Đánh giá thực trạng công nghệ xử lý và tiềm năng tái sử dụng bùn thải đô thị tại một số khu vực thành phố hà nội

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trường CEC Uỷ ban của Cộng đồng châu Âu Commission of European Community EU Cộng đồng chung Châu Âu European Union HHV Giá trị nhiệt trị

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LỜI CẢM ƠN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

- -

PHẠM THỊ THU GIANG

ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

VÀ TIỀM NĂNG TÁI SỬ DỤNG BÙN THẢI ĐÔ THỊ

TẠI MỘT SỐ KHU VỰC THÀNH PHỐ HÀ NỘI

Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian nghiên cứu, tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp của

mình với đề tài: “Đánh giá thực trạng công nghệ xử lý và tiềm năng tái sử dụng bùn

thải đô thị tại một số khu vực thành phố Hà Nội” Trong quá trình thực hiện luận

văn, ngoài sự cố gắng nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được sự giúp đỡ vô cùng quý báu của các thầy cô, đồng nghiệp, gia đình và bạn bè

Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Trần Văn Quy - Cán bộ giảng dạy tại Bộ môn Công nghệ môi trường đã tận tình quan tâm, chỉ bảo

và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành tốt luận văn này

Thêm nữa, tôi xin cảm ơn đề tài Nhiệm vụ bảo vệ Môi trường QMT.12.03 do PGS.TS Trần Văn Quy chủ trì đã hỗ trợ kinh phí để tôi thực hiện luận văn này Cảm

ơn NCS Đặng Thị Hồng Phương, Trường Đại học Nông Lâm, Đại học Thái Nguyên – một trong những thành viên tham gia đề tài, đã hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo trong Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN đã bổ trợ và truyền đạt cho tôi kiến thức, cùng những kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu tại trường

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo, các anh, chị làm việc tại Bộ môn Thổ nhưỡng & môi trường đất và Phòng thí nghiệm Phân tích Môi trường – Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN cùng những người thân trong gia đình, bạn bè đã luôn ủng hộ, góp ý và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn

Hà Nội, ngày… tháng… năm 2017

Phạm Thị Thu Giang

MỤC LỤC

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÙN THẢI 3

1.1 Những vấn đề chung về bùn thải 3

1.1.1 Khái niệm bùn thải và phân loại 3

1.1.2 Nguồn gốc, đặc tính của bùn thải 4

1.1.3 Tác động của bùn thải tới con người và môi trường 7

1.1.4 Các quy chuẩn, tiêu chuẩn về bùn thải 9

1.2 Tổng quan về phư ng ph p ử n thải 14

1.2.1 Xử lý bằng thiêu đốt 15

1.2.2 Xử lý bằng phương pháp chôn lấp 16

1.2.3 Xử lý bằng phương pháp ủ sinh học 16

1.2.4 Xử lý bằng phương pháp thu hồi tái chế 18

1.2.5 Ổn định bùn thải bằng vôi bội 21

1.2.6 Phương pháp Pasteur 21

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23

2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 23

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 23

2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 23

2.2 Phư ng ph p nghiên ứu 23

2.3.1 Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu 23

2.3.2 Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa 23

2.3.3 Phương pháp đánh giá nhanh 23

2.3.4 Phương pháp lấy mẫu, bảo quản và phân tích mẫu 23

2.3.5 Phương pháp thống kê trong xử lý số liệu 24

2.3.6 Phương pháp đánh giá, tổng hợp và so sánh 25

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 26

3.1 Nguồn gốc, khối ượng ph t sinh và đặc tính bùn thải đô thị tại thành

phố Hà Nội 26

3.1.1 Nguồn gốc phát sinh 26

3.1.3 Đặc tính 27

3.1.2 Khối lượng phát sinh 34

3.2 Thực trạng công nghệ xử lý bùn thải đô thị tại thành phố Hà Nội 35

3.2.1 Tình hình thu gom, vận chuyển bùn thải đô thị TP Hà Nội 35

3.2.2 Hiện trạng công nghệ xử lý bùn thải đô thị 38

3.3 Tiềm năng t i sử dụng bùn thải đô thị 44

3.3.1.Dự báo khối lượng phát sinh bùn thải đô thị tại thành phố Hà Nội năm 2020 44

3.3.2 Tiềm năng tái sử dụng bùn thải làm phân bón 50

3.3.3 Tiềm năng tái sử dụng bùn thải làm khí đốt 53

3.3.4 Tiềm năng tái sử dụng bùn thải làm chất đốt 58

3.4 Đề xuất phư ng n tận dụng bùn thải 60

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trường

CEC Uỷ ban của Cộng đồng châu Âu (Commission of European

Community)

EU Cộng đồng chung Châu Âu (European Union)

HHV Giá trị nhiệt trị cao (Higher heating value)

ICP-MS Phương pháp phổ khối lượng plasma cảm ứng (Inductively

- Coupled Plasma - Mass Spectrometry) KLN Kim loại nặng

MPCN Số lượng gây bệnh ở tế bào có thể nhất (Most Probable

Cytopathic Number) MPN Số lượng có thể nhất (Most Probable Number)

MTV Một thành viên

NĐ-CP Nghị định Chính phủ

NMXLNT Nhà máy xử lý nước thải

NTSH Nước thải sinh hoạt

OC Hợp chất hữu cơ (Organic Compounds)

QCVN Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia

SBR Bể phản ứng dạng mẻ liên tục (Sequency Batch Reactor)

TB Viên than được sản xuất từ bùn thải và than cám

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

US EPA Cơ quan bảo vệ Môi trường Mỹ (United States

Environmental Protection Agency)

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Đặc điểm của bùn trong trạm xử lý nước thải đô thị 5

Bảng 1.2.Tiêu chuẩn của EU đối với các hợp chất hữu cơ có trong bùn thải 10

Bảng 1.3 Giới hạn hàm lượng kim loại nặng trong bùn và đất và giới hạn tối đa cho phép trong bùn theo EU [18] 10

Bảng 1.4 Giá trị giới hạn của một số kim loại trong bùn (mg/kg) 11

Bảng 1.5 Giá trị giới hạn nồng độ của các vi sinh vật gây bệnh [8] 13

Bảng 1.6 Hàm lượng tuyệt đối cơ sở (H) của các thông số trong bùn thảia 14

Bảng 1.7 Phương pháp xử lý bùn thải tại một số quốc gia 14

Bảng 2.1 Các phương pháp phân tích mẫu bùn sử dụng làm phân bón 24

và thu hồi khí sinh học 24

Bảng 3.1 Diện tích dân số và đơn vị hành chính một số khu vực Hà Nội 26

Bảng 3.2 Kết quả phân tích một số tính chất lý hóa, kim loại nặng và vi sinh vật của bùn trầm tích khu vực nghiên cứu 29

Bảng 3.3 Đặc tính hóa lý cơ bản của các mẫu bùn 30

Bảng 3.4 Thành phần phân bùn bể phốt từ NVS tại Hà Nội 31

Bảng 3.5 Tính chất hóa lý của bùn thải hệ thống thoát nước thải đô thị 33

Bảng 3.6 Các loại thiết bị phục vụ công tác nạo vét bằng cơ giới và vận chuyển bùn của công ty thoát nước Hà Nội 36

Bảng 3.7 Khối lượng phân bùn tính theo đầu người 44

Bảng 3.8.Tiêu chuẩn tính toán và tỷ lệ thu gom phân bùn bể phốt 45

Bảng 3.9 Dự báo khối lượng phân bùn bể phốt phát sinh đến năm 2020 45

Bảng 3.10 Khối lượng bùn thải từ công tác nạo vét cống thoát nước 46

Bảng 3.11 Dự báo khối lượng bùn thải cống thoát nước năm 2020 47

Bảng 3.12 Biễn biến bùn thải nạo vét sông mương 47

Bảng 3.13 Dự báo khối lượng bùn thải sông mương thoát nước năm 2020 49

Bảng 3.14 Công suất thiết kế và xử lý nước thải của các trạm XLNT 49

Bảng 3.15 Kết quả xác định sự sinh trưởng và phát triển của rau cải sau 30 ngày gieo trồng 50

Bảng 3.16 Bảng trọng số đánh giá tiềm năng tái sử dụng bùn thải làm phân bón 52 Bảng 3.17 Bảng tổng kết kết quả phân tích hàm lượng các nguyên tố chính trong 200 mẫu bùn thải của 8 Bang (Mỹ) 54

