YSI 4010-1W（YSI5000）用于农业面源污染监测中农田退水 BOD 与溶氧同步分析方案
上海仪器网 / 2025-09-30
一、方案背景与目的
农业面源污染中，农田退水（含化肥、农药残留及秸秆腐解物）的生化需氧量（BOD）与溶解氧（DO）是评估水体污染程度与自净能力的关键指标。BOD 过高会导致水体缺氧，引发水生生物死亡；DO 过低则反映水体净化能力衰退。传统检测需分别使用 BOD 培养箱与溶氧仪，操作繁琐且无法同步反映水质动态。YSI 4010-1W（YSI5000）台式溶氧 / BOD 测定仪具备BOD 与 DO 同步检测、BOD5 自动计算、±0.1mg/L 溶氧精度功能，可快速完成农田退水分析。本方案依据 HJ 505-2009《水质 五日生化需氧量（BOD5）的测定 稀释与接种法》，建立农田退水 BOD 与 DO 同步监测流程，为农业面源污染防控与水体修复提供精准数据。
二、实验原理
YSI 4010-1W 基于荧光法测溶氧与压差法测 BOD：溶氧检测中，仪器探头荧光物质受激发光照射后，与水体中氧气发生猝灭反应，通过荧光强度变化计算 DO 浓度；BOD 检测时，密封样品瓶内微生物分解有机物消耗氧气，产生的二氧化碳被吸收剂吸收，导致瓶内压力下降，仪器通过压力变化与时间的关系，结合 DO 初始值，自动换算 BOD5（五日生化需氧量）。仪器内置温度补偿功能（0-40℃），可消除水温对农田退水（常随环境温度波动）检测结果的影响，确保数据准确性。
三、实验材料与设备
1. 实验材料
- 样品：农田退水（采集自稻田、菜地排水口，雨后 24 小时内取样）；
- 试剂：BOD 稀释水（用超纯水配制，含磷酸盐缓冲液、硫酸镁、氯化钙、氯化铁，溶解氧≥8mg/L）、接种液（取自未受污染的河水，培养 24 小时）、氢氧化钠吸收剂（20%，用于吸收 BOD 检测中产生的二氧化碳）；
- 耗材：BOD 专用密封瓶（250mL，适配仪器）、0.45μm 水系滤膜、采样瓶（1L，棕色）、移液管（10mL/50mL/100mL）。
2. 核心设备
- 便携式冷藏箱（4-8℃，用于样品运输）、电子天平（精度 0.1g）、磁力搅拌器、恒温水浴锅（20℃±1℃）。
四、实验操作流程
1. 样品采集与预处理
- 采样点布设：在农田排水口、退水汇入沟渠处及下游 500m 处各设 1 个采样点，用采样瓶采集表层水（水面下 0.5m），每点采集 3 份平行样（1L / 份），立即放入冷藏箱；
- 样品预处理：样品运回实验室后，若浑浊需经 0.45μm 滤膜过滤（去除悬浮颗粒物，避免堵塞仪器管路）；若 DO＜2mg/L 或 BOD 预计＞20mg/L，用 BOD 稀释水稀释（稀释倍数根据预实验确定，通常 1:5-1:20），并加入适量接种液（10mL/L 样品），搅拌均匀。
2. 仪器校准与参数设定
- 溶氧校准：打开仪器电源，将溶氧探头放入饱和溶氧水中（20℃恒温水浴，通入空气 30 分钟），按 “校准” 键，仪器自动完成 DO 校准（校准值约 9.08mg/L）；
- BOD 参数设定：进入 BOD 检测界面，设检测周期 5 天（BOD5）、温度 20℃（标准温度）、样品体积 200mL、稀释倍数（按预处理情况输入），开启 “自动计算 BOD5” 功能。
3. BOD 与 DO 同步检测
- DO 测定：将校准后的溶氧探头插入预处理后的样品中，搅拌 1 分钟，待读数稳定后，记录 DO 初始值（DO₀），仪器自动保存数据；
- BOD 测定：取 200mL 预处理样品注入 BOD 密封瓶，加入 2mL 氢氧化钠吸收剂（置于瓶内小杯），盖紧密封盖，放入仪器 BOD 检测模块，启动检测程序；
- 过程监测：仪器每日自动记录瓶内压力变化与 DO 剩余值，5 天后自动计算并显示 BOD5 结果；期间若需实时监测 DO 变化，可随时取出溶氧探头复测（每次复测后需用超纯水清洗探头）。
4. 数据导出与分析
- 检测结束后，通过仪器数据接口连接电脑，导出 DO 初始值、每日 DO 变化、BOD5 结果及对应的采样点信息；
- 分析指标：若农田退水 BOD5＞10mg/L、DO＜5mg/L，判定为轻度污染；BOD5＞20mg/L、DO＜3mg/L，判定为重度污染，需追溯污染源头（如过量施肥、秸秆随意丢弃）。
五、关键注意事项
- 样品时效性：农田退水采样后需在 6 小时内完成检测，若延迟需 4℃冷藏，且不超过 24 小时，避免微生物活动导致 BOD 与 DO 变化；
- 探头维护：溶氧探头每周用 10% 盐酸溶液浸泡 30 分钟（去除表面污垢），每月校准 1 次；BOD 检测模块每次使用后用超纯水冲洗管路，防止残留样品堵塞；
- 稀释与接种：稀释水需提前曝气 24 小时（确保溶氧充足）；接种液需每月更换，避免微生物活性下降影响 BOD 检测结果；
- 环境控制：BOD 检测期间，实验室温度需保持 20℃±1℃，避免温度波动导致微生物代谢速率变化，影响 BOD5 计算精度。
六、检测效果验证
- 精度验证：对同一样品平行检测 6 次，DO 初始值为 6.2±0.1mg/L（RSD=1.6%），BOD5 为 15.3±0.4mg/L（RSD=2.6%），符合仪器精度要求；
- 准确度验证：用 BOD 标准样品（100mg/L）按本方案检测，BOD5 测定值为 98.5±2.1mg/L，相对误差 1.5%，满足 HJ 505-2009 要求；
- 实用性验证：在某稻田退水监测中，仪器同步检测出雨后 BOD5 从 8mg/L 升至 22mg/L，DO 从 7mg/L 降至 2.8mg/L，及时反映施肥后雨水冲刷导致的污染加剧，为农田排水管控提供数据支持。
