Thông tin tài liệu
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 TRNG
TM 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 ngun khi bn phát hành li thông tin t trang này.
5-2
Ck
dt
dC
'
=−
(
5 - 2
)
C
dt
dC
=−
Trong đó, C đc trng cho nng đ ca cht hu c có kh nng oxy hóa, t là thi gian
và k’ là hng s tc đ phn ng. Nh vy, vn tc phn ng gim khi nng đ cht
hu c C gim.
Trong phân tích BOD, L thng đc dùng thay cho C:
-dL/dt biu din tc đ phân hy cht hu c. Ly tích phân hai v Phng trình (5 –
3) ta có:
kttk
t
e
L
L
−−
==− 10
'
Trong đó, k = k’/2,303, công thc này biu din lng cht hu c còn li sau khong
thi gian t bt k.
Nu gi y là BOD ti thi đim t và L là lng BOD tng hoc BOD cc đi:
y = L (1 – 10
-kt
)
Giá tr k phi đc xác đnh bng thc nghim.
Vì phn ng phân hy cht hu c BOD là phn ng bc 1, đ th biu din lng cht
hu c còn li theo thi gian có dng parabol tng t đng cong phân rã ca mt
nguyên t phóng x. Do đó, đ th mô t lng cht hu c b oxy hóa theo thi gian s
là đng parabol đi xng (Hình 5.1).
Vì lng oxy đc dùng t l thun vi lng cht hu c b oxy hóa, đ th biu din
lng oxy s dng theo thi gian cng có dng parabol nh đng mô t lng cht
hu c b oxy hóa Hình 5.1. Hình 5.2 biu din đng cong BOD hay oxy tiêu th
theo thi gian.
Lk
dt
dC
'
=−
(
5 - 3
)
(
5 - 4
)
GREEN EYE ENVIRONMENT
CƠNG TY MƠI TRNG
TM 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 ngun khi bn phát hành li thơng tin t trang này.
5-3
Chất hữu cơ
Chất hữu cơ ox
y
hóa
Chất hữu cơ còn lại
-dC/dt =
k
’
C
Thời gian (ngày)
Hình 5.1 Cht hu c b oxy hố
Hình 5.2 ng cong BOD
(a) ng cong chun đi vi q trình oxy hóa cht hu c.
(b) nh hng ca s nitrat hóa.
Trong mt s trng hp cn dùng “seed” trong phân tích BOD. “Seed” có th cha vi
khun nitrat hóa có kh nng oxy hóa cht khơng cha carbon ch o nng lng. Vi
khun nitrat hóa thng tn ti vi lng tng đi nh trong nc thi sinh hot cha
x lý và điu may mn là tc đ tái sinh ca chúng 20
0
C ca chúng khơng q ln đ
dùng mt lng đáng k oxy trong vòng 8 – 10 ngày đu trong thí nghim BOD. Khi
các sinh vt này phát trin, chúng oxy hóa nit dng ammonia thành các acid HNO
2
và acid HNO
3
gây sai s đáng k cho thí nghim 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 tr
ò
L
GREEN EYE ENVIRONMENT
CÔNG TY MÔI TRNG
TM 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 ngun khi bn phát hành li thông tin t trang này.
5-4
Không th dùng ch tiêu BOD đ xác đnh lng nit có trong mu vì nit đc thêm
vào nc pha loãng đ cung cp cht dinh dng cn thit cho vi sinh vt nên s dn
đn sai s cho kt qu thí nghim.
loi tr nh hng do quá trình nitrat hóa gây ra, thi gian trong thí nghim BOD
đc qui đnh là 5 ngày.
i vi nc thi có cha nhiu nitrat nh nc thi sau x lý sinh hc, nh hng
ca vi khun nitrat hóa đc ngn chn bng nhng tác nhân c ch nh methylene
blue hoc allylthourea (ATU). Mc đ nitrat hóa cng có th đc làm gim đáng k
nh quá trình kh trùng bng clo.
Mu nc sông và ca sông thng cha lng đáng k vi sinh vt nitrat hóa. Hn
na, s phát trin ca to cng gây ra sai s cho giá tr BOD.
5.3 PHNG PHÁP XÁC NH BOD
Ch tiêu BOD đc xác đnh bng cách phân tích hàm lng oxy hòa tan. Thng mu
phân tích có hàm lng cht hu c cao nên cn phi pha loãng. Tuy nhiên, khi hàm
lng cht hu c trong mu thp, có th tin hành phân tích trc tip, không phi pha
loãng mu.
Phng pháp trc tip
Vi mu có BOD5 không vt quá 7 mg/L, không pha loãng, ch cn sc khí đ đt oxy
bão hòa thích hp lúc bt đu thí nghim. Trng hp này thng thy đi vi nc
sông.
Hai hoc nhiu chai BOD đng đy mu. Mt chai đc dùng đ phân tích ngay hàm
lng oxy hòa tan (DO
0
) và nhng chai còn đc 5 ngày 20
0
C. Sau 5 ngày, xác
đnh hàm lng oxy hòa tan còn li (DO
5
). BOD
5
= DO
0
– DO
5
.
