생물학적 산소요구량
(BOD : Biochemical oxygen demand)      

 1.    실험목적/정의

• 용존산소의 존재하에 수중의유기물을 호기성 미생물이 분해할 때 소모되는 산소량
  (20℃, 5일간 소비되는 산소량)
   
• 수질오염의 대표적인 지표항목, 유기물의 양을 간접적으로 측정
   
• 자정능력의 추정, 생물처리의 가능성 검토,수계의 산소 수지 추정
  
  
• 용존산소를 소모시켜 수질을 악화
   
• 호소 및 해역에서는 적용되지 않는다.
  *유기물 : 분해성 유기물, 비분해성 유기물
  

        수질 환경 기준        (하천)

상수원수 1급	상수원수 2급	상수원수 3급
1 mg/L이하	3 mg/L이하	6 mg/L이하

2.  시험법

적용-5일동안 소모되는 산소의 양이 BOD값으로 환산해서 7mg/L를 넘지 않는 시료에 대하여
희석할 필요가 없으며, 그대로 폭기하여 시험초기의 용존산소 수준이 포화농도에 가깝게 되도록 하면 된다.

정의 : BOD의 희석 측정법(dilution method)은 유기물질의 생화학적 분해속도는 그 순간에 존재하는 산화 안 된 물질의 양에 정비례 한다는 기본개념을 바탕으로 하는 것이다. 즉 희석한 폐수에서 이용되는 산소의 비율은 희석수 중의 폐수의 함량 백분율에 정비례한다. 예를 들면
10% 폐수를 함유한 시료는 1/10의 비율로 산소를 이용하게 된다.
생물학적 정량법에서는, 작용하는데 필요한 것을 방해하는 모든 환경요인과 영양소의 요인들을 제어하는 것이 중요하다. BOD분석에서는 유기물질이 생물학적으로 안정화되는 속도에 영향을 미치는 모든 것이 철저히 제어되어야 하고, 매 시험에서의 재현성이 높게 유지되어야 함을 뜻한다.

 

1. 중요한 사항
   독성물질이 없을 것, 알맞은 pH가 유지될 것, 이용 가능한 보조영양원들이 존재할 것, 표준온도를 유지할 것, 토양기원(soil origin)의 혼합생물(mixed organism)의 충분한 개체군이 존재할 것.
   BOD시험에 대상이 되는 폐기물의 종류는 미생물이 없는 산업폐수로부터 미생물이 풍부한 가정하수에 이르기까지 매우 다양하다. 산업폐수는 대부분 BOD가 대단히 높으며, 따라서 산소의 한정된 용해도에 따른 요건에 맞추기 위해서는 매우 높은 희석율을 적용하여야 한다. 가정하수에는 질소, 인과 같은 보조 영양원소들이 충분히 포함되어 있으나, 대부분의 산업폐수는 이 원소들 중, 한 가지가 또는 둘 모두가 결핍되어 있다.
   이와 같은 제한 요인들로 인하여 BOD분석에 사용하는 희석수(dilution water)로 분석대상인 시료가 갖지 못한 인자들을 보상해 주어야 한다. 이와같은 제한요인들이 항상 밝혀져 있는 것은 아니므로, 모든 유연성에 대비할 수 있는 희석수를 사용하는 것이 안전하다. 그러나 가정 하수만을 분석할려고 할 때는 이와같은 준비는 불필요하며 바람직하지도 않다.
   
   

• 시약
  
   
  1. 완충액(A액)
     
     인산일수소칼륨(K₂HPO₄) 21.75g, 인산이수소칼륨(KH₂PO₄) 8.5g,
     인산일수소나트륨(Na₂HPO₄ㆍ12H₂O)44.6g및 염화암모늄(NH₄Cl) 1.7g을 정제수로 녹여 1L로 한다. 이완충액의 pH값은 7.2를 나타낸다.
      
  2. 황산마그네슘용액(B액)
     
     황산마그네슘(MgSO₄ㆍH₂O) 22.5g을 정제수로 녹여 1L로 한다.
      
  3. 염화칼슘용액(C액)
     
     염화칼슘(CaCl₂) 27.5g을 정제수로 녹여 1L로 한다.
      
  4. 염화제이철 용액(D액)
     
     염화제이철(FeCl₃ㆍ6H₂O) 0.25g을 정제수로 녹여 1L로 한다.
      
  5. 희석수
     
     희석수의 조제에 쓰이는 물은
     (1)생물의 증식을 방해하는 물질(동, 잔류염소, 수산화알칼리)이 함유되어서는 안되며
     (2)용존산소가 포화될 것
     (3)pH값이 7.2로 완충되어 있을 것-배양중에 발생하는 탄산,질산,또는다른 산에 의해 값이    변할 수 있으므로      완충제 첨가)
     (4)호기성 미생물의 정상적 발육에 필요한 미량성분(칼슘,마그네슘, 철,질소,인산등)을    포함해야한다.
     
     따라서 이 조건을 만족시키기 위해 미리 20℃로 유지시킨후 폭기하고, 정치한 정제수를 취한다음 정제수 1L당 A액, B액, C액, D액,을 각각 1ml의 비율로 넣는다.  
      
