Ô nhiễm nguồn nước là một trong những thách thức môi trường cấp bách nhất mà nhân loại đang phải đối mặt. Sự gia tăng dân số, đô thị hóa nhanh chóng và sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp đã tạo ra một lượng lớn nước thải, mang theo vô số chất ô nhiễm đổ vào các hệ thống sông, hồ, biển và nguồn nước ngầm.

Để đánh giá mức độ ô nhiễm hữu cơ trong nước thải, các nhà khoa học và kỹ sư môi trường đã phát triển nhiều chỉ số khác nhau, trong đó chỉ số COD (Chemical Oxygen Demand) đóng một vai trò vô cùng quan trọng.

Bài viết này sẽ đi sâu vào phân tích chi tiết và toàn diện về chỉ số COD 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, quy định pháp luật liên quan và tác động môi trường của nó.

Mục lục bài viết

1. Định Nghĩa và Ý Nghĩa của Chỉ Số COD

COD, hay Nhu cầu Oxy Hóa học, là lượng oxy cần thiết để oxy hóa tất cả các chất hữu cơ và một số chất vô cơ có trong một mẫu nước bằng một chất oxy hóa mạnh trong điều kiện axit và nhiệt độ cao. Nói một cách đơn giản, COD cho biết tổng lượng chất có thể bị oxy hóa trong nước thải, bao gồm cả các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học và các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học, cũng như một số chất vô cơ như sulfua và nitrit.

Chỉ số COD 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: COD là một chỉ số trực tiếp phản ánh mức độ ô nhiễm hữu cơ trong nước thải. Giá trị COD càng cao, lượng chất hữu cơ ô nhiễm càng lớn, tiềm ẩn nguy cơ gây ô nhiễm nguồn nước càng cao.
Đánh giá khả năng xử lý sinh học: COD cung cấp thông tin quan trọng về khả năng xử lý sinh học của nước thải. Nước thải có COD cao thường khó xử lý bằng các phương pháp sinh học truyền thống, đòi hỏi các công nghệ xử lý tiên tiến hơn.
Giám sát hiệu quả xử lý nước thải: Trong các hệ thống xử lý nước thải, COD được sử dụng để theo dõi hiệu quả của các quá trình xử lý. Sự giảm COD sau mỗi giai đoạn xử lý cho thấy hiệu quả của giai đoạn đó trong việc loại bỏ chất hữu cơ.
Đánh giá tác động đến nguồn tiếp nhận: Nước thải có COD cao khi xả vào các nguồn nước tiếp nhận (sông, hồ) sẽ tiêu thụ một lượng lớn oxy hòa tan trong nước để phân hủy các chất hữu cơ. Điều này có thể dẫn đến tình trạng thiếu oxy (hypoxia hoặc anoxia), gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống của các sinh vật thủy sinh.

Tuân thủ quy định pháp luật: Hầu hết các quốc gia đều có quy định về giới hạn COD trong nước thải trước khi xả ra môi trường. Việc kiểm soát và duy trì chỉ số COD 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 COD

Nguyên lý của việc xác định COD là các chất hầu như đều bị oxy hóa bởi Kali dicromat – K2Cr2O7 trong môi trường axit. Nhờ vậy dựa vào hàm lượng K2Cr2O7 chúng ta có thể xác định được COD trong nước. Hiện nay để xác định chỉ số COD có trong nước các chuyên gia sẽ sử dụng phương pháp chuẩn độ hoặc phương pháp so màu.

2.1 Phương pháp chuẩn độ

Đối với phương pháp chuẩn độ xác định COD, ta sẽ cho K2Cr2O7 phản ứng với các chất có trong nước. Khi phản ứng vừa đủ thù hàm lượng chất dichromate (ion CR2O7 2-) dư sẽ phản ứng với sắt amoni sulfate(NH4)2Fe(SO4)2.6H2O.

Khi cho từ từ chất khử sắt amoni sulfate vào, crom hóa trị VI sẽ được chuyển hóa thành dạng hóa trị III. Khi đạt đến điểm tương đương (xác định bằng chỉ thị màu) là khi lượng sắt amoni sulfate đã được thêm vào bằng với lượng dichromate dư. Từ đó ta có thể tính toán được lượng dichromate đã dùng trong quá trình oxy hóa chất hữu cơ dựa vào lượng ban đầu và lượng còn lại.