Bảng 3.18 Một số kết quả nghiên cứu phân giải kỵ khí bùn thải đô thị 55

Bảng 3.19 Chất lượng của các viên than được sản xuất từ bùn thải so với yêu cầu kỹ thuật TCVN 4600:1994 59

Bảng 3.20 Chi phí và lợi ích kinh tế thu được khi sản xuất than tổ ong sử dụng bùn thải thay thế cho than bùn 64

DANH MỤC HÌNH Hình 3.1 Sự hình thành bùn thải trên HTTN đô thị Hà Nội 27

Hình 3.2 Chu trình thu gom phân bùn bể phốt 35

Hình 3.3.Số lượng bùn thu gom từ năm 2006-2010 của URENCO 36

Hình 3.4 Chu trình thu gom bùn thải thoát nước 37

Hình 3.5 Sơ đồ dây chuyền công nghệ của nhà máy xử lý rác thải sinh hoạt làm phân bón hữu cơ Cầu Diễn 40

Hình 3.6 Các bước chôn lấp bùn thải 42

Hình 3.7 Sự sinh trưởng và phát triển của rau cải sau 30 ngày gieo trồng 51

Hình 3.8 Sản lượng biogas theo khối lượng bùn tươi 56

Hình 3.9 Sản lượng biogas theo lượng chất hữu cơ 57

Hình 3.10 Mô hình sản xuất phân bón từ bùn thải 61

Hình 3.11 Mô hình sản xuất chất đốt từ bùn thải 63

MỞ ĐẦU

SỞ ĐẦUEF _Toc472599157 \h t chất đốt từ bùn thảiơơisau 30 ngày gieo trồng làm phân bón hữu cơ Cầu Diễnthan bùn)iên cứuà Phòng thí nghiệm Phân tích Môi trường – Khoa Môià xử lý bùn thải nói chung và bùn thùn th2599157 \h t chất đốt từ bùn thảiơơisau 30 ngày gieo trồng làm phân bón hữu cơ Cầu Diễnthan bùn)iên cứuà Phòng thí nghiệm Phân tích Môi trường – Khoa Môià xử lý bùn thải nói ọc Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN cùng những nnày tiềm ẩn nguy cơ ô nhiễm môi trường và đe dọa đến sức khỏe con người Mỗi ngày, Hà Nội cũng như thành phnh ùn thùMinh phát sinh hàng trăm mét kht đốt từ bùn thảiơơisau 30 ngày gieo trồng làm phân bón hữu

Thnh phát sinh hàng trăm mét kht đốt từ bùn thải trực tiếp ra môi trường chỉ

là chuyển ô nhiễm từ điểm này sang điểm khác Vinh phát sinh hàng trăm mét kht đốt từ bùn thải trực tiếp ra môi trường chỉ là chuyển ô nhiễm từ điểm này sang đi Mnh phát sinh hàng trăm mét kht đốt từ bùn thải trực tiếp ra môi tđộc hại, bùn thải hoàn toàn có thể được tận dụng làm vật liệu xây dựng (bêtông, gạch ) và san nền hoặc tái sử dụng bùn thải để sử dụng trong lĩnh vực nông nghiệp

Mnh phát sinh hàng trăm mét kht đốt từ bùn thải trực tiếp ra môi tđộc hại, bùn thải hoàn t3

nưh phát sinh hàng trăm mét kht đốt từ bùn thải trực tiếp ra môi tđộc hại, bùn thải hoàn toàn có thể được tận dụng làm vật liệu xây dựng (bêtông, gạch theo tho thát sinh hàng trăm mét kht đốt từ bùn thải trực tiếp ra môi tđộc hại, bùTheo thát sinh hàng hải sẽ bồi lấp những kênh mương, cống rãnh, sông hồ nếu như không được nạo vét thường xuyên

Hàng năm, theo báo cáo csẽ bồi lấp những kênh mương, cống rãnh, sông hồ nếu như không được nạo vét thường xuyên.ụng làm vật liệu xây dựng (bêtông, gạch ) và san máy xử lý nước thải ước tính khoảng 169.340 tấn/năm [8] Có thnăm, theo báo cáo csẽ bồi lấp những kênh mương, cống rãnh, sông hồ nếu như không được nạo vét thườ N thnăm,thu gom, v, vtheo báo cáo csẽ bồi lấp những kênh mương, cống rãnh, sông hồ nếu như khô Nội đang thực hiện (chôn lấp và phun thuốc diệt muỗi) thì vấn đề ảnh hưởng đến môi trường xung quanh là khá rõ ràng

Vì vậy bùn thải đô thị cần phải được thu gom, v, vtheo báo cáo csẽ bồi lấp những kênh mương, cống rãnh, sông hồ nếu như khô Nội đang thực ng

Xuất phát từ thực tiễn đó, việc chọn và thực hiện đề tài: “Đánh giá thực

trạng công nghệ xử lý và tiềm năng tái sử dụng bùn thải đô thị tại một số khu vực

thành phố Hà Nội” là cần thiết và có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

 Mục tiêu nghiên cứu:

Đánh giá được thực trạng các công nghệ xử lý và tiềm năng tận dụng bùn thải đô thị tại một số khu vực thành phố Hà Nội

 Nội dung nghiên cứu:

 Nguồn gốc, khối lượng phát sinh, tính chất của từng loại bùn thải đô thị tại một số khu vực thành phố Hà Nội;

 Thực trạng công nghệ xử lý bùn thải đô thị khu vực nghiên cứu;

 Dự báo diễn biến khối lượng bùn thải đô thị tại thành phố Hà Nội đến năm 2020;

 Đánh giá tiềm năng tái sử dụng bùn thải phù hợp với điều kiện tự nhiên, kinh

tế - xã hội thành phố Hà Nội

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÙN THẢI 1.1 Những vấn đề chung về bùn thải

 1.1.1 Khái niệm bùn thải và phân loại

Bùn là hỗn hợp chất rắn và nước có thành phần đồng nhất trong toàn bộ thể tích, có kích thước hạt nhỏ hơn 2mm và có hàm lượng nước (độ ẩm) lớn hơn 70%

Có nhiều dạng bùn phát sinh cùng với hoạt động của các đô thị hiện nay là bùn thải

từ nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt, bùn bể tự hoại, bùn sông hồ, cống rãnh thoát nước, bùn thải từ hoạt động công nghiệp [19]

Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (US-EPA) định nghĩa bùn thải như sản phẩm thải cuối cùng được tạo ra từ quá trình xử lý nước thải dân dụng và nước thải công nghiệp từ nhà máy xử lý nước thải ở dạng hỗn hợp bán rắn

Bùn từ hệ thống thoát nước thải sinh hoạt đô thị là dư lượng chất lỏng, đặc hay dạng sệt được tạo ra do quá trình vận chuyển và chuyển hóa nước thải trong các cống rãnh thoát nước, là hỗn hợp các chất hữu cơ và vô cơ bao gồm tất cả các loại bùn thu nhận từ đường ống thoát nước đô thị được xem như sản phẩm phụ cần xử lý của quá trình này Bùn bao gồm chủ yếu là nước, khoáng chất và chất hữu cơ

Bùn thải có thể chứa các chất dễ bay hơi, sinh vật gây bệnh, vi khuẩn, kim loại nặng, các ion vô cơ cùng với hóa chất độc hại từ chất thải công nghiệp, hóa chất gia dụng và thuốc trừ sâu Lượng bùn thải tăng theo mức độ tăng dân số và tăng trưởng sản xuất Số lượng bùn thải thường rất lớn và gây ô nhiễm cho môi trường nếu không được xử lý tốt [20]

 Phân loại

Bùn được phân loại dựa vào nguồn gốc phát sinh và thành phần của chúng Dựa vào nguồn gốc của bùn, có thể phân loại bùn thành các loại sau:

- Bùn thải từ trạm / nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt;

- Bùn từ trạm / nhà máy xử lý nước thải công nghiệp;

- Bùn hệ thống thoát nước: bùn cống rãnh, kênh rạch, bùn nạo vét sông, hồ;

- Bùn hố ga, bể phốt;

- Bùn từ các công trường xây dựng

Thành phần bùn phụ thuộc vào bản chất ô nhiễm ban đầu của nước và phương pháp làm sạch bằng xử lý vật lý, hoá lý hay sinh học, cụ thể[19]:

- Bùn hữu cơ ưa nước: Đây là loại phổ biến nhất, khó khăn của việc làm khô bùn là do sự có mặt của phần lớn các chất keo ưa nước Người ta xếp trong loại này tất cả các bùn thải xử lý sinh học nước thải, mà hàm lượng chất bay hơi có thể đạt đến 90% toàn bộ chất khô (nước thải của công nghiệp thực phẩm, hoá hữu cơ)

- Bùn vô cơ ưa nước: Các bùn này chứa hyđrôxit kim loại tạo thành từ phương pháp xử lý hoá lý khi làm kết tủa ion kim loại có trong nước (Al, Fe, Zn, Cr) hoặc do sử dụng chất kết bông vô cơ (muối sắt hoặc muối nhôm)

- Bùn chứa dầu: Do trong nước thải có mặt một lượng dầu nhỏ hoặc mỡ khoáng chất (hoặc động vật) Các chất này ở dạng nhũ hoặc hấp thụ các phần tử bùn

ưa nước Một phần bùn sinh học cũng có thể có mặt trong trường hợp xử lý cuối cùng bằng bùn hoạt tính (Ví dụ: xử lý nước thải của nhà máy lọc dầu)

- Bùn vô cơ kị nước: Các bùn này thường chứa hàm lượng nhỏ các chất giữ nước (cát, bùn phù sa, xỉ, vẩy rèn, muối đã kết tinh)

- Bùn vô cơ ưa nước – kị nước: Các bùn này chủ yếu bao gồm các chất kị nước chưa vừa đủ chất ưa nước để cho ảnh hưởng bất lợi của chất này đến việc làm khô bùn chiếm ưu thế hơn Các chất ưa nước thường là các hyđrôxit kim loại (chất kết tụ)

- Bùn có sợi: nói chung loại bùn này rất dễ làm khô trừ khi việc thu hồi bùn làm cho các sợi chuyển sang loại ưa nước do sự có mặt hyđroxit hoặc bùn sinh học

 1.1.2 Nguồn gốc, đặc tính của bùn thải

Nguồn gốc

Bùn thải được phát sinh từ nhiều nguồn:

- Bùn thải từ hệ thống xử lý nước thải đô thị: Nước thải sinh hoạt đô thị được chuyển tới các nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt, qua các quy trình xử lý, các vật chất rắn được tách biệt với huyền phù trong nước, tạo thành bùn Ở mỗi quy trình

xử lý khác nhau tính chất và đặc điểm của bùn thải khác nhau

Bảng 1.1 Đặc điểm của bùn trong trạm xử lý nước thải đô thị

Bể lắng đợt 1 Cặn rắn

Chất nổi

Thành phần hữu cơ không tan, độ ẩm 95% Thành phần và tính chất phụ thuộc vào loại hệ thống mạng lưới thoát nước (riêng/chung) Mức độ tham gia của nước thải công nghiệp vào hệ thống

93-Bể aeroten Bông bùn hoạt tính

dạng lơ lửng

Được hình thành từ quá trình chuyển hóa BOD khi thổi vào bể Thành phần VSV hiếu khí, độ ẩm > 99% Bùn được lắng lại tại bể lắng đợt 2

Bể lọc sinh

học

Màng vi sinh vật Được hình thành từ quá trình chuyển hóa

BOD trên bề mặt vật liệu lọc Thành phần VSV hiếu khí, độ ẩm 96% Màng được lắng lại tại bể lắng đợt 2

Bể lắng đợt 2 Bông bùn hoạt tính

từ bể aeroten Màng VSV từ bể lọc sinh học Chất nổi

Thành phần VSV hiếu khí, độ ẩm > 99% Thành phần VSV hiếu khí, độ ẩm > 96% Bọt khí + các chất hữu cơ

Cặn từ công

trình xử lý hóa

học

Cặn rắn Chứa các thành phần hóa học như sắt, hợp

chất crom, chì, oxit nhôm

Cặn từ bể mê Cặn đã phân hủy Hàm lượng chất dinh dưỡng cao cho cây

tan trồng

(Nguồn Nguyễn Việt Anh, 2015)

- Bùn thải từ hệ thống thoát nước: các chất thải lỏng, nước thải từ nhà vệ sinh, nhà bếp, bồn rửa và cống rãnh khu vực công nghiệp, nước mưa dư thừa (có nghĩa là không hấp thụ bởi mặt đất) được thu thập, vận chuyển thông qua hệ thống thoát nước thành phố là các cống rãnh, kênh rạch, sông hồ chảy tới nơi tiếp nhận nước Bùn sinh ra từ quá trình này, là kết quả của các vật chất được nước thải mang lắng đọng trong các hệ thống cống thoát và hoạt động của các vi sinh vật sống trong các

hệ thống

- Bùn thải từ hố ga, bể phốt: là chất thải và nước thải từ con người được thải ra chứa trong các hố ga bể phốt

Ngoài ra còn một lượng bùn thải nhỏ phát sinh từ công nghiệp, xây dựng và

một số nguồn khác trong hoạt động và phát triển của đô thị

 Đặc điểm và tính chất của bùn thải

Hơn 60.000 độc chất và chất độc hóa học đã được tìm thấy trong bùn thải và nước thải Stephen Lester (CHEJ) đã tổng hợp thông tin từ các nhà nghiên cứu Đại học Cornell và Hiệp hội các kỹ sư xây dựng đã xác định rằng bùn thải có chứa các độc tố sau đây:

- Polychlorinated biphenyls (PCBs);

- Clo thuốc trừ sâu bao gồm DDT, dieldrin, aldrin, endril, chlordane, heptachlor, Lindane, mirex, kepone, 2,4,5-T, 2,4-D;

- Clo hóa các hợp chất như dioxin;

- Polynuclear hydrocacbon thơm;

- Kim loại nặng: arsenic, cadmium, chromium, chì và thủy ngân;

- Vi khuẩn, vi rút, động vật nguyên sinh, giun ký sinh và nấm;

- Các độc tố khác bao gồm: amiang, sản phẩm dầu mỏ và các dung môi công nghiệp

Năm 2009, EPA công bgồm: amiang, sản phẩm dầu mỏ và các dung môchm , … có trong bùn cn của nước thải, c n c như:

- Ag: 20 mg/ kg bùn, một số cặn có hàm lượng đặc biệt cao tới 200 mg/ kg bùn; Ba: 500 mg/ kg; Mg: 1g/kg bùn;

- Mức độ cao của sterol và các kích thích tố đã được phát hiện, với mức trung bình lên đến 1.000.000 mg/ kg bùn;

- Pb , As , Cr , và Cd với các hàm lượng khác nhau có trong tất cả các mẫu cặn bùn thải của nước thải ở Mỹ

Các loại bùn thải có tính chất rất khác nhau, điều đó phụ thuộc vào nguồn gốc của bùn thải Nhìn chung, bùn thải bao gồm các hợp chất hữu cơ, chất dinh dưỡng, một số loại các vi chất dinh dưỡng không cần thiết, dấu vết kim loại, chất gây ô nhiễm vi sinh hữu cơ và vi sinh vật Nước thải bùn cũng có thể chứa chất độc hại khác như chất tẩy rửa, các muối khác nhau và thuốc trừ, chất hữu cơ độc hại, … Kết quả nghiên cứu về đặc điểm bùn thải tại bang Indiana (Mỹ) cho thấy bùn thải có chứa khoảng 50% chất hữu cơ và 1 – 4% cacbon vô cơ N hữu cơ và P vô cơ là thành phần chủ yếu của N và P trong bùn Cacbon hữu cơ và vô cơ hiện diện tương đối ổn định trong thời gian lấy mẫu Tuy nhiên, sự dao động lớn nhất đó chính là thành phần các kim loại nặng như Cd, Zn, Cu, Ni, Pb trong bùn thải (Sommers et al, 1976)

1.1.3 Tác động của bùn thải tới con người và môi trường

Bùn được xác định bởi EPA như một chất gây ô nhiễm Trong năm 2011, trong tài liệu của EPA công bố tại Hội đồng nghiên cứu Quốc gia Hoa Kỳ (NRC) để xác định các nguy cơ tới sức khỏe của con người và sinh vật do bùn thải, đã chỉ ra rằng rất nhiều sự nguy hiểm của bùn chưa được làm rõ hoặc chưa được quan tâm thỏa đáng, đặc biệt khi bùn thải đô thị được sử dụng như một loại phân bón hữu dụng hay nước thải từ nguồn nước thải đô thị bị ô nhiễm được sử dụng như một nguồn nước tưới

