Mục lục bài viết

Sự Khác biệt giữa BOD và COD trong Nước thải là gì ?

Trong ngành xử lý nước thải, đánh giá mức độ ô nhiễm hữu cơ của mẫu nước là bước quan trọng giúp thiết kế, vận hành và giám sát hiệu quả của các hệ thống xử lý. Hai chỉ số phổ biến nhất được sử dụng là chỉ số BOD (Nhu cầu Oxy Sinh học – Biochemical Oxygen Demand) và chỉ số COD (Nhu cầu Oxy Hóa học – Chemical Oxygen Demand).

Mặc dù cả hai chỉ số đều liên quan đến lượng oxy tiêu thụ khi phân hủy các chất hữu cơ, chúng lại phản ánh các khía cạnh khác nhau của nguồn ô nhiễm. BOD tập trung vào khả năng phân hủy sinh học của chất hữu cơ, trong khi COD đo lường tổng lượng chất hữu cơ có thể bị oxy hóa hóa học. Việc hiểu rõ sự khác biệt giữa BOD và COD không chỉ giúp đánh giá chính xác chất lượng nước thải mà còn hỗ trợ quá trình thiết kế và vận hành các nhà máy xử lý nước thải theo hướng bền vững và hiệu quả.

Bài viết này sẽ cung cấp một cái nhìn chi tiết về định nghĩa, quy trình đo, ưu – nhược điểm cũng như ứng dụng của BOD và COD, qua đó làm rõ sự khác biệt cốt lõi giữa chúng.

2. Nhu Cầu Oxy Sinh Hóa (BOD) – Lăng Kính Của Thế Giới Vi Sinh

2.1. Định nghĩa Chi tiết

BOD là lượng oxy hòa tan (DO) mà vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn hiếu khí và tùy nghi, cần để thực hiện quá trình oxy hóa sinh học (phân hủy) các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong một đơn vị thể tích mẫu nước, dưới các điều kiện tiêu chuẩn về nhiệt độ và thời gian. Nói cách khác, BOD là một phép đo gián tiếp khối lượng chất hữu cơ mà vi sinh vật có thể “ăn” được, thể hiện qua lượng oxy tiêu thụ.

2.2. Nguyên tắc Cơ bản

Phép đo BOD mô phỏng quá trình tự làm sạch tự nhiên của các nguồn nước. Khi chất hữu cơ được đưa vào môi trường nước có oxy và vi sinh vật, các vi sinh vật sẽ sử dụng chất hữu cơ làm nguồn năng lượng và tiêu thụ oxy hòa tan để hô hấp. Lượng oxy tiêu thụ tỷ lệ thuận với khối lượng chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học có trong mẫu.

2.3. Phương pháp Đo lường Phổ biến

Phép đo BOD phổ biến nhất là BOD₅, nghĩa là BOD được xác định sau 5 ngày ủ mẫu ở điều kiện tiêu chuẩn (nhiệt độ 20°C, trong bóng tối để ngăn chặn quá trình quang hợp của tảo). Quy trình thực hiện bao gồm các bước:

Pha loãng mẫu: Nước thải chứa hàm lượng hữu cơ cao thường được pha loãng bằng nước đã bão hòa oxy và chứa các chất dinh dưỡng cần thiết.
Bổ sung vi sinh vật giống (Seeding): Nếu mẫu nước thải thiếu vi sinh vật, một lượng vi sinh vật giống được bổ sung.
Ức chế Nitrat hóa: Thêm chất ức chế (ví dụ: Allylthiourea – ATU) nếu cần đo cBOD, nhằm ngăn chặn quá trình nitrat hóa và chỉ đo lượng oxy dùng cho phân hủy chất hữu cơ chứa carbon.
Đo DO ban đầu (DO₀) và Ủ mẫu: Mẫu được đậy kín và ủ ở 20°C trong 5 ngày.
Đo DO cuối cùng (DO₅) và Tính toán: BOD₅ được tính theo công thức:
BOD₅ (mg/L) = [(DO₀ – DO₅) – BOD_blank] x Hệ số pha loãng,
trong đó BOD_blank là giá trị BOD của mẫu trắng.

