CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BÙN THẢI BẰNG GIUN ĐẤT

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA MÔI TRƯỜNG =======  ====== Tiểu luận Môn Chuyên đề tái chế chất thải rắn CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BÙN THẢI BẰNG GIUN ĐẤT GVHD: T.S.Tô Thị Hiền Th.S Hồ Nhật Linh Th.S Nguyễn Thị Kim Anh Nhóm: Lớp: 12CMT TP Hồ Chí Minh, tháng 11/2015 Danh Sách Nhóm Nguyễn Thành Danh 1222025 Huỳnh Thị Minh Hào 1222047 Trương Thị Trà My 1222121 Phạm Ngọc Quỳnh Như 1222159 Phạm Hồng Lạc Thư 1222241 Ngô Đức Thông 1222224 MỤC LỤC Báo cáo chuyên đề tái chế chất thải rắn I Nhóm Một số khái niệm - Vermicomposting: trình ủ phân từ chất thải hữu giun đất - Vermicompost: sản phẩm trình ủ phân từ chất thải hữu giun đất (hay gọi phân giun) Phân trùn quế: Sau ăn loại chất thãi hữu cơ, trùn quế cho nguồn phân hữu (vermicompost) đồng nhất; Phân trùn có màu nâu sẫm, dạng đất mùn, có lẫn trứng ấu trùng trùn quế Theo nhà nghiên cứu, phân trùn loại phân hữu tự nhiên có chứa đầy đủ hàm lượng chất cần thiết cho loại trồng, đặc biệt cho loại ngắn ngày đậu, bắp, hay loại la – ghim khác Giá trị sử dụng: So với loại phân chuồng hay phân hữu khác, phân trùn cho hiệu cao Cụ thể: phân trùn có khả giúp nhà nông hay người làm vườn rút ngắn thời gian trồng, phát triển đều, kháng sâu bệnh tốt hơn, đặc biệt phân trùn phát huy tác dụng tốt hai mùa vụ ngắn ngày liên tiếp; Phân trùn không để lại trồng hay đất dư lượng hoá chất hay phụ phẩm độc hại Trong chương trình sản xuất rau sạch, rau chất lượng cao sử dụng phân trùn làm nguồn phân hữu tốt Bảng : Hàm lượng N, P, K tổng số phân giun phân gia cầm Chỉ tiêu Đơn vị (%) Nitơ số tổng Photpho tổng số Kali tổng Chất hữu Nước số Phân giun 0,85 0,45 0,64 29,93 37,06 Phân bò 0,52 0,25 0,35 14,50 83,03 Phân lợn 0,60 0,41 0,26 15,00 81,50 Phân dê 0,65 0,47 0,23 31,40 65,50 (Nguồn: Phân viện sinh thái – Viện môi trường nhiệt đới Việt Nga, 2009) Nhìn vào bảng ta thấy hàm lượng N, P, K phân giun hầu hết cao loại phân loại gia súc Vì vậy, phân giun xem nguồn phân bón cao đạm tốt cho hoạt động trồng trọt cải tạo đất Một số ứng dụng phân trùn Báo cáo chuyên đề tái chế chất thải rắn Nhóm Vermicompost ứng dụng coi phần sản phẩm cuối trình xử lý rác thải hữu với tác nhân phân giải trùn quế nên chúng cịn có tên Earhworm Compost Các kết nghiên cứu gần cho thấy chúng thúc đẩy nhanh phát triển thực vật (Edwards, 2000) bổ sung chúng vào đất nghèo dinh dưỡng, ngăn cản xói mòn đến mức thấp Cấu trúc vật lý cuối sản phẩm vermicompost phụ thuộc nhiều vào nguồn nguyên liệu sử dụng ban đầu Tuy nhiên sản phẩm cuối vermicompost dù nguyên liệu ban đầu cho chung đặc tính chúng giống than bùn, tơi, mịn xốp, thống khí giữ ẩm tốt đồng thời