Bùn thải chứa vi khuẩn gây bệnh, vi rút và các động vật nguyên sinh cùng với giun sán ký sinh trùng khác có thể làm tăng nguy cơ tiềm ẩn đối với sức khỏe của con người, động vật và thực vật Bổ sung bùn tươi vào đất gây ra mức độ vi khuẩn E coli tăng lên giá trị lớn hơn đáng kể Theo WHO (1981), báo cáo về nguy

cơ đối với sức khỏe đã xác định các vi sinh vật gây bệnh chủ yếu là Salmonella và Taenia là mối quan tâm lớn nhất

Bùn thải từ các nhà máy xử lý nước thải tuy được xử lý qua các quy trình phức tạp về mức độ ô nhiễm giảm nhưng không loại bỏ hết được tác nhân gây bệnh

và các chất nguy hại ở mức độ thấp của các thành phần như PAHs, PCB, dioxin, kim loại nặng Các nghiên cứu khác kết luận rằng thực vật hấp thu một lượng lớn kim loại nặng và các chất ô nhiễm độc hại được lưu giữ sản phẩm, sau đó được tiêu thụ bởi con người (Turek et al, 2005)

Bùn thải tác động đến sức khỏe con người có thể được chia thành ảnh hưởng nhìn thấy ngay sau khi tiếp xúc (như: mùi hôi, nhiễm trùng do hít/ nuốt vi khuẩn) hoặc phát sinh do tiếp xúc dài hạn (tiếp xúc với kim loại phát tán từ quá trình xử lý bùn), ảnh hưởng từ từ, không thấy ngay được hậu quả Những người có nguy cơ bị ảnh hưởng nhiều nhất là người thường xuyên tiếp xúc với bùn thải như nhân viên

xử lý nước thải, công nhân nạo vét bùn, công nhân tại các cơ sở ủ phân, nông dân canh tác trên đất từ bùn thải và các hộ gia đình có sự tiếp xúc [18]

Ở Việt Nam, hiện nay chưa có đánh giá đầy đủ, cụ thể về những tác hại của bùn thải đối với môi trường Tuy nhiên, trên thực tế với lượng bùn thải lớn được nạo hút từ hệ thống cống rãnh thoát nước thải ra môi trường gây hậu quả nghiêm trọng Bùn thải từ hệ thống thoát nước và từ các nhà máy xử lý nước thải được xử lý

sơ bộ hoặc không được xử lý, vận chuyển tới các bãi chôn lấp hoặc được đổ tại các địa điểm không xác định, ảnh hưởng đến môi trường xung quanh, gây ô nhiễm không khí và nhất là thẩm thấu làm ô nhiễm nguồn nước ngầm, nước mặt dẫn đến chất lượng nguồn nuớc bị suy giảm

Thành phần và tính chất bùn thải có ý nghĩa quan trọng trong việc nghiên cứu khả năng tận dụng bùn cho các mục đích khác nhau (cải tạo đất nông nghiệp, san lấpmặt bằng, sản xuất vật liệu xây dựng…), nó cũng cho phép xác định các nguyênnhân tích tụ các chất ô nhiễm trong bùn của mỗi kênh rạch cũng như thành phần ônhiễm độc hại trong bùn Do đó, các tác động tiềm tàng của bùn thải đến môi trườngcó thể kể đến bao gồm:

 Gây ô nhiễm nước ngầm: Trong thành phần bùn nạo vét có chứa một lượng

nước khá lớn, vào mùa khô lượng nước này không đủ để thấm đến tầng nước ngầm

và dễ dàng bốc hơi Tuy nhiên, vào mùa mưa có thể hòa trộn các chất độc hại có trong bùn và thấm xuống mạch nước ngầm, làm ô nhiễm nước ngầm

 Gây ô nhiễm nước mặt: Giữa môi trường bùn lắng và môi trường nước có

một cân bằng nhất định, khi tính chất môi trường thay đổi, các chất ô nhiễm tích trữ trong bùn lắng có thể hòa trộn trở lại trong nước gây ô nhiễm nước

 Gây ô nhiễm không khí: Quá trình phân hủy kị khí của bùn sẽ tạo ra các khí

có mùi như H2S, CH4, NH3… gây hiệu ứng nhà kính và ảnh hưởng đến con người

 Gây ô nhiễm môi trường đất: Ô nhiễm đất chủ yếu gây ra bởi các thành phần

độc hại có trong bùn với nồng độ cao, bao gồm chất hữu cơ, các kim loại nặng và cả những chất khó phân hủy như bao nylon, lon sắt trong bùn nạo vét sẽ gây ô nhiễm đất và khó khắc phục

 Tác động đến hệ sinh thái: Làm mất mỹ quan đô thị, ảnh hưởng đến thủy

sinh sống trong nước

 Tác động đến động vật: bùn đáy cũng là môi trường sống của hàng nghìn

loài sinh vật, vi sinh vật… và thông qua chuỗi thức ăn mà bùn có thể tác động đến các động vật bậc cao hơn trong đó có con người, đặc biệt là bùn chứa nhiều KLN)

Hàm lượng kim loại nặng trong bùn là mối quan tâm đầu tiên khi nạo vét kênh rạch, có liên quan chặt chẽ đến mục đích tái sử dụng bùn hoặc các tác động đổ bùn không đúng quy định như ảnh hưởng đến hệ sinh thái tại khu vực bãi đổ bùn Thành phần các kim loại nặng rất dễ hấp thụ trên bề mặt các chất lơ lửng dạng hữu

cơ và vô cơ Khi các chất này lắng xuống tạo thành bùn lắng thì các kim loại nặng cũng sẽ bị tích tụ trong bùn Một số kim loại nặng là các nguyên tố vi lượng không thể thiếu đối với các loại sinh vật trong quá trình trao đổi chất, tuy nhiên một số kim loại nặng khác lại là chất độc Có 6 nguyên tố cơ bản là (Fe, Zn, Mn, Cu, Mo, Co) được gọi là các chất dinh dưỡng vi lượng cần thiết cho cây Các kim loại khác như

Ca, Si, Ni, Se, Al cần thiết cho quá trình đồng hóa của cây nhưng lại không cần thiết cho các sinh vật khác Đối với Hg và Pb là những thành phần kim loại hoàn toàn không cần thiết cho thực vật, vi sinh vật và gây độc đối với con người

1.1.4 Các quy chuẩn, tiêu chuẩn về bùn thải

Việc đánh giá mức độ tác động và ảnh hưởng của bùn thải cần có một tiêu chuẩn để tham chiếu, tuy nhiên hiện nay chúng ta chưa có một tiêu chuẩn đánh giá bùn thải riêng của Việt Nam, do vậy việc so sánh tính chất bùn thải được dựa theo các tiêu chuẩn của các nước phát triển [18]

 Tiêu chuẩn của EU

 Đối với các hợp chất hữu cơ

Bảng 1.2.Tiêu chuẩn của EU đối với các hợp chất hữu cơ có trong bùn thải

bình (mg/kg)

Đề xuất tối đa ủa

EU (mg/kg)

Nonylphenol and ethoxylates (NPE) 26 (UK: 330 – 640) 50

[2] Đơn vị: ng/kg TEQ (lượng độc hại tương đương)

 Đối với kim loại nặng

Bảng 1.3 Giới hạn hàm lƣợng kim loại nặng trong bùn và đất và giới hạn tối đa

cho phép trong bùn theo EU [18]

[2] Không bao gồm Ba Lan và Hy Lạp (Athena WWTS) Zn trung bình trong bùn Ba Lan và bùn từ HTXLNT Athens tương ứng là 3641 và 2752 mg/kg Giá trị trung bình của châu Âu bao gồm cả Ba Lan và Hy Lạp là 1222 mg Zn/kg;

Giá trị giới hạn của kim loại nặng trong bùn theo quy định của một số quốc gia được trình bày trong Bảng 1.4 Trong đó, hầu hết các giá trị giới hạn thấp hơn nhiều so với yêu cầu của Quy chuẩn 86/278/EEC

 Quy định của một số nước trên thế giới

Bảng 1.4 Giá trị giới hạn của một số kim loại trong bùn (mg/kg)

Các vi sinh vật gây bệnh phổ biến nhất được quy định trong điều luật là vi khuẩn Salmonella và Enterovirus Các giá trị giới hạn này ở mỗi quốc gia là khác nhau và được trình bày ở bảng dưới đây Ngoài ra, theo quy định tại Ba Lan, bùn không được sử dụng nếu chứa vi khuẩn Salmonella và các yếu tố gây bệnh khác

