Tài liệu Nghiên cứu phân hủy bùn thải nhà máy xử lý nước thải kim liên làm phân bón hữu cơ bằng chế phẩm sinh học emic.

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HÀ THỊ LOAN Tên đề tài: NGHIÊN CỨU PHÂN HỦY BÙN THẢI NHÀ MÁY XỬ LÝ NƢỚC THẢI KIM LIÊN LÀM PHÂN BÓN HỮU CƠ BẰNG CHẾ PHẨM SINH HỌC EMIC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hệ đào tạo : Chính quy Chuyên ngành : Khoa Học Môi trƣờng Khoa : Môi Trƣờng Khóa học : 2012 – 2016 Thái Nguyên, năm 2016 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HÀ THỊ LOAN Tên đề tài: NGHIÊN CỨU PHÂN HỦY BÙN THẢI NHÀ MÁY XỬ LÝ NƢỚC THẢI KIM LIÊN LÀM PHÂN BÓN HỮU CƠ BẰNG CHẾ PHẨM SINH HỌC EMIC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hệ đào tạo : Chính quy Chuyên ngành : Khoa Học Môi trƣờng Lớp : K44 – KHMT- N01 Khoa : Môi Trƣờng Khóa học : 2012 – 2016 Giảng viên hƣớng dẫn: Th.S Đặng Thị Hồng Phƣơng Thái Nguyên, năm 2016 i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành tốt chƣơng trình đào tạo trong nhà trƣờng với phƣơng châm học đi đôi với hành, mỗi sinh viên sau khi ra trƣờng cần phải chuẩn bị cho mình lƣợng kiến thức cần thiết và chuyên môn vững vàng. Thời gian thực tập tốt nghiệp là giai đoạn cần thiết đối với mỗi sinh viên trong các trƣờng chuyên nghiệp, nhằm hệ thống lại toàn bộ chƣơng trình đã học, vận dụng lý thuyết vào thực tiễn. Qua đó sinh viên khi ra trƣờng sẽ hoàn thành về kiến thức, lý luận, phƣơng pháp làm việc, năng lực công tác, nhằm đáp ứng nhu cầu của thực tiễn và nghiên cứu khoa học. Đƣợc sự đồng ý của ban chủ nhiệm khoa Môi Trƣờng em đƣợc phân công thực tập tại Trung tâm thực hành thực nghiệm – Trƣờng Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, với đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu phân hủy bùn thải nhà máy xử lý nước thải Kim Liên làm phân bón hữu cơ bằng chế phẩm sinh học Emic”. Kết thúc thực tập, hoàn thành đề tài tốt nghiệp cũng là hoàn thành khóa học, nhân dịp này em xin bày tỏ lòng biết ơn tới các Thầy giáo, Cô giáo trong khoa Môi Trƣờng đã truyền đạt kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập và rèn luyện tại Trƣờng Đại học Nông Lâm Thái Nguyên. Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo TS. Phạm Văn Ngọc và các cô chú làm việc tại Trung tâm đã nhiệt tình giúp đỡ em trong suốt thời gian thực tập. Đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn Cô giáo ThS. Đặng Thị Hồng Phƣơng đã nhiệt tình chỉ bảo, hƣớng dẫn em hoàn thành đề tài tốt nghiệp này. Mặc dù bản thân em có nhiều cố gắng, song do kiến thức và thời gian có hạn, bƣớc đầu làm quen với phƣơng pháp nghiên cứu, nên khóa luận của em không tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót. Em rất mong đƣợc sự đóng góp của các thầy, cô giáo, bạn bè động viên để khóa luận của em đƣợc hoàn chỉnh hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 12 tháng 5 năm 2016 Sinh viên Hà Thị Loan ii DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. Hàm lƣợng chất dinh dƣỡng trong bùn thải ...............................................7 Bảng 2.3. Hàm lƣợng các hợp chất hữu cơ đối với bùn thải áp dụng cho nông nghiệp của một số quốc gia ........................................................................................9 Bảng 2.4. Hàm lƣợng KLN đối với bùn thải áp dụng trong nông nghiệp tại một số quốc gia .....................................................................................................................11 Bảng 2.6. Hàm lƣợng tuyệt đối cơ sở (H) và ngƣỡng nguy hại tính theo nồng độ ngâm chiết (Ctc) của các thông số trong bùn thải .....................................................13 Bảng 2.7 .Thành phần, tính chất bùn cặn của trạm XLNT Kim Liên .......................36 Bảng 3.1 Thành phần hóa học trong nguyên liệu trƣớc khi ủ ...................................38 Bảng 3.2. Tỷ lệ phối trộn các thành phần nguyên liệu cho mỗi công thức ..........39 thí nghiệm .................................................................................................................39 Bảng 3.3 Tần suất thu và phân tích mẫu ...................................................................41 Bảng 3.4. Các chỉ tiêu và phƣơng pháp phân tích trong phòng thí nghiệm ..............42 Bảng 4.1. Diễn biến nhiệt độ (0C) giữa các công thức thí nghiệm theo thời gian ....44 Bảng 4.2. Diễn biến giá trị pH giữa các công thức theo thời gian ............................46 Bảng 4.3. Diễn biến ẩm độ (%) giữa các công thức theo thời gian ..........................47 Bảng 4.4. Diễn biến tỷ lệ C/N (%) theo thời gian .....................................................49 Bảng 4.5. Hàm lƣợng T-N (%) giữa các thí nghiệm theo thời gian..........................51 Bảng 4.6. Hàm lƣợng T-P (%) giữa các thí nghiệm theo thời gian ..........................53 Bảng 4.7. Diễn biến thể tích khổi ủ (%) giữa các thí nghiệm theo thời gian ............55 Bảng 4.8. Mật số E.coli và Samonella trong nguyên liệu ủ ......................................57 Bảng 4.9. Mật độ E.coli và Samonella ngày 1 và ngày 60 giữa các công thức ........57 Bảng 4.10. Hàm lƣợng kim loại nặng sau 60 ngày ủ ................................................58 Bảng 4.11. Đặc tính lý hóa học của phân hữu cơ sau 60 ngày ủ ..............................59 iii DANH MỤC HÌNH Hình 2.1. Biểu đồ về sự gia tăng bùn thải khi áp dụng biện pháp xử lý nƣớc thải ở các nƣớc cồng đồng Châu Âu ..................................................................................14 Hình 2.2. Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nƣớc thải Kim Liên...........................28 Hình 3.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm...............................................................................39 Hình 4.1 Diễn biến nhiệt độ theo thời gian giữa các công thức................................45 Hình 4.2 Diễn biến giá trị pH giữa các công thức theo thời gian .............................46 Hình 4.3 Diễn biến ẩm độ giữa các công thức theo thời gian ...................................48 Hình 4.4 Tỷ lệ C/N giữa các nghiệm thức bổ sung và không bổ xung chế phẩm sau 60 ngày ủ ...................................................................................................................50 Hình 4.5 Hàm lƣợng T-N (%) giữa các công thức bổ sung và không bổ sung chế phẩm sau 60 ngày ủ ………………………………………………………………52 Hình 4.6 Hàm lƣợng T-P (%) giữa các công thức không bổ sung và có bổ sung chế phẩm sau 60 ngày ủ. ..................................................................................................54 Hình 4.7. Phần trăm thể tích khối ủ giữa các công thức bổ sung và không bổ sung chế phẩm sau 60 ngày ủ ............................................................................................56 Hình 4.8 Quy trình ủ phân hữu cơ từ bùn thải nhà máy nƣớc sinh hoạt ...................61 iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BNNPTNT Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng C/N Tỷ lệ Cacbon/Nito CHC Chất hữu cơ CT Công thức KLN Kim loại nặng PHC Phân hữu cơ QCVN Quy chuẩn Việt Nam XLNT Xử lý nƣớc thải TS Tổng hàm lƣợng chất rắn VS Hàm lƣợng chất rắn dễ bay hơi OM Chất hữu cơ T-N Tổng đạm T-P Tổng lân TCN Tiêu chuẩn ngành WHO Tổ chức Y tế thế giới v MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................1 DANH MỤC BẢNG .................................................................................................. ii DANH MỤC HÌNH ................................................................................................ iii MỤC LỤC ...................................................................................................................v Phần 1 ĐẶT VẤN ĐỀ.................................................................................................1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài ....................................................................................... 