Kiến thức về nhu cầu oxy sinh hóa của nước

Kiến thức về nhu cầu oxy sinh hóa của nước

1. Định nghĩa của BOD.

Nhu cầu oxy sinh hóa (thường được gọi là BOD) đề cập đến lượng oxy hòa tan bị tiêu thụ trong phản ứng sinh hóa khi các vi sinh vật phân giải chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong nước dưới điều kiện nhất định. Nó được biểu thị bằng mg/L hoặc phần trăm, ppm. Đây là một chỉ số tổng hợp phản ánh mức độ ô nhiễm chất hữu cơ trong nước. Nếu thời gian oxi hóa sinh học là năm ngày, nó được gọi là nhu cầu oxy sinh hóa trong năm ngày (BOD5), và tương ứng có BOD10 và BOD20.

Quá trình phân giải chất hữu cơ trong nước diễn ra ở hai giai đoạn. Giai đoạn đầu tiên là giai đoạn oxy hóa carbon, và giai đoạn thứ hai là giai đoạn nitrat hóa. Lượng oxy bị tiêu thụ trong giai đoạn oxy hóa carbon được gọi là nhu cầu oxy sinh hóa carbon (CBOD).

Vi sinh vật cần tiêu thụ oxy khi phân giải các hợp chất hữu cơ trong nước. Nếu lượng oxy hòa tan trong nước không đủ để cung cấp nhu cầu của vi sinh vật, thì nguồn nước đó đang ở trạng thái bị ô nhiễm. Do đó, BOD là một chỉ số quan trọng gián tiếp cho thấy mức độ ô nhiễm hữu cơ trong nước. Qua việc xác định BOD, chúng ta có thể hiểu được khả năng phân hủy sinh học của nước thải và khả năng tự làm sạch của nguồn nước. Giá trị càng cao, càng có nhiều chất ô nhiễm hữu cơ trong nước và mức độ ô nhiễm càng nghiêm trọng.

Thông thường, quá trình phân hủy chất hữu cơ dưới sự chuyển hóa của vi sinh vật có thể được chia thành hai giai đoạn. Giai đoạn đầu tiên là quá trình chất hữu cơ được chuyển hóa thành CO2, NH3 và H2O. Giai đoạn thứ hai là quá trình nitrat hóa khi NH3 tiếp tục được chuyển hóa thành nitrit và nitrat. Vì NH3 đã là một chất vô cơ, nhu cầu oxy sinh hóa của nước thải thường chỉ đề cập đến lượng oxy cần thiết cho chất hữu cơ trong phản ứng sinh hóa ở giai đoạn này. Sự phân hủy chất hữu cơ bởi vi sinh vật liên quan đến nhiệt độ, và 20°C thường được sử dụng làm nhiệt độ chuẩn để đo nhu cầu oxy sinh hóa. Trong điều kiện đo lường có đủ oxy và khuấy đều liên tục, thông thường mất khoảng 20 ngày để chất hữu cơ cơ bản hoàn thành quá trình phân giải oxi hóa, đạt khoảng 99%, và giá trị BOD sau 20 ngày thường được coi là giá trị BOD hoàn chỉnh, tức là BOD20. Tuy nhiên, việc chờ 20 ngày là khó thực hiện trong công việc thực tế. Do đó, một thời gian tiêu chuẩn đã được quy định, thường là 5 ngày, được gọi là nhu cầu oxy sinh hóa trong 5 ngày, ký hiệu là BOD5. BOD5 bằng khoảng 70% của BOD20.

