Chƣơng 2 : ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tƣợng và nội dung nghiên cứu
2.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu
2.1.1.1. Cơ sở lựa chọn phạm vi và đối tƣợng nghiên cứu
Thành phố Hà Nội là một trong hai đô thị lớn nhất cả nƣớc, trải qua nhiều thời kỳ lịch sử, kết cấu đơ thị tại Hà Nội có những điểm rất riêng biệt nhƣng kết cấu hạ tầng đô thị lại mang nét đặc trƣng cho các đô thị tại Việt Nam.
Trong kết cấu hạ tầng đơ thị, hệ thống thốt nƣớc và xử lý nƣớc thải tại Hà Nội mang nhiều điểm tƣơng đồng với các đô thị khác trên cả nƣớc. Toàn thành phố hiện có 04 trạm xử lý nƣớc thải, cơng suất đáp ứng đƣợc khoảng 40% lƣợng nƣớc thải toàn thành phố. Do trạm xử lý nƣớc thải có cơng suất thấp nên lƣợng bùn thải phát sinh từ các trạm xử lý là không lớn, theo số liệu thống kê của Cơng ty TNHH NN MTV Thốt nƣớc Hà Nội, tổng lƣợng bùn thải thu gom đƣợc từ trạm xử lý trong năm 2012 đạt 2.140 tấn trong khi lƣợng bùn nạo vét tại hệ thống thốt nƣớc bao gồm các sơng tiếp nhận nƣớc thải là 167.200 tấn. Với thành phần nƣớc thải bao gồm cả nƣớc thải công nghiệp và nƣớc thải tại các bệnh viện nên tính chất của bùn thải tại các con sông tiếp nhận nƣớc thải sinh hoạt nhƣ: sông Kim Ngƣu, sông Tô Lịch tại Hà Nội rất phức tạp với nồng độ một số tác nhân gây ô nhiễm nghiêm trọng ở mức cao [78].
Khối lƣợng bùn thải đơ thị của Hà Nội khá lớn, trung bình lƣợng bùn thải phát sinh khoảng 500 tấn/ngày chủ yếu là bùn nạo vét từ hệ thống thoát nƣớc thành phố. Nếu chỉ thu gom, vận chuyển về các bãi đổ và xử lý đơn giản nhƣ cách làm của Công ty TNHH NN MTV thoát nƣớc Hà Nội đang thực hiện sẽ gây ảnh hƣởng đến môi trƣờng, tốn diện tích chơn lấp và lãng phí nguồn dinh dƣỡng có ích trong bùn thải.
Trƣớc thực trạng nêu trên, việc tiến hành nghiên cứu bùn thải đô thị tại Hà Nội tập trung vào đối tƣợng bùn thải tại các con sông tiếp nhận nƣớc thải đô thị là hết sức cần thiết. Kết quả các nghiên cứu sẽ góp phần hoạch định chính sách
quản lý và các phƣơng án xử lý thích hợp đối với bùn thải đơ thị trên địa bàn thành phố Hà Nội làm cơ sở để nghiên cứu triển khai trên quy mơ tồn quốc.
2.1.1.2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu giải pháp tổng thể quản lý bùn thải đô thị tại Việt Nam cần triển khai nhiều nghiên cứu sâu, rộng địi hỏi có sự tham gia của nhiều nhà khoa học, nhà quản lý trong thời gian dài. Trong khuôn khổ của Luận án, đặc điểm ô nhiễm kim loại nặng, các hợp chất hữu cơ đa vòng thơm (PAHs) trong bùn thải sông Kim Ngƣu và sự chuyển hóa của chúng trong quá trình ổn định bùn thải sông Kim Ngƣu kết hợp với rác hữu cơ bằng phƣơng pháp lên men yếm khí nóng đƣợc tập trung nghiên cứu.
Với tổng chiều dài 11 km, sông Kim Ngƣu chảy qua khu vực có mật độ dân số rất cao của thành phố Hà Nội. Sông tiếp nhận nƣớc thải trực tiếp trong khu vực có diện tích hơn 6 km2
với lƣợng nƣớc thải chiếm 1/3 tổng lƣợng nƣớc thải toàn thành phố [78]. Ngoài ra, lƣợng nƣớc thải sông Kim Ngƣu tiếp nhận bao gồm nƣớc thải chƣa đƣợc xử lý hoặc xử lý chƣa triệt để của một số nhà máy, xí nghiệp dệt may và các xƣởng sản xuất cơ khí nhỏ lẻ cịn tồn tại và hoạt động trong khu vực.
