tiểu luận chỉ tiêu bod trong phân tích môi trường

Việc xác định các chỉ số trong nước đánh giá tổng quan chất lượng môi trường nước ở khu vực khảo sát , từ đó đưa ra các tiêu chí bảo tồn hoặc các biện pháp xử lý ô nhiễm thích hợp, đem l

Mục lục

Mục lục 1

.1

BOD - NHU CẦU OXI HÓA SINH HỌC (BIOCHEMICAL OXYGEN DEMAND)

MỞ ĐẦU

Nước rất cần cho hoạt động sống của con người cũng như các sinh vật con người có thể nhịn đói đến 40-45 ngày mà vẫn sống, nhưng sẽ bị chết chỉ sau 4 ngày không có nước uống Con người cần nước ngọt cho ăn uống, sinh hoạt hằng ngày và quá trình sản xuất Nguồn nước quan trọng như vậy, nhưng hiện nay con người lại chính là nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước nặng nề nhất Con người thải ra các chất vô cơ hữu cơ , các loại hóa chất độc hại vào nguồn nước, gây ra những hậu quả nặng nề tới môi trường nước

Nhằm đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường nước, trong môn học “kĩ thuật quan trắc môi trường” chúng ta được tìm hiểu vấn đề quan trắc môi trường nước Đây là một vấn đề dành được nhiều sự quan tâm của toàn thể xã hội Việc xác định các chỉ số trong nước đánh giá tổng quan chất lượng môi trường nước ở khu vực khảo sát , từ đó đưa ra các tiêu chí bảo tồn hoặc các biện pháp xử lý ô nhiễm thích hợp, đem lại một môi trường nước an toàn trong sạch

Chỉ số BOD là một trong những chỉ số đưa ra để đánh giá mức độ ô nhiễm nguồn nước và khả năng tự làm sạch, chỉ số BOD biểu thị nhiều giá trị như: nồng độ oxi hòa tan trong nước, lượng chất hữu cơ dễ phân hủy hay mật

độ vi sinh vậy trong nước Chỉ số BOD có quyết định như thế nào trong việc đánh giá nguồn nước?

Dưới đây là bài tìm hiểu về BOD của nhóm 1 Mong rằng sau khi tham khảo bài tìm hiểu này , các bạn sẽ có cái nhìn tổng quát nhất về chỉ số BOD.

CHƯƠNG I.

KHÁI QUÁT CHUNG VỀ BOD

I Các khái niệm cơ bản.

a BOD : Nhu cầu ôxy sinh hóa hay nhu cầu ôxy sinh học Ký hiệu: BOD,

từ viết tắt trong tiếng Anh của Biochemical (hay Biological) Oxygen Demand,

là một chỉ tiêu sinh lý hóa quan trọng nhất của nước Mỗi loại nước cho các đối tượng cụ thể có yêu cầu giá trị BOD nhất định

BOD là lượng oxi cần thiết cho quá trình oxy hóa các chất hữu cơ trong nước bởi vi sinh vật có trong nước, trong nước khi xảy ra quá trình oxy hóa học, các vi khuẩn sử dụng oxy hòa tan trong nước vì vậy , xác định hàm lượng oxi hòa tan trong nước là rất cần thiết, nó là một chỉ tiêu đánh giá ảnh hưởng của các chất hữu cơ đến nguồn nước trong quá trình oxi hóa sinh học

b BOD5 : Là lượng oxi cần thiết trong 5 ngày đầu trong nhiệt độ 200C trong buồng tối để tránh ảnh hưởng của các quá trình quang hợp

c.Ứng dụng:

Sử dụng trong quản lý và khảo sát chất lượng nước cũng như trong sinh thái học hay khoa học môi trường giá trị BOD biểu thị 1 chỉ số cơ bản trong các chỉ tiêu quan trắc môi trường nước Giá trị BOD cao hay thấp sẽ biểu thị mức

độ ô nhiễm các hợp chất hữu cơ trong môi trường nước hay nói cách khác

BOD được coi như một “chất” chỉ thị về chất lượng của nguồn nước Từ các giá trị khảo sát nguồn nước, chúng ta có thể đánh giá chất lượng nguồn nước ,tìm hiểu, thiết kế xây dựng, đánh giá, kiểm tra quy trình xử lý nước sao cho phù hợp và đạt hiệu quả cao với mục đích sử dụng.

