Chương 5: Nhu cầu oxy hóa

GREEN EYE ENVIRONMENT
CễNG TY MễI TRNG
TM NHèN XANH

GREE
Tel: (08)5150181
Fax: (08)8114594
www.gree-vn.com


ThS: Huyứnh Ngoùc Phửụng Mai

â Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rừ ngun khi bn phỏt hnh li thụng tin t trang ny.
5-1

CHNG 5

NHU CU OXY SINH HểA


5.1 GII THIU CHUNG

Nhu cu oxy sinh húa (BOD) l lng oxy cn thit vi sinh vt oxy húa cỏc cht hu
c cú kh nng phõn hy sinh hc trong iu kin hiu khớ. Khỏi nim cú kh nng
phõn hy cú ngha l cht hu c cú th dựng lm thc n cho vi sinh vt.

BOD l mt trong nhng ch tiờu c dựng ỏnh giỏ mc gõy ụ nhim ca cỏc
cht thi sinh hot, nc thi cụng nghip v kh nng t lm sch ca ngun nc.

Ch tiờu BOD c xỏc nh bng cỏch o c lng oxy m vi sinh vt tiờu th trong

quỏ trỡnh phõn hy cỏc cht hu c. Cỏc mu phi c bo qun trỏnh tip xỳc vi
khụng khớ ngn cn oxy thụng khớ hũa tan vo nc khi hm lng oxy hũa tan
trong mu gim. Do hm lng oxy hũa tan bóo hũa trong nc t khong 9 mg/L
20
0
C, nhng loi nc thi cú hm lng cht hu c cao phi c pha loóng thớch
hp bo m lng oxy hũa tan phi tn ti trong sut quỏ trỡnh thớ nghim. Phõn
tớch BOD ỏp dng quỏ trỡnh sinh hc nờn phi khng ch iu kin mụi trng thớch
hp cho s sinh trng ca cỏc vi sinh vt. Cỏc cht c hi i vi vi sinh vt phi
c loi khi dung dch. Tt c cỏc thnh phn dinh dng cn thit cho s phỏt trin
ca vi sinh vt nh N, P v nhng nguyờn t vi lng phi c b sung. Quỏ trỡnh oxy
húa hon ton cỏc cht hu c di tỏc dng ca vi sinh vt s to thnh CO
2
v H
2
O.
Do ú, vi sinh vt c b sung trong phõn tớch BOD c gi l seed.

Phng trỡnh phn ng tng quỏt cú th biu din nh sau:

C
n
H
a
O
b
N
c
+ (n + a/4 - b/2 - 3/4c)O
2

nCO
2
+ (a/2 3/2c)H
2
O + NH
3
(5 - 1)

Vn tc phn ng phõn hy cht hu c trong thớ nghim BOD ph thuc vo nhit
v nng cht hu c cú trong mu phõn tớch. loi tr nh hng ca nhit , thớ
nghim c tin hnh 20
0
C. Theo lý thuyt, phn ng cú th xem l hon ton trong
vũng 20 ngy, õy l khong thi gian khỏ di. Kinh nghim cho thy, t l
BOD
5
/BODtng cng tng i cao nờn thi gian 5 ngy l hp lý. T l ny cao hay
thp tựy thuc vo c tớnh ca seed v bn cht ca cht hu c. Nc thi sinh
hot v nhiu loi nc thi cụng nghip cú BOD
5
= 70 80% BOD tng. Thi gian 5
ngy cũn cú tỏc dng loi tr nh hng ca quỏ trỡnh oxy húa ammonia do
Nitrosomonas v Nitrobacter gõy ra.


5.2 BN CHT CA PHN NG BOD

Nhng nghiờn cu ng hc cho thy rng phn ng BOD l phn ng bc 1 cú ngha
l vn tc phn ng t l thun vi lng cht hu c cú kh nng phõn hy sinh hc.
Tc phn ng c biu din nh sau:

GREEN EYE ENVIRONMENT
CÔNG TY MÔI TRNG
TM NHÌN XANH

GREE
Tel: (08)5150181
Fax: (08)8114594
www.gree-vn.com


ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai

© Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ ngun khi bn phát hành li thông tin t trang này.
5-2

Ck
dt
dC
'
=−
(5 - 2)
C
dt
dC
=−

Trong đó, C đc trng cho nng đ ca cht hu c có kh nng oxy hóa, t là thi gian
và k’ là hng s tc đ phn ng. Nh vy, vn tc phn ng gim khi nng đ cht
hu c C gim.

Trong phân tích BOD, L thng đc dùng thay cho C:




-dL/dt biu din tc đ phân hy cht hu c. Ly tích phân hai v Phng trình (5 –
3) ta có:

kttk
t
e
L
L
−−
==− 10
'

Trong đó, k = k’/2,303, công thc này biu din lng cht hu c còn li sau khong
thi gian t bt k.