Sự khác biệt giữa BOD và COD là BOD là nhu cầu oxy sinh hóa; COD là nhu cầu oxy hóa học, chỉ số này đề cập đến lượng tất cả các chất ô nhiễm (bao gồm cả chất hữu cơ và vô cơ) trong nước có thể bị oxi hóa bởi các chất oxi hóa mạnh dưới điều kiện nhất định, được biểu thị bằng mg/L oxy cần thiết cho quá trình oxi hóa. Nó có thể phản ánh mức độ ô nhiễm của nước bởi các chất làm giảm oxy. Nói chung, COD của nước thải lớn hơn BOD. Điều này là do quá trình oxi hóa trong COD diễn ra triệt để hơn. Ngoài một số hợp chất hữu cơ bay hơi, hợp chất hữu cơ thơm và một số alkan, chúng thường có thể bị oxi hóa, và cũng bao gồm một phần lượng chất vô cơ; trong khi đó, BOD chỉ đề cập đến chất hữu cơ có thể bị phân giải trực tiếp bởi vi sinh vật, và dễ bị ảnh hưởng bởi các chất độc hại và vi khuẩn trong nước. Tỷ lệ giữa nhu cầu oxy sinh hóa và nhu cầu oxy hóa học có thể chỉ ra mức độ các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước khó phân hủy bởi vi sinh vật. Các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy bởi vi sinh vật gây hại nhiều hơn cho môi trường.

BOD5 của một con sông thông thường không vượt quá 2mg/L. Nếu cao hơn 10mg/L, nó sẽ phát ra mùi hôi thối. Tiêu chuẩn xả nước thải tổng hợp của nước ta quy định rằng tại điểm xả của nhà máy, nồng độ cho phép của tiêu chuẩn BOD cấp hai đối với nước thải là 60mg/L, và BOD của nước mặt không được vượt quá 4mg/L.

Phương pháp thử truyền thống cho BOD5 là phương pháp pha loãng cấy vi sinh. Phương pháp cụ thể là nuôi cấy trong 5 ngày ở nhiệt độ 20±1℃, và đo lượng oxy hòa tan của mẫu trước và sau khi nuôi cấy. Sự chênh lệch giữa hai giá trị này chính là nhu cầu oxy sinh hóa trong 5 ngày. Đây là phương pháp hiện đang được sử dụng rộng rãi.

Máy phân tích nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) do Công nghệ Lianhua cung cấp được thiết kế dựa trên nguyên lý đo lường phương pháp chênh áp. Thiết bị mô phỏng quá trình phân hủy sinh học của chất hữu cơ trong tự nhiên: oxy trong không khí phía trên chai thử liên tục bổ sung oxy hòa tan bị tiêu thụ trong nước, CO2 sinh ra trong quá trình phân hủy chất hữu cơ được hấp thụ bởi sodium hydroxide trong nắp kín, và cảm biến áp suất theo dõi liên tục sự thay đổi áp suất oxy trong chai thử. Một mối tương quan được thiết lập giữa nhu cầu oxy sinh hóa BOD (tức là lượng oxy bị tiêu thụ trong chai thử) và áp suất khí, sau đó giá trị nhu cầu oxy sinh hóa BOD được hiển thị trực tiếp.

Phương pháp tiêm cấy pha loãng truyền thống phức tạp và tốn thời gian, cần có người chuyên trách giám sát trong quá trình nuôi cấy năm ngày. Ngược lại, máy phân tích BOD của Công nghệ Lianhua dễ dàng vận hành và thuận tiện khi kiểm tra. Khi thời gian nuôi cấy được đặt (chẳng hạn như 5 ngày, 7 ngày hoặc 30 ngày) kết thúc, hệ thống kiểm tra sẽ tự động tắt và lưu trữ kết quả đo lường. Nó có thể xử lý 6 hoặc 12 mẫu nước cùng lúc, và không cần người đặc biệt giám sát trong quá trình thử nghiệm. Và nó nhanh hơn phương pháp pha loãng. Giữ chai trong trạng thái khuấy liên tục có thể cung cấp thêm oxy cho mẫu nước và cho phép vi khuẩn tiếp xúc nhiều hơn với chất hữu cơ. Bằng cách tăng tốc quá trình hô hấp và tiêu thụ oxy, kết quả có thể thu được nhanh hơn. Kết quả đo lường tương đương với phương pháp nuôi cấy pha loãng có thể đạt được trong vòng 2 đến 3 ngày. Những kết quả đo lường này có thể được sử dụng cho việc kiểm soát quy trình.

