Xử lý COD trong nước thải – Cách xác định và cách xử lý hiệu quả

Trong các chỉ tiêu đánh giá mức độ ô nhiễm nước thải, COD (Chemical Oxygen Demand – nhu cầu oxy hóa học) là thông số quan trọng phản ánh hàm lượng chất hữu cơ có thể bị oxy hóa trong nước. Chỉ số COD cao cho thấy nguồn nước chứa nhiều tạp chất hữu cơ, ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và sức khỏe con người. Vì vậy, việc xác định và xử lý COD trong nước thải  là yêu cầu bắt buộc trong mọi hệ thống xử lý nước thải hiện nay. Bài viết dưới đây,Thành tín sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về cách đo COD, nguyên nhân COD tăng cao và những phương pháp xử lý COD hiệu quả đang được áp dụng phổ biến nhất.

COD là gì? Cách xác định COD trong nước thải

COD (Chemical Oxygen Demand) hay nhu cầu oxy hóa học là chỉ tiêu phản ánh lượng oxy cần thiết để oxy hóa toàn bộ các chất hữu cơ (và một phần vô cơ) có trong mẫu nước bằng các chất oxy hóa mạnh. Nói cách khác, COD cho biết mức độ ô nhiễm của nước thải do các hợp chất hữu cơ gây ra.

Giá trị COD càng cao, chứng tỏ nước thải chứa càng nhiều chất hữu cơ, đồng nghĩa với mức độ ô nhiễm càng lớn. Đây là thông số quan trọng trong đánh giá hiệu quả của các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp, sinh hoạt, sản xuất thực phẩm, dệt nhuộm, chế biến thủy sản,…

Cách xác định COD trong nước thải

Hiện nay, COD trong nước thải thường được xác định bằng phương pháp chuẩn độ hoặc quang phổ, phổ biến nhất là phương pháp dicromat (K₂Cr₂O₇) theo tiêu chuẩn TCVN 6491:1999.

Quy trình cơ bản gồm các bước sau:

• Bước 1: Lấy mẫu nước thải đại diện và tiến hành lọc sơ bộ nếu cần.
• Bước 2: Thêm dung dịch K₂Cr₂O₇ (kali dicromat) và H₂SO₄ (axit sunfuric) để oxy hóa các chất hữu cơ trong mẫu.
• Bước 3: Đun nóng mẫu trong điều kiện kín ở nhiệt độ khoảng 150°C trong 2 giờ.
• Bước 4: Sau khi phản ứng hoàn tất, chuẩn độ lượng chất dư bằng dung dịch Fe(NH₄)₂(SO₄)₂ hoặc đo bằng máy quang phổ hấp thụ.
• Bước 5: Tính toán giá trị COD (mg/L) dựa trên lượng chất oxy hóa đã tiêu thụ.

Ý nghĩa của chỉ số COD

• Giúp đánh giá nhanh mức độ ô nhiễm hữu cơ trong nước thải.
• Là thông số quan trọng để lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp.
• Dùng để so sánh hiệu quả xử lý trước – sau của hệ thống.

Trong thực tế, COD thường được so sánh cùng BOD (nhu cầu oxy sinh học) để xác định tỷ lệ BOD/COD, qua đó nhận biết tính dễ phân hủy sinh học của nước thải – yếu tố then chốt khi lựa chọn phương pháp xử lý.

Tại sao cần xử lý COD trong nước thải

Khi giá trị COD vượt ngưỡng cho phép, điều đó cho thấy nước thải chứa nhiều hợp chất hữu cơ, hóa chất độc hại và các chất khó phân hủy – đây chính là nguồn gốc gây ô nhiễm nghiêm trọng cho môi trường nước. Vì vậy, xử lý COD trong nước thải là bước bắt buộc và mang ý nghĩa vô cùng quan trọng.

1. Bảo vệ môi trường nước và hệ sinh thái

Nếu nước thải có COD cao xả ra môi trường, các chất hữu cơ sẽ tiêu thụ lượng lớn oxy hòa tan (DO) trong nước, khiến hàm lượng oxy giảm mạnh, làm cá và sinh vật thủy sinh chết hàng loạt. Đồng thời, quá trình phân hủy kỵ khí còn sinh ra khí độc như H₂S, NH₃, CH₄ gây mùi hôi thối, ảnh hưởng đến môi trường xung quanh.