Trong nghiên cứu này, 05 điểm đại diện dọc theo bờ sông Kim Ngƣu đƣợc lựa chọn để lấy mẫu xác định và đánh giá đặc điểm ô nhiễm của bùn thải (Hình 2.1). Tọa độ GPS (Global Positioning System) của các điểm nghiên cứu đƣợc chỉ rõ trong Bảng 2.1. Bùn trong phạm vi lựa chọn đƣợc lấy và triển khai nghiên cứu ổn định kết hợp với rác hữu cơ bằng phƣơng pháp lên men nóng trong phịng thí nghiệm.
Để thực hiện nghiên cứu trong phịng thí nghiệm, rác hữu cơ với thành phần 30% nguồn gốc động vật và 70% nguồn gốc rau quả thực vật đƣợc sử dụng kết hợp với bùn thải nhằm điều chỉnh thành phần đầu vào trong các thí nghiệm.
Hình 2.1. Sơ đồ vị trí khu vực lựa chọn nghiên cứu Bảng 2.1. Tọa độ của các điểm nghiên cứu Bảng 2.1. Tọa độ của các điểm nghiên cứu
Điểm lấy mẫu Mô tả Tọa độ GPS Vĩ độ Kinh độ
M1 Cầu Lạc Trung 21o0'9.40"N 105o51'41.99"E
M2 Ngõ 03 Yên Lạc 20o59'57.13"N 105o51'43.28"E
M3 Cầu Minh Khai 20o59'47.54"N 105o51'44.32"E
M4 Cầu Voi 20o59'28.59"N 105o51'46.41"E
M5 Khu đô thị Minh Khai 20o59'30.79"N 105o51'45.11"E
2.1.2. Nội dung nghiên cứu
2.1.2.1. Cơ sở khoa học của nghiên cứu
Bùn thải nạo vét từ các con sông tiếp nhận nƣớc thải đô thị trong thành phố thƣờng phát sinh với khối lƣợng lớn và là loại hình bùn thải đơ thị đặc thù cho các đô thị tại Việt Nam. Giống nhƣ rác thải hữu cơ, bùn thải không chỉ chứa thành phần nitơ, phốt pho mà nó cịn chứa cả những thành phần có hại khác nhƣ: mầm bệnh, các chất hữu cơ khó phân huỷ và kim loại nặng. Thành phần của các chất độc hại trong bùn thải phụ thuộc nhiều vào tính chất của nguồn nƣớc thải. Tại Việt Nam, vấn đề này mang một đặc trƣng rất rõ khi trong thành phố vẫn tồn
tại các xƣởng sản xuất công nghiệp, hàng ngày thải một lƣợng nƣớc thải lớn vào hệ thống thoát nƣớc chung của thành phố. Cùng với các quá trình sinh học, vật lý và hóa học làm cho các chất vơ cơ cũng nhƣ hữu cơ độc hại tích lũy lại trong bùn thải thốt nƣớc đơ thị. Bùn thải có thể chứa tới khoảng 300 hợp chất hữu cơ khác nhau, các hợp chất vô cơ, vi sinh vật nguy hại và mầm gây bệnh [22, 23, 82, 103]. Đặc biệt là kim loại nặng và các hợp chất hữu cơ khó phân hủy nhƣ PAHs, PCBs…Việc tích luỹ các chất hữu cơ độc hại và kim loại nặng gây trở ngại trong việc sử dụng bùn thải cho mục đích nơng nghiệp. Hơn nữa, với hàm lƣợng các chất ơ nhiễm q cao, cần thiết phải có biện pháp thích hợp để quản lý và xử lý bùn thải. Tính tới năm 2008, QCVN 03/2008/BTNMT quy định giới hạn cho phép của một số kim loại nặng trong các loại đất nhƣ: đất nông nghiệp, đất lâm nghiệp, đất dân sinh và đất công nghiệp. Tuy nhiên, cho tới thời điểm này tại Việt Nam chƣa có quy định giới hạn cho phép nào trong đất đối với các hợp chất hữu cơ đa vịng thơm (PAHs). Các số liệu nghiên cứu về ơ nhiễm của các hợp chất PAHs trong đất, trầm tích và bùn thải tại Việt Nam hiện nay còn rất hạn chế.
Hiện nay, tại Nhật Bản một quốc gia có trình độ khoa học kỹ thuật cao cũng đang nỗ lực tìm phƣơng pháp xử lý bùn thải theo hƣớng tận dụng sản phẩm sau xử lý nhƣ một nguồn phân bón trong nơng nghiệp. Tới thời điểm này, lƣợng bùn thải ở Nhật Bản đƣợc xử lý theo hƣớng tái chế, phục vụ mục đích nơng nghiệp đạt tỷ lệ 30% [55]. Trong tƣơng lai chắc chắn tỷ lệ này sẽ cịn cao hơn nữa.
