i

Phần 1: Mở đầu
Nước là thành phần quan trọng của các vật chất, các tế bào sinh học và tham gia vào các
quá trình sinh hóa cơ bản. Nước tham gia vào mọi quá trình xảy ra trong tự nhiên, nước
tác động đến sự biến đổi của Trái Đất cũng như sự sống trên Trái Đất.
Hơn thế, nước là tài nguyên vô giá, rất cần cho các hoạt động sống của con người cũng
như các sinh vật. Nhưng hiện nay, nguồn tài nguyên thiên nhiên quý hiếm và quan trọng
này đang phải đối mặt với nguy cơ ô nhiễm và cạn kiệt. Nhu cầu phát triển kinh tế nhanh
với mục tiêu lợi nhuận cao, con người đã cố tình bỏ qua các tác động đến môi trường một
cách trực tiếp hoặc gián tiếp. Nguy cơ thiếu nước đặc biệt là nước ngọt đang là một hiểm
họa lớn đối với sự tồn vong của con người cũng như toàn bộ sự sống trên Trái Đất.
Do đó, vấn đề nước thải và xử lý nước thải là vấn đề cấp bách cần được giải quyết ngay.
Để xử lý nguồn nước trước tiên ta phải đánh giá được mức độ ô nhiễm của nước thải,
ngoài một số chỉ tiêu như: màu sắc, mùi, pH, ... người ta còn đặc biệt quan tâm nhiều đến
các chỉ số BOD, COD, DO.
Phần 2: NỘI DUNG.
I. Oxi hòa tan(Dessolved oxygen).
1.1.Khái niệm:
DO (Dessolved Oxygen) là lượng oxy hòa tan trong nước cần thiết cho sự hô hấp của
các thủy sinh. Trong các chất khí hòa tan trong nước, oxy hòa tan đóng một vai trò rất
quan trọng. Oxy hòa tan cần thiết cho sinh vật thủy sinh phát triển, nó là điều kiện
không thể thiếu của quá trình phân hủy hiếu khí của vi sinh vật. Khi nước bị ô nhiễm
do các chất hữu cơ dễ bị phân hủy bởi vi sinh vật thì lượng oxy hòa tan trong nước sẽ
bị tiêu thụ bớt, do đó giá trị DO sẽ thấp hơn so với DO bảo hòa tại điều kiện đó. Vì
vậy DO được sử dụng như một thông số để đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu cơ của
các nguồn nước. DO có ý nghĩa lớn đối với quá trình tự làm sạch của sông
(assimilative capacity - AC). Đơn vị tính của DO thường dùng là mg/l.


i

1.2.Nguồn gốc của DO:
Nguồn gốc chủ yếu của DO là sự hòa tan của oxygen từ mặt thoáng, các phản ứng
hóa học từ sản phẩm phân hủy và thải bỏ.
1.3.Các yếu tố ảnh hưởng:
*Nhiệt độ:
-Độ hòa tan của oxytrong nước cất đượcbão hòa không khí ở áp suất 760 mmHg.
-Ở nhiệt độ trung bình, độ tan tới hạn của oxy trong nước vào khoảng 8mg O2/L.
-Nhiệt độ của nước nguồn cũng có ảnh hưởng đáng kể đến hàm lượng oxy trong
nước nguồn.
-Về mùa hè khi nhiệt độ của nước nguồn tăng,quá trình oxy hóa sinh hóa các chất
hữa cơ xảy ra với cường độ mạnh hơn.Trong khi đó độ hòa tan của oxy vào nước lại
giảm xuống .Vì vậy về mùa hè,độ thiếu hụt oxy tăng nhanh hơn so với mùa đông.
-Về mùa đông nhiệt độ nước nguồn thấp nên độ hòa tan tăng,tuy nhiên với nhiệt độ
thấp các vi khuẩn hiếu khí tham gia vào quá trình oxy hóa,sinh hóa các chất hữa cơ sẽ
hoạt động yếu.Do đó quá trình khoáng hóa các chất hữa cơ xảy ra chậm chạp.Vì vậy
về mùa đông quá trình tự làm sạch của nước nguồn xảy ra một cách chậm chạp.
-Lượng oxygen hòa tan phụ thuộc vào nhiệt độ của nguồn nước, nhiệt độ của nguồn
nước càng lớn thì khả năng hòa tan của oxygen càng kém và DO của nguồn nước càng
nhỏ lại và ngược lại nhiệt độ của nguồn nước càng thấp thì khả năng hòa tan của
oxygen càng tốt DO càng cao.


i

*Cặn lắng:
-Khi xả nước thải chưa xử lý vào nguồn nước,các chất lơ lững sẽ lắng xuống đáy
nguồn và khi tốc độ dòng chảy trong nguồn không lớn lắm thì các chất đó sẽ lắng ở
ngay cạnh cống xả.
-Các chất hữa cơ của cặn lắng bị phân hủy bởi vi khuẩn. Nếu lượng cặn lắng lớn và

lượng oxy trong nước nguồn không đủ cho quá trình phân hủy hiếu khí thì oxy hòa tan
của nước nguồn cạn kiệt (DO=0).Lúc đó quá trình phân giải yếm khí sẽ xảy ra và sản
phẩm của nó là chất khí H2S,CO2,CH4. Các chất khí khi nổi lên mặt nước lôi kéo theo
các hạt cạn đã phân hủy, đồng thời các bọt khí vỡ tung và bay vào khí quyển.Chúng
làm ô nhiễm cả nước và không khí xung quanh.
-Cần chú ý rằng quá trình yếm khí xảy ra chậm hơn nhiều so với quá trình yếm khí .Bởi
vậy khi đưa cặn mới vào nguồn thì quá trình phân giải yếm khí có thể xảy ra liên tục
trong một thời gian dài và quá trình tự làm sạch nguồn nước có thể coi như chấm
dứt.Nguồn như vậy không thể sử dụng vào mục đích cấp nước, cá sẽ không thể sống và
có nhiều thiệt hại khác nữa.
*Áp suất:
-Áp suất cao oxy hòa tan trong nước cao và ngược lại.Vì áp suất cao oxy dể đi vào
nước.


