Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu tận dụng bùn thải đô thị tại Bắc Ninh làm chất đốt

Chia sẻ: Cỏ Xanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:95

Thêm vào BST

Báo xấu

30
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung nghiên cứu của luận văn là khảo sát công tác quản lý, hiện trạng phát sinh, công nghệ thu gom và xử lý bùn thải của khu vực thành phố Bắc Ninh; Khảo sát đặc tính lý – hóa của các mẫu bùn thải khu vực nghiên cứu theo hướng tận dụng chúng làm chất đốt; Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn bùn với than cám đến đặc tính của viên nhiên liệu;

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu tận dụng bùn thải đô thị tại Bắc Ninh làm chất đốt

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ---------- Hoàng Đức Thắng NGHIÊN CỨU TẬN DỤNG BÙN THẢI ĐÔ THỊ TẠI BẮC NINH LÀM CHẤT ĐỐT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2015
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Hoàng Đức Thắng NGHIÊN CỨU TẬN DỤNG BÙN THẢI ĐÔ THỊ TẠI BẮC NINH LÀM CHẤT ĐỐT Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 60520320 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. Trần Văn Quy PGS. TS. Nguyễn Mạnh Khải Hà Nội - 2015
LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian nghiên cứu, tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp của mình với đề tài: “Nghiên cứu tận dụng bùn thải đô thị tại Bắc Ninh làm chất đốt”. Trong quá trình thực hiện luận văn, ngoài sự cố gắng nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được sự giúp đỡ vô cùng quý báu của các thầy cô, gia đình và bạn bè. Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Trần Văn Quy và PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải – Cán bộ giảng dạy tại Bộ môn Công nghệ môi trường đã tận tình quan tâm, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành tốt luận văn này. Thêm nữa, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo trong Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN đã bổ trợ và truyền đạt cho tôi kiến thức, cùng những kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu tại trường. Tôi xin cảm ơn đề tài Nhiệm vụ bảo vệ Môi trường QMT.12.03 do PGS.TS Trần Văn Quy chủ trì đã hỗ trợ kinh phí để tôi thực hiện luận văn này. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo, các anh, chị làm việc tại Bộ môn Thổ nhưỡng & môi trường đất và Phòng thí nghiệm Phân tích Môi trường – Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN cùng những người thân trong gia đình, bạn bè đã luôn ủng hộ, góp ý và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn. Hà Nội, ngày…..tháng…..năm 2015 Hoàng Đức Thắng
MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .............................................................................. i DANH MỤC BẢNG ............................................................................................... ii DANH MỤC HÌNH ............................................................................................... iii MỞ ĐẦU ..................................................................................................................1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ...................................................................................3 1.1 . Những vấn đề chung về bùn thải ...................................................................3 1.1.1. Khái niệm, phân loại bùn thải ........................................................................3 1.1.2. Nguồn gốc, đặc điểm và tính chất của bùn thải .............................................4 1.1.3. Tác động của bùn thải đến con người và môi trường .....................................6 1.2. Quy chuẩn, tiêu chuẩn về bùn thải .................................................................8 1.2.1. Trên thế giới ....................................................................................................8 