Chương 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG 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 nước, trải qua nhiều thời kỳ lịch sử, kết cấu đô 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 đô thị, hệ thống thoát nước và xử lý nước thải tại Hà Nội mang nhiều điểm tương đồng với các đô thị khác trên cả nước. Toàn thành phố hiện có 04 trạm xử lý nước thải, công suất đáp ứng được khoảng 40%
lượng nước thải toàn thành phố. Do trạm xử lý nước thải có công suất thấp nên lƣợng bùn thải phát sinh từ các trạm xử lý là không lớn, theo số liệu thống kê của Công ty TNHH NN MTV Thoát nước Hà Nội, tổng lượng 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 thoát nước bao gồm các sông tiếp nhận nước thải là 167.200 tấn. Với thành phần nước thải bao gồm cả nước thải công nghiệp và nước thải tại các bệnh viện nên tính chất của bùn thải tại các con sông tiếp nhận nước thải sinh hoạt như: sông Kim Ngưu, 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 đô 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 nước 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 nước Hà Nội đang thực hiện sẽ gây ảnh hưởng đến môi trường, tốn diện tích chôn lấp và lãng phí nguồn dinh dƣỡng có ích trong bùn thải.
Trước thực trạng nêu trên, việc tiến hành nghiên cứu bùn thải đô thị tại Hà Nội tập trung vào đối tượng bùn thải tại các con sông tiếp nhận nước thải đô thị là hết sức cần thiết. Kết quả các nghiên cứu sẽ góp phần hoạch định chính sách
quản lý và các phương án xử lý thích hợp đối với bùn thải đô thị trên địa bàn thành phố Hà Nội làm cơ sở để nghiên cứu triển khai trên quy mô toàn 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 đòi 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 Ngưu và sự chuyển hóa của chúng trong quá trình ổn định bùn thải sông Kim Ngưu kết hợp với rác hữu cơ bằng phương pháp lên men yếm khí nóng đƣợc tập trung nghiên cứu.
Với tổng chiều dài 11 km, sông Kim Ngưu chảy qua khu vực có mật độ dân số rất cao của thành phố Hà Nội. Sông tiếp nhận nước thải trực tiếp trong khu vực có diện tích hơn 6 km2 với lượng nước thải chiếm 1/3 tổng lượng nước thải toàn thành phố [78]. Ngoài ra, lượng nước thải sông Kim Ngưu tiếp nhận bao gồm nước thải chưa được xử lý hoặc xử lý chưa triệt để của một số nhà máy, xí nghiệp dệt may và các xưởng sản xuất cơ khí nhỏ lẻ còn tồn tại và hoạt động trong khu vực.
Trong nghiên cứu này, 05 điểm đại diện dọc theo bờ sông Kim Ngưu 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 phương pháp lên men nóng trong phòng thí nghiệm.
Để thực hiện nghiên cứu trong phòng 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 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 nước thải đô thị trong thành phố thường phát sinh với khối lượng lớn và là loại hình bùn thải đô 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 còn 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 nước thải.
Tại Việt Nam, vấn đề này mang một đặc trƣng rất rõ khi trong thành phố vẫn tồn
tại các xưởng sản xuất công nghiệp, hàng ngày thải một lượng nước thải lớn vào hệ thống thoát nước chung của thành phố. Cùng với các quá trình sinh học, vật lý và hóa học làm cho các chất vô cơ cũng nhƣ hữu cơ độc hại tích lũy lại trong bùn thải thoát nước đô 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 nông nghiệp. Hơn nữa, với hàm lƣợng các chất ô nhiễm quá 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 vòng thơm (PAHs). Các số liệu nghiên cứu về ô 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 phương pháp xử lý bùn thải theo hướng tận dụng sản phẩm sau xử lý nhƣ một nguồn phân bón trong nông nghiệp. Tới thời điểm này, lượng bùn thải ở Nhật Bản được xử lý theo hướng tái chế, phục vụ mục đích nông nghiệp đạt tỷ lệ 30% [55]. Trong tương lai chắc chắn tỷ lệ này sẽ còn cao hơn nữa.
Trong khi đó, tại Việt Nam cũng đã có một số nghiên cứu đƣợc triển khai hướng tới đối tượng bùn thải thoát nước. 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 đô thị còn rất hạn chế.
Mức độ ô nhiễm cao đã làm cho việc sử dụng bùn thải đô thị trực tiếp cho mục đích nông 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 phương pháp xử lý thích hợp với các tiêu chí nhƣ: giảm thiểu ô nhiễm, tận dụng sản phẩm sau xử lý, tiết kiệm chi phí xử lý là một việc không dễ, đòi 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 được làm cơ sở triển khai các bước nghiên cứu tiếp theo.
Với những cơ sở nêu trên, nghiên cứu sự chuyển hóa một số yếu tố gây ô nhiễm trong quá trình ổn định bùn thải và rác thải hữu cơ bằng phương pháp lên men nóng đƣợc lựa chọn. Trong đó, hai yếu tố điển hình là kim loại nặng có nguồn gốc vô cơ và các hợp chất hữu cơ đa vòng thơm PAHs đại diện cho nhóm các hợp chất hữu cơ gây ô 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 phương pháp lên men nóng. Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp thông tin tổng quát về loại hình bùn thải có nguồn gốc từ các sông tiếp nhận nước 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 phương 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 ô nhiễm của một số kim loại nặng, PAHs trong bùn thải sông Kim Ngưu và định hướng nguồn phát sinh của chúng.
- Tiến hành ổn định bùn thải sông Kim Ngưu kết hợp rác hữu cơ bằng phương 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 Ngưu 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 quá trình ổn định bùn thải kết hợp rác hữu cơ bằng phương 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 sông Kim Ngưu theo hướng giảm thiểu hàm lƣợng kim loại nặng và PAHs trong sản phẩm sau xử lý để sử dụng vào mục đích nông nghiệp.