II Lịch sử BOD

Royal Commission on River Pollution (Ủy ban Hoàng gia về Ô nhiễm

Sông) được thành lập năm 1865 và sau đó là sự hình thành của Royal

Commission on Sewage Disposal (Ủy ban Hoàng gia về Loại bỏ Nước thải)

vào năm 1898 đã dẫn tới sự lựa chọn BOD5 vào năm 1908 như là thử nghiệm cuối cùng đối với ô nhiễm hữu cơ của các con sông Năm ngày đã được chọn như là khoảng thời gian thích hợp cho thử nghiệm, do nó được coi là thời gian dài nhất mà nước sông có thể chảy từ thượng nguồn tới cửa sông tại Vương quốc Anh Năm 1912, Ủy ban này cũng thiết lập tiêu chuẩn 20 ppm BOD5 như

là nồng độ tối đa cho phép của nước thải đã qua xử lý để đổ vào các con sông với điều kiện là ít nhất phải có tỷ lệ hòa loãng 8:1 cho dòng chảy vào thời gian

có thời tiết khô ráo Nó được đặt trong tiêu chuẩn nổi tiếng 20:30 (BOD:Các chất rắn huyền phù) + nitrat hóa đầy đủ, được sử dụng như là tiêu chuẩn so sánh tại Vương quốc Anh cho tới tận thập niên 1970 đối với chất lượng nước tuôn ra từ các công trình xử lý nước thải

III Bảng tiêu chuẩn so sánh giá trị BOD

* Giá trị giới hạn cho phép của các thông số và nồng độ ô nhiễm trong nước mặt:

TT Thông số Đơn vị Giá trị giới hạn

Cột A áp dụng đối với nước mặt có thể dùng làm nguồn nước cấp sinh hoạt

Cột B áp dụng với nước mặt làm với mục đích khác Nước dùng cho nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản có quy định riêng.

- Làm cơ sở tính toán kích thước các công trình xử lý.

- Xác định hiệu suất xử lý của 1 số quá trình

- Đánh giá chất lượng nước sau khi xử lý được phép thải vào các nguồn nước

II DO

2.1 Khái niệm:

DO: lượng oxy hòa tan trong nước cần thiết cho sự hô hấp của các thủy sinh.

Trong các chất khí hòa tan trong nước, oxy hòa tan đóng một vai trò rất quan trọng Oxy hòa tan cần thiết cho sinh vật thủy sinh phát triển, nó là điều kiện không thể thiếu của quá trình phân hủy hiếu khí của vi sinh vật Khi nước

bị ô nhiễm do các chất hữu cơ dễ bị phân hủy bởi vi sinh vật thì lượng oxy hòa tan trong nước sẽ bị tiêu thụ bớt, do đó giá trị DO sẽ thấp hơn so với DO bão hòa tại điều kiện đó Vì vậy DO được sử dụng như một thông số để đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu cơ của các nguồn nước DO có ý nghĩa lớn đối với quá trình tự làm sạch của sông (assimilative capacity - AC) Đơn vị tính của DO thường dùng là mg/l

2.2 Phương pháp xác định DO.

Có thể xác định DO bằng hai phương pháp:

- Phương pháp Winkler (hóa học)

- Phương pháp điện cực oxy hòa tan - máy đo oxy

- Phương pháp Winkler:

Cách tiến hành: Oxy trong nước được cố định ngay sau khi lấy mẫu bằng hỗn hợp chất cố định (MnSO4, KI, NaN3), lúc này oxy hòa tan trong mẫu sẽ phản ứng với Mn2+ tạo thành MnO2 Khi đem mẫu về phòng thí nghiệm, thêm acid sulfuric hay phosphoric vào mẫu, lúc này MnO2 sẽ oxy hóa I- thành I2 Chuẩn

độ I2 tạo thành bằng Na2S2O3 với chỉ thị hồ tinh bột Tính ra lượng O2 có trong mẫu theo công thức:

DO (mg/l) = (VTB x N/ VM ) x 8 x 1.000

Trong đó: VTB: là thể tích trung bình dung dịch Na2S2O3 0,01N (ml) trong các lần chuẩn độ

N: là nồng độ đương lượng gam của dung dịch Na2S2O3 đã sử dụng

8: là đương lượng gam của oxy

VM: là thể tích (ml) mẫu nước đem chuẩn độ

1.000: là hệ số chuyển đổi thành lít

- Phương pháp điện cực oxy hoà tan- máy đo oxy:

Đây là phương pháp được sử dụng rất phổ biến hiện nay Máy đo DO được dùng để xác định nồng độ oxy hòa tan ngay tại hiện trường Điện cực của máy

đo DO hoạt động theo nguyên tắc: dòng điện xuất hiện trong điện cực tỷ lệ với lượng oxy hòa tan trong nước khuếch tán qua màng điện cực, trong lúc đó lượng oxy khuếch tán qua màng lại tỷ lệ với nồng độ của oxy hòa tan Đo cường độ dòng điện xuất hiện này cho phép xác định được DO

III Chỉ số BOD5

Trong thực tế, người ta không thể xác định lượng oxi cần thiết để phân hủy hoàn toàn các chất hữu cơ bằng phương pháp sinh học, mà chỉ xác định lượng oxi cần thiết trong 5 ngày đầu ở nhiệt độ 200C trong bóng tối (để tránh hiện tượng quang hợp trong nước) Chỉ số này được gọi là BOD5 chỉ số này được dùng ở hầu hết các nước trên thế giới

Phần lớn các con sông còn nguyên sơ sẽ có BOD 5 ngày (kí hiệu là BOD5) là nhỏ hơn 1 mg/L Các con sông bị ô nhiễm ở mức độ nhẹ sẽ có giá trị BOD5 trong khoảng 2-8 mg/L Nước thải đô thị được xử lý có hiệu quả bằng công nghệ ba giai đoạn có thể có giá trị của BOD5 vào khoảng 20 mg/L Nước thải chưa xử lý thì có giá trị BOD5 không cố định, nhưng trung bình vào khoảng 600 mg/L tại châu Âu và khoảng 200 mg/L tại Hoa Kỳ hay tại các khu vực mà nó bị thấm lọc qua nước ngầm hay nước bề mặt Các giá trị nói chung của Hoa Kỳ thấp chủ yếu là do tại đây lượng nước tiêu thụ trên đầu người là cao hơn rất nhiều so với các khu vực khác của thế giới Bùn sệt từ các trang trại chăn nuôi bò sữa có giá trị BOD5 vào khoảng 8.000 mg/L còn thức ăn ủ thành xi lô có giá trị BOD5 vào khoảng 60.000 mg/L

Mức BOD (bằng ppm) Chất lượng nước

1 – 2 Rất tốt-không có nhiều chất thải hữu cơ

Dịch pha loãng được chuẩn bị ở chai miệng to Bão hòa oxi bằng cách thổi khí vào 1lit nước cất và lắc nhiều lần đến khi bão hòa oxi hòa tan sau đó thêm các dung dịch :

- 1ml dung dịch đệm phosphat pH = 7,2 (hòa tan 8,5g KH2PO4; 21,75g

K2PO4; 33,4g Na2HPO4.7H2O; 1,7g NH4Cl trong nước cất định mức 1lit)

- 1ml magie sunphat (hòa tan 2,25g MgSO4.7H2O trong 100ml nước cất)

- 1ml canxi clorua (hòa tan 2,75 CaCl2 trong 100ml nước cất)

- 1ml FeCl3 (hòa tan 0,25g FeCl3.6H2O trong nước cất dd 1lit)

3 2 Cách xác định BOD 5 (theo “Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học” -Lương Đức Phẩm)

- BOD trong khoảng 1-6mg O2/l không cần pha loãng

- 12mg O2/l pha loãng tỉ lệ 1:1 (1 phần nước + 1 phần dịch pha loãng)

- 30mg O2/l pha loãng tỉ lệ 1:4 (1 phần nước + 4 phần dịch pha loãng)

- 60mg O2/l pha loãng tỉ lệ 1:9 (1 phần nước + 9 phần dịch pha loãng)

- 300mg O2/l pha loãng tỉ lệ 2:98 (2 phần nước + 98 phần dịch pha loãng)

- 600mg O2/l pha loãng tỉ lệ 1:99 (1 phần nước + 99 phần dịch pha loãng)

- 1200mg O2/l pha loãng tỉ lệ 0,5:99.5 (0,5 phần nước + 99,5 phần dịch pha loãng).

