Bài viết này sẽ giải thích cặn kẽ các chỉ số quan trọng trong đánh giá chất lượng nước: DO, BOD, COD, TSS. Bạn sẽ hiểu rõ định nghĩa, ý nghĩa và phương pháp xác định từng chỉ số, giúp bạn đánh giá chính xác hơn về tình trạng ô nhiễm nguồn nước.
Chỉ số DO, BOD, COD, TSS là gì?
Trong lĩnh vực xử lý nước và đánh giá chất lượng nước, các chỉ số DO, BOD, COD và TSS đóng vai trò then chốt. Chúng cung cấp thông tin quan trọng về mức độ ô nhiễm và khả năng tự làm sạch của nguồn nước.
Chỉ số DO, BOD, COD, TSS là gì?
1. DO là gì? (Dissolved Oxygen – Oxy hòa tan)
DO (Dissolved Oxygen) là lượng oxy hòa tan trong nước. Oxy hòa tan rất cần thiết cho sự sống của các sinh vật thủy sinh như cá, lưỡng cư, côn trùng và các loài thủy sinh khác. Oxy hòa tan trong nước đến từ hai nguồn chính:
- Sự hòa tan từ khí quyển: Oxy trong không khí khuếch tán vào nước.
- Quang hợp của tảo và thực vật thủy sinh: Trong quá trình quang hợp, tảo và thực vật thủy sinh tạo ra oxy.
Nồng độ DO trong nước chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như nhiệt độ, áp suất, độ mặn và sự hiện diện của các chất ô nhiễm. Nồng độ oxy hòa tan lý tưởng cho sự sống của các loài thủy sinh thường nằm trong khoảng 5-8 mg/L (ppm). Khi nồng độ DO xuống thấp, các sinh vật thủy sinh sẽ bị suy yếu, thậm chí chết.
Việc phân tích chỉ số DO giúp đánh giá mức độ ô nhiễm của nước và kiểm tra hiệu quả của các quá trình xử lý nước thải.
2. BOD là gì? (Biochemical Oxygen Demand – Nhu cầu oxy sinh hóa)
BOD (Biochemical Oxygen Demand) là lượng oxy cần thiết để vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ trong nước trong điều kiện tiêu chuẩn (nhiệt độ, thời gian và bóng tối). Nói cách khác, BOD phản ánh hàm lượng các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học có trong mẫu nước.
Trong môi trường nước, vi sinh vật sử dụng oxy hòa tan (DO) để phân hủy các chất hữu cơ. Do đó, BOD cao cho thấy nguồn nước bị ô nhiễm bởi một lượng lớn chất hữu cơ, có thể gây suy giảm nồng độ DO và ảnh hưởng tiêu cực đến đời sống thủy sinh.
BOD là một chỉ số quan trọng để đánh giá tác động của nước thải đến nguồn nước và hiệu quả của các biện pháp xử lý nước thải.
Bod là gì
3. COD là gì? (Chemical Oxygen Demand – Nhu cầu oxy hóa học)
COD (Chemical Oxygen Demand) là lượng oxy cần thiết để oxy hóa tất cả các hợp chất hóa học trong nước, bao gồm cả chất hữu cơ và vô cơ. COD cho biết tổng lượng chất oxy hóa được có trong nước, không phân biệt khả năng phân hủy sinh học của chúng.
COD thường có giá trị cao hơn BOD vì nó bao gồm cả các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học mà vi sinh vật không thể xử lý được.
Tương tự như BOD, COD cao cũng gây suy giảm nồng độ DO trong nước, gây hại cho sinh vật thủy sinh. Nước thải công nghiệp, nước thải sinh hoạt và nước thải chứa hóa chất là những tác nhân chính làm tăng giá trị COD của môi trường nước.
COD là một tiêu chuẩn quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm của nước, đặc biệt là nước thải công nghiệp và nước mặt.
4. TSS là gì? (Total Suspended Solids – Tổng chất rắn lơ lửng)
TSS (Total Suspended Solids) là tổng lượng chất rắn không hòa tan lơ lửng trong nước. Các chất rắn lơ lửng này có thể là cát, đất sét, tảo, vi sinh vật, các hạt hữu cơ và vô cơ khác.
TSS làm tăng độ đục của nước, gây ảnh hưởng đến quá trình quang hợp của thực vật thủy sinh và làm giảm khả năng nhìn của các loài động vật. Ngoài ra, TSS còn có thể mang theo các chất ô nhiễm khác như vi khuẩn, kim loại nặng và các chất độc hại.
