TIỂU LUẬN PHÂN TÍCH DO VÀ BOD

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TPHCM KHOA MÔI TRƯỜNG LỚP: 10CMT Đề tài: PHÂN TÍCH DO VÀ BOD GVHD: TS Tơ Thị Hiền Danh sách thành viên nhóm 1: Nguyễn Hữu Cường Nguyễn Hữu Danh Nguyễn Thị Hương Giang Lê Kiều Thúy Hằng Bạch Phi Hân 1022040 1022043 1022074 1022090 1022093 MỤC LỤC A OXY HÒA TAN (DISSOLVED OXYGEN – DO) I Giới thiệu Khái niệm Sự thay đổi DO nước Chỉ tiêu DO Quy chuẩn Việt Nam II Phuơng pháp xác định DO nước Phương pháp điện cực oxy hòa tan – máy đo oxy Phương pháp Winkler B NHU CẦU OXY SINH HÓA (BIOCHEMICAL OXYGEN DEMANDED – BOD) I Giới thiệu Khái niệm Chỉ tiêu BOD Quy chuẩn Việt Nam II Phương pháp xác định BOD nước Phuơng pháp pha loãng Phương pháp áp kế (phương pháp BOD Trak) A OXY HÒA TAN (DISSOLVED OXYGEN – DO) I GIỚI THIỆU Khái niệm Hàm lượng oxy hòa tan (Dissolved oxygen – DO) lượng oxy hòa tan nước, tính đơn vị mg/L, có nguồn gốc từ hòa tan từ khí quang hợp tảo Nồng độ bão hòa oxy nước nhiệt độ cho trước tính theo định luật Henry (xem ví dụ 4.4) Nồng độ thường nằm khoảng – 15 mg/L nhiệt độ thường Ví dụ 4.4 DO mẫu nước xác định 3.8 mg/L Nhiệt độ mẫu 15 ° C áp suất khí 760 mmHg Tính phần trăm bão hòa DO mẫu nước, biết số Henry khí oxy 150C 1.5 x 10-3 mol/L.atm Giả sử mẫu nước có độ mặn thấp 100 mg/L khơng ảnh hưởng đến hòa tan oxy nước Giải Hằng số Henry tính theo cơng thức: KH = [O2.H2O]/pO2 = 1.5 x 10-3 mol/L.atm Trong [O2.H2O] nồng độ oxy hòa tan trạng thái cân với ơxy khí (tức DO độ bão hòa) pO2 áp suất riêng phần oxy bầu khí Từ suy ra: [O2.H2O] = KH x pO2 Biết áp suất khí 760 mmHg (tương đương atm), nồng độ oxy khơng khí 20.95 %, áp suất riêng phần oxy 0,2095 atm đó: [O2.H2O] = (1.5 x 10-3) x 0.2095 = 3.14 x 10-4 mol/L khối lượng phân tử O2 32: O2 bão hòa = (32 x 3.14 x 10-4 ) x 1000 = 10.05 mg/L Do đó, phần trăm độ bão hòa mẫu nước = 100 x 3.8/10.05 = 37.8 (%) Q trình ơxi hóa chất hữu tiêu thụ ơxy hồ tan nước (DO) Nếu nước ô nhiễm, ôxy hoà tan thấp, vi sinh vật kỵ khí chiếm ưu phân huỷ chất hữu thành NH3, H2S (mùi hôi thối), CH4 (dễ cháy) làm cho nước giảm khả tự làm Nước uống có DO nhỏ 80% mức bão hòa gây mùi, vị khó chịu Ảnh hưởng lớn DO nhu cầu hơ hấp lồi thuỷ sản Nhu cầu oxy cần thiết cho sinh vật nước thay đổi tùy theo loài tùy thuộc giai đoạn sinh trưởng Nhìn chung đánh sau:    DO = – mg/L: đáp ứng đủ cho sinh trưởng DO < mg/L: gây căng thẳng, ăn mồi giảm dễ bị nhiễm bệnh DO < mg/L: gây chết cá Tiêu chuẩn chất lượng nuôi cá FAO quy định nồng độ DO nước phải cao mức 50% bão hòa tức cao mg/l 25oC Ở vùng nhiệt đới, giới hạn vào khoảng 3,8 mg/L Trong nước mặt, DO chịu nhiều ảnh hưởng trình như:     Quá trình phân hủy chất hữu làm giảm DO Sự thâm nhập từ khơng khí (chậm) cụ thể tốc độ dòng, tốc độ gió, khuấy trộn làm tăng DO Quá trình hơ hấp làm giảm DO Q trình quang hợp rong tảo làm tăng DO Kết trình DO thay đổi theo độ sâu theo thời gian ngày Tầng nước mặt giàu oxygen trình quang hợp tiếp xúc khơng khí, tầng đáy có oxygen vật chất hữu tích tụ phân hủy Trong ao hồ giàu dinh dưỡng, thực vật phát triển mạnh, DO thấp gần sáng 3-6h (DO~0 mg/L) cao lúc trưa 14-16h (DO~200%) Về chất, khả ơxygen hồ tan nước phụ thuộc đại lượng vật lý độ mặn, nhiệt độ áp suất khí Giá trị DO bão hòa tỉ lệ nghịch với độ mặn, nhiệt độ; tỉ lệ thuận với áp suất khí nên ngồi đơn vị mg/l, người ta thường đo DO theo % so với mức bão hồ để so sánh, đánh giá chất lượng nguồn nước Ở nhiệt độ 26 – 28oC, độ mặn 0‰ DO bão hồ khoảng 7.9 – 8.1 mg/L, độ mặn 35‰ DO bão hoà khoảng 6.4 – 6.6 mg/L Sự thay đổi DO nước Ở vùng khí hậu ơn đới, nồng độ oxy hòa tan có xu hướng giảm tháng mùa hè tỷ lệ phản ứng sinh hóa tăng với gia tăng nhiệt độ dòng chảy có xu hướng yếu Ở hồ có phân tầng nhiệt (thermally stratified lakes) có thay đổi đặc trưng DO theo chiều sâu hồ qua mùa khác (Hình 4.7) Theo nhiệt độ, nước hồ phân thành khu vực: epilimnion (tầng nước ấm phía – tầng mặt), thermocline (tầng chuyển tiếp) hypolimnion (tầng nuớc lạnh phía – tầng sâu) Tầng mặt có hàm lượng DO cao nhờ q trình hòa tan oxy khí q trình quang hợp tạo oxy lồi thực vật Nếu hồ có sinh vật sinh sống (nghèo sinh khối), số lượng mảnh vụn hữu luợng tiêu thụ oxy tầng sâu thấp Trong trường hợp đó, nước hồ có hàm lượng DO bão hòa theo chiều sâu từ tầng mặt đến tầng đáy (Hình 4.7a) Ngược lại, hồ có nhiều sinh vật sinh sống (giàu sinh khối), mảnh vụn hữu giàu dinh dưỡng chìm xuống tầng sâu Các mảnh vụn tiêu thụ oxy tầng sâu giải phóng chất dinh duỡng Trong số trường hợp gặp, nồng độ DO đáy hồ giảm đến mức 0, q trình phân hủy kị khí chiếm ưu (Hình 4.7b) Ngồi ra, số hồ lại có nồng độ DO cao tầng chuyển tiếp (Hình 4.7c) Khi chất nhiễm từ nguồn khác xâm nhập vào nước, chúng làm giảm nồng độ oxy hòa tan nước xuống mức cần thiết, gây hại cho sinh vật thủy sinh Chất thải cung cấp chất dinh dưỡng cho vi sinh vật phát triển nhân lên nhanh chóng, qúa trình tiêu thụ oxy làm cho nước bị ô nhiễm Thông thường, vi sinh vật hoạt động để làm sông hồ cách phân hủy chất thải, dư thừa chất gây nhiễm, vi sinh vật sử dụng hết lượng oxy hòa tan có nước Carbon nguyên tố phổ biến hầu hết chất gây nhiễm Chất thải chứa carbon chuyển thành thể khí với trợ giúp vi khuẩn: C + O2 → CO2 Theo phương trình hóa học phản ứng này, cần 32 g oxy để ơxy hố 12 g carbon, tức cần mg/L oxy để oxy hóa mg/L carbon hòa tan Lấy ví dụ minh họa, giọt nhỏ dầu sử dụng tất ơxy lít nước, cho thấy oxy dễ dàng bị cạn kiệt Khi nhu cầu oxy vượt khả cung cấp hồ chứa, vi sinh vật cá bắt đầu chết Nước khơng tự làm q trình yếm khí xảy Phân hủy kỵ khí dẫn đến hình thành sản phẩm không mong muốn sulfide, methane ammonia Chính thế, diện oxy hòa tan nước thải cần thiết ngăn cản hình thành mùi độc hại, nhiên nồng độ oxy hòa tan cao nước cấp cho sinh họat cơng nghiệp cần tránh chúng gây ăn mòn ống sắt thép hệ thống phân phối nước nồi Chỉ tiêu DO Quy chuẩn Việt Nam Hàm lượng oxy hòa tan (DO) tiêu quan trọng dùng để đánh giá chất lượng nước Việc xác định thơng số hàm lượng oxy hòa tan có ý nghĩa quan trọng việc trì điều kiện hiếu khí nước tự nhiên q trình phân hủy hiếu khí q trình xử lí nước thải Mặt khác hàm lượng oxy hòa tan sở phép phân tích xác định nhu cầu oxy sinh hóa (Biochemical oxygen demanded – BOD), thông số quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm nước thải (sẽ trình bày phần sau) Danh mục văn pháp luật Việt Nam có quy định hàm lượng oxy hòa tan nước STT Ký hiệu Tên văn QCVN 08:2008/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước mặt QCVN 10:2008/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước biển ven bờ QCVN 39:2011/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước dùng cho tưới tiêu QCVN 38:2011/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước mặt bảo vệ đời sống thủy sinh TCVN 7324:2004 Tiêu chuẩn quốc gia Việt Nam chất lượng nước – xác định oxy hòa tan – phương pháp iod (phương pháp Winkler cải tiến) TCVN 7325:2004 Tiêu chuẩn quốc gia Việt Nam chất lượng nước – xác định oxy hòa tan – phương pháp đầu đo điện hóa TCVN 5499:1995 Tiêu chuẩn quốc gia Việt Nam chất lượng nước – xác định oxy hòa tan – phương pháp Winkler II PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH DO TRONG NƯỚC Phương pháp điện cực oxy hòa tan – máy đo oxy Nguyên tắc máy đo DO: nhúng đầu đo chứa màng chọn lọc, hai điện cực kim loại chất điện giải vào nước cần phân tích Màng thực tế khơng thấm nước ion hòa tan, thấm oxy vài chất khí chất ưa dung mơi Do chênh lệch điện cực gây tác động điện kế hoặcdo điện áp đặt vào, oxy thấm qua màng bị khử catot ion kim loại vào dung dịch anot Anod Catod Kiểu Clark (polarographic) Kiểu Galvanic 2Ag + 2Cl → 2AgCl + 2e2Pb + 4OH-→ 2PbO + 2H2O + 4e(Điện cực Ag/AgCl, dung dịch (Điện cực Pb, Zn, Cd) điện giải KCl) 2e- + ½ O2+ H2 → 2OH2e- + ½ O2+ H2O → 2OH(Điện cực Pt, Au, Pd) (Điện cực Au, Ag) 2Ag + ½O2+ H2O+ 2Cl-→2AgCl + 2OH- Dòng điện sinh tỷ lệ thuận với tốc độ chuyển oxy qua màng, qua lớp chất điện ly làm tăng áp suất riêng phần oxy mẫu nhiệt độ cho Phương pháp có ưu điểm: đo DO mẫu nước đục hay có màu, mẫu có mặt chất cản trở (nitrit, chất hữu cơ, ), tránh sai sót q trình cố định mẫu hóa chất, đo trường hay đo liên tục Máy đo DO phải bù trừ loại sai số ảnh hưởng kết quả:    Nhiệt độ: làm thay đổi độ hòa tan oxygen nước, khả khuếch tán oxygen qua màng, nhiệt độ bù trừ tự động Độ mặn: bù trừ tự động hay thủ công (nhập tay giá trị độ mặn) Áp suất: bù trừ thủ công, không cần bù trừ máy hiệu chuẩn nơi có áp suất với lúc đo mẫu Hướng dẫn sử dụng máy đo:  Hiệu chuẩn máy cách sau: - Giá trị DO bão hòa 100% (khơng khí ẩm bão hòa nước hay dung dịch sục khí ) nhiệt độ, áp suất khí phòng thí nghiệm - Giá trị DO dung dịch biết trước - Giá trị DO mg/L (dung dịch Na2SO3.7H2O bão hòa > 70g 100 mL nước cất) - Giá trị zero khoảng mV (trong mức DO bão hòa 200 mV) vậy, phép đo zero khơng quan trọng, cần hiệu chuẩn điểm bão hòa  Với điện cực loại cực phổ (loại Clarke-anod Ag) cần 20 phút phân cực sau bật máy để ổn định  Nếu đo vùng khơng có dòng chảy, cần khuấy để tránh thiếu hụt oxygen màng  Phải bảo đảm khơng có bọt khí bên màng điện cực bọt khí từ mẫu bám màng  Khi kết đo không ổn định hay đáp ứng chậm, cần thay màng hay lau anod, catod Thay điện cực hàng tháng, tùy thuộc vào mức độ sử dụng Với màng thay, cần dùng thời gian đo kết ổn định  Khí clo, sunfua dioxit, hydro sunfua, amin, amoniac, cacbon dioxit, brom, iod có khả khuếch tán qua màng gây cản trở việc xác định  Mẫu có nhiều dung môi, dầu mỡ, sunfua, cacbonat, rong tảo, axit hay kiềm gây cản trở việc đo dòng điện phá hủy màng, ăn mòn điện cực  Khi khơng đo, phải ln giữ điện cực khơng khí ẩm để tránh bay dung dịch điện phân bên  Độ xác ± 0,1 mg/l; độ lặp lại ± 0,05 mg/L Phương pháp Winkler (Phương pháp Winkler cải tiến – azide modification) a Nguyên tắc: Thêm dung dịch kiềm chứa iodua muối mangan(II) vào mẫu nước thu kết tủa trắng mangan hidroxit Kết tủa bị oxy hóa thành hợp chất mangan có mức oxy hóa cao hơn, màu nâu Trong mơi trường acid, hợp chất có khả oxy hóa iodua để tạo iot Dùng dung dịch chuẩn natri thiosulfate để chuẩn độ lượng iot sinh ra, từ tính hàm lượng oxy hòa tan mẫu nước Các phản ứng hoá học xảy sau:  Khi khơng có oxy mẫu nước: Mn2+ + 2OH- → Mn(OH)2↓ (trắng)  Khi có oxy mẫu nước: Mn2+ + 2OH- + ½O2 → MnO2↓ (nâu) + H2O  Trong môi truờng acid: MnO2 + 2I- + 4H+ → Mn2+ + I2 + 2H2O  Chuẩn độ I2 Na2S2O3: I2 + 2S2O32- → S4O62- + 2I- b Yếu tố ảnh hưởng Phương pháp Winkler bị giới hạn tác nhân khử sắt(II), sulfua…; tác