2. Cách BOD được tạo ra

BOD chủ yếu đến từ chất hữu cơ có thể phân hủy sinh học trong nước. ‌

Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) đề cập đến lượng oxy hòa tan được tiêu thụ trong quá trình phản ứng sinh hóa khi các vi sinh vật phân giải chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong nước dưới điều kiện nhất định. Các chất hữu cơ này có thể là phân người và động vật, chất thải từ thực phẩm và công nghiệp, v.v. Chúng bị phân giải trong nước nhờ tác động của vi sinh vật, từ đó làm tiêu hao oxy hòa tan trong nước. BOD thường được đo bằng miligam trên lít hoặc biểu thị dưới dạng phần trăm hoặc ppm. Đây là một chỉ số quan trọng về chất lượng nước dùng để đánh giá mức độ ô nhiễm hữu cơ trong nguồn nước. Phần lớn các chất gây ô nhiễm trong nước thải là chất hữu cơ, bao gồm hàng chục triệu loài đã biết và vô số loài chưa biết. BOD cùng với chỉ số khác là nhu cầu oxy hóa học (COD) được sử dụng để đánh giá tình trạng ô nhiễm của nguồn nước. BOD tập trung vào việc đo lường lượng chất hữu cơ có thể bị phân giải bởi vi sinh vật, trong khi COD bao gồm sự oxy hóa của tất cả các dạng chất hữu cơ và vô cơ. Tóm lại, BOD chủ yếu xuất phát từ chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong nước. Những chất hữu cơ này bị phân giải trong nước bởi vi sinh vật, từ đó ảnh hưởng đến khả năng tự làm sạch và cân bằng sinh thái của nguồn nước. Nhu cầu oxy sinh hóa là một thông số quan trọng về ô nhiễm chất lượng nước. Trong nước thải, nước thải từ nhà máy xử lý nước thải và nước bị ô nhiễm, lượng oxy cần thiết cho vi sinh vật phát triển và sinh sản bằng cách sử dụng chất hữu cơ chính là lượng oxy tương đương với chất hữu cơ có khả năng phân hủy (có thể sử dụng bởi vi sinh vật). Các chất gây ô nhiễm trong nước mặt tiêu thụ oxy hòa tan trong quá trình oxy hóa do vi sinh vật trung gian. Lượng oxy hòa tan bị tiêu thụ được gọi là nhu cầu oxy sinh hóa, điều này gián tiếp phản ánh lượng chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong nước. Nó chỉ ra tổng lượng oxy hòa tan bị tiêu thụ trong nước khi chất hữu cơ trong nước bị oxy hóa và phân giải bởi tác động sinh hóa của vi sinh vật để trở thành chất vô cơ hoặc khí. Giá trị càng cao thì lượng chất ô nhiễm hữu cơ trong nước càng nhiều, và mức độ ô nhiễm càng nghiêm trọng. Các hợp chất hydrocacbon, protein, dầu, lignin, v.v. tồn tại ở trạng thái lơ lửng hoặc hòa tan trong nước thải sinh hoạt và công nghiệp như đường, thực phẩm, giấy, sợi đều là chất ô nhiễm hữu cơ, có thể bị phân giải bởi tác động sinh hóa của vi khuẩn hiếu khí. Vì oxy bị tiêu thụ trong quá trình phân giải, chúng cũng được gọi là chất ô nhiễm hiếu khí. Nếu lượng chất ô nhiễm này được xả quá nhiều vào nguồn nước, nó sẽ gây thiếu oxy hòa tan trong nước. Đồng thời, chất hữu cơ sẽ gây thối rữa qua quá trình phân giải bởi vi khuẩn kỵ khí trong nước, tạo ra các khí có mùi hôi như metan, sulfua hidro, mercaptan và amoniac, khiến nguồn nước bị suy thoái và có mùi hôi.

Khoảng 100 ngày là thời gian cần thiết để tất cả chất hữu cơ trong nước thải bị oxy hóa và phân hủy hoàn toàn. Để rút ngắn thời gian kiểm tra, nhu cầu oxy sinh hóa thường được biểu thị bằng lượng oxy tiêu thụ của mẫu nước thử ở 20°C trong vòng năm ngày, được gọi là nhu cầu oxy sinh hóa trong năm ngày, viết tắt là BOD5. Đối với nước thải sinh hoạt, giá trị này tương đương khoảng 70% lượng oxy tiêu thụ cho quá trình oxy hóa và phân hủy hoàn toàn.

3. Tác động của BOD.

Kiểm tra chất lượng nước, BOD là viết tắt của máy đo nhu cầu oxy sinh hóa, đây là một chỉ số tổng hợp về hàm lượng các chất ô nhiễm tiêu thụ oxy trong nước. Những tác hại của BOD quá cao chủ yếu thể hiện ở các khía cạnh sau:

1. Tiêu thụ oxy hòa tan trong nước: Hàm lượng BOD quá cao sẽ làm tăng tốc độ sinh sản của vi khuẩn hiếu khí và sinh vật hiếu khí, khiến oxy trong nước bị tiêu thụ nhanh chóng, dẫn đến cái chết của sinh vật thủy sinh.

Sự suy thoái chất lượng nước: Sự sinh sản của một số lượng lớn vi sinh vật tiêu thụ oxy trong cơ thể nước sẽ tiêu thụ oxy hòa tan và tổng hợp ô nhiễm hữu cơ thành các thành phần sống của chúng. Đây là đặc điểm tự làm sạch của cơ thể nước. BOD quá cao sẽ khiến vi khuẩn hiếu khí, nguyên sinh động vật hiếu khí và tảo hiếu khí nhân lên hàng loạt, nhanh chóng tiêu thụ oxy, gây chết cá và tôm, và khiến một số lượng lớn vi khuẩn kỵ khí nhân lên.

Ảnh hưởng đến khả năng tự làm sạch của cơ thể nước: Hàm lượng oxy hòa tan trong cơ thể nước có liên quan mật thiết đến khả năng tự làm sạch của cơ thể nước. Càng ít oxy hòa tan, khả năng tự làm sạch của cơ thể nước càng yếu.

Sinh ra mùi hôi: Hàm lượng BOD quá cao sẽ gây ra mùi hôi trong cơ thể nước, không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng nước mà còn đe dọa môi trường xung quanh và sức khỏe con người.

5. Gây ra thủy triều đỏ và sự nở rộ của tảo: BOD quá mức sẽ gây phú dưỡng cho các cơ thể nước, kích hoạt thủy triều đỏ và sự nở rộ của tảo, điều này sẽ phá hủy sự cân bằng sinh thái thuỷ sinh và đe dọa sức khỏe con người cũng như nguồn nước uống.

Do đó, BOD quá mức là một thông số quan trọng về ô nhiễm nước, có thể gián tiếp phản ánh hàm lượng chất hữu cơ phân huỷ được trong nước. Nếu nước thải có BOD quá mức được xả vào các cơ thể nước tự nhiên như sông và đại dương, nó không chỉ gây tử vong cho sinh vật trong nước mà còn tích tụ trong chuỗi thức ăn và xâm nhập vào cơ thể con người, gây ngộ độc mạn tính, ảnh hưởng đến hệ thần kinh và phá hủy chức năng gan. Vì vậy, cần thiết phải mua máy đo BOD Shenchanghong để tiến hành đo lường. Chỉ sau khi vượt qua bài kiểm tra, nước thải mới có thể được xả vào cơ thể nước.

5. Phương pháp xử lý BOD

Để xử lý vấn đề BOD (yêu cầu oxy sinh hóa) quá cao trong nước, cần sử dụng nhiều phương pháp khác nhau như vật lý, sinh học và hóa học. Dưới đây là một số phương pháp hiệu quả:

1. Phương pháp vật lý:

A. Xử lý sơ bộ nước thải để loại bỏ các chất rắn lơ lửng và cặn bã, thường sử dụng các phương pháp vật lý như lắng, lọc hoặc ly tâm.

B. Lọc và lắng. Loại bỏ các chất rắn lơ lửng trong nước thải thông qua việc lọc và lắng vật lý. Các chất rắn này thường chứa BOD cao.

2. Phương pháp sinh học:

A. Xử lý sinh học là một trong những bước quan trọng để loại bỏ BOD trong nước thải. Nó sử dụng khả năng chuyển hóa của vi sinh vật để phân hủy chất hữu cơ và giảm hàm lượng BOD. Các phương pháp phổ biến bao gồm phương pháp bùn hoạt tính và phương pháp màng sinh học.

B. Phương pháp bùn hoạt tính: Tạo điều kiện môi trường thích hợp thông qua khuấy trộn, sục khí và các phương pháp khác để cho phép vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ.

C. Phương pháp màng sinh học: Làm bám vi sinh vật lên một màng cố định, và chất hữu cơ trong nước thải sẽ được loại bỏ bởi vi sinh vật khi nước thải đi qua màng.

D. Điều chỉnh giá trị pH: Giá trị pH trong nước thải có ảnh hưởng nhất định đến hoạt động của vi sinh vật và hiệu quả loại bỏ BOD, và cần được điều chỉnh dựa trên đặc điểm của nước thải cụ thể.

E. Cung cấp khí để tăng oxy hòa tan: Bằng cách tăng lượng cung cấp oxy, hoạt động của vi sinh vật và hiệu quả loại bỏ BOD trong nước thải được cải thiện.

F. Xử lý bùn thải còn lại: Trong quá trình xử lý sinh học, bùn được tạo ra cần phải được xử lý thêm, bao gồm tiêu hóa kỵ khí, tiêu hóa hiếu khí, thoát nước, sấy khô, v.v.

3. Phương pháp hóa học:

A. Oxi hóa hóa học: Sử dụng chất oxi hóa như ozone, clo hoặc peroxomonosulfat để oxi hóa chất hữu cơ trong nước thải và giảm BOD.

B. Sự kết tụ và nổi bọt: Thêm chất kết tụ để làm cho các hạt lơ lửng và chất hữu cơ ngưng tụ thành các bông lớn hơn, sau đó loại bỏ chúng bằng phương pháp nổi.

4. Công nghệ xử lý tiên tiến:

A. Công nghệ khử nitơ hiếu khí: Trong điều kiện cụ thể, sử dụng vi khuẩn khử nitơ hiếu khí để loại bỏ nitơ amoniac trong nước thải và đồng thời giảm BOD.

B. Hệ thống ao nhân tạo: Thông qua tác động hiệp đồng của thực vật và vi sinh vật trong ao nhân tạo, các chất ô nhiễm như chất hữu cơ, nitơ và phốt pho được loại bỏ.

5. Tối ưu hóa quy trình:

A. SBR (Quy trình bùn hoạt tính theo mẻ): Cải thiện hiệu quả xử lý nước thải thông qua các quá trình định kỳ như cấp nước, sục khí, lắng và xả nước.

B. CAST (Quy trình bùn hoạt tính tuần hoàn): Kết hợp vận hành định kỳ giữa quá trình sục khí và khuấy trộn để cải thiện hiệu quả loại bỏ chất hữu cơ.

6. Xử lý tiền và hậu:

A. Xử lý tiền xử như lưới thô, lưới mịn và bể lắng cát loại bỏ các hạt hữu cơ lớn và giảm gánh nặng cho quá trình xử lý sinh học tiếp theo.

B. Xử lý hậu: Sau khi xử lý sinh học, BOD được giảm thêm thông qua lọc, hấp phụ và các phương pháp khác.

Tóm lại, vấn đề BOD quá cao trong nước đã xử lý cần xem xét toàn diện các yếu tố như đặc tính của nước thải, yêu cầu xử lý và điều kiện kinh tế, chọn phương pháp xử lý phù hợp, và chú ý đến tiêu thụ năng lượng và phát thải trong quá trình xử lý để đảm bảo quá trình xử lý đáp ứng yêu cầu bảo vệ môi trường.

5. Phương pháp phân tích BOD.

Các phương pháp phân tích BOD chủ yếu bao gồm phương pháp ủ năm ngày, phương pháp đo áp suất, phương pháp điện cực vi sinh, phương pháp BOD5, phương pháp BOD20, phương pháp cảm biến sinh học, phương pháp cảm biến quang học oxy, phương pháp phân tích hóa học, v.v. 1, ‌  Phương pháp huấn luyện năm ngày là một phương pháp đo BOD được sử dụng phổ biến. Nó tính toán giá trị BOD bằng cách thay đổi các mẫu nước ở điều kiện (20 ± 1 °C) trong 5 ngày, sau đó xác định sự thay đổi hàm lượng oxy trong mẫu nước trước và sau khi xử lý mẫu nước. Đây là cách tính toán giá trị BOD bằng cách đo sự thay đổi trong hệ thống kín thông qua việc đo sự thay đổi tín hiệu điện do hoạt động chuyển hóa của vi sinh vật gây ra để xác định giá trị BOD. Phương pháp này có độ nhạy và độ chính xác cao. Phương pháp BOD5 đơn giản và tiết kiệm chi phí, được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực giám sát chất lượng nước, trong khi quy tắc BOD20 có thể đánh giá toàn diện hơn mức phân hủy chất hữu cơ trong nguồn nước, phù hợp với những trường hợp yêu cầu đánh giá BOD chính xác hơn. Các phương pháp này có ưu điểm phản hồi nhanh, thao tác đơn giản và độ nhạy cao. Phản ứng giữa các chất hóa học và chất hữu cơ được tính toán để xác định giá trị BOD. Phương pháp này thường yêu cầu thời gian thực hiện lâu hơn và các bước thí nghiệm phức tạp hơn, nhưng trong một số trường hợp cụ thể, nó vẫn là một phương pháp hiệu quả để xác định giá trị BOD. Ngoài ra, các quốc gia và vùng lãnh thổ khác nhau có thể có tiêu chuẩn và yêu cầu khác nhau. Do đó, khi tiến hành đo BOD, cần tham khảo các phương pháp và tiêu chuẩn liên quan áp dụng cho khu vực đó để đảm bảo độ chính xác và khả năng so sánh của kết quả đo lường.

Máy phân tích nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5) của Lianhua Technology được thiết kế dựa trên nguyên lý đo áp suất chênh lệch. Nó mô phỏng quá trình phân hủy sinh học của chất hữu cơ trong tự nhiên. Trong chai nuôi cấy kín, oxy trong không khí phía trên chai nuôi cấy liên tục bổ sung oxy hòa tan bị tiêu thụ bởi sự phân giải chất hữu cơ trong mẫu. CO2 được tạo ra trong quá trình phân hủy chất hữu cơ sẽ bị loại bỏ, gây ra sự thay đổi áp suất không khí trong chai nuôi cấy. Bằng cách phát hiện sự thay đổi áp suất không khí trong chai nuôi cấy, giá trị nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) của mẫu được tính toán. Phạm vi phát hiện rộng, có thể kiểm tra trực tiếp dưới 4000mg/L, in kết quả tự động, chu kỳ đo lường có thể chọn từ 1-30 ngày, thao tác đơn giản.