《水质 生化需氧量（BOD）的测定 微生物库伦法》

ICS13.060.01

Z16

中国城市科学研究会标准

T/CSUSXX-202X

水质生化需氧量（BOD）的测定

微生物库伦法

Waterquality-determinationofbiochemicaloxygen

demand(BOD)-microbialcoulometricmethod

XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施

中国城市科学研究会发布

前言

根据《关于发布2020年中国城市科学研究会标准研编计划（第一批）的通知》

的要求，标准编制组经广泛调查研究，认真总结实践经验，参考有关国外标准，

并在广泛征求意见的基础上，编制了本标准。

本标准共包括10章，主要技术内容是：1.范围；2.术语和定义；3.方法

原理；4.试剂和材料；5.仪器和设备；6.样品；7.分析步骤；8.结果计算与表

示；9.准确度；10.质量保证与质量控制。

本标准由中国城市科学研究会负责管理，由中国科学院重庆绿色智能技术研

究院(主编单位)负责具体技术内容的解释。执行过程中如有意见或建议，请寄送

解释单位（地址：重庆市北碚区方正大道266号）。

本标准主编单位：中国科学院重庆绿色智能技术研究院

本标准参编单位：广州大学、东北师范大学、四川大学、中国环境科学研

究院、海天水务集团股份公司

本标准主要起草人：刘鸿中国科学院重庆绿色智能技术研究院

王厦中国科学院重庆绿色智能技术研究院

刘元中国科学院重庆绿色智能技术研究院

宋诚中国科学院重庆绿色智能技术研究院

王川广州大学

周丹丹东北师范大学

赖波四川大学

魏健中国环境科学研究院

潘志成海天水务集团股份公司

本标准主要审查人：

Contents

1Applicablerange···············································································2

2Terminologiesanddefinitions·······························································3

3Methodprinciple···········································································4

4Reagentsandmaterials·······································································5

5Instrumentsandequipment······························································6

6Sample·······················································································7

7Analysis··············································································9

8Calculationandpresentationofresults··················································10

9Accuracy·················································································11

10Qualityassuranceandcontrol···················································12

ListofQuotedStandards·········································································13

1

1适用范围

1.0.1本文件规定了采用微生物库伦法测定水中生化需氧量（BOD）的方法。

1.0.2本文件适用于受污染地表水、地下水、生活污水以及各种工业废水中生化

需氧量（BOD）的测定。

1.0.3方法的检出限为0.5mg/L，方法的测定下限为2mg/L，方法的测定上限为

500mg/L。

2

2术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

2.0.1生化需氧量（BOD）biochemicaloxygendemand

在一定条件下，微生物分解存在于水中的某些可被氧化物质，特别是有机

物所进行的生物化学过程中消耗溶解氧的量。

[来源：HJ/T86-2002，2.1]

2.0.2微生物消解电池（MDC）microbialdigestioncell

一种微生物电池，主要由阳极、阴极和质子交换膜组成。通过接种驯化产电

微生物附着于阳极基底上，形成阳极生物膜，获得微生物阳极；阴极一般为空气

阴极，载有氧还原催化剂，将空气中的氧气还原为水。电池利用微生物降解有机

物，并释放出电子和质子，电子通过外电路传递到阴极形成电流，而质子通过质

子交换膜传递到阴极，氧气在阴极得到电子被还原与质子结合成水。

[来源：编制组给出]

