Ô nhiễm nước do các chất hữu cơ là một trong những vấn đề môi trường nghiêm trọng, đe dọa hệ sinh thái và sức khỏe con người trên toàn cầu. Để đánh giá mức độ ô nhiễm này, các nhà khoa học và kỹ sư môi trường sử dụng nhiều chỉ số khác nhau, trong đó chỉ số BOD (Biochemical Oxygen Demand) hay Nhu cầu Oxy Sinh hóa đóng vai trò then chốt.

BOD không chỉ là một thước đo đơn thuần về lượng chất hữu cơ có trong nước thải mà còn phản ánh khả năng phân hủy sinh học của chúng và tác động tiềm tàng đến lượng oxy hòa tan trong các nguồn nước tiếp nhận.

Bài viết này sẽ đi sâu vào phân tích chuyên sâu và toàn diện về chỉ số BOD trong nước thải, bao gồm định nghĩa, ý nghĩa, phương pháp đo lường, các yếu tố ảnh hưởng, vai trò trong xử lý nước thải, các quy định pháp luật liên quan và những tác động môi trường quan trọng của nó.

Mục lục bài viết

1. Định Nghĩa và Ý Nghĩa của Chỉ Số BOD

BOD, hay Nhu cầu Oxy Sinh hóa, là lượng oxy hòa tan cần thiết cho các vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn aerobic) để phân hủy các chất hữu cơ có trong một mẫu nước trong một khoảng thời gian nhất định (thường là 5 ngày) ở một nhiệt độ cụ thể (thường là 20°C). Nói một cách đơn giản, BOD đo lường lượng oxy mà các vi sinh vật tiêu thụ trong quá trình oxy hóa sinh học các chất hữu cơ dễ phân hủy trong nước thải.

Chỉ số BOD có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong việc đánh giá chất lượng nước thải và tác động của nó đến môi trường:

Đánh giá mức độ ô nhiễm hữu cơ dễ phân hủy sinh học: BOD là một chỉ số trực tiếp phản ánh lượng chất hữu cơ có khả năng bị phân hủy bởi các vi sinh vật trong nước. Giá trị BOD càng cao, lượng chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học càng lớn, đồng nghĩa với nguy cơ gây ô nhiễm nguồn nước càng cao.
Đánh giá tác động tiềm tàng đến oxy hòa tan: Khi nước thải có BOD cao được xả vào các nguồn nước tự nhiên, các vi sinh vật sẽ sử dụng oxy hòa tan để phân hủy các chất hữu cơ. Nếu lượng chất hữu cơ quá lớn, quá trình này có thể làm suy giảm nghiêm trọng lượng oxy hòa tan trong nước, gây ra tình trạng thiếu oxy (hypoxia hoặc anoxia) cho các sinh vật thủy sinh.
Đánh giá hiệu quả của quá trình xử lý sinh học: Trong các hệ thống xử lý nước thải, đặc biệt là các hệ thống xử lý sinh học (như bể bùn hoạt tính, bể lọc sinh học), BOD được sử dụng để đánh giá hiệu quả của quá trình xử lý. Sự giảm BOD sau quá trình xử lý cho thấy hiệu quả của hệ thống trong việc loại bỏ chất hữu cơ dễ phân hủy.
Cung cấp thông tin về sức khỏe hệ sinh thái: BOD là một chỉ số quan trọng để đánh giá sức khỏe của các hệ sinh thái dưới nước. Mức BOD cao có thể chỉ ra sự ô nhiễm và gây ra những tác động tiêu cực đến sự đa dạng sinh học và chức năng của hệ sinh thái.
Tuân thủ các quy định pháp luật về môi trường: Hầu hết các quốc gia đều có các quy định về giới hạn BOD trong nước thải trước khi xả ra môi trường. Việc kiểm soát và duy trì chỉ số BOD dưới ngưỡng cho phép là một yêu cầu pháp lý quan trọng đối với các doanh nghiệp và tổ chức.

