M ỘT SỐ CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG NƯỚC 3.1 Các chỉ tiêu vật lý
b. Phương pháp Winkler xác định hàm lượng oxy hịa tan
3.2.2. Nhu cầu oxy sinh hĩa (Biochemical oxygen Deman d BOD) a Khái niệm chung
a. Khái niệm chung
BOD là lượng oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hĩa các chất hữu cơ cĩ khả năng phân hủy sinh học trong điều kiện hiếu khí. Đơn vị tính là (mg/l). Khái niệm “cĩ khả năng phân hủy” nghĩa là chất hữu cơ cĩ khả năng dùng làm thức ăn cho vi sinh vật.
Chất hữu cơ O2 CO2 H2O
Vi sinh vật Tế bào mới (tăng sinh khối)
++ +
Lượng oxy sử dụng trong quá trình này là oxy hịa tan trong nước, oxy do quá trình quang hợp.
Chỉ tiêu BOD được xác định bằng cách đo đạc lượng oxy mà vi sinh vật tiêu thụ trong quá trình phân hủy các chất hữu cơ. Chỉ tiêu BOD càng cao chứng tỏ lượng chất hữu cơ cĩ khả năng phân hủy sinh học ơ nhiễm càng lớn.
Nước thải sinh hoạt cĩ BOD ≈ 80 - 240 mg/l
Nước thải cơng nghiệp cĩ BOD ≈ 200 - 30000 mg/l
BOD5 là thơng số được sử dụng phổ biến nhất đĩ chính là oxy cần thiết để oxy hĩa sinh học trong 5 ngày ở nhiệt độ 20oC trong bĩng tối (để tránh hiện tượng quang hợp ở trong nước). Bình thường 70 - 80% oxy được sử dụng trong 5 ngày đầu. Theo lý thuyết, phản ứng cĩ thể xem là hồn tồn trong 20 ngày, đây là khoảng thời gian khá dài. Kinh nghiệm cho thấy tỷ lệ BOD5/BODtổng cộng tương đối cao nên thời gian ủ 5 ngày là hợp lý. Tỷ lệ này cao hay thấp tùy thuộc vào vi sinh vật được bổ sung trong phân tích BOD và bản chất của chất hữu cơ.
Quá trình oxy hĩa các chất hữu cơ trong nước cĩ thể xảy ra theo hai giai đoạn: - Giai đoạn 1: Chủ yếu oxy hĩa các hợp chất cacbua hydro, quá trình này xảy ra ở 20oC.
CnHm (n m) O+ + 2 n COVi khuẩn 2 m/+ 2 H2O
- Giai đoạn 2: Oxy hĩa các hợp chất nitơ.
NH3 O2 nNO2- H+ H2O NO2- O2 NO3- + + + Vi khuẩn 2 3 2 2 2 Vi khuẩn + 2 2 b. Phương pháp xác định BOD5
Nước pha lỗng cần phải cấy thêm vi sinh vật và nguồn vi sinh vật đối với nước như sau:
68
A. Nước mặt (sơng, suối, ao, hồ): để pha lỗng nước thải sinh hoạt. B. Nước thải: là nước lấy từ cuối của dịng thải.
DO của nước pha lỗng đã cấy vi sinh vật sau 5 ngày ủở nhiệt độ 20oC khơng được giảm quá 1 mg/l so với DO ban đầu.
Trung bình mẫu nước cĩ pH nằm trong khoảng 6,5 – 7,5.
chất hữu cơ khá lớn và lượng oxy hịa tan khơng đủđáp ứng cho 5 ngày ở 200C. Để xác định BOD5 thường dùng phương pháp pha lỗng mẫu nước bằng cách bổ sung vào nước một số chất khống làm bão hịa oxy hịa tan (vì độ tan oxy giới hạn trong khoảng 9 mg/l ở 200C).
Dịch pha lỗng được chuẩn bị ở chai miệng to. Bão hịa oxy bằng cách thổi khí vào 1 lít nước cất, lắc đều nhiều lần đến khi bão hịa oxy hịa tan sau đĩ thêm các dung dịch như sau:
- 1ml dung dịch đệm photphat pH = 7,2 (hịa tan 8,5 gam KH2PO4, 21,75 gam K2HPO4, 33,4 gam Na2HPO4.7H2O, 1,7 gam NH4Cl trong nước cất, định mức tới 1lít).
- 1 ml magiesunfat (hịa tan 2,25 g MgSO4.7H2O trong 100 ml nước cất). - 1ml canxiclorua (hồ tan 2,75 g CaCl2 trong 100 ml nước cất).
- 1ml FeCl3 (hịa tan 0,25 gam FeCl3.6H2O trong nước cất định mức tới 1 lít).