i

* Độ mặn:
-Độ hòa tan của oxy trong nước muối thấp hơn trong nước ngọt.Vì độ hòa tan oxy
phụ thuộc vào hàm lượng clorua trong nước. Nồng độ clorua cao thì oxy hòa tan càng ít
và ngược lại .


i

Bảng: Lượng oxy hòa tan của không khí vào nước theo nhiệt độ và độ mặn ở 1atm
*Một số yếu tố khác:
-Oxy trong không khí: để oxy hóa các chất hữa cơ,trong nguồn nước luôn xảy ra quá
trình bổ sung lượng oxy mới.Nguồn bổ sung là oxy không khí.Chúng hòa tan vào
nguồn nước qua mặt thoáng của nguồn nước.

-Qúa trình quang hợp của thực vật thủy sinh tạo ra oxy .
-Qúa trình hô hấp của thủy sinh vật làm tiêu hao oxy.
-Qúa trình phân hủy chất hữa cơ trong nước của vi khuẩn làm tiêu hao oxy.
-Độ hòa tan của oxy vào nước phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc giữa hai pha oxy và
nước.Diện tích tiếp xúc lớn oxy hòa tan cao và ngược lại.
-Độ thoáng trên bề mặt ao nuôi.Thoáng nhiều thì oxy hòa tan nhiều và ngược lại.
-Độ hòa tan oxy phụ thuộc vào mức độ xáo trộn gây ra bởi dòng chảy cũng như các
tác nhân như gió trên mặt thoáng của dòng chảy.


i

-Sự thay đổi mùa cũng ảnh hưởng đến nồng độ oxy.
Vd:mùa hè nhiệt độ ấm làm tăng tốc độ tổng hợp và phân hủy hàm lượng oxy hòa tan
giảm.
1.4.Vai trò của DO:
Vì oxygen là nguyên tố không thể thiếu đối với các loài sinh vật nên lượng oxygen
hòa tan trong nước là một thông số quan trọng để đánh giá sức khỏe của nguồn nước,
oxygen cần cho quá trình hô hấp của các loài thực vật, động vật sống ở dưới nước. Vi
sinh vật cần oxygen để oxi hóa chất hữu cơ tổng hợp nên sinh khối cho cơ thể quá
trình phân hủy chất hữu cơ trong nước có vai trò rất lớn của oxygen, oxigen giúp quá
trình phân hủy các chất hữu cơ trong nước một cách nhanh chóng mà không gây ra sự
ô nhiễm, ngược lại quá trình phân hủy các chất hữu cơ không có sự tham gia của
oxygen còn gọi là quá trình phân hủy yếm khí sẽ gây ra các khí như hydrosunfua,
amoniac, metan… gây ô nhiễm cho không khí, do vậy người ta thường sử dụng thông
số DO để đánh giá tình trạng sức khỏe của nguồn nước.
Nguồn nước có hàm lượngoxygen hòa tan cao thì ít khả năng gây ô nhiễm bằng
nguồn nước có DO thấp ở nhiệt độ thường độ hòa tan tới hạn của oxygen vào nước
khoảng 8mg/l. DO giảm xuống khoảng 4-5mg/l thì số lượng sinh vật trong nước giảm
mạnh. Nên khi lượng DO trong nước giảm đến 0 thì trong nước chỉ còn quá trình phân

hủy yếm khí nước trở nên đen và có mùi khó chịu.
1.5.Ý nghĩa môi trường
-DO là yếu tố quyết định sự thay đổi do sinh vật kị khí hay hiếu khí: Hàm lượng
DO liên quan mật thiết đến các thông số COD và BOD của nguồn nước. Nếu hàm lượng
DO quá cao, các quá trình phân hủy chất hữu cơ sẽ xảy ra theo hướng háo khí
(aerobic).Ngược lại, quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước sẽ xảy ra theo hướng yếm
khí (anaerobic).


i

-Việc đo oxy hòa tan rất quan trọng để duy trì điều kiện hiếu khí trong các nguồn nước
tự nhiên tiếp nhận các chất ô nhiễm và trong quá trình xử lí hiếu khí được thực hiện để
làm sạch nước thải sinh hoạt và công nghiệp.
-Xác định oxy hòa tan liên quan đến việc kiểm soát ô nhiễm các dòng chảy, duy trì điều
kiện thuận lợi cho việc tăng trưởng và sinh sản của các quẩn thể sinh vật nước.
- DO cũng là yếu tố quan trọng trong sự ăn mòn sắt thép, đặc biệt là trong hệ thống cấp
nước và lò hơi. Tách oxy từ nước cấp cho lò hơi bằng phương pháp vật lý và hóa học là
thực tế thường gặp trong công nghiệp và năng lượng.Thí nghiệm oxy hòa tan phục vụ
như phương tiện kiểm soát.
1.6.Phương pháp xác định DO (oxy hòa tan).
Có thể xác định DO bằng hai phương pháp khác nhau:
1.6.1.Phương pháp winkler:
Phương pháp này khá đơn giản, dễ thực hiện và cho phép đạt độ chính xác cao khi hoàn
thành cẩn thận tất cả khâu khi tiến hành định lượng. Phương pháp dựa trên cơ sở phản
ứng mà ở đó Mn hoá trị 2 trong môi trường kiềm (dung dịch được cho vào trong mẫu
nước trong cùng hỗn hợp với dung dịch KI) bị O2 trong mẫu nước ôxy hoá đến hợp chất
Mn hoá trị 4, số đương lượng của hợp chất Mn hoá trị 2 lúc đó đựơc kết hợp với tất cả
O2 hoà tan.
MnCl2 + 2NaOH = 2NaCl + Mn(OH)2

