Hiện trạng quản lý bùn cống rãnh kênh rạch nội thành TPHCM và đề xuất một số giải pháp công nghệ tái chế xử lý

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ TP HCM KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP HIỆN TRẠNG QUẢN LÝ BÙN CỐNG RÃNH, KÊNH RẠCH NỘI THÀNH TP.HCM VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ TÁI CHẾ XỬ LÝ Ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Sinh viên thực MSSV: 0811110028 : HOÀNG TRUNG HIẾU Lớp: 08CSH2 TP Hồ Chí Minh, 2011 LỜI CAM ĐOAN Là sinh viên năm cuối trường Đại Học Kỹ Thuật Cơng Nghệ, vinh dự làm khóa luận tốt nghiệp để hồn tất chương trình học trường Em tự hào người thực khóa luận này, em thấy phải có trách nhiệm thực tốt khóa luận này, em xin cam đoan khơng chép nội dung khóa luận người khác hình thức Những số liệu nội dung bai làm cho phép thu thập cách trung thực Vì lý trên, em thấy phải có trách nhiệm thực với cam đoan trên, thực khơng có sai phạm Sinh viên thực : Hoàng Trung Hiếu i LỜI CẢM ƠN Trải qua ba năm học mái trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ, giúp đỡ tận tình Thầy Cơ, em trang bị cho kiến thức chun mơn để áp dụng vào thực tiễn Từ kiến thức học em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp Qua em học nhiều kiến thức bổ ích mà trước em chưa biết Em xin chân thành cám ơn Thầy Cô khoa Môi trường Công nghệ Sinh học, giúp đỡ em tận tình ba năm học vừa qua để hồn thành khóa học Em xin cám ơn Thầy TS Thái Văn Nam tận tình hướng dẫn em suốt q trình làm khóa luận tốt nghiệp Một điều khơng thể thiếu, gia đình, cha mẹ động viên em, giúp em có thêm tinh thần, vượt qua khó khăn tinh thần, vật chất Nhờ vậy, mà em hồn thành khóa học hồn thành khóa luận tốt nghiệp Ngồi Thầy Cơ gia đình ra, điều quan trọng khơng thể thiếu, tập thể bạn lớp 08CSH trường Đại học Kỹ thuật Cơng nghệ Chính nhờ bạn, giúp đỡ động viên nhiều trình học tập, đời sống Em xin chân thành cám ơn!!! HCM ngày tháng năm 2011 Hoàng Trung Hiếu i MỤC LỤC Nhận xét giáo viên hướng dẩn Lời cam đoan i Mục lục ii Danh sách bảng iii Danh mục hình vi Danh mục từ viết tắt vii Tài liệu tham khảo viii CHƯƠNG : GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Giới thiệu chung Tp.hcm .1 1.2 Lý chọn đề tài 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1.4 Nội dung nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu .6 CHƯƠNG : TỔNG QUAN HỆ THỐNG CỐNG RÃNH - KÊNH RẠCH VÀ NGUỒN PHÁT SINH BÙN THẢI TRÊN ĐỊA BÀN TỔNG QUAN HỆ THỐNG CỐNG RÃNH – KÊNH NỘI THÀNH TP HCM 2.1 Tổng quan hệ thống cống rãnh – kênh rạch nội thành Tp.HCM 2.1.1 Hệ thống kênh rạch nội thành Tp.HCM 2.1.2 Hệ thống phân bố cống rãnh thoát nước nội thành Tp.HCM 11 2.2 Hiện trạng quản lý hệ thống thoát nước nội thành TPHCM 15 2.3 Hiện trạng môi trường khu vực nội thành TPHCM 16 ii 2.4 