Mục lục bài viết

BOD, COD, TSS: Giải Mã Bộ Ba Chỉ Số Quan Trọng Nhất Trong Xử Lý Nước Thải

Quản lý và xử lý nước thải hiệu quả là một yêu cầu bức thiết để bảo vệ môi trường nước, hệ sinh thái và sức khỏe cộng đồng, đặc biệt trong bối cảnh công nghiệp hóa và đô thị hóa mạnh mẽ tại Việt Nam năm 2025. Để đánh giá mức độ ô nhiễm của nước thải, theo dõi hiệu quả của các công đoạn xử lý và đảm bảo chất lượng nước đầu ra tuân thủ các quy định pháp luật, việc sử dụng các chỉ số phân tích là không thể thiếu.

Trong số rất nhiều thông số được quan tâm, BOD (Nhu cầu oxy sinh hóa), COD (Nhu cầu oxy hóa học) và TSS (Tổng chất rắn lơ lửng) được xem là bộ ba chỉ số cơ bản và quan trọng bậc nhất.

Chúng cung cấp những thông tin cốt lõi về tải lượng ô nhiễm hữu cơ (cả dễ và khó phân hủy sinh học) và hàm lượng chất rắn không tan có trong nước thải. Việc đo lường, phân tích và đánh giá diễn biến của ba chỉ số này xuyên suốt quá trình xử lý – từ đầu vào, qua các công đoạn xử lý, đến đầu ra – là công cụ không thể thay thế cho các kỹ sư vận hành, nhà quản lý môi trường và cơ quan chức năng.

Hơn nữa, BOD, COD và TSS là những thông số được quy định giới hạn nghiêm ngặt trong các Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải tại Việt Nam, điển hình là QCVN 14:2025/BTNMT (đối với nước thải sinh hoạt, đô thị) và QCVN 40:2025/BTNMT (đối với nước thải công nghiệp).

Bài viết này sẽ đi sâu vào phân tích chi tiết từng chỉ số trong bộ ba BOD, COD, TSS: định nghĩa, ý nghĩa môi trường, phương pháp xác định cơ bản, và đặc biệt là vai trò của chúng trong việc đánh giá, kiểm soát hiệu quả của các hệ thống xử lý nước thải, đảm bảo tuân thủ các quy chuẩn quốc gia hiện hành.

1. BOD (Biochemical Oxygen Demand – Nhu Cầu Oxy Sinh Hóa): Thước Đo Ô Nhiễm Hữu Cơ Dễ Phân Hủy Sinh Học

1. Định nghĩa BOD là gì? BOD là lượng oxy hòa tan (DO – Dissolved Oxygen) cần thiết cho các vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) sử dụng để oxy hóa (phân hủy) các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học có trong một mẫu nước, trong điều kiện hiếu khí (có oxy), ở một nhiệt độ và khoảng thời gian xác định. Thông thường, chỉ số được sử dụng rộng rãi nhất là BOD5, tức là lượng oxy tiêu thụ sau 5 ngày ủ mẫu ở nhiệt độ 20°C trong bóng tối. Đơn vị tính của BOD thường là miligam oxy trên lít (mg O2/L hoặc mg/L).

2. Ý nghĩa của chỉ số BOD:

Đo lường phần hữu cơ “mềm”: BOD phản ánh trực tiếp lượng chất hữu cơ có khả năng bị vi sinh vật phân hủy một cách tự nhiên. Nồng độ BOD cao cho thấy nước thải chứa nhiều “thức ăn” cho vi sinh vật, tức là mức độ ô nhiễm hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học cao.
Đánh giá tác động đến nguồn nước: Khi nước thải có BOD cao xả ra nguồn tiếp nhận (sông, hồ), vi sinh vật trong nguồn nước sẽ sử dụng oxy hòa tan để phân hủy các chất hữu cơ này. Nếu lượng oxy tiêu thụ vượt quá khả năng tự làm sạch (tái hòa tan oxy từ không khí, quang hợp của tảo), nồng độ DO trong nước sẽ suy giảm nghiêm trọng, gây ngạt và chết các loài thủy sinh, đặc biệt là cá.
Thiết kế và Vận hành xử lý sinh học: BOD là thông số đầu vào quan trọng để tính toán tải trọng hữu cơ (Organic Loading Rate – OLR) cho các công trình xử lý sinh học hiếu khí (như bể Aerotank), giúp xác định kích thước bể và lượng không khí cần cung cấp. Theo dõi hiệu quả loại bỏ BOD qua các công đoạn xử lý sinh học giúp đánh giá hiệu suất hoạt động của vi sinh vật.