  6. 식종희석수
     
     검수에 호기성 미생물이 존재하지 않을 경우, 또는 충분하지 않을 경우는 희석수에 호기성 미생물을 첨가한 것을 사용한다. 식종(seeding)은 통상 희석수 1L에 대해 실온에서 24-36시간 정치한 하수의 1-10ml, 하천수 10-50ml를 가하는 것이 적당하다. 식종희석수는 사용 당일 제조한다. 식종은 시료에 하지 않고 희석수에 행하는 것이다. 시험할 때는 식종희석수의 BOD를 측정하여 그 값을 식종희석검수의 BOD에서 뺀 것이 되므로 식종희석검수에 미량의 이물질이 있어도 그것이 독성이 없어 용존산소정량에 장해가 안되는 한 지장이 없다.
     공장배수의 BOD측정에는 일반하수를 사용하는 것보다 그 배수의 방류를 받는 하천의 방류지점보다 상당히 떨어진 하류의 물, 또는 배수에서 배양된 특종의 식종물질을 쓰는 것이 좋다.(그 배수를 정화할 특수한 생물상이 발생할 수 있으므로)
      
  7. 황산(1+35)
     
     
  8. 수산화나트륨용액(4w/v%)
      
  9. 요오드화칼륨(10w/v%)
      
  10. 용존산소측정용 시약
      
       
  11. 배양병
      
      BOD분석에 사용하는 병에는 유리마개가 갖추어져 있어야 하며, 마개를 끼울 때 공기가 잡혀 들어가지 않도록 접촉부분이 연마(grind)되어 있어야 한다. 배양기간중 병속으로 공기가 들어 가지 못하도록 병은 수밀봉(water seal)할 수 있는 형태의 것이라야 한다. 
      
      BOD분석에 사용되는 병은 반드시 유기물질이 완전히 제거된 것이어야 한다. 병의 세척에는 크롬산 용액이나 양질의 세제를 사용하는 것이 가장 좋다.세제를 사용 했을 때는 병의 벽에서 자라나기 쉬운 질산화 생물들이 제거되도록 뜨거운 물로 씻어내야 한다.
      
      병은 사용하기 전에 세척제가 모두 제거 되었는지를 주의 깊게 확인하여야 한다. 보통은 수돗물로 네 번을 씻어내고 마지막으로 물나 탈염수(demineralized water)로 씻어내면 안심하고 사용할 수 있다.
       

• BOD계산

   

  *식종하지 않은 BOD : BOD(㎎/L)= *식종희석수를 사용한 시료의 BOD : BOD(㎎/L)=

   D₁ : 희석(조제)한 검액(시료)의 15분간 방치한 후의 DO(㎎/L)

  D₂ : 5일간 배양한 다음의 희석(조제)한 검액(시료)의 DO평균치(㎎/L)

  B₁ : 식종액의 BOD를 측정할 때 희석된 식종액의 배양전의 DO(㎎/L)

  B₂ : 식종액의 BOD를 측정할 때 희석된 식종액의 배양후의 DO(㎎/L)

  f : 시료의 BOD를 측정할 때 희석시료중의 식종액 함유율(x%)에 대한 식종액의 BOD를 측정할   때 희석한 식종액 중의 식종액 함유율(y%)의 비(x/y)

  P : 희석시료 중 시료의 희석배수(희석시료량/시료량)

 3.  전처리방법 

1. 산성 또는 알칼리성 시료
   
   미생물 생존환경(pH 7 정도)으로 유지
   pH가 6.5~8.5의 범위를 벗어나는 시료는 염산(1+1) 또는 4%수산화나트륨용액으로 시료를 중화하여 pH 7로 한다. 다만 이때 넣어주는 산 또는 알칼리양이 시료량의 0.5%가 넘지 않도록 하여야 한다.
   
   
    
2. 잔류염소가 함유된 시료(다시 연구)
   
   시료 100㎖에 아지드화나트륨 0.1g과 요오드칼륨 1g을 넣고 흔들어 섞은 다음 유리된 요오드를 전분지시약을 사용하여 아황산나트륨(0.025N)으로 액의 청색이 무색으로 될 때까지 적정하여 얻은 아황산나트륨용액(0.025N)의 소비㎖를 남아 있는 시료의 양에 대응하여 넣어 준다. 일반적으로 잔류염소가 함유된 시료는 BOD용 식종 희석수로 희석하여 사용한다.
   
   
    
3. 용존산소가 과포화된 시료(겨울철 시료채취시)
   
   수온이 20℃이하이거나 20℃일때의 용존산소 함유량이 포화량 이상으로 과포화되어 있을 때에는 수온을 23~25℃로 하여 15분간 통기하고 방냉하여 수온을 20℃로 한다.
   
   
    
4. 시료는 시험하기 바로 전에 온도를 20±1℃로 조정한다.특히 겨울철 시료의 온도가 너무 낮아서 배양도중 과포화된 공기가 배양병에 나타나 실험을 실패하는 경우가 많이 있다.전열기등을 사용하여 시료의 온도를 유지시켜 실험에 임해야 한다.  
   
    1) 시료는 시험하기 바로 전에 온도를 20±1℃로 조정한다.

4.   관련 기기 분석방법

DO meter    배양병

5.   적용시료

•  
  직접법 : BOD₅가 7mg/L를 넘지 않는 시료, 대부분의 강물
   
•  
  희석법 : 미생물이 없는 산업폐수,
               미생물이 풍부한 가정하수(다양) 

6.   유의사항

공장폐수나 혐기성 발포의 상태에 있는 시료는 호기성 산화에 필요한 미생물을 식종하여야 한다