Nghiên cứu đặc tính và khả năng sử dụng bùn thải đô thị hà nội làm phân bón

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM ĐẶNG THỊ HỒNG PHƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG BÙN THẢI ĐÔ THỊ HÀ NỘI LÀM PHÂN BĨN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MƠI TRƯỜNG Thái Nguyên - 2018 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM ĐẶNG THỊ HỒNG PHƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG BÙN THẢI ĐÔ THỊ HÀ NỘI LÀM PHÂN BĨN Ngành: Khoa học mơi trường Mã số: 44 03 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Mạnh Khải GS TS Nguyễn Thế Đặng Thái Nguyên - 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi, có hỗ trợ từ tập thể hướng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải GS.TS Nguyễn Thế Đặng Các nội dung nghiên cứu kết đề tài trung thực chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu trước Nếu phát có gian lận tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm trước Hội đồng Tác giả luận án Đặng Thị Hồng Phương ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án xin chân thành gửi lời cảm ơn Ban Giám hiệu quý thầy, cô Khoa Mơi trường, Bộ phận Sau Đại học - Phòng Đào tạo Trường Đại học Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên tạo nhiều điều kiện, quan tâm giúp đỡ, bảo tận tình trình thực đề tài Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải GS.TS Nguyễn Thế Đặng trực tếp hướng dẫn, định hướng chuyên môn, truyền thụ kinh nghiệm quý báu trình thực luận án Luận án hoàn thành tài trợ từ phần kinh phí đề tài Khoa học công nghệ cấp Đại học Quốc gia Hà Nội, mã số QG 17.21 PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải chủ trì đề tài QMT.12.03 PGS,TS Trần Văn Quy chủ trì thơng qua hỗ trợ thực lấy mẫu, phân tích số têu bùn thải Tác giả chân thành cảm ơn tài trợ quý báu đề tài nêu Tôi xin chân thành cảm ơn TS Đặng Văn Thành - Phòng thí nghiệm Hóa lý Trường Đại học Y Dược - Đại học Thái Nguyên hỗ trợ, hướng dẫn cho phép tơi thực thí nghiệm phòng thí nghiệm Tôi xin chân thành cảm ơn TS Phạm Văn Ngọc - Trung tâm thực hành nghiên cứu ứng dụng - Trường Đại học Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên chia sẻ kinh nghiệm giúp đỡ điều kiện thuận lợi làm thực nghiệm xưởng phân hữu Đồng thời, xin cảm ơn đến hộ gia đình ơng Vũ Văn Mạnh, xã Đông Cao, Phổ Yên, Thái Nguyên nhà vườn Tùng Mến trường Đại học Nông Lâm đồng ý giúp đỡ tơi q trình bố trí thí nghiệm thực nghiệm Tơi xin cảm ơn bạn sinh viên khóa 44, 45 ngành khoa học môi trường, Trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên tham gia thực số nghiên cứu luận án Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp quan tâm động viên tơi suốt q trình nghiên cứu thực luận án Mặc dù cố gắng trình thực luận án khơng thể tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận góp ý q thầy, bạn bè Tôi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày tháng năm 2017 Tác giả ii Đặng Thị Hồng Phương iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT viii DANH MỤC CÁC BẢNG ix DANH MỤC CÁC HÌNH xii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục têu đề tài 2.1 Mục tiêu tổng .2 quát 2.2 Mục tiêu cụ .2 thể Ý nghĩa khoa học thực tễn đề tài Những đóng góp đề tài CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Cơ sở lý luận bùn thải đô thị 1.1.1 Khái niệm, nguồn phát sinh bùn 1.1.2 Đặc điểm bùn thải thải đô đô thị thị 1.1.2.2 Đặc điểm bùn thải nạo vét từ mạng lưới nước thị .8 1.1.2.3 Đặc điểm bùn thải từ trạm XLNT tập trung 10 1.1.3 Đặc điểm tồn bùn thải đô thị độc tính số KLN 11 1.1.4 Khả lợi ích thu từ tái sử dụng bùn thải đô thị 13 1.1.5 Thực trạng quản 15 lý bùn thải đô thị Hà Nội 1.2 Tổng quan phương pháp xử lý bùn thải đô thị 20 iv 1.2.1 Tiền xử lý, tách nước 21 1.2.2 Phương pháp loại bỏ KLN bùn thải đô thị 21 1.2.2.1 Loại bỏ kim loại dung dịch axit 21 1.2.2.2 Loại bỏ kim loại phức .24 1.2.3 Phương pháp .25 tác chôn nhân tạo lấp v 1.2.4 Phương pháp nhiệt 26 1.2.5 Sử dụng cải tạo đất nông nghiệp 28 1.3 Tổng quan phương pháp ủ phân compost 30 1.3.1 Định nghĩa .30 1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình compostng 31 1.3.2.1 Các yếu tố dinh dưỡng 31 1.3.2.2 Các yếu tố môi trường 34 1.3.2.3 Vi sinh vật ủ phân compost 37 1.3.3 Các phương pháp ủ phân compost 38 1.4 Một số nghiên cứu ủ phân compost từ bùn thải đô thị ứng dụng sản xuất nông nghiệp 40 1.4.1 Các nghiên cứu giới 40 1.4.2 Trong nước 41 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 45 2.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 45 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 45 2.1.1.1 Bùn thải đô thị 45 2.1.1.2 Vật liệu phối trộn ủ phân 45 2.1.1.3 Sản phẩm sau ủ phân 46 2.1.1.4 Cây trồng thử nghiệm hiệu lực phân HCBT 46 2.1.2 Phạm vi nghiên cứu .48 2.2 Nội dung nghiên cứu 48 2.2.1 Nội dung 1: Đặc tính bùn thải thị Hà Nội 49 2.2.2 Nội dung 2: Nghiên cứu loại bỏ số kim loại nặng (Cd, Cu, Zn, Pb, Cr) bùn thải 49 2.2.3 Nội dung 3: Nghiên cứu tận dụng bùn thải trạm XLNTSH sau xử lý KLN làm phân hữu .49 2.2.4 Nội dung 4: Nghiên cứu thử nghiệm phân HCBT trồng 49 vi 2.3 Phương pháp nghiên cứu 49 vi i 2.3.1 Phương pháp thu thập tài liệu 49 2.3.2 Phương pháp dự báo phát sinh lượng bùn thải đô thị Hà Nội 50 2.3.3 Phương pháp lấy mẫu, bảo quản phân tích mẫu .51 2.3.3.1 Vị trí lấy mẫu bùn 51 2.3.3.2 Phương pháp lấy mẫu bảo quản mẫu 54 2.3.3.3 Phương pháp phân tích phòng thí nghiệm 55 2.3.4 Phương pháp thực nghiệm 56 2.3.4.1 Thí nghiệm chiết tách số kim loại nặng (Cd, Cu, Zn, Pb, Cr) bùn thải trạm XLNTSH Kim Liên axit .56 2.3.4.2 Thí nghiệm ủ phân HCBT 57 2.3.4.3 Thí nghiệm thử nghiệm hiệu lực phân HCBT trồng 61 2.3.5 Phương pháp xử lý số liệu .66 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 67 3.1 Đặc tính bùn thải thị Hà Nội 67 3.1.1 Dự báo phát sinh số lượng loại bùn thải đô thị Hà Nội 67 3.1.1.1 Dự báo phát sinh số lượng bùn từ bể phốt đô thị Hà Nội 67 3.1.1.2 Dự báo phát sinh bùn thải HTTN .69 3.1.1.2 Dự báo phát sinh số lượng bùn thải từ trạm XLNT tập trung .70 3.1.2 Đặc tính loại bùn thải thị Hà Nội 72 3.1.2.1 Một số tính chất lý học 72 3.1.2.2 Một số tính chất hóa học 74 3.1.2.3 Một số têu sinh học bùn thải đô thị Hà Nội 84 3.1.3 Đánh giá khả tái sử dụng bùn thải đô thị Hà Nội cho mục đích nơng nghiệp 85 3.2 Nghiên cứu loại bỏ số KLN (Cu, Zn, Pb, Cr, Cd) bùn thải trạm XLNTSH dung dịch axit 87 3.2.1 Đặc điểm dạng KLN bùn thải số trạm XLNT tập trung Hà Nội 87 3.2.2 Nghiên cứu loại bỏ số KLN bùn thải trạm XLNTSH Kim Liên D u n c a n M 18 00 0, M 56 36 