● Chất rắn thứ cấp: thường sinh ra bởi quá trình xử lý sinh học gọi là xử lý bậc haihệ thống bùn hoạt tính,lọc nhỏ giọt và những hệ thống bám dính khác sử dụng vikhuẩn để loại bỏ các chấ
CHƯƠNG 0 GIỚI THIỆU CHUNG 1 Nguồn gốc bùn thải Bùn thải là một sản phẩm phụ của quá trình xử lý nước thải ở bất kỳ nhà máy xử lý nước thải kiểu truyền thống nào và trong khi bùn thải xả ra các nguồn tiếp nhận thì công tác xử lý bùn phức tạp hơn nhiều 2 Bùn phát sinh từ các trạm xử lý nước đô thị Một hoặc nhiều mức độ xử lý (sơ cấp, bậc hai, bậc ba) được sử dụng để làm sạch chất thải Mỗi mức độ xử lý cung cấp cả việc làm sạch chất thải tốt hơn và làm tăng một lượng chất thải rắn đô thị: ● Chất rắn sơ cấp: loại bỏ bởi lắng trọng lực ở giai đoạn bắt đầu của quá trình xử lý nước thải Chúng luôn chứa 3-7% tổng chất rắn (%TS), 60-80% chất hữu cơ (cơ bản khô) Chất rắn sơ cấp nhìn chung có tỉ lệ khoảng 2.500 đến 3.000 lít trên mỗi triệu lít nước thải được xử lý ● Chất rắn thứ cấp: thường sinh ra bởi quá trình xử lý sinh học gọi là xử lý bậc hai (hệ thống bùn hoạt tính,lọc nhỏ giọt và những hệ thống bám dính khác sử dụng vi khuẩn để loại bỏ các chất hữu cơ từ nước thải) Chúng luôn chứa từ 0,5-2,0% thành phần hữu cơ của chất rắn thứ cấp nằm trong khoảng từ 50% đến 60% Khoảng 15.000-20.000 lít chất rắn được sinh ra trên mỗi triệu lít nước thải được xử lý ● Chất rắn bậc cao (bậc ba): thường sinh ra bởi các quá trình như kết tủa hóa học và lọc Lượng chất rắn thay đổi từ 0,2% đến 1,5% với thành phần hữu cơ của chất rắn trong khoảng từ 35% đến 50%/ Khoảng 10.000 lít chất rắn được sinh ra trên mỗi triệu lít nước thải được xử lý Nước Tuần hoàn bùn thải Lưới lọc rác Lọc cát Lắng Bể sinh học Lắng thứ cấp sơ cấp hiếu khí Xử lý bùn Hồ sinh học thải Bể chứa Sông nước mưa ngòi Hình 1: Sơ đồ xử lý nước thải đô thị Nguồn: sách Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, tính toán thiết kế công trình- Lâm Minh Triết, NXB Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh 3 Bùn cống rãnh Lượng bùn nạo vét từ hệ thống cống rãnh và hệ thống thống thoát nước của thành phố,… Ngoài ra, bùn từ các hoạt động xây dựng, các khu công nghiệp (KCN), cơ sở sản xuất,… 4 Phân loại bùn thải ● Bùn thải sinh học: Có mùi hôi thối song không độc hại Có thể dùng để sản xuất phân hữu cơ bằng cách cho thêm vôi bột để khử chua; than bùn; cấy vi sinh, dùng chế phẩm EM… để khử mùi sẽ thành phân hữu cơ tổng hợp Trong đó, bùn thải chiếm 70% Giá thành rẻ, chất lượng không thua kém các loại phân hữu cơ bán trên thị trường Hoặc tiến hành ủ kỵ khí, thu khí biogas ● Bùn thải công nghiệp không độc hại: xử lý sơ bộ, có thể sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau ● Bùn thải công nghiệp nguy hại: Có chứa các kim loại nặng như: Cu, Mn, Zn, Ni, Cd, Pb, Hg, Se, Al, As…bắt buộc phải được xử lý trước khi thải ra môi