nhân oxy hóa khác nitrit, sắt(III) ; gây sai số âm dương Iod mơi trường axit có tính ơxy hố bị chất hữu tanin, axit humic, lignin khử iodua gây sai số âm Ví dụ: H2S + I2 → S↓ + 2H++ 2INgược lại, diện số ion vơ gây sai số dương sinh iod: Fe(OH)3+ 2I- + 3H+→ Fe2+ + I2 + 3H2O NO2-+ 2I-+ 4H+→ N2O2 + I2+ 2H2O N2O2 tiếp tục phản ứng với ơxy khơng khí sinh NO2- làm lặp lại trình sai số vòng tuần hồn Như vậy, sai số ion NO2- lớn N2O2+ ½O2+ H2O → 2NO2-+ 2H+ Có thể khắc phục ảnh hưởng cản trở Fe(III) dung dịch axit H3PO4 đậm đặc axit hóa mẫu cố định oxi: ion phosphat tạo phức bền với Fe(III) ngăn ơxy hố thành Fe(II) Với mẫu chứa NO2- > 0.05 mg/L, cần dùng natri azid để loại trừ ảnh hưởng Nồng độ NO2-đến 15 mg/L khơng gây cản trở phép xác định chúng bị phân hủy thêm azid NO2-+ N3-+ 2H+ → N2O + N2 + H2O Cảnh báo: Natri azid chất độc cực mạnh Nếu biết khơng có nitrit mẫu khơng nên dùng natri azid Nếu mẫu nước chứa nhiều chất lơ lửng có khả cố định tiêu hao iod cần phải loại bỏ nhôm hydroxit trước cố định oxi c Cách tiến hành tính tốn kết qủa Việc chuẩn bị dụng cụ hóa chất cần thiết, cách tiến hành tính tốn DO theo TCVN 7324: 2004 – Tiêu chuẩn quốc gia Việt Nam chất lượng nước – xác định oxy hòa tan – phương pháp iod (phương pháp Winkler cải tiến) tham khảo tài liệu quan trắc phân tích chất lượng nước TRẢ LỜI CÂU HỎI Tầm quan trọng DO nước bề mặt? DO (Dissolved oxygen) lượng oxy hoà tan nước cần thiết cho hô hấp sinh vật nước (cá, lưỡng thê, thuỷ sinh, côn trùng v.v ) thường tạo hoà tan từ khí quang hợp tảo Nồng độ oxy tự nước nằm khoảng - 10 ppm, dao động mạnh phụ thuộc vào nhiệt độ, phân huỷ hoá chất, quang hợp tảo v.v Khi môi trường nước bị nhiễm hóa chất → nhu cầu oxy hố học (COD) nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) cao làm giảm nồng độ DO nước, có hại cho sinh vật thủy sinh (giảm hoạt động bị chết) hệ sinh thái nước nói chung Do vậy, DO số quan trọng để đánh giá ô nhiễm nước thuỷ vực Các nguyên tắc hóa học làm tảng cho phương pháp Winkler Nguyên tắc: phương pháp Winkler dựa khả oxy hóa oxy nước, trải qua nhiều bước, sau dùng dung dịch chuẩn natri thiosunfat chuẩn độ sản phẩm cuối trình oxy hóa I2 với thị hồ tinh bột, từ tính hàm lượng oxy hòa tan nước Qúa trình xác định O2 hồ tan nước thực qua giai đoạn: Giai đoạn I: Cố định O2 hòa tan mẫu (cố định mẫu) Nguyên tắc: Thêm dung dịch kiềm chứa iodua muối mangan(II) vào mẫu nước thu kết tủa trắng mangan hidroxit Kết tủa bị oxy hóa thành hợp chất mangan có mức oxy hóa cao hơn, màu nâu  Khi khơng có oxy mẫu nước: Mn2+ + 2OH- → Mn(OH)2↓ (trắng)  Khi có oxy mẫu nước: Mn2+ + 2OH- + ½O2 → MnO2↓ (nâu) + H2O Giai đoạn II: Oxy hóa I- → I2 mơi trường axít (axít hóa, xử lý mẫu) Nguyên tắc: môi trường acid, kết tủa MnO2 có khả oxy hóa iodua để tạo iot MnO2 + 2I- + 4H+ → Mn2+ + I2 + 2H2O 2NH3 + 3O2 → 2NO2- + 2H+ + 2H2O 2NO2- + O2 → 2NO3 Số lượng vi sinh vật nuớc thải sinh hoạt thuờng thấp, tốc độ sinh sản chậm 20 C, nhiệt độ tiến hành thí nghiệm BOD Vì chủng vi khuẩn cần khoảng – 10 ngày để đạt đuợc số lượng cần thiết, gía trị BOD5 thuờng đại diện cho CBOD bị ảnh hưởng NBOD Khi nồng độ nhóm vi khuẩn nitrite hóa nitrate hố lớn, qúa trình oxy hóa nitơ gây ảnh hưởng đáng kể đến giá trị BOD5 (Xem ví dụ 4.5) Các kỹ sư mơi trường thuờng quan tâm đến giá trị CBOD BOD tổng, CBOD tiêu dùng để đánh giá hiệu số q trình xử lí nước thải Trong trường hợp đó, ảnh hưởng nitơ gây bị loại bỏ cách xử lý mẫu (clo hóa, acid hóa, khử trùng…) bổ sung chất