1 2 3 4 5 6 4.98 6.42 1.27 1.79 0.17 0.26 BYfs (Nl/kg bùn tươi) BY (Nl/kg bùn tươi) 1 2 3 4 5 6 0.31 0.34 0.44 0.51 0.38 0.47 Byds (Nl/g OM) Byds (Nl/g OM)
Sự sai khác giữa tỷ lệ BYdsvà BYfs có thể nhận thấy rõ ràng, khi năng suất tính theo khối lượng bùn tươi khơng tuyến tính với năng suất tính theo TOM chuyển đổi trong khối lượng bùn tươi đó. Ví dụ, , BYds của mẫu bùn ủ 1 (0,31) có giá trị nhỏ hơn BYdscủa mẫu bùn ủ 3 (0,44) nhưng BYfscủa mẫu bùn ủ 1 có giá trị là 4,98 lớn hơn nhiều lần giá trị này ở mẫu bùn ủ 3 (1,27). Sự khác biệt này cũng thể hiện rõ ở giá trị năng suất biogas theo sự chuyển đổi của cùng một đơn vị vật chất hữu cơ, ví dụ như cùng một lượng chất hữu cơ chuyển đổi (1g OM), các mẫu bùn ủ tại các điều kiện khác nhau lại cho các năng suất khác nhau (0,31; 0,34; 0,44; 0,51; 0,38; 0,47 Nl). Điều này được lý giải là do giá trị TOM trong các mẫu bùn ủ là khác nhau rất lớn, do đó lượng TOM chuyển đổi sau q trình phân giải kỵ khí là khác nhau, mặc dù khối lượng bùn tươi đưa vào là tương đương. Ở đây tuy năng suất biogas tính theo TOM của mẫu bùn 1 nhỏ hơn, nhưng tổng lượng TOM trong bùn đầu vào lại lớn, kéo theo lượng khí sinh ra trên lượng bùn tươi đưa vào lớn hơn. Giá trị BYfs là đại lượng đánh giá đơn giản, dễ thực hiện do nó được tính tốn dựa vào khối lượng bùn tươi đầu vào. Theo đó, với các khối lượng bùn tươi đưa vào khác nhau, ta có thể xác định được tương đối tổng lượng khí sẽ sinh ra. Tuy nhiên giá trị này mang tính định tính và khơng chính xác do những biến động trong thành phần đầu vào cũng như tính khơng ổn định của q trình ủ biogas. Giá trị BYfssẽ thích hợp để ứng dụng trong điều kiện đầu vào ổn định về thành phần và q trình ủ biogas khơng có những biến động lớn.
Giá trị BYds là đại diện của chất lượng q trình phân giải kỵ khí. Đây là một thơng số có vai trị đặc biệt quan trọng, bởi vì nó là thước đo hiệu quả của việc sử dụng phần hữu cơ trong bùn thải của các vi khuẩn. Việc bổ sung chế phẩm sinh học là một giải pháp rất kịp thời, giúp cho q trình khống hóa chất hữu cơ, sinh biogas thuận lợi hơn. Kết quả này có được là do trong chế phẩm EM có chứa một lượng lớn các vi sinh vật hữu hiệu gồm vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm mốc, có vai trị trong thúc đẩy và tăng hiệu suất phân giải chất hữu cơ bao gồm cả các chất hữu cơ dễ phân hủy như tinh bột, protein và các chất khó phân giải như xenluloza... Có thể
hồ và cuối cùng là bùn nhà máy xử lý nước thải. Điều này có thể lý giải được do bùn nhà máy xử lý nước thải là bùn có TS khá cao TS=21%, bùn đã được định hình ở dạng rắn, ẩm, sự hoạt động của các vi sinh vật trong chế phẩm sẽ không linh hoạt được như trong các mẫu bùn dạng lỏng là bùn hồ và bùn cống với TS = 6% và 3%. Hơn nữa, bùn nhà máy xử lý nước thải có hàm lượng kim loại nặng cao, do đó có thể gây tác động tới q trình phân giải kỵ khí khi các tác dụng ức chế và tính độc hại của kim loại nặng cho q trình acid hóa của phân giải kỵ khí đã được báo cáo trong các nghiên cứu khác nhau (ví dụ: Demirel và Yenigun, 2002).