2. Đảm bảo nước thải đạt quy chuẩn xả thải

Theo QCVN 40:2011/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp, nồng độ COD tối đa cho phép thường dao động từ 50 – 400 mg/L tùy loại hình sản xuất.
Nếu không xử lý đạt chuẩn, doanh nghiệp có thể bị xử phạt hành chính, đình chỉ hoạt động hoặc buộc khắc phục hậu quả theo quy định của pháp luật về bảo vệ môi trường.

3. Góp phần vận hành ổn định hệ thống xử lý nước thải

COD cao đồng nghĩa với lượng chất hữu cơ khó phân hủy nhiều, dễ gây quá tải cho hệ vi sinh trong các bể sinh học (Aerotank, UASB…). Điều này làm giảm hiệu suất xử lý, gây phát sinh bùn, tắc nghẽn và mùi hôi.
Việc xử lý COD từ đầu giúp giảm tải cho các công đoạn phía sau, duy trì hiệu quả xử lý ổn định và tiết kiệm chi phí vận hành.

4. Bảo vệ sức khỏe con người

Nước thải có COD cao thường chứa hóa chất, phẩm màu, dầu mỡ, hợp chất hữu cơ độc hại. Nếu thấm xuống nguồn nước ngầm hoặc chảy vào hệ thống sông suối, chúng có thể ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng, gây ra các bệnh về da, hô hấp và tiêu hóa.

Các phương pháp xử lý nước thải COD cao

Đối với những loại nước thải có nồng độ COD cao, việc lựa chọn công nghệ phù hợp là yếu tố quyết định đến hiệu quả xử lý và chi phí vận hành. Dưới đây là 5 phương pháp phổ biến và hiệu quả nhất trong xử lý COD cao hiện nay, được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và sinh hoạt.

1. Phương pháp xử lý COD trong nước thải bằng vi sinh vật

Đây là phương pháp xử lý sinh học dựa trên hoạt động của các chủng vi sinh vật hiếu khí hoặc kỵ khí, giúp phân hủy các chất hữu cơ gây COD cao.

Nguyên lý:

• Vi sinh vật sử dụng các hợp chất hữu cơ có trong nước thải làm nguồn thức ăn, chuyển hóa chúng thành CO₂, H₂O, bùn sinh học và năng lượng.

Các dạng xử lý sinh học phổ biến:

• Hiếu khí (Aerotank, SBR, MBR): dùng oxy để vi sinh vật oxy hóa chất hữu cơ dễ phân hủy.
• Kỵ khí (UASB, bể Biogas): phù hợp với nước thải có COD rất cao (2.000 – 10.000 mg/L), tiết kiệm năng lượng và tạo khí CH₄ tái sử dụng.

Ưu điểm: Hiệu quả cao, thân thiện môi trường, chi phí vận hành thấp.
Nhược điểm: Hiệu suất kém với hợp chất hữu cơ khó phân hủy, cần kiểm soát hệ vi sinh ổn định.

2. Phương pháp xử lý COD trong nước thải bằng các hóa chất oxy hóa

Phương pháp này thường áp dụng cho nước thải có chứa hợp chất hữu cơ khó hoặc không phân hủy sinh học, chẳng hạn như trong dệt nhuộm, sản xuất giấy, hóa chất, sơn…

Nguyên lý:
Các chất oxy hóa mạnh như Ozone (O₃), Hydrogen Peroxide (H₂O₂), Kali pemanganat (KMnO₄) hoặc phản ứng Fenton (Fe²⁺ + H₂O₂) được sử dụng để phân hủy các hợp chất hữu cơ phức tạp thành các phân tử nhỏ hơn hoặc CO₂ và H₂O.

Ưu điểm:

• Hiệu quả cao, xử lý triệt để COD khó phân hủy.
• Tăng khả năng phân hủy sinh học của nước thải trước giai đoạn xử lý sinh học.

Nhược điểm:

• Chi phí hóa chất cao, yêu cầu thiết bị chuyên dụng.
• Cần kiểm soát pH và liều lượng chính xác để tránh phát sinh bùn hóa học.