Bảng 1.5 Giá trị giới hạn nồng độ của các vi sinh vật gây bệnh [8]

Trứng giun sán: 3 MPCN/10g

Ba Lan Bùn không được sử dụng

nếu chứa Salmonella

Ký sinh trùng: 10/ kg

MPN: Most Probable Number;

MPCN: Most Probable Cytophatic Number

 Tại Đan Mạch, bùn sau xử lý phải không có sự xuất hiện của vi khuẩn

Salmonella và phân liên cầu khuẩn phải dưới 100/g (SO/2000/49)

 Tại Việt Nam, Quy định, phân loại quản lý bùn thải

- Bùn thải từ hệ thống xử lý nước thải được quản lý theo quy định về quản lý

chất thải rắn (từ điều 77 đến điều 80, Mục 3, Chương VIII, Luật Bảo vệ môi trường năm 2005)

- Bùn thải có yếu tố nguy hại phải được quản lý theo quy định về chất thải

nguy hại (từ điều 70 đến điều 76, Mục 2, Chương VIII, Luật Bảo vệ môi trường)

Việt Nam đã ban hành Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngưỡng chất thải nguy hại QCVN 07: 2009/BTNMT, được áp dụng với bùn thải trong trường hợp xác định ngưỡng nguy hại của các thông số trong bùn thải từ các hệ thống xử lý nước và hiện đang xây dựng quy chuẩn riêng quy định ngưỡng nguy hại của các thông số trong bùn thải phát sinh từ hệ thống xử lý nước thải, xử lý nước cấp (gọi chung là hệ thống xử lý nước), làm cơ sở để phân loại và quản lý bùn thải

Theo đó, ngưỡng nguy hại của bùn thải tính theo hàm lượng tuyệt đối (Htc, ppm) xác định theo công thức: Htc = H.(1+19.T)/20,

trong đó:

Htc- giá trị ngưỡng hàm lượng tuyệt đối (ngưỡng nguy hại của bùn thải tính theo hàm lượng tuyệt đối);

H (ppm) - giá trị hàm lượng tuyệt đối cơ sở được quy định trong Bảng 1.6;

T - tỷ số giữa khối lượng thành phần chất khô trong mẫu bùn thải trên tổng khối lượng mẫu bùn thải

Bảng 1.6 Hàm lượng tuyệt đối cơ sở (H) của các thông số trong bùn thảia

bùn thải tại một số quốc gia được trình bày trong Bảng 1.7

Bảng 1.7 Phương pháp xử lý bùn thải tại một số quốc gia

Quốc gia

Sản xuất hàng năm (1.000 tấn khô)

Phư ng ph p ử lý (tỷ lệ %) Nông

Phương pháp thiêu đốt là phương pháp khá phổ biến trên thế giới hiện nay để

xử lý chất thải rắn nói chung, đặc biệt là chất thải rắn độc hại và bùn thải công nghiệp Đây là phương pháp xử lý triệt để nhất so với các phương pháp khác Thiêu đốt là giai đoạn oxy hóa nhiệt độ cao với sự có mặt của oxy trong không khí, các thành phần rác độc hại được chuyển hóa thành khí và các thành phần không cháy được (tro, xỉ) Xử lý chất thải bằng phương pháp thiêu đốt có ý nghĩa quan trọng

trong việc giảm tối đa chất thải cho khâu xử lý cuối cùng là đóng rắn hoặc tái sử dụng tro xỉ

Ưu điểm của phương pháp thiêu đốt là xử lý triệt để các chỉ tiêu ô nhiễm của chất thải rắn, giảm tối đa thể tích của chất thải rắn, hơn nữa xử lý được toàn bộ chất thải rắn mà không cần nhiều diện tích như biện pháp chôn lấp Tuy nhiên, giá thành đầu tư, chi phí tiêu hao năng lượng cao và chi phí xử lý lớn

1.2.3 Xử lý bằng phương pháp ủ sinh học

Ủ sinh học là quá trình ổn định sinh học các chất hữu cơ để thành các chất thải mùn Quá trình ủ thực hiện theo hai phương pháp: ủ yếm khí và ủ hiếu khí (thổi khí cưỡng bức) Việc ủ chất thải với thành phần chủ yếu là các chất hữu cơ có thể phân hủy được Đối với nguồn bùn chưa tập chung thì có thể áp dụng phương pháp này, do lượng chất hữu cơ chứa nhiền trong bùn Tuy nhiên, đối với bùn thải công nghiệp nói riêng chứa nhiều kim loại nặng là không phù hợp

 Ủ compost (ủ hiếu khí)

Ủ hiếu khí là một phương pháp ổn định bùn trong đó các chất hữu cơ trong bùn

bị phân huỷ bởi các vi sinh vật trong điều kiện có mặt khí oxy Trong suốt quá trình

ủ, oxy sẽ được tiêu thụ dần đến hết và điều kiện chuyển từ hiếu khí sang kỵ khí, nhiệt độ có thể tăng từ 60 - 70oC sẽ tiêu diệt hầu hết các vi sinh vật gây bệnh Kết quả của quá trình ủ bùn là sản phẩm dạng mùn có thể được sử dụng để cải tạo đất (làm tăng độ ẩm, độ phì nhiêu), kiểm soát xói mòn, lớp phủ Quá trình ủ có thể được tiến hành chỉ với bùn hoặc hỗn hợp bùn với chất thải rắn đô thị, phế thải nông nghiệp và chăn nuôi Ủ hiếu khí phụ thuộc vào nhiều thông số hoạt động, trong đó

bao gồm oxy sẵn có trong đống ủ, độ ẩm, nhiệt độ và hàm lượng chất rắn bay hơi dễ phân huỷ sinh học

 Phân hủy kỵ khí

Phân hủy kỵ khí là một trong những quá trình được sử dụng lâu đời nhất để

ổn định bùn thải Phân hủy yếm khí gồm sự phân hủy của vật chất hữu cơ và vật chất vô cơ (chủ yếu là sunphat) trong sự vắng mặt của phân tử oxy Ứng dụng chính của phân hủy yếm khí là trong quá trình ổn định bùn được cô đặc được tạo thành từ quá trình xử lý nước thải công nghiệp và đô thị Phân hủy yếm khí bùn thải đô thị trong nhiều trường hợp có thể tạo ra khí phân hủy đủ để đáp ứng được hầu hết nhu cầu năng lượng cho hoạt động của một nhà máy, cộng đồng dân cư tùy thuộc vào quy mô của hệ thống phân hủy yếm khí

Mô hình sản xuất khí sinh học từ bùn thải do Nguyễn Thị Thủy (2013) đề xuất

có bổ sung thêm chế phẩm EM giúp thúc đẩy hiệu quả của quá trình phân huỷ kỵ khí bùn thải làm tăng năng suất và tốc độ sinh khí (năng suất sinh khí tăng từ 1,15 đến 1,4 lần tuỳ loại bùn ủ), giảm thời gian ủ do quá trình phân giải vật chất bởi các

vi sinh vật được rút ngắn

Quy trình tái sử dụng bùn thải thu hồi khí biogas : Bùn thải từ trầm tích sông

hồ, hố ga, hệ thống XLNT được phối trộn với chế phẩm EM tỷ lệ 1/100 , đảo trộn sau đó ủ kỵ khí trong vòng 35 ngày Thiết kế mô hình thu khí từ bùn sau khi ủ như trên Hình 1

Hình 1.1 Mô hình ủ kỵ khí bùn thải trong phòng thí nghiệm

Mô hình được làm bằng 2 bình thủy tinh kín, thể tích 2,5 l và 1 bình đong lượng nước đẩy ra, các bình được liên kết thông qua các hệ thống ống dẫn khí bằng thủy tinh và dây dẫn khí bằng nhựa, các mối nối được kiểm tra để đảm bảo không rò khí ra ngoài Bùn được ủ vào bình 1, bình 2 chứa đầy nước, bình 3 thu nhận lượng nước bị khí đẩy ra từ bình 2 Lượng bùn đưa vào bình sẽ tương ứng thể tích 2,3 l/2,5

l của bình, thời gian tiến hành khảo sát quá trình phân huỷ kỵ khí bùn thải sinh khí biogas là 35 ngày

Kết quả mô hình:

Mô hình thí nghiệm đã cho thấy thời gian phân hủy kỵ khí trong 35 ngày là hợp lý khi hầu hết các mẫu bùn ủ đều sinh hết khí trong thời gian ủ trên Đối với mẫu bùn còn sinh khí tại ngày thứ 35, lượng khí sinh ra quá nhỏ và quá trình phân hủy kỵ khí được coi như kết thúc sau ngày 35

Các mẫu bùn có bổ sung thêm chế phẩm EM giúp thúc đẩy hiệu quả của quá trình phân huỷ kỵ khí bùn thải làm tăng năng suất và tốc độ sinh khí (năng suất sinh khí tăng từ 1,15 đến 1,4 lần tuỳ loại bùn ủ), giảm thời gian ủ do quá trình phân giải vật chất bởi các vi sinh vật được rút ngắn

1.2.4 Xử lý bằng phương pháp thu hồi tái chế

Phương pháp thu hồi, tái chế và tận dụng đem lại hiệu quả kinh tế lớn, tiết kiệm được tài nguyên thiên nhiên bởi việc thay thế các nguyên liệu gốc, làm giảm lượng chất thải, giảm ô nhiễm môi trường, giảm chi phí xử lý, giảm diện tích giành cho các bãi chôn lấp Một số nước phát triển trên thế giới đã phát triển xu thế tái chế chất thải trở thành ngành công nghiệp môi trường

Ứng dụng của cặn thải từ nước thải đô thị tới đất trồng trọt quy mô lớn lần đầu tiên được thực hiện khoảng 150 năm trước tại các thành phố ở Tây Âu và Bắc

Mỹ Tại Trung Quốc, bùn thải đã được tận dụng để chạy máy phát điện với nhà máy

có công suất tối đa là 135MW Một ví dụ khác, tại Nhật Bản đã áp dụng trong quy trình đóng rắn bùn bằng nhiệt để tạo ra các sản phẩm nhẹ, gạch, ngói và xỉ Theo kinh nghiệm của các nhà sản xuất Nhật Bản thì đây là công nghệ có tính khả thi nhưng hiệu quả kinh tế không cao, giá sản xuất cao hơn giá cả thị trường, nhu cầu

năng lượng lớn Tuy nhiên, đây là công nghệ phù hợp với các thành phố lớn để xử

lý bùn thải, sản phẩm có thể tái sử dụng ngay trong thành phố

Ở nước ta cũng đã có nhiều hướng nghiên cứu được phát triển nhằm mục đích tận thu, sử dụng hiệu quả và quản lý bùn thải tốt hơn Một số nghiên cứu, hướng phát triển cụ thể đã được công bố như: Nghiên cứu quy trình công nghệ thu hồi niken của TS Nguyễn Văn Chiến - Phó Viện trưởng Viện nghiên cứu Mỏ và Luyện kim; Tái chế bùn thải sinh học thành nguyên liệu tạo ra chế phẩm vi sinh vật của nhóm các nhà nghiên cứu thuộc Viện Công nghệ môi trường; Sản xuất vật liệu xây dựng từ bùn thải của nhóm nghiên cứu và phát triển công nghệ mới thuộc Hội Khoa học và Kỹ thuật xây dựng Tp Hồ Chí Minh; Sản xuất vật liệu xây dựng nhà ở

và đường giao thông nông thôn từ bùn đỏ và tro bay – công nghệ Geoplymer được thực hiện bởi PGS TS Nguyễn Văn Chánh cùng nhóm cộng sự Trường Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh; Tận dụng bùn thải từ công nghệ chế biến nông sản thực phẩm và thuỷ hải sản để sản xuất phân hữu cơ sinh học bằng phương pháp ủ men vi sinh của Viện Ứng dụng Công nghệ tại Tp Hồ Chí Minh

Tại trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội, Nguyễn Thủy Tiên (2013) đã đề xuất mô hình sản xuất phân bón bằng phương pháp ủ kỵ khí bùn thải có bổ sung chế phẩm EM để sản xuất phân bón hữu cơ khoáng Quy trình được đề xuất khá đơn giản và có thể áp dụng đồng thời để sản xuất khí sinh học (biogas) tại chỗ sử dụng túi/hầm ủ bằng vật liệu PE, HDPE Quá trình bao gồm các bước sau: Bùn thải đầu vào (có hàm lượng hữu cơ tổng số ≥ 15%) được khử/tách nước để giảm độ ẩm xuống mức ≤ 25%, sau đó bùn được đảo trộn cùng với chế phẩm EM theo tỷ lệ khối lượng chế phẩm: bùn thải là 1:100, hỗn hợp này được ủ kỵ khí trong khoảng thời gian 1 tháng Sau quá trình ủ, phân bùn thu được tiếp tục được phối trộn với phân bón hoá học để tạo thành phân bón hữu cơ khoáng

có chỉ tiêu định lượng bắt buộc về tổng hàm lượng Nts+ P2O5hh + K2Ohh; Nts+

P2O5hh; Nts + K2Ohh; P2O5hh + K2Ohh ≥ 8% (TT 36/2010/BNNPTNT)

Các kết quả phân tích, thử nghiệm của nghiên cứu này đã cho thấy mô hình tái

sử dụng bùn thải làm phân bón bằng phương pháp ủ kỵ khí có nhiều thuận lợi và tính khả thi trong thực tiễn

 Thu hồi kim loại nặng

Bùn từ các nhà máy xử lý nước thải tập trung của khu công nghiệp, nhà máy luyện kim, cơ khí, xử lý nước chứa nhiều kim loại nặng như chì, thủy ngân, niken, crom, đồng, sắt… được thu gom và sử dụng phương pháp sinh học để tách kim loại Bùn thải từ nhà máy nước và nhà máy mạ chứa nhiều sắt (hàm lượng sắt từ 1.778 – 5.334 mg/kg) nên được tận dụng làm bột màu hoặc sản xuất đinh Theo tính toán trong phòng thí nghiệm, xử lý một tấn bùn chứa kim loại nặng bằng phương pháp truyền thống (sấy khô, đốt, hóa rắn, chôn lấp) phải mất 4 triệu đồng, trong khi xử lý bằng phương pháp sinh học và hóa học chỉ mất 1,3 triệu đồng

 Làm chất đốt thay thế cho nhiên liệu than trong sản xuất điện năng

Một số nước trên thế giới đã tận dụng bùn thay cho than để làm nhiên liệu sản xuất điện năng

Trung Quốc đã dùng bùn thải có nhiệt lượng từ 3200 – 3500 kcal làm nhiên liệu cho nhà máy điện có công suất tới 135MW

Tại Nhật Bản, thành phố Tokyo lắp đặt thiết bị thí nghiệm có khả năng xử lý

5 tấn bùn thải mỗi ngày tại cơ sở xử lý của thành phố Tính toán trong phòng thí nghiệm cho biết, việc sử dụng bùn thu từ nước thải (khoảng 3000 tấn/ngày) từ 23 quận của Tokyo có thể làm nhiên liệu cho các nhà máy điện cung cấp điện năng cho khoảng 8000 hộ gia đình

Tại Việt Nam, mô hình thử nghiệm sản xuất chất đốt từ bùn thải được đề xuất bởi nghiên cứu của Hoàng Đức Thắng (2015) Bùn thải sau quá trình ép bùn, phơi bùn tại NMXLNT được phối trộn cùng than cám 6bHG (TCVN 1790:1999) theo tỷ lệ tối đa không quá 30% (% bùn theo khối lượng khô) Sau đó, hỗn hợp sẽ được định hình/ép thành các viên than tổ ong loại khuôn 1kg sử dụng máy đóng than tại cơ sở sản xuất than tổ ong số 95, ngõ 467, đường Lĩnh Nam, quận Hoàng Mai, Hà Nội Các viên than sau đó sẽ được xác định lại các đặc tính(độ ẩm, kích thước, khối lượng, độ tro, nhiệt trị, thời gian bén cháy và thời gian sử dụng)và kiểm tra tính an toàn khi đốt (thành phần cơ bản khí thải: tổng bụi, CO, SO2, NO2, ; KLN

dễ hoá hơi như: Cu, Cr, Cd, Pb, Zn, Ni; giá trị pH, thành phần KLN trong xỉ)

1 Nghiên cứu đã cho thấy việc phối trộn mẫu bùn thải B2 cùng với than cám ở mức 5%, 15% và dưới 30% là phù hợp để sản xuất các viên than tổ ong ngoài thực

tế, đảm bảo được 3 tiêu chí đưa ra về kinh tế, kĩ thuật và môi trường (trong đó, tiêu chí về môi trường được đặt ưu tiên hơn 2 tiêu chí còn lại)

