TCVN6001:1995

Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6001:1995 (ISO 5815: 1989) về chất lượng nước - xác định nhu cầu ôxi sinh hóa sau 5 ngày (bod5) – phương pháp cấy và pha loãng TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCVN 6001:1995 ISO 5815: 1989 CHẤT LƯỢNG NƯỚC - XÁC ĐỊNH NHU CẦU ÔXI SINH HÓA SAU 5 NGÀY (BOD5) – PHƯƠNG PHÁP CẤY VÀ PHA LOÃNG Water quality - Determination of biochemical oxiPcn demand after 5 days(BOD5)- Dilution and seeding method 1. Mục đích Tiêu chuẩn nêu một phương pháp kinh nghiệm và thông dụng để xác định nhu cầu oxi sinh hóa của nước bằng nuôi cấy và pha loãng. Phương pháp áp dụng cho các loại nước có nhu cầu oxi sinh hóa lớn hơn hoặc bằng 3mg oxi/lít và không vượt quá 6000mg oxi/lit. Phương pháp cũng có thể áp dụng cho nhu cầu oxi sinh hóa lớn hơn 6000mg oxi/lít nhưng sai số do phải pha loãng đòi hỏi phải thận trọng khi xử lí kết quả. Kết quả thu được là sản phẩm kết hợp của các quá trình hóa học và sinh hóa. Chúng không có đặc tính rõ ràng của quá trình hóa học đơn thuần. Tuy nhiên, chúng có một chỉ thị về chất lượng nước. Phép thử có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều chất đọc đối với sinh vật như các chất diệt khuẩn, các kim loại đọc, clo tự do chúng ức chế sự oxi hóa sinh hóa. Sự có mặt của tảo hoặc vi sinh vật nitrat hóa có thể làm cao kết quả. Phụ lục A cung cấp thông tin về thời gian và nhiệt độ ủ khác nhau. 2. Tiêu chuẩn trích dẫn Những tiêu chuẩn sau đây được áp dụng cùng với tiêu chuẩn này. Tất cả mọi tiêu chuẩn đều luôn được soát xét lại, nhưng khuyến khích áp dụng những bản mới nhất. TCVN 5499: 1995 (ISO 5813: 1983), Chất lượng nước - Phương pháp Winkler xác định oxi hòa tan. ISO 5814: 1984, Chất lượng nước - Xác định oxi hòa tan - Phương pháp điện hóa. ISO 6107-2: 1981, Chất lượng nước - Từ vựng - Phần l. ISO 7393- l: 1985, Chất lượng nước - Xác định clo tự do và clo tổng số - Phần 1: Phương pháp chuẩn độ dùng N, N- dietVl- l, 4 phenylendiamin ISO 7393-2: 1985, Chất lượng nước - Xác định clo tự do và clo tổng số - Phần 2: Phương pháp đo màu dùng N, N-dietyl- l, 4 - phenylendiamin cho công việc kiểm tra thường ngày. 3. Định nghĩa Tiêu chuẩn này dùng định nghĩa sau: Nhu cầu oxi sinh hóa (BOD): nồng độ khối lượng của oxi hòa tan bị tiêu thụ bởi sự oxi hóa sinh học các chất hữu cơ và/hoặc vô cơ trong nước trong những điều kiện xác định. (Định nghĩa lấy từ ISO 6107-2). Trong tiêu chuẩn này, "sự oxi hóa sinh học" mang ý nghĩa "sự oxi hóa sinh hóa". 4. Nguyên tắc Trung hòa mẫu nước cấn phân tích và pha loãng bằng những lượng khác nhau của một loại nước pha loãng giàu oxi hòa tan và chứa các vi sinh vật hiếu khí, có hoặc không chứa chất ức chế sự nitrat hóa.ủ ở nhiệt độ xác định trong một thời gian xác định, 5 ngày, ở chỗ tối, trong bình hoàn toàn đầy và nút kín. Xác định nồng độ oxi hòa tan trước và sau khi ủ. Tính khối lượng oxi tiêu tốn trong l lít nước. Tiến hành đồng thời thí nghiệm kiểm tra với dung dịch chuẩn của glucô và axit glutamic. 