Các dự án cải tạo nâng cấp chất lượng mội trường Tp.HCM 18 2.4.1 Mục tiêu dự án 18 2.4.2 Giải pháp cho dự án 19 2.4.3 Một số dự án thành phần dự án nâng cấp đô thị Tp.HCM 20 CHƯƠNG : TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG QUẢN LÝ QUI TRÌNH NẠO VÉT VÀ THẢI BỎ BÙN TẠI TP.HCM 3.1 Hiện trạng nạo vét bùn cống rãnh – kênh rạch 22 3.1.1 Quy trình nạo vét bùn kênh rạch 23 3.1.2 Quy trình nạo vét bùn cống rãnh 25 3.1.2.1 Quy trình cơng nghệ nạo vét hầm ga thủ công ban đêm .25 3.1.2.2 Quy trình cơng nghệ nạo vét lịng, hầm, máng thủ cơng ban đêm .27 3.1.2.3 Quy trình cơng nghệ nạo vét hầm ga xe hút bùn ban đêm 33 3.1.2.4 Quy trình cơng nghệ nạo vét lòng, hầm, máng xe phun rửa cống xe hút bùn ban đêm 34 3.1.2.5 Quy trình cơng nghệ bơm nước lịng cống phục vụ thi công ban đêm 38 3.2 Hiện trạng vận chuyển thải bỏ bùn cống rãnh – kênh rạch Tp.HCM .42 3.2.1 Ước tính khối lượng bùn cống rãnh 43 3.2.2 Thành phần bùn cống rãnh - kênh rạch 47 3.3 Ảnh hưởng bùn thải với môi trường .61 CHƯƠNG MỘT SỐ GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ XỬ LÝ VÀ TÁI CHẾ BÙN CỐNG RÃNH – KÊNH RẠCH CÓ HIỆU QUẢ 4.1 Các phương pháp xử lý bùn cống rãnh – kênh rạch 68 4.1.1 Phương pháp thuỷ lực 68 4.1.2 Phương pháp rây 73 ii 4.2 Một số giải pháp tái chế bùn cống rãnh kênh rạch có hiệu 75 4.2.1 Phương pháp tái sử dụng bùn cát thu sau trình sử lý bùn cống rãnh – kênh rạch bùn công nghiệp sau xử lý làm gạch Block gạch thẻ 75 4.2.1.1 Tái sử dụng làm gạch Block 75 4.2.1.2 Tái sử dụng bùn làm gạch thẻ 77 4.2.2 Tái chế làm Compost 78 4.2.3 Tái sử dụng thành phần hửu bùn sau xử lý cho mục đích nơng nghiệp cải tạo đất 83 4.2.3.1 Tiêu chuẩn đánh giá thành phần dinh dưỡng bùn sau tách 83 4.2.3.2 Thành phần dinh dưỡng chất hữu co bùn công rãnh kênh rạch sau tách thủy lực 85 4.2.3.3 Đánh giá khả phát triển trồng mơi trường có sử dụng bùn 87 CHƯƠNG KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận 90 5.2 Kiến nghị .92 5.2 Phương hướng phát triển đề tài 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO ii DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1 Số lượng bùn nạo bùn kênh rạch từ 2008 – 2012 2-10 Bảng 2.2 Phân bố hệ thống thoát nước đường phố theo Quận quy mô phục vụ 2-14 Bảng 3.1 Ước tính khối lượng bùn cống rãnh cần nạo vét 3-44 Bảng 3.2 Ước tính khối lượng bùn năm 2005 đến năm 2010 theo phương án 3-47 Bảng 3.3 Qui định hàm lượng kim loại nặng đất nước phát triển 3-48 Bảng 3.4 Qui định hàm lượng kim loại nặng sử dụng bùn cống 3-49 Bảng 3.5 Giá trị TEL PEL chất ô nhiểm vi lượng bùn thải 3-49 Bảng 3.6 Tiêu chuẩn hàm lượng kim loại nặng bùn thải số nước phát triển 3-50 Bảng 3.7 Giới hạn tối đa cho phép hàm lượng As,Cd,Cu,Pb,Zn đất 3-51 Bảng 3.8 Thành phần bùn cống rãnh 3-55 Bảng 3.9 Thành phần bùn kênh rạch 3-57 