trường 5 Đặc tính của bùn thải Đặc tính của bùn thải sinh ra từ các nguồn (sơ cấp, thứ cấp, …) cung cấp thông tin cơ bản về tính chất của chúng Có nhiều thông số vật lý, hóa học và sinh học khác quan trọng đối với việc xử lý và quản lý bùn thải Bùn cống rãnh là một hỗn hợp tạp chất, thành phần biến đổi khác nhau giữa các thành phố, ngay cả ở một thành phố trong cùng một ngày Thành phần bùn cống rãnh phụ thuộc vào mật độ dân số và tập quán của họ Các thành phần cơ bản, ảnh hưởng đến môi trường cần quan tâm: ● Thành phần dinh dưỡng, ● Kim loại nặng, ● Chất ô nhiễm hữu cơ, ● Tác nhân gây bệnh 6 Thành phần tính chất Bảng 1 Thành phần và tính chất hóa học điển hình của bùn và bùn chưa qua xử lý Bùn sơ cấp chưa qua Bùn sơ cấp được phân Bùn đã qua Thành phần xử lý Trung hủy Trung xử lý Khoảng bình Khoảng bình Khoảng 5.0 10.0 0.83÷1.16 Tổng lượng chất 2.0÷8.0 6.÷12 59 ÷88 60÷80 40 rắn khô (TS), % 65 30÷60 Chất rắn dễ bay hơi (% of TS) Dầu mỡ 6 ÷ 30 - 5÷20 18 - (% của TS) 7 ÷ 35 - 5÷12 Ether hòa tan - - Ether chiết suất 25 32÷41 2.5 2.4÷5.0 Protein (% của 20 ÷ 30 1.6 15÷20 18 2.8÷11.0 1.5 ÷ 4 0.4 0.5÷0.7 TS) 0.8 ÷2.8 10.0 1.6÷6.0 3.0 - Nitơ (N % của 0 ÷ 1 8.0÷ 15.0 2.5 1.5÷4.0 2.5 - TS) Photpho - 0.0÷3.0 1.0 - 6.0 6.5÷8.0 (P2O5, % của TS) 600 8.0÷15.0 10.0 580÷1100 Potash 500 1,100÷1,700 11000 8,000÷10,00 (K2O, % của TS) 0 Cellulose (% của TS) Kim loại (Không tính 2.0÷4.0 3.0÷8.0 4.0 Sunphat) 15.0÷20.0 10.0÷20.0 - Silica 5.0÷8.0 6.5÷7.5 7.0 500÷1500 2,500÷3500 3,000 (SiO2,% của TS) pH 200÷2000 100÷600 200 Độ kiềm 10,000÷12,50 4,000÷6,00 5,000 0 (mg/l CaCO3) Acid hữu cơ (mg/ l as HAc) Năng lượng, Btu/ lb 0 (Btu/lb x 2.3241 = kJ/kg) Nguồn: City and county of san francisco 2030 sewer system master plan, TASK 600 6.1 Nồng độ chất rắn - Nồng độ chất rắn được đo lường và xác định theo mg/l hoặc theo phần trăm (%) chất rắn - Phần rắn tổng cộng là tỉ lệ trọng lượng /trọng lượng trong khi nồng độ chất rắn(mg/l) theo tỷ lệ trọng lượng/thể tích - Chất rắn bay hơi tổng cộng (% TVS): được xác định bởi sự bay hơi chất rắn khô ở 550°C÷50°C trong một lò nung với oxi dư Phần còn lại được cho là không bay hơi hoặc như chất rắn cố định(tro) và lượng mất đi là chất rắn bay hơi tổng cộng Cả % TS và %TVS được sử dụng rộng rãi trong công tác quản lý và xử lý bùn thải như đo lường vật chất khô (hoặc độ ẩm) và vật chất hữu cơ (có thể đốt cháy trong bùn thải) - Chất rắn lơ lửng tổng cộng (TSS):là phần còn lại không thể lọc được, bị giữ lại sau khi lọc một mẫu bùn thải lỏng và sau đó sấy khô ở 103-105°C để loại bỏ nước - Việc xác định chất rắn lơ lửng bay hơi giống như chất rắn bay hơi tổng cộng với cách sử dụng phương pháp đốt.Chất rắn tổng cộng là tổng chất rắn hòa tan và lơ lửng 6.2 Nước: - Nước trong bùn thải luôn được xác định như sau: ● Nước tự do không bám dính vào hạt bùn thải và nó được