2 Hàm lượng bụi lơ lửng tổng số khi đốt các viên than nằm trong giới hạn cho phép được quy định tại QCVN 05:2013/BTNMT (300 µg/m3

) và TCVN 4600:1994 (500 µg/m3); Nồng độ các khí thải NO2, SO2 và CO phát sinh khi đốt các viên than

có xu hướng giảm khi tăng tỷ lệ bùn phối trộn và thấp hơn nồng độ khí thải phát sinh khi đốt viên than ĐC; Hàm lượng các KLN (Zn, Pb, Cd, Cr, Ni và Cu) trong khí thải phát sinh khi đốt các viên than đều thấp hơn giá trị giới hạn cho phép tương ứng được quy định tại QCVN 06:2009/BTNMT; Tro của các viên than có giá trị pH

từ trung tính đến kiềm khi tăng tỷ lệ phối trộn bùn từ 5% lên 45% và đều cao hơn giá trị pH của tro viên than ĐC; Hầu hết hàm lượng một số KLN linh động (Zn, Pb,

Cd, Cr, Ni và Cu) trong tro của các viên than đều cao hơn viên than ĐC và có xu hướng tăng khi tăng tỷ lệ bùn phối trộn từ 5% lên 45%;

là công nghệ phù hợp với các thành phố lớn để loại bỏ bùn thải, sản phẩm được tái

sử dụng ngay ở thành phố

 1.2.5 Ổn định bùn thải bằng vôi bội

Sử dụng vôi bột để nâng pH của bùn thải lên 12 làm cho vi khuẩn có thể bị diệt hoặc ngưng hoạt động Với lượng vôi đủ lớn bùn thải sẽ được giảm lượng nước (khô hơn) và các quá trình lên men sẽ ngưng lại trong thời gian dài Vôi cũng có tác dụng giữ lại rất hiệu quả P và các kim loại nặng trong thành phần của bùn

 1.2.6 Phương pháp Pasteur

Bùn thải được làm nóng bằnggia nhiệt trong thời gian 30 phút Biện pháp này nhằm diệt một số vi khuẩn gây bệnh thông thường và áp dụng để ổn định bùn thải trước khi đổ thải hoặc chôn lấp Bùn thải sau khi áp dụng phương pháp Pasteur

dễ dàng bị nhiễm khuẩn trở lại chỉ trong một khoảng thời gian ngắn

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu

- Các công nghệ xử lý bùn thải đô thị hiện nay;

- Các mẫu bùn thải được lấy từ hệ thống thoát nước, bùn thải từ trạm XLNT tập trung, phân bùn tự hoại tại Hà Nội

 2.1.2 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu: Một số khu vực nội thành trên địa bàn thành phố Hà Nội: quận Ba Đình, quận Hoàn Kiếm, Cầu Giấy, Đống Đa, Hai Bà Trưng, Hoàng Mai, Thanh Xuân, Nam Từ Liêm, Thanh Trì, Hà Đông

2.2 Phư ng ph p nghiên ứu

 2.3.1 Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu

Kế thừa các kết quả khảo sát, nghiên cứu khoa học đã được công bố có liên quan đến khu vực nghiên cứu Các thông tin liên quan đến lượng chất thải phát sinh, lượng chất thải thực tế được thu gom, xử lý và các thông tin về công tác quản lý hiện nay Đây là phương pháp thông dụng và thường xuyên được sử dụng khi cần

có thông tin về vấn đề nghiên cứu Tài liệu, số liệu được thu thập từ các cơ quan,

ban ngành liên quan và từ thư viện, internet

 2.3.2 Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa

Thu th Phương pháp điều tra, khảo sát thực địtừ thư viện, intergiá hiPh tr hiPhương pháp điều tra, khảo sát thực địtừ thư viện, internet cường Phương pháp này nhằm kiểm chứng và so sánh lại mức độ chính xác của các tài liệu, số liệu, thông tin đã thu thu hiPhư

2.3.3 Phương pháp đánh giá nhanh

Đã quan sát và đánh giá nhanh nho sát thực địtừ thư viện, internet cường Phương pháp này nhằm ki xử lý bùn thải đang áp dụng hiện nay, chất th quan sá sinh và các đ đánh giá nhanh nho sát thực địtừ thư viện, internet cường Phương pháp này nhằm ki xử lý vinh và các đ đánh giá nhanh nho sát thực địtừ thư viện,

2.3.4 Phương pháp lấy mẫu, bảo quản và phân tích mẫu

Các mẫu bùn và trầm tích được lấy và bảo quản theo QCVN 43 :

2012/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượng trầm tích Trong đó

Lấy mẫu để xác định chất lượng trầm tích áp dụng theo hướng dẫn của các tiêu chuẩn quốc gia sau đây:

- TCVN 6663 - 3:2000 - Chất lượng nước - Lấy mẫu Phần 13: Hướng dẫn lấy mẫu bùn nước, bùn nước thải và bùn liên quan

- TCVN 6663 - 15: 2004 - Chất lượng nước - Lấy mẫu Hướng dẫn bảo quản

và xử lý mẫu bùn và trầm tích

Một số các phương pháp phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm được thể

hiện trong Bảng 2.1

Bảng 2.1 Các phương pháp phân tích mẫu bùn sử dụng làm phân bón

và thu hồi khí sinh học

Các tài liệu liên quan đến nội dung nghiên cứu được thu thập từ một số cơ quan quản lý: Sở Xây dựng Hà Nội, Viện Quy hoạch xây dựng Hà Nội, Sở Tài nguyên và Môi trường Hà Nội; Cơ quan dịch vụ về xử lý, rác thải tại Hà Nội và từ các sách, báo, tạp chí trong và ngoài nước tại thư viện trường Đại học Khoa học Tự nhiên và các nội dung được tổng hợp từ các website liên quan

 2.3.6 Phương pháp đánh giá, tổng hợp và so sánh

Các kết quả sau khi phân tích ở phòng thí nghiệm được xử lý, tính toán bằng phần mềm Excel Sau đó, dựa vào số liệu tổng hợp được để đánh giá tính chất, đặc tính của mẫu các mẫu bùn thải Từ đó, đưa ra các hướng giải quyết và xử lý các loại bùn bằng các phương pháp thích hợp

Để đánh giá mức độ phù hợp của các yếu tố hóa lý của mẫu bùn thải, đã sử dụng các Quy chuẩn để so sánh:

+ Thông tư số 36:2010/BNNPTNN; Quy định sản xuất, kinh doanh và sử dụng phân bón ngày 24 tháng 6 năm 2010

+ Các văn bản mới quản lý nhà nước về phân bón, Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn – Cục trồng trọt – Trung tâm Khuyến nông quốc gia (2007).Nxb Nông nghiệp, Hà Nội,

+ QCVN 03:2008/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về giới hạn nồng độ cho phép của kim loại nặng trong đất, Bộ Tài nguyên và Môi trường (2008),

+ QCVN 50:2013/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngưỡng nguy hại đối với bùn thải từ quá trình xử lý nước

+TCVN 4600:1994: Viên than tổ ong – Yêu cầu kỹ thuật và vệ sinh môi trường + TCVN 1790:1999: Than Hòn Gai – Cẩm Phả - Yêu cầu kỹ thuật

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 NguVÀ THẢO kh1 NguVÀ THẢO LUẬN và đNguVÀ T bùn thuVÀ THẢO LUẬNhthành phV Hà N p

 3.1.1 Nguồn gốc phát sinh

Hà Nội là trung tâm hành chính của cả nước, với hơn 30 đơn vị hành chính gồm 12 quận, 17 huyện, 01 thị xã và 577 đơn vị hành chính cấp xã với diện tích hơn 3.344,6 km2, dân số 6.696,6 nghìn người.Các đơn vị hành chính cấp xã gồm 401 xã,

154 phường và 22 thị trấn

Trong khuôn khổ luận văn này, tập trung nghiên cứu bùn phát sinh ở khu vực

10 quận nội thành Hà Nội bao gồm: quận Ba Đình, quận Hoàn Kiếm, quận Cầu Giấy, quận Đống Đa, quận Hai Bà Trưng, quận Hoàng Mai, quận Thanh Xuân, quận Nam Từ Liêm, quận Thanh Trì, quận Hà Đông Diện tích và dân số một số khu vực nghiên cứu được thể hiện tại Bảng 3.1