1.2.2. Tại Việt Nam .................................................................................................10 1.3. Các phƣơng pháp xử lý và tận dụng bùn thải .............................................11 1.3.1. Phương pháp ổn định ....................................................................................12 1.3.2. Phương pháp ủ phân (Compost) ...................................................................13 1.3.3. Phương pháp Pasteur....................................................................................14 1.3.4. Cô đặc ...........................................................................................................14 1.3.5. Khử nước .......................................................................................................14 1.3.6. Làm khô .........................................................................................................15 1.3.7. Thiêu đốt và các công nghệ nhiệt khác .........................................................15 1.3.8. Phương pháp thu hồi tái chế .........................................................................16 1.3.9. Phương pháp chôn lấp ..................................................................................17 1.4. Tiềm năng tái sử dụng và thu hồi năng lƣợng từ bùn thải.........................17 1.4.1. Phân huỷ kỵ khí bùn thải ...............................................................................18
1.4.2. Sản xuất nhiên liệu sinh học từ bùn thải .......................................................19 1.4.3. Sản xuất điện trực tiếp từ bùn thải trong các tế bào nhiên liệu vi khuẩn .....20 1.4.4. Đốt bùn thải thu hồi năng lượng ...................................................................22 1.4.5. Đốt bùn thải cùng với than trong các nhà máy nhiệt điện ............................23 1.4.6. Nhiệt phân và khí hoá bùn thải .....................................................................23 1.4.7. Sử dụng tích hợp bùn thải như một nguồn năng lượng và vật liệu để sản xuất vật liệu xây dựng .....................................................................................................25 1.4.8. Oxy hoá ướt siêu tới hạn ...............................................................................25 1.4.9. Xử lý thuỷ nhiệt bùn thải ...............................................................................27 CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................30 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu ....................................................................................30 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu...............................................................................32 2.2.1. Phương pháp thu thập tài liệu .....................................................................32 2.2.2. Phương pháp điều tra và khảo sát thực tế ....................................................32 2.2.3. Phương pháp lấy, bảo quản và xử lý mẫu bùn .............................................32 2.2.4. Phương pháp thực nghiệm ............................................................................32 2.2.5. Phương pháp phân tích .................................................................................34 2.2.6. Phương pháp thu mẫu khí thải phát sinh trong quá trình đốt các viên than - bùn ...........................................................................................................................35 2.2.7. Phương pháp tổng hợp và xử lý số liệu ........................................................36 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................................37 3.1. Đặc điểm hệ thống thoát nƣớc Thành phố Bắc Ninh..................................37 3.2. Đặc tính của các mẫu bùn thải nghiên cứu liên quan đến khả năng tận dụng làm chất đốt ..................................................................................................40 3.2.1. Một số tính chất lý - hoá cơ bản của các mẫu bùn .......................................40 3.2.2. Nhiệt trị của các mẫu bùn được lựa chọn .....................................................42
3.2.3. Độ tro và hàm lượng chất bốc ......................................................................43 3.2.4. Hàm lượng kim loại nặng..............................................................................44 3.3. Đặc tính của các viên than-bùn ở các tỷ lệ phối trộn khác nhau .................46 3.3.1. Độ ẩm của các viên than-bùn .......................................................................46 3.3.2. Độ hụt khối của các viên than-bùn ...............................................................47 3.3.3. Độ tro và hàm lượng chất bốc của các viên than-bùn ..................................49 3.3.4. Nhiệt trị của các viên than-bùn .....................................................................50 3.3.5. Hàm lượng kim loại nặng trong tro của các viên than-bùn ..........................51 3.4. Thử nghiệm chế tạo và đốt viên than ngoài thực tế theo các tỷ lệ phối trộn đã lựa chọn .............................................................................................................52 3.4.1. Đánh giá chất lượng các viên than ...............................................................53 3.4.2. Khí thải phát sinh trong quá trình đốt các viên than ....................................60 3.4.3. Đặc điểm tro xỉ của các viên than.................................................................66 3.5. Đánh giá giải pháp công nghệ tận dụng bùn thải làm chất đốt ................68 3.5.1. Ước tính sơ bộ hiệu quả kinh tế ....................................................................68 3.5.2. Tính khả thi về mặt kỹ thuật ..........................................................................69 3.5.3. Tính khả thi về mặt môi trường .....................................................................71 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ .......................................................................73 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................75 PHỤ LỤC ...............................................................................................................81
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trường CEC Uỷ ban của Cộng đồng châu Âu (Commission of European Community) EU Cộng đồng chung Châu Âu (European Union) HHV Giá trị nhiệt trị cao (Higher heating value) ICP-MS Phương pháp phổ khối lượng plasma cảm ứng (Inductively - Coupled Plasma - Mass Spectrometry) KLN Kim loại nặng MPCN Số lượng gây bệnh ở tế bào có thể nhất (Most Probable Cytopathic Number) MPN Số lượng có thể nhất (Most Probable Number) MTV Một thành viên NĐ-CP Nghị định Chính phủ NMXLNT Nhà máy xử lý nước thải OC Hợp chất hữu cơ (Organic Compounds) QCVN Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia SBR Bể phản ứng dạng mẻ liên tục (Sequency Batch Reactor) TB Viên than được sản xuất từ bùn thải và than cám TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TNHH Trách nhiệm hữu hạn TSP Bụi lở lửng tổng số (Total Suspended Solids) UBND Uỷ ban nhân dân US EPA Cơ quan bảo vệ Môi trường Mỹ (United States Environmental Protection Agency) i
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Đặc tính lý – hoá học của một số loại bùn thải ..........................................5 Bảng 1.2. Giá trị trung bình các thành phần trong bùn tại 7 Bang (Mỹ) ....................6 Bảng 1.3. Giới hạn cho phép của một số kim loại trong bùn thải theo mục đích sử dụng ............................................................................................................................. 8 Bảng 1.4. Giới hạn hàm lượng kim loại nặng trong bùn thải ở các nước Châu Âu ...9 Bảng 1.5. Đề xuất tiêu chuẩn của EU về hàm lượng các hợp chất hữu cơ đối với bùn thải .............................................................................................................................. 9 Bảng 1.6. Giá trị giới hạn của một số vi sinh vật gây bệnh trong bùn ......................10 Bảng 1.7. Phương pháp xử lý bùn thải tại một số quốc gia ......................................12 Bảng 2.1. Các vị trí lấy mẫu bùn ...............................................................................31 Bảng 2.2. Tỷ lệ phối trộn bùn thải và than cám 6bHG .............................................33 Bảng 2.3. Các phương pháp phân tích mẫu ..............................................................34 Bảng 3.1. Tính chất lý - hoá cơ bản của các mẫu bùn ..............................................41 Bảng 3.2. Hàm lượng KLN tổng số trong các mẫu bùn được lựa chọn ...................45 Bảng 3.3. Ký hiệu các viên than-bùn theo các tỷ lệ phối trộn với than cám ............46 Bảng 3.4. Hàm lượng KLN tổng số trong tro của các viên TB ................................51 Bảng 3.5. Hàm lượng các KLN trong khí thải khi đốt các viên than .......................65 Bảng 3.6. Hàm lượng các KLN linh động trong xỉ của các viên than ...................... 67 Bảng 3.7. Chi phí và lợi ích kinh tế thu được khi sản xuất than tổ ong sử dụng bùn thải thay thế cho than bùn ......................................................................................... 68 Bảng 3.8. Chất lượng của các viên than so với yêu cầu kỹ thuật của TCVN 4600:1994 .................................................................................................................. 70 ii
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Tế bào nhiên liệu vi sinh vật ......................................................................21 Hình 1.2. Oxy hoá siêu tới hạn bùn thải ...................................................................26 Hình 2.1. Sơ đồ các vị trí lấy mẫu bùn .....................................................................30 Hình 2.2. Thiết kế chụp lò được sử dụng trong nghiên cứu .....................................35 Hình 3.1. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải tại Nhà máy xử lý nước thải Bắc Ninh 38 Hình 3.2. Sơ đồ dây chuyền trạm xử lý nước thải phi tập trung Viêm Xá ...............39 Hình 3.3. Lượng bùn phát sinh biến động theo năm từ 2000 – 2013 .......................40 Hình 3.4. Giá trị nhiệt trị của các mẫu bùn được lựa chọn .......................................43 Hình 3.5. Độ tro và hàm lượng chất bốc của các mẫu bùn được lựa chọn ...............44 Hình 3.6. Độ ẩm của các viên TB sau khi phối trộn .................................................47 Hình 3.7. Độ hụt khối của các viên TB .....................................................................48 Hình 3.8. Độ tro và hàm lượng chất bốc của các viên TB ........................................49 Hình 3.9. Giá trị nhiệt trị của các viên TB ................................................................50 Hình 3.10. Khối lượng trung bình của các viên than ................................................53 Hình 3.11. Chiều cao trung bình của các viên than ..................................................54 Hình 3.12. Độ ẩm của các viên than .........................................................................55 Hình 3.13. Nhiệt trị của các viên than .......................................................................56 Hình 3.14. Độ tro và hàm lượng chất bốc của các viên than ....................................57 Hình 3.15. Thời gian bén cháy trung bình của các viên than....................................58 Hình 3.16. Thời gian sử dụng trung bình của các viên than .....................................59 Hình 3.17. Hàm lượng bụi khi đốt các viên than ......................................................61 Hình 3.18. Nồng độ trung bình khí NO2 phát thải khi đốt các viên than ..................62 iii
Hình 3.19. Nồng độ trung bình khí SO2 phát thải khi đốt các viên than ..................63 Hình 3.20. Nồng độ khí Co trung bình phát thải khi đốt các viên than ....................64 Hình 3.21. Giá trị pH của tro các viên than .............................................................. 66 iv
MỞ ĐẦU Quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa ở nước ta đang diễn ra ở tốc độ cao. Việc mở rộng sản xuất, sự gia tăng nhu cầu tiêu dùng hàng hóa, nguyên vật liệu, năng lượng đã, đang là những động lực thức đẩy sự phát triển mạnh mẽ về kinh tế, xã hội. Đi kèm với đó là vấn đề ô nhiễm môi trường đặc biệt là quản lý chất thải nói chung và bùn thải đô thị nói riêng. Việc thu gom, vận chuyển, xử lý, tái chế, tái sử dụng chất thải đặc biệt bùn thải từ hệ thống thoát nước và các công trình vệ sinh trong đô thị đang trở thành bài toán khó đối với các nhà quản lý ở hầu hết các nước trên thế giới [51]. Nước ta hiện có 774 đô thị, nhưng chỉ có khoảng trên 20 đô thị có trạm/nhà máy xử lý nước thải tập trung với công nghệ xử lý nước thải khác nhau đã và đang đưa vào vận hành khai thác. Cùng với đó là hệ tầng kỹ thuật khác tại các đô thị chưa thật sự đồng bộ và phát huy hiệu quả khiến bùn thải phát thải ra môi trường dần rơi vào tình trạng thừa thu gom nhưng thiếu xử lý với khối lượng ngày càng lớn, gây ảnh hưởng tới môi trường và đời sống của người dân [50]. Việc đổ thải bùn trực tiếp ra môi trường không chỉ gây ô nhiễm mà còn lãng phí đi một nguồn tài nguyên quý báu. Lựa chọn sử dụng hiệu quả bùn thải đang nhận được sự quan tâm nhiều hơn do giảm quỹ đất dùng làm bãi rác và sự chú ý tới việc tận dụng các chất dinh dưỡng, cũng như các vật liệu khác có thể thu hồi từ bùn. Hiện tại, có nhiều phương pháp khác nhau được áp dụng rộng rãi trên thế giới để xử lý hay tận dụng bùn thải như: phối trộn làm vật liệu xây dựng, chôn lấp, gia công mặt đường, ủ phân, đồng thiêu đốt, … [25,27,35,37,46]. Bắc Ninh là tỉnh có diện tích nhỏ nhất nước ta và nằm trên vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ. Quy mô công nghiệp của tỉnh lớn thứ 5 cả nước, thứ 2 miền Bắc. Cùng với sự phát triển, mở rộng các khu, cụm công nghiệp và các làng nghề, đời sống của người dân ngày càng được nâng cao rõ rệt kéo theo đó là các vấn đề về môi trường như: lượng nước thải và bùn thải phát sinh ngày càng lớn. Lượng bùn thải phát sinh tại thành phố Bắc Ninh kể từ năm 2000 – 2013 đã tăng từ 2.554 lên 1
11.813 m3/năm [4]. Trước đây, bùn thải được thu gom và chuyển về bãi rác của thành phố, nhưng kể từ năm 2014 thành phố chưa có hướng thu gom bùn cụ thể. Hiện tại, lượng bùn thải thu gom được chứa tạm tại khu đất trống trong khuôn viên của nhà máy xử lý nước thải Bắc Ninh chờ phương án xử lý. Xuất phát từ vấn đề trên, việc lựa chọn và thực hiện đề tài “Nghiên cứu tận dụng bùn thải đô thị tại Bắc Ninh làm chất đốt” là cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn. Mục tiêu nghiên cứu: Có được giải pháp khả thi nhằm tận dụng bùn thải đô thị tại thành phố Bắc Ninh làm chất đốt. Nội dung nghiên cứu bao gồm:  Khảo sát công tác quản lý, hiện trạng phát sinh, công nghệ thu gom và xử lý bùn thải của khu vực thành phố Bắc Ninh;  Khảo sát đặc tính lý – hóa của các mẫu bùn thải khu vực nghiên cứu theo hướng tận dụng chúng làm chất đốt;  Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn bùn với than cám đến đặc tính của viên nhiên liệu;  Khảo sát, đánh giá các đặc tính của viên nhiên liệu được chế tạo về khả năng sử dụng trong thực tế;  Đánh giá giải pháp công nghệ tận dụng bùn thải làm chất đốt. 2
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Những vấn đề chung về bùn thải 1.1.1. Khái niệm, phân loại bùn thải 1.1.1.1. Khái niệm Có rất nhiều định nghĩa về bùn thải được đưa ra [9,15,33,58], tuy nhiên có thể định nghĩa một cách khái quát về bùn thải như sau: Bùn thải là hỗn hợp dạng rắn, bán rắn, chất lỏng hay bùn cặn sinh ra sau quá trình xử lý nước thải công nghiệp hay đô thị. Bùn thải đô thị là bùn được tạo ra từ các quá trình xử lý nước thải đô thị, chủ yếu là nước thải sinh hoạt, kết hợp với một số loại nước thải khác. Có nhiều dạng bùn phát sinh cùng với hoạt động của các đô thị hiện nay là bùn thải từ nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt, bùn bể tự hoại, bùn sông hồ, cống rãnh thoát nước, có thể bao gồm cả bùn thải từ hoạt động công nghiệp trong khu vực đô thị. 1.1.1.2. Phân loại [20,26] Bùn thải có thể được phân loại dựa vào nguồn gốc hoặc thành phần của chúng. Theo thành phần (phụ thuộc bản chất ô nhiễm ban đầu của nước thải, bùn thải, các quá trình xử lý bùn), bùn thải được chia thành 6 loại sau: - Bùn hữu cơ ưa nước: Là loại bùn phổ biến nhất, có hàm lượng chất hữu cơ cao, thành phần dễ bay hơi có thể đạt 90% toàn bộ chất khô. Tính ưa nước của bùn là do sự có mặt của lượng lớn các chất keo ưa nước; - Bùn vô cơ ưa nước: Bùn này có hàm lượng chất hữu cơ thấp, chứa hydroxyt kim loại do quá trình xử lý sử dụng phương pháp hoá lý làm kết tủa ion kim loại có trong nước thải hoặc do sử dụng kết bông vô cơ (phèn sắt, phèn nhôm); - Bùn vô cơ kị nước: đặc trưng bởi các chất vô cơ có khả năng giữ nước thấp như cát, bùn phù sa, xỉ, muối đã kết tinh...; - Bùn vô cơ ưa nước – kị nước; 3
- Bùn chứa dầu: Trong bùn có một lượng dầu nhỏ hoặc mỡ khoáng chất (hoặc động vật). Các chất này ở dạng nhũ tương hoặc hấp thụ các phần tử bùn ưa nước; - Bùn có sợi. 1.1.2. Nguồn gốc, đặc điểm và tính chất của bùn thải 1.1.2.1. Nguồn gốc [19,26] Bùn thải phát sinh từ rất nhiều nguồn như: Bùn thải từ các nhà máy, trạm, hệ thống xử lý nước thải đô thị và công nghiệp: Bùn sinh ra là sản phẩm phụ của quá trình xử lý nước thải gồm nhiều bậc (giai đoạn). Bùn này thường bị ô nhiễm bởi nhiều hợp chất hữu cơ, vô cơ độc hại, vi sinh vật gây bệnh tùy thuộc vào các nguồn nước thải đầu vào. Bùn thải từ hệ thống thoát nước, nạo vét ao, hồ, kênh, rạch: bùn sinh ra là kết quả của các vật chất được nước thải mang lắng đọng trong các hệ thống cống thoát và hoạt động của các vi sinh vật sống trong các hệ thống này. Thành phần của loại bùn này chủ yếu là chất hữu cơ (70 – 82%) và một số kim loại nặng với hàm lượng cao. Bùn thải từ hố ga, bể phốt: Nước thải, chất thải từ các hộ gia đình cùng với nước mưa chảy tràn đem theo lượng lớn các vật chất trên bề mặt xuống, tạo ra bùn thải ở các hố ga, bể phốt. Đặc điểm bùn bể phốt là giàu chất hữu cơ, nhiều vi sinh vật gây bệnh còn bùn từ hố ga chứa nhiều các chất vô cơ, chủ yếu là cát. Bùn thải từ hoạt động nuôi trồng thuỷ hải sản: Là nguồn chất thải (thức ăn thừa, xác động thực vật chết, các chất tồn dư và vật chất sử dụng trong quá trình nuôi trồng) lắng đọng xuống đáy đầm (vuông). Bùn loại này chứa nhiều vi sinh vật, nấm, tảo gây bệnh, ngoài ra còn chứa các hóa chất tồn dư như vôi, lưu huỳnh,… 4
1.1.2.2. Đặc điểm và tính chất Thành phần và tính chất bùn thải có ý nghĩa quan trọng trong việc nghiên cứu khả năng tận dụng bùn cho các mục đích khác nhau (cải tạo đất nông nghiệp, san lấp mặt bằng, sản xuất vật liệu xây dựng…). Theo đó, các loại bùn thải có tính chất rất khác nhau phụ thuộc chủ yếu vào nguồn gốc phát sinh của chúng. Nhìn chung, bùn thải bao gồm các hợp chất hữu cơ, chất dinh dưỡng, một số loại vi chất dinh dưỡng không cần thiết, dấu vết kim loại, chất gây ô nhiễm vi sinh hữu cơ và vi sinh vật.… Kết quả nghiên cứu về đặc điểm bùn thải tại bang Indiana (Mỹ) cho thấy bùn thải có chứa khoảng 50% chất hữu cơ và 1 – 4% cacbon vô cơ. N hữu cơ và P vô cơ là dạng chủ yếu của N và P trong bùn. Cacbon hữu cơ và vô cơ hiện diện tương đối ổn định trong thời gian lấy mẫu. Tuy nhiên, sự dao động lớn nhất chính là thành phần các kim loại nặng như Cd, Zn, Cu, Ni, Pb trong bùn thải [45]. Đặc tính lý-hoá học của các loại bùn thải trong một số tài liệu khoa học được tổng hợp trong Bảng 1.1 [17,23,31,32,34,38]. Bảng 1.1. Đặc tính lý – hoá học của một số loại bùn thải Giá trị Nhỏ nhất Lớn nhất Trung Bình Phân tích tương đối % khối lượng khô Độ ẩm - - 80 Chất bốc 38,30 73,70 56,63 Độ tro 24,08 52,00 35,91 Cacbon cố định 0,30 9,41 7,47 Phân tích tuyệt đối % khối lượng khô C 23,10 42,30 32,51 H 3,10 6,00 4,49 N 3,20 8,30 4,85 5