5. Thuốc thử Trong phân tích chỉ dùng các thuốc thử tinh khiết phân tích và nước cất hoặc nước có độ tinh khiết tương đương (nước cất từ máy hoàn toàn bằng thủy tinh hoặc nước qua trao đổi ion). Nước không được chứa nhiều hơn 0,01mg đồng trong 1 lít, không chứa clo tự do, các cloramin, kiềm, axit và các chất hữu cơ. 5.1. Nước cấy Nếu bản thân mẫu nước không đủ các vi sinh vật cần thiết, phải dùng nước cấy tạo được bằng một trong các cách sau: a) Nước thải sinh hoạt lấy từ cống chính hoặc từ cống của một vung dân cư không bị ô nhiễm công nghiệp. Nước này được lắng trước khi dùng. b) Thêm l00g đất vườn vào 1 lít nước. Lắc đều và để yên l0 phút. Lấy 10ml nước trong ở trên và pha loãng thành 1 lít bằng nước cất. c) Nước sông, hồ có chứa nước thải sinh hoạt. d) Dòng nước sau khi để lắng của các trạm xử lí nước thải. e) Nước lấy từ hạ lưu của dòng thải của nước cần phân tích hoặc nước chứa vi sinh vật thích hợp cho nước cần phân tích và được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm (trường hợp nước thải công nghiệp chứa các chẩt khó bị phân hủy) . 5.2. Các dung dịch muối Các dung dịch sau đây bền ít nhất trong một tháng và cần bảo quản trong các bình thủy tinh màu sẫm. Chúng cần được loại bỏ nguy khi có dấu hiệu kết tủa hoặc sinh vật phát triển. 5.2.1. Dung dịch đệm photphat Hòa tan 8,5g kali dihidrophotphat (KH2PO4), 21,75g kali hidrophotphat (K2HPO4), 33,4g natri hidrophotphat heptahidrat (Na2HPO4.7H2O) Và l,7g amoni cloralrua (NH4CL) trong khoảng 500ml nước. Pha loãng đến 1000ml và lắc đều. Chú thích: pH của dung dịch đệm này phải là 7,2, không cần điều chỉnh gì thêm 5.2.2. Magie sunfat heptahidrat 22,5 g/l Hòa tan 22,5g magie sunfat heptahidrat (MgSO4.7H20) trong nước. Pha thành 1000ml và lắc đều. 5.2.3. Can xi clorua, 27,5 g/l Hòa tan 27,5g canxi clorua khan (CaCl2) (hoặc một lượng tương đương muối canxi clorua ngậm nước) trong nước. Pha loãng thành l000ml và lắc đều. 5.2.4. Sắt (III) clorua hexahidrat 0,25g/l Hòa tan 0,25g sắt (III) clorua hexahidrat (FeCl3.6H2O) trong nước. Pha thành 1000ml và lắc đều. 5.3. Nước pha loãng Thêm lml mỗi dung dịch muối (5.2.1, 5.2.2, 5.2.3, và 5.2.4) vào khoảng 500ml nước. Pha loãng thành l000ml và lắc đều. Tạo nhiệt độ 200C cho dung dịch vừa điều chế được rồi sục không khí trong l giờ, chú ý để không làm nhiễm bẩn dung dịch, đặc biệt là bởi các chất hữu cơ, chất oxi hóa, chất khử hoặc kim loại(1)), sao cho nồng độ oxi hòa tan ít nhất phải đạt 8 mg/l. Dung dịch chuẩn bị như trên chỉ được dùng trong vòng 24 giờ, phần dư sau 24 giờ phải đổ bỏ. 5.4. Nước pha loãng cấy vi sinh vật Thêm từ 5ml đến 20ml nước cấy (5.l) (tùy theo nguồn gốc) vào 1 lít nước pha loãng (5.3). Giữ nước vừa điều chế ở 200C. Chuẩn bị nước này ngay trước khi dùng, đổ bỏ phần dư vào cuối ngày làm việc. Lượng oxi bị tiêu thụ sau 5 ngày ở 200C của nước pha loãng cấy vi sinh vật (5.4) chính là giá trị trắng (8.3) và không được vượt quá 0,5 mg/l 5.5. Dung dịch axit clohidric (HCl), khoảng 0,5 mol/l. 5.6. Dung dịch natri hidroxit (NaOH), khoảng 20 g/l; 5.7. Dung dịch natri sunflt (Na2SO3), khoảng 0,5 mol/l. 5.8. Dung dịch chuẩn glucô/axit glutamic Sấy một ít gluco khan (C6H12O6) và một ít axit glutamic (HOOC-CH2- CH2- CHNH2- COOH) ở 1030C trong 1 giờ. Cân mỗi thứ 150  1mg, hòa tan trong nước và pha thành l000ml, lắc