Chỉ số TSS thường được đo bằng máy đo độ đục. Độ đục cao cho thấy nguồn nước bị ô nhiễm bởi các chất rắn lơ lửng.
Phương pháp xác định các chỉ số DO, BOD, COD, TSS
Việc xác định chính xác các chỉ số DO, BOD, COD, TSS đòi hỏi các phương pháp phân tích chuyên nghiệp và thiết bị hiện đại. Dưới đây là các phương pháp phổ biến được sử dụng:
Phương pháp xác định các chỉ số DO, BOD, COD, TSS
1. Phương pháp xác định chỉ số DO
Có hai phương pháp chính để xác định chỉ số DO:
-
Phương pháp Winkler: Đây là phương pháp cổ điển, dựa trên phản ứng hóa học giữa oxy hòa tan và các chất khác để tạo ra một sản phẩm có thể chuẩn độ được. Phương pháp Winkler cho kết quả chính xác nhưng đòi hỏi kỹ thuật viên có kinh nghiệm và quy trình phức tạp.
-
Cách tiến hành: Oxy trong nước được cố định ngay sau khi lấy mẫu bằng hỗn hợp chất cố định (MnSO4, KI, NaN3), lúc này oxy hòa tan trong mẫu sẽ phản ứng với Mn2+ tạo thành MnO2. Khi đem mẫu về phòng thí nghiệm, thêm acid sulfuric hay phosphoric vào mẫu, lúc này MnO2 sẽ oxy hóa I- thành I2. Chuẩn độ I2 tạo thành bằng Na2S2O3 với chỉ thị hồ tinh bột. Tính ra lượng O2 có trong mẫu theo công thức:
DO (mg/l) = (VTB x N/ VM) x 8 x 1.000
Trong đó: VTB: là thể tích trung bình dung dịch Na2S2O3 0,01N (ml) trong các lần chuẩn độ.
N: là nồng độ đương lượng gam của dung dịch Na2S2O3 đã sử dụng.
8: là đương lượng gam của oxy.
VM: là thể tích (ml) mẫu nước đem chuẩn độ.
1.000: là hệ số chuyển đổi thành lít.
-
-
Phương pháp điện cực oxy hòa tan (máy đo oxy): Phương pháp này sử dụng một điện cực đặc biệt để đo trực tiếp nồng độ oxy hòa tan trong nước. Máy đo DO cho kết quả nhanh chóng và dễ sử dụng, thích hợp cho việc đo tại hiện trường.
- Đây là phương pháp được sử dụng rất phổ biến hiện nay. Máy đo DO được dùng để xác định nồng độ oxy hòa tan ngay tại hiện trường. Điện cực của máy đo DO hoạt động theo nguyên tắc: dòng điện xuất hiện trong điện cực tỷ lệ với lượng oxy hòa tan trong nước khuếch tán qua màng điện cực, trong lúc đó lượng oxy khuếch tán qua màng lại tỷ lệ với nồng độ của oxy hòa tan. Đo cường độ dòng điện xuất hiện này cho phép xác định được DO
2. Phương pháp xác định BOD
Thử nghiệm BOD được thực hiện bằng cách hòa loãng mẫu nước thử với nước đã khử ion và bão hòa về ôxy, thêm một lượng cố định vi sinh vật mầm giống, đo lượng ôxy hòa tan và đậy chặt nắp mẫu thử để ngăn ngừa ôxy không cho hòa tan thêm (từ ngoài không khí). Mẫu thử được giữ ở nhiệt độ 20°C trong bóng tối để ngăn chặn quang hợp (nguồn bổ sung thêm ôxy ngoài dự kiến) trong vòng 5 ngày và sau đó đo lại lượng ôxy hòa tan. Khác biệt giữa lượng DO (ôxy hòa tan) cuối và lượng DO ban đầu chính là giá trị của BOD. Giá trị BOD của mẫu đối chứng được trừ đi từ giá trị BOD của mẫu thử để chỉnh sai số nhằm đưa ra giá trị BOD chính xác của mẫu thử.
Ngày nay việc đo BOD được thực hiện bằng phương pháp chai đo BOD Oxitop: Đặt chai trong tủ 20oC trong 5 ngày, BOD được đo tự động khi nhiệt độ đạt đến 20oC. Giá trị BOD được ghi tự động sau mỗi 24 giờ.
