CHỈ TIÊU HÓA HỌC TRONG NƯỚC THẢI
1. pH – Độ axit – Độ kiềm của nước
pH là đại lượng không thứ nguyên đặc trưng cho tính axit và tính bazơ của nước thải và được biểu thị:
pH = -lg[H+]
pH = 7 trung hòa; pH < 7 có tính axit và pH > 7 có tính bazơ.
- Độ axit biểu thị khả năng phóng tích proton H+ của nước. Độ kiềm do các ion khác nhau trong nước;
- Độ kiềm biểu thị khả năng nhận proton H+ của nước. Độ kiềm do các ion khác nhau trong nước:
- Độ kiềm OH–, độ kiềm CO32- và độ kiềm HCO3- và được tính bằng mgCaCO3/l nhân với các hệ số tương ứng: 0,34; 0,6 và 1,22.
Sự cân bằng của hệ thống dioxit cacbon – bicacbonat thường tạo một thể đệm làm nước mặt có tính axit nhẹ trở nên phổ biến, giá trị pH thường thay đổi quanh giá trị trung hòa. Khi gặp pH quá thấp hoặc quá cao thường có thể do nhiễm bẩn bởi các nguồn nước thải công nghiệp.
pH chi phối hầu hết các phản ứng các diễn biến về hóa học, sinh học trong nước thải, pH còn ảnh hưởng lớn đến tiến trình xử lý: phản ứng tạo bông – quá trình lắng, phản ứng oxy hóa khử, trao đổi ion, khử trùng. Ngược lại, các diễn biến về hóa học, sinh học trong nước thải cũng tác động làm thay đổi pH. pH trực tiếp còn liên quan đến độ axit và độ kiềm của nước, việc khống chế pH cũng là việc kiểm tra tính axit hoặc tính kiềm, tính xâm thực của nước thải. Trong quá trình xử lý sinh học nước thải, pH thích hợp dao động trong giới hạn 6,5 – 8,0.
2. Oxy hòa tan (DO)
Đơn vị đo: mg/l
Lượng oxy hòa tan trong nước thải không nhiều, ở nhiệt độ và áp suất khí quyển mực nước bão hòa ở 20 – 30oC, lượng oxy hòa tan vào khoảng 7 – 9 mg/l. Độ hòa tan này phụ thuộc vào các yếu tố: nhiệt độ, áp suất, đặc tính của nguồn nước (bao gồm các thành phần hóa học, vi sinh, thủy sinh sống trong nước).
Các nguồn nước mặt tiếp xúc trực tiếp với không khí nên hàm lượng oxy hòa tan tương đối cao, thường DO > 4mg/l. Gặp nơi chảy rối, xáo trộn mạnh có thể đạt đến mức bão hòa. Sự sụt giảm DO biểu hiện nguồn nước bị nhiễm bẩn hữu cơ, quá trình biến dưỡng sinh học thiên dần về chiều kỵ khí. Sự quang hợp và hô hấp của thủy sinh cũng làm thay đổi lượng oxy hòa tan trong nguồn nước mặt.
Xác định lượng oxy hòa tan trong nước là công cụ kiểm soát ô nhiễm và kiểm tra hiệu quả của công trình xử lý. Trong điều kiện tự nhiên, các hoạt động biến dưỡng của vi sinh vật luôn xảy ra theo chiều hiếu khí, sự phân hủy theo chiều ngược lại (kỵ khí) thường đưa vào môi trường những chất bất lợi như sunfua (H2S, HS–, S2- ), amoni,… Có thể dùng máy đo DO để đo trực tiếp hoặc dùng phương pháp Winkler để xác định lượng oxy hòa tan trong nước.
3. Nhu cầu oxy sinh học (BOD)
Đơn vị tính: mgO2/l
BOD là lượng oxy cần thiết để oxy hóa sinh hóa hiếu khí (oxy hóa với sự tham gia của vi sinh vật hiếu khí) và ổn định các chất hữu cơ trong nước thải trong một khoảng thời gian xác định. BOD được tính bằng mg/l hay g/m3. BOD5 được xác định bởi lượng oxy tiêu thụ sau 5 ngày nuôi cấy ở nhiệt độ 20oC. Mẫu thử được tiêu chuẩn hóa và tất nhiên phải có vi sinh vật trong đó như nước thải sinh hoạt, nước sông, nước ở nhà máy xử lý nước thải.
Căn cứ vào đại lượng BOD có thể đánh giá được mức độ nhiễm bẩn của nước thải và nước nguồn bởi các chất hữu cơ (ở dạng keo, hòa tan và lơ lửng không lắng được). BOD càng lớn thì nước thải (hoặc nước nguồn) bị nhiễm bẩn hữu cơ càng cao và ngược lai.
Thời gian cần thiết để thực hiện quá trình oxy hóa hóa sinh hóa phụ thuộc vào nồng độ bẩn của nước thải. Thời gian đó có thể là 1, 2, 3, 5,…20 ngày đêm hoặc lâu hơn nữa (và ký hiệu BOD1, BOD2, BOD3,…, BOD20,…). Tuy nhiên, mức độ oxy hóa các chất hữu cơ không đều theo thời gian. Thời gian đầu, quá trình oxy hóa xảy ra với cường độ mạnh hơn và sau đó giảm dần. Thí dụ: đối với nước thải sinh hoạt và nước thải của một số ngành công nghiệp có thành phần giống với nước thải sinh hoạt, thì lượng oxy tiêu hao để oxy hóa các chất hữu cơ trong vài ngày đầu chiếm 21% qua 5 ngày đêm chiếm 87% và qua 20 ngày đêm chiếm 99%. Trong thực tế, quá trình oxy hóa đạt 100% phải có một thời gian dài khoảng 100 ngày đêm, bởi vậy người ta quy ước BOD toàn phần (BODtp) là BOD20.