ức chế (methylene blue, 2-chloro-6-(trichloromethyl)pyridine…) Ví dụ 4.5 Hãy tính giá trị BOD, CBOD NBOD lý thuyết mẫu nước chứa 200 mg/L alanine (C3H7NO2) Khối lượng phân tử alanine = 89 Khối lượng phân tử oxy = 32 Cho trình phân hủy sinh học chất hữu diễn qua bước: Nitrogen carbon chuyển thành NH3 CO2 NH3 oxy hóa thành NO2- NO2- oxy hóa thành NO3- Giải Phương trình phản ứng bước: C3H7NO2 + 3O2 → NH3 + 3CO2 + 2H2O CBOD NH3 + 1.5O2 → HNO2 + H2O NBOD HNO2 + 0.5O2 → HNO3 BOD tổng = tổng lượng oxy cần thiết cho bước 1,2 = + 1.5 + 0.5 = mol O2/mol alanine = x 32 = 160 g O2/mol alanine BOD = 160 x (2.25 x 10-3) = 0.360 g O2/L = 360 mg O2/L CBOD = lượng oxy cần thiết cho bước = mol O2/mol alanine = x 32 = 96 g O2/mol alanine = 96 x (2.25 x 10-3) = 0.216 g O2/L = 216 mg O2/L NBOD = lượng oxy cần thiết cho bước = 1.5 + 0.5 = mol O2/mol alanine = x 32 = 64 g O2/mol alanine = 64 x (2.25 x 10-3) = 0.144 g O2/L = 144 mg O2/L Trong trình xác định BOD có nhiều nguyên nhân gây sai số âm dương so với giá trị BOD thực Các kim lọai có độc tính cao làm gỉam giá trị BOD Vi khuẩn kỵ khí có nước thải bùn cặn cho giá trị BOD thấp thực tế Bên cạnh đó, khác biệt điều kiện trình xác định BOD diễn mơi trường tự nhiên, ví dụ nhiệt độ, ánh sáng mặt trời…cũng làm thay đổi giá trị BOD Khi nhiệt độ môi trường thay đổi 10C, giá trị BOD bị thay đổi khoảng 4.7% BOD tiêu thông dụng để xác định mức độ ô nhiễm nước thải đô thị chất thải nuớc thải công nghiệp Mức độ ô nhiễm BOD5 (mg/L) Rất < 1.0 Sạch 1.1 – 1.9 Hơi nhiễm 2.0 – 2.9 Ơ nhiễm 3.0 – 3.9 Rất ô nhiễm 4.0 – 10.0 Cực kì nhiễm >10 Bảng phân loại chất lượng nước bề mặt dựa vào giá trị BOD (Nguồn: Pratical Environmental Analysis, Miroslav Radojevíc & Vladimir N Bashkin) Chỉ tiêu BOD Quy chuẩn Việt Nam Trong kỹ thuật môi truờng tiêu BOD dùng rộng rãi để:  Xác định gần lượng oxy cần thiết để ổn định sinh học chất hữu có nước thải  Xác định kích thuớc thiết bị xử lí  Xác định hiệu suất xử lí số trình  Xác định chấp thuận tuân theo quy định cho phép thải chất thải Danh mục văn pháp luật Việt Nam có quy định nhu cầu oxy sinh hóa STT Ký hiệu QCVN 40:2011/BTNMT QCVN 28:2010/BTNMT QCVN 29:2009/BTNMT Tên văn Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải công nghiệp Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải y tế Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải bãi chôn lấp chất thải rắn QCVN 14:2008/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải sinh hoạt QCVN 13:2008/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải công nghiệp dệt may QCVN 12:2008/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải công nghiệp giấy bột giấy QCVN 11:2008/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải công nghiệp chế biến thủy sản QCVN 01:2008/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải công nghiệp chế biến cao su thiên nhiên TCVN 6001:1995 Chất lượng nước - Xác định nhu cầu oxy sinh hóa sau ngày (BOD5) Phương pháp cấy pha loãng PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH BOD TRONG NƯỚC II Trong thực tế người ta xác định lượng oxy cần thiết để phân hủy hoàn toàn chất hữu tốn nhiều thời gian mà xác định luợng oxy cần thiết ngày đầu nhiệt độ ủ 200C, ký hiệu BOD5 Giá trị BOD5 khơng phải giá trị BOD tổng, qúa trình oxi hóa sinh học chất hữu thường kéo dài ngày Khoảng 95 – 99% phản ứng kết thúc sau 20 ngày, nhiên khỏang thời gian q lâu, giá trị BOD5 thuờng sử dụng Đối với hầu hết loại nuớc thải, giá trị BOD5 thường chiếm