Tìm hiểu ý nghĩa của chỉ số BOD trong xử lý nước thải

Chỉ số BOD (Biological Oxygen Demand) là thước đo lượng oxy cần thiết để oxy hóa sinh hóa hiếu khí (oxy hóa với sự tham gia của hệ vi sinh vật hiếu khí) để ổn định và loại bỏ các chất hữu cơ trong nước thải trong một khoảng thời gian xác định. BOD được tính bằng mg/l hay g/m3. Trong bài viết dưới đây, chúng ta cùng tìm hiểu ý nghĩa của chỉ số BOD trong xử lý nước thải.

1. Ý nghĩa của chỉ số BOD trong xử lý nước thải

BOD giúp đánh giá chất lượng nguồn nước thải: BOD thể hiện sự tồn tại của lượng oxy hòa tan trong nước và biểu thị mức độ phân hủy của các hợp chất hữu cơ trong môi trường nước. Nhờ vậy, các chuyên gia đánh giá được mức độ ô nhiễm của nguồn nước thải.

Đánh giá mức độ sống của vi sinh vật hữu cơ: Chỉ số BOD còn giúp nhận biết mức độ sống của các vi sinh vật hữu cơ trong nước thải nhờ vào quá trình phân hủy vật chất hữu cơ diễn ra theo phản ứng:

Chất hữu cơ + O2 --- > Tế bào mới + sản phẩm trung gian + H2O + CO2

Đánh giá nước thải có đạt chuẩn hay không: Căn cứ vào các chỉ số BOD đo lường được, người ta sẽ xác định được mức độ ảnh hưởng đến môi trường và đề xuất các phương án xử lý tối ưu.

2. Xác định BOD trong nước thải bằng cách nào?

Căn cứ vào đại lượng BOD có thể đánh giá được mức độ nhiễm bẩn của nước thải và nguồn nước bởi các chất hữu cơ (ở dạng keo, hòa tan và lơ lửng không lắng được). BOD càng lớn thì nước thải (hoặc nước nguồn) bị nhiễm bẩn hữu cơ càng cao và ngược lại.

BOD5 được xác định bởi lượng oxy tiêu thụ sau 5 ngày nuôi cấy ở nhiệt độ 20 độ C. Mẫu thử được tiêu chuẩn hóa và tất nhiên phải có vi sinh vật trong đó như nước thải sinh hoạt, nước sông, nước ở nhà máy xử lý nước thải.

Thời gian cần thiết để thực hiện quá trình oxy hóa sinh hóa phụ thuộc vào nồng độ bẩn của nước thải. Thời gian đó có thể là 1,2,3,5…, 20 ngày đêm hoặc lâu hơn nữa (và ký hiệu BOD1, BOD2, BOD3,…). Tuy nhiên, mức độ oxy hóa các chất hữu cơ không đều theo thời gian. Thời gian đầu, quá trình oxy hóa xảy ra với cường độ mạnh hơn và sau đó giảm dần.

Ví dụ đối với nước thải sinh hoạt và nước thải của một số ngành công nghiệp có thành phần giống với nước thải sinh hoạt thì lượng oxy tiêu hao để oxy hóa các chất hữu cơ trong vài ngày đầu chiếm 21%, qua 5 ngày đêm chiếm 87% và qua 20 ngày đêm chiếm 99%. Trong thực tế, quá trình oxy hóa đạt 1005 phải có một thời gian dài khoảng 100 ngày đêm, bởi vậy người ta quy ước BOD toàn phần (BODTP) là BOD20.

Để kiểm tra quá trình làm việc của các công trình xử lý nước thải, người ta thường dùng BOD5. Oxy hóa là một quá trình diễn ra chậm. Vè lý thuyết, quá trình diễn ra trong khoảng thời gian vô định để hoàn thành phản ứng đến cùng. Với khoảng thời gian 20 ngày sẽ oxi hóa được khoảng 95 – 99% lượng chất hữu cơ chứa cacbon. Với khoảng thời gian 5 ngày, tức là xác định BOD5, sẽ oxy hóa được 60 – 70% lương chất hữu cơ. Đối với nước thải sinh hoạt: BOD5 = 0,68 BOD20.