Khi pha loãng cần hết sức chú ý không để oxi bị cuốn theo Mẫu nước (sau khi pha loãng) được cho vào hai chai phân tích BOD có dung tích 300ml, cho đầy, đậy nút kín 1 chai ủ 5 ngày trong bóng tối ở 200C 1 chai đem xác định

DO ở thời điểm ban đầu Chai ủ sau 5 ngày đem phân tích

Tính kết quả:

BOD5, mg O2/l =D1 D2

P

−

D1 lượng oxi hòa tan sau khi pha loãng ở thời điểm ban đầu phân tích (mg/l)

D2 lượng oxi hòa tan sau 5 ngày ủ ở 200C (mg/l)

P hệ số pha loãng; P = Thể tích mẫu nước đem phân tích/(thể tích mẫu nước đem phân tích cộng dịch pha loãng)

Trường hợp phải bổ sung vi sinh vật vào mẫu thử (có thể là nguồn nước

cống) để đảm bảo quá trình phân hủy các chất hữu cơ BOD5 tính theo công thức:

F tỉ số giữa thể tích dịch bổ sung vi sinh vật trong mẫu và trong đối chứng

F =%(ml) dịch bổ sung vsv trong D1/ %(ml) dịch bổ sung vsv trong B1

BOD5 rất thích hợp cho các nước ôn đới và bây giờ gần như là chỉ số chuẩn dùng để xác định sự ô nhiễm của nước, đặc biệt là nước thải, ở khắp trên thế giới hiện nay ở các nước có khí hậu nhiệt đới dùng chỉ số BOD3: mẫu được ủ ở 300C trong 3 ngày, phân tích DO ở thời điểm ban đầu và cuối khi ủ rồi tính ra BOD3 cũng có khi dùng chỉ số BOD20: ủ mẫu thử 20 ngày ở 200C

để tính ra nhu cầu oxi cho phân hủy 90-95% các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy trong nước

Ngiên cứu động học của phản ứng BOD đã chứng minh được rằng, hầu hết chúng là các phản ứng bậc 1 nên tốc độ phản ứng tỉ lệ với lượng chất hữu cơ trong nước Giả thiết Lt là hàm lượng BOD ứng với thời gian t và k là hằng số tốc độ phản ứng, khi đó có thể viết:

Mối quan hệ giữa k (cơ số e) và K (cơ số 10): K= 2,303k

Lượng BOD còn lại ở thời điểm t: Lt= Lo e-k.t (**)

Hằng số tốc độ k của phản ứng BOD là thông số biểu thị tốc độ phân hủy sinh học các chất hữu cơ và nước thải, vì khi k tăng, tốc độ phụ thuộc vào nhiều yếu tố: bản chất chất thải, khả năng phân hủy chất thải của vi sinh vật và nhiệt độ.

Tốc độ phân hủy sinh học chất thải tăng khi nhiệt độ tăng Để biểu thị mối quan hệ giữa nhiệt độ và hằng số tốc độ phản ứng k người ta thường sử dụng công thức sau: k= k20.θ (T-20)

Trong đó: k20 – hằng số tốc độ phản ứng ở nhiệt độ chuẩn 200C

k – hằng số tốc độ ở nhiệt độ T0C

θ – hệ số nhiệt độ ( thường lấy giá trị 1,047)

Ở trên ta đã giả thiết chỉ có quá trình oxi hóa sinh học phần Cacbon

trong chất thải , nhưng cũng có khả năng tăng thêm nhu cầu oxi sinh hóa do quá trình oxi hóa các hóa chất Nito Như vậy, thực tế đường cong BOD sẽ có 2 pha: pha C và N như trên hình 1.3 Điều cần chú ý là nhu cầu oxi hóa sinh hóa pha nito (NBOD) bắt đầu trong khoảng ngày thứ 5 – 8 Vì vậy quá trình nitrat hóa không ảnh hưởng tới kết quả trong thí nghiệm phân tích BOD5 Khi phân tích phản ứng oxi hóa các hợp chất chứa nito cho phép ta xác định lượng oxi tiêu tốn cho quá trình nitrat hóa

BOD biểu thị một cách gián tiếp lượng chất hữu cơ có trong nước có thể

bị phân hủy bằng vi sinh vật BOD được sử dụng rộng rãi trong kĩ thuật môi trường nhằm xác định gần đúng lượng oxi cần thiết để phân hủy các chất hữu

cơ bằng biện pháp sinh học có trong nước thải Đồng thời cũng dựa vào chỉ số này để tính toán được hiệu suất xử lý trong quá trình làm cơ sở cho tính toán nước sau xử lý rong quá trình, làm cơ sở cho tính toán thiết kế conng trình và tiêu chuẩn hóa nước thải (xem nước sau xử lý có thể đổ vào nguồn nước sử dụng hay không)

