Chỉ số DO, BOD, COD, TSS: Ý nghĩa và phương pháp xác định

Trong ngành công nghệ môi trường và vận hành hệ thống xử lý nước thải, các chỉ số DO, BOD, COD và TSS là 4 thông số kỹ thuật cốt lõi. Chúng không chỉ thể hiện mức độ ô nhiễm của nguồn nước mà còn là cơ sở quyết định phương án công nghệ xử lý (Sinh học, Hóa lý hay Cơ học).

Bài viết này NTS Engineering sẽ giải thích chi tiết khái niệm, ý nghĩa, công thức xác định cũng như cách ứng dụng tỷ lệ BOD/COD để đánh giá hiệu quả của hệ thống xử lý nước thải.

Khái niệm & ý nghĩa của các chỉ số DO, BOD, COD, TSS

Chỉ số DO (Dissolved Oxygen) – Oxy hòa tan

• Khái niệm: DO là lượng oxy tự do hòa tan trong nước, cần thiết cho sự hô hấp của các sinh vật thủy sinh (cá, tôm, vi sinh vật hiếu khí…). Oxy hòa tan sinh ra từ sự khuếch tán khí quyển hoặc quá trình quang hợp của tảo.
• Giá trị tiêu chuẩn: Nồng độ DO tự do trong nước tự nhiên thường dao động từ 8 – 10 ppm (mg/L).
• Ý nghĩa: DO phản ánh khả năng duy trì sự sống thủy sinh và mức độ tự làm sạch của nguồn nước. Nồng độ DO quá thấp (< 2 mg/L) chứng tỏ nước bị ô nhiễm hữu cơ nặng, khiến vi sinh vật hiếu khí suy giảm và gây ra hiện tượng phân hủy yếm khí (phát sinh mùi hôi thối).

Chỉ số BOD (Biochemical Oxygen Demand) – Nhu cầu Oxy sinh hóa

• Khái niệm: BOD là lượng oxy mà vi sinh vật tiêu thụ để phân hủy các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học trong môi trường bão hòa oxy, ở điều kiện tiêu chuẩn về nhiệt độ (20°C) và thời gian (thường đo sau 5 ngày, ký hiệu là BOD5).
• Ý nghĩa: BOD đại diện cho hàm lượng chất thải hữu cơ sinh học trong nước. BOD càng cao, mức độ ô nhiễm hữu cơ càng lớn, đòi hỏi hệ thống xử lý sinh học (như bể Aerotank, bể Anoxic) phải làm việc với tải trọng cao hơn.

Chỉ số COD (Chemical Oxygen Demand) – Nhu cầu Oxy hóa học

• Khái niệm: COD là lượng oxy cần thiết để oxy hóa toàn bộ các hợp chất hóa học (bao gồm cả chất hữu cơ dễ phân hủy, khó phân hủy và các chất vô cơ bị oxy hóa) có trong nước bằng tác nhân oxy hóa hóa học mạnh.
• Ý nghĩa: COD cung cấp cái nhìn tổng quan về mức độ ô nhiễm tổng thể của nguồn nước. Vì COD tính cả các chất khó phân hủy sinh học nên giá trị COD luôn lớn hơn hoặc bằng BOD (COD >= BOD).

Chỉ số TSS (Total Suspended Solids) – Tổng chất rắn lơ lửng

• Khái niệm: TSS là tổng khối lượng các hạt chất rắn (cát, sét, bùn, tảo, vi sinh vật…) lơ lửng trong nước không bị hòa tan, có kích thước giữ lại được trên giấy lọc tiêu chuẩn (thường khoảng 1.5 – 2.0 µm).
• Ý nghĩa: TSS làm tăng độ đục của nước, ngăn cản ánh sáng mặt trời xuyên qua (giảm quang hợp của tảo) và dễ gây lắng cặn, tắc nghẽn đường ống cũng như các thiết bị lọc.

Tỷ lệ BOD/COD: “Chìa khóa” chọn công nghệ xử lý nước thải

Tỷ lệ BOD/COD phản ánh bản chất của các chất hữu cơ trong nước thải là dễ hay khó phân hủy sinh học. Đây là căn cứ kỹ thuật quan trọng nhất để các kỹ sư môi trường lựa chọn dây chuyền công nghệ phù hợp.

      Tỷ lệ BOD/COD = Giá trị BOD5 (mg/L) / Giá trị COD (mg/L)

Tham khảo tỷ lệ BOD/COD trung bình ở một số ngành công nghiệp:

Các phương pháp xác định DO, BOD, COD, TSS chuẩn phòng thí nghiệm

Phương pháp xác định DO (Oxy hòa tan)

• Phương pháp Winkler (Chuẩn độ hóa học): Oxy trong mẫu nước được cố định ngay tại hiện trường bằng dung dịch MnSO4, KI và NaN3. Sau đó đem về phòng thí nghiệm, thêm acid để giải phóng I2 và chuẩn độ bằng Na2S2O3 với chỉ thị hồ tinh bột.