3. Phương pháp xác định BOD5: Nguyên tắc cơ bản của phương pháp xác định BOD5 là đo sự chênh lệch nồng độ oxy hòa tan trong mẫu nước trước và sau khi ủ 5 ngày ở 20°C.

Mẫu nước thải thường cần được pha loãng với nước pha loãng đã bão hòa oxy và bổ sung vi sinh vật giống (nếu cần).
Đo nồng độ DO ban đầu (DO_đầu).
Ủ mẫu trong chai kín, tránh ánh sáng ở 20°C ± 1°C trong 5 ngày.
Sau 5 ngày, đo nồng độ DO cuối cùng (DO_cuối).
BOD5 (mg/L) = (DO_đầu – DO_cuối) x Hệ số pha loãng. Các phương pháp chuẩn được công nhận và viện dẫn trong các QCVN bao gồm TCVN 6001 (Phần 1 & 2), SMEWW 5210B.

4. Đánh giá BOD trong quá trình xử lý nước thải:

Nước thải đầu vào (Influent): Xác định tải lượng ô nhiễm hữu cơ dễ phân hủy cần xử lý.
Sau xử lý bậc một (lắng): Đánh giá hiệu quả loại bỏ BOD của quá trình lắng chất rắn hữu cơ.
Sau xử lý bậc hai (sinh học): Đánh giá hiệu quả phân hủy chất hữu cơ hòa tan của vi sinh vật. Hiệu quả loại bỏ BOD cao (>85-95%) là dấu hiệu của một hệ thống sinh học hoạt động tốt.
Nước thải đầu ra (Effluent): Quan trọng nhất là để đảm bảo tuân thủ giới hạn xả thải. QCVN 14:2025 (Bảng 1, Bảng 2) và QCVN 40:2025 (Bảng 1) đều quy định các giá trị BOD5 tối đa cho phép (ví dụ, từ ≤ 20 mg/L đến ≤ 80 mg/L tùy loại nước thải, lưu lượng và Cột A/B/C). Kết quả phân tích BOD5 đầu ra là bằng chứng trực tiếp cho việc hệ thống có đạt yêu cầu pháp lý hay không.

2. COD (Chemical Oxygen Demand – Nhu Cầu Oxy Hóa Học): Thước Đo Tổng Lượng Chất Bị Oxy Hóa

1. Định nghĩa COD là gì? COD là lượng oxy tương đương cần thiết để oxy hóa hóa học hoàn toàn các chất hữu cơ (cả dễ và khó phân hủy sinh học) và một số chất vô cơ có tính khử (như Fe2+, S2-, NO2-) có trong mẫu nước bằng một tác nhân oxy hóa hóa học mạnh (thường là Kali dicromat – K2Cr2O7) trong môi trường axit mạnh (H2SO4) và ở nhiệt độ cao (thường là 150°C). Đơn vị tính cũng là mg O2/L hoặc mg/L.