V Hạn chế trong quá trình xác định

Các phương pháp thử nghiệm đều có một số yếu tố khách quan ảnh hưởng Các xét nghiệm thường cho thấy kết quả khác nhau Ví dụ như “độc tính trong nước” Một số chất thải có chứa hóa chất có khả năng ức chế sự phát triển vi sinh vật hoặc hoạt động, bao gồm các chất thải công nghiệp, thuốc kháng sinh

sở làm sạch thương mại, khử trùng clo được sử dụng sau xử lý nước thải thông thường, và mùi kiểm soát các công thức được sử dụng trong chất thải vệ sinh những chất này gây ức chế sự sinh trưởng và phát triển vi sinh vật, nhu cầu oxy hóa các chất hữu cơ dễ phân hủy sẽ thấp hơn kết quả kiểm tra Hay là sự lựa chọn quần thể vi sinh vật phù hợp với môi trường nước.Thử nghiệm này dựa trên một hệ sinh thái vi khuẩn với các enzym có khả năng oxy hóa các vật liệu hữu cơ có sẵn Một số nước thải, chẳng hạn như nước thải sinh học, đã chứa một số lượng lớn vi sinh vật thích nghi với nước đang được thử nghiệm Một phần đáng kể chất thải có thể được sử dụng trong thời gian nhằm bảo ôn mẫu trước khi bắt đầu quá trình phân tích Mặt khác, chất thải hữu cơ từ các nguồn công nghiệp khác nhau có thể yêu cầu các enzyme đặc hiệu Quần thể

vi khuẩn từ các nguồn vi sinh vật mầm mống tiêu chuẩn có thể mất một số thời gian để sản xuất những enzyme đó Tóm lại:

- Yêu cầu vi sinh vật trong mẫu phân tích phải có nồng độ các tế bào sống

đủ lớn và các vi sinh vật bổ sung phải được thích nghi với môi trường

- Nếu nước thải có các chất độc hại phải xử lý sơ bộ loại bỏ bớt các chất

đó, sau đó mới có thể tiến hành phân tích, đồng thời cần chú ý giảm ảnh hưởng trong các vi khuẩn nitrat hóa

- Thời gian phân tích quá dài ( 5 hoặc 3 ngày) Vì vậy, trong nghiên cứu hoặc trong giám satsquas trình xử lý người ta cần xác định hệ số tỉ lệ giữa COD và BOD rồi tiến hành phân tích COD trong quá trình

6 Những điểm chú ý trong việc xác định BOD:

6.1 Điều kiền cần phải thực hiện để có kết quả phân tích BOD chính xác?

5 điều kiện ảnh hưởng tới kết quả phân tích BOD:

- Các chất độc hại đối với VSV

- pH và điều kiện thẩm thấu phải thích hợp

- Chất dinh dưỡng

- Nhiệt độ

- Seed ( Vi sinh vật được bổ sung trong pt BOD)

6.2 Điều kiện thỏa mãn quá trình pha loãng mẫu nước để xác định BOD:

- Nước không chứa tảo và vi khuẩn Tốt nhất là nước cất

- pH nước khoảng 6.5 – 8.5

- Điều kiện thẩm thấu thích hợp được duy trì bằng K3PO4 và Na3PO4

- Nước pha loãng phải đồng nhất và không chứa Nitơ

- Nước pha loãng phải được sục khí cho đến khi bão hòa ôxy

6.3 Mục đích của việc cho các chất sau vào trong quá trình phân tích BOD:

- FeCl3 : Keo tụ các chất rắn lơ lửng

- MgSO4: có tác dụng khử cứng

- K2HPO4 : Dinh dưỡng cho Vi sinh vật

- NH4Cl: Dinh dưỡng cho Vi sinh vật

- CaCl2 : Dinh dưỡng cho Vi sinh vật

6.4 Giải thích tại sao 1 mẫu nước song có nhiệt độ thấp hơn 20 o C cần phải xử lý sơ bộ trước khi phân tích BOD?

Nếu nước có nhiệt độ thấp hơn 20o sẽ ngăn cản sự hoạt động của VSV Nếu lớn hơn 20o sẽ xảy ra hiện tượng quang hợp do sự phát triển của tảo làm sai