维素等物质混匀涂 在醋酸纤维素膜上。测量精度高，测定经处理排放的废水与标准法有良好的相关性， f 日它只适用部分类型废水的测定。2 0 0 1 年，天津赛普环保科技有限公司出售了2 2 0 b 型b o d 快速测定仪，测量时间只有8 分钟，广泛适用于地表水，生活污水和大部分 工业废水的监测。2 0 0 1 年1 月，国家环保局将微生物传感器测定b o d 法批准为国家 行业标准，大大促进了我国b o d 生物传感器的商品化。 1 2 3 2b o d 微生物传感器的最新进展 y m u r a k a m i 2 2 】等人于1 9 9 8 年首次将基于硅的表面光电压装置( s p v ) 应用于b o d 生物传感器的制作中。s p v 装置可用于测量p h 值，优点是制作简单，体秋小，价格 低廉。ym u r a k a m i 采用流动池式测量，用海藻酸钠包埋皮状丝孢酵母菌，该装置响 应时间2 5 分钟，膜寿命1 4 周以上。光电流的差值与b o d 值的线性相关系数达到 6 第1 章绪论 0 9 8 8 。 基于c l a r k 氧电极的b o d 传感器，其优点测量稳定，精密度高，但也有其缺点， 由于水中溶氧值有限，造成测量范围窄，由于氧的上下波动导致测量的重现性和稳 定性1 i 高。s p t r o s o k l 3 6 1 于2 0 0 1 年报道用铁氰化物作为媒介体的修饰氧电极，由于 铁氰化物和二茂洛铁及其衍生物能够促进电子从还原酶的生化反应中心转移到氧电 极表面，从而提高传感器的线性响应范围和稳定性。但该电极随着使用时f 1 5 1 j 的延长， 稳定性减弱，且易受重金属离子的毒害。 目自仃，b o d 传感器证向着小型化发展。如z y a n 9 0 7 1 等人报道使用微制造技术， 可制作出大量小型的，可一次性使用的氧电极来，使得未来的b o d 传感器更廉价、 实用、便携。 1 9 9 7 年，新加坡的t c t a n 和z r q i a n 报道了在2 8 0 下热杀死2 5 分钟的枯 草芽艳杆菌死细胞制成微生物膜f 3 8 】 2 8 】。这种死细胞测量重现性好，准确度高。试验 发现，枯草芽孢杆菌经短时i 日j 热杀死后仍能存有充足的酶活力和代谢有机物的活性。 不需提供营养物质，既可在室温下缓冲溶液中长期放置，也可在密闭干燥的容器中 保存。与活细胞相比，其生存环境和营养条件要求不高，使用寿命长的优点更有利 于提高传感器的稳定性，并实现传感器的商品化。 2 0 0 4 年，印度的s r a s t o g i f 3 9 】于艮道使用从活性污泥中筛选的多种具有协同代谢功 能的人工合成的微生物菌团作为电极响应菌株，所测b o d 值重现性在5 以内，对 g g a 标准溶液的线性响应范围1 6 0 m g l ，传感器可稳定工作1 8 0 天。 1 2 4国内外b o d 测定仪的研究进展 1 2 4 1国外b o d 测定仪研究进展 目6 玎，国外已有不少商品化的b o d 测定仪问世，主要有同本的n i s s h i n d e n k i ( e k e c t r i c ) c o l t d ，德国的p g wg m b h ，d r e s d e n ：a u c o t e a mg m b h ，b e r l i n 及 d r b r u n ol a n g eg m b h b e r l i n 【6 j 国外典型b o d 测定仪及性能列于表1 2 。 7 表1 2 国外典型b o d 测定仪 t a b 1 - 2f o r e i g nt y p i c a lb o da p p a r a t u s 仪器掣 b o d 2 0 0 0 b o d y p o i n t b s b m o d ua r a s - - - _ _ ，_ 一 p r u f g e r a t e w e r k 公州名称 测量方， i 卉i 定 微生物 稳定忡 n i s s h i l le l e c t r i c a u c o t e a mg m b h c o l t d t o k y o b e r li n 流动式流动j = ：l = m e d i n g e ng m b h d r e s d e n 流动式 d r l a n g eg m b h b e r l i n 搅 