Xác định chất hữu cơ trong nước thải có thể được thực hiện theo nhiều cách. Phổ biến nhất là các phương pháp tính nhu cầu oxy sinh hóa học. Ước tính đầu tiên là lượng oxy sẽ cần để ổn định hàm lượng hữu cơ của nước thải. Hai phương pháp phổ biến nhất là nhu cầu oxy sinh học và nhu cầu oxy hóa học.

Thành phần của nước thải

Thành phần nước thải có thể được phân thành 3 nhóm: vật lý, hóa học và sinh học.

• Đặc tính vật lý bao gồm màu sắc, mùi, chất rắn và nhiệt độ.
• Đặc tính hóa học bao gồm lượng hoặc nồng độ carbohydrate, chất béo, dầu và mỡ, thuốc trừ sâu, phenol, protein, chất hoạt động bề mặt và chất hữu cơ dễ bay hơi, kiềm và clorua, kim loại nặng, nitơ, phốt pho, lưu huỳnh, hydro sunfua và metan, oxy.
• Đặc điểm sinh học bao gồm bể sinh học kỵ khí, thiếu khí và Hiếu khí.

Các thông số này được ghi nhận là có liên quan đến nhau. Ví dụ như nhiệt độ, một tính chất vật lý, có tác động đến hoạt động sinh học trong nước thải. Ví dụ như nồng Oxy hòa tan nhiều khi nhiệt độ thấp và ngược lại.

Thành phần của chất hữu cơ trong nước thải là sự kết hợp của chất hữu cơ tự nhiên, các vi sinh vật và các hóa chất gây hại. Hầu hết chất hữu cơ tự nhiên có nguồn gốc từ nước sinh hoạt, một trong những thành phần chính trong nước thải. Trong khi các vi sinh vật, hóa chất độc hại đến từ nước thải của các nhà máy.

Xác định chất hữu cơ trong nước thải bằng cách đo nhu cầu oxy sinh hóa

Nhu cầu oxy sinh hóa, còn được gọi là BOD. Uớc tính bằng cách đo oxy cần thiết cho quá trình oxy hóa chất hữu cơ của vi sinh vật hiếu khí. Trong nước thải, nhu cầu oxy này bắt nguồn chủ yếu từ hai nguồn: các hợp chất carbon được sử dụng làm chất nền của các vi sinh vật hiếu khí và các hợp chất chứa nitơ có trong nước thải như protein, peptide và axit bay hơi. Các phương pháp phổ biến nhất được mô tả dưới đây.

Pha loãng để xác định chất hữu cơ trong nước thải

Đây là phương pháp phổ biến nhất. Về cơ bản, nó bao gồm các bước pha loãng nước thải (theo tỷ lệ phụ thuộc vào độ ô nhiễm của nước) bằng dung dịch dinh dưỡng (muối khoáng) bão hòa với không khí. Lưu trữ độ pha loãng trong chai kín và đo oxy hòa tan trước và sau khi ủ kín trong 3, 5 hay 7 ngày. Thời gian năm ngày thường được theo dõi và sau đó BOD được tính là BOD5. Các quy trình chi tiết để phân tích BOD5 được trình bày cụ thể tại Standard Method 5210 và sơ đồ đơn giản hóa được đưa ra trong Bảng sau:

Bảng. Mô tả đơn giản về quy trình thử nghiệm BOD 5

Các vấn đề chính cần được lưu ý khi phân tích BOD trong nước và nước thải. 

• Đầu tiên liên quan đến quần thể vi sinh vật: vì phân tích BOD liên quan đến sự phân hủy sinh học các chất hữu cơ bởi các vi khuẩn, chúng phải có mặt trong các chai BOD.  Nếu số lượng vi sinh vật không đủ, BOD có thể xác định thấp hơn thực tế, do thiếu thời gian cần thiết cho vi khuẩn sinh sôi nảy nở. Điều tương tự có thể xảy ra nếu sử dụng một chủng vi khuẩn không thích nghi. Sự đánh giá sai lệch này có thể xảy ra do các vi sinh vật cần thêm thời gian để thích nghi hoặc để phát triển đến mức cần thiết để có thể làm giảm chất hữu cơ. Đây là lý do tại sao mức tiêu thụ oxy trong BOD nên được theo dõi hàng ngày, và không được thực hiện nhanh chóng mà phải phân tích trong thời gian 5 ngày.

Hình. Đường cong BOD điển hình.

 (Lưu ý rằng việc xác định thấp lượng BOD có thể xảy ra nếu sử dụng chủng vi sinh không phù hợp)

Một hiện tượng khác có thể xảy ra là quá trình nitrat hóa. Vì trong nước thải có chứa lượng Amoni đáng kể, tùy theo từng loại nước thải. Điều này gây ra sự tiêu thụ oxy trong nước. Mặc dù quá trình nitrat hóa bắt đầu diễn ra sau năm ngày, nhưng nó có thể xảy ra sớm hơn tùy thuộc vào hàm lượng và dạng nitơ có mặt trong nước thải, cũng như thành phần của hệ vi sinh vật.

Hóa chất để xác định BOD5

Để xác định BOD5 từ phân hủy carbonate, các hóa chất (như allyl thiourea, xanh methylen hoặc 2-chloro-6- (trichloromethyl) pyridine) có thể được thêm vào để ức chế quá trình nitrat hóa trong phân tích BOD (Metcalf và Eddy Inc., 1979). Tuy nhiên, do quá trình nitrat hóa diễn ra trong thực tế và sẽ được tính đến. Nên nó cần được tính đến như một phần của tổng nhu cầu oxy trong nước thải.

Yêu cầu phải ủ trong thời gian 5 ngày ở nhiệt độ không đổi 20°C ở điều kiện bóng tối. Để tránh sự phát triển của tảo có thể gây trở ngại nếu các chai tiếp xúc với ánh sáng trong quá trình ủ.

Trong việc xác định mẫu nước thải có hàm lượng ô nhiễm cao. Nhiệt độ ủ thấp hơn hoặc thời gian ủ ngắn hơn có thể được sử dụng. Nhưng các điều kiện phân tích phải được giải thích rõ ràng cùng với kết quả phân tích.

Các phương pháp thay thế cho phương pháp pha loãng để xác định BOD

Mặc dù phương pháp pha loãng là quy trình chuẩn. Nhưng phương pháp này có những bất tiện nhất định đã thúc đẩy việc tìm kiếm các phương pháp phân tích thay thế, đơn giản và thời gian ngắn hơn. Những bất tiện trong số đó là: thời gian tương đối dài và dụng cụ thủy tinh cần thiết phải có độ chính xác cao. Cần phải chuẩn bị thêm một số mẫu pha loãng với các mức nồng độ khác nhau và chủng vi sinh vật phù hợp.

Một trong những bất tiện lớn của BOD5 là thời gian chờ kết quả. Thời gian năm ngày làm cho phương pháp này không phù hợp cho mục đích kiểm soát của hệ thống xử lý. Hoặc để kiểm soát nhanh chóng vì thời gian lưu giữ của nước thải trong một nhà máy xử lý chỉ vài giờ. Đây là một trong những lý do chính tại sao các phương pháp oxy hóa hóa học được phát triển.

Xem thêm:

Xử lý mùi hôi trong nhà máy XLNT bằng cách nào?
Kiểm tra hệ thống XLNT sinh hoạt trong 5 phút
5 nhóm vi sinh vật trong bùn hoạt tính