Luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu sự chuyển hóa của PAHS và một số kim loại nặng trong quá trình ổn định bùn thải sông Kim Ngưu kết hợp rác hữu cơ bằng phương pháp lên men yếm khí nóng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:161

Thêm vào BST

Báo xấu

44
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là xác định hàm lượng và đánh giá mức độ ô nhiễm một số kim loại nặng và PAHs trong bùn thải sông Kim Ngưu, thành phố Hà Nội; nghiên cứu ổn định bùn thải sông Kim Ngưu kết hợp rác hữu cơ bằng phương pháp lên men yếm khí nóng.... Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu sự chuyển hóa của PAHS và một số kim loại nặng trong quá trình ổn định bùn thải sông Kim Ngưu kết hợp rác hữu cơ bằng phương pháp lên men yếm khí nóng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ----------------------------- Cao Vũ Hưng NGHIÊN CỨU SỰ CHUYỂN HÓA CỦA PAHs VÀ MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG QUÁ TRÌNH ỔN ĐỊNH BÙN THẢI SÔNG KIM NGƯU KẾT HỢP RÁC HỮU CƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN YẾM KHÍ NÓNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội - 2015
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ----------------------------- Cao Vũ Hưng NGHIÊN CỨU SỰ CHUYỂN HÓA CỦA PAHs VÀ MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG QUÁ TRÌNH ỔN ĐỊNH BÙN THẢI SÔNG KIM NGƯU KẾT HỢP RÁC HỮU CƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN YẾM KHÍ NÓNG Chuyên ngành : Hóa môi trường Mã số : 62440120 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Bùi Duy Cam Hà Nội - 2015
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do chính tôi thực hiện. Các kết quả nghiên cứu trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác. TÁC GIẢ LUẬN ÁN
LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới PGS.TS. Bùi Duy Cam người đã giao đề tài, trực tiếp chỉ bảo cho tôi định hướng nghiên cứu, kiến thức chuyên môn và hơn hết là truyền cho tôi lòng đam mê khoa học và tinh thần tự giác trong học tập và nghiên cứu. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Trịnh Lê Hùng người đã dạy cho tôi các kiến thức mới, cho tôi nhiều lời khuyên bổ ích cũng như hỗ trợ tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện luận án. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.S. Vũ Thị Bích Ngọc người đã sát cánh cùng tôi trong giai đoạn gian nan nhất của quá trình thực hiện luận án. Tôi xin cảm ơn quỹ học bổng Pony Chung, tập đoàn Công nghiệp Hyundai, Hàn Quốc đã hỗ trợ kinh phí như là sự động viên to lớn giúp tôi vượt qua khó khăn để hoàn thành luận án. Tôi xin cảm ơn các anh chị em đồng nghiệp của Phòng thí nghiệm và Đào tạo phân tích môi trường, Trung tâm Nghiên cứu Đào tạo Việt Nam - Hàn Quốc, Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường đã giúp tôi phân tích mẫu nhiều mẫu nghiên cứu. Tôi xin cảm ơn Ban chủ nhiệm khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, các thầy cô và các bạn nghiên cứu sinh thuộc phòng Hóa học Môi trường đã giúp đỡ, hỗ trợ tôi trong suốt khoảng thời gian học tập và nghiên cứu tại đây. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân và bạn bè, những người luôn ở bên tôi, giúp tôi vượt qua mọi khó khăn để hoàn thành luận án này. TÁC GIẢ LUẬN ÁN Cao Vũ Hưng
MỤC LỤC MỤC LỤC ......................................................................................................... 1 DANH MỤC HÌNH .......................................................................................... 3 DANH MỤC BẢNG ......................................................................................... 5 CÁC CHỮ VIẾT TẮT ...................................................................................... 6 MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 7 Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................... 10 1.1. Khái quát về bùn thải đô thị và thực trạng quản lý bùn thải đô thị tại Hà Nội .......................................................................................................... 10 1.1.1. Nguồn phát sinh ............................................................................ 10 1.1.2. Đặc điểm của bùn thải đô thị ........................................................ 11 1.1.3. Các phƣơng pháp xử lý bùn thải đô thị......................................... 13 1.1.4. Thực trạng quản lý bùn thải đô thị tại Hà Nội .............................. 17 1.2. Kim loại nặng và PAHs trong bùn thải đô thị ............................................ 19 1.2.1. Kim loại nặng ................................................................................ 19 1.2.2. Các hợp chất hữu cơ đa vòng thơm (PAHs) ................................. 24 1.3. Phƣơng pháp lên men phân hủy yếm khí trong xử lý bùn thải đô thị và rác thải hữu cơ .............................................................................................. 30 1.3.1. Cơ sở của phƣơng pháp lên men phân hủy yếm khí..................... 31 1.3.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình phân hủy yếm khí ............... 