IV. GIỚI THIỆU MỘT SỐ TIÊU CHUẨN, QUY CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MÔ
a. Nhu cầu oxy sinh hóa (BO D Biochemical Oxy Demand)
Nhu cầu oxy sinh hoá là chỉ tiêu thông dụng nhất để xác định mức độ ô nhiễm của nước thải đô thị và chất thải trong nước thải đô thị. BOD Là lượng oxy hòa tan cần thiết cung cấp cho vi khuẩn để oxy hóa các chất hữu cơ bằng con đường sinh học trong điều kiện hiếu khí. Phương trình tổng quát của phản ứng này như sau:
Chất hữu cơ + O2 → CO2 + H2O + Tế bào VSV mới
Trong môi trường nước, khi quá trình oxy hóa sinh học xảy ra thì các vi khuẩn sử dụng oxy hòa tan để oxy hóa các chất hữu cơ và chuyển hóa chúng thành các sản phẩm vô cơ bền như CO2, CO32-, SO42-, PO43- và cả
NO3-. Vì vậy xác định tổng lượng oxy hoà tan cần thiết cho quá trình phân huỷ sinh học là công việc quan trọng để đánh giá ảnh hưởng của một dòng thải đối với nguồn nước.
Trong thực tế người ta không thể xác định lượng oxy cần thiết để phân huỷ hoàn toàn chất hữu cơ vì như thế tốn quá nhiều thời gian mà chỉ xác định lượng oxy cần thiết trong 5 ngày đầu ở nhiệt độ ủ 20oC, ký hiệu BOD5. Chỉ tiêu này đã được chuẩn hoá và sử dụng ở hầu khắp các nước trên thế giới. Nghiên cứu động học phản ứng BOD đã chứng minh được rằng, hầu hết chúng là các phản ứng bậc một. Điều đó có nghĩa là tốc độ phản ứng tỉ lệ với lượng chất hữu cơ trong nước. Nếu giả thiết Lt là hàm lượng BOD ứng với thời gian t và k là tốc độ phản ứng, khi đó có thể viết:
Tích phân hàm trên ta được:
Trong đó : Lo là hàm lượng BOD ứng với thời điểm t = 0 (nghĩa là tổng BOD hay BOD cuối cùng của pha cacbon)
Mối quan hệ giữa k (cơ số e) và K (cơ số 10) như sau:
Lượng BOD còn lại tại thời điểm t sẽ bằng:
còn lượng BOD đã bị vi khuẩn sử dụng đến thời điểm t bất kỳ sẽ bằng:
Hình 2.11. Mối quan hệ giữa thành phần và tỷ lệ các dạng BOD theo thời gian
Hằng số tốc độ k của phản ứng BOD là thông số biểu thị tốc độ phân huỷ sinh học các chất hữu cơ trong nước thải, vì khi k tăng, tốc độ sử dụng oxy tăng, mặc dù tổng BOD cuối cùng không thay đổi. Tốc độ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như bản chất của chất thải, khả năn phân huỷ chất thải của vi sinh vật và nhiệt độ. Tốc độ phân huỷ 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 sử dụng công thức sau:
k : hằng số tốc độ ở nhiệt độ ToC
θ: hệ số nhiệt độ (thường lấy bằng 1,047)
Ở trên ta đã giả thiết chỉ có quá trình ôxi hoá sinh học phần cacbon của chất thải, nhưng cũng có khả năng tăng thêm nhu cầu oxy sinh hoá do quá trình oxy hoá các hợp chất nitơ. Như vậy thực tế đường cong BOD sẽ có 2 pha: pha cacbon và pha nitơ. Điều chú ý là nhu cầu oxy sinh hoá pha nitơ (NBOD) bắt đầu trong khoảng ngày thứ 5 đên 8 vì vậy quá trình nitrat hoá không ảnh hưởng tới kết quả thí nghiệm phân tích BOD5. Khi phân tích phương trình phản ứng oxy hoá các hợp chất chứa nitơ cho phép ta xác định lượng oxy tiêu tốn cho quá trình nitrat hoá.
Bảng 2.17. Một số giá trị điển hình của k20
Mẫu k20
Nước cống
Nước cống đã xử lý tốt Nước sông bị ô nhiễm
0,35 – 0,70 0,10 – 0,25 0, 10 – 0,25
Nguồn: Lương Đức Phẩm, 2010
Ý nghĩa của việc xác định BOD:
• BOD được dùng để xác định mức độ ô nhiễm của các loại chất thải sinh hoạt và công nghiệp. • Là một trong những thông số dùng để kiểm soát ô nhiễm, khả năng tự làm sạch của thuỷ vực. • Để ổn định sinh học các chất hữu cơ có trong nước thải.
• Xác định kích thước thiết bị xử lý.
• Xác định hiệu suất xử lý của một số quá trình.
• Là cơ sở để đánh thuế việc xả nước thải của các nguồn gây ô nhiễm.
Hiện nay người ta đã sản xuất được máy đo BOD để phân tích nhanh, do quá trình oxy hoá sinh học xảy ra rất chậm và kéo dài, trong khoảng thời gian 20 ngày, khoảng 95-99% các chất hữu cơ cacbon bị oxy hoá và trong 5 ngày đầu tiên xác định BOD có khoảng 60-70% các chất hữu cơ này bị oxy hoá. Nhiệt độ 20oC là nhiệt độ trung bình trong năm ở những nước có khí hậu ôn hoà và nó cũng dễ được tái diễn lại trong tủ ủ. Nếu tiến hành ủ mẫu ở những nhiệt độ khác nhau sẽ cho kết quả BOD5 khác nhau vì tốc độ phản ứng sinh học phụ thuộc vào nhiệt độ. Do vậy một số nước ở khu vực nhiệt đới đã dùng thông số BOD3