Từ kết quả năng suất biogas từ mơ hình ủ biogas trong nghiên cứu này, có thế thấy năng suất biogas tương đối thấp nếu so sánh với trung bình chung của thế giới (0,6 m3/kg vật chất khơ – tương đương 0,6 l/g TOM)[36] và thấp hơn nhiều so với năng suất biogas tối đa thực tế (920 - 980 Nm3/1000kg vật chất hữu cơ khô –tương đương 0,92 – 0,98 Nl/g TOM) [22]. Năng suất biogas theo vật chất khô trong nghiên cứu được ghi nhận có giá trị trung bình là 0,41(Nl/g OM); cao nhất là 0,51(Nl/g OM) và thấp nhất là 0,31(Nl/g OM). Sự khác biệt giá trị này có nhiều ngun nhân, ngồi ảnh hưởng của bùn thải đầu vào của khu vực nghiên cứu (thành phần phức tạp hơn, các thơng số độc tính với vi sinh vật phân giải kỵ khí như pH thấp, hàm lượng kim loại nặng cao...) cịn do sự ổn định của q trình chưa cao, đặc biệt với thơng số nhiệt độ của q trình ủ.
Năng suất sinh khí hay sản lượng khí là thơng số được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, sự dao động của thơng số này là khơng thể tránh được, thậm chí trong trạng thái cân bằng, bởi vì đặc trưng của hầu hết mọi hệ thống sinh học là đều có sự thay đổi hàng ngày. Từ thực nghiệm cho thấy, giá trị năng suất biogas từ bùn thải là một giá trị rất nhạy cảm và dễ biến động bởi các yếu tố ảnh hưởng khác nhau như tăng, giảm đột ngột nhiệt độ; tăng giảm đột ngột pH...Trên thực tế thì khơng thể duy trì tất cả mọi điều kiện hoạt động và mơi trường ở hằng số khơng đổi để q trình xảy ra một cách ổn định. Việc ổn định năng suất khí và tăng năng suất khí là mục tiêu khó khăn và quan trọng để đảm bảo ứng dụng công nghệ biogas thành công.
3.3. Thảo luận tiềm năng công nghệ biogas ở Việt Nam
Với kết quả năng suất khí biogas trên, nếu coi giá trị của các mẫu bùn ủ thí nghiệm là đại diện đặc trưng cho các mẫu bùn khu vực, áp dụng vào thực tế phát sinh bùn thải đô thị khu vực nghiên cứu theo khảo sát (phần 3.1.1), ta tính tốn được lượng khí biogas có thể thu được từ bùn cống 5 nghìn m3 – 10 nghìn m3, lượng khí biogas từ bùn sơng hồ là 180 nghìn m3– 250 nghìn m3, lượng khí biogas từ bùn nhà máy xử lý là 11 nghìn m3 – 14 nghìn m3. Với tổng lượng biogas ước tính hàng năm có thể sản xuất của khu vực nghiên cứu là 200 nghìn m3– 280 nghìn m3 , lợi ích kinh tế có thể thu được tương đương 120 nghìn - 170 nghìn kg dầu hỏa, 160 nghìn – 220 nghìn kg than, 250 nghìn -350 nghìn kW điện, trị giá 370 tỷ - 500 tỷ Việt Nam đồng, ngồi ra cịn các lợi ích về mơi trường xã hội khác, cho thấy tiềm năng rất lớn nếu ứng dụng công nghệ này ở Việt Nam.
Tuy nhiên, sản xuất khí sinh học từ bùn thải được xem là lĩnh vực mới mẻ ở Việt Nam, mặc dù Việt Nam đã có những kinh nghiệm phong phú trong việc sử dụng khí sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi ở các vùng nơng thơn. Việt Nam hiện đã có quan tâm và nghiên cứu hướng áp dụng công nghệ biogas trong xử lý bùn thải tuy nhiên các nghiên cứu về ủ yếm khí bùn thải đơ thị cịn chưa có nhiều, một số kết quả đạt được là những bước đầu, ứng dụng thực tế còn rất nhiều hạn chế. Một vấn đề thiết yếu trong việc sản xuất khí sinh học dựa trên bùn thải ở Việt Nam là tỷ lệ sản xuất khí sinh học của bùn thải là quá thấp đến mức doanh thu khí sinh học khơng thể trang trải chi phí của xử lý bùn nước thải. Hiện nay chưa có thống kê đáng tin cậy nào từ dữ liệu cơ quan quản lý về sản lượng khí sinh học thu hồi từ bùn thải đô thị của Việt Nam nhưng theo một số nghiên cứu độc lập, sản lượng khí sinh học trung bình của bùn thải của ở Việt Nam tương đối thấp. Điều này đã được tìm thấy tương quan với sản lượng sinh khí của một số nước lân cận như Trung Quốc (7,5 mét khối khí sinh học cho mỗi mét khối bùn thơ (Wu et al.,
quản lý và xử lý bùn chưa phát triển ảnh hưởng tới chất lượng sinh khí. Có thể nhìn nhận trong tương lai, dịng chảy khơng ổn định của nguồn cung cấp và số lượng tương đối nhỏ của nó là những lý do phổ biến ảnh hưởng tới sự phát triển của việc ứng dụng sản xuất khí sinh học từ bùn thải ( Liu , 2010). Hơn thế nữa, chi phí đầu tư và chi phí hoạt động là rất cao và nguồn ngân sách được bù đắp bởi chính quyền là khơng đủ. Kết quả là chưa có sự chú trọng để đầu tư vào việc sản xuất khí sinh học trên. Và Việt Nam hiện nay, khơng có mơ hình thương mại để sản xuất khí sinh học trong các nhà máy xử lý bùn nước thải .