khoảng 60 – 80% giá trị BOD tổng Chỉ tiêu chuẩn hóa sử dụng hầu giới Có phương pháp xác định BOD là: phương pháp pha loãng (Dillution Method) phương pháp áp kế (Manometric method) Phuơng pháp pha lỗng (dựa phép đo oxy hòa tan DO) Ngun tắc : Trung hòa mẫu nước cần phân tích pha loãng tỷ lệ khác nước pha lỗng (là nước cất có bổ sung chất dinh dưỡng N, K, Fe,…và bão hòa oxy, có khơng có chất ức chế nitrat hóa) Ủ nhiệt độ 200C thời gian ngày, tối Xác định nồng độ oxy hòa tan trước sau ủ Từ tính lượng oxy tiêu tốn lít nước, tức giá trị BOD Phương pháp áp kế (phương pháp BOD Trak) Nguyên tắc : Mẫu nước cho vào chai BOD chun dụng, tích xác, chiếm phần định chai BOD Chai đặt thiết bị xác định BOD, đậy kín nối với thiết bị manometor - Trong chai BOD, mặt thống mẫu nước khơng khí chứa 21% oxy Giữa pha lỏng khí ln tạo cân nhờ hệ thống khuấy từ - Sau đó, tồn hệ thống cho vào tủ ủ nhiệt độ xác định Với hệ thống vậy, q trình xảy phản ứng oxy hóa sinh hóa, có phân tử oxy biến vi khuẩn sử dụng có nhiêu phân tử CO2 sinh Lượng CO2 hấp thụ hoàn toàn LiOH đặt chén nhỏ gắn liền với nắp chai BOD - Kết quả, áp suất pha khí chai giảm tỷ lệ với lượng O2 Thiết bị đo giảm áp suất khơng khí mặt thống chai BOD, biểu diễn trực tiếp giá trị BOD Ưu điểm phương pháp : - Đơn giản mắc sai số - Theo dõi giá trị BOD cách liên tục, theo từng ngày,… Dụng cụ hóa chất a Dụng cụ  Chai BOD dung tích 300mL  Tủ ủ, có khả trì nhiệt độ 200C  10C  Các dụng cụ cần thiết để xác định oxy hòa tan (trong oxy hòa tan)  Các dụng cụ thủy tinh khác : bình định mức, phễu, … b Hóa chất  Dung dịch đệm phosphate : hòa tan 8.5g KH2PO4, 21.75g K2HPO4, 33.4g Na2HPO4.7H2O, 1.7g NH4Cl nước cất pha lỗng thành lít pH dung dịch 7.2 khơng cần điều chỉnh thêm  Dung dịch magie sunfat 22.5g/L : hòa tan 22.5g MgSO4.7H2O nước cất pha lỗng thành lít  Dung dịch canxi clorua 27.5g/L : hòa tan 27.5g CaCl2 nước cất pha lỗng thành lít  Dung dịch sắt (III) clorua 0.25g/L : hòa tan 0.25g FeCl3.6H2O nước cất pha loãng thành lít  Dung dịch NaOH 0.5N, HCl 0.5N  Dung dịch chuẩn BOD chuẩn : cân 150mg glucose 150mg acid glutamic định mức thành lít Chuẩn bị hàng ngày trước sử dụng Dung dịch chuẩn có giá trị BOD : (200  37) mg/L Cách tiến hành a Lấy mẫu bảo quản mẫu: mẫu dùng phân tích BOD dễ bị phân hủy trình lấy mẫu bảo quản kết giá trị BOD giảm  Nếu phân tích vòng kể từ lấy mẫu khơng cần bảo quản  Mẫu bảo quản cách làm lạnh nhiệt độ  40C, phân tích vòng  Trong trường hợp mẫu bảo quản lạnh trước phân tích phải làm ấm mẫu lên 200C b Chuẩn bị nước pha loãng: thêm 1mL dd đệm phosphate, MgSO4, CaCl2, FeCl3 dung dịch cấy (nếu cần) cho lít nước pha lỗng, đưa nhiệt độ 200C sục khơng khí khoảng – (giá trị oxy hòa tan phải đạt – mg/L) Dung dịch chuẩn bị dùng vòng 24 Ghi : Dung dịch cấy thường nước thải sinh hoạt : lấy từ cống từ cống vùng dân cư không bị ô nhiễm công nghiệp Nước lắng trước dùng c Xử lý mẫu sơ :  Mẫu acid kiềm : trung hòa mẫu NaOH HCl đến pH 6.5 – 8.0  Mẫu có hàm lượng clo dư đáng kể :  Để tránh trường hợp nên lấy mẫu trước giai đoạn clo hóa  Nếu mẫu clo hóa lượng clo dư khơng diện, chắn phải thêm dung dịch cấy nước pha loãng  Nếu lượng clo dư không thời gian ngắn, việc loại bỏ sau : thêm 1ml acid acetic (1 : 1) H2SO4 : 50, 10ml dd KI 10% chuẩn độ dung dịch Na2SO3 với thị hồ tinh bột Phân tích mẫu a Phương pháp pha lỗng Kỹ thuật pha loãng: việc pha loãng mẫu nên theo bảng sau : Khoảng BOD dự đốn (mg/L) Tỷ lệ lỗng (%) pha Thể tích mẫu (ml) cho Áp dụng cho vào chai BOD 