2. Phương Pháp Đo Lường Chỉ Số BOD

Phương pháp đo lường BOD phổ biến nhất là phương pháp BOD 5 ngày (BOD₅), được thực hiện theo các bước sau:

Chuẩn bị mẫu: Mẫu nước thải được lấy và xử lý sơ bộ (ví dụ: loại bỏ các chất rắn lơ lửng lớn, khử trùng nếu cần thiết để loại bỏ các vi sinh vật cạnh tranh).
Pha loãng mẫu (nếu cần): Đối với các mẫu nước thải có nồng độ chất hữu cơ cao, mẫu cần được pha loãng với nước pha loãng đã được bão hòa oxy để đảm bảo có đủ oxy cho quá trình phân hủy sinh học.
Đo lượng oxy hòa tan ban đầu (DOᵢ): Lượng oxy hòa tan trong mẫu đã chuẩn bị được đo bằng một thiết bị đo oxy hòa tan (DO meter) hoặc bằng phương pháp Winkler.
Ủ mẫu: Mẫu đã chuẩn bị được đựng trong các bình kín và ủ trong bóng tối ở nhiệt độ 20°C ± 1°C trong 5 ngày. Việc ủ trong bóng tối nhằm ngăn chặn sự phát triển của tảo, có thể tạo ra oxy thông qua quá trình quang hợp và làm sai lệch kết quả đo.

Đo lượng oxy hòa tan sau 5 ngày (DO₅): Sau 5 ngày ủ, lượng oxy hòa tan trong mẫu được đo lại bằng cùng phương pháp đã sử dụng để đo DOᵢ.
Tính toán BOD₅: Giá trị BOD₅ được tính toán dựa trên sự khác biệt giữa lượng oxy hòa tan ban đầu và lượng oxy hòa tan sau 5 ngày, có tính đến hệ số pha loãng (nếu có):

BOD₅ (mg/L) = [(DOᵢ – DO₅) – (Bᵢ – B₅)f] / P

Trong đó:

DOᵢ là lượng oxy hòa tan ban đầu của mẫu (mg/L).
DO₅ là lượng oxy hòa tan của mẫu sau 5 ngày (mg/L).
Bᵢ là lượng oxy hòa tan ban đầu của mẫu trắng (nước pha loãng) (mg/L).
B₅ là lượng oxy hòa tan của mẫu trắng sau 5 ngày (mg/L).
f là tỷ lệ thể tích của mẫu trắng trong bình ủ mẫu.
P là tỷ lệ pha loãng của mẫu.

Ngoài phương pháp BOD₅, còn có một số phương pháp khác như BOD cuối cùng (Ultimate BOD) đo lượng oxy tiêu thụ cho đến khi quá trình phân hủy sinh học hoàn tất (thường mất khoảng 20 ngày), và BOD 7 ngày (BOD7). Tuy nhiên, BOD₅ là phương pháp tiêu chuẩn và được sử dụng rộng rãi nhất do tính thực tế và thời gian thực hiện ngắn hơn.

3. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Chỉ Số BOD Trong Nước Thải

Chỉ số BOD trong nước thải có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau, bao gồm:

Nguồn gốc nước thải: Nước thải từ các ngành công nghiệp khác nhau sẽ có thành phần và nồng độ chất hữu cơ khác nhau, dẫn đến giá trị BOD khác nhau. Ví dụ, nước thải từ ngành chế biến thực phẩm thường có BOD cao do chứa nhiều carbohydrate, protein và chất béo dễ phân hủy.
Loại chất hữu cơ: Các loại chất hữu cơ khác nhau có tốc độ phân hủy sinh học khác nhau. Các chất hữu cơ đơn giản thường phân hủy nhanh hơn các chất hữu cơ phức tạp.
Nồng độ vi sinh vật: Số lượng và loại vi sinh vật có khả năng phân hủy chất hữu cơ trong mẫu nước sẽ ảnh hưởng đến tốc độ tiêu thụ oxy và do đó ảnh hưởng đến giá trị BOD.
Nhiệt độ: Nhiệt độ ảnh hưởng đến hoạt động trao đổi chất của vi sinh vật. Nhiệt độ tối ưu cho quá trình phân hủy sinh học thường là khoảng 20°C.
pH: pH quá cao hoặc quá thấp có thể ức chế hoạt động của vi sinh vật và ảnh hưởng đến kết quả đo BOD.
Sự hiện diện của các chất độc hại: Các chất độc hại như kim loại nặng, hóa chất diệt khuẩn có thể ức chế hoặc tiêu diệt vi sinh vật, làm giảm giá trị BOD.
Sự hiện diện của các chất dinh dưỡng: Các chất dinh dưỡng như nitơ và photpho cần thiết cho sự phát triển của vi sinh vật. Sự thiếu hụt các chất dinh dưỡng này có thể làm chậm quá trình phân hủy sinh học và giảm giá trị BOD.
Thời gian lưu trữ mẫu: BOD là một chỉ số không ổn định và có thể thay đổi theo thời gian lưu trữ mẫu. Do đó, mẫu nước thải cần được phân tích càng sớm càng tốt sau khi lấy.

4. Vai Trò của Chỉ Số BOD Trong Xử Lý Nước Thải

Chỉ số BOD đóng vai trò trung tâm trong việc thiết kế, vận hành và đánh giá hiệu quả của các hệ thống xử lý nước thải, đặc biệt là các hệ thống xử lý sinh học:

Thiết kế hệ thống xử lý: Giá trị BOD đầu vào của nước thải là một trong những thông số quan trọng nhất để xác định loại công nghệ xử lý sinh học phù hợp và kích thước của các công trình xử lý (ví dụ: kích thước bể bùn hoạt tính, thời gian lưu nước trong bể).
Lựa chọn công nghệ xử lý: Dựa trên giá trị BOD và các đặc tính khác của nước thải, các kỹ sư môi trường sẽ lựa chọn các công nghệ xử lý sinh học phù hợp như hệ thống bùn hoạt tính, bể lọc sinh học, hồ sinh học, hoặc các hệ thống xử lý kỵ khí.
Giám sát hiệu quả xử lý: BOD được đo lường thường xuyên tại các giai đoạn khác nhau của quá trình xử lý để theo dõi hiệu quả loại bỏ chất hữu cơ dễ phân hủy của từng giai đoạn và của toàn bộ hệ thống. Sự giảm BOD sau quá trình xử lý là một chỉ số quan trọng để đánh giá hiệu suất của hệ thống.
Đánh giá hiệu suất hệ thống: Hiệu suất của hệ thống xử lý nước thải thường được đánh giá bằng tỷ lệ phần trăm BOD được loại bỏ. Một hệ thống xử lý hiệu quả sẽ có khả năng giảm BOD xuống dưới ngưỡng quy định trước khi nước thải được xả ra môi trường.
Tối ưu hóa vận hành: Dữ liệu BOD thu thập được trong quá trình vận hành có thể được sử dụng để điều chỉnh các thông số vận hành (ví dụ: thời gian lưu, nồng độ bùn hoạt tính, tỷ lệ tuần hoàn bùn) nhằm tối ưu hóa hiệu quả xử lý và giảm chi phí vận hành.

Module xử lý nước thải mbbr — **Module xử lý nước thải** mbbr

5. Quy Định Pháp Luật Về Chỉ Số BOD Trong Nước Thải Tại Việt Nam

Tại Việt Nam, việc kiểm soát và quản lý chất lượng nước thải, bao gồm cả chỉ số BOD, được quy định trong nhiều văn bản pháp luật khác nhau, tương tự như chỉ số COD. Các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia (QCVN) đóng vai trò quan trọng trong việc xác định giới hạn BOD cho phép trong nước thải:

QCVN 14:2025/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt. Quy chuẩn này quy định giới hạn BOD tối đa cho nước thải sinh hoạt khi xả vào các nguồn nước khác nhau, tùy thuộc vào mục đích sử dụng của nguồn nước tiếp nhận (ví dụ: cột A, cột B).
QCVN 40:2025/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp. Quy chuẩn này quy định giới hạn BOD tối đa cho nước thải từ các ngành công nghiệp khác nhau khi xả vào các nguồn nước khác nhau, dựa trên loại hình sản xuất, lưu lượng xả thải và mục đích sử dụng của nguồn nước tiếp nhận.
QCVN 08-MT:2023/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt. Quy chuẩn này quy định giới hạn BOD tối đa cho các loại nguồn nước mặt khác nhau để đảm bảo chất lượng nước cho các mục đích sử dụng khác nhau.

Các quy định này thường thiết lập các ngưỡng giới hạn BOD khác nhau tùy thuộc vào loại nước thải, ngành nghề sản xuất, quy mô xả thải và đặc điểm của nguồn nước tiếp nhận. Các doanh nghiệp và tổ chức có trách nhiệm tuân thủ các quy định này và phải đảm bảo rằng nước thải sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn BOD cho phép trước khi thải ra môi trường. Các cơ quan quản lý nhà nước về môi trường thực hiện việc kiểm tra, giám sát và xử lý các vi phạm liên quan đến chỉ số BOD trong nước thải.

6. Tác Động Môi Trường của Nước Thải Có Chỉ Số BOD Cao

Việc xả thải nước thải có chỉ số BOD cao vào các nguồn nước tự nhiên có thể gây ra những tác động nghiêm trọng đến môi trường:

Suy giảm oxy hòa tan: Đây là tác động trực tiếp và quan trọng nhất. Khi vi sinh vật phân hủy lượng lớn chất hữu cơ dễ phân hủy trong nước thải, chúng tiêu thụ một lượng lớn oxy hòa tan. Điều này có thể dẫn đến tình trạng thiếu oxy (hypoxia hoặc anoxia), gây chết hàng loạt các loài cá và sinh vật thủy sinh khác, đặc biệt là các loài nhạy cảm với sự thiếu hụt oxy.
Ảnh hưởng đến các loài sinh vật nhạy cảm: Các loài sinh vật thủy sinh khác nhau có nhu cầu oxy khác nhau. Mức BOD cao có thể tạo ra môi trường sống không phù hợp cho nhiều loài, dẫn đến sự suy giảm đa dạng sinh học và làm xáo trộn chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái.
Gây ra mùi khó chịu: Quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ trong điều kiện thiếu oxy có thể tạo ra các khí có mùi hôi thối như hydrogen sulfide (H₂S) và methane (CH₄), gây ảnh hưởng đến chất lượng không khí và cuộc sống của người dân sống xung quanh khu vực bị ô nhiễm.
Hình thành lớp bùn đáy: Lượng lớn chất hữu cơ không được xử lý hoàn toàn có thể lắng xuống đáy sông, hồ, tạo thành lớp bùn dày. Quá trình phân hủy kỵ khí trong lớp bùn này tiếp tục tiêu thụ oxy và giải phóng các chất độc hại, ảnh hưởng đến hệ sinh thái đáy và chất lượng nước.
Ảnh hưởng đến các mục đích sử dụng nước: Nước bị ô nhiễm bởi chất hữu cơ có BOD cao trở nên không phù hợp cho nhiều mục đích sử dụng như cấp nước sinh hoạt, tưới tiêu, nuôi trồng thủy sản và các hoạt động giải trí.

7. Các Biện Pháp Giảm Thiểu Chỉ Số BOD Trong Nước Thải

Để giảm thiểu những tác động tiêu cực của nước thải có BOD cao, cần thực hiện đồng bộ nhiều biện pháp:

Giảm thiểu ô nhiễm tại nguồn: Các ngành công nghiệp và khu dân cư cần áp dụng các biện pháp để giảm thiểu lượng chất hữu cơ thải ra trong quá trình sản xuất và sinh hoạt.
Xây dựng và vận hành hiệu quả hệ thống xử lý nước thải: Đầu tư xây dựng và vận hành các hệ thống xử lý nước thải sinh học phù hợp là giải pháp then chốt để loại bỏ BOD. Các công nghệ thường được sử dụng bao gồm bể bùn hoạt tính, bể lọc sinh học, hồ sinh học, hệ thống xử lý kỵ khí (UASB, Anoxic/Oxic).
Tối ưu hóa quy trình xử lý: Đảm bảo các thông số vận hành của hệ thống xử lý nước thải (như thời gian lưu, nồng độ oxy hòa tan, tỷ lệ tuần hoàn bùn) được duy trì ở mức tối ưu để đạt hiệu quả loại bỏ BOD cao nhất.
Áp dụng các công nghệ xử lý tiên tiến: Đối với các trường hợp nước thải có BOD đặc biệt cao hoặc yêu cầu chất lượng nước đầu ra rất nghiêm ngặt, có thể cần áp dụng các công nghệ xử lý tiên tiến hơn như màng lọc sinh học (MBR) hoặc các quá trình oxy hóa bậc cao (AOPs) sau giai đoạn xử lý sinh học chính.
Kiểm soát xả thải: Thực hiện kiểm soát chặt chẽ lượng nước thải và nồng độ BOD trong nước thải trước khi xả ra môi trường, đảm bảo tuân thủ các quy định pháp luật.
Nâng cao nhận thức cộng đồng: Tuyên truyền, giáo dục cộng đồng về tầm quan trọng của việc bảo vệ nguồn nước và các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm nước thải, bao gồm cả việc giảm thiểu lượng chất hữu cơ thải vào hệ thống thoát nước.

8. Mối Quan Hệ Giữa BOD và COD

Chỉ số BOD và chỉ số COD đều là các chỉ số quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm hữu cơ trong nước thải, nhưng chúng đo lường các khía cạnh khác nhau:

BOD (Nhu cầu Oxy Sinh hóa): Đo lượng oxy cần thiết cho các vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học trong một khoảng thời gian nhất định.
COD (Nhu cầu Oxy Hóa học): Đo tổng lượng oxy cần thiết để oxy hóa tất cả các chất hữu cơ (cả dễ và khó phân hủy sinh học) và một số chất vô cơ có trong nước thải bằng một chất oxy hóa hóa học mạnh.

Do đó, giá trị COD thường cao hơn giá trị BOD vì nó bao gồm cả các chất hữu cơ mà vi sinh vật không thể phân hủy được trong thời gian thử nghiệm BOD. Tỷ lệ BOD/COD thường được sử dụng để đánh giá khả năng phân hủy sinh học của chất hữu cơ trong nước thải. Tỷ lệ này càng cao (thường trên 0.5), nước thải càng dễ xử lý bằng các phương pháp sinh học. Tỷ lệ BOD/COD thấp có thể chỉ ra sự hiện diện của các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học hoặc các chất độc hại ức chế hoạt động của vi sinh vật.

Kết Luận

Chỉ số BOD là một công cụ quan trọng không thể thiếu trong việc đánh giá và quản lý chất lượng nước thải. Nó cung cấp thông tin thiết yếu về mức độ ô nhiễm hữu cơ dễ phân hủy sinh học và tác động tiềm tàng đến môi trường nước.

Việc hiểu rõ về BOD, các yếu tố ảnh hưởng, vai trò trong xử lý nước thải, các quy định pháp luật liên quan và những tác động môi trường của nó là nền tảng để xây dựng và thực hiện các giải pháp hiệu quả nhằm bảo vệ nguồn nước quý giá và đảm bảo một môi trường sống trong lành cho cộng đồng.

Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển các phương pháp đo lường BOD nhanh chóng và chính xác hơn, cùng với việc áp dụng các công nghệ xử lý nước thải tiên tiến, sẽ đóng góp quan trọng vào nỗ lực bảo vệ tài nguyên nước trên toàn thế giới.