Bảng 4.1 Thành phần dinh dưỡng trồng xét theo tiêu chuẩn 4-83 Bảng 4.2 Tiêu chuẩn ngành 10 TCN 526 – 2002 phân hữu vi sinh từ rác thải sinh hoạt……………………………………… 4-84 Bảng 4.3 Tính chất mẫu bùn sau tách 4-84 iii DANH SÁCH HÌNH Hình 1.1 Bản đồ thành phố Hồ Chí Minh 1-1 Hình 2.1 Nước thải hệ thống kênh rạch 2-16 Hình 2.2 Đoạn kênh nhiễm q trình nạo vét 2-17 Hình 2.3 Bãi đổ bùn tràn lan……… 2-17 Hình 2.4 Nhà máy xử lý nước thải Bình Hưng Hồ 2-21 Hình 2.5 Cầu Nguyễn Văn Cừ với Đại lộ Đông Tây 2-21 Hình 3.1 Cơng nhân nạo vét rác thải kênh Nhiêu Lộc 3-22 Hình 3.2 Nạo vét bùn kênh Nhiêu Lộc 3-23 Hình 3.3 Nạo vét bùn kênh Nhiêu Lộc 3-24 Hình 3.4 Máy quây bùn…………… 3-40 Hình 3.5 Quá trình nạo vét vận chuyển thải bỏ bùn 3-41 Hình 3.6 Bãi đổ bùn nơng trường Phạm Văn Hai huyện Bình Chánh 3-42 Hình 3.7 Bãi đổ bùn tràn lan 3-43 Hình 3.8 Đồ thị gia tăng khối lượng bùn thải ước tính đến năm 2010 3-47 Hình 3.9 Đồ thị biến thiên nồng độ trung bình Zn, Pb, Cr bùn kênh rạch TP 3-53 Hình 3.10 Đồ thị biến thiên nồng độ trung bình As, Hg bùn kênh rạch TP………………………………………………………………………………………3-54 Hình 3.11 Nồng độ As bùn kênh rạch 3-58 Hình 3.12 Nồng độ Hg bùn kênh rạch 3-58 Hình 3.13 Nồng độ Cr bùn cống rãnh 3-58 Hình 3.14 Nồng độ Zn bùn kênh rạch…………………………………… 3-59 Hình 3.15 Nồng độ Pb bùn kênh rạch…………………………………… 3-59 Hình 3.16 Một đoạn kênh Tân Hố Lị Gốm……………………………………… 3-62 Hình 3.17 Kênh Nhiêu Lộc Thị Nghè nhiễm…………………………………… 3-62 Hình 3.18 Ơ nhiễm nguồn nước làm ảnh hưởng thuỷ sinh…………………… 3-63 Hình 4.1 Mơ hình thí nghiệm tách thủy lực………………………………………… 4-68 iv Hình 4.2 Thiết bị chứa bùn tách rác đất đá có kích thước lớn 5mm……………………………………………………………………………… 4-69 Hình 4.3 Pilot xử lý bùn cống rãnh………………………………………………… 4-71 Hình4.4Mơ hình thí nghiệm tách bùn phương pháp rây……………………….4-72 Hình4.5Quytrìnhthí nghiệm tách bùn phương pháp rây ướt………………… 4-73 Hình 4.6 Quy trình thí nghiệm làm gạch…………………………………………….4-74 Hình 4.7 Máy ép gạch khn gạch……………………………………………….4-76 Hình4.8 Quy trình sản xuất gạch thẻ……………………………………………… 4-76 Hình4.9 sản phẩm gạch sau nung……………………………………………………4-77 Hình 4.10 Dây chuyền tái chế bùn thành compost………………………………… 4-79 Hình 4.11 Mơ hình thể q trình làm compost…………………………………4-11 Hình4.12 Sơ đồ nghiên cứu tái sử dụng thành phần hữu từ bùn………………………………………………………………………………… 4-86 Hình 4.13 Mơ trình nhỏ trồng rau muống………………………………………… 4-86 Hình 4.14 Mơ hình trồng cải……………………………………………………… 4-88 Hình 4.15 Cải trồng mơ hình lớn…………………………………………… 4-89 iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT  KCN : KCX :  KLN :  ODA :  UBND :  TEL :  PEL :  PAHs : Khu công nghiệp Khu chế xuất Kim loại nặng (Official Development Assistance) Uỷ Ban Nhân Dân (Threshold Efect Level) ( Probable Efect Level) (Polycyclic Aromatic