3. Phương pháp xử lý COD trong nước thải bằng hóa chất keo tụ

Phương pháp keo tụ – tạo bông giúp loại bỏ các chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng (SS), dầu mỡ và màu sắc trong nước thải – những tác nhân làm tăng COD.

Nguyên lý:
Thêm các hóa chất keo tụ như phèn nhôm (Al₂(SO₄)₃), PAC, polyme anion hoặc cation, các hạt nhỏ trong nước sẽ kết dính lại thành bông lớn hơn và lắng xuống, loại bỏ khỏi nước.

Ưu điểm:

• Giảm nhanh COD (30–60%), xử lý hiệu quả nước thải dệt nhuộm, giấy, thực phẩm.
• Thiết bị vận hành đơn giản.

Nhược điểm:

• Phát sinh lượng bùn thải lớn.
• Cần xử lý bùn sau keo tụ và kiểm soát liều lượng hóa chất.

4. Phương pháp xử lý COD trong nước thải bằng cách trung hòa

Áp dụng cho các loại nước thải có pH quá thấp hoặc quá cao, ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý COD.

Nguyên lý:

• Điều chỉnh pH nước thải về khoảng trung tính (6,5 – 8,5) bằng cách thêm vôi (Ca(OH)₂), NaOH, Na₂CO₃ đối với nước thải axit, hoặc H₂SO₄, HCl, CO₂ đối với nước thải kiềm.
• Khi pH được cân bằng, các phản ứng oxy hóa, keo tụ hoặc sinh học diễn ra hiệu quả hơn, giúp giảm COD đáng kể.

Ưu điểm:

• Đơn giản, chi phí thấp, hỗ trợ tốt cho các công đoạn xử lý tiếp theo.
  Nhược điểm:
• Không loại bỏ COD trực tiếp, chỉ hỗ trợ làm tăng hiệu quả xử lý COD ở giai đoạn sau.

5. Phương pháp xử lý COD trong nước thải bằng lọc và hấp phụ bằng than hoạt tính

Than hoạt tính có khả năng hấp phụ mạnh các hợp chất hữu cơ hòa tan và màu trong nước, nhờ đó làm giảm COD hiệu quả, đặc biệt ở giai đoạn xử lý hoàn thiện (xử lý bậc 3).

Nguyên lý hoạt động của xử lý COD trong nước thải: 

• Các phân tử hữu cơ bị giữ lại trong cấu trúc mao quản của than hoạt tính (dạng hạt hoặc bột).
• Sau thời gian sử dụng, than hoạt tính có thể được hoàn nguyên bằng nhiệt hoặc hóa chất.

Ưu điểm:

• Hiệu quả cao với hợp chất hữu cơ khó phân hủy và màu.
• Cải thiện chất lượng nước sau xử lý, đạt quy chuẩn xả thải.

Nhược điểm:

• Giá thành than hoạt tính cao, cần thay hoặc tái sinh định kỳ.
• Không phù hợp cho nước thải có COD quá cao ở đầu vào.

Tóm lại, để xử lý hiệu quả nước thải có COD cao, doanh nghiệp thường kết hợp nhiều phương pháp như: keo tụ – oxy hóa – sinh học – hấp phụ. Cách tiếp cận đa tầng này giúp giảm tải COD theo từng giai đoạn, đảm bảo nước thải đầu ra đạt QCVN 40:2011/BTNMT, đồng thời tiết kiệm chi phí và vận hành ổn định lâu dài.

Để xử lý hiệu quả nước thải có chỉ số COD cao, hệ thống xử lý thường được thiết kế theo nhiều giai đoạn liên hoàn, nhằm loại bỏ dần các chất hữu cơ, dầu mỡ, cặn bẩn và hợp chất khó phân hủy. Mỗi giai đoạn đảm nhiệm một vai trò riêng, giúp nước đầu ra đạt chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT trước khi xả thải ra môi trường.

Quy trình xử lý COD trong nước thải chi tiết

Dưới đây là quy trình xử lý COD trong nước thải chi tiết theo từng giai đoạn:

1. Giai đoạn 1: Tiền xử lý (Xử lý sơ cấp)

Mục đích: Loại bỏ rác thô, cặn lơ lửng, dầu mỡ – những yếu tố gây cản trở các công đoạn xử lý sau.

Các công trình chính:

• Song chắn rác: Giữ lại rác lớn như bao nilon, gỗ, xơ vải.
• Bể tách dầu mỡ: Loại bỏ chất béo và dầu trong nước thải.
• Bể lắng cát hoặc bể lắng sơ cấp: Giúp tách bùn, cát, tạp chất vô cơ nặng.
• Hiệu quả: Giảm 10–20% COD ban đầu, giảm tải cho hệ thống phía sau.

2. Giai đoạn 2: Xử lý hóa lý (Keo tụ – Tạo bông – Lắng)

Mục đích của xử lý COD trong nước thải ở giai đoạn này:  Loại bỏ các chất hữu cơ dạng keo, dầu mỡ, hợp chất khó phân hủy và màu sắc trong nước.

Các bước thực hiện xử lý COD trong nước thải ở giai đoạn này gồm: 

• Thêm hóa chất keo tụ như phèn nhôm, PAC, polymer để trung hòa điện tích các hạt keo.
• Tạo bông cặn lớn bằng khuấy trộn chậm, sau đó đưa vào bể lắng hóa lý để tách cặn ra khỏi nước.
•  Hiệu quả: Giảm 30–60% COD, hỗ trợ tốt cho giai đoạn sinh học.

3. Giai đoạn 3: Xử lý sinh học (Hiếu khí – Kỵ khí)

Đây là giai đoạn cốt lõi trong xử lý COD trong nước thải , đặc biệt hiệu quả với nước thải chứa các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy.

1. Xử lý kỵ khí (UASB, bể Biogas):

• Dành cho nước thải có COD cao (≥ 2000 mg/L).
• Vi sinh vật kỵ khí phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện không có oxy, sinh ra khí CH₄ (metan) và CO₂.
• Ưu điểm: Tiết kiệm năng lượng, giảm COD 60–85%.

1. Xử lý hiếu khí (Aerotank, SBR, MBR):

• Sử dụng vi sinh vật hiếu khí trong môi trường có cung cấp oxy để phân hủy phần COD còn lại.
• Bể SBR hoặc MBR có thể đạt hiệu suất xử lý > 90%.
• Hiệu quả: Giai đoạn sinh học thường giúp tổng giảm COD đạt 85–95%.

4. Giai đoạn 4: Xử lý nâng cao (Oxy hóa – Hấp phụ – Lọc)

Áp dụng cho nước thải sau sinh học nhưng COD vẫn còn cao hoặc có chứa hợp chất khó phân hủy sinh học.

Các phương pháp xử lý COD trong nước thải nâng cao: 

• Oxy hóa nâng cao (AOPs): Sử dụng O₃, H₂O₂, Fenton hoặc UV/O₃ để phá vỡ cấu trúc phân tử hữu cơ bền vững.
• Hấp phụ bằng than hoạt tính: Loại bỏ chất hữu cơ hòa tan, màu và mùi.
• Lọc màng (UF, NF, RO): Giúp nước trong, đạt tiêu chuẩn xả thải loại A.
• Hiệu quả: Giảm COD còn dưới 50 mg/L tùy loại hình sản xuất.

5. Giai đoạn 5: Khử trùng và xả thải

Mục đích: Tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh còn lại trong nước sau khi xử lý.

Phương pháp xử lý COD trong nước thải phổ biến:

• Khử trùng bằng Clo (NaOCl, Cl₂)
• Khử trùng bằng tia UV hoặc Ozone.
• Nước sau khử trùng đạt chuẩn xả thải, an toàn cho môi trường hoặc tái sử dụng cho tưới cây, rửa sàn, làm mát.

COD là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất trong đánh giá chất lượng nước thải và mức độ ô nhiễm hữu cơ. Việc xử lý COD trong nước thải không chỉ giúp đảm bảo tuân thủ quy chuẩn môi trường mà còn góp phần bảo vệ hệ sinh thái, nguồn nước và sức khỏe cộng đồng. Mỗi ngành công nghiệp sẽ có đặc thù riêng, vì vậy việc lựa chọn công nghệ xử lý COD phù hợp – từ sinh học, hóa học đến hấp phụ – cần được tính toán kỹ lưỡng để đạt hiệu quả tối ưu và tiết kiệm chi phí vận hành.