Nu gi y là BOD ti thi đim t và L là lng BOD tng hoc BOD cc đi:

y = L (1 – 10
-kt
)

Giá tr k phi đc xác đnh bng thc nghim.

Vì phn ng phân hy cht hu c BOD là phn ng bc 1, đ th biu din lng cht
hu c còn li theo thi gian có dng parabol tng t đng cong phân rã ca mt
nguyên t phóng x. Do đó, đ th mô t lng cht hu c b oxy hóa theo thi gian s
là đng parabol đi xng (Hình 5.1).

Vì lng oxy đc dùng t l thun vi lng cht hu c b oxy hóa, đ th biu din
lng oxy s dng theo thi gian cng có dng parabol nh đng mô t lng cht
hu c b oxy hóa  Hình 5.1. Hình 5.2 biu din đng cong BOD hay oxy tiêu th
theo thi gian.









Lk
dt
dC
'
=−
(5 - 3)
(5 - 4)

GREEN EYE ENVIRONMENT

CƠNG TY MƠI TRNG
TM NHÌN XANH

GREE
Tel: (08)5150181
Fax: (08)8114594
www.gree-vn.com


ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai

© Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ ngun khi bn phát hành li thơng tin t trang này.
5-3




Chất hữu cơ
Chất hữu cơ oxy hóa
Chất hữu cơ còn lại




-dC/dt = k
’
C

Thời gian (ngày)

Hình 5.1 Cht hu c b oxy hố
















Hình 5.2 ng cong BOD


(a) ng cong chun đi vi q trình oxy hóa cht hu c.
(b) nh hng ca s nitrat hóa.

Trong mt s trng hp cn dùng “seed” trong phân tích BOD. “Seed” có th cha vi
khun nitrat hóa có kh nng oxy hóa cht khơng cha carbon ch o nng lng. Vi
khun nitrat hóa thng tn ti vi lng tng đi nh trong nc thi sinh hot cha
x lý và điu may mn là tc đ tái sinh ca chúng  20

0
C ca chúng khơng q ln đ
dùng mt lng đáng k oxy trong vòng 8 – 10 ngày đu trong thí nghim BOD. Khi
các sinh vt này phát trin, chúng oxy hóa nit  dng ammonia thành các acid HNO
2

và acid HNO
3
gây sai s đáng k cho thí nghim BOD.






nitrosomonat
2NH
3
+ 3O
2
2NO
2
-
+ 2H
+
+ 2H
2
O (5 - 5)
nitrobacter
2NO

2
-
+ 3O
2
2NO
3
-
+ 2H
+
(5 - 6)
Nhu
cầu
oxy
sinh
hóa
(BOD)
Thời gian (ngày)
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
(b)
(a)
Đường cong đối với
nhu cầu liên kết
(carbonate ceous + sự nitrat
hóa)
Đường cong đối với
nhu cầu có carbon ở 20
o
C
y = L (1-10
-kt

)
Giá trò L

GREEN EYE ENVIRONMENT
CÔNG TY MÔI TRNG
TM NHÌN XANH

GREE
Tel: (08)5150181
Fax: (08)8114594
www.gree-vn.com


ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai

© Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ ngun khi bn phát hành li thông tin t trang này.
5-4


Không th dùng ch tiêu BOD đ xác đnh lng nit có trong mu vì nit đc thêm
vào nc pha loãng đ cung cp cht dinh dng cn thit cho vi sinh vt nên s dn
đn sai s cho kt qu thí nghim.

 loi tr nh hng do quá trình nitrat hóa gây ra, thi gian  trong thí nghim BOD
đc qui đnh là 5 ngày.

i vi nc thi có cha nhiu nitrat nh nc thi sau x lý sinh hc, nh hng
ca vi khun nitrat hóa đc ngn chn bng nhng tác nhân c ch nh methylene
blue hoc allylthourea (ATU). Mc đ nitrat hóa cng có th đc làm gim đáng k
nh quá trình kh trùng bng clo.

Mu nc sông và ca sông thng cha lng đáng k vi sinh vt nitrat hóa. Hn
na, s phát trin ca to cng gây ra sai s cho giá tr BOD.

5.3 PHNG PHÁP XÁC NH BOD

Ch tiêu BOD đc xác đnh bng cách phân tích hàm lng oxy hòa tan. Thng mu
phân tích có hàm lng cht hu c cao nên cn phi pha loãng. Tuy nhiên, khi hàm
lng cht hu c trong mu thp, có th tin hành phân tích trc tip, không phi pha
loãng mu.

Phng pháp trc tip

Vi mu có BOD5 không vt quá 7 mg/L, không pha loãng, ch cn sc khí đ đt oxy
bão hòa thích hp lúc bt đu thí nghim. Trng hp này thng thy đi vi nc
sông.