33 1.3.3. Các kỹ thuật ứng dụng phƣơng pháp lên men phân hủy yếm khí trong xử lý bùn thải đô thị và rác thải hữu cơ........................... 36 1.3.4. Sự phân hủy PAHs trong quá trình ổn định bùn thải đô thị bằng phƣơng pháp lên men yếm khí ....................................................... 41 1.3.5. Sự chuyển hóa của kim loại nặng trong quá trình ổn định bùn thải đô thị bằng phƣơng pháp lên mem yếm khí ............................. 46 Chƣơng 2: ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..... 50 2.1. Đối tƣợng và nội dung nghiên cứu............................................................. 50 2.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu ................................................................... 50 2.1.2. Nội dung nghiên cứu ..................................................................... 52 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................ 55 2.2.1. Phƣơng pháp thu thập và tổng hợp tài liệu ................................... 55 2.2.2. Phƣơng pháp lấy mẫu thực địa ..................................................... 55 2.2.3. Phƣơng pháp thực nghiệm ............................................................ 56 1
2.2.4. Phƣơng pháp phân tích ................................................................. 61 2.2.5. Hóa chất sử dụng .......................................................................... 63 2.2.6. Phƣơng pháp xử lý số liệu nghiên cứu ......................................... 64 Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................ 65 3.1. Đặc điểm ô nhiễm kim loại nặng và PAHs trong bùn thải sông Kim Ngƣu ................................................................................................. 65 3.1.1. Đặc điểm hóa lý của bùn thải sông Kim Ngƣu............................. 65 3.1.2. Kim loại nặng trong bùn thải sông Kim Ngƣu ............................. 66 3.1.3. PAHs trong bùn thải sông Kim Ngƣu........................................... 72 3.1.4. Đánh giá khả năng sử dụng bùn thải sông Kim Ngƣu cho cải tạo đất nông nghiệp .................................................................... 79 3.2. Nghiên cứu xác định điều kiện thích hợp trong quá trình ổn định bùn thải kết hợp rác hữu cơ bằng phƣơng pháp lên men yếm khí nóng ......................... 81 3.2.1. Sự thay đổi pH và độ dẫn điện (EC) theo thời gian...................... 82 3.2.2. Khả năng loại bỏ COD tổng (CODt) ............................................ 84 3.2.3. Khả năng loại bỏ tổng chất rắn và chất rắn bay hơi ..................... 85 3.2.4. Khả năng sinh biogas và thành phần khí CH4 .............................. 87 3.2.5. Sự giảm hàm lƣợng Nitơ tổng (TN) và N-NH4 ............................ 90 3.2.6. Sự giảm hàm lƣợng Phốt pho tổng (TP) và P-PO4 ....................... 92 3.3. Sự chuyển hóa của kim loại nặng và PAHs trong quá trình ổn định bùn thải kết hợp rác hữu cơ bằng phƣơng pháp lên men nóng ......................... 94 3.3.1. Các thông số hóa lý của quá trình lên men yếm khí ..................... 94 3.3.2. Sự tích tụ và vận chuyển của kim loại nặng ................................. 99 3.3.3. Sự phân hủy của các hợp chất PAHs ............................................ 111 3.4. Đề xuất quy trình và đánh giá khả năng áp dụng xử lý bùn thải sông Kim Ngƣu kết hợp rác hữu cơ .................................................................. 118 3.4.1. Đề xuất quy trình xử lý ................................................................. 118 3.4.2. Đánh giá khả năng áp dụng mô hình đề xuất xử lý bùn thải sông Kim Ngƣu kết hợp rác hữu cơ ........................................................ 120 KẾT LUẬN ....................................................................................................... 126 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ......................................................................... 128 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 129 PHỤ LỤC .......................................................................................................... 141 2
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Các giai đoạn trong quá trình phân hủy yếm khí ....................................... 32 Hình 1.2. Quy trình xử lý bằng kỹ thuật lên men yếm khí khô ................................. 38 Hình 1.3. Quy trình xử lý bằng kỹ thuật lên men yếm khí ƣớt một giai đoạn........... 39 Hình 1.4. Quy trình xử lý bằng kỹ thuật lên men yếm khí ƣớt hai giai đoạn ............ 40 Hình 1.5. Quá trình thoái biến của phenanthrene trong điều kiện yếm khí bởi vi khuẩn khử sunfat .................................................................................................... 43 Hình 2.1. Sơ đồ vị trí khu vực lựa chọn nghiên cứu .................................................. 52 Hình 2.2. Mô tả hệ thống xử lý lên men yếm khí nóng ............................................. 56 Hình 2.3. Sơ đồ phƣơng pháp thực nghiệm nghiên cứu xử lý kết hợp bùn thải và rác hữu cơ .............................................................................................................. 