Trong khi đó, tại Việt Nam cũng đã có một số nghiên cứu đƣợc triển khai hƣớng tới đối tƣợng bùn thải thoát nƣớc. Tuy nhiên, các nghiên cứu này chủ yếu tập trung nghiên cứu đối tƣợng phân bùn bể phốt. Các nghiên cứu thực hiện với đối tƣợng bùn nạo vét, loại hình phát thải với số lƣợng lớn nhất trong bùn thải đơ thị cịn rất hạn chế.
Mức độ ô nhiễm cao đã làm cho việc sử dụng bùn thải đơ thị trực tiếp cho mục đích nơng nghiệp là không khả thi. Hơn nữa, bùn thải phát sinh với lƣợng ngày càng lớn dẫn đến nhu cầu xử lý bùn thải đô thị là rất bức thiết đối với các đô thị của Việt Nam. Tuy nhiên, để xác định một phƣơng pháp xử lý thích hợp với các tiêu chí nhƣ: giảm thiểu ơ nhiễm, tận dụng sản phẩm sau xử lý, tiết kiệm chi phí xử lý là một việc khơng dễ, địi hỏi phải có những nghiên cứu chuyên sâu, cơ bản và đầy đủ. Đặc biệt, cần thiết phải nghiên cứu, đánh giá sự chuyển
hóa các tác nhân gây ô nhiễm nguy hại đang tồn tại trong bùn thải trong quy trình xử lý, sử dụng kết quả thu đƣợc làm cơ sở triển khai các bƣớc nghiên cứu tiếp theo.
Với những cơ sở nêu trên, nghiên cứu sự chuyển hóa một số yếu tố gây ơ nhiễm trong q trình ổn định bùn thải và rác thải hữu cơ bằng phƣơng pháp lên men nóng đƣợc lựa chọn. Trong đó, hai yếu tố điển hình là kim loại nặng có nguồn gốc vơ cơ và các hợp chất hữu cơ đa vịng thơm PAHs đại diện cho nhóm các hợp chất hữu cơ gây ơ nhiễm khó phân hủy đƣợc tập trung nghiên cứu cụ thể nhằm đánh giá khả năng chuyển hóa của hai yếu tố này trong quá trình ổn định bùn thải kết hợp với rác hữu cơ bằng phƣơng pháp lên men nóng. Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp thơng tin tổng qt về loại hình bùn thải có nguồn gốc từ các sơng tiếp nhận nƣớc thải tại Hà Nội, cung cấp thông tin về khả năng tích tụ, vận chuyển của kim loại nặng cũng nhƣ khả năng phân hủy của PAHs trong quá trình ổn định kết hợp bùn thải và rác hữu cơ bằng phƣơng pháp lên men nóng.
2.1.2.2. Nội dung nghiên cứu
Từ cơ sở khoa học của nghiên cứu, đề tài tập trung vào một số nội dung nghiên cứu cụ thể nhƣ sau:
- Lấy mẫu, phân tích để đánh giá đặc tính hóa lý, mức độ ơ nhiễm của một số kim loại nặng, PAHs trong bùn thải sông Kim Ngƣu và định hƣớng nguồn phát sinh của chúng.
- Tiến hành ổn định bùn thải sông Kim Ngƣu kết hợp rác hữu cơ bằng phƣơng pháp lên men yếm khí nóng với các tỷ lệ phối trộn khác nhau nhằm xác định tỷ lệ phối trộn thích hợp.
- Tiến hành ổn định bùn thải sông Kim Ngƣu và rác hữu cơ với tỷ lệ phối trộn thích hợp. Lấy mẫu, xác định sự thay đổi hàm lƣợng của một số kim loại nặng và PAHs trong hỗn hợp phản ứng suốt quá trình ổn định nhằm xác định sự chuyển hóa của chúng trong q trình ổn định bùn thải kết hợp rác hữu cơ bằng phƣơng pháp lên men yếm khí nóng.
- Dựa trên kết quả thu đƣợc và kế thừa một số kết quả sẵn có đề xuất và đánh giá quy trình xử lý bùn thải sơng Kim Ngƣu theo hƣớng giảm thiểu hàm lƣợng kim loại nặng và PAHs trong sản phẩm sau xử lý để sử dụng vào mục đích nơng nghiệp.