300mL 3–6 50 - 100 150 300 Nươc sông – 12 50 150 Nước sông, nươc thải làm sinh 10 – 30 20 60 20 – 60 10 30 Nươc thải làm sinh học 40 – 120 15 Nước thải làm nước thải học côngnghiệp ô nhiễm nhẹ 100 – 300 Nước thải làm nước thải công nghiệp ô nhiễm nhẹ 200 – 600 Nước thải chưa xử lý 400 – 1200 0,5 1.5 Nước thải chưa xử lý Nước thải công nghiệp ô nhiễm nặng 1000 – 3000 0.2 0.6 2000 – 6000 0.1 0.3 Nước thải công nghiệp ô nhiễm nặng Hoặc pha lỗng sau : - 0.0 – 1.0% : nước thải công nghiệp ô nhiễm nặng - 1.0 – 5.0% : nước cống lắng chưa xử lý - 5.0 – 25% : dòng chảy xử lý sinh học - 25 – 100% : nước sơng nhiễm (dòng sơng nhận nước thải) Tiến hành xác định mẫu  Xác định BOD mẫu chuẩn :  Đối với nước pha loãng : Nước pha lỗng chuẩn bị nêu, có thêm 5mL dung dịch cấy nước thải sinh hoạt Sục oxy khoảng - Chiết nước pha loãng vào chai BOD, đậy kín nút, tránh để tạo bọt khí Một chai xác định DOa chai xác định DOb sau ngày ủ 200C  Đối với dung dịch BOD chuẩn : có giá trị BOD (200  37) mg/L tỷ lệ pha lỗng 2% : Lấy 20mL mẫu BOD chuẩn pha loãng nước pha lỗng thành lít Sau chiết mẫu pha loãng vào chai BOD, chai xác định DO1, chai xác định DO2 sau ngày ủ 200C Kết BOD : ([ DO1 – DO2] - [ DOa – DOb]) hệ số pha lỗng  Xác định BOD mẫu nước sơng :  Đối với nước pha loãng : - Chiết nước pha lỗng vào chai BOD, đậy kín nút, tránh để tạo bọt khí - Một chai xác định DOa chai xác định DOb sau ngày ủ 200C  Đối với nước sông : pha lỗng 10% - Lấy xác100mL mẫu nước sơng pha loãng nước pha loãng thành 1000mL - Chiết mẫu pha loãng vào chai BOD, đậy kín nút, tránh tạo bọt khí Một chai xác định DO1 chai xác định DO2 sau ngày ủ 200C Kết BOD : ([ DO1 – DO2] - [ DOa – DOb]) hệ số pha loãng b Phương pháp áp kế thiết bị BOD Trak Thiết bị BOD Trak có thang đo sau : Khoảng BOD mẫu Thể tích mẫu Thang đo (mg/L) (mg/L) (mL) – 35 420 – 35 – 70 355 – 70 – 350 160 – 350 – 700 95 – 700 Phân tích BOD mẫu nước sơng : chọn thang đo – 70mg/L nên thể tích mẫu 355mL - Dùng ống đong lấy 355mL mẫu cho vào chai BOD nâu Bỏ cá từ vào chai - Dùng silicon thoa nắp chai để tránh bọt khí - Dùng phễu cho LiOH vào Đặt chén vào cổ chai, tránh để LiOH rơi vào mẫu Nếu điều xảy phải bỏ mẫu chuẩn bị lại mẫu - Để vào tử điều nhiệt 200C, khuấy vòng - Nối áp kế vào lập trình cho máy Đóng kín tủ Kết thí nghiệm theo dõi trực tiếp máy nối với máy tính Trong thực tế phép phân tích BOD có hạn chế sau:  Yêu cầu mật độ vi sinh vật mẫu phân tích cần đủ lớn vi sinh vật bổ sung vào mẫu cần thích nghi với mơi trường  Khi chất thải có chứa chất độc hại cần xử lí sơ trước phân tích, đồng thời cần ý giảm ảnh hưởng vi sinh vật nitrat hóa  Phép phân tích BOD đo hàm lượng chất hữu bị phân huỷ đường sinh học  Thí nghiệm khơng có giá trị cân sau chất hữu hòa tan dung dịch bị sử dụng  Thời gian phân tích dài, phải sau ngày có kết TRẢ LỜI CÂU HỎI Xác định nhu cầu oxy sinh hóa So sánh khác nhu cầu oxy sinh hóa nhu cầu oxy hóa học? Nhu cầu ơxy sinh hóa hay nhu cầu ơxy sinh học (ký hiệu: BOD, từ viết tắt tiếng Anh Biochemical (hay Biological) Oxygen Demand), số nhằm xác định xem sinh vật sử dụng hết ôxy nước nhanh hay chậm Nó sử dụng quản lý khảo sát chất lượng nước sinh thái học hay khoa học môi trường So sánh: BOD chức tương tự nhu cầu oxy hóa học (COD) chỗ hai đo lượng chất hữu có nước Tuy nhiên, COD cụ thể đo thứ mà mặt hóa học bị ơxi hóa đo mức chất hữu hoạt hóa mặt sinh học Trình bày hạn chế BOD test? Trong thực tế phép phân tích BOD có hạn chế sau:  Yêu cầu mật độ vi sinh vật