1 1.2 Mục tiêu của đề tài ................................................................................................ 2 1.2.1 Mục tiêu tổng quát......................................................................................2 1.2.2 Mục tiêu cụ thể ............................................................................................3 1.3. Yêu cầu của đề tài ................................................................................................ 3 1.4. Ý nghĩa của đề tài................................................................................................. 3 1.4.1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học ..........................................3 1.4.2. Ý nghĩa trong thực tiễn ...............................................................................3 Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU ...............................................................................4 2.1 Tổng quan chung về bùn thải đô thị .............................................................. 4 2.1.1 Khái niệm bùn thải, nguồn phát sinh bùn thải đô thị ..................................4 2.1.2 Phân loại, đặc điểm và tính chất của bùn thải .............................................5 2.2. Quy chuẩn, tiêu chuẩn về bùn thải ....................................................................... 8 2.2.1 Trên thế giới ................................................................................................8 2.2.2 Tại Việt Nam .............................................................................................12 2.3 Tình hình quản lý bùn thải trên thế giới............................................................. 13 2.3.1 Khái quát bùn thải trên thế giới ................................................................13 2.3.2 Các công nghệ về tái sử dụng bùn thải trên thế giới .................................15 2.3.2.1 Các biện pháp xử lý bùn thải trên thế giới ....................................................15 2.4 Tình hình quản lý bùn thải ở Việt Nam .............................................................. 20 2.4.1 Khái quát bùn thải ở Việt Nam .................................................................20 2.4.2 Các phƣơng pháp xử lý bùn thải ...............................................................22 2.5 Tác động của bùn thải đến môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời .......................... 25 2.6 Giới thiệu sơ lƣợc về trạm xử lý nƣớc thải Kim Liên......................................... 26 2.6.1. Nguồn nƣớc thải đầu vào .........................................................................26 2.6.2 Giới thiệu sơ lƣợc về trạm xử lý nƣớc thải ...............................................27 2.6.3 Khái quát về công nghệ xử lý nƣớc thải....................................................28 vi 2.7. Các phƣơng pháp ủ phân hữu cơ. ...................................................................... 32 2.7.1 Khái quát về ủ phân hữu cơ .......................................................................32 2.7.2. Các phƣơng pháp ủ phân hữu cơ ..............................................................33 2.8. Chế phẩm và nguyên liệu ủ ................................................................................ 34 2.8.1 Chế phẩm Emix .........................................................................................34 2.8.2 Một số nguyên liệu hữu cơ ........................................................................35 Phần 3 ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............37 3.1 Đối tƣợng , phạm vi và thời gian nghiên cứu ..................................................... 37 3.1.1 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .............................................................37 3.1.2 Thời gian nghiên cứu.................................................................................37 3.2 Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................ 