1.Giới thiệu chung

BOD (Biochemical Oxygen Demand) được hiểu là nhu cầu oxy hóa sinh hóa, có liên quan trưc tiếp đến hàm lượng chất hữu cơ có thể phân hủy sinh học được có trong mẫu nước thải.

BOD được đo bằng lượng oxy bị tiêu thụ trên 1 lít mẫu dung dịch (đơn vị mg/l hay ppm) trong 1 khoảng thời gian nhất định, tại 1 nhiệt độ nhất định (thường là trong vòng 5 ngày khi đo BOD5, ở 20^oC-kí hiệu là BOD₅ ²⁰).

Mối quan hệ của BOD và COD: thường thì các chất hữu cơ bị oxy hóa hoàn toàn (COD) trong vòng từ 21-28 ngày, ở 20^oC. Theo thực nghiệm, trong vòng 5 ngày đầu, lượng oxy tiêu thụ chiếm 60-70% lượng tổng oxy cần để đốt cháy hết các hợp chất hữu cơ trong mẫu nước thải. Như vậy, trên thực tế, BOD =0.7*COD

2. Quy trình thực hiện

a, Hóa chất cần dùng

1, Chất dinh dưỡng: Bao gồm 4 loại hóa chất:

Dung dịch A: Hòa tan 0.25g FeCl₃.6H₂O và định mức thành 1 lít dung dịch

Dung dịch B: 27.5g CaCl₂ khan (anhydrous) vào tan và định mức thành 1l dung dịch bằng nước cất 2 lần.

Dung dịch C: 22.5g  MgSO₄.7H₂O vào tan và định mức thành 1l dung dịch bằng nước cất 2 lần.

Dung dịch D (dung dịch đệm): hòa tan hỗn hợp gồm 8.5g KH₂PO₄, 33.4g Na₂HPO₄.7H2O hoặc 21.7g K₂HPO₄, 1.7g NH₄Cl và định mức thành 1l dung dịch bằng nước cất 2 lần.

2, Dung dịch nước cống

Trong nước thải công nghiệp thường ít có sự có mặt của vi khuẩn (nếu đường biểu diền BOD vs ngày có hình dáng giống đường B thì phải thêm vi khuẩn vào dung dịch để làm mồi.

Lấy nước cống từ các kho dân cư, để lắng từ 1-2h sau đó gạn nước lấy bùn để làm mồi (mật độ khoảng 103-106 vi khuẩn/ml).

3. BOD chuẩn

Cân 200mg đường glucozo (C₆H₁₂O₆) khan sau khi đã sấy khô ở 105^oC và làm khô trong dessicator, hòa tan và định mức thành 1l.

b, Quy trình thực hiện:

1, Sử lý mẫu trước khi đo:

Mẫu cần sử lý trước khi rơi vào 1 trong các trường hợp sau:

-pH của mẫu không nằm trong khoảng 6.5-7.5. Trong trường hợp này, cần dùng dung dịch H₂SO₄ hay  NaOH có nồng độ khoảng 1N để đưa pH của mẫu vào khoảng giá trị từ 6.5-7.2, nhưng thể tích không được vượt quá 0.5% thể tích mẫu. Nếu cần có thể cô cạn dung dịch.

-Dung dịch có chứa chất tẩy trùng như Cl^–, ClO₂,ozone, vv. Trong trường hợp này, thêm  một lượng nhỏ thể tích dung dịch Na₂SO₃ 0.025N (1.58g/l) để loại bỏ các chất oxy hóa trên. Nhưng lưu ý là dung dịch sau đó phải được dùng làm luôn trong ngày và thêm dịch nước cống (có chứa vi khuẩn).

-Mẫu có chứa chất độc đối với vi khuẩn (kim loại nặng): Trng nước thải của một số ngành công nghiệp có thể chứa các kim loại nặng, gây độc cho vi khuẩn. Trong trường hợp này cần đưa pH của mẫu lên 8.5 để kết tủa các ion kim loại nặng  (tạo thành hydroxide

không tan) và lọc bỏ kết tủa. Sau đó đưa dung dịch về pH khoảng 6.5-7.5 và thêm dịch nước cống.