Trắng
Mn(OH)2 + O2 = 2MnO(OH)2
Vàng nâu


i

Số đương lượng của Mn hoá trị 4 được tạo thành ở dạng kết tủa màu vàng nâu bằng số
đương lượng ôxy hoà tan trong nước. Khi thêm axit H2SO4vào trong mẫu, hợp chất Mn
hoá trị 4 hay nói khác đi là số đương lượng của O2 hoà tan, chính bằng số đương lượng
I2 có trong mẫu nước.
MnO(OH)2 + 2H2SO4 + KI = MnSO4 + K2SO4 + 3H2O + I2
I2 tự do được tách ra, dễ dàng định lượng dung dịch chuẩn Na2S2O3.
I2 + 2 Na2S2O3 = 2Nal + Na2S4O6
Biết thể tích và nồng độ Na2S2O3 khi chuẩn độ ta dễ dàng tính được hàm lượng ôxy hoà
tan trong mẫu nước. Vì thế khi xác định O2 hoà tan trong nước được thực hiện trong 3
giai đoạn:
+Giai đoạn 1: cố định oxi hòa tan trong mẫu :
MnSO4 + 2KOH ->Mn(OH)2 +K2SO4
2Mn(OH)2 +O2 ->MnO(OH)2
+Giai đoạn 2: oxi hóa KI->I2
Trong môi trường axit: MnO(OH)2 +H2SO4+KI ->MnSO4 +K2SO4 +3H2O +I2
+Giai đoạn 3:chuẩn độ I2 bằng Na2S2O3
I2 + Na2S2O3 ->2NaI +Na2S4O6
*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:



i

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.

*Hạn chế của phương pháp: phương pháp Winkler xác định O2 hòa tan trong nước
không áp dụng với những mẫu nước có chất ôxy hoá (vùng nước bị nhiễm bẩn
nước thải công nghiệp) có khả năng ôxy hoá anion I - , hoặc các chất khử
(Dihydrosunfua H2S) khử I2 tự do.
1.7.2.Phương pháp điện cực oxy hòa tan-máy đo oxy:


i

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.

1.7.Phạm vi và lĩnh vực áp dụng:
Tiêu chuẩn này quy định phương pháp iod để xác định oxy hòa tan trong nước gọi là
“phương pháp Winkler” cải tiến để khắc phục một số cản trở. Phương pháp iod là phương

pháp chuẩn để xác định oxy hòa tan trong nước. Phương pháp này được dùng cho mọi
loại nước có nồng độ oxy hòa tan từ 0,2 mg/l đến gấp đôi nồng độ oxy bão hòa (khoảng
20 mg/l) khi không có các chất cản trở. Các chất hữu cơ dễ bị oxy hóa như tanin, axit
humic, lignin cản trở việc xác định.Các hợp chất lưu huỳnh dễ bị oxy hóa như sunphua,
thioure cũng gây cản trở, như các hệ hô hấp tích cực thường cần oxy. Khi có các chất như
vậy thì nên dùng phương pháp đầu đo điện hóa được quy định trong TCVN 7325:2004
(ISO 5814).


i

Nồng độ nitrit đến 15 mg/l không gây cản trở phép xác định vì chúng bị phân hủy khi
thêm natri azid. Nếu có huyền phù có khả năng cố định hoặc tiêu hao iod thì có thể dùng
phương pháp cải tiến, nhưng tốt nhất vẫn là dùng phương pháp đầu đo điện hóa.
1.8. Các yếu tố cản trở và cách khắc phục
1.8.1. Nếu mẫu nước chứa nhiều chất lơ lửng, cần phải loại bỏ bằng nhôm hidroxit
trước khi cố định oxi. Cách làm như sau: Dùng xi phông lấy nước mẫu vào đầy chai nút
mài nhám dung tích 1lít. Dùng pipet thêm vào chai 10ml dung tích muối kép Nhôm Kali
Sunfat [KAl(SO4)2].12H2O 10% và 2ml dung dịch Amoniac NH3 đậm đặc. Đậy chai sao
cho không có bọt khí. Lắc lộn chai khoảng 1 phút rồi để lắng trong ở nơi xác định nguồn
nhiệt và không có ánh sáng mặt trời rọi trực tiếp. Sau khoảng 10 phút dùng xiphông
chuyển phần nước trong bên trên kết tủa vào đầy chai cố định oxi.
1.8.2. Nếu mẫu chứa các chất hữu cơ dễ bị oxi hoá bằng oxi hoà tan trong nước hoặc Iot
trong môi trường axit thì cố định oxi, chỉ để lắng kết tủa cho tới lúc có một lớp trong dưới
cổ chai (khoảng độ 2 - 3 phút), ngay lập tức thêm axit và chuyển nhanh lượng chất lỏng
chứa trong chai vào bình nón rồi chuẩn độ nhanh. Đồng thời phải tiến hành thí nghiệm
trắng. Khi đó thay cho bước cố định oxi chỉ thêm vào 1ml dung dịch B. Các bước còn lại
làm theo quy trình. Lượng Thiosunfat tiêu tốn được biểu thị theo (mg/l) để hiệu chỉnh kết
quả của phép xác định.
1.8.3. Nồng độ Fe (III) lớn hơn 1mg/l có ảnh hưởng đến phép xác định. Ảnh hưởng cản