37 3.2.1 Nội dung nghiên cứu .................................................................................37 3.2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu ...........................................................................38 3.2.3 Phƣơng pháp phân tích mẫu ......................................................................42 3.2.4 Phƣơng pháp thu thập tài liệu ....................................................................43 3.2.5 Phƣơng pháp tính toán...............................................................................43 3.2.6 Phƣơng pháp xử lý số liệu .........................................................................43 3.2.7 Phƣơng pháp so sánh .................................................................................43 Phần 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ...........................................................................44 4.1 Nghiên cứu sử dụng chế phẩm sinh học Emix phân hủy bùn thải đô thị phối trộn với các vật liệu hữu cơ khác nhau ............................................................................. 44 4.1.1. Diễn biến nhiệt độ, pH và ẩm độ trong quá trình ủ bùn thải đô thị..........44 4.2 Đánh giá hàm lƣợng dinh dƣỡng vật liệu ủ theo TCVN về phân bón .........48 4.2.7. Đánh giá chất lƣợng phân hữu cơ từ bùn thải nhà máy xử lý nƣớc sinh hoạt.59 4.3 Quy trình sản xuất phân hữu cơ từ bùn thải nhà máy xử lý nƣớc thải sinh hoạt........ 60 4.3.1. Nguyên liệu ủ ...........................................................................................60 4.3.2. Quy trình ủ................................................................................................60 Phần 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................62 5.1. Kết luận .............................................................................................................. 62 5.2. Kiến nghị ............................................................................................................ 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Phần 1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1. Tính cấp thiết của đề tài Trong xu thế phát triển kinh tế xã hội, với tốc độ đô thi hóa ngày càng cao và sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp, dịch vụ, du lịch… kéo theo mức sống của ngƣời dân ngày một cải thiện đã làm nảy sinh nhiều vấn đề mới, nan giải trong công tác bảo vệ môi trƣờng và sức khỏe của cộng đồng dân cƣ nhƣ: nƣớc thải, khí thải, rác thải đến bùn thải. Hiện nay, vấn đề quản lý và xử lý bùn thải nói chung và bùn thải đô thị nói riêng đang trở thành một gánh nặng cho các doanh nghiệp không chỉ ở Việt Nam mà ngay cả ở các nƣớc có nền kinh tế, khoa học kỹ thuật tiên tiến trên thế giới và đƣợc sự quan tâm của toàn xã hội. Theo cục bảo vệ môi trƣờng Mỹ (US-EPA), chi phí xử lý bùn thải chiếm tới 50% chi phí vận hành của toàn hệ thống. Ở Việt Nam, bùn thải chủ yếu đƣợc xử lý bằng cách ép loại nƣớc, phơi khô, đổ bỏ hay chôn lấp, chỉ một phần rất nhỏ đƣợc sử dụng làm phân bón. Việc đổ bỏ, chôn lấp bùn thải đã và đang gây ra sự ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng. Mỗi ngày, Hà Nội cũng nhƣ Thành phố Hồ Chí Minh phát sinh hàng trăm mét khối bùn thải, chủ yếu đƣợc đổ tạm ở những khu đất trống. Thực tế cho thấy, nếu không xử lý bùn thải mà đổ trực tiếp ra môi trƣờng chỉ là chuyển ô nhiễm từ điểm này sang điểm khác. Việc đổ trực tiếp ra môi trƣờng nhƣ hiện nay không chỉ gây ô nhiễm môi trƣờng mà còn lãng phí tài nguyên môi trƣờng. Một số nghiên cứu cho thấy: sau khi đƣợc xử lý hết các thành phần độc hại, bùn thải hoàn toàn có thể tận dụng làm vật liệu xây dựng ( bêtông, gạch, ngói…) và sàn nền hoặc tái sử dụng bùn thải để sử dụng trong lĩnh vực nông nghiệp bởi vì các thành phần chủ yếu của bùn thải là các vi sinh vật có lợi, các hàm lƣợng chất hữu cơ, nitơ và phốt pho cao. Ngày nay, trên