0, M 69 50 0, M 73 80 73 80 0, 65 M 74 23 a Sig 1.000 1.000 0.057 0.481 Bảng Hiệu suất loại bỏ Pb nồng độ axit nitric Subset for alpha = 0.05 Thời gian tương tác N a Duncan 0M 4.0333 0,1 M 42.0767 0,3M 60.3467 0,5M 61.5800 0,65M Sig 1.000 Bảng 10 Hiệu suất loại bỏ Cu nồng độ axit nitric Subset for alpha = 0.05 Nồng độ axit axetc N a 1.5133 Duncan 0M 72.2567 0,1 M 90.6433 0,3M 93.2600 0,5M 0,65M 1.000 1.000 0.057 Sig 62.0633 0.059 93.2600 94.0467 0.532 Thí nghiệm 1c Nghiên cứu loại bỏ KLN bùn thải axit xitric Bảng Hiệu suất loại bỏ Cd thời gian axit xitric Subset for alpha = 0.05 Thời gian tương tác N a 48.4833 Duncan 30 phút 120 phút 60.8800 63.6367 240 phút 69.0067 60 phút 1.000 0.154 1.000 Sig Bảng Hiệu suất loại bỏ Cr thời gian khác axit xitric Subset for alpha = 0.05 Thời gian tương tác N a 28.2200 Duncan 30 phút 120 phút 39.0467 40.1533 240 phút 41.2300 60 phút 1.000 0.154 Sig Bảng Hiệu suất loại bỏ Cu thời gian khác axit xitric Subset for alpha = 0.05 Thời gian tương tác N a 46.7367 Duncan 30 phút 60 phút 240 phút 120 phút Sig 3 51.7967 57.6400 1.000 1.000 1.000 61.6500 1.000 Bảng Hiệu suất loại bỏ Pb thời gian khác axit xitric Subset for alpha = 0.05 Thời gian tương tác N a 37.0833 Duncan 30 phút 60 phút 240 phút 120 phút Sig 3 40.3167 53.7567 1.000 1.000 1.000 55.3467 1.000 Bảng Hiệu suất loại bỏ Zn thời gian axit xitric Subset for alpha = 0.05 Thời gian tương tác N a 76.3900 Duncan 30 phút 120 phút 240 phút 60 phút Sig 3 78.0033 83.4233 177 1.000 90.1433 1.000 Bảng Hiệu suất loại bỏ Cd nồng độ axit xitric Subset for alpha = 0.05 Nồng độ axit axetc N a Duncan 0M 4.9600 0,1 M 41.8767 0,3M 83.1967 0,5M 85.9500 0,65M 86.5000 Sig 1.000 1.000 1.000 0.558 Bảng Hiệu suất loại bỏ Cr nồng độ axit xitric Nồng độ axit axetc a Duncan 0M 0,1 M 0,3M 0,5M 0,65M Sig N 3 3 0.0767 Subset for alpha = 0.05 14.6100 1.000 1.000 39.3600 1.000 Bảng Hiệu suất loại bỏ Cu nồng độ axit xitric Subset for alpha = 0.05 Nồng độ axit nitric N a 5.9800 Duncan 0M 0,1 M 41.6033 0,5M 0,3M 0,65M 1.000 1.000 Sig Bảng Hiệu suất loại bỏ Pb nồng độ axit xitric Nồng độ axit axetc a Duncan 0M 0,1 M 0,3M 0,5M 0,65M Sig N 3 3 4.0333 42.7267 43.0533 0.550 67.8967 68.9833 69.9200 0.245 Subset for alpha = 0.05 23.4533 1.000 1.000 53.1500 1.000 Bảng 10 Hiệu suất loại bỏ Zn nồng độ axit xitric Subset for alpha = 0.05 Nồng độ axit axetc N 60.0233 60.5333 0.563 D u n c a n a M 4 0, M 7 0, M 6 0, M 3 0, M 0 Sig 1.000 1.000 1.000 0.137 The SAS System 23:20 Thursday, June 17, 2017 The GLM Procedure Class Level Information Class Levels Values congthuc 45 75 90 Number of observatons The SAS System 12 23:20 Thursday, June 17, 2017 The GLM Procedure Dependent Variable: cacbon12 Source Model Error Corrected Total 0.9094000 11 Sum of Squares Mean Square DF 533.1604917 177.7201639 F Value Pr > F 1563.41 F 177.7201639 1563.41 F 177.7201639 1563.41 F Model Mean Square 3.15406667 1.05135556 1752.26 F 1.05135556 1752.26 F 1.05135556 1752.26 F Model Squares 5.07030000 1.69010000 3687.49 F 1.69010000 3687.49 F 3687.49 F Squares 917.6972933 10 1.4690667 14 229.4243233 1561.70 F 917.6972933 229.4243233 1561.70 F 917.6972933 229.4243233 1561.70 F 466.8503067 116.7125767 2040.19 F 466.8503067 116.7125767 2040.19 F 466.8503067 116.7125767 2040.19