58 Hình 2.4. Sơ đồ phƣơng pháp thực nghiệm nghiên cứu sự tích tụ và vận chuyển của kim loại nặng và phân hủy của PAHs .................................................................. 59 Hình 3.1. Hàm lƣợng kim loại nặng tại các điểm khảo sát ........................................ 68 Hình 3.2. Hàm lƣợng kim loại nặng trung bình trong bùn thải sông Kim Ngƣu ...... 69 Hình 3.3. Hàm lƣợng PAHs với số lƣợng vòng thơm khác nhau trong bùn thải sông Kim Ngƣu ............................................................................................ 73 Hình 3.4. Tỷ lệ hàm lƣợng PAHs đặc trƣng trong mẫu bùn thải sông Kim Ngƣu ......... 77 Hình 3.5. So sánh hàm lƣợng PAHs trong bùn thải sông Kim Ngƣu với các giá trị giới hạn qui định ........................................................................................ 78 Hình 3.6. Sự thay đổi giá trị pH của các thí nghiệm theo thành phần đầu vào và theo thời gian ......................................................................................................... 82 Hình 3.7. Sự thay đổi giá trị EC của các thí nghiệm theo thành phần đầu vào và theo thời gian ......................................................................................................... 83 Hình 3.8. Sự thay đổi giá trị CODt của các thí nghiệm theo thành phần đầu vào và theo thời gian ............................................................................................ 84 Hình 3.9. Khả năng loại bỏ CODt trong các thí nghiệm theo thành phần đầu vào khác nhau ...................................................................................................... 85 Hình 3.10. Khả năng loại bỏ TS và VS theo thành phần đầu vào khác nhau ............ 86 Hình 3.11. Thể tích biogas sinh ra trong các thí nghiệm với thành phần đầu vào khác nhau theo thời gian ............................................................................... 87 Hình 3.12. Tỷ lệ thành phần trung bình của các khí trong biogas ............................ 88 Hình 3.13. Thành phần khí H2S trung bình trong biogas của các thí nghiệm ........... 89 Hình 3.14. Sự thay đổi giá trị Nitơ tổng theo thời gian của các thí nghiệm với thành phần đầu vào khác nhau ............................................................................. 91 Hình 3.15. Sự thay đổi giá trị N-NH4 theo thời gian của các thí nghiệm với thành phần đầu vào khác nhau ............................................................................. 91 3
Hình 3.16. Sự thay đổi giá trị Phốt pho tổng theo thời gian của các thí nghiệm với thành phần đầu vào khác nhau ............................................................................. 93 Hình 3.17. Sự thay đổi giá trị P-PO4 theo thời gian của các thí nghiệm với thành đầu vào khác nhau ...................................................................................... 93 Hình 3.18. Sự thay đổi giá trị pH theo thời gian........................................................ 95 Hình 3.19. Sự thay đổi giá trị EC theo thời gian ....................................................... 96 Hình 3.20. Sự thay đổi giá trị CODt của hỗn hợp sinh khối theo thời gian .............. 96 Hình 3.21. Sự thay đổi của TS, VS theo thời gian trong quá trình phân hủy yếm khí ........................................................................................ 97 Hình 3.22. Thể tích biogas sinh ra trong quá trình phân hủy yếm khí ...................... 98 Hình 3.23. Thành phần biogas theo thời gian ............................................................ 98 Hình 3.24. Tƣơng quan giữa sự gia tăng của hàm lƣợng kim loại nặng sau ổn định và hàm lƣợng kim loại nặng trong thành phần nguyên liệu đầu vào ......................... 100 Hình 3.25. Hàm lƣợng kim loại nặng trƣớc và sau quá trình ổn định ....................... 100 Hình 3.26. Sự thay đổi hàm lƣợng kim loại nặng trong quá trình ổn định bùn thải ............. 101 Hình 3.27. Tƣơng quan hàm lƣợng Cd trong chất rắn và trong dung dịch ngâm rửa ......... 104 Hình 3.28. Tƣơng quan hàm lƣợng Cr trong chất rắn và trong dung dịch ngâm rửa .......... 104 Hình 3.29. Tƣơng quan hàm lƣợng Cu trong chất rắn và trong dung dịch ngâm rửa ......... 105 Hình 3.30. Tƣơng quan hàm lƣợng Ni trong chất rắn và trong dung dịch ngâm rửa .......... 105 Hình 3.31. Tƣơng quan hàm lƣợng Pb trong chất rắn và trong dung dịch ngâm rửa.......... 106 Hình 3.32. Tƣơng quan hàm lƣợng Zn trong chất rắn và trong dung dịch ngâm rửa ......... 106 Hình 3.33. Lƣợng kim loại nặng chuyển vào dung dịch ngâm rửa theo thời gian ............ 107 Hình 3.34. Lƣợng kim loại nặng chuyển vào pha nƣớc trong 18 ngày đầu và thời gian sau của quá trình ổn định ........................................................................................... 108 Hình 3.35. Sự phân hủy các hợp chất PAHs trong quá trình ổn định........................ 112 Hình 3.36. Tỷ lệ phân hủy các hợp chất PAHs .......................................................... 113 Hình 3.37. Hàm lƣợng PAHs trƣớc và sau ổn định ................................................... 114 Hình 3.38. Sự phân hủy của PAHs theo thời gian khi sử dụng Tween 80 ................ 116 Hình 3.39. Khả năng phân hủy của các hợp chất PAHs khi sử dụng Tween 80 ....... 116 Hình 3.40. Quy trình đề xuất xử lý bùn thải sông Kim Ngƣu kết hợp rác hữu cơ .... 119 4
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Lƣợng bùn thải đô thị tại Hà Nội năm 2012 .............................................. 18 Bảng 1.2. Kim loại nặng trong nƣớc thải của một số loại hình công nghiệp .................... 20 Bảng 1.3. Tính chất vật lý của một số PAHs ............................................................. 28 Bảng 1.4. Tổng hợp các kỹ thuật áp dụng trong phƣơng pháp lên men yếm khí............... 37 Bảng 2.1. Tọa độ của các điểm nghiên cứu ............................................................... 52 Bảng 2.2. Thành phần nguyên liệu đầu vào trong các thí nghiệm ............................. 58 Bảng 2.3. Thành phần nguyên liệu đầu vào trong thực nghiệm nghiên cứu sự tích tụ, vận chuyển của KLN và phân hủy của PAHs ........................................... 60 Bảng 3.1. Một số chỉ tiêu hóa lý của bùn thải sông Kim Ngƣu ................................. 65 Bảng 3.2. Hàm lƣợng KLN trung bình trong mẫu bùn tại các điểm khảo sát với QCVN: 03/2008/BTNMT .................................................................................... 66 Bảng 3.3. So sánh hàm lƣợng KLN trong bùn thải sông Kim Ngƣu với QCVN: 03/2008/BTNMT ............................................................................................... 67 Bảng 3.4. So sánh hàm lƣợng kim loại nặng trong bùn thải sông Kim Ngƣu với kết quả khảo sát đã thực hiện trƣớc tại đây và một số khu vực khác.............................. 69 Bảng 3.5. Hàm lƣợng PAHs trung bình của bùn thải ở các điểm khảo sát ................... 72 Bảng 3.6. So sánh hàm lƣợng PAHs trong bùn thải sông Kim Ngƣu với kết quả khảo sát bùn thải tại một số khu vực khác ............................................... 74 Bảng 3.7. Tốc độ sinh khí trung bình và thành phần biogas ...................................... 88 Bảng 3.8. Xác định hiệu suất sinh khí CH4 ................................................................ 90 Bảng 3.9. Hàm lƣợng một số kim loại nặng trƣớc và sau ổn định bùn thải .............. 99 Bảng 3.10. Hàm lƣợng kim loại nặng gia tăng trong quá trình ổn định .................... 101 Bảng 3.11. Lƣợng kim loại nặng chuyển vào dung dịch ngâm rửa theo thời gian ......... 107 Bảng 3.12. Tƣơng quan lƣợng kim loại nặng chuyển vào pha nƣớc trong 18 ngày đầu và thời gian sau của quá trình ổn định ................................................... 108 Bảng 3.13. Lƣợng PAHs phân hủy trong quá trình ổn định ...................................... 111 Bảng 3.14. Thông số hóa lý quá trình phân hủy yếm khí với Tween 80 ................... 115 Bảng 3.15. Lƣợng PAHs phân hủy khi sử dụng Tween 80 ...................................... 115 Bảng 3.16. Hàm lƣợng kim loại nặng trong hỗn hợp bùn thải và rác hữu cơ qua các giai đoạn của quy trình xử lý ......................................................................... 121 Bảng 3.17. Một số quy định hàm lƣợng kim loại nặng tối đa cho phép đối với phân bón hữu cơ ............................................................................................. 122 Bảng 3.18. Tổng hàm lƣợng PAHs trong hỗn hợp qua các công đoạn xử lý ............ 124 5
CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Ý nghĩa 1 BT Bùn thải 2 BTĐT Bùn thải đô thị 3 BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng 4 CODt Total Chemical Oxygen Demand: Tổng nhu cầu oxi hóa học 5 DS Dry Substance: Vật liệu khô 6 EC Electronic Conductivity: Độ dẫn điện 7 GC-FID Gas Chromatography Flame Ionized Detector: Sắc ký khí kết hợp detector ion hóa ngọn lửa 8 HMW High Molecular Weight: Chất có khối lƣợng phân tử cao 9 HRT Hydraulic Retention Time: Thời gian lƣu thủy lực 10 ICP-OES Inductivity Couple Plasma Optical Emission Spectrometry: Phổ phát xạ plasma ghép cặp cảm ứng 11 LMW Low Molecular Weight: Chất có khối lƣợng phân tử thấp 12 PAH Polycyclic Aromatic Hydrocarbon: Hợp chất hữu cơ đa vòng thơm 13 PAHs Polycyclic Aromatic Hydrocarbons: Các hợp chất hữu cơ đa vòng thơm 14 PECs Probable Effect Concentrations: Nồng độ ảnh hƣởng 15 PELs Probable Effect Levels: Liều ảnh hƣởng 16 QCVN Qui chuẩn Việt Nam 17 RHC Rác hữu cơ 18 SRT Solid Retention Time: Thời gian lƣu chất rắn 19 TN Total Nitrogen: Tổng Nitơ 20 TNHH NN MTV Trách nhiệm hữu hạn nhà nƣớc một thành viên 21 TP Total Phosphorous: Tổng Phốt pho 22 TS Total Solid: Tổng chất rắn 23 US EPA Environmental Protection Agency of United State: Cục bảo vệ môi trƣờng liên bang Hoa Kỳ 24 VS Volatile Solid: Chất rắn bay hơi 25 VSV Vi sinh vật 26 WHO Word Health Organization: Tổ chức Y tế thế giới 27 WS Water Solubility: Khả năng hòa tan vào nƣớc 6
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong các loại hình chất thải đô thị, bùn thải đô thị là một loại hình chất thải đặc thù đƣợc phát sinh chủ yếu từ các hoạt động xử lý nƣớc thải và nạo vét hệ thống thoát nƣớc đô thị. Bùn thải đô thị có hàm lƣợng chất dinh dƣỡng nhƣ nitơ, phốt pho khá cao. Mặt khác, quá trình hình thành bùn thải cũng tích lũy nhiều chất gây ô nhiễm nguy hiểm. Bùn thải đô thị có thể chứa tới hơn 300 các hợp chất hữu cơ khác nhau. Các hợp chất vô cơ và các vi sinh vật gây bệnh cũng tồn tại với thành phần đa dạng trong bùn thải đô thị. Các chất hữu cơ ô nhiễm chủ yếu phát hiện đƣợc trong bùn thải bao gồm các hợp chất hydrocacbon đơn vòng thơm (MAHs), các hợp chất hydrocacbon đa vòng thơm (PAHs), polychlorinated biphenyls (PCBs), phthalic acid esters (PAEs), polychlorinated dibenzo-p-dioxins/furans (PCDD/Fs), chlorobenzens (CBs), amins, nitrosamins, phenols [22, 23, 82, 103]. Chính sự tồn tại của kim loại nặng cũng nhƣ các chất ô nhiễm hữu cơ nêu trên trong bùn thải đã làm hạn chế khả năng tái chế bùn thải và sử dụng sản phẩm tái chế cho mục đích nông nghiệp [61, 79, 96]. Tại Việt Nam, công tác quản lý nƣớc thải đô thị còn nhiều bất cập. Nƣớc thải sinh hoạt tại các đô thị không đƣợc xử lý vẫn xả thải ra môi trƣờng với lƣợng rất lớn. Do đó, bùn thải đô thị chủ yếu phát sinh từ nguồn bùn nạo vét hệ thống thoát nƣớc với số lƣợng lên tới hàng triệu tấn mỗi năm. Báo cáo của Công ty trách nhiệm hữu hạn một thành viên Thoát nƣớc Hà Nội, trong năm 2012 lƣợng bùn thải đô thị thu gom trên toàn thành phố đạt 167.200 tấn trong đó chỉ có 2.140 tấn phát sinh từ trạm xử lý nƣớc thải sinh hoạt. Trƣớc thực trạng này, đã có một số nghiên cứu đƣợc triển khai nhằm tìm ra lời giải cho bài toán quản lý bùn thải đô thị. Do năng lƣợng ngày một khan hiếm cộng với sức ép phải xử lý bùn thải đô thị mà việc phát triển phƣơng pháp phân hủy yếm khí ổn định bùn thải, thu hồi biogas nhƣ nguồn năng lƣợng tái tạo là xu hƣớng tất yếu. Tại châu Âu hiện nay, lƣợng biogas thu đƣợc trong xử lý bùn thải bằng phƣơng pháp lên men yếm khí đã vƣợt 200 tỷ m3 khí mỗi năm [12]. Hơn nữa, ổn định bùn thải đô thị bằng 7
phƣơng pháp lên men yếm khí là giải pháp phù hợp để sử dụng sản phẩm sau xử lý cho mục đích nông nghiệp. Phƣơng pháp phân hủy yếm khí ổn định bùn thải đô thị đã và đang trở thành một phƣơng án tối ƣu trong hệ thống quản lý chất thải đô thị. Thời gian gần đây, ổn định bùn thải kết hợp với rác hữu cơ bằng phƣơng pháp lên men yếm khí nóng với ƣu thế nhƣ: thời gian ổn định ngắn, hiệu suất sinh CH4 cao và tiêu diệt triệt để mầm bệnh đang rất đƣợc quan tâm nghiên cứu ứng dụng. Tuy nhiên, để có thể áp dụng phƣơng pháp xử lý nêu trên một cách hiệu quả đối với bùn thải đô thị tại Việt Nam cần thiết phải triển khai những nghiên cứu cụ thể. Nhằm góp phần vào việc hoàn thiện các phƣơng pháp, quy trình xử bùn thải đô thị Việt Nam nói chung và bùn thải của thành phố Hà Nội nói riêng, chúng tôi đã chọn đề tài là “Nghiên cứu sự chuyển hóa của PAHs và một số kim loại nặng trong quá trình ổn định bùn thải sông Kim Ngƣu kết hợp rác hữu cơ bằng phƣơng pháp lên men yếm khí nóng”. 2. Mục tiêu của đề tài - Xác định hàm lƣợng và đánh giá mức độ ô nhiễm một số kim loại nặng và PAHs trong bùn thải sông Kim Ngƣu, thành phố Hà Nội. - Nghiên cứu ổn định bùn thải sông Kim Ngƣu kết hợp rác hữu cơ bằng phƣơng pháp lên men yếm khí nóng. - Nghiên cứu sự chuyển hóa của kim loại nặng và PAHs trong quá trình ổn định bùn thải kết hợp rác hữu cơ bằng phƣơng pháp lên men yếm khí nóng. - Đề xuất quy trình xử lý và đánh giá khả năng áp dụng để xử lý bùn thải sông Kim Ngƣu kết hợp rác hữu cơ theo hƣớng giảm thiểu tối đa kim loại nặng và PAHs trong sản phẩm để sử dụng sản phẩm sau xử lý vào mục đích nông nghiệp. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Ý nghĩa khoa học - Góp phần đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng, PAHs trong bùn thải sông Kim Ngƣu (một trong những con sông tiếp nhận nƣớc thải điển hình của Hà Nội). 8
- Tìm đƣợc điều kiện thích hợp để ổn định bùn thải sông Kim Ngƣu kết hợp rác hữu cơ bằng phƣơng pháp lên men yếm khí nóng. - Đánh giá đƣợc khả năng tích tụ, vận chuyển của kim loại nặng và sự phân hủy của các hợp chất PAHs trong quá trình ổn định bùn thải sông Kim Ngƣu kết hợp rác hữu cơ bằng phƣơng pháp lên men yếm khí nóng. Ý nghĩa thực tiễn - Kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lƣợng của một số kim loại nặng và hợp chất PAH cao hơn nhiều so với tiêu chuẩn đất nông nghiệp. Thông tin về mức độ ô nhiễm bùn thải sông Kim Ngƣu giúp cho các nhà quản lý có cơ sở khoa học để hoạch định chính sách về quản lý bùn thải đô thị nói chung. - Kết quả nghiên cứu sự chuyển hóa của các kim loại nặng và các hợp chất PAH trong quá trình ổn định bùn thải kết hợp rác hữu cơ bằng phƣơng pháp lên men yếm khí nóng cho phép đƣa ra đƣợc quy trình định hƣớng xử lý bùn thải để thu hồi khí biogas và sử dụng bùn thải vào mục đích nông nghiệp. Bằng việc nghiên cứu bổ sung có thể đƣa ra đƣợc quy trình xử lý hoàn chỉnh cho phép ứng dụng vào thực tiễn xử lý bùn thải đô thị của Việt Nam. 4. Những đóng góp mới của đề tài - Lần đầu tiên xác định hàm lƣợng của 16 hợp chất hữu cơ đa vòng thơm (PAHs) trong bùn thải sông Kim Ngƣu của thành phố Hà Nội. - Đã xác định hàm lƣợng một số kim loại nặng Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn trong bùn thải sông Kim Ngƣu và đánh giá khả năng tích tụ, vận chuyển của chúng trong quá trình ổn định bùn thải sông Kim Ngƣu kết hợp rác hữu cơ bằng phƣơng pháp lên men yếm khí nóng. - Đã đánh giá mức độ phân hủy của các hợp chất PAHs trong quá trình ổn định bùn thải sông Kim Ngƣu kết hợp rác hữu cơ bằng phƣơng pháp lên men yếm khí nóng và ảnh hƣởng của chất hoạt động bề mặt Tween 80 đến sự phân hủy của PAHs trong điều kiện nói trên. 9
Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Khái quát về bùn thải đô thị và thực trạng quản lý bùn thải đô thị tại Hà Nội 1.1.1. Nguồn phát sinh bùn thải đô thị Bùn thải đô thị (BTĐT) là sản phẩm của quá trình thoát nƣớc đô thị [44]. Bùn thải đô thị đƣợc sinh ra trong các công đoạn của quá trình thoát nƣớc và xử lý nƣớc thải. Do vậy, bùn thải đô thị bao gồm các loại nhƣ sau: - Bùn thải từ bể phốt: phát sinh từ hệ thống bể phốt (septick tank) sử dụng xử lý nƣớc đen, vệ sinh tại công trình xây dựng trong các đô thị. - Bùn nạo vét: phát sinh từ công tác nạo vét cống rãnh, sông, hồ, ao nằm trong hệ thống thoát nƣớc đô thị. - Bùn từ trạm xử lý nƣớc thải sinh hoạt: phát sinh từ các công đoạn trong quy trình xử lý nƣớc thải sinh hoạt đô thị. Đối với loại hình bùn thải phát sinh từ công tác xử lý nƣớc thải công nghiệp, tùy vào tính chất và chất lƣợng bùn thải có quy định và quản lý riêng và không nằm trong tập hợp bùn thải đô thị. Thông thƣờng tỷ trọng của bùn bể phốt, bùn nạo vét, bùn xử lý nƣớc thải trong bùn thải đô thị phụ thuộc vào mô hình thoát nƣớc, trình độ phát triển hạ tầng đô thị của mỗi một quốc gia. Tại một số quốc gia châu Âu phát triển thƣờng sử dụng mô hình thoát nƣớc và xử lý nƣớc thải tập trung nên thành phần bùn thải đô thị chủ yếu phát sinh từ nguồn bùn xử lý nƣớc thải và bùn nạo vét, bùn phát sinh từ bể phốt chiếm tỷ trọng rất nhỏ. Do có hệ thống thoát nƣớc đồng bộ nên lƣợng bùn nạo vét tại các quốc gia này cũng không quá lớn cùng với quy định về việc xử lý triệt để nƣớc thải đô thị nên lƣợng bùn phát sinh từ trạm xử lý nƣớc thải chiếm tỷ trọng cao nhất. Ƣớc tính tại châu Âu, trung bình một ngƣời dân đô thị thải ra 90 g bùn khô/ngày, khối lƣợng bùn thải đã tăng lên 50% và vào khoảng xấp xỉ 10 triệu tấn trong năm 2005 sau khi quy định số: 91/271/EEC quy định việc xử lý nƣớc thải sinh hoạt đô thị ra đời [44]. Tại Việt Nam, lƣợng nƣớc thải sinh hoạt qua xử lý trƣớc khi thải ra môi trƣờng rất thấp, riêng thành phố Hà Nội lƣợng nƣớc thải sinh hoạt đô thị đƣợc xử lý tính đến năm 2007 đạt khoảng 2% [78]. Sau khi nhà máy xử lý nƣớc thải Bắc Thăng Long -Vân Trì đi vào hoạt động, thì lƣợng nƣớc thải đƣợc xử lý đạt 10
khoảng 8% tính tới hết năm 2012. Do tỷ lệ nƣớc thải đƣợc xử lý thấp nên lƣợng bùn thải phát sinh từ trạm xử lý nƣớc thải chiếm tỷ trọng nhỏ trong bùn thải đô thị. Hơn nữa, hệ thống thoát nƣớc đô thị không đồng bộ dẫn tới bùn nạo vét phát sinh với lƣợng lớn và là thành phần chính trong bùn thải đô thị tại Hà Nội cũng nhƣ các đô thị khác trên cả nƣớc. Ngoài ra, bùn bể phốt cũng chiếm một tỷ trọng nhất định trong bùn thải đô thị tại Hà Nội cũng nhƣ các đô thị khác tại Việt Nam. 1.1.2. Đặc điểm của bùn thải đô thị Với sự phát thải phụ thuộc vào mật độ dân cƣ, trình độ phát triển đô thị cũng nhƣ sự phát triển của hệ thống hạ tầng đô thị nên bùn thải đô thị tại mỗi quốc gia, mỗi đô thị có những đặc điểm khác biệt. Hơn nữa, tính chất của bùn thải phụ thuộc theo đặc trƣng thời tiết, theo mùa nên sự khác biệt về vùng miền càng thể hiện rõ rệt hơn. Ngoài ra, đặc điểm của bùn thải tại các trạm xử lý nƣớc thải còn thể hiện ở công nghệ xử lý nƣớc thải đƣợc áp dụng và bùn phát sinh từ các công đoạn xử lý khác nhau có đặc điểm khác nhau. Bùn thải phát sinh trong giai đoạn xử lý sơ bộ của các trạm xử lý nƣớc thải đô thị tập trung tại châu Âu thƣờng có các chỉ tiêu hóa lý nhƣ: pH trong khoảng 5,0 - 8, tổng chất rắn (TS) trong khoảng 2,0 - 8%, chất rắn bay hơi (VS) trong khoảng 60 - 80%, tổng nitơ tính theo % TS trong khoảng 1,5 - 4%, tổng phốt pho tính theo % TS trong khoảng 0,8 - 2,8% [44]. Trong khi đó, bùn thải phát sinh từ giai đoạn xử lý sinh học (activated sludge) có đặc điểm hóa lý nhƣ: pH trong khoảng 6,5 - 8, TS trong khoảng 0,83 - 1,16%, VS trong khoảng 59 - 88%, tổng nitơ trong khoảng 2,4 - 5%, tổng phốt pho trong khoảng 2,8 - 11% [44]. Bùn thải đô thị tại Việt Nam với thành phần chủ yếu là bùn thải nạo vét hệ thống thoát nƣớc nên có những đặc điểm riêng đặc trƣng. Bùn thải sông Kim Ngƣu sông thoát nƣớc thải đô thị điển hình của Hà Nội lại có các thông số hóa lý nhƣ: pH trong khoảng 7,04 - 7,41, CODt trong khoảng 79.910 - 83.033 mg/l, TS trong khoảng 19,2 - 23,5%, VS trong khoảng 24,5 - 26,2%, NO3- trong khoảng 192 - 212 mg/l, PO43- trong khoảng 494 - 522 mg/l (theo kết quả khảo sát thực hiện trong Luận án). Một số chỉ tiêu hóa lý của bùn thải có sự khác nhau giữa các loại bùn thải cũng nhƣ sự khác nhau giữa các vùng miền và quốc gia nhƣng điểm chung là bùn thải đô thị có chứa thành phần các chất dinh dƣỡng nhƣ nitơ, phốt pho khá cao. 11
Hơn nữa, với cùng nguồn gốc phát thải từ hoạt động của con ngƣời mà bùn thải đô thị thƣờng tích lũy các chất gây ô nhiễm đặc trƣng giống nhau. Theo tác giả (Fuerhacker & Haile., 2010)[43] có thể chia các tác nhân gây ô nhiễm đặc trƣng trong bùn thải đô thị ra làm các dạng chính nhƣ sau: các chất gây ô nhiễm có nguồn gốc vô cơ, các chất gây ô nhiễm có nguồn gốc hữu cơ và tác nhân gây bệnh. - Các chất gây ô nhiễm có nguồn gốc vô cơ: Chủ yếu gồm các kim loại nặng và một số nguyên tố xạ hiếm khác. Chúng tồn tại trong bùn thải đô thị phát sinh từ phân và nƣớc tiểu của bệnh nhân trị xạ [43]. Kim loại nặng nhƣ: Pb, Cd, Zn, As, Cr, Ni, Cu, là những kim loại phổ biến đƣợc phát hiện trong bùn thải đô thị. Hàm lƣợng các kim loại này trong bùn thải đô thị có sự dao động khá lớn và phụ thuộc vào các yếu tố vùng miền, thời tiết, công nghệ xử lý nƣớc thải…. Hàm lƣợng của Pb trong khoảng 13 - 26.000 mg/kg DS (trung bình 500 mg/kg DS), hàm lƣợng Cd trong khoảng 1 - 410 mg/kg DS (trung bình 10 mg/kg DS), hàm lƣợng Zn trong khoảng 101 - 49,000 mg/kg DS (trung bình 1700 mg/kg DS). As trong khoảng 1,1 - 230 mg/kg DS (trung bình 10 mg/kg DS). Cr trong khoảng 10 - 990.000 mg/kg DS (giá trị trung bình 500 mg/kg DS), Ni trong khoảng 2 - 5300 mg/kg DS (trung bình 80 mg/kg DS), Cu trong khoảng 84 - 17.000 mg/kg DS (trung bình 800 mg/kg DS) [29, 44]. - Các chất ô nhiễm nguồn gốc hữu cơ: Trong bùn thải đô thị có chứa tới hơn 300 loại hợp chất hữu cơ khác nhau [22, 23, 82, 103]. Tác nhân gây ô nhiễm có nguồn gốc hữu cơ tiêu biểu nhất gồm: Polychlorinated biphenyls (PCBs), Polychlorinated dibenzodioxins/furans (PCDD/Fs), Polyaromatic hydrocacbons (PAHs) và các chất hoạt động bề mặt. Hàm lƣợng PCBs dao động trong khoảng 65 - 157 mg/kg DS, PCDD/Fs trong khoảng 330 - 4245 mg/kg DS, PAHs trong khoảng
trong nông nghiệp nhằm giảm thiểu lƣợng chất thải mang đi chôn lấp. Tuy nhiên, do đặc điểm tích tụ nhiều chất gây ô nhiễm mà các phƣơng án quản lý bùn thải đô thị tại các quốc gia trở nên hết sức khó khăn. Các tác nhân gây ô nhiễm tồn tại trong bùn thải đô thị với hàm lƣợng cao là rào cản trong việc sử dụng bùn thải đô thị cho mục đích nông nghiệp [61, 79, 96]. Để đạt đƣợc mục tiêu sử dụng bùn thải đô thị, cần thiết phải áp dụng các biện pháp xử lý thích hợp để loại bỏ, giảm thiểu tối đa các tác nhân gây ô nhiễm. 1.1.3. Các phƣơng pháp xử lý bùn thải đô thị Hiện nay, thế giới đã áp dụng nhiều phƣơng pháp xử lý bùn thải đô thị khác nhau. Sự lựa chọn áp dụng phƣơng pháp xử lý nào là phụ thuộc vào đặc điểm bùn thải, đặc điểm về văn hóa, lịch sử, địa lý, luật pháp, chính trị và tình hình kinh tế của mỗi quốc gia, mỗi vùng miền. Các phƣơng pháp xử lý phổ biến hiện nay bao gồm: - Chôn lấp tại bãi chôn lấp chất thải. - Sử dụng trong cải tạo đất nông nghiệp. - Xử lý bằng phƣơng pháp nhiệt. 1.1.3.1. Phƣơng pháp chôn lấp Chôn lấp tại bãi chôn lấp chất thải là phƣơng pháp truyền thống đƣợc sử dụng phổ biến trên thế giới. Đặc biệt, tại các quốc gia có hệ thống hạ tầng đô thị chƣa đồng bộ, bùn thải đô thị có thể đƣợc đổ tại các bãi hở gây ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng. Nhìn chung phƣơng pháp chôn lấp là một phƣơng pháp đơn giản dễ thực hiện. Tuy nhiên, phƣơng pháp này tốn nhiều diện tích sử dụng, dễ gây ô nhiễm thứ cấp nếu không thực hiện đúng cách và lãng phí nguồn dinh dƣỡng có ích cho cây trồng trong bùn thải. Tƣơng tự nhƣ phƣơng pháp chôn lấp rác thải, chôn lấp bùn thải cũng đƣợc thực hiện theo các tiêu chuẩn, quy chuẩn tại mỗi quốc gia. Thông thƣờng, bãi chôn lấp bao gồm: lớp lót chống thấm, hệ thống thu hồi và xử lý nƣớc rỉ, các công trình phụ trợ chống sự phát tán mùi sang các khu vực lân cận... Tại Việt Nam, bùn thải đô thị chủ yếu đƣợc xử lý bằng phƣơng pháp chôn lấp. Hơn nữa, trong nhiều đô thị trên cả nƣớc, bùn thải vẫn đƣợc đổ tại các bãi hở nên gây ra ô nhiễm môi trƣờng trầm trọng. 13
1.1.3.2. Sử dụng trong cải tạo đất nông nghiệp Điều 14 thuộc Quy định số 91/271/EEC của Ủy ban xử lý nƣớc thải châu Âu (UWWTD) sửa đổi từ Quy định số 98/15/EC, có hiệu lực năm 2005, quy định việc tái chế bùn thải đô thị, “khi có đủ điều kiện cần thiết, bùn thải đô thị đƣợc phép tái chế và tái sử dụng” [41, 43]. Quy định cũng đã chỉ rõ việc sử dụng bùn thải đô thị cho cải tạo đất nông nghiệp phải hợp lý, bùn thải đƣợc sử dụng phải phát huy đƣợc khả năng chống bạc màu cho đất, tăng cƣờng độ tơi xốp và tăng năng xuất cây trồng. Tuy nhiên, tại các quốc gia châu Âu việc sử dụng trực tiếp bùn thải đô thị cho cải tạo đất nông nghiệp là hết sức khó vì các tiêu chuẩn, quy chuẩn quy định rất khắt khe về hàm lƣợng các tác nhân gây ô nhiễm có trong bùn thải. Vì vậy, việc áp dụng các phƣơng pháp xử lý bùn thải đô thị trƣớc khi sử dụng bùn thải cho cải tạo đất nông nghiệp là rất cần thiết. Mục đích của việc xử lý trƣớc khi sử dụng trong nông nghiệp nhằm: - Phân hủy các chất hữu cơ phức tạp thành các chất đơn giản giúp cây trồng dễ hấp thu, đồng thời phân hủy giảm thiểu các tác nhân gây ô nhiễm có nguồn gốc hữu cơ trong bùn thải đô thị. - Tách, loại bỏ kim loại nặng. - Tiêu diệt mầm bệnh. Với các mục tiêu cụ thể nhƣ trên phƣơng pháp xử lý cũng đƣợc lựa chọn cho phù hợp với đặc tính của bùn thải đô thị cũng nhƣ các điều kiện sẵn có của mỗi một quốc gia, vùng miền. Các phƣơng pháp chủ yếu bao gồm:  Phương pháp phân hủy trong điều kiện hiếu khí (composting) Phƣơng pháp phân hủy hiếu khí là phƣơng pháp có thời gian phân hủy nhanh và triệt để các hợp chất hữu cơ. Theo khuyến cáo của Cục bảo vệ môi trƣờng liên bang Hoa Kỳ (EPA), phƣơng pháp phân hủy trong điều kiện hiếu khí là phƣơng pháp hiệu quả trong tiêu diệt mầm gây bệnh tồn tại trong bùn thải.  