Hydrocarbon) v Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu Chất thải Bùn thải Trộn men vi sinh, phân NPK Nghiền + sàn Tiền xử lý Đảo trộn Ủ Compost Phân hữu thành phẩm Ủ hiếu khí Hình 4.10 Dây chuyền tái chế bùn thành compost Các bước trình làm compost: Bước 1: Tách chất, vật liệu có kích thước lớn khỏi bùn Bước 2: Xác định công thức phân tử nguyên liệu làm compost Bước 3: Xác định tỷ lệ C/N, chất phối trộn Bước 4: Trộn tiến hành ủ Bùn sau qua giai đoạn tiền xử lý Chọn vật liệu phối trộn Trấu lúa mì, cho trấu vào bùn theo tỷ lệ thích hợp để đạt tỷ lệ C/N 25/1 Cho hỗn hợp bùn + trấu lên lưới thép có kích thước lỗ bé Phía đặt bơm thổi khí cung cấp Oxy cho vi sinh vật Sau ủ hiếu khí khoảng 20 – 25 ngày Sau ngừng ủ hiếu khí chuyển sang giai đoạn ủ cách tắt bơm thổi khí, tiến hành ủ khoảng 20 ngày hồn tồn (mơ hình ủ hiếu khí thể hình 4.5) Sau hồn thành q trình ủ, mang hỗn hợp nghiền sàng để tách riêng phần phế thải compost Để tăng chất lượng phân compost ta trộn thêm số loại men vi sinh, phân NPK 80 Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hồng Trung Hiếu Hình 4.11 Mơ hình thể trình làm compost Các giai đoạn khác q trình làm Compost phân biệt theo biến thiên nhiệt độ sau: Pha thích nghi giai đoạn cần thiết để vi sinh vật thích nghi với môi trường Pha tăng trưởng đặc trưng gia tăng nhiệt độ trình phân hủy sinh học đến ngưỡng nhiệt độ mesophilic Pha ưa nhiệt giai đoạn nhiệt độ tăng cao Đây giai đoạn ổn định hóa bùn tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh có hiệu Phản ứng đặc trưng công thức: COHNS + O2 + VSV hiếu khí CO2 + NH3 + chất khác + lượng Pha trưởng thành giai đoạn giảm nhiệt độ mức mesophilic cuối nhiệt độ mơi trường Q trình lên men lần thứ hai xảy chậm thích hợp cho hình thành keo mùn chất khống, cuối mùn 81 Khố Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hồng Trung Hiếu Ưu điểm: o Ít nhạy cảm với điều kiện thời tiết; o Khả kiểm sốt q trình ủ kiểm soát mùi tốt hơn; o Thời gian ủ ngắn phương pháp ủ trời; o Nhu cầu diện tích nhỏ phương pháp ủ khác; o Chất lượng compost tốt Nhược điểm: o Vốn đầu tư cao; o Chi phí vận hành bảo trì hệ thống cao; o Thiết kế phức tạp đòi hỏi trình độ cao; o Cơng nhân vận hành địi hỏi trình độ cao Như vậy, bùn hữu sau phân tích làm giảm hàm lượng nước (độ ẩm) trình nén bùn, ép bùn sấy băng chuyền vận chuyển qua khu vực chế biến làm phân compost Tại đây, bùn phối trộn với nhiều nguyên liệu thích hợp để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật thành phần phân compost Lượng bùn hữu làm compost sau xử lý phương pháp tách thủy lực chiếm 60% tổng lượng bùn sau tách: Độ ẩm bùn sau tách 90% nên lượng bùn khô sau nén bùn, ép bùn lại để đạt độ ẩm 40% nhằm đạt độ ẩm thích hợp cho q trình chuyển hóa sinh học cơng đoạn làm compost Với khối lượng riêng thành