chứa hàm lượng dinh dưỡng cao Khi phân tích thành phần, hàm lượng nguyên tố vermicompost khác nhau, tác giả nhận thấy hàm lượng dinh dưỡng biến động, tuỳ thuộc vào nguồn nguyên liệu ban đầu đem xử lý, so với phân hữu hỗn hợp có bổ sung khống vơ tất chúng chứa yếu tố cần thiết cho trồng với tỷ lệ cao, ngoại trừ Mg Sự phát triển thực vật mơi trường vermicompost Có nhiều cơng trình nghiên cứu cung cấp nhiều số liệu đáng tin cậy cho thấy vermicompost thúc đẩy nhanh phát triển thực vật Nghiên cứu vermicompost sớm Fosgate Babb (1972), tác giả nuôi trùn phân chuồng nhận thấy vermicompost thu có hiệu lực tương đương với hỗn hợp dinh dưỡng dùng trồng hoa nhà kính Buchanan cộng (1988) cho hầu hết dạng vermicompost có yếu tố dinh dưỡng mà dạng sẵn sàng hấp thụ ln cao compost có nguồn nguyên liệu, rác hữu ban đầu Edwards (1988) phân tích cho thấy tất mẫu vermicompost có hàm lượng nitrogen dễ tiêu cao Một báo cáo khác Edwards cộng (1985) đề cập đến vấn đề cho biết, hấu hết chất hữu có hàm lượng dinh dưỡng cao thường lượng bị trình chế biến thành vermicompost Báo cáo chuyên đề tái chế chất thải rắn Nhóm Trong nhiều thí nghiệm kiểm chứng khả phát triển nhiều loài thực vật nhiều dạng vermicompost (Edwards Burrow, 1998), cho thấy hầu hết hạt nẩy mầm nhanh hơn, phát triển mạnh mẽ so sánh với dạng phân bón thương mại khác Kết cịn cho thấy, nhiều lồi thực vật có khả phát triển mơi trường vermicompost than bùn, đất cát pha sét theo tỷ lệ 3:1 1:1 Nhiều thí nghiệm khả nẩy mầm đậu hà lan, rau diếp, lúa mì, cải bắp, cà chua, cải bắp củ cải mọc tốt khỏe hẳn so với lô đối chứng compost từ phân động vật phân hữu thương mại khác Tác động pha loãng phân hữu thương mại với phân trùn, kết cho thấy, pha loãng với tỷ lệ 5% đến 10% cho thấy tốc độ tăng trưởng cao hẳn, chí với tỷ lệ pha lỗng thấp so với bón đơn lẻ phân hữu thương mại - LC50: nồng độ chất hóa học mơi trường, làm chết 50% số lượng sinh vật tiếp xúc với động vật thử nghiệm khung thời gian quy định Đơn vị tính mg/L dung dịch hóa chất LC50 thường dùng để đánh giá độc tính chất độc dạng lỏng chất độc tan dung dịch nước - Bioaccumulation factor(BAF): hệ số tích lũy sinh học ( số tích tụ chất ô nhiễm độc hại) - Eisenia fetida: tên khoa học loài giun sử dụng - Clitellum: búi tuyến da, dải mềm dài khoảng 1/3 thể, chịu trách nhiệm tiết chất nhờn dính suốt bao phủ lên thân giun II Giới thiệu tóm tắt nội dung báo Tóm tắt Trước đưa vermicomposts vào tầng đất mặt, ta cần phải xác định nồng độ kim loại nặng vermicomposts Độc cấp tính đồng (Cu) cadmium (Cd) Eisenia fetida xác định thử nghiệm với đất nhân tạo.Giá trị cần quan tâm thông thường nồng độ gây tử vong trung bình (LC 50) có nghĩa làm chết 50% sinh vật trình thử nghiệm Đất nhân tạo khô làm ẩm trước Báo cáo chuyên đề tái chế chất thải rắn Nhóm thử nghiệm ngày cách thêm nước cất để đạt khoảng nửa hàm lượng nước theo yêu cầu cuối tức 40-60% khả giữ nước tối đa Các giá trị LC50 14 ngày ( khoảng tin cậy 95%) cho Cu 530 (450-624) Cd 1118 (988-1265) mg kg-1 Vermicomposting thiết kế để đánh giá tác động hoạt động giun đất kim loại nặng bùn thải So sánh bùn trước sauquá trình vermicomposting Eisenia fetida, ta có kết sau: (1) hàm lượng nước, giá trị pH hàm lượng chất hữu giảm, (2) tổng hàm lượng nitơ tăng lên, tổng hàm lượng phốt tổng hàm lượng kali giảm, (3 ) nồng độ nitơ dễ tiêu, hàm lượng phốt dễ tiêu tăng, (4) tổng hàm lượng năm kim loại (Cu, Ni, Cd, Pb Zn) giảm, số tích lũy sinh học cho thấy vermicomposting loại bỏ kim loại nặng cách hiệu Vì vậy, kết luận việc xử lý bùn thải nhà máy xử lý nước thải Huaibei giun đất khả thi Giới thiệu Đến cuối tháng năm 2011, ngày 136 triệu m nước thải đô thị Trung Quốc xử lý , bùn ướt (độ ẩm 80%) thu từ nhà máy xử lý nước thải lên đến 34,8 triệu năm Hầu hết số khơng qua xử lý, dẫn đến hàng loạt vấn đề ô nhiễm đất.Tuy nhiên, bùn thải từ nhà máy xử lý nước thải nguồn nguyên liệu tốt chứa nhiều nguyên tố đa lượng nguyên tố vi lượng thường chứa hàm lượng chất hữu cao; có thểứng dụng nơng nghiệp lâm nghiệp cải thiện độ phì đất cải thiện Ngồi ra, bùn thải góp phần trì cấu trúc, khả giữ nước, khả trao đổi cation, hoạt tính sinh học đất.Mặc dù việc tái sử dụng bùn thải lựa chọn hấp dẫn, thường gây rủi ro định môi trường tích lũy kim loại nặng hợp chất hữu phức tạp nguy ô nhiễm từ sinh vật gây bệnh Các phương pháp xử lý bùn thải bao gồm đốt , chôn lấp thông thường, làm gạch, đặc biệt vermicomposting, kỹ thuật hấp dẫn nhất, đơn giản chi phí thấp Phương pháp sử dụng để loại bỏ kim loại độc hại chất hóa học phức tạp với hình thức an tồn khơng gây độc hại.Sau loại bỏ thỏa đáng kim loại nặng, bùn thải có giá trị dinh dưỡng cao cho trồng, sử dụng làm phân bón cách phổ biến.Sự chuyển đổi từ bùn thải cơng nghiệp thị thành vermicompost có vai trị quan trọng Một mặt, chất thải chuyển đổi Báo cáo chuyên đề tái chế chất thải rắn Nhóm thành sản phẩm có giá trị, mặt khác, kiểm sốt nhiễm gia tăng phát triển công nghiệp xử lý không cách vật liệu độc hại Giun đất với hệ vi sinh vật bên ruột chúng có khả tác động đến thành phần cấu đất.Giun đất sống bùn thải chắn tiếp xúc với chất nhiễm (ví dụ, kim loại nặng) hấp thụ tích lũy kim loại nặng Đây thử nghiệm độc cấp tính đến giun đất sớm với cơng nghệ cải tiến Các thử nghiệm độc cấp tính với giun đất với tốc độ 14 ngày cho kết tỉ lệ tử vong trung bình (LC50) thể độc tính kim loại nặng Eisenia fetida,với chu kỳ sống ngắn, lượng kén sản sinh nhiều, khả thích nghi cao với vật liệu hữu khác nhau, lựa chọn để xử lý bùn thải Vermicompost, có nhiều chất hữu cơ, axit humic, nitơ, phốt pho, kali, nhiều loại enzyme, nguyên tố vi lượng axit amin, có hiệu việc thúc đẩy tăng trưởng trồng nâng cao chất lượng sản phẩm Hơn nữa, vermicompost cải thiện đất chất lượng thấp ngăn chặn bệnh truyền qua đất phạm vi định Mục tiêu nghiên cứu tìm hệ thống ủ phân hiệu cách sử dụng Eisenia fetida để loại bỏ kim loại nặng (Cu, Cd, Ni, Pb Zn) chứa bùn thải từ nhà máy xử lý nước thải nằm Huaibei, tỉnh An Huy, Trung Quốc Bùn thải ủ 120 ngày, sau xác định nguyên tố đa lượng (N, P, K) năm nguyên tố vi lượng kim loại (Cd, Cu, Ni, Pb, Zn) bùn mô Eisenia fetida Các phương pháp xử lý bùn truyền thống Phương pháp nén bùn Q trình nén bùn làm đặc bùn thực lắng trọng lực, thiết bị có tên thiết bị nén đặc bùn (thickener) Phương pháp ứng dụng tối ưu trình lý học nghĩa nén ly tâm nén trọng lực cách hiệu Phương pháp sinh học Quá trình ổn định bùn nhằm phân hủy sinh học kỵ khí hiếu khí chất hữu thành CO2, CH4và H2O, giảm vấn đề mùi loại trừ thối rửa bùn Q trình có tác dụng giảm số lượng vi khuẩn gây bệnh giảm thể tích bùn cặn Báo cáo chuyên đề tái chế chất thải rắn Nhóm Phương pháp tách nước Việc lựa chọn thiết bị tách nước ứng với loại bùn thải, khối lượng bùn thải nồng độ chất keo tụ phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm thực tiễn Asiatech tự hào cơng trình hữu đem lại hài lịng cho q khách hàng Q trình tách nước nhằm giảm độ ẩm bùn thường dụng phương pháp lọc chân không, sân phơi cát, máy ép băng tải, máy ép ly tâm Ưu nhược điểm phương pháp dùng giun đất để xử lý bùn thải:  Ưu điểm:  Giun đấtchu kỳ sống ngắn, lượng kén sản sinh nhiều, khả thích nghi cao với vật liệu hữu khác  Tận dụng lượng bùn thải biến đổi chúng thành nguồn dinh ưỡng tốt cho trồng  Vermicompost chứa nhiều chất hữu cơ, axit humic, nitơ, phốt pho, kali, nhiều loại enzyme, nguyên tố vi lượng axit amin, có hiệu việc thúc đẩy tăng trưởng trồng nâng cao chất lượng sản phẩm  vermicompost cải thiện đất chất lượng thấp ngăn chặn bệnh truyền qua đất phạm vi định  Giun có hàm lượng dinh dưỡng cao loại thức ăn giàu đạm, hàm lượng protein thô chiếm 70% trọng lượng thân giun, tốt cho gia súc gia cầm  làm giảm lượng đáng kể kim loại nặng (Cu, Cd, Ni, Pb Zn) chứa bùn thải  Nhược điểm:  Phải có người chăm sóc, theo dõi  chưa có nhiều hướng nghiên cứu vấn đề sử dụng giun đất sau qua trình xử lý bùn thải Báo cáo chuyên đề tái chế chất thải rắn Nhóm Sơ lược giun đất 4.1 Chu kì sống giun đất Giun đất thuộc ngành ruột khoang Chúng ăn phân, thường sống mơi trường có nhiều chất hữu phân hủy Giun mắn đẻ, xuất rải rác vùng nhiệt đới, dễ bắt tay, dễ thu hoạch Chúng sử dụng rộng rãi việc xử lý, chuyển hóa chất thải hữu Philippines, Australia số nước khác (Gurrero, 1983; Edwards, 1995) Giun đất có kích thước tương đối nhỏ Khi trưởng thành, chúng có độ dài vào khoảng 10 –15 cm, thân dẹt, bề ngang trưởng thành đạt – mm, có màu từ nâu đỏ đến màu mận chín (tùy theo tuổi), màu nhạt dần phía bụng, hai đầu nhọn Cơ thể giun có hình thon dài nối với nhiều đốt, đốt có vành tơ Khi di chuyển, đốt co duỗi kết hợp lông tơ phía bên đốt bám vào chất, đẩy thể di chuyển cách dễ dàng Hình : Cấu tạo giun đất Trong thể giun đất, nước chiếm khoảng 80 – 85 %, chất thô khoảng 15 – 20 % Hàm lượng chất (tính trọng lượng chất khô) sau: Protein: 68 –70 %, Lipid: – %, chất đường: 12 –14 %, tro 11 – 12 % Giun đất khơng có phổi, mà hô hấp qua da, nên da khô giun bị chết Chúng có khả hấp thu Oxy thải CO2 môi trường nước, điều giúp cho chúng có khả sống nước nhiều tuần, chí nhiều tháng Hệ thống tiết bao gồm cặp thận 10 Báo cáo chuyên đề tái chế chất thải rắn Nhóm giun đất Eisenia fetida Hình Đồ thị dạng tuyến tính hồi quy Cu Cd với tỷ lệ tử vong giun đất (14 ngày) Một mối quan hệ liều lượng-hiệu ứng sử dụng để tính tốn độc tính cấp tính kim loại nặng ảnh hưởng đến giun đất LC50 số xác để đo lường mức độ độc tính Mức độ độc hại nguy hiểm chất độc hại định LC50 LC50 chia thành cấp độ: độc tố cao < 100 mg kg-1;rất độc hại 100-500 mg kg-1; mức độc hại trung bình 500-2500 mg kg- 1; mức độc hại tháp >2500 mg kg-1 Do đó,trong nghiên cứu nồng độ Cu Cd mức độc hại trung bình So sánh LC50, Cu độc hại Cd, chế gây độc khác nhau, hàm lượng chất hữu cơ(cần phải nghiên cứu thêm) LC50 Cu 1180 , 643 519 mg kg-1, mức LC50 tối đa cao hai lần so với mức tối thiểu Giá trị LC50 bị ảnh hưởng chủng loại, đặc tính nguồn gốc đất; phương pháp kiểm tra, dạng,hợp 23 Báo cáo chuyên đề tái chế chất thải rắn Nhóm chất im loại Theo Arnold cộng sự, LC50 Cu 650,47 mg kg-1 Cu (NO3) (aq), 618,68 mg kg-1 Cu (NO3) (s), 973,20 mg kg-1 CuSO4 (aq) 895,72 mg kg-1 CuSO4 (s) Phân tích hồi quy tuyến tính cho thấy tỷ lệ tử vong (y) Nồng độ Cu (x) phương trình tuyến tính y = 0.1055x-22,049; tỷ lệ tử vong (y) nồng độ Cd (x)cũng mọt phương trình tuyến tính y = 0.064x-25,984 Quan sát Electron kính hiển vi cho thấy hàm lượng cao Cd dẫn đến thay đổi hình thái giun đất,co lại, thể bị sưng phồng,hoại tử,giảm dịch nhờn bề mặt thể,hạn chế hoạt động va chết Ô nhiễm kim loại nặng gây lt hay hình thành khối u,bướu bề mặt thể giun đất,sự chảy máu tế bào biểu mô bị thu hẹp niêm mạc mạch máu bi teo lai Các chế giun đất chống lại với chất nhiễm kim loại sau: (1) hệ thống enzyme chống oxy hóa lipid giúp giảm bớt áp lực trình oxy hóa; (2) q trình tạo phức khử độc (KLN); (3) lysosome(tiêu thể) plasmid tế bào kích hoạt để kiềm hãm hoạt động kim loại nặng Tính chất vật lý hóa học bùn Tỉ lệ sống sót Eisenia fetida cao (98%) sau vermicomposting, tỉ lê giun đất tử vong thấp (< 2%) Tính chất vật lý hóa học bùn thay đổi nhiều trước sau vermicomposting (p\0,05) Các giá trị pH bùn sau trình vermicompost nằm khoảng tối ưu cho phát triển thực vật Các giá trị pH bùn sau trình vermicompost giảm từ 7,4-6,3 Subler cộng báo cáo rằng, phân vermicomposts thường có độ pH thấp phân compost, giống nghiên cứu làm Haimi Huhta nghiên cứu trình vermicomposting số chất thải hữu kết luận pH thấp sản phẩm cuối (vermicompost) sản xuất axit hữu CO trình phân hủy vi sinh vật q trình chuyển hóa sinh học chất khác Chất hữu mát hàm lượng đáng kể,khoảng 29,35% vào cuối thí nghiệm (p\ 0.01) Elvira cộng nói phần lớn chất hữu chất ban đầu bị CO2 (20 - 43% tổng cacbon hữu cơ) vào cuối trình vermicomposting Tổng Nito Kjeldahl tăng 36,84% bùn nghiên cứu vào cuối thí nghiệm Việc thêm Eisenia fetida vào bùn hoạt tính giúp tăng cường lượng nitơ 24 Báo cáo chuyên đề tái chế chất thải rắn Nhóm chất cách thêm sản phẩm tiết, chất nhầy, dịch thể giun đất, enzyme kể mô phân rã phân hệ vermicomposting Hàm lượng N P sẵn có cao sản phẩm cuối (vermicompost) so với bùn ban đầu.Hàm lượng K thấp vermicompost so với bùn ban đầu Công nghệ ủ phân trùn nhạy cảm với nhiệt độ Nhiệt độ thấp vào mùa đông miền Bắc Trung Quốc nhiệt độ cao mùa hè miền Nam Trung Quốc ức chế hoạt động giun đất Kim loại nặng Theo bảng đây, so với bùn ban đầu, nồng độ kim loại nặng giảm phân hữu (phân trùn quế) tăng lên mô giun đất Kim loại nặng xuất bùn nguồn thải từ người, chẳng hạn bụi nhà, mạt sơn, pin Vì vậy, phân hữu làm từ bùn có hàm lượng kim loại nặng cao Mặc dù nhiều phần tử số yếu tố cần thiết cho tăng trưởng thực vật, hàm lượng kim loại cao có tác động tiêu cực vào phát triển thực vật Nồng độ kim loại nặng (Cu, Ni, Cd, Pb Zn) phân hữu thấp nhiều so với bùn ban đầu hấp thụ Eisenia fetida(giun đất, trùn quế) Có nghĩa hấp thụ Cu, Cd, Zn, Pb Ni cuối thí nghiệm 68 ± 12.43, 1.89 ± 0.71, 155.15 ± 7.49, 71 ± 5.822 58.69 ± 1.67 mg kg-1 Dựa kiểm tra đất nhân tạo hàm lượng kim loại nặng bùn gây độc hại cho giun đất sử dụng phân hữu 25 ... việc xử lý bùn thải nhà máy xử lý nước thải Huaibei giun đất khả thi Giới thiệu Đến cuối tháng năm 2011, ngày 136 triệu m nước thải đô thị Trung Quốc xử lý , bùn ướt (độ ẩm 80%) thu từ nhà máy xử. .. ẩm 80%) thu từ nhà máy xử lý nước thải lên đến 34,8 triệu năm Hầu hết số khơng qua xử lý, dẫn đến hàng loạt vấn đề ô nhiễm đất. Tuy nhiên, bùn thải từ nhà máy xử lý nước thải nguồn nguyên liệu tốt... thành phần cấu đất .Giun đất sống bùn thải chắn tiếp xúc với chất nhiễm (ví dụ, kim loại nặng) hấp thụ tích lũy kim loại nặng Đây thử nghiệm độc cấp tính đến giun đất sớm với công nghệ cải tiến