3. Phương pháp xác định COD
Trong nhiều năm, tác nhân ôxi hóa mạnh là pemanganat kali (KMnO4) đã được sử dụng để đo nhu cầu ôxy hóa học. Tính hiệu quả của pemanaganat kali trong việc ôxi hóa các hợp chất hữu cơ bị dao động khá lớn. Điều này chỉ ra rằng pemanganat kali không thể có hiệu quả trong việc ôxi hóa tất cả các chất hữu cơ có trong dung dịch nước, làm cho nó trở thành một tác nhân tương đối kém trong việc xác định chỉ số COD.
Kể từ đó, các tác nhân ôxi hóa khác như sulfat xêri, iodat kali hay dicromat kali đã được sử dụng để xác định COD. Trong đó, dicromat kali (K2Cr2O7) là có hiệu quả nhất: tương đối rẻ, dể dàng tinh chế và có khả năng gần như ôxi hóa hoàn toàn mọi chất hữu cơ.
Phương pháp đo COD bằng tác nhân oxy hoá cho kết quả sau 3 giờ và số liệu COD chuyển đổi sang BOD khi việc thí nghiệm đủ nhiều để rút ra hệ số tương quan có độ tin cậy lớn.
Kết hợp 2 loại số liệu BOD, COD cho phép đánh giá lượng hữu cơ đối với sự phân hủy sinh học.
4. Cách đo chỉ số TSS
Để đo TSS người ta dựa vào công thức sau để đo hai chỉ số chất rắn tổng cộng và chất rắn hòa tan
Tổng chất rắn lơ lửng = chất rắn tổng cộng – Tổng chất rắn hòa tan
Dụng cụ cần thiết để xác định TSS là:
- Cốc được làm từ các vật liệu sau: sứ, platin, thủy tinh có hàm lượng silicat cao
- Tủ nung: có nhiệt độ 550 ± 50°C
- Bếp nung cách thủy
- Bình hút ẩm, có chứa chất hút ẩm chỉ thị màu đối với các độ ẩm khác nhau
- Tủ sấy có nhiệt độ 103 – 105°C
- Cân phân tích, chính xác đến 0,1mg
- Bộ lọc chân không
- Giấy lọc thủy tinh
Thí nghiệm phân tích hàm lượng chất rắn Tss trong nước thải
Chất rắn tổng cộng và chất rắn bay hơi
Chuẩn bị cốc: làm khô cốc ở nhiệt độ 103 – 105°C trong vòng một giờ. Nếu xác định cả chất rắn bay hơi, nung cốc một giờ ở nhiệt độ 550 ± 50°C trong tủ nung. Làm nguộ cốc trong bình hút ẩm đến nhiệt độ cân bằng (trong một giờ). Cân khối lượng a (mg)
Phân tích mẫu:
- Xác định chất rắn tổng cộng: chọn thể tích mẫu sao cho lượng cặn nằm giữa 2,5 – 200mg. Chuyển mẫu có dung tích xác định đã được xáo trộn đều vào cố cân. Làm bay hơi nước trong tủ sấy ở nhiệt độ 103 – 105°C. Làm nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ cân bằng trong (trong một giờ). Cân b (mg)
- Xác định chất rắn bay hơi: thực hiện các bước như phần xác định chất rắn tổng cộng. Nung cốc trong tủ nhiệt độ 550 ± 50°C. Làm nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ cân bằng (trong một giờ). Cân c (mg)
Tổng chất rắn lơ lửng
- Chuẩn bị giấy lọc sợi thủy tinh: làm khô giấy lọc ở nhiệt độ 103 – 105°C trong một giờ. Làm nguội giấy lọc trong bình hút ẩm. Cân d (mg).
- Phân tích mẫu: lọc mẫu có dung tích xác định đã xáo trộn đều qua giấy lọc đã cấn. Làm bay hơi nước trong tủ sấy ở nhiệt độ 103 – 105°C. Làm nguội giấy lọc trong bình hút ẩm. Cân d(mg).
Tính toán hàm lượng chất rắn Tss trong nước thải
- Chất rắn tổng cộng (mg/L) = [(b-a)×1000]/V (ml)
- Chất rắn bay hơi (mg/L) = [(c-b)×1000]/V (ml)
- Chất rắn lơ lửng (mg/L) = [(d-c)×1000]/V (ml)
Ngoài ra, trên thị trường hiện nay đã có máy đo tss, bạn đọc có thể tự tìm hiểu thêm.
Cách xác định chỉ số do, bod, cod, tss
Hiểu rõ các chỉ số DO, BOD, COD, TSS và phương pháp xác định chúng là rất quan trọng để đánh giá chất lượng nước và bảo vệ môi trường. Việc kiểm soát và xử lý nước thải hiệu quả là chìa khóa để giảm thiểu ô nhiễm và duy trì nguồn nước sạch cho tương lai.