i - 池j = ( i 5 m l p m i n ) ( 】3 m l p m i n )( 1 3 m l p m i n ) ( 2 m l ) t c u t a n e u m t e u t a n e u m t r i c h o s p o r o n ( b e i g e l i i ) ，c a n d i d a ( b e i g e l i i ) c c u t a n e u m ( b e i g e i i i ) 3 0 t 作温度 3 ( ) ( 4 ) 测量范0 1 0 00 - 2 0 0 ( m g l l ) 0 - 5 0 0 测量时问 匝j w 悄 ( ) 2 0 4 0 p a r a p s i l o s i s p a r a p s i l o s i s 3 0 3 7 5 5 0 0 1 0 3 0 3 7 2 3 3 1 1 0 葡萄糖( 1 0m g p l 葡萄糖 l s s a t c h e n k i a o r i e n t a l i s r h o d o c c u s e r y t h r o p o l i s 3 0 3 7 2 3 0 0 6 个月( 4 ) ； 整机功耗： 2 5w 。 ( 2 ) 技术指标的说明 探头响应时问为测定时，响应达到最大值的9 5 时的时| 日j ； 仪器单点检测时间，为实际样品检测开始时到数据处理完毕的时间； 使用寿命为传感膜装载在探头上可供实际使用的时i 日j ； 储存寿命为传感膜和耗氧膜在闭光和4 * c 条件下的存储时i 白j 。 2 3 工程样机的原理和基本结构 2 3 1b o d 光导测定仪的测定原理 该仪器测量b o d 的核心部件为对氧浓度变化具有敏感响应的光生物化学敏感 膜。当含有耗氧有机污染物质的海水进入探头时，这些污染物质与氧一同扩散进入 微生物膜。由于膜中的微生物对b o d 物质的同化作用，导致进入该生物化学敏感膜 的氧分子数减少，荧光猝灭减少，从而实现海水中b o d 含量的定量分析。测定仪原 删图见图2 i 。 图2 1 原理幽 f i g 2 - 1t h es c h e m a t i c 1 3 2 3 2b o d 测定仪的结构 b o d 测定仪主要由光纤探头、光学系统、光源、光学检测器、a d 信号快速传 输和转换、计算机等6 个部分组成。测定仪结构图见图2 - 2 。 光电转棰 _ z i , i t ) 柱计茸 幽2 - 2 结杜j 幽 2 3 3 工程样机的技术水平结论 b o d 自动检测仪器除具备体积小、自动化程度高，功耗低，便于船载使用外， 逊刚“泛地应用于海洋环境污染调查，海产养贿的水质监洲与控制以及卫生防疫等 部门。通过选用不同的传感单元，本系统的硬件部分较容易扩展到其它种类污染物 的测定分析，如进行海水中的溶解氧、氨氮或口h 的检测。通过选择淡水的耗氧菌种， 本研究所产生的产品也可以适用于江河湖泊等内河的b o d 污染监测与控制。除坏雠 部门使j = | j 外，中小型厂矿企业也能配备成为排污的自检自控设备。 2 4 工程样机基本技术图纸 ( 1 ) 电路框图 匦圈 第2 章l ：料样机的技术基础及定型分析 掣i 掣i 泌l l u l j j j 、f 7 t ，、币 占i i 叫，锻别 。 多 ，r i 丝坐竺i i i i i ! j 道 谊艏 a d ， 转坝 光纤 ! l ： 铁 赴温池 。l r 5 2 3 2 i 温艘侈憋器l l 温j _ 筻信号放人卜 i 、 k 拎锚 7 l 通u t 事填块 m l 温池，) ：! 热嚣 汁算机 倾热池 ，ld 4 翻f h l 泓f 女0 憾杯i - i 温膻倍弓放入卜叫 f 。k 。】 i 预：池j i l 热器卜一 叫 】山率控制卜一 功牢控驯卜一 多 通道 i 也磁i j 埘i 一8 功琦夏控制卜一 d ( ) ：兆瑞 榄块 蝌爿1 名 列i 毕棒劁k 一 一f 乜i ( 2 ) 管路图流程图 拨凇液? 校醛凇 纯水 赢丘；洳 t 眨海 低坛海 幽2 - 3 电路框幽 f i g 2 - 3t h ec i r c u i td i a g r a m 也避烂4 张热池 迫鞋鹇5 ! 