3

3方法原理

微生物消解电池中，有机物在阳极微生物的作用下发生降解反应并释放电子，

电子从阳极向阴极定向转移，形成电流，电流对时间的积分，即为电量（库伦量

Q）。库伦量与有机物生化降解量及氧的消耗量之间均具有一一对应的定量关系，

据此可以得到样品中的生化需氧量。这种方法为微生物库伦法，由此测定的BOD

值称为BOD-Q。

4

4试剂和材料

本标准所用试剂除非另有说明，分析时均使用符合国家标准的分析纯试剂。

4.0.1水：实验用水为符合GB/T6682规定的3级蒸馏水。

4.0.2接种菌源：可购买接种微生物用的接种物质，接种液的配制和使用按说明

书的要求操作。也可以按以下方法获得接种菌源。

a)未受工业废水污染的生活污水排放口淤泥。

b)含有城镇污水的河道淤泥或湖泊底泥。

c)污水处理厂生化池活性污泥。

d)分析含有难降解物质的工业废水时在其排污口下游适当地点采集淤泥。

4.0.3微量元素溶液：称取1.50g氨基三乙酸（C6H9NO6）、3.00g硫酸镁

（MgSO47H2O）、1.00g氯化钠（NaCl）、0.10g硫酸亚铁（FeSO47H2O）、0.10

g硫酸钴（CoSO4）、0.10g氯化钙（CaCl22H2O）、0.10g硫酸锌（ZnSO4）、0.01

g硫酸铜（CuSO45H2O）、0.01g硫酸铝钾（KAl(SO4)2）、0.01g硼酸（H3BO3）、

0.01g钼酸钠（Na2MoO42H2O）溶于水，用氢氧化钾（KOH）调节溶液pH为

7，定容至1000mL。此溶液在0℃~4℃可稳定保存1个月。

4.0.4阳极调节液：称取21.85g磷酸氢二钠（Na2HPO412H2O）、6.09g磷酸二

氢钠（NaH2PO42H2O）、0.10g碳酸氢钠（NaHCO3）溶于水中，加入12.5mL微

量元素（4.3），定容至250mL。此溶液在0℃~4℃可稳定保存1个月。

4.0.5阳极营养液：将葡萄糖（C6H12O6）和谷氨酸（C5H9NO4）在130℃干燥1

h，各称取0.15g溶于水中，加入250mL阳极调节液（4.0.4），用水定容至1000

mL。此溶液理论BOD5值为（210±20）mg/L，化学需氧量（CODCr）值为307.5

mg/L。此溶液现用现配。

4.0.6阴极液：称取21.85g磷酸氢二钠（Na2HPO412H2O）、6.09g磷酸二氢钠

（NaH2PO42H2O）溶于水，定容至1000mL。此溶液在0℃~4℃可稳定保存1

个月。

4.0.7盐酸溶液，c(HCl)=0.5mol/L：将40mL浓盐酸溶于500mL水中，定容

至1000mL。

4.0.8氢氧化钠溶液，c(NaOH)=0.5mol/L：将20.00g氢氧化钠溶于500mL水

中，冷却后定容至1000mL。

4.0.9纯氮气（≥99.99%）。

5

5仪器和设备

5.0.1恒温培养箱：30℃±0.5℃。

5.0.2微生物消解电池（MDC）：MDC阴极室体积在6mL~25mL范围内，阳极

室体积在3mL~12.5mL范围内，阴、阳极室之间用质子膜分隔，体积比为2:1。

阴极的支撑材料为防水碳布，并负载2.5mg/cm2Pt/C作为氧还原催化剂，阳极材

料为碳毡或碳布，阴、阳两极之间用1000Ω外电阻连接。

5.0.3电压采集系统：电压采集范围0V~1V，分辨率0.01mV。

5.0.4曝气装置。

6

6样品

6.1样品采集与保存

测定对象属于地表水，如河流、集中式饮用水源地、湖泊水库、排污河（渠）

等，或污水，如生活污水、工业废水等，可参考HJ/T91相关规定进行布点和采

样。测定对象属于地下水时，可参考HJ/T164进行采样。

样品的保存与管理应符合HJ493中的一般性规定。样品应在1℃~5℃的暗处

运输和保存，并于24h内尽快分析。24h内不能分析的，可冷冻保存1个月。冷冻

样品分析前需解冻和均质化。

6.2样品前处理

6.2.1样品均质化

经冷冻保存的样品，测定前需解冻。含有大量颗粒物的样品，测定前先将样

品自然沉淀，然后取上清液进行测定。

6.2.2样品稀释

稀释倍数可根据样品的总有机碳（TOC）、高锰酸盐指数（IMn）或化学需氧

量（CODCr）的测定值，按照表1列出的BOD-Q与总有机碳（TOC）、高锰酸盐指

数（IMn）或化学需氧量（CODCr）的比值R估计BOD-Q的期望值（R与样品的类型

有关）。

表1典型的比值R

总有机碳R高锰酸盐指数R化学需氧量R

水样的类型

（BOD-Q/TOC）（BOD-Q/IMn）（BOD-Q/CODCr）

未处理的废水1.2~2.81.2~1.50.35~0.65

生化处理的废水0.3~1.00.5~1.20.20~0.35

由表1中选择合适的R值，按式（1）计算BOD-Q的期望值：

BOD-Q’=R×Y（1）

式中：BOD-Q’——生化需氧量的期望值，mg/L;

Y——总有机碳（TOC）、高锰酸盐指数（IMn）或化学需氧量（CODCr）

的值，mg/L。

由估算出来的BOD-Q’确定样品的稀释倍数，使样品BOD-Q值不超过500

mg/L。

6.2.3样品pH调节

稀释好的样品用盐酸溶液（4.0.7）和氢氧化钠溶液（4.0.8）调节pH至6.8~7.2。

7

6.2.4待测试样制备

取6.2.3得到的样品75mL，用阳极调节液（4.0.4）定容至100mL，通入纯氮

气（4.0.9），曝气至溶解氧小于0.2mg/L，即为待测试样。

6.2.5空白试样制备

取75mL的水，用阳极调节液（4.0.4）定容至100mL，通入纯氮气，曝气至

溶解氧小于0.2mg/L，即为空白试样。

8

7分析步骤

7.1启动MDC

取接种菌源（4.2）驯化启动MDC。用接种菌源与阳极营养液（4.5）按10%

（v/v）的比例在阳极室连续接种培养5个周期，阴极室注满阴极液（4.6）。然后

用阳极营养液（4.5）培养驯化，当MDC的输出电压低于20mV时，更换阳极营养

液（4.5）。连续3个换液周期内，MDC的输出电压峰值均达到500mV，且偏差低

于10%，启动成功，可以开始用于BOD-Q的测定。

7.2清洗

阴极液（4.6）通入氮气（4.9），曝气至溶解氧小于0.2mg/L。排空已启动MDC

的阳极室内的溶液，并用曝氮气后的阴极液（4.6）浸润、清洗2-3次。换液过程

中应避免引入气泡。

7.3空白试样测定

排空清洗液，快速在MDC的阳极室加入空白试样（6.2.5），并记录加入的空

白试样体积V空白，阳极室内不能有气泡，阴极室加入阴极液（4.6）。将MDC置于

30℃恒温培养箱内，连接到电压采集系统，开始测定，系统每5min采集一次电

压数据U空白。连续5次采集的电压差值不高于1mV时，停止电压采集，测定结束。

7.4进样测定

排空空白试样，快速在MDC的阳极室加入待测试样（6.2.4），并记录加入的

待测试样体积V样，阳极室内不能有气泡，阴极室加入阴极液（4.6）。将MDC置

于30℃恒温培养箱内，连接到电压采集系统，开始测定，系统每5min采集一次

电压数据U样。当MDC的输出电压降低至最高输出电压的10%时，停止电压采集，

测定结束。

9

8结果计算与表示

MDC输出的电量按下列公式计算：

푈

퐼=（2）

푅

푡

푄=퐼푑푡（3）

∫0

式中：I——MDC输出电流，A；

U——MDC输出电压，V；

R——外电阻，1000Ω；

t——电压采集的时间，s；

空白试样的BOD-Q按下列公式计算：

8000×푄空白

BOD-Q空白=（4）

퐹×푉空白

式中：BOD-Q空白——空白试样生化需氧量质量浓度，mg/L；

Q空白——空白试样MDC产生的电量，C；

F——法拉第常数，96485C/mol；

V空白——空白试样体积，L；

样品的BOD-Q按下列公式计算：

푓1×8000×푄

BOD-Q=样（5）

푓2×퐹×푉样

BOD-Q——样品生化需氧量质量浓度，mg/L；

Q样——待测试样MDC产生的电量，C；

V样——待测试样体积，L；

f1——样品的稀释倍数；

f2——样品在待测液中所占的比例，0.75。

10

9准确度

对BOD5理论含量为5mg/L、20mg/L、50mg/L、75mg/L、105mg/L的标准

溶液，其分析结果如下：

实验室内相对标准偏差为：3.27%、2.84%、2.01%、2.32%、2.47%；

实验室内相对误差为：3.53%、2.77%、3.31%、0.51%、3.83%。

11

10质量保证和质量控制

空白试样的测定结果不能超过0.5mg/L，否则应检查可能的干扰来源。每一

批样品要求测定一个阳极营养液（4.5）的BOD-Q值，结果应在180~230mg/L范

围内，否则应该检查MDC的质量。

12

引用标准名录

1、《分析实验室用水规格和试验方法》GB/T6682

2、《水质生化需氧量（BOD）的测定微生物传感器快速测定法》

HJ/T86-2002

3、《地表水和污水监测技术规范》HJ/T91

4、《地下水环境监测技术规范》HJ/T164

5、《水质样品的保存和管理技术规定》HJ493

……

13

目次

1适用范围......................................................................................................2

2术语和定义..................................................................................................3

3方法原理......................................................................................................4

4试剂和材料..................................................................................................5

5仪器和设备..................................................................................................6

6样品..........................................................................................................7

7分析步骤......................................................................................................9

8结果计算与表示........................................................................................10

9准确度........................................................................................................11

10质量保证和质量控制................................................................................12

引用标准名录...........