phân tách bởi lắng trọng lực ● Nước bông được giữ lại bên trong khối và chỉ có thể loại bỏ bởi lực cơ học, lực này luôn tốt hơn trọng lực ● Nước mao dẫn bám chặt vào những hạt riêng lẻ và có thể được phân tách bởi lực cơ học ● Nước nội bào và liên kết hóa học là thành phần của vật chất tế bào và có liên kết sinh học,hóa học với vật chất hữu cơ và vô cơ trong bùn thải 6.3 Thành phần hóa học: - Thành phần hóa học của chất rắn đô thị thay đổi tùy theo nguồn gốc và phương pháp xử lý - Bùn chứa các chất hữu cơ, chất dinh dưỡng vi lượng và nước quan trọng đối với sự phát triển của cây trồng 16 nguyên tố trong số 90 nguyên tố được tìm thấy trong thực vật được biết như là chất tiềm tàng cho sự phát triển của thực vật và hầu hết những nguyên tố này có trong bùn - Những nguyên tố như C, H, O, N, P, K, S, Ca, Mg, Fe, B, Mn, Cu, Zn, Mb và Cl Những kim loại và chất hữu cơ tổng hợp có thể gây bất lợi và thậm chí độc đối với con người, động vật và thực vật ở một mức độ nhất định và được quy định bởi luật lệ riêng biệt Những nghiên cứu rộng rãi được thực hiện vào những năm 1980 bởi US.EPA và phân tích nồng độ các chất gây ô nhiễm, độ độc và ảnh hưởng bất lợi lên con người và môi trường đưa ra qui định về nồng độ của 10 kim loại nặng (As, Cd, Cr, Cu, Pb, Mb, Ni, Se và Zn) trong bùn được sử dụng cho đất hoặc thải bỏ theo các điều kiện khác nhau - Các chất dinh dưỡng có trong bùn được thực vật hấp thụ dưới dạng các ion hòa tan hầu hết qua rễ Các chất khoáng hòa tan trong bùn và trong đất có dưới dạng các cation (H+, Ca2+, Mg2+, K+, Na+ và mức thấp( Fe2+, Mn2+, Cu2+, Al3+, Zn2+) và anion (HCO3,CO32-, HSO4-, SO42-, Cl-, F-, HPO4-, H2PO4-) 6.4 Chất dinh dưỡng đa lượng - C, H, N, P, K, Ca, Mg và S N, P, K thường bị thiếu và được thêm vào đất thông qua phân bón - Mặc dù bùn thải chứa tương đối thấp những chất dinh dưỡng đa lượng và vi lượng khi áp dụng vào cho đất, nhưng chúng có thể cung cấp tất cả nitơ cần thiết, phospho cũng như canxi, magie, và nhiều chất dinh dưỡng thiết yếu Bảng 2 Các chất dinh dưỡng trong bùn thải Nguyên tố Ký hiệu Ion hoặc phân tử Nitơ N NO3+, NH4+ Kali K K+ Photpho P HPO42-,H2PO4- Lưu huỳnh S SO42- Canxi Ca Ca2+ Sắt Fe Fe2+, Fe3+ Magie Mg Mg2+ Mangan Mn Mn2+ Đồng Cu Cu2+ Kẽm Zn Zn2+ Molipđen Mo MoO4- Bo B H3BO3,H2BO3-, B(OH)4- Nguồn: City and county of san francisco 2030 sewer system master plan, TASK 600 - Nito: Nito hữu cơ luôn là hình thức chiếm ưu thế của nito trong đất (90%) và trong bùn thải, nó không có giá trị cho đất Bùn thải này phải được phân hủy để được chuyển hóa thành amonium (NH+4) và cuối cùng bị oxi hóa thành nitrat (NO3-) để trở thành chất có giá trị sinh học Thành phần Nito của bùn thải sơ cấp trong khoảng 2-4%,trong bùn thải sơ cấp và bùn thải phân hủy sơ cấp và bùn thải phân hủy kỵ khí nó nằm ở mức 2%-6% (cơ bản khô) Nito trong bùn thải luôn