-Khi mẫu có chứa nhiều vi khuẩn nitrat hóa, phải tìm cách ức chế vi khuẩn nitrat hóa. Sự nitrat hóa thường xảy ra sau 5 ngày tính từ lúc bắt đầu quá trình ủ để xác định BOD nên ảnh hưởng của nó đến kết quả đo BOD là nhỏ (ít có ảnh hưởng nhất đến kết quả đo). Nhưng nếu lượng vi khuẩn nitrat hóa có trong mẫu nước thải là lớn, nó sẽ gây sai số thì phải dùng chất ức chế là dung dịch allythioure 0.05% (5mg/100ml)-(theo phương pháp phân tích CNR-INSA E-800-Italia) hoặc dung dịch 2-Chloro-6(triclorometyl) pyridine 0.35% (350mg/100ml)-theo tiêu chuẩn APHA-AWA-WPCF-Mỹ. Trong trường hợp sử dụng chất ức chế phải ghi rõ trên nhãn mác của mẫu và ghi chú lại trong khi ghi kết quả.

Thể tích chất ức chế thêm vào mẫu tuân theo bảng dưới đây:

-Khi có ít vi khuẩn trong mẫu. Thêm dịch nước cống để tăng cường mật độ vi khuẩn có trong nước thải.

-Khi có ít chất dinh dưỡng (N, P,vi khuẩn). Trong trường hợp này phải thêm chất dinh dưỡng vào mẫu (lượng thể tích chất dinh dưỡng thêm vào tuân theo tỉ lệ 1ml mỗi dung dịch chất dinh dưỡng (A,B,C,D)/ 1000ml mẫu.

Những vấn đề trên hay xảy ra trong mẫu nước thải công nghiệp.

2, Lấy mẫu và đo BOD

Bước 1: Lấy mẫu

Lấy 1 thể tích mẫu thích hợp vào chai, thêm một lượng chất dinh dưỡng nếu cần thiết (ví dụ các mẫu nước thải công nghiệp nghèo cơ chất)-thể tích chất dinh dưỡng cho vào mẫu tuân theo tỉ lệ 1ml mỗi dung dịch/1l mẫu, thêm dịch nước cống (thể tích dịch nước cống lấy khoảng 10% thể tích mẫu). Thể tích mẫu cho vào chai tuân theo bảng sau đây:

• Scale (thang đo) chính là giá trị BOD (mg O₂ /l-viết tắt là mg/l) ước lượng trước khi đo: có nghĩa là nếu ước lượng BOD trong mẫu nước thải X là 300mg/l thì chọn thang đo là 0-600 trên sensor đo và lấy thể tích mẫu tương ứng là 150ml.
• Nếu mẫu nước thải chứa hàm lượng BOD quá cao > 1000mg/l thì phải pha loãng bằng nước cất và phải trừ nền sau khi pha loãng. Thí dụ: mẫu nước thải sau khi pha loãng 5 lần có BOD là 30 mg/l, mẫu trắng (không chứa nước thải có BOD là 10 mg/l thì giá trị thật của mẫu nước thải đó ban đầu, trước khi pha loãng là (30-10)*5=100mg/l.

Bước 2: Bỏ con từ vào chai và để chai chứa mẫu vào đúng vị trí để mẫu ở trong buồng ủ để khuấy đều mẫu.

Bước 3: cắm điện thiết bị khuấy trong buồng ủ để khuấy, bật nút “Inner Supply” để khuấy đều mẫu.

Bước 4: Chờ khoảng 30-40ph cho mẫu đạt tới nhiệt độ ủ (thường là 20^oC). Lấy Na₂CO₃ (dạng viên)  cho vào hố cao su (màu đen ở trên miệng chai) đến miệng nhưng không làm rơi Na₂CO₃ vào trong mẫu. Mục đích cho Na₂CO₃ vào là để hấp thụ CO₂ sinh ra trong quá trình ủ. Đặt sensor lên miệng chai và vặn chặt lại. Reset lại chương trình

-Cách reset lại chương trình:

+ Ấn cùng lúc 2 nút A và B: toàn bộ số liệu cũ trước đó sẽ bị xóa hết.

+ Chọn thang đo: Sensor có  4 thang đo là 90.0; 250; 600; 900 ppm tương ứng với giá trị BOD mà ta ước chừng. Kết quả BOD sẽ càng đúng nếu ta chọn thang đo nằm càng thích hợp. Sau khi xóa hết kết quả cũ: Nhấn nút A hay B để hiển thị thang đo của lần đo BOD trước đó. Nhấn nút A để thay đổi thang đo theo ý muốn

+ Ấn nút B (khi trên màn hình đo hiển thị số) để bắt đầu quá trình đo. Màn hình lúc đó sè nhấp nháy vài giây để báo hiệu bắt đầu đo BOD.