thế giới bùn thải đƣợc tái sử dụng rất phổ biến. Ở một số quốc gia nhƣ Nhật Bản, Trung Quốc đã sử dụng bùn thải giàu hữu cơ thay cho than để làm nguyên liệu sản xuất điện năng. Các loại bùn thải giàu kim loại đƣợc tận dụng để sản xuất gạch nung, gạch block, vật liệu xây dựng, hoặc thu hồi các kim 2 loại, vật liệu quý trong bùn. Tuy nhiên, trƣớc khi tái sƣ̉ du ̣ng bùn thải , hoă ̣c đổ thải bùn thải cần thiết phải áp dụng các công nghệ phù hợp để xử lý chúng . Ở Châu Âu, Bắc Mỹ và nhiều nƣớc khác, bùn thải đã đƣợc sử dụng làm đất trồng trọt, làm phân bón compost, phân hủy yếm khí, sấy khô thành viên, nhiên liệu, phân bón và chất đốt. Sƣ̉ du ̣ng bùn thải làm phân bón cho nông nghiê ̣p nhƣ là mô ̣t trong nhƣ̃ng biê ̣n pháp xƣ̉ lý , đổ thải , đƣơ ̣c áp du ̣ng ở nhiề u quố c gia . Sƣ̉ du ̣ng các dạng bùn thải trong cống rãnh từ hệ thống thoát nƣớc đô thị cho đất nông nghiệp từ nhƣ̃ng năm 20 của thế kỷ trƣớc , sau đó đƣợc nhân rộng ra nhiều nơi trên thế giới [15] Gầ n nhƣ khoảng 1/2 lƣơ ̣ng bùn thải sinh ra ở Mỹ đƣơ ̣c quay la ̣i đấ t nông nghiê ̣p. Tại các nƣớc thuô ̣c cô ̣ng đồ ng chung châu Âu có trên thải đƣợc sử dụng làm nguồn phân bón cho cây trồng 30% sản phẩm bùn [21]. Hiê ̣n nay , có khoảng 0,25 triê ̣u tấ n bùn thải (trọng lƣợng khô) đƣơ ̣c sinh ra hàng năm ở Ú c, trong đó khoảng 1/3 đến 1/2 lƣơ ̣ng này đƣơ ̣c sƣ̉ du ̣ng trong nông nghiê ̣p [16]. Theo Diaz-Burgos và cô ̣ng sƣ̣, 1993, việc sử dụng các loại bùn thải nhƣ một loại phân bón hay làm nguyên liệu sản xuất phân bón ở nhiều nƣớc không còn xa lạ tƣ̀ nhƣ̃ng năm 1990. Nghiên cứu ủ phân bùn cống thải với các phế phẩm nông nghiệp nhƣ rơm, bã bùn mía, lục bình, phân gia súc, gia cầm để sản xuất phân hữu cơ nhằm hạn chế ô nhiễm môi trƣờng, mang giá trị sử dụng là rất cần thiết. Hiện nay, việc xử lý bùn cống thải bằng các tác nhân sinh học đã đƣợc chứng minh là một trong những biện pháp mang lại hiệu quả tốt nhất. Xuất phát từ thực tế trên, đồng thời đƣợc sự đồng ý của Ban giám hiệu trƣờng Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, Ban chủ nhiệm khoa Môi trƣờng và dƣới sự hƣớng dẫn của Th.S Đặng Thị Hồng Phƣơng tôi đã tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu phân hủy bùn thải nhà máy xử lý nước thải Kim Liên làm phân bón hữu cơ bằng chế phẩm sinh học Emic”. 1.2 Mục tiêu của đề tài 1.2.1 Mục tiêu tổng quát - Có đƣợc giải pháp về khả năng sử dụng bùn thải đô thị làm phân bón 3 1.2.2 Mục tiêu cụ thể - Đánh giá khả năng sử dụng bùn thải đô thị làm phân bón. - Nghiên cứu sản xuất phân bón từ bùn thải đô thị. 1.3. Yêu cầu của đề tài - Thông tin thu thập đƣợc phải chính xác, khách quan, trung thực - Những kiến nghị đƣa ra có phải tính khả thi, phù hợp với điều kiện của cơ sở. - Kết quả phân tích các thông số phải minh bạch, chính xác, so sánh với các tiêu chuẩn đánh giá cụ thể. 1.4. Ý nghĩa của đề tài 1.4.1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học - Củng cố kiến thức cơ sở cũng nhƣ kiến thức chuyên ngành, tạo điều kiện tốt hơn để phục vụ cho công tác BVMT sau này. - Rèn luyện kỹ năng thực tế, rút kinh nghiệm, làm quen với môi trƣờng làm việc sau này. - Kết quả của đề tài là nền móng cho các nghiên cứu tiếp theo về việc nghiên cứu sản xuất phân hữu cơ từ bùn thải đô thị. 1.4.2. Ý nghĩa trong thực tiễn - Khái quát đƣợc lợi ích của việc sản xuất phân hữu cơ từ bùn thải đô thị. - Thành công của đề tài sẽ góp phần giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trƣờng do bùn thải ở đô thị, giải pháp sử dụng bùn thải làm phân bón cho nông nghiệp. 4 Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Tổng quan chung về bùn thải đô thị 2.1.1 Khái niệm bùn thải, nguồn phát sinh bùn thải đô thị 2.1.1.1 Khái niệm bùn thải Bùn thải phát sinh từ quá trình xử lý nƣớc là hỗn hợp các chất rắn, đƣợc tách, lắng, tích tụ và thải ra từ quá trình xử lý nƣớc [3]. Bùn từ hệ thống thoát nƣớc thải sinh hoạt đô thị là hỗn hợp các chất hữu cơ và vô cơ từ đƣờng ống thoát nƣớc đô thị. Ngoài ra, bùn thải có thể chứa các chất dễ bay hơi, sinh vật gây bệnh, vi khuẩn, kim loại nặng, các ion vô cơ cùng với hóa chất độc hại từ chất thải công nghiệp, hóa chất gia dụng và thuốc trừ sâu [22]. Theo cơ quan bảo vệ môi trƣờng Hoa Kỳ (US-EPA) bùn thải là sản phẩm thải cuối cùng đƣợc tạo ra từ quá trình xử lý nƣớc thải dân dụng và nƣớc thải công nghiệp từ nhà máy xử lý nƣớc thải ở dạng hỗn hợp bán rắn. Việc xử lý và thải bùn rất khó do lƣợng bùn lớn, thành phần khác nhau, độ ẩm cao và bùn rất khó lọc. Giá thành xử lý và thải bùn chiếm khoảng 25 – 50 % tổng giá thành quản lý chất thải [29]. 2.1.1.2 Nguồn phát sinh bùn thải đô thị Bùn thải đƣợc phát sinh từ một số nguồn sau [3,23]: - Bùn thải từ hệ thống thoát nƣớc, kênh rạch: Thành phần và đặc tính của bùn chủ yếu là chất hữu cơ (70 – 82 %) và một số kim loại nặng với hàm lƣợng cao. - Bùn thải từ hệ thống xử lý nƣớc thải đô thị: Nƣớc thải đô thị giàu hàm lƣợng chất hữu cơ, chất dinh dƣỡng và là nơi cƣ trú của các loại vi khuẩn (cả vi khuẩn gây bệnh) gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc, đƣợc chuyển tới các nhà máy xử lý nƣớc thải sinh hoạt và các hệ thống sông thoát nƣớc thành phố. - Bùn thải từ hố ga, bể phốt: Là phần rắn đƣợc tạo thành do sự lắng bề mặt nƣớc đen, nƣớc xám từ các hộ gia đình, nƣớc mƣa chảy tràn. Bùn này giàu chất hữu 5 cơ, vô cơ (chủ yếu là cát). Bùn thải từ các hệ thống này chiếm khối lƣợng lớn bùn thải đô thị. - Bùn thải nuôi trồng thủy hải sản: Là nguồn chất lắng đọng vô cùng nguy hiểm cho vấn đề lan truyền dịch bệnh và ô nhiễm môi trƣờng. Thành phần bùn thải thủy sản rất phức tạp, bao gồm: vôi, hóa chất, lƣu huỳnh, lắng đọng bùn phèn trong đất chứa các độc tố môi trƣờng, những vi khuẩn gây bệnh, nấm bệnh, tảo lục và đặc biệt là các sản phẩm phân hủy của quá trình yếm khí: NH3, H2S, CH4… - Ngoài ra còn một lƣợng nhỏ bùn thải từ công nghiệp, xây dựng và một số nguồn khác trong hoạt động và phát triển đô thị. 2.1.2 Phân loại, đặc điểm và tính chất của bùn thải 2.1.2.1 Phân loại bùn thải Bùn đƣợc phân loại dựa vào nguồn gốc phát sinh và thành phần của chúng [14]. Dựa vào nguồn gốc của bùn, có thể phân loại bùn thành các loại sau: - Bùn thải từ hệ thống thoát nƣớc: bùn cống rãnh, kênh rạch, bùn nạo vét sông hồ. - Bùn thải từ hệ thống xử lý nƣớc đô thị; - Bùn thải từ hố ga, bể phốt; - Bùn thải nuôi trồng thủy sản; - Bùn thải từ các công nghiệp và xây dựng. Thành phần bùn phụ thuộc vào bản chất ô nhiễm ban đầu của nƣớc và phƣơng pháp làm sạch: xử lý vật lý, hóa lý, sinh học, cụ thể: [23] - Bùn hữu cơ ƣu nƣớc: Đó là loại phổ biến nhất, khó khăn của việc làm khô bùn là do sự có mặt của phần lớn các chất keo ƣa nƣớc. Ngƣời ta xếp trong loại này tất cả các loại bùn thải xử lý sinh học nƣớc thải, mà hàm lƣợng chất bay hơi có thể đến 90% toàn bộ chất khô (nƣớc thải công nghệ thực phẩm, hóa hữu cơ). - Bùn vô cơ ƣa nƣớc: Các bùn này chứa hydroxyt kim loại tạo thành của phƣơng pháp hóa lý bằng cách làm kết tủa ion kim loại có trong nƣớc xử lý (Al, Fe, Zn, Cr) hoặc do sử dụng kết bông vô cơ (muối ferreux hoặc ferit, muối nhôm). 6 - Bùn chứa dầu: Nó đặc trƣng bằng việc trong các chất thải có mặt một lƣợng dầu nhỏ hoặc mỡ khoáng chất (hoặc động vật). Các chất này ở dạng nhũ hoặc hấp thụ các phần tử bùn ƣa nƣớc. Một phần bùn sinh học cũng có thể có mặt trong trƣờng hợp xử lý cuối cùng bằng bùn hoạt tính (Ví dụ: xử lý nƣớc thải của nhà máy lọc dầu). - Bùn vô cơ kị nƣớc: Các bùn này đƣợc đặc trƣng bằng một tỷ lệ trội hơn các chất đặc biệt có hàm lƣợng giữ nƣớc nhỏ (cát, bùn phù sa, xỉ, vẩy rèn, muối đã kết tinh). - Bùn vô cơ ƣa – kị nƣớc: Các bùn này chủ yếu bao gồm các chất kị nƣớc chứa vừa đủ chất ƣa nƣớc để cho ảnh hƣởng bất lợi của chất này đến việc làm khô bùn chiếm ƣu thế. Các chất ƣa nƣớc thƣờng là các hydroxyt kim loại (chất kết tụ). - Bùn có sợi: Nói chung loại bùn này rất dễ làm khô trừ khi việc thu hồi bùn các sợi chuyển sang lại ƣa nƣớc do sự có mặt hydroxyt hoặc bùn sinh học. 2.1.2.2 Đặc điểm và tính