được quyết định bởi Nito hữu cơ, nito amonia hòa tan(N-NH3), nito-nitrat(N-NO3) hòa tan và tổng nito Kejldahl - Phospho: hình thức thông thường nhất của phospho là phospho hữu cơ và những hình thái biến đổi của ortho photpho photpho(H2PO4-, HPO-4, PO43-) và poli photphat như là: Na3(PO3)6, Na5P3O4, Na4P2O7 Ortho photphat ổn định là hình thức chiếm ưu thế được hấp thu bởi thực vật - Bùn thải sơ cấp chứa đựng một lượng nhỏ photpho Bùn thải thứ cấp chứa một lượng lớn photpho từ việc loại bỏ bùn từ xử lý nước thải bởi quá trình sinh học - Lượng photpho trong bùn thải phụ thuộc vào nồng độ photpho trong dòng vào và phương pháp loại photpho từ hệ thống xử lý nước thải.Quá trình sơ cấp truyền thống và quá trình hoạt tính chất thải chỉ loại bỏ 20-30% dòng vào.Bên cạnh đó, bùn thải phát sinh từ những quá trình này chứa đựng một lượng nhỏ phospho (0.1÷2%) - Kali: Bùn thải luôn chứa một lượng nhỏ kali (0,02-2,5%,cơ bản khô) - Canxi: Bùn thải chứa một lượng nhỏ canxi nếu chúng là kết quả của những quá trình có sử dụng vôi - Magie: Bùn thải luôn chứa một lượng nhỏ magie(0,3-2% khối lượng khô) - Lưu huỳnh: Lưu huỳnh, những thành phần hữu cơ chứa nó, hiện diện trong bùn thải và sunfat (SO4-) có giá trị sinh học được tạo ra như là kết quả của quá trình xử lý sinh học Bùn thải chứa từ 0,6%-1,5% lưu huỳnh 6.5 Chất hữu cơ - Vật chất hữu cơ thụ động hoặc hoạt động,chứa lượng cacbon lớn (xấp xỉ 58% trọng lượng), với một lượng ít hơn của hydro, oxi và những nguyên tố khác như nito, lưu huỳnh phot pho - Vật chất hữu cơ trong bùn thải chứa protein, cacbonhydrat, chất béo-những thành phần phân hủy từ những chuỗi dài của phân tử với trọng lượng phân tử từ hàng trăm đến hàng triệu - Vật chất hữu cơ là một nguồn dinh dưỡng cho thực vật và vi sinh vật ; trong đất nó nâng cao tính thấm nước, trao đổi khí và tính liên kết của những hạt đất 6.6 Vi lượng - Vi lượng như sắt, kẽm, đồng, mangan, boran, molipden (có gốc N-liên kết chặt), natri, vanadi, clo cần thiết cho thực vật với số lượng nhỏ nhưng chúng khá quan trọng như là chất xúc tác trong nhiều quá trình sinh học Vai trò của clo, ngoại trừ một phần của nó trong sự phát triển của bộ rễ, không được biết nhiều Lượng dư thừa của một số vi lượng có thể làm cho bùn thải trở nên nguy hiểm với sức khỏe con người,sự sống của pH của đất và bùn thải ảnh hưởng đến hoạt tính của vi lượng Tất cả các kim loại, ngoại trừ molipđen,đều có giá trị sinh học ở pH thấp Ở gần môi trường trung tính và kiềm,những kim loại tồn tại dưới dạng oxit hoặc hydroxit không hòa tan và trở nên không có giá trị sinh học Do vậy, tính độc gây ra bởi mức độ thừa vi lượng có thể xảy ra 6.7 Chất ô nhiễm - Bùn thải luôn chứa những thành phần vô cơ và hữu cơ có thể gây ảnh hưởng bất lợi cho sự sống thực vât và động vật cũng như sức khỏe con người nếu chúng hiện diện ở mức độ dư thừa - Những chất ô nhiễm vô cơ gồm 10 kim loại nặng hoặc vết hiện tại được quy định bởi U.S EPA :arsen,cadmium,Crom,đồng chì, thủy ngân, molipđen, niken, selen và kẽm Bảng 3 Hàm lượng kim loại đặc trưng trong nước thải bùn thải Kim loại Bùn khô (mg/kg) Trung bình Phạm vi 10 Asen 1.1÷230 10 Cadmium 1 ÷3,410 500 Crom 10÷99,000 30 Cô-ban 11.3÷2,490 800 Đồng 84÷17000 Fe 1,000÷154,000 17,000 Lead 13÷26,000 500 Mangan 32÷9,870 260 Thủy ngân 0,6÷56 6 Mô-líp-đen 0,1÷214 4 Niken 2-5,300 80 Selen 1.7÷17.2 5 Thiếc 2.6÷329 14 Zn 101÷49,000 1700 Nguồn: Egg-shaped Digester Facility Overview,DCWASA 7 Đặc tính vi sinh vật học của bùn thải - Hầu hết những quá trình xử lý nước thải loại bỏ những mầm bệnh từ nước thải và chuyển chúng vào bùn thải Trong khi nước thải được làm sạch, bùn thải sinh ra bởi quá trình xử lý nước chứa một lượng lớn vi sinh vật gây bệnh Bùn thải sơ cấp chứa một lượng lớn bào xác protozoa, trứng giun sán và giun tròn hoạt động (chết) Bùn thải thứ cấp chứa lượng đáng kể vi khuẩn và vi rút Cho ví dụ, Salmonella được loại bỏ hiệu quả từ 90% đến 99% từ nước và tích lũy vào bùn - Bùn thải chứa những hình thức sống khác nhau Những sinh vật sống cực nhỏ này có cả vai trò có lợi và bất lợi trong cách thức xử lý và sử dụng bùn thải - Vi sinh vật trong bùn thải có thể được phân loại vào nhóm vi khuẩn, bao gồm khuẩn tia, virut, giun sán (động vật ký sinh), động vật nguyên sinh (protozoa), rotifer và nấm Một số lượng giới hạn vi sinh vật này là mầm bệnh Mục tiêu chính của xử lý bùn thải là giới hạn hoặc giảm thiểu mầm bệnh đến mức độ cho phép Quy định hiện tại không đưa động vật nguyên sinh, rotifer và nấm như đối tượng vi sinh vật vào nhóm mầm bệnh bởi vì thiếu những phương pháp phân tích và vì EPA kết luận rằng những vi sinh vật này không chắc tồn tại trong quá trình xử lý nước thải và bùn thải, do đó chúng không gây ra một tác động bất lợi nào trong sử dụng bùn thải - Việc ứng dụng bùn thải chưa xử lý vào đất nông nghiệp sẽ dẫn đến sự ô nhiễm bởi vi khuẩn và vi rút làm ảnh hưởng đến mùa màng, nước mặt và nước ngầm Những công trình xử lý nước thải, những nhà máy xử lý và kinh doanh bùn thải, những hoạt động ủ phân compost, bãi chôn lấp bùn thải, những hoạt động áp dụng bùn thải trong đất, nếu không được quản lý thích hợp có khả năng tiềm ẩn những mầm bệnh đi vào không khí và đi kèm với sản phẩm - Xử lý bùn thải thích hợp, ưu tiên cho việc sử dụng lợi ích của chúng, hoặc thải bỏ là điều vô cùng quan trọng trong việc ngăn ngừa những bệnh tật từ vi sinh vật gây bệnh 8 Mùi và những đặc tính khác 8.1 Mùi - Về nguồn gốc, thành phần hóa học bùn thải có nhiều loại khác nhau Đa số những mùi quá mạnh là sản phẩm phụ của sự phân hủy và sự thối rửa vật chất hữu cơ Cho nên việc đo lường để kiểm soát mùi hiệu quả nhất là dựa vào sự ngăn ngừa hoặc quản lý chu kỳ phân hủy của chất rắn