đều. Chuẩn bị dung dịch này ngay trước khi dùng và đổ bỏ lượng dư vào cuối ngày làm việc 5.9. Dung dịch alylthioure (ATU) (C4H8N2S) Hòa tan 1,00g alylthioure trong nước, pha loãn thành 1000ml và lắc đều. Dung dịch bền ít nhất 2 tuần lễ. Bảng l - Độ pha loãng khuyến nghi để xác định BOD 5 BOD 5 , dự đoán mg/l Hệ số pha loãng Kết quả được làm tròn đến áp dụng cho 3 - 6 4 – 12 10 – 30 20 – 60 40 – 120 100 – 300 giữa 1 và 2 2 5 10 20 50 0,5 0,5 0,5 1 2 5 R R, E R, E E S S, C (1) Nên dùng bình không khí nén hoặc bơm nén khí, trong đó không khí không đĐợc tiếp xúc với giấy bôi trơn (bơm nén dùng màng). Lọc và rửa không khí trĐớc khi dùng. 200 – 600 400 – 1200 1000 – 3000 2000 – 6000 100 200 500 1000 10 20 50 100 S, C L,C L L R: nước sông; E: nước thải được làm sạch sinh học; S: nước thải được làm trong hoặc nước thải công nghiệp bị ô nhiễm nhẹ; C: nước thải chưa xử lí; L: nước thải công nghiệp bị ô nhiễm nặng. 6. Thiết bị, dụng cụ Mọi dụng cụ thủy tinh cần phải sạch, không chứa các chất độc hoặc chất phân huỷ sinh học, luôn được bảo vệ khỏi bị bẩn. Các thiết bị thông thường trong phòng thí nghiệm và các thiết bị dụng cụ sau: 6.1. Bình ủ, miệng hẹp, dung tích từ 130ml đến 350ml, có nút mài thủy tinh, và nếu có thể nên dùng loại vai vuông. Loại 250ml thường được ưa dùng. 6.2. Buồng ủ, có khả năng duy trì được nhiệt độ 200C  l0C. 6.3. Thiết bị xác định nồng độ oxi hòa tan. 6.4. Phương tiện làm lạnh (O0C đến 40C), dùng để vận chuyển và giữ mẫu. 6.5. Bình pha loãng, nút thủy tình, vạch chia đến ml, dung tích phụ thuộc vào mẫu pha loãng yêu cầu 7. Giữ mẫu Mẫu được giữ ở nhiệt độ giữa 00C và 40C trong bình nạp đầy thật kín cho đến khi đem phân tích. Tiến hành phân tích mẫu càng sớm càng tốt và không giữ mầu quá 24 giờ kể từ khi lấy. 8. Cách tiến hành 8.1. Xử lí sơ bộ 8.1.1. Trung hòa mẫu (2) Có thể xác định oxi hòa tan bằng phương pháp iot theo TCVN 5499-1995 (ISO 5813) hoặc phương pháp điện hóa (xem ISO 5814). Nếu pH của mẫu không nằm trong khoảng 6 và 8, cần dùng dung dịch axit clohiric (5.5) hoặc natri hidroxit (5.6) trung hòa mẫu sau khi đã xác định thể tích bằng phép thử riêng. Khi trung hòa không cần quan tâm đến kết tủa nếu có tạo thành. 8.1.2. Clo tự do và/hoặc clo liên kết. Trung hòa clo tự do và clo liên kết có trong mẫu bằng dung dịch natri sunfit (5.7) . Chú ý không dùng dư. Các tiêu chuẩn về clo tự do và clo liên kết theo ISO 7393- l và ISO 7393- 2. 8.2. Chuẩn bị dung dịch thử 8.2.1. Xác định BOD không ức chế sự nitrat hóa Đưa nhiệt độ mẫu đến khoảng 200C, nạp khoảng nửa bình và lắc để tránh quá bão hòa oxi. Lấy một thể tích xác định cho vào bình pha loãng (6.5) và thêm nước pha loãng đã cấy vi sinh vật (5.4) đến vạch. Lắc nhẹ để tránh tạo bọt khí. Nếu dùng hệ số pha loãng lớn hơn l00, cần thực hiện việc pha loãng thành hai hoặc nhiều bước. 8.2.2. Xác định BOD có ức chế sự nitrat hóa Đưa nhiệt độ mẫu đến khoảng 200C, nạp khoảng nửa bình và lắc để tránh quá bão hòa oxi. Lấy một thể tích xác định cho vào bình pha loãng (6.5), thêm 2ml dung dịch alylthioure (5.9) cho l lít mẫu pha loãng rồi thêm nước pha loãng đã cấy vi sinh vật (5.4) đến vạch mức. Lắc nhẹ để tránh tạo