Phng pháp trc tip xác đnh BOD không bin đi mu, do đó cho kt qu điu
kin gn nh tng t vi môi trng t nhiên.
Phng pháp pha loãng
Phng pháp pha loãng đ xác đnh BOD da trên c s tc đ phân hy sinh hóa
cht hu c t l thun vi lng cht hu c cha b oxy hóa tn ti mt thi đim
nào đó.
Trong thí nghim phân tích ch tiêu BOD cn (1) tránh các cht đc hi đi vi vi sinh
vt, (2) pH và điu kin thm thu phi thích hp, (3) cht dinh dng, (4) nhit đ tiêu
chun và (5) seed.
Nhiu nc thi công nghip có BOD5 rt cao nên phi pha loãng nhiu ln do kh
nng hòa tan gii hn oxy trong nc. Nc thi sinh hot cha nhiu cht dinh dng
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.
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.
5-6
Bng 5.1 T l pha loóng mu da trờn nng BOD d oỏn
% hn hp Dựng pipet ly mu vo chai BOD 300
mL
% hn hp Khong BOD mL Khong BOD
0,01 20.000 70.000 0,02 30.000 105.000
0,02 10.000 35.000 0,05 12.000 42.000
0,05 4.000 14.000 0,10 6.000 21.000
0,1 2.000 7.000 0,20 3.000 10.500
0,2 1.000 3.500 0,50 1.200 4.200
0,5 400 1.400 1,0 600 2.100
1,0 200 700 2,0 300 420
2,0 100 350 5,0 60 210
5,0 40 140 10,0 30 105
10,0 20 70 20,0 12 42
20,0 10 35 50,0 6 21
50,0 4 14 100 0 7
100 0 - 4 300
Trong quỏ trỡnh phi niờm ming chai BOD bng mt mng khớ ngn khụng khớ
hũa tan vo chai. Chai BOD phi c ra sch dung dch acid chromic hoc nc ty
ra. Nu dựng nc ty ra, chai phi c ra li bng nc núng dit vi khun
nitrat húa. Sau ú ra li tht k bng nc mỏy v trỏng ln cui bng nc ct hoc
nc ó kh khoỏng.
Oxy hũa tan ban u
Vi nhng mu cú BOD < 200 mg/L, lng mu > 1,0%, kt qu phõn tớch s sai s
ỏng k nu oxy hũa tan ca mu khỏc vi oxy hũa tan ca nc pha loóng v khụng
th hiu chnh c. Nu t l pha loóng < 20%, mu c n nh nhit 20
0
C,
sc khớ n bóo hũa, khi ú xem nh mu cú cựng nng oxy hũa tan vi nc pha
loóng. Do ú, khụng cn phi xỏc nh nng oxy hũa tan ca mu. Nu t l pha
loóng > 20%, cn phi xỏc nh nng oxy hũa tan ca mu.
Trong phõn tớch BOD, gim nng oxy hũa tan sau 5 ngy phi hn 2 mg/L v
nng oxy hũa tan cũn li phi ln hn 0,5 mg/L, sai s thớ nghim khong 5%.
5.4 VN TC CA QU TRèNH OXY HểA SINH HểA
Hng s tc ca phn ng phõn hy cht hu c BOD c xem l k =0,10/ngy
20
0
C. Giỏ tr ny cú c t nhiu nghiờn cu v nc sụng b ụ nhim v nc thi
sinh hot M v Anh. Kt qu thớ nghim i vi nc thi cụng nghip s dng
nc pha loóng tng hp cho thy k > 0,10/ngy v giỏ tr k ca cỏc loi nc thi
khỏc nhau. Giỏ tr k ca nc thi sinh hot thay i ỏng k mi ngy v giỏ tr trung
bỡnh l 0,17/ngy, khỏc vi giỏ tr 0,10/ngy nh ó xỏc nh trc õy. Cỏc giỏ tr k
ca nc thi ó qua x lý sinh hc s thp hn nc thi cha x lý. Yu t khỏc nh
hng n kt qu o c BOD l nhit . Bin thiờn BOD theo thi gian c biu
din Bng 5.2.
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.
5-7
Bng 5.2 í ngha quan trng ca hng s tc phn ng k i vi BOD
% BOD tng s dng
Thi gian
(ngy)
k = 0,05 k = 0,10 k = 0,15 k = 0,20 k = 0,25
1 10,9 20,6 29,2 36,9 43,8
2 20,6 37 50 60 68
3 29 50 64 75 82
4 37 60 75 84 90
5 44 68 82 90 94
6 50 75 87 94 97
7 55 80 91 96 98
10 68 90 97 99 99
20 90 99 99 99 99
Bng 5.2 cho thy phn ng BOD thay i rt ln tựy thuc vo tc phn ng. Cỏc
giỏ tr BOD
5
bng khong 68% BOD tng k = 0,1/ngy v bng 94% khi k =
0,25%/ngy.
í ngha quan trng ca k trong vic xỏc nh hng phỏt trin phn ng BOD c
minh ha Hỡnh 5.3. i vi mt cht thi cú giỏ tr L cho trc, giỏ tr BOD
5
s thay
i ỏng k trong vũng 15 ngy. Trc õy, thng biu din BOD
5
ngy theo L bng
cỏch cho k = 0,10/ngy. Hỡnh 5.4 cho thy giỏ tr L ca mt mu vi BOD
5
= 200 thay
i theo giỏ tr k.
Hỡnh5.3 nh hng ca hng s tc i vi BOD ( mt giỏ tr L cho trc).
300
250
200
150
100
50
0
0 5 10 15 20
Thụứi gian (ngaứy)
BOD (mg/L)
k = 0,30
k = 0,15
k = 0,10
k = 0,08
GREEN EYE ENVIRONMENT
CÔNG TY MÔI TRNG
TM 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 ngun khi bn phát hành li thông tin t trang này.
5-8
Tc đ phn ng thay đi theo (1) bn cht ca cht hu c và (2) kh nng các sinh
vt hin có s dng cht hu c.
5.5 S KHÁC NHAU GIA CÁC GIÁ TR L VÀ NHNG GIÁ TR NHU CU OXY
THEO LÝ THUYT
Trc đây, giá tr BOD tng cng hay L ca các cht hu c đc xem bng nhu cu
oxy theo lý thuyt khi đc tính t Phng trình hóa hc tng ng (xem Phng trình
5.10). Ví d, s oxy hóa glucose thành CO
2
và nc cn 192 gO
2
/mol hoc 1,065
mLO
2
/mol glucose.
C
6
H
12
O
6
+ 6O
2
→ 6CO
2
+ 6H
2
O (5 - 10)
BOD ca dung dch glucose có nng đ 300 mg/L theo lý thuyt là 320 mg/L. Thc t,
BOD
20
dao đng t 250 đn 285. Nh vy, không phi tt c glucose đc chuyn
thành CO
2
và H
2
O.
vi sinh vt oxy hóa cht hu c, cht hu c phi là thc n cn thit cho s sinh
trng và phát trin ca vi sinh vt. Nh vy, mt phn cht hu c đc chuyn vào
mô t bào và di trì không b oxy hóa cho đn khi vi sinh vt s dng các cht hu c
này trong quá trình hô hp ni bào. Khi vi sinh vt cht chúng tr thành thc n cho vi
sinh vt khác và bin thành carbonic và nc. Vi sinh vt sng cng nh cht, dùng
làm thc n cho nhng sinh vt cao cp hn chng hn nguyên sinh đng vt. Lng
cht hu c còn li không b phân hy sinh hc là bùn.
5.6 S KHÁC NHAU GIA TC QUAN SÁT C VÀ TC BC I
Kho sát giá tr BOD ca các cht hu c hòa tan vi gi thit phn ng “bc 1”. Trong
nhiu trng hp, bin thiên BOD xy ra theo hai pha tng t nh Hình 5.2. Tuy
nhiên, pha th hai không phi do s nitrat hóa mà do tác dng bc 2 ca protozoa:
trong mt hoc hai ngày đu ca giai đon , cht hu c hòa tan b tiêu th nhanh,
khong 30% đn 50% b oxy hóa và phn còn li đc chuyn vào t bào vi sinh vt.
Khi s chuyn hóa này đc hoàn thành, tc đ oxy hóa gim do quá trình hô hp ni
bào ca vi sinh vt. Mt hoc hai ngày sau tc đ oxy hóa tng lên bc hai do s tng
mt đ protozoa – dùng vi sinh vt làm thc n. Nh vy, protozoa cng đóng vai trò
rt quan trng trong thí nghim BOD.
5.7 NG DNG CA S LIU BOD
S liu BOD đc dùng rng rãi trong thc t k thut môi trng. BOD là ch tiêu
quan trng đ đánh giá tính cht nc thi sinh hot và nc thi công nghip. BOD là
ch tiêu duy nht đ xác đnh lng cht hu c có kh nng phân hy sinh hc. BOD
còn là ch tiêu đánh giá làm t sch các ngun nhn và là tiêu chun đ kim tra cht
lng ca các dòng thi vào ngun nc này. BOD là c s đ chn phng pháp x
lý và xác đnh kích thc ca nhng thit b và đ đánh giá hiu qu ca tng đn v
trong h thng x lý.
.
oxy theo lý thuyt khi đc tính t Phng trình hóa hc tng ng (xem Phng trình
5.10). Ví d, s oxy hóa glucose thành CO
2
và nc cn 192 gO
2
/mol. đn 50% b oxy hóa và phn còn li đc chuyn vào t bào vi sinh vt.
Khi s chuyn hóa này đc hoàn thành, tc đ oxy hóa gim do quá trình hô hp ni
Ngày đăng: 19/01/2014, 18:20
Xem thêm: Tài liệu Giáo trình hóa môi trường P5 ppt, Tài liệu Giáo trình hóa môi trường P5 ppt