Một số khó khăn gặp phải trong việc ứng dụng xử lý yếm khí các chất thải nước thải ở các nước đang phát triển trong đó có Việt Nam được liệt kê dưới đây (Lettinga, 1995, 2001; Switzenbum, 1995; Tafdrup, 1995; Iza et al., 1991):
- Nhà thầu thiếu kinh nghiệm và chuyên gia tư vấn => các nhà máy kém chất lượng.
- Thiếu thông tin đáng tin cậy về tiềm năng của công nghệ này.
- Sự khơng hồn chỉnh của học thuật, hành chính, luật pháp và cơ sở hạ tầng thương mại trong khu vực / quốc gia.
- Thiếu kiến thức về hệ thống trong thực tế, đơi khi thậm chí trong các viện nghiên cứu và các trường đại học.
- Không có đầy đủ các nghiên cứu thí điểm, khơng có kinh nghiệm đầy đủ quy mơ.
- Khơng có các nhà khai thác giáo dục đúng cách, thiếu sự tín nhiệm, thiếu kiến thức kỹ thuật về bảo trì và sửa chữa.
- Chính quyền và các nhà hoạch định chính sách thiếu thơng tin.
- Trong một số trường hợp, nơi sẵn có đất và khơng tốn kém, chơn lấp hay đổ thải là giải pháp kinh tế hơn so với xử lý yếm khí.
Để thúc đẩy việc thực hiện và sử dụng hợp lý phân hủy yếm khí cơng nghệ, cần có sự đầu tư, đào tạo bài bản và xây dựng các chương trình thích hợp với điều
mạnh hơn. Ngồi ra cịn có cần được tài trợ từ chính phủ hoặc các tổ chức quốc tế, và các dự án nhà máy thí điểm và / hoặc cuộc thử nghiệm quy mô (Foresti năm 2001; Karekezi, 1994).
Tuy nhiên, sản lượng khí sinh học thấp khơng có nghĩa là việc sản xuất khí sinh học từ bùn thải sẽ kết thúc trong thất bại ở Việt Nam. Những mặt tích cực của việc này cần lưu ý, đặc biệt trong tình hình thực tế khi các cơ quan quản lý và các nhà môi trường nhận thấy rằng: bùn thải đô thị là một sản phẩm phụ khơng thể tránh khỏi của q trình xử lý nước thải; tăng dân số và phát triển đô thị sẽ tăng lượng bùn tạo ra, là gánh nặng tài chính cho các thành phố và gây suy thối mơi trường nếu tiếp tục chôn lấp đổ thải như hiện nay. Đồng thời với nó, việc xử lý bùn thải đúng cách, bùn thải là một mặt hàng có giá trị, được tái sử dụng như một loại hàng hóa mang lại lợi ích và được quản lý một cách giảm thiểu rủi ro đối với sức khỏe cộng đồng và mơi trường. Với nhìn nhận đó, nhà nước đã có những chính sách hỗ trợ cho nghiên cứu để từng bước áp dụng vào thực tiễn. Từ năm 2010 cho đến nay, Chính phủ đã ban hành nhiều chính sách khuyến khích đầu tư trong lĩnh vực năng lượng tái tạo, với mục tiêu của là tới năm 2020 có thể tăng tổng năng lượng tái tạo phục vụ sản xuất, đời sống lên 4,5%. Đây là điều kiện tiền đề tốt thúc đẩy sự phát triển cơng nghệ biogas nói chung và cơng nghệ biogas ứng dụng với bùn thải đơ thị nói riêng.