bọt khí. Chú thích: 1) Có thể dùng chất ức chế 2 - clo - 6 - triclometylpyridin (TCMP) (Cl - C5H3N – CCl3) gắn trên natri clorua. Thêm sao cho nồng độ TCMP trong mẫu pha loãng đạt 0,5 mg/l 2) Độ pha loãng cần lấy sao cho sau khi ủ nồng độ oxi hòa tan dư nằm trong khoảng 1/3 và 2/3 nồng độ ban đầu. Để chọn được độ pha loãng thích hợp cần thử nhiều lần theo mô hình toán học và sử dụng pha loãng tương ứng với BOD5 tham khảo (xem bảng 1) Xác định nhu cầu oxi tổng số (TOC) và nhu cầu oxi hóa học (COD) bằng phương pháp cromat có thể cung cấp thông tin tốt trong vấn đề này. 3) Chú ý lấy mẫu đại diện. 4) Cách ức chế sự nitrat hóa như ở mục 8.2.2 không phải là có hiệu quả trong mọi trường hợp. Thêm nhiều ATU hơn như đã chỉ ở mục 8.2.2 có thể ảnh hưởng đến chuẩn độ Winkler. 8.3. Thử trắng Tiến hành thử trắng đồng thời với việc xác định, dùng nước pha loãng đã lấy vi sinh vật (5.4). 8.4. Tiến hành xác định Dùng xi phông nạp các mẫu đã pha loãng (xem 8.2) vào các bình ủ (6.1) để cho tràn nhẹ. Để các bọt khí bám trên thành bình thóat ra hết. Đậy bình, chú ý tránh giữ lại bọt khí. Chia các bình ủ đã nạp thành hai dãy, mỗi dãy gồm các mẫu của mỗi một độ pha loãng và một mẫu trắng (xem 8.3). Đặt một dãy các bình vào buồng ủ (6.2) và để trong tối 5 ngày. Đo nồng đô oxi hòa tan ở thời điểm không trong mỗi bình, kể cả mẫu trắng, của dãy còn lại theo TCVN 5499: 1995 (ISO 5813 hoặc ISO 5814). Sau khi ủ, xác định nồng độ oxi hòa tan trong mỗi bình, và trong mẫu trắng của dãy và đặt trong buồng ủ, theo TCVN 5499: 1995 (ISO 5813 hoặc ISO 5814). 8.5. Phép thử kiểm tra Để kiểm tra nước pha loãng đã cấy vi sinh vật, nước cấy và kĩ thuật của người phân tích, tiến hành phép thử kiểm tra bằng cách pha loãng 20ml dung dịch chuẩn glucô axit glutamic (5.8) với nước pha loãng đã cầy vi sinh vật (5.4) thành 1000ml và tiến hành như mục 8.4. Kết quả BOD 5 sẽ nằm trong khoảng 180 mg/l và 230 mg/l. Nếu không, cần kiểm tra lại nước cấy và nếu cần cả kĩ thuật của người phân tích Tiến hành kiểm tra đồng thời với mẫu phân tích. 9. Thể hiện kết quả 9.1. Xác định xem mẫu nào trong số các mẫu thử đạt điều kiện: Trong đó: C1 là nồng độ oxi hòa tan, của một trong các mẫu thử ở thời điểm không, mg/l C2 là nồng độ oxi hòa tan, cũng của mẫu đó sau 5 ngày, mg/l. 9.2. Nhu cầu oxi hóa sau 5 ngày (BOD5), tính bằng miligam oxi trong một lít, được tính theo phương trình: BOD 5 = Trong đó: C1 và C2 giống như ở 9.1; C3 là nồng độ oxi hòa tan, của mẫu trắng ở thời điểm không mg/l; C4 là nồng độ oxi hòa tan, của mẫu trắng sau 5 ngày mg/l; Ve là thể tích, của mẫu dùng dễ chuẩn bị dung dịch thử tương ứng, ml; V1 là tổng số thể tích, của dung dịch thử đó, ml. Nếu nhiều mẫu đạt kết quả nằm trong khoảng yêu cầu, tính giá trị trung bình của các kết quả thu được của các mẫu đó. 10. Báo cáo kết quả Báo cáo kết quả gồm các thông tin sau: a) Trích dẫn tiêu chuẩn này; b) Ngày, giờ lấy mẫu: c) Phương pháp giữ mẫu; d) Ngày, giờ bắt đầu phân tích; e) Loại nước cấy đã dùng; f) Về ức chế sự nitrat hóa nếu dùng; g) Số ngày ủ (5); h) Kết quả và phương pháp trình bày kết quả đã dùng; i) Những điểm đặc biệt ghi nhận được trong quá trình thử; j) Chi tiết về những công đoạn không có trong tiêu chuẩn này, hoặc xem như tùy chọn. Phụ lục A (Thông tin) Những nhiệt độ và thời gian ủ khác Tốc độ oxi hóa các hợp chất hữu cơ trong giai đoạn đầu thử BOD có thể biểu diễn bằng định luật. Log 10 = kt Trong đó: L là giá trị BOD, ở thời gian bằng vô cùng, mg/l; x là BOD, ở thời điểm t, tính bằng ngày, mg/l; t là thời gian, tính bằng ngày; k là hằng số tốc độ, biểu diễn bằng nghịch đảo của ngày. Đối với một loại hợp chất hữu cơ và mầm vi sinh cho trước, hiệu ứng của nhiệt độ lên hằng số tốc độ k và giá trị L có thể dự đoán được ở mức độ gần đúng bậc nhất. Điều đó rất có ích khi xem xét phép thử BOD ở những vùng khí hậu ẩm hoặc khi nghiên cứu những con sông dài chảy qua nhiều vùng khí hậu. Tuy nhiên, khi dùng mối quan hệ này phải rất thận trọng. Giá trị BOD tiêu chuẩn là sau 5 ngày ủ ở 200C. Qua nhiều năm với nhiều số liệu, chứng tỏ là các cách thử nhanh hơn dùng để đo ô nhiễm hữu cơ đều có liên quan với BOD 5 ngày. Một trong những bất tiện của phương pháp này là phải đợi 5 ngày mới có kết quả. Nhiều cố gắng đã thực hiện để đạt cùng kết quả như BOD 5 ngày trong một thời gian ngắn hơn (3 hoặc 2,5 ngày) bằng cách dùng nhiệt độ cao hơn (270C hoặc 350C tương ứng). Một số nước khí hậu rất nóng, thứ BOD 3 ngày có thể là thực tế hơn. Đây không phải là vấn đề tiết kiệm thời gian mà do các vi sinh vật phân huỷ và oxi hóa các chất hữu cơ đã quen sống ở nhiệt độ 250C và 800C. Tuy nhiên, hầu hết các nước khí hậu nóng vẫn dùng phương pháp thử BOD cổ điển 5 ngày với cách làm lạnh mẫu thử. Một số người đã dùng cách thử 3 ngày, đem so sánh kết quả và tìm các mối liên quan với thử 5 ngày. Một nghiên cứu so sánh đã eho thấy rằng hai cách thử ít khi khác nhau quá  5%. Một cách khác là thử BOD 7 ngày ở 200C. Dĩ nhiên không cần có sự khác biệt về cách làm và mẫu so với tiêu chuẩn 5 ngày, và tương quan giữa hai phương pháp cũng dễ dàng nhận thấy. Thử 7 ngày được dùng ở Thuỵ Điển từ lâu. Thử 7 ngày ở 180C cũng đã được nghiên cứu. Một điểm quan trọng trong mọi cải biên này là phần đóng góp của vi sinh vật nitrat hóa. Mọi so sánh và quan hệ đều quy về kết quả BOD tổng số không dùng ATU, và do đó không thấy được mức đóng góp do nitra hóa vào BOD đo được khi dùng nhiệt độ và thời gian ủ khác nhau. Cả tăng nhiệt độ và tăng thời gian ủ đều làm tăng mạnh khả năng xẩy ra sự nitrat hóa. Điều đó dẫn đến nhu cầu tăng ATU lên nồng độ cao hơn nhiều so với 2,0 mg/l như trình bày trong tiêu chuẩn này. Dường như không thể thiết lập được một hệ số chuyển BOD không tiêu chuẩn (nhiệt độ và thời gian ủ) về BOD tiêu chuẩn, nhất là khi phân tích một dãy các dạng mẫu khác nhau. Đó cũng là tình trạng chung với hấu hết các cách thử kinh nghiệm, bao gồm cả các cách thử nhu cầu oxi chung khác như giá trị COD và pemangunat. Có thể là thiết lập hệ số chuyển chỉ cho một chủng loại mẫu hạn chế nào đó. Thí dụ giá trị BOT) 7 ngày, dùng đủ ATU, mẫu nước sa lắng lần đầu và lần cuối: cao hơn BOD tiêu chuẩn tương ứng là l,09 và l,29. Ngoại trừ trường hợp thật rõ ràng, những kết quả BOD không tiêu chuẩn cần thông báo kèm theo đầy đủ điều kiện mà không nên cố gắng chuyển thành BOD tiêu chuẩn.