2. Ý nghĩa của chỉ số COD:

Đo lường tổng tải lượng ô nhiễm có thể bị oxy hóa: COD cho biết tổng lượng oxy cần thiết để oxy hóa hầu hết các chất hữu cơ và một phần chất vô cơ. Do đó, COD luôn lớn hơn hoặc bằng BOD đối với cùng một mẫu nước thải.
Phản ánh cả chất hữu cơ khó phân hủy: Khác với BOD chỉ đo phần dễ phân hủy sinh học, COD đo được cả những chất hữu cơ bền vững, khó bị vi sinh vật phân hủy (refractory organics), vốn thường có nhiều trong nước thải công nghiệp.
Kết quả nhanh chóng: Phép đo COD chỉ mất vài giờ, nhanh hơn nhiều so với 5 ngày của BOD5, do đó COD thường được sử dụng để theo dõi, kiểm soát quá trình xử lý hàng ngày và đánh giá nhanh chóng hiệu quả xử lý.
Quan trọng cho nước thải công nghiệp: COD là chỉ số cực kỳ quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm của nước thải công nghiệp, nơi thường chứa nhiều loại hóa chất hữu cơ phức tạp hoặc các chất vô cơ có tính khử.

3. Phương pháp xác định COD: Nguyên tắc là đun hồi lưu mẫu nước với một lượng dư K2Cr2O7 trong môi trường H2SO4 đậm đặc có thêm chất xúc tác (Ag2SO4) và chất chống nhiễu ion Cl- (HgSO4). Lượng K2Cr2O7 dư sau phản ứng sẽ được xác định bằng phương pháp chuẩn độ (với dung dịch FAS) hoặc đo quang. Từ đó tính ra lượng K2Cr2O7 đã phản ứng và quy đổi thành lượng oxy tương đương. Các phương pháp chuẩn phổ biến bao gồm TCVN 6491, SMEWW 5220 (B, C, D). Lưu ý, cả QCVN 14:2025 và QCVN 40:2025 đều cho phép doanh nghiệp lựa chọn kiểm soát chỉ tiêu COD hoặc TOC (Tổng Cacbon hữu cơ).

4. Đánh giá COD trong quá trình xử lý nước thải:

Nước thải đầu vào: Cho biết tổng tải lượng ô nhiễm hữu cơ và vô cơ có tính khử cần xử lý.
Sau các công đoạn xử lý (hóa lý, sinh học): Đánh giá hiệu quả tổng hợp của các quá trình trong việc loại bỏ các chất có thể bị oxy hóa. Hiệu quả loại bỏ COD thường thấp hơn hiệu quả loại bỏ BOD (do COD bao gồm cả phần khó phân hủy).
Nước thải đầu ra: Kiểm tra sự tuân thủ giới hạn xả thải. QCVN 14:2025 (Bảng 1, Bảng 2) và QCVN 40:2025 (Bảng 1) quy định các giá trị COD (hoặc TOC) tối đa cho phép (ví dụ, từ ≤ 50 mg/L đến ≤ 130 mg/L tùy loại nước thải, lưu lượng và Cột A/B/C).

5. Tỷ lệ BOD5/COD – Chỉ số Vàng đánh giá khả năng phân hủy sinh học: Tỷ lệ giữa BOD5 và COD của cùng một mẫu nước thải là một chỉ số cực kỳ hữu ích:

BOD5/COD > 0.5 – 0.6: Nước thải chứa chủ yếu các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, rất thích hợp cho các phương pháp xử lý sinh học truyền thống. (Ví dụ: nước thải sinh hoạt).
BOD5/COD ≈ 0.3 – 0.5: Nước thải có chứa cả chất dễ và khó phân hủy sinh học, cần thời gian lưu dài hơn hoặc công nghệ sinh học tiên tiến hơn, hoặc có thể cần kết hợp hóa lý.
BOD5/COD < 0.3: Nước thải chứa nhiều chất hữu cơ khó phân hủy sinh học hoặc có chứa chất độc ức chế vi sinh vật. Xử lý sinh học đơn thuần sẽ kém hiệu quả. Thường cần áp dụng các biện pháp tiền xử lý hóa lý (như oxy hóa nâng cao) để tăng tỷ lệ BOD/COD trước khi xử lý sinh học, hoặc phải dựa chủ yếu vào các phương pháp hóa lý, xử lý bậc cao. (Ví dụ: nước thải dệt nhuộm, hóa chất, dược phẩm…). Việc xác định tỷ lệ này giúp định hướng lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp ngay từ giai đoạn thiết kế.

3. TSS (Total Suspended Solids – Tổng Chất Rắn Lơ Lửng): Thước Đo Chất Rắn Không Tan Trong Nước

1. Định nghĩa TSS là gì? TSS là tổng khối lượng các hạt chất rắn (bao gồm cả chất hữu cơ và vô cơ) không hòa tan, lơ lửng trong nước và có thể bị giữ lại trên giấy lọc sợi thủy tinh tiêu chuẩn (thường có kích thước lỗ lọc khoảng 1.2 – 1.5 micromet) sau khi lọc một thể tích mẫu nước xác định và sấy khô phần cặn lọc ở 103-105°C. Đơn vị tính thường là mg/L.

2. Ý nghĩa của chỉ số TSS:

Đo lường độ đục và chất rắn không tan: TSS là nguyên nhân chính gây ra độ đục của nước thải. Nồng độ TSS cao cho thấy nước thải chứa nhiều hạt rắn lơ lửng như bùn đất, cát, vụn hữu cơ, xác vi sinh vật…
Ảnh hưởng đến môi trường: TSS khi xả ra nguồn nước sẽ:
- Làm giảm khả năng xuyên thấu của ánh sáng mặt trời, ảnh hưởng đến quá trình quang hợp của thực vật thủy sinh.
- Lắng xuống đáy, bồi lấp lòng sông, hồ, gây hại cho môi trường sống của các sinh vật đáy (benthic organisms).
- Có thể mang theo các chất ô nhiễm khác bám trên bề mặt hạt rắn (kim loại nặng, vi khuẩn, hóa chất hữu cơ…).
Đánh giá hiệu quả xử lý cơ học và lắng: TSS là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá hiệu quả của các công trình xử lý cơ học như song chắn rác, bể lắng cát, bể lắng sơ cấp, bể tuyển nổi. Đặc biệt, TSS trong nước đầu ra của bể lắng thứ cấp (sau xử lý sinh học) phản ánh trực tiếp hiệu quả lắng tách bùn hoạt tính.
Liên quan đến lượng bùn phát sinh: Hàm lượng TSS đầu vào và hiệu quả loại bỏ TSS qua các công đoạn sẽ quyết định lượng bùn thải cần xử lý.

3. Phương pháp xác định TSS: Nguyên tắc là lọc một thể tích mẫu nước đã được trộn đều qua giấy lọc sợi thủy tinh đã biết khối lượng khô. Sau đó, sấy khô giấy lọc cùng với phần cặn giữ lại ở 103-105°C đến khối lượng không đổi. Khối lượng chất rắn giữ lại trên giấy lọc chính là TSS.

TSS (mg/L) = [(Khối lượng giấy lọc + cặn khô) – (Khối lượng giấy lọc khô ban đầu)] / Thể tích mẫu lọc (Lít). Phương pháp chuẩn được viện dẫn trong QCVN là TCVN 6625, SMEWW 2540D.

4. Đánh giá TSS trong quá trình xử lý nước thải:

Nước thải đầu vào: Xác định lượng chất rắn lơ lửng cần loại bỏ.
Sau xử lý cơ học / hóa lý (lắng, tuyển nổi, keo tụ): Đánh giá hiệu quả của các công trình này trong việc loại bỏ chất rắn.
Sau bể lắng thứ cấp (sinh học): Chỉ số quan trọng để đánh giá hiệu quả lắng bùn sinh học. TSS đầu ra bể lắng thứ cấp cao thường cho thấy bùn lắng kém (SVI cao) hoặc bể lắng bị quá tải thủy lực.
Nước thải đầu ra: Kiểm tra sự tuân thủ giới hạn xả thải. QCVN 14:2025 (Bảng 1, Bảng 2) và QCVN 40:2025 (Bảng 1) đều có các giá trị TSS tối đa cho phép rất cụ thể (ví dụ, từ ≤ 30 mg/L đến ≤ 120 mg/L tùy loại nước thải, lưu lượng và Cột A/B/C). Đạt được giới hạn TSS là yêu cầu cơ bản đối với hầu hết các hệ thống xử lý.

4. Mối Quan Hệ và Tầm Quan Trọng Tổng Thể Của BOD, COD, TSS

Ba chỉ số BOD, COD và TSS không tồn tại độc lập mà có mối liên hệ chặt chẽ với nhau trong nước thải và quá trình xử lý:

TSS chứa hữu cơ: Một phần đáng kể của TSS trong nước thải sinh hoạt và nhiều loại nước thải công nghiệp là các chất hữu cơ dạng rắn (phân, thức ăn thừa, xác vi sinh vật…). Do đó, việc loại bỏ TSS hiệu quả ở các giai đoạn xử lý cơ học và lắng cũng góp phần làm giảm BOD và COD.
Xử lý sinh học tạo ra TSS: Quá trình xử lý sinh học (đặc biệt là bùn hoạt tính) chuyển hóa các chất hữu cơ hòa tan thành sinh khối vi sinh vật mới (dạng rắn). Sinh khối này chính là bùn hoạt tính, đóng góp vào lượng TSS trong bể phản ứng. Nếu quá trình lắng tách bùn ở bể lắng thứ cấp không tốt, TSS (chính là bùn vi sinh bị cuốn trôi) trong nước đầu ra sẽ cao, kéo theo cả BOD và COD cũng cao theo.
Đánh giá toàn diện: Việc theo dõi đồng thời cả ba chỉ số cung cấp một bức tranh toàn diện hơn về bản chất ô nhiễm và hiệu quả xử lý:
- BOD: Mức độ ô nhiễm hữu cơ dễ phân hủy.
- COD: Tổng mức độ ô nhiễm hữu cơ (cả dễ và khó phân hủy) và một phần vô cơ.
- TSS: Mức độ ô nhiễm do chất rắn không tan.
- Tỷ lệ BOD/COD: Khả năng phân hủy sinh học.

Sự kết hợp của chúng là công cụ không thể thiếu để:

Đặc trưng hóa nước thải đầu vào: Hiểu rõ bản chất và tải lượng ô nhiễm.
Thiết kế hệ thống xử lý: Lựa chọn công nghệ và tính toán kích thước phù hợp.
Kiểm soát quá trình vận hành: Theo dõi hiệu quả từng công đoạn, phát hiện sớm các vấn đề (ví dụ: bùn lắng kém qua TSS, hiệu quả sinh học giảm qua BOD/COD).
Đánh giá hiệu quả tổng thể: Tính toán hiệu suất loại bỏ từng chỉ tiêu.
Báo cáo và Tuân thủ quy định: Cung cấp dữ liệu bắt buộc theo yêu cầu của QCVN 14:2025, QCVN 40:2025 và Giấy phép môi trường.

Kết Luận: Sử Dụng Hiệu Quả BOD, COD, TSS Để Đảm Bảo Chất Lượng Xử Lý Nước Thải

BOD, COD và TSS là những chỉ số phân tích nền tảng, đóng vai trò trụ cột trong lĩnh vực quản lý và xử lý nước thải. Việc hiểu rõ định nghĩa, ý nghĩa, cách đo lường và mối quan hệ giữa chúng là kiến thức cơ bản nhưng vô cùng quan trọng đối với bất kỳ ai làm việc trong ngành môi trường.

Đánh giá chính xác và thường xuyên bộ ba chỉ số này không chỉ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về mức độ ô nhiễm của các nguồn thải mà còn là công cụ thiết yếu để thiết kế các hệ thống xử lý phù hợp, tối ưu hóa quá trình vận hành, đánh giá chính xác hiệu quả xử lý và quan trọng nhất là đảm bảo chất lượng nước thải sau xử lý luôn tuân thủ các Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia như QCVN 14:2025 và QCVN 40:2025.

Sử dụng hiệu quả các chỉ số BOD, COD, TSS chính là góp phần nâng cao chất lượng quản lý nước thải, bảo vệ tài nguyên nước và môi trường sống tại Việt Nam một cách bền vững