2.4. Phân biệt cBOD và nBOD

cBOD (Carbonaceous BOD): Là nhu cầu oxy cho việc vi khuẩn dị dưỡng oxy hóa các chất hữu cơ chứa carbon.
nBOD (Nitrogenous BOD): Là nhu cầu oxy cho quá trình oxy hóa Amoni (NH₄⁺) và Nitrit (NO₂⁻) thành Nitrat (NO₃⁻) qua quá trình nitrat hóa.
Để đo chính xác cBOD₅, người ta thường sử dụng chất ức chế nitrat hóa.

2.5. Ưu điểm và Nhược điểm của BOD

Ưu điểm:

Phản ánh sát thực trạng khả năng phân hủy sinh học của các chất hữu cơ.
Cung cấp thông tin quan trọng cho thiết kế và vận hành các hệ thống xử lý sinh học.

Nhược điểm:

Thời gian đo kéo dài (thường 5-7 ngày).
Kết quả dễ bị ảnh hưởng bởi điều kiện vi sinh và môi trường (như nhiệt độ, pH).
Không đo được các hợp chất không phân hủy sinh học.

3. Nhu Cầu Oxy Hóa Học (COD) – Sức Mạnh Oxy Hóa Hóa Học

3.1. Định nghĩa Chi tiết

COD là lượng oxy tương đương cần thiết để oxy hóa hóa học hầu hết các chất hữu cơ (bao gồm cả những chất không phân hủy sinh học) và các chất vô cơ có tính khử có trong mẫu nước. Quá trình đo COD sử dụng một chất oxy hóa mạnh, thường là ion dichromate (Cr₂O₇²⁻) trong môi trường axit, để “đốt cháy” các hợp chất có trong nước.

3.2. Nguyên tắc Cơ bản

Phương pháp COD dựa trên phản ứng oxy hóa mạnh của ion dichromate trong điều kiện axit (thường sử dụng axit sulfuric đặc với chất xúc tác như bạc sulfate). Trong quá trình đun nóng mẫu, các hợp chất hữu cơ bị oxy hóa, dichromate bị khử thành ion crom(III). Lượng dichromate tiêu thụ được chuẩn độ bằng dung dịch sắt (FAS) và quy đổi thành lượng oxy tương đương.

3.3. Phương pháp Đo lường Phổ biến

Hai phương pháp đo COD thường gặp là:

Phương pháp Chuẩn (Closed Reflux Method):
Thêm dung dịch kali dichromate, axit sulfuric đặc (với bạc sulfate và thủy ngân sulfate) vào mẫu, đun nóng, sau đó chuẩn độ dung dịch dư bằng FAS.
Phương pháp Ống Phá Mẫu Nhanh (Colorimetric Method):
Sử dụng bộ kit COD vials, cho mẫu vào ống, đậy kín và gia nhiệt, sau đó đo trực tiếp nồng độ qua máy quang phổ.

3.4. Các yếu tố ảnh hưởng

Ion Clorua (Cl⁻): Gây nhiễu trong phản ứng, thường phải thêm HgSO₄ để kết tủa.
Ion Nitrit (NO₂⁻): Cũng tiêu thụ dichromate và gây sai lệch.
Chất hữu cơ trơ: Một số hợp chất khó oxy hóa có thể làm giảm giá trị COD so với lý thuyết.
Chất vô cơ khử: Các chất như S²⁻, Fe²⁺, SO₃²⁻ cũng bị oxy hóa, làm tăng kết quả COD.

3.5. Ưu điểm và Nhược điểm của COD

Ưu điểm:

Thời gian phân tích nhanh (vài giờ).
Đo lường toàn bộ lượng chất hữu cơ có thể bị oxy hóa, bao gồm cả chất không phân hủy sinh học.
Cho kết quả có độ lặp lại và độ chính xác cao.

Nhược điểm:

Sử dụng hóa chất độc hại (dichromate, thủy ngân) đòi hỏi quy trình an toàn và xử lý chất thải cẩn thận.
Không phân biệt được các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học và các chất trơ về sinh học.
Bao gồm cả nhu cầu oxy của các chất vô cơ khử, không phản ánh chính xác tải hữu cơ thuần túy.

3.6. Tại sao COD luôn lớn hơn hoặc bằng BOD?

Vì COD đo lường tổng lượng chất hữu cơ có thể oxy hóa, bao gồm cả những hợp chất không thể phân hủy sinh học và các chất vô cơ có tính khử, nên kết quả COD luôn bằng hoặc lớn hơn BOD. Trường hợp COD bằng BOD chỉ xảy ra khi mẫu chỉ chứa các chất hữu cơ đơn giản, dễ phân hủy sinh học, và không có chất vô cơ khử nào.