Để kiểm tra sự làm việc của các công trình xử lý nước thải thường dùng BOD5. Oxy hóa sinh hóa là một quá trình diễn ra chậm. Về lý thuyết, quá trình diễn ra trong khoảng thời gian vô định để hoàn thành phản ứng đến cùng. Với khoảng thời gian 20 ngày, sẽ oxy hóa được khoảng 95 – 99% lượng chất hữu cơ chứa cacbon. Với khoảng thời gian 5 ngày, tức là xác định BOD5, sẽ oxy hóa được 60 – 70% lượng chất hữu cơ. Đối với nước thải sinh hoạt: BOD5 = 0,68BOD20.
BOD20 của nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào tiêu chuẩn thoát nước. Tiêu chuẩn thoát nước càng cao thì BOD20 của nước thải càng nhỏ.
4. Nhu cầu hóa học (COD)
Đơn vị tính: mgO2/l.
Nhu cầu oxy hóa học là lượng oxy cần thiết để oxy hóa học hoàn toàn các hợp chất hữu cơ trong nước. Vì vậy COD hay nồng độ oxy hóa học là một đại lượng đặc trưng để xác định độ nhiễm bẩn cả các chất hữu cơ (dễ bị phân hủy sinh học và khó bị phân hủy sinh học) trong nước thải hoặc trong nguồn nước.
Xác định nhu cầu oxy hóa học bằng cách sử dụng chất oxy hóa mạnh là KMnO4 hoặc kali dicromat (K2Cr2O7) trong môi trường axit, đun ở nhiệt độ trên 100oC và tính toán lượng oxy tương đương. Vì thực hiện trong điều kiện oxy hóa mạnh, nên hạn chế của phép đo COD là không thể phân biệt rõ ranh giới của các chất hữu cơ bề về mặt sinh học và các chất hữu cơ dễ phân hủy bởi vi sinh vật trong điều kiện tự nhiên. Phương pháp xác định BOD là phép đo bổ sung cho nhược điểm này.
Phản ứng tổng quát khi dùng dicromat làm tác nhân oxy hóa được biểu thị bằng phương trình không cân bằng như sau:
| Xúc tác
Chất hữu cơ (CaHbOc) + Cr2O7-2 + H+ — > Cr+3 + CO2 + H2O Nhiệt |
Việc phân tích COD cũng được dùng để xác định lượng chất hữu cơ trong nước thải công nghiệp và nước thải đô thị chứa các chất độc đối với sự hoạt động sống của sinh vật. Nói chung COD của nước thải cao hơn BOD vì nhiều hợp chất có thể bị oxy hóa bằng con đường hóa học nhưng không bị oxy hóa bằng con đường sinh học. Đối với nhiều loại nước thải có thể xác định tỷ lệ giữa COD và BOD. Điều này có lợi vì chỉ cần sau 3 giờ phân tích là có thể được kết quả COD và suy ra được BOD, mà không phải phân tích BOD, mất nhiều thời gian chờ đợi lâu.
Về mặt hóa học, chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt có thể biểu thị bằng công thức chung là C7H11NO3.
Nếu oxy hóa toàn bộ chất hữu cơ để thành CO2, H2O và NO3 thì lượng oxy tiêu thụ có thể tính theo phương trình này:
|
C7H11NO3 + 9O2 —– > 7CO2 + 5/2 H2O + NO3 (157) (312) |
Như vậy để oxy hóa 1g chất hữu cơ cần khoảng 2g oxy (312/157), nghĩa là 1g chất hữu cơ tương đương với 2g oxy nếu oxy hóa hoàn toàn.
Phương pháp phân tích được dùng để xác định nhu cầu oxy hóa học không cho phép oxy hóa hoàn toàn nito tức là thành nitrat (NO3) mà chỉ tới mức thành amoni (NH3). Do đó lượng oxy tiêu thụ để oxy hóa học trong điều kiện phân tích thí nghiệm có thể tính như sau:
|
C7H11NO3 + 71/2O2 —– > 7CO2 + 4H2O + NO3 (157) (240) |
Như vậy, tỷ lệ oxy trên chất hữu cơ bây giờ sẽ khoảng (240/157) = 1,5 hay COD của 1g chất hữu cơ sẽ là 1,5g oxy. Như thế có nghĩa là nếu nước thải có COD là 300mg/l thì nó chứa trong khoảng 200mg/l chất hữu cơ. Trong thực tế trên 95% chất hữu cơ bị oxy hóa. Phương pháp này cho kết quả nhanh chóng chỉ khoảng 3 giờ sau khi bắt đầu phân tích. Phương pháp này đơn giản và tin cậy.
Đối với nước thải sinh hoạt, BOD20 bằng 86% COD. Đối với nước thải công nghiệp thì tỷ lệ đó có thể khác tùy vào tính chất của từng loại chất bẩn hữu cơ và của từng loại ngành công nghiệp. Thí dụ nước thải có một vài loại công nghiệp hóa chất có BOD20 bằng 20% COD,v v…
Khi thiết kế các công trình xử lý nước thải công nghiệp hoặc hỗn hợp nước thải sinh hoạt và công nghiệp cần thiết phải xác định BOD20 và COD.
Liên hệ Công Ty TNHH Công Nghệ Môi Trường Dovitech để được hỗ trợ.