BOD20 của nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào tiêu chuẩn thoát nước. Tiêu chuẩn thoát nước càng cao thì BOD20 của nước thải càng nhỏ.

3. Quá trình nitrat hóa khi phân tích BOD

Những chất không chứa cacbon như amoni tạo thành trong quá trình thủy phân protein. Hai nhóm vi khuẩn tự dưỡng có khả năng oxy hóa amoni thành nitrit và nitrat. Các phản ứng được biểu thị như sau:

NH3 + O2 ---- nitrosomonas ---- >HNO2 + H2O

HNO2 + O2 ----nitrobacter---- > HNO3

NH3 + 2O2 ----- > HNO3 + H2O

Nhu cầu oxy để oxy hóa amoni thành nitrat gọi là nhu cầu oxy sinh hóa nitơ (NBOD). Vì tốc độ nhân đôi (sinh trưởng) của vi khuẩn nitrat hóa khá chậm, thường là 6 – 10 ngày để chúng đạt tới số lượng đủ để tiêu thụ oxy đã đo được. Tuy nhiên nếu số lượng vi khuẩn nitrat hóa đủ ngay từ đầu thì sự giao thoa cộng hưởng do quá trình nitrat hóa sẽ rất đáng kể.

Khi diễn ra quá trình nitrat hóa trong phân tích BOD thì việc nội suy các số liệu vận hành nhà máy xử lý nước thải sẽ có thể dẫn tới sai sót. Ví dụ giả sử rằng BOD của nước ra sau quá trình xử lý sinh học là 20mg/l khi không diễn ra nitrat hóa và 40mg/l khi có diễn ra nitrat hóa. Nếu nước thải vào nhà máy xử lý nước thải có BOD = 200mg/l và khi đó hiệu quả khử BOD được báo cáo là 90 và 80% tương ứng với không có và có nitrat hóa. Như vậy nitrat hóa có diễn ra. Do đó có thể kết luận rằng quá trình xử lý không tốt. Trong khi đó thực tế lại xảy ra rất tốt.

4. Khi xác định BOD trong nước thải cần lưu ý điều gì?

Khi xác định BOD trong nước thải có nhiều yếu tố cần lưu ý, dưới đây là một số vấn đề bạn nên quan tâm:

• Mẫu tránh tiếp xúc với không khí;
• Nếu mẫu nước ô nhiễm nặng thì cần pha loãng;
• Duy trì điều kiện môi trường thích hợp như độ pH, nhiệt độ, loại bỏ các chất độc hại
• Bổ sung dinh dưỡng như Nitơ, Photpho.

Hy vọng những thông tin trong bài viết giúp Quý bạn đọc hiểu hơn về ý nghĩa của chỉ số BOD trong xử lý nước thải. Môi Trường Hợp Nhất rất hoan nghênh mọi ý kiến đóng góp từ Quý bạn đọc, hãy để lại ý kiến dưới phần bình luận nếu bạn có thắc mắc cần giải đáp hoặc góp ý về nội dung nhé!

5. Tài liệu tham khảo (Reference material)

Trong bài viết chúng tôi có sử dụng tài liệu tham khảo từ một số nguồn, cảm ơn các tác giả đã cung cấp thông tin để chúng tôi hoàn thành nội dung này:

1. Sách Xử lý nước thải (wastewater treatment), tác giả GS. TS. Lâm Minh Triết – GS. TS. Trần Hiếu Nhuệ;
2. Tài liệu Bộ phận Công nghệ - Công ty Môi trường Hợp Nhất;
3. Một số hình ảnh minh họa sưu tầm từ Internet.