4. So Sánh Trực Diện và Giải Mã Mối Quan Hệ BOD với COD

Tiêu chí	Nhu Cầu Oxy Sinh Hóa (BOD)	Nhu Cầu Oxy Hóa Học (COD)
Nguyên tắc	Oxy hóa sinh học bởi vi sinh vật	Oxy hóa hóa học bởi tác nhân mạnh
Đối tượng đo chính	Chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học	Hầu hết chất hữu cơ + một số chất vô cơ khử
Thời gian đo	Dài (thường 5 ngày cho BOD₅)	Nhanh (vài giờ)
Điều kiện đo	20°C, ủ tối, hiếu khí	~150°C, môi trường axit mạnh, chất oxy hóa mạnh
Hóa chất sử dụng	Ít (dinh dưỡng, đệm, ức chế nitrat hóa)	Mạnh, độc hại (K₂Cr₂O₇, H₂SO₄ đặc, Ag₂SO₄, HgSO₄)
Độ chính xác/lặp lại	Thấp hơn, phụ thuộc sinh học	Cao hơn, phản ứng hóa học
Ảnh hưởng bởi độc tính	Có, rất nhạy cảm	Ít nhạy cảm hơn
Ý nghĩa chính	Mức độ ô nhiễm hữu cơ có thể phân hủy sinh học, tác động lên DO nguồn nhận	Tổng mức độ ô nhiễm bởi các chất có thể bị oxy hóa hóa học

5. Tỷ lệ BOD/COD – Chỉ Số Đánh Giá Khả Năng Phân Hủy Sinh học

Tỷ lệ BOD₅/COD là một chỉ số quan trọng để đánh giá khả năng phân hủy sinh học của nước thải:

BOD₅/COD > 0.6: Nước thải dễ phân hủy sinh học (ví dụ: nước thải sinh hoạt, từ nhà máy sữa, bia, chế biến đường).
0.3 < BOD₅/COD < 0.6: Nước thải có khả năng phân hủy sinh học vừa phải, có thể chứa một phần chất khó phân hủy.
BOD₅/COD < 0.3: Nước thải khó phân hủy sinh học, chứa nhiều chất hữu cơ trơ hoặc độc hại (ví dụ: nước thải từ ngành dệt nhuộm chưa qua xử lý, hóa chất, dược phẩm).

Chỉ số này không chỉ giúp lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp mà còn đánh giá sự thay đổi đặc tính của nước thải sau mỗi công đoạn xử lý.

6. Phân Biệt Nhanh Với TOC (Tổng Cacbon Hữu Cơ)

Bên cạnh BOD và COD, TOC (Total Organic Carbon) cũng là một chỉ số đo lường ô nhiễm hữu cơ.

TOC: Đo trực tiếp tổng lượng carbon có trong các hợp chất hữu cơ của mẫu nước, thường bằng cách oxy hóa hoàn toàn chất hữu cơ thành CO₂ rồi đo lượng CO₂ này.
Khác biệt chính:
- BOD/COD đo lượng oxy cần thiết (trực tiếp hoặc tương đương) để oxy hóa chất hữu cơ.
- TOC đo lượng carbon trong chất hữu cơ đó.
TOC không cho biết trạng thái oxy hóa của carbon (ví dụ: CH₄ và CH₃COOH có cùng số C nhưng cần lượng oxy khác nhau để oxy hóa hoàn toàn) và cũng không cho biết khả năng phân hủy sinh học. Tuy nhiên, phép đo TOC rất nhanh (vài phút), tự động hóa cao và không dùng hóa chất độc hại như COD, nên ngày càng được sử dụng nhiều trong giám sát quá trình. Thường có mối tương quan nhất định giữa COD và TOC đối với một loại nước thải ổn định.