Cơ hội khác để phát triển sản xuất khí sinh học từ bùn thải xuất phát từ tiềm năng gia tăng nhu cầu khí tự nhiên trong lĩnh vực giao thơng của Việt Nam. Để giảm lượng khí thải, khí thiên nhiên nén đã được ưu tiên để thúc đẩy. Bio- mê-tan có thể thay thế khí đốt tự nhiên được sử dụng trong xe. Bên cạnh đó, do được sản xuất từ sinh khối , Bio - mê-tan là môi trường thân thiện hơn so với khí đốt tự nhiên. Do đó, hy vọng là một tương lai tươi sáng cho hướng đi này ở Việt Nam.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận
- Trong thành phần bùn thải được lấy nghiên cứu tại nội thành Hà Nội có hàm lượng vật chất hữu cơ khá cao, dao động từ 4,19 – 42,95 %. Kết quả phân tích hàm lượng nitơ tổng số trong bùn thải khá cao, so với trong đất thuộc loại trung bình đến giàu. Đặc biệt bùn ở nhà máy xử lý nước thải Yên Sở và Kim Liên thuộc loại rất giàu (% N lần lượt là 1,3 và 3,08 %). Do thành phần nguồn thải không ổn định nên hàm lượng nitơ trong bùn hệ thống thốt nước thải đơ thị cũng chênh lệch nhau khá nhiều (cao nhất là 0,81% và thấp nhất là 0,11%). Hàm lượng P tổng số trong bùn rất cao, dao động từ 0,49 – 8,09 %, lớn hơn gấp nhiều lần so với đất giàu photpho. So với % hàm lượng kali trong đất thì bùn thải thuộc mức độ nghèo, hầu như đều <1, dao động từ 0,35 đến 1,38. Ngoài ra sự hiện diện với hàm lượng tương đối cao của các kim loại nặng và sự hiện diện của các vi sinh vật gây bệnh cần được chú ý khi tái sử dụng bùn.
- Tận thu các thành phần có giá trị trong bùn đã cho thấy kết quả ban đầu với phương thức xử lý là ủ kỵ khí, quy mơ phịng thí nghiệm, cho ra sản phẩm là khí sinh học, có thể ứng dụng tạo năng lượng sạch cho đốt, sinh nhiệt, phát điện... Khả năng sinh khí của bùn từ 0,31 đến 0,51 (Nl/g OM) tùy loại bùn.
- Bổ sung chế phẩm EM cho đáp ứng tốt, nâng cao hiệu quả ủ của mơ hình kị khí, biểu hiện ở tốc độ phân hủy kỵ khí nhanh hơn và năng suất sinh khí ở các mơ hình ủ có bổ sung chế phẩm cao hơn từ 1,09 đến 1,23 lần tùy loại bùn ủ, so với các mơ hình ủ khơng bổ sung chế phẩm.
- Bùn sau ủ hàm lượng N, P cao, có thể nghiên cứu tận dụng làm phân bón cho đất nơng lâm nghiệp với hàm lượng thích hợp.
Kiến nghị
- Đề tài cần được tiếp tục triển khai trên quy mơ pilot để có đánh giá chính xác hơn so với thực tế, các can thiệp để giúp tăng giá trị sản lượng biogas cần được nghiên cứu sâu hơn.
- Cần nghiên cứu thêm về vấn đề xử lý vi sinh vật và kim loại nặng vượt tiêu chuẩn cho phép để có thể tái sử dụng bùn thải cho nhiều mục đích khác nhau, hàm lượng Hg, Pb cần được đánh giá bổ sung khi áp dụng bùn sau ủ vào đất nông nghiệp.
- Cần đầu tư nghiên cứu để xác định ảnh hưởng cũng như khả năng tích lũy chất độc của bùn thải đến hệ sinh thái và cây trồng.
- Phân tích và phân loại các loại bùn khác nhau nhằm tăng khả năng sử dụng cho các mục đích tái chế khác nhau giúp cải thiện hiệu quả xử lý và kinh tế.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Bộ Khoa học và Công nghệ (2003), Kỹ thuật xử lý môi trường nông thôn Việt Nam, NXB Nông Nghiệp.
2. Bộ tài nguyên và môi trường (2008), Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về giới hạn nồng độ cho phép của kim loại nặng trong đất, QCVN 03:2008/BTNMT.
3. Bộ tài nguyên và môi trường (2013), Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngưỡng nguy hại đối với bùn thải từ quá trình xử lý nước,QCVN 50: 2013/BTNMT. 4. Cơng ty TNHH nhà nước MTV thốt nước Hà Nội (2012), Báo cáo cơng tác
duy trì hệ thống thốt nước và quản lý chất lượng nước trên địa bàn thành phố Hà Nội, Hà Nội.
5. Nguyễn Xuân Cự, Lê Văn Khoa, Bùi Thị Ngọc Dung, Lê Đức, Trần Khắc Hiệp, Các Văn Tranh (2000),Phương pháp phân tích đất – nước – phân bón – cây trồng, NXB Giáo Dục.
6. Hồng Văn Huệ, Trần Đức Hạ ( 2002), Thoát nước – Tập II: Xử lý nước thải, NXB Khoa học và Kỹ thuật.
7. Dương Nguyên Khang (2008), Hiện trạng và xu hướng phát triển công nghệ biogas ở Việt Nam, Đại học Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh.
8. Nguyễn Quang Khải (2001),Cơng nghệ khí sinh học, NXB Xây Dựng.