phần bùn hữu 0,85 tấn/m3 với độ ẩm lại 40% Với thời gian lưu bùn ủ 14 ngày, tổng thể tích ủ cần thiết là: 1064 m3 82 Khố Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu Thiết kế hai bể ủ, thể tích bể ủ cần thiết 535 m3 Bể có dạng hình trụ trịn có đường kính D = m, chiều cao 14 m Ngoài ra, hệ thộng có băng tải để nạp liệu vào bể ủ, hệ thống máy thổi khí Đặc biệt bể cịn có thiết bị kiểm sốt điều kiện cần thiết nhiệt độ, độ ẩm, pH,… cho q trình ủ vít tải lấy sản phẩm sau ủ Ước tính sau ủ sản phẩm sinh chiếm 75% khối lượng ban đầu (tương đương 57 m3/ngđ) Sau ủ thổi khí cưỡng 14 ngày, sản phẩm sau ủ lấy ngày chuyển sang ủ ổn định 4.2.3 Tái sử dụng thành phần hửu bùn sau xử lý cho mục đích nơng nghiệp cải tao đất 4.2.3.1 Tiêu chuẩn đánh giá thành phần dinh dưỡng bùn sau tách Thành phần dinh dưỡng đa lượng bùn sau tách bao gồm thành phần phospho, nito, kali, yếu tố quan trọng để đánh giá khả tận dụng bùn sau tách làm phân bón hữu nơng nghiệp Theo Trung Tâm Nghiên Cứu Khoa Học Kỹ Thuật & Khuyến Nông, số tiêu đánh giá thành phần bùn sau: - Nếu sử dụng chất hữu sau tách làm phân hữu thành phần dinh dưỡng cần đạt: + Tổng N: 0,3 – 0,8% + Tổng P: 0,1 – 0,2% + Tổng K: 0,2 – 0,3% + CaO: 0,4 – 1,8% + C/N: 20 – 25 83 Khố Luận Tốt Nghiệp Bảng 4.1 SVTH: Hồng Trung Hiếu Thành phần dinh dưỡng trồng xét theo tiêu chuẩn Loại bùn Tổng N (%) Tổng P (%) Mùn Nghèo dinh dưỡng 0,08 < 0,06 0,2 > 0,8 > 0,3 Ngoài thành phần vi lượng bùn thải sau tách đánh giá dựa theo tiêu chuẩn ngành TCN 526 - 2002 sau: Bảng 4.2 Tiêu chuẩn ngành 10 TCN 526 – 2002 phân hữu vi sinh từ rác thải sinh hoạt Stt Tên tiêu Đơn vị tính pH Mật độ vi sinh vật hữu hiệu không nhỏ CFU/g mẫu Hàm lượng chì (khối lượng khơ) khơng lớn mg/kg Hàm lượng cadium (khối lượng khô) không lớn mg/kg Hàm lượng crom (khối lượng khô) không lớn mg/kg Hàm lượng đồng (khối lượng khô) không lớn mg/kg Hàm lượng niken (khối lượng khô) không lớn mg/kg Hàm lượng kẽm (khối lượng khô) không lớn mg/kg Hàm lượng thuỷ ngân (khối lượng khô) không lớn mg/kg (Nguồn: Bộ Nông Nghiệp Phát Triển Nông Thôn, 2002.) 84 Mức 6,0 – 8,0 106 250 2,5 200 200 100 750 Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 4.2.3.2 Thành phần dinh dưỡng chất hữu co bùn công rãnh _ kênh rạch sau tách thủy lực Bảng 4.3 Tính chất mẫu bùn sau tách Chỉ tiêu Đơn vị Độ ẩm Chất hữu Hàm lượng mùn Nitơ tổng Phospho (P2O5) Kali (K2O) pH Zn Cu Cr Ni Ở điều kiện Coli- thường Sau phơi nắng form 7Sau ngày sấy Kết % % KL khô % KL khô % KL khô % KL khô % KL khô mg/kg chất mg/kg chất mg/kg chất mg/kg chất MPN/g Tiêu chuẩn Trung Tâm ngành 10 Nghiên Cứu TCN 526 - KHKT & 2002 Khuyến Nông 70 27 0,31 0,30 0,29 6,3 – 7,6 9,6 6,8 16,4 53,75 15 x 103 6–8 < 750 < 200 < 200 < 100 - MPN/g x 103 - MPN/g 170 - < 35 2–4 Lớn 0,3 Lớn 0,2 0,2 – 0,3 - -