7. Ý Nghĩa và Ứng Dụng Thực Tiễn của BOD và COD

Cả BOD và COD đều đóng vai trò không thể thiếu trong ngành nước thải:

Đánh Giá Mức Độ Ô Nhiễm: Là chỉ số cơ bản nhất để xác định “độ bẩn” hữu cơ của nước thải đầu vào nhà máy, nước sau mỗi công đoạn xử lý và nước thải đầu ra trước khi xả thải.
Thiết Kế Công Trình Xử Lý:
- BOD: Dữ liệu BOD₅ (đặc biệt là cBOD₅) là cơ sở để tính toán tải trọng hữu cơ sinh học (kg BOD/ngày) đưa vào các công trình xử lý sinh học (bể hiếu khí, bể kỵ khí), từ đó xác định thể tích bể cần thiết, nhu cầu cấp khí oxy, lượng bùn sinh ra.
- COD: Thường dùng để đánh giá tổng tải lượng ô nhiễm cần xử lý, đặc biệt quan trọng đối với nước thải công nghiệp chứa nhiều chất khó phân hủy. Dùng trong cân bằng vật chất, tính toán hiệu quả loại bỏ tổng thể của nhà máy, và đôi khi dùng để ước tính BOD khi cần kết quả nhanh (thông qua mối tương quan BOD/COD đã biết của loại nước thải đó).
Giám Sát và Kiểm Soát Quá Trình Vận Hành:
- COD: Do tốc độ đo nhanh, COD là công cụ hữu hiệu để theo dõi hiệu quả xử lý hàng ngày, phát hiện sớm các biến động bất thường của tải lượng đầu vào hoặc sự cố trong hệ thống, giúp đưa ra điều chỉnh vận hành kịp thời.
- BOD: Dùng để đánh giá hiệu quả xử lý sinh học dài hạn hơn, kiểm tra sự ổn định của quá trình sinh học và đặc biệt là để kiểm tra sự tuân thủ các giới hạn xả thải theo quy định pháp luật.
Tuân Thủ Quy Định Pháp Luật: Hầu hết các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về môi trường (như QCVN 14:2025/BTNMT, QCVN 40:2025/BTNMT ở Việt Nam) đều quy định giới hạn nồng độ tối đa cho phép đối với cả BOD₅ và COD trong nước thải được phép xả ra nguồn tiếp nhận.
Đánh Giá Tác Động Môi Trường: BOD phản ánh trực tiếp hơn nguy cơ làm cạn kiệt oxy hòa tan trong sông hồ khi nước thải chứa chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học được xả vào, ảnh hưởng đến đời sống thủy sinh.

8. Kết Luận

BOD và COD là hai chỉ số phân tích cơ bản nhưng hết sức quan trọng trong việc đánh giá chất lượng nước thải.

BOD đo lường lượng oxy tiêu thụ để phân hủy sinh học các chất hữu cơ dễ phân hủy, phản ánh khả năng tự làm sạch của nguồn nước qua quá trình sinh học.
COD đo lường tổng lượng oxy cần thiết để oxy hóa hoàn toàn tất cả các chất hữu cơ (bao gồm cả những chất không phân hủy sinh học) và các chất vô cơ có tính khử, cho thấy tổng tải lượng ô nhiễm trong nước.

Sự khác biệt cơ bản giữa chúng nằm ở phạm vi đo lường và thời gian thực hiện: BOD thường cho kết quả sau 5-7 ngày và phụ thuộc vào hoạt động của vi sinh vật, trong khi COD cho kết quả nhanh chóng trong vài giờ và bao gồm cả các hợp chất khó oxy hóa sinh học. Tỷ lệ BOD₅/COD là một công cụ hữu ích để đánh giá khả năng phân hủy sinh học của nước thải và lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp.

Ngoài ra, chỉ số TOC cũng được sử dụng như một chỉ số bổ sung giúp đo lường tổng lượng cacbon hữu cơ trong nước.

Việc hiểu rõ định nghĩa, quy trình đo, ưu – nhược điểm và mối quan hệ giữa BOD và COD không chỉ giúp cải thiện thiết kế và vận hành các hệ thống xử lý nước thải mà còn góp phần bảo vệ nguồn nước tự nhiên, đảm bảo an toàn cho hệ sinh thái và sức khỏe cộng đồng.

Đầu tư vào các công nghệ hiện đại, tự động hóa và áp dụng các giải pháp xanh sẽ là chìa khóa để nâng cao hiệu quả quản lý và xử lý nước thải, đáp ứng các quy định pháp luật nghiêm ngặt và hướng tới một tương lai bền vững.