Bảng 3.1 Diện tích dân số và đơn vị hành chính một số khu vực Hà Nội

(Nguồn niên giám thống kê Hà Nội năm 2015)

Hệ thống thoát nước (HTTN) đô thị tại Hà Nội chủ yếu là HTTN chung cho

các đô thị khác, nguồn phát sinh bùn thải đô thị tại thành phố bao gồm: Bùn từ bể tự hoại; bùn cặn lỏng từ cống thoát nước; bùn trầm tích từ việc nạo vét sông hồ và bùn tạo thành từ quá trình xử lý tại các nhà máy XLNT

Theo nguồn gốc phát sinh, bùn thải trên địa bàn thành phố Hà Nội được thể hiện trên Hình 3.1

Hình 3.1 Sự hình thành bùn thải trên HTTN đô thị Hà Nội

Ghi chú: Giếng tách nước thải hay giếng tràn (hố xả tràn cống chung) dùng cho hệ thống thoát nước nửa riêng Đặc điểm, tại các giếng này khi lưu lượng nước mưa nhỏ sẽ thoát chung với nước thải về khu xử lý, khi mưa lớn nước mưa tương đối sạch sẽ chảy thẳng ra nguồn tiếp nhận

- Nước thải đen: Nước thải từ nhà vệ sinh được gọi là nước thải đen;

- Nước thải xám: Nước thải xám là lượng nước thải bao gồm nước giặt giũ

đồ quần áo, nước tắm rửa và nước từ nhà bếp, nhà ăn

 3.1.3 Đặc tính

Nước thải đen từ khu dân cư

Nước thải sản xuất từ các cơ sở sản xuất

và dịch vụ Nước thải xám từ khu dân cư

Nước mưa và nước bề mặt

Bùn kênh

hồ

Bùn cặn nước thải

 Bùn thải từ mạng lưới cống thoát nước

Bùn thải phân bố không đồng đều trên HTTN từ các tuyến cống thoát nước Thành phần bùn thải thay đổi theo chiều dài cống, thời gian mùa mưa và cường độ trận mưa Về mùa khô, cống thoát nước tiếp nhận các loại nước thải và nước rửa đường, tưới cây, bùn thải tập trung vào đầu tuyến cống Trong mùa mưa, bùn thải

có hàm lượng hữu cơ cao và tập trung nhiều trên kênh mương và ao hồ đô thị

Một số kết quả phân tích đặc tính của 10 mẫu trầm tích đáy được lấy từ sông,

hồ trên địa bàn khu vực nghiên cứu, gồm: 6 mẫu dọc sông Tô Lịch, tại các khu vực: cầu Khương Đình (B1), đập Thịnh Liệt (B2), cầu Nguyễn Khánh Toàn (B3), cầu Trung Hoà (B4), khu đô thị Bắc Linh Đàm (B5) và cầu Lủ (B6); 2 mẫu dọc sông Nhuệ: khu vực cầu Trắng (B7) và cầu Mậu Lương (B8)); 1 mẫu từ hồ Ba Mẫu (B9)

và 1 mẫu từ hồ Văn Quán (B10) được trình bày trong Bảng 3.2

Bảng 3.2 Kết quả phân tích một số tính chất lý hóa, kim loại nặng và vi sinh vật của bùn trầm tích khu vực nghiên cứu

STT Ký hiệu

mẫu

Độ ẩm (%) pH H2O %CHC %N

Zn (mg/kg)

Cd (mg/kg)

E.Coli (CFU/g)

Salmonella (CFU/g)

Clostridium perfrigens (CFU/g)

Từ các số liệu phân tích trình bày trong Bảng 3.2 cho thấy:

Giá trị pH trong đa số các mẫu bùn trầm tích đều ở mức trung tính (pH = 6,6-7,5) chỉ có mẫu B4 thuộc mức kiềm yếu (pH = 7,6-8,0);

So với hàm lượng CHC tổng số trong bùn thải khi sử dụng làm phân bón [3]

thì hàm lượng CHC trong các mẫu bùn B1, B4, B6, B7 B9 và B10 đều ở mức khá (CHC> 8 %); hàm lượng các chất dinh dưỡng Nts, Pts và Kts của các mẫu bùn thải ở mức cao (Nts>0,3%, Pts>0,46%, Kts>0,24) so với hàm lượng N, P2O5, K2O5 tổng

số trong bùn thải khi sử dụng làm phân bón [3] Số lượng vi sinh vật ở mức cao

(dao động từ 9 102 – 40.103CFU/g) Đây cũng là kết quả đặc trưng của sông hồ Hà

Nội (90% sông hồ của Tp Hà Nội đang bị ô nhiễm nghiêm trọng [21]

 Bùn thải tại các nhà máy XLNT

Trên khu vực nội thành Hà Nội hiện có 4 trạm XLNT hiện đang hoạt động là TXLNT Kim Liên, Trúc Bạch, Bắc Thăng Long và Yên Sở

Tại các trạm XLNT, bùn cặn phát sinh từ công đoạn xử lý khác nhau có thành phần, tính chất khác nhau, ví dụ bùn từ bể lắng sơ cấp thường có màu xám, nhầy trong khi đó bùn từ các bể phản ứng với thành phần kim loại thường có màu tối, hoặc xám nâu, mùi khó chịu (Metcajf and Eddy,2003) Theo nhiều công trình nghiên cứu, thành phần của bùn cặn có chứa nhiều chất hữu cơ và các kim loại N, P,

K Nhưng đồng thời các chất hữu cơ dễ gây phân hủy và vi khuẩn làm ô nhiễm môi trường không khí

Ký hiệu và đặc tính lý hóa cơ bản của 3 mẫu bùn từ Nhà máy XLNT Kim Liên (MKL), Nhà máy XLNT Bắc Thăng Long (MBTL), Nhà máy XLNT Trúc Bạch (MTB) được trình bày trong Bảng 3.3

Bảng 3.3 Đặc tính hóa lý cơ bản của các mẫu bùn

trọng

Cu (mg/kg)

Nhiệt trị (Kcal/kg)

Zn (mg/kg)

Pb (mg/kg)

Cd (mg/kg)

Theo kết quả phân tích thu được trong Bảng 3.4 cho thấy, độ ẩm của các mẫu bùn là khá cao dao động từ 88,33 – 85,85 Giá trị pH trung tính, khá ổn định Hàm lượng chất hữu cơ lớn (CHC>69%) Tỷ trọng của 3 mẫu bùn tương đối nhỏ, dao động từ 1,453-1,469 Hàm lượng Cu ở các mẫu đều nằm trong giới hạn cho phép theo quy chuẩn dùng trong nông nghiệp của bùn (Quy định US – EPA) Các mẫu bùn có hàm lượng Cu chênh lệch nhau lớn và nằm trong khoảng 4,27 – 177,8 mg/kg Hàm lượng Zn của 3 mẫu bùn đều rất cao nhưng vẫn trong giới hạn cho phép theo quy chuẩn của US – EPA Hàm lượng Pb ở 3 mẫu cũng đều đạt mức cho phép so với quy chuẩn của US – EPA, hàm lượng Pb của các mẫu chênh lệch nhỏ

và dao động trong khoảng 31,96 – 41,49 mg/kg Hàm lượng Cd đều nằm dưới giới hạn cho phép theo quy chuẩn US – EPA Các mẫu bùn có hàm lượng Cd chênh lệch rất nhỏ, chúng dao động trong khoảng 2,14 – 3,05 mg/kg Mẫu MKL có hàm lượng

Cd nhỏ nhất (2,14 mg/kg)

 Bùn thải từ bể tự hoại

Thành phần và tính chất bể tự hoại rất khác nhau phụ thuộc vào yếu tố như: loại nước thải xử lý, kích cỡ và cấu tạo thiết kế bể, chế độ sinh hoạt, dinh dưỡng của người sử dụng, chế độ hút, khí hậu và thời tiết, …

Kết quả phân tích các mẫu phân bùn được lấy từ bể tự hoại của một số nhà dân trong khu vực nội thành và từ bể phốt nhà vệ sinh công cộng do công ty URENCO quản lý được trình bày trong Bảng 3.4

Bảng 3.4 Thành phần phân bùn bể phốt từ NVS tại Hà Nội

kg

Zn, mg/kg

Cd, mg/

kg

Pb, mg/

Ghi chú: