Việc kiểm soát các chỉ tiêu ô nhiễm là yếu tố then chốt nhằm đảm bảo tuân thủ quy chuẩn xả thải được nhà nước quy định. Trong số đó, ba thông số thường xuyên được theo dõi và đánh giá là BOD, Nitơ và Photpho. Đây không chỉ là những chất gây ô nhiễm phổ biến mà còn có mối liên hệ mật thiết với nhau trong các quá trình sinh học và hóa học diễn ra trong hệ thống xử lý nước thải. Hiểu rõ mối quan hệ giữa BOD, Nitơ và Photpho không chỉ giúp tối ưu hóa hiệu quả xử lý mà còn góp phần giảm thiểu hiện tượng phú dưỡng nguồn nước tiếp nhận, bảo vệ hệ sinh thái thủy sinh một cách bền vững.
1. BOD là gì?
BOD (Biochemical Oxygen Demand – Nhu cầu oxy sinh hóa) là chỉ số đo lượng oxy hòa tan cần thiết để vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ trong nước thải dưới điều kiện hiếu khí, thường tính trong 5 ngày (BOD₅). Chỉ số này phản ánh mức độ ô nhiễm hữu cơ: BOD càng cao, nước càng ô nhiễm. Đây là thông số quan trọng để đánh giá hiệu quả xử lý nước thải và mức độ an toàn khi xả ra môi trường, thường được đo bằng đơn vị mg/L.
Chỉ số BOD để đo lượng oxy hòa tan trong môi trường vi sinh vật sống
2. Nitơ là gì?
Chỉ số N (Nitơ) trong nước thải biểu thị tổng lượng các hợp chất chứa nitơ, bao gồm: amoni (NH₄⁺), nitrit (NO₂⁻), nitrat (NO₃⁻) và nitơ hữu cơ. Nitơ là thành phần chính trong nước thải sinh hoạt, công nghiệp (đặc biệt là phân bón, chăn nuôi, chế biến thực phẩm), và nếu không được xử lý đúng cách, sẽ gây hiện tượng phú dưỡng nguồn nước, làm tảo phát triển quá mức, giảm oxy hòa tan và gây chết sinh vật thủy sinh.
3. Chỉ số P là gì?
Chỉ số P (Photpho) trong nước thải thể hiện hàm lượng các hợp chất chứa photpho, bao gồm photphat vô cơ (PO₄³⁻) và photpho hữu cơ. Đây là một chất dinh dưỡng thiết yếu cho sự phát triển của vi sinh vật và thực vật thủy sinh, nhưng khi dư thừa trong nguồn nước, photpho là tác nhân chính gây phú dưỡng – hiện tượng bùng nổ tảo, làm suy giảm oxy hòa tan và ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh thái nước.
4. Tỷ lệ BOD:N:P là gì?
Trong khi vận hành hệ thống XLNT, tỷ lệ lý tưởng cho hoạt động vi sinh ổn định là:
BOD : Nitơ : Photpho = 100 : 5 : 1
Điều này có nghĩa là: Cứ mỗi 100mg BOD, hệ vi sinh cần khoảng 5mg N và 1mg P để xử lý hiệu quả. Nếu thiếu một trong hai yếu tố N hoặc P, vi sinh vật sẽ không đủ dưỡng chất để hoạt động → hiệu suất xử lý BOD giảm đáng kể.
Ngược lại, nếu thừa Nitơ hoặc Photpho sau xử lý, chúng sẽ theo dòng thải ra môi trường và gây ra hiện tượng phú dưỡng nguồn nước, dẫn đến tảo nở hoa, thiếu oxy và suy giảm.
Tỷ lệ BOD:N:P nhằm mục đích cho hoạt động vi sinh ổn định
5. Mối quan hệ giữa chỉ số BOD – N – P tăng/giảm sẽ ảnh hưởng gì?
5.1 BOD tăng cao, N và P không đổi hoặc thấp
→ Vi sinh vật có nhiều "đồ ăn", nhưng thiếu dinh dưỡng (N, P) để phân giải
→ Hiệu suất xử lý BOD giảm mạnh, hệ vi sinh hoạt động kém
→ Chất hữu cơ tồn đọng → gây mùi hôi, tăng COD, giảm DO
→ Có thể gây quá tải sinh học, cần bổ sung N và P để cân bằng
5.2 BOD giảm, N và P vẫn cao
→ Vi sinh không có đủ chất hữu cơ để tiêu hóa → thiếu “năng lượng”
→ N và P không được tiêu thụ → dư thừa dinh dưỡng
→ Khi xả ra môi trường, dễ gây phú dưỡng, kích thích tảo phát triển
→ Trong vận hành hệ tuần hoàn có thể gây tăng bùn dư, giảm hiệu quả lọc
5.3 Nitơ tăng cao, BOD và P ổn định
→ Vi sinh có đủ "đồ ăn" và dư N → không ảnh hưởng hiệu suất xử lý BOD
→ Nhưng nếu N không tiêu thụ hết → tồn dư Nitrat hoặc Amoni trong nước đầu ra
→ Dễ vượt chuẩn QCVN về N tổng, đặc biệt trong nước thải xả trực tiếp
→ Cần bổ sung công đoạn khử Nitơ như Anoxic hoặc lọc sinh học hiếu khí nâng cao
5.4 Nitơ thấp, BOD cao và P đủ
→ Vi sinh thiếu protein → yếu, chậm sinh trưởng → giảm xử lý BOD
→ Dễ dẫn đến suy giảm bùn hoạt tính, nước thải sau xử lý còn đục và đen
→ Cần bổ sung N (thường là ure hoặc NH₄Cl) để cân bằng
5.5 Photpho cao, BOD và N ổn định
→ Vi sinh hấp thụ đến mức cần thiết, phần dư sẽ bị rửa trôi ra môi trường
→ Gây phú dưỡng, làm tăng chi phí xử lý sau nếu phải xử lý P riêng
→ Giải pháp: bổ sung xử lý P bằng hóa chất (PAC, FeCl₃) hoặc sử dụng vi sinh loại P
5.6 Photpho thấp, BOD và N cao
→ Vi sinh không có đủ thành phần để tạo năng lượng (ATP), tổng hợp DNA
→ Dẫn đến hệ vi sinh bị “đuối”, xử lý BOD kém, bùn lắng kém
→ Hay gặp trong nước thải ngành giặt tẩy, hóa chất, thực phẩm
→ Phải bổ sung P (DAP, KH₂PO₄) để phục hồi vi sinh
Sự cân bằng giữa các chỉ số BOD, Nitơ và Photpho đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo hiệu quả xử lý sinh học và ngăn ngừa các tác động tiêu cực đến môi trường, đặc biệt là hiện tượng phú dưỡng. Việc theo dõi, điều chỉnh và duy trì tỷ lệ BOD:N:P ở mức tối ưu không chỉ giúp hệ vi sinh hoạt động ổn định mà còn góp phần nâng cao chất lượng nước đầu ra, đảm bảo tuân thủ các quy chuẩn môi trường hiện hành.
Cần phải có sự cần bằng BOD:N:P để nâng cao chất lượng nước đầu ra
Việc kiểm soát chặt chẽ và duy trì sự cân bằng giữa các chỉ số BOD, Nitơ và Photpho không chỉ là yêu cầu kỹ thuật trong vận hành hệ thống xử lý nước thải, mà còn là trách nhiệm đối với môi trường. Bằng cách hiểu rõ mối quan hệ giữa ba thông số này, các đơn vị vận hành có thể đưa ra các điều chỉnh kịp thời và hiệu quả, từ đó nâng cao hiệu suất xử lý, giảm thiểu chi phí vận hành và bảo vệ nguồn nước tiếp nhận một cách bền vững.
