Sử dụng thông số tổng lượng các bon hữu cơ (TOC) để xác định giá trị BOD, COD trong nước thải tại cụm công nghiệp giấy Phong Khê 1 và làng nghề dệt nhuộm Tương Giang

Thứ tư - 01/03/2023 21:14
Bài báo thực hiện đánh giá mức độ ô nhiễm các thông số BOD và COD trong nước thải tại Cụm công nghiệp giấy Phong Khê 1, TP. Bắc Ninh và tại làng nghề dệt nhuộm Tương Giang, TP. Từ Sơn, tỉnh Bắc Ninh. Kết quả phân tích xác định nồng BOD và COD trung bình trong nước thải dệt nhuộm cao gấp 5,7 lần và 6,15 lần Quy chuẩn cho phép. Trong nước thải công nghiệp giấy, nồng độ BOD và COD trung bình cao gấp 16,14 lần và 10,05 lần Quy chuẩn cho phép (QCVN 12-MT:2015/BTNMT B1). Trong nghiên cứu cũng đã tính toán được các giá trị nồng độ BOD và COD trong nước thải công nghiệp, thông qua giá trị tỷ lệ BOD:TOC và COD:TOC.

     1. Đặt vấn đề

    Tổng lượng các bon hữu cơ hay là tổng lượng các bon có trong hợp chất hữu cơ (TOC) là 1 trong các thông số thể hiện tính chất của đất, nước. Bên cạnh nguồn tạo ra TOC do quá trình hình thành địa chất, TOC còn tạo ra từ các nguồn sản xuất do sử dụng các loại hóa chất khác nhau.

    Vai trò TOC đối với các loại thủy vực không giống nhau. Đối với các nguồn nước (sông, hồ, tầng chứa nước, hồ chứa ...) được sử dụng để cấp nước thô cho nhà máy nước cần giám sát TOC để phòng tránh khả năng tạo ra các chất độc hại, như trihalomethanes (THM) khi có hàm lượng Clo dư sau quá trình triệt khuẩn. Trong khi đó, đối với lĩnh vực sản xuất công nghiêp thì cần kiểm soát lượng TOC do giảm hiệu quả hệ thống lọc nước, gây sự cố cho nồi hơi, hỏng các trang thiết bị, máy móc sử dụng hơi và là nguồn thải gây ô nhiễm cho các nguồn nước lân cận.

    So với TOC, 2 thông số BOD và COD thường được sử dụng hơn trong giám sát lượng hữu cơ có trong nước, nước thải. Tuy nhiên, bên cạnh các lợi ích mang lại, các thông số quan trắc này cũng tạo ra những hạn chế riêng như: BOD yêu cầu có thời gian để thực hiện (theo quy định là 5 ngày), COD có tiềm ẩn tạo ra các chất thải nguy hại (thủy ngân và crom VI).  Để hạn chế điều này, nhiều nước khuyến cáo nên sử dụng TOC thông qua giá trị tỷ lệ BOD:TOC, COD:TOC để đưa ra giá trị BOD, COD tương ứng. Hay nói cách khác, thông qua mối quan hệ giữa BOD và COD với TOC, từ đó TOC có thể được sử dụng để ước tính BOD hoặc COD đi kèm.

    Các nguồn tạo ra TOC đáng lưu ý là một số loại hóa chất công nghiệp, trong đó có các chất tẩy rửa. Trong nghiên cứu này, thực hiện quan trắc BOD, COD và TOC trong nước thải tại Cụm công nghiệp (CCN) giấy Phong Khê 1 và dệt nhuộm Tương Giang bằng cách xác định thông qua giá trị tỷ lệ BOD:TOC, COD:TOC. Kết quả xác định được so sánh mối quan hệ giá trị tỷ lệ của chúng và so sánh với giá trị thực đo trong phòng thí nghiệm.

    2. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

    2.1. Đối tượng nghiên cứu

    Đối tượng nghiên cứu: Nước thải tại CCN giấy Phong Khê 1, TP. Bắc Ninh và làng nghề dệt nhuộm Tương Giang, TP. Từ Sơn, tỉnh Bắc Ninh.

    Phường Phong Khê hiện có khoảng 200 cơ sở sản xuất đang hoạt động, trong đó CNN giấy Phong Khê 1 có khoảng 72 cơ sở (công suất từ 10 nghìn tấn đến 30 nghìn tấn sản phẩm/năm). Trên 90% số hộ gia đình ở Phong Khê sản xuất và làm những việc liên quan đến giấy. xưởng tái chế ô nhiễm không khí, tiếng ồn, bụi bẩn, hóa chất tẩy rửa giấy (xút, javen). Theo ước tính, để sản xuất 1 tấn giấy thành phẩm, cần hơn 1 tấn giấy phế liệu (trong đó có cả giấy ăn, giấy vệ sinh đã qua sử dụng), hơn 200 m3 nước, khoảng 2 tấn gỗ, cùng nhiều hóa chất độc hại… Để tẩy trắng, làm thơm giấy, họ cần tới rất nhiều hóa chất như xút, javen…

    Xã Tương Giang có hơn 2.400 hộ dân, trong đó có hơn 400 hộ làm nghề dệt nhuộm với số lượng lao động hơn 1.000 người. Mỗi ngày tại đây sản xuất được 38.000 m2 vải thô, 1.400 kg khăn các loại và hơn 6.000 m2 vải y tế. Nguyên liệu sản xuất gồm sợi thô, sợi PE, sợi cotton. Hóa chất sử dụng trong quá trình dệt và nhuộm sản phẩm là bột gạo, NaOH, Javen, Silicat, Na2CO3, H2SO4, H2O2, các loại thuốc nhuộm. Sau khi dệt, sản phẩm được đem đi tẩy trắng hoặc nhuộm theo yêu cầu của thị trường. Đặc điểm của làng nghề là sản xuất phân tán trong khu dân cư, quy mô nhỏ, công nghệ lạc hậu, chắp vá. Do vậy, hiệu quả sản xuất không cao, chất lượng sản phẩm kém, tiêu tốn nhiều nguyên nhiên liệu, lượng chất thải do quá trình sản xuất lớn. Hóa chất tẩy, thuốc nhuộm, xút, muối trung tính phát sinh thải ra từ quá trình tẩy trắng, nhuộm in vải.

    Hạ tầng của CCN giấy Phong Khê 1 và làng nghề dệt nhuộm Tương Giang đều không được đầu tư đồng bộ, đường dẫn, thoát nước thải không được quy hoạch cho nên luôn trong tình trạng ngập úng. Nước thải được gom vào ao chứa, rồi sau đó đổ ra sông Ngũ Huyện Khê và đổ tiếp ra sông Cầu.

    2.2. Phương pháp và thời gian lấy mẫu

    Mẫu nước thải lấy từ dòng thải tổng hợp của CCN giấy Phong Khê 1.

    Lấy mẫu để xác định chất lượng nước thải áp dụng theo tiêu chuẩn TCVN 6663-1:2011 (ISO 5667-1:2006) - Chất lượng nước - Phần 1: Hướng dẫn lập chương trình lấy mẫu và kỹ thuật lấy mẫu.

    Thời gian lấy mẫu: tháng 2 đến tháng 4/2022 vào ngày thứ 5 hàng tuần, từ 10h đến 11h (khi các cơ sở đã ổn định hoạt động sản xuất trong ngày). Mỗi đợt lấy 3 lít, trộn đều mẫu 3 lít và chia mẫu thành 3 lọ chứa 1 lít để phân tích BOD, COD và TOC,

    Các mẫu nước được bảo quản ở 4oC ngay sau khi lấy và đưa về phòng thí nghiệm khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên và Viện Kỹ thuật Môi trường để phân tích.

    2.3Phương pháp phân tích

    BOD: Phân tích theo TCVN 6001-1:2008 (ISO 5815-1:2003) Phần 1: Phương pháp pha loãng và cấy có bổ sung allythioure; TCVN 6001-2:2008 (ISO 5815-2:2003) Phần 2: Phương pháp dùng cho mẫu không pha loãng; SMEWW-5210.B:2012 [3].

    COD: Phân tích theo TCVN 6491:1999 (ISO 6060:1989) Chất lượng nước – xác định nhu cầu ôxy hóa học (COD); SMEWW 5220.C:2012; SMEWW 5220.B:2012  [1].

    TOC: Phân tích theo TCVN 6634:2000 (ISO 8245:1999) - Chất lượng nước - hướng dẫn xác định các bon hữu cơ tổng số (TOC) và các bon hữu cơ hòa tan (DOC).

    Các phép đo được lặp lại 3 lần và lấy số trung bình [2].

    3. Kết quả và thảo luận

    3.1. Kết quả đánh giá hàm lượng hữu cơ trong nước thải tại CCN giấy Phong Khê 1

    Giá trị BOD, COD, TOC

    Kết quả quan trắc cho thấy, nước thải tại CCN giấy Phong Khê 1 có nồng độ BOD dao động từ 525 mg/l đến 875 mg/l, nồng độ COD dao động từ 1.725 mg/l đến 2.250 mg/l. Nồng độ BOD và COD trung bình tương ứng là từ 807 mg/l, 2.010 mg/l, gấp 16,14 lần và 10,05 lần so với Quy chuẩn cho phép (QCVN 12-MT:2015/BTNMT B1).

    Giá trị nồng độ BOD, COD trong nước thải tại làng nghề dệt nhuộm Tương Giang thấp hơn so với nước thải tại CCN giấy Phong Khê 1, cụ thể BOD, COD giao động từ 205mg/l đến 395 mg/l và từ 1.092 mg/l đến 2.025 mg/l. Giá trị nồng độ trung bình của BOD, COD tương ứng là 284 mg/l, 1.229 mg/l, gấp 5,7 lần và 6,15 lần so với Quy chuẩn cho phép (QCVN 12-MT:2015/BTNMT B1).

    Giá trị nồng độ TOC trong nước thải tại CCN giấy Phong Khê 1 dao động từ 1.115 mg/l đến 1.475 mg/l, giá trị trung bình là 1.352 mg/l. Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy, nồng độ TOC trong nước thải tại làng nghề dệt nhuộm Tương Giang thấp hơn so với nước thải tại CCN giấy Phong Khê 1, với giá trị nồng độ TOC dao động từ 747 mg/l đến 973 mg/l và giá trị trung bình là 1.092 mg/l.

    Hiện nay, số liệu nghiên cứu về TOC tại Việt Nam còn khá hạn chế, năm 2020 nhóm tác giả Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tiến hành xác định DOC (dạng hữu cơ các bon hòa tan) của nước sông Tô lịch, cho thấy giao động từ 7,3 mg/l đến19 mg/l  [4]. Việt Nam hiện cũng chưa đưa ra Quy chuẩn đối với thông số TOC trong nước thải nói chung, nước thải sản xuất bột, giấy và dệt nhuộm nói riêng. Nếu áp dụng với quy định đưa ra trong Luật nước của Cộng hòa Liên bang Đức (WHG) và tổ chức Shimadzu đều cho rằng, nồng độ TOC trong nước thải từ 50 đến 100 mg/l  [8].

    Như vậy, nước thải tại CCN Phong khê 1 và nước thải tại làng nghề dệt nhuộm Tương Giang có nồng độ TOC cao gấp 13,5 lần và 7,9 lần so với mức của WHG và Shimadzu đưa ra.

    Tỷ lệ BOD:COD

    COD thường được sử dụng cùng với thử nghiệm BOD để ước tính lượng vật chất hữu cơ khó phân hủy trong nước thải. Tỷ lệ BOD:COD là yếu tố quan trọng trong lĩnh vực công nghệ, kỹ thuật môi trường khi xem xét để lựa chọn biện pháp xử lý phù hợp với nước thải. Nước thải được coi là dễ phân hủy sinh học nếu có tỷ lệ BOD:COD lớn hơn 0,4. Nếu tỷ lệ BOD:COD nhỏ hơn 0,4 quá trình phân hủy sinh học sẽ diễn ra rất chậm, khi đó không thể xử lý bằng phương pháp sinh học. Nếu muốn tăng khả năng phân hủy sinh học khi tỷ lệ BOD:COD thấp thường phải bổ sung các hóa chất hữu cơ có tỷ lệ BOD:COD cao như glucose, methanol và axit axetic, hoặc trộn nước thải có khả năng phân hủy sinh học thấp với nước thải có khả năng phân hủy sinh học cao.

    Kết quả quan trắc nước thải tại CCN giấy Phong Khê 1 cho thấy, tỷ lệ BOD:COD giao động từ 0,3 đến 0,43, trung bình là 0,37. Tại làng nghề dệt nhuộm Tương Giang, tỷ lệ này giao động từ 0,15 đến 0,33, trung bình là 0,24. Như vậy, hàm lượng chất hữu cơ dạng dễ phân hủy trong 2 loại nước thải đều ở mức thấp, không phù hợp chọn biện pháp sinh học để xử lý nước thải.

    Tỷ lệ BOD: TOC và COD:TOC

    Giá trị tỷ lệ BOD:TOC và COD:TOC trong nước thải tại CCN giấy Phong Khê 1 giao động từ 0,48 đến 0,61, trung bình là 0,55 và từ 1,28 đến 1,6, trung bình là 1,55. Tại làng nghề dệt nhuộm Tương Giang, tỷ lệ BOD:TOC và COD:TOC trong nước thải giao động từ 0,25 đến 0,39, trung bình là 0.34 và từ 1,23 đến 2,24, trung bình là 1,47.

    Từ kết quả thu được có thể nhận thấy, giá trị nồng độ TOC xác định trong nước thải cao thì giá trị nồng độ COD cũng cao, do đó quan hệ giữa COD và TOC là tỷ lệ thuận với nhau. Tuy nhiên, điều này không đồng nghĩa với quan hệ ngược tức là nếu COD cao thì không có nghĩa là TOC sẽ cao theo, vì COD còn có thể cao do sự hiện diện của các chất khử vô cơ và trong trường hợp này giá trị TOC có thể lại thấp đi [5,6,7].

    Thông qua mối tương quan TOC với BOD:COD, việc phân tích TOC được coi là giải pháp thay thế hữu hiệu cho BOD và COD vì hiệu quả hơn về chi phí, chính xác, và nhanh hơn (kịp thời).

toc1

Hình 1. Lượng BOD trong nước thải CCN giấy Phong khê 1 và dệt nhuộm Tương Giang

toc2

.Hình 2. Lượng COD trong nước thải CCN giấy Phong khê 1 và dệt nhuộm Tương Giang

toc3

Hình 3. Lượng BOD trong nước thải CCN giấy Phong khê 1 và dệt nhuộm Tương Giang

toc4

Hình 4. Tỷ lệ trung bình BOD:TOC, BOD:TOC, COD:TOC trong nước thải CCN giấy Phong khê 1 và dệt nhuộm Tương Giang

    Bảng 1. Tỷ lệ các thông số thể hiện các dạng chất hữu cơ có trong nước thải tại CCN giấy Phong Khê 1 và làng nghề dệt nhuộm Tương Giang

Thông số

Loại mẫu

Số lần quan trắc

TB

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

BOD/TOC

 

A

0,48

0,58

0,53

0,53

0,49

0,55

0,61

0,57

0,53

0,61

0,55

B

0,38

0,33

0,28

0,4

0,33

0,25

0,37

0,33

0,39

0,34

0,34

COD/TOC

A

1,57

1,5

1,52

1,37

1,28

1,58

1,51

1,47

1,6

1,58

1,5

B

1,24

1,45

1,34

1,36

1,23

1,3

1,39

1,5

2,24

1,62

1,47

Ghi chú

A -  Nước thải chứa giấy tại CCN giấy Phong Khê 1

B -  Nước thải chứa giấy tại làng nghề dệt nhuộm Tương Giang

    Kết quả quan trắc cho thấy, tỷ lệ BOD:TOC nước thải làng nghề dệt nhuộm Tương Giang thấp và bằng 0,8 lần so với BOD:TOC nước thải chứa giấy tại CCN giấy Phong Khê 1. Cụ thể là BOD:TOC nước thải làng nghề dệt nhuộm Tương Giang trung bình 0,34 (giao động từ 0,23 đến 0,4), trong khi đó, tại CCN giấy Phong Khê 1 trung bình 0,55 (giao động từ 0,48 đến 0,61).

    Tuy nhiên, giá trị tỷ lệ COD:TOC nước thải làng nghề dệt nhuộm Tương Giang và nước thải chứa giấy tại CCN giấy Phong Khê 1 lại gần như nhau, cụ thể là: COD:TOC nước thải làng nghề dệt nhuộm Tương Giang trung bình 1,47 (giao động từ 1,23 đến 2,24), trong khi đó  tại CCN giấy Phong Khê 1 trung bình 1,5 (giao động từ 1,28 đến 1,6. Điều này phần nào thể hiện nước thải 2 loại hình sản xuất này đều chứa các hóa chất tẩy rửa (như: hydrogen peroxide, chlorine dioxide hay oxygen và H2O2, Serafast-CRD, Synowhite ....) phát sinh ra nhiều chất hưu cơ dạng khó phân hủy.

    3.2. Kết quả xác định nhanh giá trị BOD, COD dựa trên tỷ lệ với TOC

    Dựa trên kết quả quan trắc TOC trong phòng thí nghiệm, kết hợp với giá trị tỷ lệ BOD:TOC có thể suy đoán được giá trị BOD, cụ thể như sau:

    Giá trị BOD

    Nước thải CCN giấy Phong Khê 1, tính toán theo giá trị TOC quan trắc và BOD:TOC=0,55 thì BOD trong khoảng từ 732 mg/l đến 845 mg/l, trung bình 792 mg/l. So sánh giữa giá trị BOD thực đo (850 mg/l) với tỉnh toán theo tỷ lệ COD:TOC thì mức chênh lệch là 93%.

    Nước thải làng nghề dệt nhuộm Tương Giang, tính toán theo giá trị TOC quan trắc và BOD:TOC=0,34 thì BOD trong khoảng từ 267 mg/l đến 297 mg/l, trung bình 280 mg/l. So sánh giữa giá trị BOD thực đo phân tích trong phòng thí nghiệm (TN) (290 mg/l) với tính toán theo tỷ lệ COD:TOC thì mức chênh lệch là 94%.

toc5

Hình 5. Giá trị BOD trong nước thải CCN giấy Phong khê 1 theo BOD:TOC

toc6

Hình 6. Giá trị BOD trong nước thải dệt nhuộm Tương Giang theo BOD:TOC

Giá trị COD

    Nước thải CCN giấy Phong Khê 1, tính toán theo giá trị TOC quan trắc và COD:TOC=1,5 thì COD trong khoảng từ 1.987 mg/l đến 2.305 mg/l, trung bình 2.160 mg/l. So sánh giữa giá trị COD thực đo (2.029 mg/l) với tỉnh toán theo tỷ lệ COD:TOC thì mức chênh lệch là 94%.

    Nước thải làng nghề dệt nhuộm Tương Giang, tính toán theo giá trị TOC quan trắc và COD:TOC=1,47 thì COD trong khoảng từ 1.066 mg/l đến 1.286 mg/l, trung bình 1.183 mg/l. So sánh giữa giá trị COD thực đo (1.213 mg/l) với tỉnh toán theo tỷ lệ COD:TOC thì mức chênh lệch là 97,5%.

toc7

Hình 7. Giá trị COD trong nước thải CCN giấy Phong khê 1 theo COD:TOC

toc8

Hình 8. Giá trị COD  nước thải dệt nhuộm Tương Giang theo COD:TOC

    Từ kết quả trên cho thấy, mức chênh lệch giá trị BOD, COD giữa 2 trường hợp thực đo và tính theo tỷ lệ BOD:TOC, COD:TOC đối với nước thải CCN giấy Phong Khê 1 và dệt nhuộm Tương Giang không lớn, cụ thể mức lệch trung bình BOD là 93 - 94%, COD là 94% - 97,5%. Như vậy, tất cả các trường hợp đều có mức chênh không quá 10% là có thể chấp nhận được.

    4. Kết luận

    1. Giá trị trung bình 3 thông số BOD, COD, TOC thể hiện lượng chất hữu cơ có trong nước thải CCN giấy Phong  Khê 1 và làng nghề dệt nhuộm Tương Giang là 807 mg/l, 2010 mg/l, 1352 mg/l và 295 mg/l, 1225 mg/l, 755 mg/l. Giá trị cả 3 thông số này trong nước thải làng nghề dệt nhuộm Tương Giang đều thấp hơn so với nước thải CCN giấy Phong  Khê 1.

    2. Giá trị BOD:TOC, COD:TOC trong nước thải CCN giấy Phong  Khê 1 và làng nghề dệt nhuộm Tương Giang là 0,55, 1,5 và 0,34, 1,47

    3. Tỷ lệ BOD:TOC, COD:TOC có thể sử dụng để xác định nhanh giá trị BOD và COD.

    Từ các kết quả ban đầu của nghiên cứu này, nhóm tác giả có một số kiến nghị như sau:

    Cần mở rộng và phát tiển nghiên cứu về TOC trong các nguồn nước để thấy rõ hơn vai trò và các trường hợp cần quan trắc thông số này trong các loại nguồn nước khác nhau.

    Cần có nghiên cứu tiếp để xem xét để thực hiện việc thay thế COD bằng TOC trong những trường hợp cần thiết. Việc thay thế COD bằng phân tích TOC còn tránh được việc sử dụng các hóa chất có hại cho môi trường như crom (VI) và thủy ngân (sử dụng để phân tích COD). Cùng với kali dicromat trong dung dịch axit sunfuric 50%, các chai lọ đã dùng để phân tích COD còn có tiềm ẩn chứa sunfat bạc làm chất xúc tác và sunfat thủy ngân để loại bỏ nhiễu clorua. Vì vậy, theo nhiều nước trên thế giới thì các các chai lọ sau khi đã phân tích COD sẽ được coi là chất thải nguy hại và phải được xử lý và tiêu hủy theo quy định.

Cái Anh Tú1Lê Văn Quy2

1Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội

2 Viện Khoa học Khí tượng thủy văn và Biến đổi khí hậu

(Nguồn: Bài đăng trên Tạp chí Môi trường, số Chuyên đề Tiếng Việt IV/2022)

Nguồn tin: tapchimoitruong.vn

Những tin mới hơn

Những tin cũ hơn

Bạn đã không sử dụng Site, Bấm vào đây để duy trì trạng thái đăng nhập. Thời gian chờ: 60 giây