* Xác định BOD5: Mẫu nước trong lọđầy, nút kín. Trước khi phân tích cần trung hịa về pH = 7 bằng axít sunfuric 1N hoặc natri hiđroxít 1N. Nếu cần thì tiến hành pha lỗng dựa vào chỉ số BOD:
Nếu BOD5 khơng vượt quá 7mg/l thì khơng pha lỗng, thực hiện đo giá trị BOD trực tiếp: Mẫu được lấy vào ít nhất 2 bình BOD 200 - 300 ml. Đo giá trị DO ngay đối với bình thứ nhất và các bình cịn lại đểủ sau 5 ngày ở 200C:
BOD5 = DOo - DO5
Nếu ước lượng mẫu nước cĩ giá trị BOD>7 mg/l thì mẫu nước phải pha lỗng. 12 mg O2/l pha lỗng theo tỷ lệ 1:1 (1 phần nước + 1 phần dung dịch pha lỗng). 30 mg O2/l pha lỗng theo tỷ lệ 1:4 (1 phần nước + 4 phần dung dịch pha lỗng). 60 mg O2/l pha lỗng theo tỷ lệ 1:9 (1 phần nước + 9 phần dung dịch pha lỗng). 300 mg O2/l pha lỗng theo tỷ lệ: 2 phần nước + 98 phần dung dịch pha lỗng. 600 mg O2/l pha lỗng theo tỷ lệ: 1 phần nước + 99 phần dung dịch pha lỗng.
Nếu mẫu nước chứa lượng lớn tảo và các phù du thực vật, thì chúng cần được lọc qua lưới lọc phù du trước khi xác định BOD5.
Với mẫu nước chứa các chất độc hại đối với vi sinh vật như kim loại nặng, chất diệt khuẩn,… cần phải nghiên cứu cách loại trừ các ảnh hưởng riêng của chúng.
Clo tự do và clo liên kết cĩ thể loại trừ bằng dung dịch natrisunfít 0,5 mg/l.
69
1200 mg O2/l pha lỗng theo tỷ lệ: 0,5 phần nước + 999,5 phần dung dịch pha lỗng.
Khi pha lỗng cần chú ý khơng để oxy cuốn theo. Mẫu nước (sau khi pha lỗng) được cho vào chai phân tích BOD cĩ dung tích 300ml, cho đầy, đậy nút kín. Một chai để ủ 5 ngày trong bĩng tối ở 200C. Một chai đem xác định DO ở thời điểm ban đầu. Chai ủ sau 5 ngày đem phân tích.
* Kết quảđược tính như sau:
BOD5 = (C1 – C2)/P
C1: Nồng độ oxy hịa tan (DO) sau khi pha lỗng ở thời điểm ban đầu phân tích, mgO2/l
C2: Nồng độ oxy hịa tan sau 5 ngày, ủở 200C, mgO2/l P: Hệ số pha lỗng.
+
Hệ số pha loãng P = Thể tích mẫu nước đem phân tích
Thể tích mẫu nước đem phân tích thể tích dung dịch pha loãng
Hệ số pha lỗng: dựa vào độ pha lỗng được khuyến nghị trong TCVN 6001- 1995 và dựa vào giá trị COD, lựa chọn hệ số pha lỗng thích hợp.
- Đối với mẫu cĩ nồng độ COD< 0 mg/l thì hệ số pha lỗng tương ứng là 5. - Đối với mẫu cĩ nồng độ 50<COD<120 mg/l thì hệ số pha lỗng tương ứng là 10.
- Đối với mẫu cĩ nồng độ COD>120 mg/l thì hệ số pha lỗng tương ứng là 20. Trường hợp phải bổ sung vi sinh vật vào mẫu thử (cĩ thể là nguồn nước cống) để đảm bảo cho quá trình phân hủy các chất hữu cơ. BOD5 sẽ tính theo cơng thức:
BOD5 (mg/L) = (C1 C2) (B1 B2) P
F
B1, B2: Chỉ số DO trước và sau khi ủ (mg/L) của mẫu nước pha lỗng cĩ cấy thêm nguồn vi sinh vật.
F: tỷ số giữa thể tích dịch bổ sung vi sinh vật trong mẫu và trong đối chứng.
% (hay ml) dịch bổ sung vi sinh vật trong C1
F = % (hay ml) dịch bổ sung vi sinh vật trong B1
* Phương pháp phân tích BOD cĩ một số hạn chế:
- Yêu cầu vi sinh vật trong mẫu phân tích cần phải cĩ nồng độ các tế bào sống đủ lớn và các vi sinh vật bổ sung phải được thích nghi với mơi trường.
- Nếu nước thải cĩ độđộc hại phải xử lý sơ bộ, loại bỏ chất độc đĩ, sau đĩ mới tiến hành phân tích, chù ý giảm ảnh hưởng của các vi khuẩn nitrat hố.
- Thời gian phân tích quá dài, vì vậy trong nghiên cứu hoặc trong giám sát cần phải xác định hệ số tỷ lệ giữa BOD và COD, rồi tiến hành phân tích.
Chỉ tiêu BOD khơng phản ánh đầy đủ về lượng tổng các chất hữu cơ trong nước thải, vì chưa tính đến các chất hữu cơ khơng bị oxy hĩa bằng phương pháp sinh hĩa và cũng chưa tính đến một phần chất hữu cơ tiêu hao để tạo nên tế bào vi khuẩn mới.
70
Do đĩ đểđánh giá một cách đầy đủ lượng oxy cần thiết để oxy hĩa tất cả các chất hữu cơ trong nước thải người ta sử dụng chỉ tiêu nhu cầu oxy hĩa học.