嫒朗6 图2 - 4 管路流科图 f i g 2 4t h ep i p e l i n ef l o wc h a r t 改淑 河北稀拉j 、学硕十学俺论文 r 3 ) 零部件设计图 穴i 、， 槲 止 ( _j 霾砖睦鳖 r 4 l 外购件图 凹2 - 5 制冷块、机箱加i 幽 f i g2 - 5 t h ed ”。h a no fr e f r i g e r a lb l o c ka n dc 1 1 a 】i 幽2 - 6 光电倍增管部什剀 f i g2 - 6 t h ec 蛔no f p m t 第2 章l 稃样机的技术基础及定型分析 2 5 工程样机试验数据分析 ( i ) 海水加标回收试验 国家海洋环境中心对海水b o d 光导测定仪工程样机进行了海水加标回收率试 验。试验结果见表2 1 。 样品名称 表2 1 加标同收试验 t a b 2 lt h er e c l a i mr a t ee x p e r i m e n t 测定值1测定值2均值i 口i 收毕( ) 海水 淘水力标i o m g l 海水力标2 o m g l 海水加标3 0 m g l 沟水力标4 0 m g l 1 4 2 8 3 9 4 5 6 3 1 9 2 7 3 7 4 8 6 0 1 6 5 2 7 5 3 8 ( ) 4 6 5 6 15 1 1 0 1 0 8 “ ( 1 1 ( ) ( 2 ) 测定仪比对试验 固家海洋环境中心对海水b o d 光导测定仪工程样机进行了比对试验。实验方式 为标准b o d 法与工程样机进行同样品平行比对实验；比对实验组数为1 0 组：比对 样品数为2 0 个；每个样品平行测定次数为5 次。试验结果见表2 2 、2 3 、2 4 、2 5 。 表2 27 月2 5 曰1 拌海水比对试验 t a b 2 - 2t h ec o m p a r i s o no fb o da n db o d 。1 拌s e a w a t e l 7 2 5 样6 名杨：、序l j比对实验结果b o d 样机测定结果 7 门2 5 | i i 群海水 ( 浓度甲位m g l ) 4 6 4 ( 含1 4 5 0 4 4 5 4 4 3 4 4 8 4 4 7 0 。0 3 l 0 0 0 7 0 3 9 4 4 3 7 2 7 2 8 3 5 0 ，7 3 ( ) 2 l 1 7 值 度 ， 2 3 4 5 均 街 m r 稽 r 河，i g 禾 i 技人学硕十学位论文 表2 37 月2 5 日2 群海比对试验水 t a b 2 - 3t h e c o m p a r i s o no f b o da n db o d 52 存s e a w a t e r7 2 5 、j ， 禽 o 8 西 ”一 【 ， ，_ 9 0 阻 限一 勰 挖 丝 m 孙 拍 i 氢 一 。 2 。 4 ， 撇 呦一 水 一 肌 霎 靴 一 第2 章ji ：群样机的技术基础及定掣分析 表2 58 月1 日2 弹海水比对试验 7 r a b 2 - 5t h ec o m p a r i s o no fb o da n db o d 2 舟s e a w a t e r8 1 样品名称、序i - 比对实验结果b o d 样机测定结果 ( 3 ) 测定仪海上测试数据 厦门大学对厦门周边不同区域的海水进行现场测定，分别对厦门白城海水、厦 门海洋三所周边海水、厦门湖罩山海水、厦门珍珠湾海水浴场海水进行了现场测定。 测定结果见表2 6 、2 - 7 、2 - 8 、2 - 9 。 表2 - 6 厦门白城海水b o d 测定结果( 浓度单何：m g l ) t a b 2 - 6t h er e s u l to f b o dd e t e r m i n a t i o nf o rx i a m e nb a i c h e n gs e q w a t e r 1 1 期潮位测定原始值，i 均测定值 吲标b o d 5j 值淤薹 2 0 0 43l l 2 0 0 4 4 2 0 0 4 5 1 8 2 0 0 4 5 2 9 2 ( j ( 4 6 1 2 j 矗冽 低潮 一矗潮 低潮 i 矗潮 低潮 i 舟潮 低潮 龠潮 低潮 3 6 8 。3 8 5 。3 9 23 8i 3 50 3 4 1 4 4 2 6 4 5 8 2 6 3 2 7 9 2 8 6 4 6 6 4 7 8 4 9 2 3 0 63 2 0 3 2 3 4 0 8 4 3 0 4 3 2 3 0 9 3 1 1