Phương pháp đo COD bằng tác nhân oxy hoá cho kết quả sau 3 giờ và số liệu COD chuyển đổi sang BOD khi việc thí nghiệm đủ nhiều để rút ra hệ số tương quan có độ tin cậy lớn.

Phương pháp này thực hiện đơn giản tại các phòng thí nghiệm, nhưng việc chuẩn độ phụ thuộc vào người làm chuẩn độ nên khá tốn công sức và độ chính xác có thể bị dao động.

2.2 Phương pháp so màu

Ngoài dùng chuẩn độ, cũng có thể xác định lượng dichromate đã dùng bằng cách xem xét sự thay đổi độ hấp thụ của mẫu (màu của crom hóa trị III và crom hóa trị VI) tại các bước sóng cụ thể.

Có thể định lượng được lượng crom hóa trị III trong mẫu sau khi phá mẫu bằng cách đo độ hấp thụ của mẫu ở bước sóng 600nm trong máy quang phổ hoặc máy đo quang. Ngoài ra, mức hấp thụ của crom hóa trị VI ở bước sóng 420nm có thể được dùng để xác định lượng crom dư. Từ độ hấp thụ ánh sáng chúng ta có thể xác định được lượng Cr dùng ban đầu và lượng crom dư, lấy hiệu ta sẽ có lượng crom đã sử dụng. Dựa vào đó sẽ tính được chỉ số COD.

Phương pháp so màu thực hiện rất dễ dàng, với mẫu chuẩn do nhà sản xuất cung cấp nên chúng ta chỉ cần pha mẫu và vận hành máy đo quang. Nhờ vậy tiết kiệm được nhân lực và giảm thiểu sai sót khi chuẩn độ.

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

Chỉ số COD 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 COD khác nhau. Ví dụ, nước thải từ ngành chế biến thực phẩm thường có COD cao do chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy, trong khi nước thải từ ngành hóa chất có thể chứa các chất hữu cơ khó phân hủy hơn.
Quy trình sản xuất: Các quy trình sản xuất khác nhau trong cùng một ngành công nghiệp cũng có thể tạo ra nước thải có COD khác nhau. Việc tối ưu hóa quy trình sản xuất có thể giúp giảm thiểu lượng chất hữu cơ thải ra và do đó giảm COD trong nước thải.
Thói quen sinh hoạt: Nước thải sinh hoạt từ các hộ gia đình, nhà hàng, khách sạn cũng chứa một lượng đáng kể chất hữu cơ, chủ yếu là từ chất thải sinh hoạt, thực phẩm thừa và các chất tẩy rửa.
Hoạt động nông nghiệp: Nước thải từ các hoạt động nông nghiệp, chẳng hạn như nước rửa chuồng trại, nước thải từ các trang trại nuôi trồng thủy sản, cũng có thể chứa một lượng lớn chất hữu cơ, phân bón và thuốc bảo vệ thực vật, góp phần làm tăng COD.
Mùa và thời tiết: Lượng mưa và nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến nồng độ COD trong nước thải, đặc biệt là nước thải từ các nguồn không điểm như nước mưa chảy tràn trên bề mặt đất.
Hệ thống thoát nước: Sự rò rỉ hoặc tắc nghẽn trong hệ thống thoát nước có thể dẫn đến sự tích tụ chất hữu cơ và làm tăng COD trong nước thải.

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

Chỉ số COD đóng một vai trò then chốt trong quá trình thiết kế, vận hành và giám sát hiệu quả của các hệ thống xử lý nước thải:

Thiết kế hệ thống xử lý: Giá trị COD đầu vào của nước thải là một trong những thông số quan trọng nhất được sử dụng để xác định loại công nghệ xử lý phù hợp và kích thước của các công trình xử lý. Nước thải có COD cao thường đòi hỏi các hệ thống xử lý phức tạp hơn và có công suất lớn hơn.
Lựa chọn công nghệ xử lý: Dựa trên giá trị COD và các đặc tính khác của nước thải, các kỹ sư môi trường sẽ lựa chọn các công nghệ xử lý phù hợp, chẳng hạn như các quá trình xử lý sinh học (aerobic, anaerobic), các quá trình hóa lý (keo tụ, lắng, lọc, oxy hóa nâng cao) hoặc kết hợp các công nghệ này.
Giám sát hiệu quả xử lý: COD 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 của từng giai đoạn và của toàn bộ hệ thống. Sự giảm COD sau mỗi giai đoạn cho thấy hiệu quả của giai đoạn đó.
Đánh giá hiệu suất hệ thống: Hiệu suất của hệ thống xử lý nước thải thường được đánh giá dựa trên tỷ lệ phần trăm COD được loại bỏ. Một hệ thống xử lý hiệu quả sẽ có khả năng giảm COD xuống dưới ngưỡng quy định trước khi nước thải được xả ra môi trường.
Tối ưu hóa vận hành: Dữ liệu COD 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, lưu lượng khí) nhằm tối ưu hóa hiệu quả xử lý và giảm chi phí vận hành.

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

Tại Việt Nam, việc kiểm soát và quản lý chất lượng nước thải, bao gồm cả chỉ số COD, được quy định trong nhiều văn bản pháp luật khác nhau, chẳng hạn như Luật Bảo vệ Môi trường, các Nghị định, Thông tư hướng dẫn và các Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia (QCVN).

Một số quy chuẩn quan trọng liên quan đến chỉ số COD trong nước thải bao gồm:

QCVN 14:2025/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt. Quy chuẩn này quy định giới hạn COD tối đa cho nước thải sinh hoạt khi xả vào các nguồn nước khác nhau.
QCVN 40:2025/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp. Quy chuẩn này quy định giới hạn COD tối đa cho nước thải từ các ngành công nghiệp khác nhau khi xả vào các nguồn nước khác nhau, tùy thuộc vào loại hình sản xuất và mục đích sử dụng của nguồn nước tiếp nhận.
QCVN 08:2023/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt. Quy chuẩn này quy định giới hạn COD tối đa cho các loại nguồn nước mặt khác nhau (ví dụ: nước mặt dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt, nước mặt dùng cho mục đích tưới tiêu, nuôi trồng thủy sản).

Các quy định này thường quy định các mức giới hạn COD khác nhau tùy thuộc vào loại nước thải (sinh hoạt, công nghiệp), ngành nghề sản xuất, lưu lượng xả thải và mục đích sử dụng của nguồn nước tiếp nhận. Các doanh nghiệp và tổ chức có trách nhiệm tuân thủ các quy định này và phải có các biện pháp xử lý nước thải phù hợp để đảm bảo chỉ số COD trong nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn cho phép trước khi xả ra môi trường.

Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường có trách nhiệm kiểm tra, giám sát việc tuân thủ các quy định về COD trong nước thải và xử lý các hành vi vi phạm theo quy định của pháp luật.

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

Việc xả thải nước thải có chỉ số COD cao ra môi trường có thể gây ra nhiều tác động tiêu cực đến hệ sinh thái và sức khỏe con người:

Suy giảm oxy hòa tan: Khi nước thải có COD cao được xả vào các nguồn nước, các vi sinh vật sẽ sử dụng oxy hòa tan trong nước để phân hủy các chất hữu cơ. Quá trình này tiêu thụ một lượng lớn oxy, dẫn đến sự suy giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước. Nếu nồng độ oxy hòa tan xuống quá thấp, nó có thể gây ra tình trạng thiếu oxy (hypoxia hoặc anoxia), làm chết hoặc gây căng thẳng cho các sinh vật thủy sinh như cá, tôm, cua và các loài động vật không xương sống khác.
Gây ra hiện tượng phú dưỡng: Nước thải có COD cao thường chứa đồng thời các chất dinh dưỡng như nitơ và photpho. Khi các chất này được xả vào các nguồn nước, chúng có thể thúc đẩy sự phát triển quá mức của tảo và các loài thực vật thủy sinh khác, gây ra hiện tượng phú dưỡng. Hiện tượng này dẫn đến sự suy giảm chất lượng nước, giảm độ trong suốt, gây mùi khó chịu và có thể tạo ra các chất độc hại, ảnh hưởng đến đời sống thủy sinh và sức khỏe con người.
Hình thành các sản phẩm phụ khử trùng (DBPs): Trong quá trình xử lý nước cấp để cung cấp nước sinh hoạt, clo thường được sử dụng làm chất khử trùng. Nếu nguồn nước thô có hàm lượng chất hữu cơ cao (thể hiện qua chỉ số COD cao), clo có thể phản ứng với các chất hữu cơ này để tạo ra các sản phẩm phụ khử trùng (DBPs) như trihalomethanes (THMs) và haloacetic acids (HAAs). Một số DBPs được biết đến là các chất gây ung thư hoặc có hại cho sức khỏe con người.
Ảnh hưởng đến thẩm mỹ: Nước thải có COD cao thường có màu sắc đục, có mùi khó chịu và có thể chứa các chất thải rắn, gây ảnh hưởng đến thẩm mỹ của các nguồn nước và khu vực xung quanh.
Ảnh hưởng đến các hoạt động kinh tế: Ô nhiễm nguồn nước do nước thải có COD cao có thể gây ảnh hưởng đến các hoạt động kinh tế như du lịch, nuôi trồng thủy sản và khai thác nước cho mục đích nông nghiệp và công nghiệp.

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

Để giảm thiểu tác động tiêu cực của nước thải có COD cao đến môi trường, cần áp dụng các biện pháp hiệu quả để giảm thiểu lượng chất hữu cơ trong nước thải trước khi xả ra môi trường:

Giảm thiểu tại nguồn: Các doanh nghiệp và hộ gia đình cần thực hiện các biện pháp để giảm thiểu lượng chất hữu cơ thải ra trong quá trình sản xuất và sinh hoạt. Điều này có thể bao gồm việc tối ưu hóa quy trình sản xuất, sử dụng các nguyên liệu và hóa chất thân thiện với môi trường, tái chế và tái sử dụng chất thải, và thực hành các thói quen sinh hoạt bền vững.
Xây dựng và vận hành hệ thống xử lý nước thải: Các doanh nghiệp và khu dân cư cần đầu tư xây dựng và vận hành các hệ thống xử lý nước thải phù hợp để loại bỏ chất hữu cơ và các chất ô nhiễm khác trước khi xả thải ra môi trường.
Áp dụng các công nghệ xử lý tiên tiến: Đối với nước thải có COD cao và khó xử lý bằng các phương pháp truyền thống, cần xem xét việc áp dụng các công nghệ xử lý tiên tiến hơn như quá trình oxy hóa nâng cao (AOPs), công nghệ màng (membrane bioreactor – MBR), hoặc các quá trình xử lý sinh học đặc biệt.
Kiểm soát và giám sát chặt chẽ: Các cơ quan quản lý nhà nước cần tăng cường công tác kiểm tra, giám sát việc tuân thủ các quy định về COD trong nước thải và xử lý nghiêm các hành vi vi phạm.
Nâng cao nhận thức cộng đồng: Cần nâng cao nhận thức của 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 kiểm soát chỉ số COD.

Kết Luận

Chỉ số COD là một thông số quan trọng trong việc đánh giá mức độ ô nhiễm hữu cơ trong nước thải và có vai trò then chốt trong quản lý và xử lý nước thải. Việc hiểu rõ về định nghĩa, ý nghĩa, phương pháp đo lường, các yếu tố ảnh hưởng và tác động môi trường của chỉ số COD là vô cùng cần thiết để có thể đưa ra các giải pháp hiệu quả nhằm bảo vệ nguồn nước và sức khỏe cộng đồng.

Việc tuân thủ các quy định pháp luật về COD trong nước thải, kết hợp với việc áp dụng các công nghệ xử lý tiên tiến và nâng cao ý thức bảo vệ môi trường của toàn xã hội, sẽ góp phần quan trọng vào việc giảm thiểu ô nhiễm nguồn nước và hướng tới một tương lai bền vững hơn.