Phương pháp phân hủy trong điều kiện yếm khí Phân hủy yếm khí là phƣơng pháp quan trọng nhất và đƣợc sử dụng rộng rãi nhất trong việc ổn định bùn thải phát sinh từ các trạm xử lý nƣớc thải cũng nhƣ bùn thải đô thị nói chung [20]. Phƣơng pháp phân hủy yếm khí là phƣơng pháp phân giải triệt để các tác nhân gây ô nhiễm có nguồn gốc hữu cơ trong bùn 14
thải. Hơn nữa, phƣơng pháp phân giải yếm khí tại nhiệt độ 55oC có khả năng tiêu diệt triệt để mầm gây bệnh nguy hại [43]. Ngoài mục tiêu giảm thiểu ô nhiễm trong bùn thải, phƣơng pháp phân hủy trong điều kiện yếm khí còn sinh ra sản phẩm biogas cung cấp nhƣ nguồn năng lƣợng tái sinh. Vì vậy, trong xử lý bùn thải đô thị thƣờng kết hợp các loại hình chất thải khác chủ yếu là rác thải hữu cơ nhằm tối ƣu quá trình sinh biogas cũng nhƣ hỗ trợ quá trình phân hủy yếm khí diễn ra trong điều kiện tối ƣu nhất. Ngày nay, có nhiều nghiên cứu đƣợc triển khai nhằm phát triển các phƣơng pháp, kỹ thuật mới hoặc kết hợp nhiều kỹ thuật khác nhau trên một mô hình xử lý bùn thải đô thị bằng phƣơng pháp lên men yếm khí nhằm đạt hiệu quả cao nhất. Tuy nhiên, để đạt đƣợc hiệu quả nhƣ mong muốn, các mô hình cần đƣợc xác lập dựa trên điều kiện cụ thể của từng vùng miền và quốc gia khác nhau. 1.1.3.3. Xử lý bằng phƣơng pháp nhiệt Xử lý bùn thải bằng phƣơng pháp nhiệt nhằm mục tiêu tận dụng năng lƣợng sinh ra từ bùn thải và giảm lƣợng chất thải tại các bãi chôn lấp. Nhóm phƣơng pháp nhiệt đƣợc phát triển xử lý bùn thải bao gồm: phƣơng pháp ôxi hóa ƣớt (wet oxidation), phƣơng pháp nhiệt phân (pyrolysis), phƣơng pháp khí hóa (gasification) và phƣơng pháp đốt (combustion) [17, 44].  Phương pháp ôxi hóa ướt Phƣơng pháp ôxi hóa ƣớt là phƣơng pháp xử lý bùn thải ở trạng thái lỏng trong điều kiện nhiệt độ 150 - 330oC, áp suất 1-22 MPa và sử dụng O2 tinh khiết hoặc không khí. Trong quá trình xử lý, các hợp chất hữu cơ bị phân hủy nhiệt, thủy phân và ôxi hóa chuyển thành CO2, N2 và nƣớc [44]. Phƣơng pháp này đƣợc sử dụng khá phổ biến trên quy mô công nghiệp tại châu Âu. Tuy nhiên, phƣơng pháp này còn khá mới mẻ và chƣa đƣợc áp dụng xử lý bùn thải đô thị tại Việt Nam.  Phương pháp nhiệt phân Phƣơng pháp nhiệt phân dựa trên nguyên lý phân hủy nhiệt (cracking) trong điều kiện yếm khí của các hợp chất hữu cơ trong bùn thải tại nhiệt độ 300 - 900oC. Sản phẩm thu đƣợc của quá trình nhiệt phân bao gồm các sản phẩm ở 15
dạng khí, lỏng và rắn. Sản phẩm khí là hỗn hợp các khí CH4, CO, H2…; sản phẩm lỏng với thành phần chính là dầu đen, có thể chứa thêm axít axetíc, axeton và rƣợu; dạng rắn thu đƣợc gồm than đen, một lƣợng nhỏ cacbon tinh khiết và chất trơ [44]. Đối với các mô hình xử lý bằng phƣơng pháp nhiệt phân, sản phẩm dạng khí thƣờng đƣợc quay vòng sử dụng nhƣ nhiên liệu để bù đắp nhiệt cho quá trình nhiệt phân. Bởi vậy, phƣơng pháp nhiệt phân hoạt động theo nguyên tắc khép kín nên hạn chế đƣợc sự phát tán khí thải vào môi trƣờng.  Phương pháp khí hóa Khí hóa là phƣơng pháp xử lý nhiệt, trong đó thành phần cacbon trong bùn thải chuyển hóa thành khí nhiên liệu, thành phần còn lại chuyển thành tro và đƣợc khống chế tránh phát tán bụi vào trong môi trƣờng. Ƣu điểm của phƣơng pháp này là có thể áp dụng xử lý bùn thải thu hồi nguồn nhiên liệu sạch đồng thời không làm phát sinh các chất hóa học nguy hại nhƣ NOx, SO2, tro bay, kim loại nặng, dioxins, furans… Phƣơng pháp khí hóa với các ƣu điểm nhất định cũng là giải pháp đƣợc áp dụng phổ biến trên qui mô công nghiệp đối với bùn thải công nghiệp cũng nhƣ bùn thải đô thị tại các nƣớc phát triển.  Phương pháp đốt Trong một vài thập kỷ gần đây, công nghệ đốt xử lý bùn thải đƣợc phát triển mạnh. Trên thị trƣờng trƣớc đây phổ biến kiểu lò tầng sôi (fluidized bed furnaces) áp dụng xử lý bùn thải. Thời gian gần đây, kiểu lò quay (rotary skiln) với nhiều ƣu điểm xử lý bùn thải với độ ẩm cao đã đƣợc sử dụng khá phổ biến. Ƣu điểm của phƣơng pháp đốt là chiếm ít diện tích sử dụng, giảm thiểu tối đa thể tích của bùn thải. Phƣơng pháp này có thể giảm tới 40% trọng lƣợng rắn của bùn thải, xử lý triệt để các chất hữu cơ độc hại cũng nhƣ mầm bệnh tồn tại trong bùn. Tuy nhiên, giá thành xử lý cao do cần có hệ thống xử lý khí thải đảm bảo loại bỏ triệt để các khí thải nguy hại nhƣ NOx, SO2, dioxins, furans… Phần tro sau đốt có hàm lƣợng kim loại nặng rất cao cần phải xử lý bằng phƣơng pháp chôn lấp hợp vệ sinh. 16