chất của bùn thải Hơn 60.000 chất và hợp chất đã đƣợc tìm thấy trong bùn thải và nƣớc thải. Chúng đƣợc đặc trƣng bởi một số tính chất quan trọng nhƣ: Tổng hàm lƣợng chất rắn (TS); hàm lƣợng chất rắn dễ bay hơi (VS); pH; chất hữu cơ (OM); chất dinh dƣỡng; kim loại nặng; chất hữu cơ độc hại và tác nhân gây bệnh. - TS: Thông thƣờng, bùn thải dạng lỏng có TS 2 – 12 %, trong khi bùn thải dạng khử nƣớc có TS 12 – 40 % (bao gồm cả các chất phụ gia hóa học). Bùn thải khô hoặc ủ thƣờng có TS trên 50 %. - VS: Hầu hết các loại bùn thải không ổn định, chứa khoảng 75 – 85 % VS (tính theo % trọng lƣợng khô). - pH: Bùn có pH thấp (< 6,5) thúc đẩy sự hấp thụ các kim loại nặng, pH cao (> 11) có thể giết chết vi khuẩn nếu kết hợp với các loại đất có pH trung tính hoặc cao có thể ức chế sự hấp thụ của kim loại nặng trong đất. - OM: Hàm lƣợng các chất hữu cơ trong bùn thải khá cao cho nên có thể sử dụng để cải thiện tính chất vật lý của đất. Hàm lƣợng chất hữu cơ tăng làm giảm dung trọng, tăng cƣờng khả năng cầm giữ nƣớc và thúc đẩy sự thấm nƣớc lớn hơn. 7 - Chất dinh dƣỡng: Chất dinh dƣỡng có trong bùn nhƣ nitơ, phốt pho và kali là rất cần thiết cho sự tăng trƣởng của thực vật. Tuy vậy, hàm lƣợng dinh dƣỡng cao có thể dẫn đến ô nhiễm môi trƣờng nƣớc ngầm và nƣớc mặt. Hàm lƣợng chất dinh dƣỡng thƣờng có trong bùn thải tại một số nƣớc trên thế giới đƣợc đƣa ra trong bảng 2.1. Bảng 2.1. Hàm lƣợng chất dinh dƣỡng trong bùn thải Tổng chất dinh dƣỡng N P K WWPT Michigan (USA) 3,5 2,2 0,5 WWPT New York (USA) 2,9 1,2 0,19 WWPT Hawaii’s (USA) 3,8 0,6 0,06 WWPT Sant-Peteresburg (Nga) 4,3 2,4 0,4 WWPT Matxcova (Nga) 2,1-2,8 1,6-2,9 0,3-0,5 WWPT Vladimir (Nga) 1,57-1,95 1,35-2,25 0,2-0,45 WWPT Kazan (Nga) 1,7-2,6 0,12-1,2 0,14-0,36 WWPT Sochi (Nga) 3,4 1,9 0,3 WWPT Sipraya (Thái Lan) 3,43 0,11 0,08 WWPT Triunfo (Brazil) 2,3 0,69 0,11 WWPT Laissa (Hy Lạp) 1,8-2,8 1,2-1,65 Không xác định Nguồn: Khai, N.M., Ha, Q.H., Vinh, N.C., Gusstafson, J.P., Oborn, I., 2008. “Effects of biosolids application on soil chemical properties in peri-urban agricultural systems”,VNU Journal of Science Thông thƣờng hàm lƣợng dinh dƣỡng trong bùn thấp hơn so với phân bón Nguồn bùn thải bán trên thị trƣờng đặc biệt là K thƣờng ít hơn 0,5%. - KLN: Các kim loại nặng rất dễ hấp phụ trên bề mặt các chất lơ lửng dạng hữu cơ và vô cơ. Khi các chất này lắng xuống tạo thành bùn lắng thì các kim loại nặng cũng sẽ bị tích tụ trong bùn. Stephen Lester (CHEJ) đã tổng hợp thông tin từ các nhà nghiên cứu Đại học Cornell và Hiệp hội các kỹ sƣ xây dựng đã xác định rằng bùn thải có chứa các độc tố sau đây - Polychlorinated biphennyls (PCBs); - Clo thuốc trừ sâu bao gồm DDT, dieldrin, aldrin, endril, chlordane, heptachlor, Lindan, mirex, kepone, 2,4 – T, 2,4 – D; 8 - Clo hóa các hợp chất nhƣ dioxin; - Polycyclic hydrocacbon thơm; - Kim loại nặng: asen, cadimi, crom, chì và thủy ngân; - Các độc tố khác bao gồm: amiăng, sản phẩm dầu mỏ và các dung môi công nghiệp. Ngoài ra, theo kết quả nghiên cứu về đặc điểm bùn thải tại bang Indiana (Mỹ) cho thấy bùn thải tại đây có chứa khoảng 50% chất hữu cơ và 1 – 4 % cacbon vô cơ (nitơ hữu cơ và photpho vô cơ là thành phần chủ yếu của N và P trong bùn). Tuy nhiên, sự dao động lớn nhất là thành phần các kim loại nặng nhƣ: Cd, Zn, Cu, Ni, Pb trong bùn thải [9]. 2.2. Quy chuẩn, tiêu chuẩn về bùn thải 2.2.1 Trên thế giới  Quy định của US – EPA Quy định của US EPA (Mục 40 của Bộ luật Liên bang (CFR, phần 503) đối với bùn thải sử dụng cho các mục đích nhƣ áp dụng cho nông nghiệp, chôn lấp hay thiêu đốt đƣợc quy định chi tiết trong bảng 2.2. Bảng 2.2. Quy định của US – EPA đối với một số kim loại nặng (KLN) có trong bùn thải theo mục đích sử dụng. Giới hạn hàm lƣợng áp KLN dụng cho nông nghiệp (mg/kg) Giới hạn hàm lƣợng cho chôn lấp (mg/kg) Giới hạn hàm lƣợng cho thiêu đốt (µg/m3) As 75 73 0,023 Cd 85 - 0,057 Cu 4300 Pb 840 - - Ag 57 - - Ni 420 420 2,0 Se 100 - - Zn 7500 - - Cr - 600 - - Nguồn: Quy định của US – EPA 9 Quy định của EU - Đối với các hợp chất hữu cơ: Hàm lƣợng chất hữu cơ áp dụng cho đất nông nghiệp đối với bùn thải tại mỗi quốc gia đƣợc quy định khác nhau trong bảng 2.3. Bảng 2.3. Hàm lƣợng các hợp chất hữu cơ đối với bùn thải áp dụng cho nông nghiệp của một số quốc gia Đơn vị: mg/kg Hợp chất hữu cơ EU Đan Thụy Mạch Điển Đức Các chất hữu cơ halogen (AOX) 500 - - 500 Liner alkylbenzen sulfonate (LAS) 2600 50 - - Di (2-ethylhexyl)phthalates (DEHP) 100 1300 - - Nonylphenol and ethoxylates (NPE) 50 10 50 - Hydrocarbon thơm đa vòng (PAH) 6 3 3 - 0,8 - 0,4 0,2 100* - - 100 Polychlorinated biphenyls (PCB) Polychlorinated dibenzo-dioxins and furans (PCDD/Fs) Nguồn: Khai, N.M., Ha, Q.H., Vinh, N.C., Gusstafson, J.P., Oborn, I., 2008. “Effects of biosolids application on soil chemical properties in peri-urban agricultural systems”,VNU Journal of Science * Đơn vị: mg/kg TED (lƣợng độc hại tƣơng đƣơng) - Đối với kim loại nặng: Tại một số quốc gia ngăn cấm việc tái sử dụng bùn cho mục đích nông nghiệp nếu hàm lƣợng kim loại nặng vƣợt quá quy định cho pép đƣợc đƣa ra trong bảng 2.4. 10 11 Bảng 2.4. Hàm lƣợng KLN đối với bùn thải áp dụng trong nông nghiệp tại một số quốc gia Đơn vị: mg/kg Đan Thụy Hợp chất hữu cơ EU Đức Mạch Điển Các chất hữu cơ halogen (AOX) 500 500 Liner alkylbenzen sulfonate (LAS) 2600 50 - - Di (2-ethylhexyl)phthalates (DEHP) 100 1300 - - Nonylphenol and ethoxylates (NPE) 50 10 50 - Hydrocarbon thơm đa vòng (PAH) 6 3 3 - Polychlorinated biphenyls (PCB) 0,8 - 0,4 0,2 Polychlorinated dibenzo-dioxins and furans 100* - - 100 Nguồn: Khai, N.M., Ha, Q.H., Vinh, N.C., Gusstafson, J.P., Oborn, I., 2008. “Effects of biosolids application on soil chemical properties in peri-urban agricultural systems”,VNU Journal of Science Ngoài ra, để giảm thiểu rủi ro của vi sinh vật gây bệnh đối với sức khỏe, một số quốc gia đã bổ sung thêm quy định giói hạn của một số vi sinh vật trong tiêu chuẩn về chất lƣợng bùn thải. Các giới hạn này ở các quốc gia khác nhau là khác nhau, đƣợc trình bày ở bảng 2.5. Bảng 2.5. Giá trị giới hạn của một số vi sinh vật trong bùn thải theo tiêu chuẩn một số nƣớc trên thế giới Quốc gia Pháp Salmonella 8 MPN/10g Italy 1000 MPN/10g Luxembourg Vi sinh vật khác Enterovirus: 3 MPCN/10g Trứng giun sán: 3 MNCN/10g Vi khuẩn đƣờng ruột: 100/g Bùn không đƣợc sử dụng nếu chứa Ba Lan Ký sinh trùng: 10/kg Salmonella Bùn không đƣợc sử dụng nếu chứa Đan Mạch Liên cầu khuẩn < 100/g Salmonella Nguồn: Khai, N.M., Ha, Q.H., Vinh, N.C., Gusstafson, J.P., Oborn, I., 2008. “Effects of biosolids application on soil chemical properties in peri-urban agricultural systems”,VNU Journal of Science 12 2.2.2 Tại Việt Nam Việt Nam đã ban hành Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngƣỡng chất thải nguy hại QCVN 07:2009/BTNMT, trong đó có những quy định đƣợc áp dụng với bùn thải. Hiện nay, quy chuẩn riêng QCVN 50:2013/BTNMT đã đƣợc ban hành theo thông tƣ 32/2013/TT-BTNMT, ngày 25/10/2013 của Bộ trƣởng Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng, xây dựng dựa trên QCVN 07:2009/BTNMT quy định ngƣỡng nguy hại của các thông số (trừ các thông số phóng xạ) trong bùn thải phát sinh từ quá trình xử lý nƣớc thải, nƣớc cấp, làm cơ sở phân loại và quản lý bùn thải. Theo QCVN 50:2013/BTNMT, bùn thải từ quá trình xử lý nƣớc thải đƣợc xác định là chất thải nguy hại nếu thuộc một trong những trƣờng hợp sau: - pH ≥ 12,5 hoặc pH ≤ 2,0 - Trong mẫu bùn thải phân tích có ít nhất 01 thông số quy định tại bảng 2.6 có giá trị đồng thời vƣợt cả hàm lƣợng tuyệt đối (Htc) và ngƣỡng nguy hại (Ctc) Giá trị ngƣỡng hàm lƣợng tuyệt đối (Htc, ppm) đƣợc tính bằng công thức: Trong đó: + H (ppm) là giá trị hàm lƣợng tuyệt đối cơ sở đƣợc quy định trong bảng 2.6; + T là tỷ số giữa khối lƣợng thành phần rắn khô trong mẫu bùn thải trên tổng khối lƣợng mẫu bùn thải. Ngƣỡng nguy hại tính theo nồng độ ngâm chiết của các thông số trong bùn thải từ quá trình xử lý nƣớc đƣợc quy định tại bảng 2.6.