Bước 5: Ghi kết quả từ sensor:

Trong suốt quá trình đo ta có thể ghi kết quả BOD tại thời điểm bất kì bằng cách ấn nút B

-Nếu trong trường hợp phải theo dõi kết quả đo theo từng ngày thì ta dùng chế độ ghi nhớ: Sensor sẽ đo kết quả BOD và ghi lại kết quả của từng ngày (từ ngày thứ 1 đến ngày thứ 5).

Để kích hoạt chế độ ghi nhớ: sau khi bắt đầu 1 chu kì đo: Ấn và giữ nút B.

Để xem kết quả đo của từng ngày: Ấn nút B để chọn ngày đo kết quả sau đó ấn nút A để xem kết quả của ngày tương ứng.

Bước 6: Kết thúc quá trình đo: Sau khi ghi lại kết quả BOD thì có đổ hết dung dịch mẫu trong chai và rửa lại bằng nước nóng, dùng chổi để cọ sạch. Nên tránh dùng xà phòng vì nếu một hàm lượng nhất định còn lại trong chai có thể làm ảnh hưởng đến kết quả của quá trình đo BOD tiếp theo.

Trong trường hợp thiết bị không sử dụng trong một khoảng thời gian dài thì phải tháo sensor ra khỏi bình và cho vào hộp chứa ban đầu.

3, Kết quả

A, Đường cong BOD vs ngày:

Để chắc chắn quá trình phân hủy các hợp chất có trong mẫu xảy ra bình thường, cần phải theo dõi kết quả BOD mỗi ngày và vẽ đường cong BOD vs ngày (từ ngày 1-7). Tiêu chí để kiểm tra sự phân hủy các hợp chất hữu cơ là:

1,  Lượng O₂ trong mẫu phải giảm từ từ và thấp hơn so với ngày hôm trước, tức là BOD của ngày sau phải cao hoặc tối thiểu là bằng hôm trước (giá trị đọc được trên sensor cho phép sai số 10%)

2, Lượng O₂ tiêu thụ  tăng lên theo từng ngày cho đến 1 lượng ổn định, gần như là không đổi.

Thông thường, trong quá trình theo dõi BOD vs Ngày, ta sẽ gặp 4 đường cơ bản sau:

-Đường A (màu đen): Đường phân hủy xảy ra bình thường, lượng vi khuẩn và chất dinh dưỡng  đều có vừa đủ trong mẫu.

-Đường B(màu xanh nước biển): Có thể là do lúc bắt đầu quá trình ủ,  mật độ vi khuẩn có trong mẫu là ít hoặc do có chất ức chế khiển vi khuẩn không phát triển được.

-Đường C (màu xanh lá cây): Lượng O₂ tiếp tục tăng, là do bắt đầu từ ngày thứ 6 trở đi, vi khuẩn nitrat hóa bắt đầu phát triển, oxi hóa các hợp chất chứa N (amoni) thành nitrit hoặc nitrat. Có thể hạn chế được bằng cách dùng  chất ức chế.

-Đường D (màu đỏ): Có thể là đậy nắp không kĩ

Hình dạng của 4 đường như sau:

B, Kết quả tính toán:

-Trường hợp mẫu không pha loãng: giá trị BOD của mẫu X là ghi lạ trên sensor  (ngày thứ 5 kể từ ngày bắt đầu ủ) là 250 mg/l. Giá trị của mẫu trắng đo được là 15 mg/l. Vậy giá trị thật cảu mẫu là: 250-15=235 mg/l.

-Trường hợp mẫu có pha loãng: giá trị BOD cuả mẫu sau khi pha loãng 5 lần ghi lại được là 250 mg/l, giá trị BOD của mẫu trắng là 15mg/l. Vậy giá trị BOD thật là: (250-15)*5=1175 mg/l.

4, BOD chuẩn

Để kiểm tra độ chính xác của phương pháp, dung dịch glucozo, loại tinh khiết, sau khi đã làm sấyở 105oC trong vòng 1h (200 mg/l- BOD theo tính toán là 168± 17 mg/l) được dùng làm dung dịch chất chuẩn. Một số mẫu khác cũng được tiến hành thí nghiệm. Tuân theo đầy đủ các bước đã ghi trong quy trình, kết quả nhận được là như sau:

[Nguồn: Hướng dẫn thực hành – Phòng thí nghiệm nghiên cứu và phát triển công nghệ môi trường, Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, Đại học Bách khoa Hà Nội, 2012]