Công thức tính: DO (mg/L) = (V_TB x N / V_M) x 8 x 1000

• Phương pháp điện cực (Máy đo DO cầm tay): Sử dụng máy đo DO điện cực màng khuếch tán. Dòng điện sinh ra tỷ lệ thuận với lượng oxy hòa tan khuếch tán qua màng, cho kết quả tức thì tại hiện trường.

Phương pháp xác định BOD (BOD5)

• Mẫu nước được pha loãng bằng nước cất bão hòa oxy, bổ sung vi sinh vật mầm giống và đo lượng DO ban đầu.
• Mẫu được đậy kín, ủ trong tủ ấm ở 20°C trong bóng tối (để tránh quang hợp phát sinh oxy) suốt 5 ngày.
• Sau 5 ngày, đo lại lượng DO còn lại. Chênh lệch DO ban đầu và DO sau 5 ngày chính là chỉ số BOD5.
• Hiện đại: Hiện nay phổ biến sử dụng Chai đo BOD Oxitop đo áp suất tự động liên tục trong 5 ngày.

Phương pháp xác định COD

• Sử dụng tác nhân oxy hóa mạnh là Kali Dicromat (K2Cr2O7) trong môi trường acid sulfuric (H2SO4) đun xúc tác ở nhiệt độ cao (150°C trong 2 giờ) để oxy hóa toàn bộ chất hữu cơ.
• Lượng Dicromat dư được chuẩn độ bằng dung dịch FAS (Ferro Ammonium Sulfate) hoặc đo quang phổ dung dịch thu được. Kết quả COD thường có sau 2 – 3 giờ.

Phương pháp xác định TSS

Dụng cụ: Cốc nung, sấy; giấy lọc sợi thủy tinh; tủ sấy (103 – 105°C); cân phân tích chính xác 0.1 mg; bình hút ẩm.

Quy trình:

• Sấy khô giấy lọc ở 103 – 105°C, làm nguội trong bình hút ẩm và cân khối lượng ban đầu (m1).
• Lọc một thể tích mẫu nước xác định (V ml) qua giấy lọc sợi thủy tinh.
• Đem giấy lọc chứa cặn sấy khô ở nhiệt độ 103 – 105°C cho đến khi khối lượng không đổi, làm nguội trong bình hút ẩm và cân lại (m2).

Công thức tính: TSS (mg/L) = [(m2 – m1) x 1000 x 1000] / V (ml)

Giải pháp xử lý triệt để BOD, COD, TSS vượt quy chuẩn

Đối với các hệ thống xử lý nước thải gặp sự cố vi sinh bị sốc tải, mất hoạt tính hoặc các chỉ tiêu BOD, COD, TSS xả thải vượt ngưỡng QCVN, doanh nghiệp cần kết hợp các giải pháp kỹ thuật:

1. Tối ưu hóa cụm Tiền xử lý (Cơ học – Hóa lý): Vận hành hiệu quả bẫy rác, bể lắng cát, hệ thống keo tụ tạo bông và tuyển nổi DAF để giảm bớt 30 – 50% TSS và COD thô trước khi vào bể sinh học.
2. Bổ sung chế phẩm vi sinh chuyên dụng: Chèn các dòng vi sinh hiếu khí/yếm khí mật độ cao (như các dòng vi sinh sinh học phân hủy chất hữu cơ nhanh) giúp tăng mật độ bùn hoạt tính, cải thiện chỉ số SVI và hạ nhanh BOD, COD.
3. Kiểm soát các thông số vận hành: Duy trì DO trong bể hiếu khí ở mức 2.0 – 4.0 mg/L, kiểm soát pH từ 6.5 – 8.5 và đảm bảo thời gian lưu bùn (SRT) thích hợp.

Lời kết

Việc hiểu rõ các chỉ số DO, BOD, COD, TSS và nắm vững tỷ lệ BOD/COD là nền tảng cốt lõi giúp các kỹ sư, nhà vận hành thiết kế và điều khiển hệ thống xử lý nước thải một cách tối ưu, tiết kiệm chi phí. Nếu hệ thống của bạn đang gặp sự cố về bùn vi sinh, các chỉ số xả thải vượt ngưỡng QCVN hoặc cần tư vấn công nghệ xử lý phù hợp, hãy liên hệ ngay với đội ngũ chuyên gia của chúng tôi để được khảo sát và hỗ trợ giải pháp kỹ thuật nhanh chóng nhất!