trở của Fe (III) được loại trừ bằng cách thêm 1 ml dung dịch Kali Florua KF 40% vào
mẫu đã cố định oxi trước khi axit hoá.Sau khi axit hoá mẫu, cần chuẩn độ nhanh hỗn hợp.
Cũng có thể khắc phục ảnh hưởng cản trở của Fe(III) bằng dung dịch Axit Photphoric
đậm đặc hay cho dung dịch axit clohidric HCl 2 : 1 khi axit hoá mẫu đã được cố định oxi.
1.8.4. Nitrit (NO2) khi có nồng độ lớn hơn 0,05mg/l ngăn cản phép xác định. Khắc
phục ảnh hưởng cản trở của nitrit bằng cách thêm vào chai mẫu đã cố định oxi trước khi
axit hoá vài giọt dung dịch natri nitrua NaN3 5%.


i

1.8.5. Loại bỏ ảnh hưởng cản trở của các chất khử như hidro sunfua (H2S), sắt Fe
(II)... bằng Natri Hypoclorit trước khi thêm các thuốc thử để cố định oxi. Cứ 100ml nước
mẫu trong chai dùng để cố định oxi cần thêm 0,5ml dung dịch Axit sunfuric 1:4 và 0,5ml
dung dịch Natri hypoclorit. Để yên chai 30 phút rồi loại Hypoclorit dư bằng dung dịch
kali Sunfoxianua KCNS (1ml dung dịch này cho 100ml nước mẫu). Nếu chất khử có
nồng độ cao phải xác định sơ bộ lượng Natri hypoclorit cần thêm cho đủ. Nếu mẫu có
Fe2+ thì sau khi xử lí như trên cần tiếp tục xử lí Fe3+ tạo nên theo c.
*Chú thích:
- Dung dịch Natri hypoclorit nói trên được pha chế bằng cách thêm 30ml dung dịch Natri
hypoclorit 3% vào 200ml dung dịch Natri sunfat 25%. Bảo quản trong chai tối màu.
- Dung dịch Kali sunfoxianua pha chế bằng cách thêm 2g Kali sunfoxianua KCNS, vào
200ml dung dịch Natri sunfat 25%.
II. Nhu cầu oxi hóa (Biochemical oxigen demand, BOD)
2.1. Giới thiệu chung:
Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) là lượng oxi cần thiết đẻ vi sinh vật oxy hóa các chất hữu
cơ có khả năng phân hủy sinh học trong điều kiện hiếu khí. BOD là một trong những chỉ
tiêu được dung đề đánh giá mức độ gây ô nhiễm của các chất thải sinh hoạt, nước thải
công nghiệp và khả năng tự làm sạch của nguồn nước. Chỉ tiêu BOD được xác định bằng
cách đo đặt lượng oxy mà vi sinh vật tiêu thụ trong quá trính phân hủy các chất hữu cơ.

Các mẫu phải được bảo quản tránh tiếp xúc với không khí để ngăn cản oxy không khí hòa
tan vào nước khi hàm lượng oxy hòa tan trong mẫu giảm. Do hàm lượng oxy hòa tan bão
hòa trong nước đạt khoảng 9 mg/l ở 20oC, những loại nước thải có hàm lượng chất hữu
cơ cao phải được pha loãng thích hợp đẻ đảm bảo lượng oxy hòa tan pahir tồn tại trong
suốt quá trình thí nghiệm. Phân tích BOD áp dụng quá trình sinh học nên phải khống chế
điều kiện môi trường thích hợp cho sự sinh trưởng của vi sinh vật. Các chất độc hại đối
với vi sinh vật phải được loại khỏi dung dịch. Tất cả các thành phần dinh dưỡng cần thiết


i

cho sự phát triển của vi sinh vật như N, P và những nguyên tố vi lượng phải được bổ
sung. Qúa trình oxy hóa hoàn toàn các chất hữu cơ dưới tác dụng của vi sinh vật sẽ tạo
thành CO2 và H2O. Do đó, vi sinh vật được bổ sung trong phân tích BOD được gọi là
“seed”.
Phương trình tổng quát có thể biểu diễn như sau:
CnHaObNc + (n+ a/4 –b/2 -3/4c )O2 → N co2 + (a/2-3/2c)H2O +NH3
Vận tốc phản ứng phân hủy chất hữu cơ trong phòng thí nghiệm BOD phụ thuộc vào
nhiệt độ và nồng độ chất hữu cơ có trong mẫu phân tích. Để loại trừ ảnh hưởng của nhiệt
độ, thí nghiệm được tiến hành ở 20oC.Theo lý thuyết, phản ứng có thể xem là hoàn toàn
trong vòng 20 ngày, đây là khoảng thời gian khá dài. Kinh nghiệm cho thấy, tỷ lệ
BOD5/BOD tổng cộng tương đối cao nên thời gian ủ 5 ngày là hợp lý.Tỷ lệ này cao hay
thấp tùy thuộc vào đặc tính của “seed” và bản chất của chất hữu cơ.Nước thải sinh hoạt
và nhiều loại nước thải công nghiệp có BOD5 = 70-80% BOD tổng. Thời gian ủ 5 ngày
còn có tác dụng loại trừ ảnh hưởng của quá trình oxy hóa ammoni do Ni
2.2. Bản chất của phản ứng BOD
Những nghiên cứu động học cho thấy rằng phản ứng BOD là phản ứng bậc 1 có nghĩa là
vận tốc phản ứng tỷ lệ thuậ với lượng chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học.Tốc độ
phản ứng được biểu diễn như sau:
= k’ C

=C
đó, C đặc trưng cho nồng độ chất hữu cơ có khả năng oxy hóa, t là thời gian và k’ là hằng
số tốc độ phản ứng. Như vậy, vận tốc phản ứng giảm khi tốc độ chất hữu cơ C giảm.
Trong phân tích BOD, L thường được dùng thay cho C:
= k’L (3)
-dL/dt biểu diễn tốc đọ phân hủy chất hữu cơ.Lấy tích phân hai vế phương trình (3) ta có:


i

= e-kt =10-kt (4)
Trong đó, k=k’/2.303, công thức này biểu diễn lượng chất hữu cơ còn lại sau khoảng thời
gian t bất kỳ.
Nếu gọi y là BOD tại tời điểm t và L là lượng BOD tổng hoặc BOD cực đại:
y=L(1-10-kt)
Giá trị k phải được xác định bằng thực nghiệm.
Vì bản chất phân hủy chất hữu cơ BOD là phản ứng bậc 1, đồ thị biểu diễn lượng hữu cơ
còn lại theo thời gian có dạng parabol tương tự đường cong phân rã của nguyên tố phóng
xạ.Do đó, đồ thị mô tả lượng chất hữu cơ bị oxy hóa theo thời gian là hình parabol đối
xứng.( hình 2.1)
Vì lượng oxy được dùng tỷ lệ thuận với lượng chất hữu cơ bị oxy hóa, đồ thị biểu lượng
oxy sử dụng theo thời gian cũng có dạng parabol như đường mô tả lượng hữu cơ bị oxy
hóa ở hình 5.1. Hình 5.2 biểu diễn đường cong BOD hay oxy tiêu theo thời gian.

Hình 5.1 Chất hữu cơ bị oxy hóa


i

Hình 5.2 Đường cong BOD

(a) Đường cong chuẩn đối với quá trình oxy hóa chất hữu cơ.
(b) Ảnh hưởng của sự nitrat hóa.
Trong một số trường hợp cần dùng “ seed” trong phân tích BOD.” Seed “ có thể chứa vi
khuẩn nitrat hóa có khả năng oxy hóa chất không chứa carbon cho năng lượng.Vi khuẩn
nitrat hóa thường tồn tại với lượng tương đối nhỏ trong nước thải sinh hoạt chưa xử lý và
điều may mắn là tốc độ tái sinh của chúng ở 20oC của chúng không quá lớn để dùng một
lượng đáng kể oxy trong vòng 8-10 ngày đầu thí nghiệm BOD. Khi các sinh vật này phát
triển, chúng oxy hóa nito ở dạng ammonia thành các acid HNO2 và acid HNO3 gây sai số
đáng kể cho thí nghiệm BOD.
2NH3 + 3O2 →nitrosomonat 2NO2- + 2H+ +2H2O (5)
2NO2- +3O2 →nitrobacter 2NO3- +2H+(6)
Không dùng chỉ tiêu BOD để xác định lượng nito có trong mẫu vì nito được thêm vào
nước pha loãng để cung cấp chất dinh dưỡng cần thiết cho vi sinh vật nên sẽ dẫn đến sai
số cho kết quả thí nghiệm.
Để loại trừ ảnh hưởng do quá trình nitrat hóa gây ra, thời gian ủ trong thí nghiệm BOD
được quy định 5 ngày. Đối với nước thải có chứa nhiều nitrat như nước thải sau xử lý
sinh học, ảnh hưởng của vi khuẩn. Nitrat hóa được ngăn chặn bằng những tác nhân ức


i

chế như methylene blue hoặc allythourea(ATU). Mức độ nitrat hóa cũng có thể được
giảm đáng kể nhờ quá trình khử trùng bằng clo. Mẫu nước sông và cửa sông thường chứa
lượng đáng kể vi sinh vật nitrat hóa.Hơn nữa, sự phát triển của tảo cũng gây ra sai số cho
giá trị BOD.

Nhu cầu oxi hóa là lượng oxi mà vi sinh vật sử dụng để oxi hóa các chất hữu cơ trong
nước trong khoảng thời gian xác định. BOD được tính bằng đơn vị mg/l.
Chỉ tiêu BOD phản ánh mức độ ô nhiễm hữu cơ của nước thải. BOD càng lớn thì nước
thải( hoặc nước nguồn) bị ô nhiễm càng cao và ngược lại.

Phương trình phản ứng tổng quát có thể biểu diễn như sau:
Chất hữu cơ + oxi

Vi sinh hiếu khí

→

CO2 + H2O + năng lượng

Thời gian cần thiết để các vi sinh vật oxi hóa hoàn toàn các chất hữu cơ có thể kéo dài
đến vài chục ngày tùy thuộc vào tính chất của nước thải, nhiệt độ và khả năng phân hủy
các chất hữu cơ của hệ vi sinh vật trong nước thải. Để chuần hóa các số liệu người ta
thường cáo báo kết quả dưới dạng BOD5( BOD trong 5 ngày ở 20oC). Thời gian ủ 5 ngày
còn có tác dụng loại trừ ảnh hưởng của quá trình oxi hóa amoni do vi khuẩn
Nitrosomonas và Nitrobacter gây ra. Mức độ oxi hóa của các chất hữu cơ không đồng
dều theo thời gian. Thời gian đầu, quá trình oxi hóa xảy ra với cường độ mạnh và sau đó
giảm dần.
2.3.Cách xác định giá trị BOD5.
Chỉ tiêu BOD được xác định bằng cách phân tích hàm lượng oxy hòa tan.Thường
mẫu phân tích có hàm lượng chất hữu cơ cao nên cần phải pha loãng.Tuy nhiên, khi hàm
lượng chất hữu cơ trong mẫu thấp, có thể tiến hành phân tích trực tiếp, không phải pha
loãng mẫu.


i

2.3.1.Phương pháp trực tiếp: Với lượng mẫu có BOD5 không vượt quá 7mg/l, không pha
loãng, chỉ cần sục khí để đạt oxy bão hòa thích hợp lúc bắt đầu thí nghiệm.Trường hợp
này thường thấy đối với nước sông.
Hai hoặc nhiều chai BOD đựng đầy mẫu.Một chai được dùng để phân tích ngay hàm

lượng oxy hòa tan (DO0) và những chai còn ủ 5 ngày ở 20oC. Sau 5 ngày, xác định hàm
lượng oxy hòa tan còn lại (DO5). BOD5 = DO0 –DO5.
Phương pháp trực tiếp xác định BOD không biến đổi mẫu, do đó cho kết quả ở điều kiện
gần như tương tự với môi trường tự nhiên.
2.3.2.Phương pháp pha loãng: Phương pháp pha loãng để xác định BOD dựa trên cơ sở
tốc độ phân hủy sinh hóa chất hữu cơ tỷ lệ thuận với lượng chất hữu cơ chưa bị oxi hóa
tồn tại ở một thời điểm nào đó.
Trong thí nghiệm phân tích chỉ tiêu BOD cần (1) tránh các chất độc hại đối với vi sinh
vật, (2) ph và điều kiện thẩm thấu phải thích hợp, (3) chất dinh dưỡng, (4) nhiệt độ tiêu
chuẩn và (5) seed.
Nhiều nước thải công nghiệp có BOD5 rất cao nên phải phâ loãng nhiều lần do khả
năng hòa tan giới hạn oxy trong nước. Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất dinh dưỡng
như N và P, trong khi đó nhiều chất thải công nghiệp thiếu một hoặc đôi khi cả hai
nguyên tố này.Do đó, việc sử dụng nước pha loãng là cần thiết.
Nước pha loãng: Nhiều loại nước được thử dùng làm nước pha loãng trong thí nghiệm
BOD. Nước thiên nhiên có thể chứa tảo và vi khuẩn nitrat hóa, hàm lượng khoáng thay
đổi,...nên không thích hợp.Nước máy cũng chịu hầu hết những hạn chế của các dạng
nước bề mặt thêm vào đó là tính khử của phần clo còn lại. Kinh nghiệm cho thấy dùng
nước pha loãng tổng hợp điều chế từ nước cất hoặc nước đã khử khoáng là tốt nhất. PH
của nước pha loãng có thể thay đổi từ 6,5 đến 8,5 không gây ảnh hưởng đến hoạt động
của vi khuẩn saprophytic. Thường đệm dung dịch bằng hỗn hợp phosphate ở Ph 7,0.
Dung dịch đệm dùng để duy trì PH thích hợp.


i

Điều kiện thẩm thấu thích hợp được duy trì bằng K3PO4 và Na3PO4. Các muối K, Na,
Ca và Mg thêm vào để tạo khả năng đệm và thẩm thấu thích hợp cũng góp phần cung cấp
cần thiết cho sự sinh trưởng và trao đổi chất của vi sinh vật.FeCl3, MgSO4 và NH4Cl
cung cấp Fe, S và N. Dung dịch đệm phosphate nhằm cung cấp P. Trong trường hợp nhu

cầu oxy có chứa nito phải được đo, cần phải loại nito.
Nước pha loãng chứa tất cả những chất chủ yếu đề xác định BOD trừ vi sinh vật cần
thiết. Nhiều chất đã được dùng làm “seed “. Nghiệm cho thấy rằng nước thải sinh hoạt,
đặc biệt là nước từ hệ thống cống chung là thích hợp, thường dùng 2 ml nước thải cho
một lít nước pha loãng. Một số loại nước sông cũng thỏa yêu cầu, nhưng phải cẩn thận
tránh dùng nước có chứa nito phải được đo, cần phải loại nito.
Trong trường hợp chất cung cấp seed, nước pha loãng cần phải được hòa trộn với seed và
các chất dinh dưỡng trước khi thí nghiệm để bảo đảm tính đồng nhất của nước pha loãng
sử dụng.
Cuối cùng, nước pha loãng pha loãng phải được sục khí đến khi đạt bão hòa oxy trước
khi sử dụng.
Sự pha loãng nước thải:Người phân tích tự quyết định mức độ pha loãng mẫu, thông
thường nên pha loãng ở 3 tỷ lệ khác nhau. Khi nồng độ của mẫu trong khoảng được
biết,chỉ cần pha loãng ở 2 tỷ lệ khác nhau là đủ. Đối với mẫu không biết trước nồng độ,
trong nhiều trường hợp cần phải pha loãng ở 4 tỷ lệ khác nhau. Mấu phân tích phải đảm
bảo có ít nhất 0,5 mg/L oxy hòa tan ở thời điểm cuối của giai đoạn ủ. Bảng 2.1 biểu diễn
tỷ lệ pha loãng cần thiết tính theo % hoặc lấy trực tiếp vào chai BOD ( dung tích 300ml)
bằng pipet.
Bảng 2.1 Tỷ lệ pha loãng mẫu dựa trên nồng độ BOD dự đoán


i

Trong quá trình ủ phải niêm miệng chai BOD bằng một màng khí để ngăn không khí hòa
tan vào chai. Chai BOD phải được rửa sạch dung dịch acid chromic hoặc nước tẩy rửa,
chai phải được rửa sạch bằng nước nóng để diệt vi khuẩn nitrat hóa. Sau đó rửa lại thật kỹ
bằng nước máy và tráng lần cuối bằng nước cất hoặc nước đã khử khoáng.
-Oxy hòa tan ban đầu: Với những mẫu có BOD < 200mg/l, lượng mẫu > 1,0%, kết quả
phân tích sẽ sai số đáng kể nếu oxy hòa tan của mẫu khác với oxy hòa tam của nước pha
loãng và không thể hiệu chỉnh được. Nếu tỷ lệ pha loãng < 20%, mẫu được ổn định nhiệt

độ ở 20oC, sục đén bão hòa, khi đó xem như mẫu có cùng nồng độ oxy hòa tan với nước
pha loãng. Do đó, không cần phải xác định nồng độ oxy hòa tan của mẫu. Nếu tỷ lệ pha
loãng > 20%, cần phải xác định nồng độ oxy hòa tan của mẫu.
Trong phân tích BOD, độ giảm nồng độ oxy hòa tan sau 5 ngày ủ phải hơn 2 mg/l và
nồng độ oxy hòa tan còn lại phải lớn hơn 0,5 mg/l, sai số thí nghiệm khoảng ±5%.
Để xác định giá trị BOD5 của mẫu nước ta thực hiện theo các bước sau:
Chuẩn bị nước để pha loãng: Lấy gần 1 lít nước cất sạch cho vào chai to, miệng rộng.
Giữ nước ở nhiệt độ 20oC. Thổi không khí sạch vào nước, vừa thổi vừa lắc đến khi nước


i

bão hòa oxi, thêm vào đó 1ml dung dịch đệm phosphat( có pH= 7,2), 1ml dung dịch
MgSO4 0,092M, 1ml dung dịch CaCl2 0,025M và 1ml dung dịch FeCl3 10-4M, 1,75g
Na2SO3, lắc đều và định mức thành 1l. Đây là dung dịch pha loãng mẫu phân tích.
Pha loãng mẫu nước cần xác định BOD5 bằng dung dịch pha loãng, cách pha loãng theo
V/V tùy thuộc vào lượng chất hữu cơ có trong mẫu cần xác định nhiều hay ít.
Chia mẫu nước sau khi pha loãng làm 2 phần bằng nhau:
Phần 1 đem xác định giá trị lượng oxi hòa tan ngay bằng phương pháp Winkler ở trên,
tính được giá trị là D1.
Phần 2 cho vào chai, đậy nắp kín, đem tủ trong bóng tối tại nhiệt độ 20oC trong 5 ngày,
sau đó lấy ra xác định giá trị lượng oxi hòa tan như trên tính được D2.
Hàm lượng BOD5 được xác định theo công thức:
(BOD)5 = (D1 –D2)/P
P là tỷ lệ pha loãng
Đối với những mẫu nước có hàm lượng chất hữu cơ lớn phải pha loãng nhiều lần, cần bổ
sung thêm vi sinh vật để đảm bảm đủ lượng vi sinh vật cho quá trình phân hủy sinh học
các chất hữu cơ trong mẫu nước.
2.4 Vận tốc của quá trình oxy hóa sinh hóa.
Hằng số tốc độ của phản ứng phân hủy chất hữu cơ BOD được xem là k =0,10/ ngày ở

20oC. Gía trị này có được từ nhiều nghiên cứu về nước sông bị ô nhiễm và nước thải sinh
hoạt ở Mỹ và Anh. Kết quả thí nghiệm đối với nước thải công nghiệp sử dụng nước pha
loãng cho thấy k > 0,10/ ngày và giá trị k của các loại nước thải khác nhau. Gía trị k của
nước thải sinh hoạt thay đổi đáng kể mỗi ngày và giá trị trung bình là 0,17/ngày, khác với
giá trị 0,10/ngày như đã xác định trước đây. Các giá trị k c ủa nước thải đã qua xử lý sinh
học sẽ thấp hơn nước thải chưa xử lý. Yếu tố khác ảnh hưởng đến kết quả đo đạc BOD là
nhiệt độ. Biến thiên BOD theo thời gian được biểu diễn ở bảng 2.4.


i

Bảng 2.4 Ý nghĩa quan trọng của hằng số tốc độ phản ứng k đối với BOD

Bảng 2.4.cho thấy phản ứng BOD thay đổi rất lớn tùy thuộc vào tốc độ phản ứng. Các giá
trị BOD5 bằng khoảng 68% BOD tổng k= 0,1/ ngày và bằng 94%khi k = 0,25%/ngày.
Ý nghĩa quan trọng của k trong việc xác định hướng phát triển phản ứng BOD được minh
họa ở hình 2..Đối với một chất thải có giá trị L cho trước,giá trị BOD5 sẽ thay đổi đáng
kể trong vòng 15 ngày. Trước đây, thường biểu diễn BOD5 ngày theo L bằng cách cho k=
0,10/ ngày. Hinhf 2. Cho thấy giá trị của L của một mẫu với BOD5 = 200 thay đổi theo
giá trị k.


i

Hình 2. ảnh hưởng của hằng số tốc độ đối với BOD (ở một giá trị L cho trước)
Tốc độ phản ứng thay đổi theo bản chất của chất hữu cơ và khă năng các sinh vật hiện có
sử dụng chất hữu cơ.
2.5. Các giá trị BOD điển hình.
Phần lớn các con sông còn nguyên sơ sẽ có BOD 5 ngày (ký hiệu là BOD5) là nhỏ hơn
1 mg/L. Các con sông bị ô nhiễm ở mức độ nhẹ sẽ có giá trị BOD 5 trong khoảng 2–

8 mg/L. Nước thải đô thị được xử lý có hiệu quả bằng công nghệ ba giai đoạn có thể có
giá trị của BOD5 vào khoảng 20 mg/L. Nước thải chưa xử lý thì có giá trị BOD 5 không cố
định, nhưng trung bình vào khoảng 600 mg/L tại châu Âu và khoảng 200 mg/L tại Hoa
Kỳ hay tại các khu vực mà nó bị thấm lọc qua nước ngầm hay nước bề mặt. Các giá trị
nói chung của Hoa Kỳ thấp chủ yếu là do tại đây lượng nước tiêu thụ trên đầu người là
cao hơn rất nhiều so với các khu vực khác của thế giới. Bùn sệt từ các trang trại chăn
nuôi bò sữa có giá trị BOD5 vào khoảng 8.000 mg/L còn thức ăn ủ thành xi lô có giá trị


i

BOD5 vào khoảng 60.000 mg/l

2. Ứng dụng của số liệu BOD.
Số liệu BOD được dùng rộng rãi trong thực tế kỹ thuật môi trường. BOD là chỉ tiêu quan
trọng để đánh giá tính chất nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp. BOD là chỉ tiêu
duy nhất để xác định lượng chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học. BOD còn là chỉ
tiêu đánh giá làm tự sạch các nguồn nhận và tiêu chuẩn để kiểm tra chất lượng của các
dòng thải vào nguồn nước này. BOD là cơ sở đề chọn phương pháp xử lý và xác định
kích thước của những thiết bị và để đánh giá hiệu quả của từng đơn vị trong hệ thống xử
lý.

III. COD (chemical oxygen demand).
3.1.Giới thiệu chung về COD.


i

Nhu cầu oxy hoá học (COD): Nồng độ khối lượng của oxy tương đương với lượng
dicromat tiêu tốn bởi các chất lơ lửng và hoà tan trong mẫu nước khi mẫu nước được xử

lý bằng chất oxy hoá đó ở điều kiện xác định.
Chỉ tiêu COD được dùng để xác định hàm lượng chất hữu cơ có trong nước thải
sinh hoạt và nước thải công nghiệp. COD là lượng oxi cần thiết để oxi hóa chất hữu cơ
thành CO2 và H2O dưới tác dụng của chất oxy hóa mạnh
CnHaObNc +(n+a/b-b/c-3/4c) O2 nCO2 + (a/2 -3/2c) H2O +cNH3
Trong thực tế hầu như tất cả các chất hữu cơ đều bị oxi hóa dưới tác dụng của các chất
oxi hóa mạnh trong môi trường axit. Amino (số oxy hóa -3) sẽ chuyển thành NH 3-N. Tuy
nhiên, nitơ hữu cơ có số oxy hóa cao hơn sẽ chuyển thành nitrat.
Khi phân tích COD, các chất hữu cơ sẽ chuyển thành CO 2 và H2O, ví dụ cả
glucozo và lignin đều bị oxy hóa hoàn toàn. Do đó, giá trị COD lớn hơn BOD và có thể
COD rất lớn hơn nhiều so với BOD khi mẫu chứa đa phần những chất khó phân hủy sinh
học, ví dụ nước thải giấy có COD >> BOD do hàm lượng lignin cao.
Một trong những hạn chế chủ yếu của phân tích COD là không thể xác định phần
chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học và không có khả năng phân hủy sinh học.
Thêm vào đó, phân tích COD không cho biết tốc đọ phân hủy sinh học của các chất hữu
cơ có trong nước thải dưới điều kiện tự nhiên.
Ưu điểm chính của phân tích chỉ tiêu COD là cho biết kết quả trrong một khoảng
thời gian ngắn hơn nhiều (3giờ) so với BOD (5ngày). Do đó trong nhiều trường hợp,
COD được dùng để đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu cơ thay cho BOD. Thường
BOD = f(x) COD, trong đó f là hệ số thực nghiệm.


i

3.2.Phạm vi xác định.
Quy trình này quy định phương pháp xác định nhu cầu oxy hóa học (COD) của
nước.
Quy trình này áp dụng cho các loại nước có giá trị COD từ 5 mg/l đến 700 mg/l.
Hàm lượng clorua không được vượt quá 500 mg/l. Mẫu nước phù hợp với các điều kiện
này được sử dụng trực tiếp cho phân tích.

Nếu giá trị COD vượt quá 700 mg/l mẫu nước cần được pha loãng trước khi phân
tích. Trong điều kiện phản ứng đó cho cỏc chất hữu cơ bị oxy triệt để, ngoại trừ các chất
có các nguyên tố cấu trúc nhất định ( Ví dụ nhân pyridine, các hợp chất nitơ bậc 4). Một
ít chất kỵ nước có thể bay hơi và thoát khỏi sự oxy hóa. Các chất vô cơ bị oxy hóa trong
điều kiện phản ứng là:


Các ion brom, ion iốt



Một số hợp chất lưu huỳnh



Các ion nitrit



Một số hợp chất kim loại
Mặt khác một số chất nhất định có thể tham gia phản ứng như là tác nhân oxy hóa.

Tùy thuộc vào mục đích sử dụng kết quả phép thử.
Các chất cản trở, đáng chú ý là clorua.
3.3.Phương pháp xác định.
3.3.1.Xác định COD bằng phương pháp chuẩn độ.
3.3.1.1.Chuẩn độ với KMnO4