Hai hoc nhiu chai BOD đng đy mu. Mt chai đc dùng đ phân tích ngay hàm
lng oxy hòa tan (DO
0
) và nhng chai còn đc  5 ngày  20
0
C. Sau 5 ngày, xác
đnh hàm lng oxy hòa tan còn li (DO
5
). BOD
5
= DO
0
– DO

5
.

Phng pháp trc tip xác đnh BOD không bin đi mu, do đó cho kt qu  điu
kin gn nh tng t vi môi trng t nhiên.

Phng pháp pha loãng

Phng pháp pha loãng đ xác đnh BOD da trên c s tc đ phân hy sinh hóa
cht hu c t l thun vi lng cht hu c cha b oxy hóa tn ti  mt thi đim
nào đó.

Trong thí nghim phân tích ch tiêu BOD cn (1) tránh các cht đc hi đi vi vi sinh
vt, (2) pH và điu kin thm thu phi thích hp, (3) cht dinh dng, (4) nhit đ tiêu
chun và (5) seed.

Nhiu nc thi công nghip có BOD5 rt cao nên phi pha loãng nhiu ln do kh
nng hòa tan gii hn oxy trong nc. Nc thi sinh hot cha nhiu cht dinh dng

GREEN EYE ENVIRONMENT
CễNG TY MễI TRNG
TM NHèN XANH

GREE
Tel: (08)5150181
Fax: (08)8114594
www.gree-vn.com


ThS: Huyứnh Ngoùc Phửụng Mai

â Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rừ ngun khi bn phỏt hnh li thụng tin t trang ny.
5-5

nh N v P, trong khi ú nhiu cht thi cụng nghip thiu mt hoc ụi khi c hai
nguyờn t ny. Do ú, vic s dng nc pha loóng l cn thit.

Nc pha loóng

Nhiu loi nc c th dựng lm nc pha loóng trong thớ nghim BOD. Nc thiờn
nhiờn cú th cha to v vi khun nitrat húa, hm lng khoỏng thay i,... nờn khụng
thớch hp. Nc mỏy cng chu hu ht nhng hn ch ca cỏc dng nc b mt
thờm vo ú l tớnh kh ca phn clo cũn li. Kinh nghim cho thy dựng nc pha
loóng tng hp iu ch t nc ct hoc nc ó kh khoỏng l tt nht.

pH ca nc pha loóng cú th thay i t 6,5 n 8,5 khụng gõy nh hng n hot
ng ca vi khun saprophytic. Thng m dung dch bng hn hp phosphate pH
7,0. Dung dch m dựng duy trỡ pH thớch hp.

iu kin thm thu thớch hp c duy trỡ bng K
3
PO
4
v Na
3
PO
4
. Cỏc mui K, Na,
Ca v Mg thờm vo to kh nng m v thm thu thớch hp cng gúp phn cung
cp cn thit cho s sinh trng v trao i cht ca vi sinh vt. FeCl

3
, MgSO
4
v
NH
4
Cl cung cp Fe, S v N. Dung dch m phosphate nhm cung cp P. Trong trng
hp nhu cu oxy cú cha nit phi c o, cn phi loi nit.

Nc pha loóng cha tt c nhng cht ch yu xỏc nh BOD tr vi sinh vt cn
thit. Nhiu cht ó c dựng lm seed. Kinh nghim cho thy rng nc thi sinh
hot, c bit l nc t h thng cng chung l thớch hp, thng dựng 2 mL nc
thi cho mt lớt nc pha loóng. Mt s loi nc sụng cng tha yờu cu, nhng phi
cn thn trỏnh dựng nc cú cha nit phi c o, cn phi loi nit.

Trong trng hp phi cung cp seed, nc pha loóng cn phi c hũa trn vi
seed v cỏc cht dinh dng trc khi thớ nghim bo m tớnh ng nht ca nc
pha loóng s dng.

Cui cựng, nc pha loóng phi c sỳc khớ n khi t bóo hũa oxy trc khi s
dng.

S pha loóng nc thi

Ngi phõn tớch t quyt nh mc pha loóng mu, thụng thng nờn pha loóng 3
t l khỏc nhau. Khi nng ca mu trong khong c bit, ch cn pha loóng 2 t
l khỏc nhau l . i vi mu khụng bit trc nng , trong nhiu trng hp cn
phi pha loóng 4 t l khỏc nhau. Mu phõn tớch phi m bo cú ớt nht 0,5 mg/L oxy
hũa tan thi im cui ca giai on . Bng 5.1 biu din t l pha loóng cn thit
tớnh theo % hoc ly trc tip vo chai BOD (dung tớch 300 mL) bng pipet.