mẫu phân tích cần đủ lớn vi sinh vật bổ sung vào mẫu cần thích nghi với mơi trường  Khi chất thải có chứa chất độc hại cần xử lí sơ trước phân tích, đồng thời cần ý giảm ảnh hưởng vi sinh vật nitrat hóa  Phép phân tích BOD đo hàm lượng chất hữu bị phân huỷ đường sinh học  Thí nghiệm khơng có giá trị cân sau chất hữu hòa tan dung dịch bị sử dụng  Thời gian phân tích dài, phải sau ngày có kết Mẫu cần phải thực cấy vi sinh vật, người ta thường sử dụng để làm giống? Các mẫu nghèo vi sinh vật (VD: mẫu chứa chất độc hại) cần thực cấy chủng vi sinh vật cần thiết, mẫu cấy thường lấy từ hệ thống xử lí nước thải Những ứng dụng liệu BOD công nghệ môi trường gì? Trong kỹ thuật mơi truờng tiêu BOD dùng rộng rãi để: - Xác định gần lượng oxy cần thiết để ổn định sinh học chất hữu có nước thải - Xác định kích thuớc thiết bị xử lí - Xác định hiệu suất xử lí số q trình - Xác định chấp thuận tuân theo quy định cho phép thải chất thải Tính tốn BOD mặt lý thuyết, CBOD NBOD mẫu nước thải bao gồm: (a) 130 mg/L glycine (C2H5NO2), (b) 250 mg L-1 anilin (C6H7N) (c) hỗn hợp 200 mg/L glycine 130mg/L alamine (C3H7NO2) (a) 130 mg/L glycine (C2H5NO2) C2H5NO2 + 3/2O2 → NH3 + 2CO2 + H2O NH3 + 1.5O2 → HNO2 + H2O HNO2 + 0.5O2 → HNO3 BOD total = 3/2 + 3/2 + ½ = 3.5 mol O2/ mol glycine = 3.5 x 32 = 112 g O2/mol glycine 130mg/L glycine = 0.13/ 75 =26/15 x10-3 mol/L BOD total = 112 x 26/15 x10-3 = 0.194 g O2/L = 194 mg O2/L CBOD = oxy cần thiết cho bước = 3/2 mol O2/ mol glycine = 3/2 x 32 = 48 g O2/ molglycine = 48 x (26/15 x10-3) = 0.0832 g O2/L = 83.2 mg O2/L NBOD = tổng lượng oxy cần thiết cho bước & = 1.5 +0.5 = mol O2/ mol glycine = x 32 = 64 g O2/ mol glycine =64 x (26/15 x10-3) = 0.111 g O2/L = 111 mg O2/L (b) 250 mg/L anilin (C6H7N) C6H7N + 7O2 → NH3 + 6CO2 + 2H2O NH3 + 1.5O2 → HNO2 + H2O HNO2 + 0.5O2 → HNO3 BOD total = + 3/2 + 1/2 = mol O2/mol anilin = x 32 = 288 g O2/mol anilin 250 mg/L anilin = 0.25/93 =2.688 x10-3 mol/L BOD total = 288 x 2.688 x10-3 = 0.774 g O2/L= 774 mg O2/L CBOD = lượng oxy cần thiết cho bước = mol O2/mol anilin = x 32 = 224 g O2/mol anilin = 224 x (2.688 x10-3) = 0.602 g O2/L = 602 mg O2/L NBOD = tổng lượng oxy cần thiết cho bước & = 1.5 +0.5 = mol O2/mol anilin = x 32 = 64 g O2/mol anilin = 64 x (2.688 x10-3) = 0.172 g O2/L = 172 mg O2/L (c) Hỗn hợp 200 mg/L glycine 130mg/L alamine (C3H7NO2) Làm tương tự Tài liệu tham khảo • Miroslav Radojevíc & Vladimir N Bashkin, Pratical Environmental Analysis • TS.Tơ Thị Hiền, Tài liệu hướng dẫn thực hành Các phương pháp phân tích mơi trường • TS.Tơ Thị Hiền, Tài liệu hướng dẫn thực hành Quan trắc mơi trường • Trần Văn Nhân & Ngơ Thị Nga, Giáo trình cơng nghệ xử lí nước thải • TCVN 7324:2004 • TCVN 6001:1995 Danh sách thành viên Họ tên MSSV Nguyễn Hữu Cường 1022040 Nguyễn Hữu Danh 1022043 Nguyễn Thị Hương Giang 1022074 Lê Kiều Thuý Hằng 1022090 Bạch Phi Hân 1022093 ... thành lít Sau chiết mẫu pha lỗng vào chai BOD, chai xác định DO1 , chai xác định DO2 sau ngày ủ 200C Kết BOD : ([ DO1 – DO2 ] - [ DOa – DOb]) hệ số pha loãng  Xác định BOD mẫu nước sơng :  Đối với... loãng vào chai BOD, đậy kín nút, tránh tạo bọt khí Một chai xác định DO1 chai xác định DO2 sau ngày ủ 200C Kết BOD : ([ DO1 – DO2 ] - [ DOa – DOb]) hệ số pha loãng b Phương pháp áp kế thiết bị BOD. .. mẫu dùng phân tích BOD dễ bị phân hủy trình lấy mẫu bảo quản kết giá trị BOD giảm  Nếu phân tích vòng kể từ lấy mẫu khơng cần bảo quản  Mẫu bảo quản cách làm lạnh nhiệt độ  40C, phân tích vòng