O 17,70 34,00 22,53 S 0,44 19,10 0,87 HHV (kJ/kg) 8.900,00 21.100,00 13.292,86 Kết quả nghiên cứu về đặc điểm, thành phần bùn thải được tiến hành tại 7 bang lớn của Mỹ được chỉ ra trong Bảng 1.2 [24]. Bảng 1.2. Giá trị trung bình các thành phần trong bùn tại 7 Bang (Mỹ) Hàm lƣợng Hàm lƣợng Thông số Thông số (%) (mg/kg) OC 30,4 Al 4.000 Tổng N 2,5 Cu 850 NH4+ - N 0,13 Ni 190 NO3 – N 0,019 Mn 200 Tổng P 1,8 Zn 1.800 Tổng S 1,1 Pb 650 K 0,24 Cr 910 Na 0,12 Cd 20 Ca 3,8 Hg 6 Mg 0,46 Fe 8.000 1.1.3. Tác động của bùn thải đến con người và môi trường [30, 29] Cùng với những lợi ích của bùn, một số vấn đề cần phải được quản lý một cách cẩn thận để bảo vệ sức khoẻ cộng đồng và tính toàn vẹn của môi trường. Những vấn đề nghiêm trọng nhất là các thành phần có hại trong bùn như: các KLN, các chất hữu cơ độc hại và các sinh vật có hại (vi khuẩn gây bệnh và vi rút, động vật nguyên sinh và các ký sinh trùng hay giun). Ngay cả nitơ trong bùn cũng có thể trở thành vấn đề nếu không được quản lý và nó có thể gây ra ô nhiễm nước ngầm hoặc 6
nước mặt nếu quá dư thừa (điều này cũng đúng với phân bón thương mại và phân súc vật). Trong một số trường hợp cũng có thể có các yếu tố gây khó chịu như mùi. Các tác động tiềm tàng của bùn thải tới môi trường cũng đã được nhận định như: - Gây ô nhiễm nước ngầm: Trong thành phần bùn nạo vét có chứa một lượng nước khá lớn, vào mùa khô lượng nước này không đủ để thấm đến tầng nước ngầm và dễ dàng bốc hơi. Tuy nhiên, vào mùa mưa nó có thể hòa trộn các chất độc hại có trong bùn và thấm xuống mạch nước ngầm và gây ô nhiễm nước ngầm. - Gây ô nhiễm nước mặt: Giữa môi trường bùn lắng và môi trường nước có một cân bằng nhất định, khi tính chất môi trường thay đổi, các chất ô nhiễm tích trữ trong bùn lắng có thể hòa trộn trở lại trong nước gây ô nhiễm nước mặt. - Gây ô nhiễm không khí: Quá trình phân hủy kỵ khí của bùn sẽ tạo ra các khí có mùi như H2S, CH4, NH3… gây hiệu ứng nhà kính và ảnh hưởng đến con người. - Gây ô nhiễm đất: Ô nhiễm đất chủ yếu do các thành phần độc hại có trong bùn với nồng độ cao, bao gồm chất hữu cơ, các KLN và cả những thành phần khó phân hủy như bao nylon, lon sắt trong bùn nạo vét sẽ gây ô nhiễm đất và khó khắc phục. - Tác động xấu đến hệ sinh thái: Làm mất mỹ quan đô thị, ảnh hưởng đến đời sống thủy sinh trong nước. - Tác động đến động vật: bùn đáy cũng là môi trường sống của hàng nghìn loài sinh vật, vi sinh vật,… Thông qua chuỗi thức ăn, bùn có thể tác động đến các động vật bậc cao hơn trong đó có con người, đặc biệt là bùn chứa nhiều kim loại nặng. 7
1.2. Quy chuẩn, tiêu chuẩn về bùn thải 1.2.1. Trên thế giới Việc đánh giá mức độ tác động và ảnh hưởng của bùn thải đến một đối tượng xác định cần có một tiêu chuẩn để so sánh, đối chiếu. Cộng đồng chung Châu Âu đã đưa ra một số tiêu chuẩn chung có đề cập tới quản lý, xử lý đối với bùn thải như: việc sử dụng trong nông nghiệp (CEC, 1986), đổ thải, chôn lấp (CEC,1999), tiêu hủy, đốt (CEC, 2000). Hầu hết các quốc gia thuộc EU cấm hình thức xử lý chôn lấp và bơm bùn vào đất mà chưa qua xử lý [13]. Tại Mỹ, US-EPA đã xây dựng quy chế đầu tiên quản lý bùn thải năm 1972, theo yêu cầu của Đạo luật nước sạch sửa đổi năm 1987, US-EPA phát triển các quy định, các tiêu chuẩn cho việc sử dụng hoặc xử lý bùn thải và cho tới nay thường xuyên có sự bổ sung, cải tiến theo từng năm, chất lượng bùn thải sau xử lý được quản lý nghiêm ngặt theo tiêu chuẩn đề ra, phù hợp với từng mục đích sử dụng bùn thải (Bảng 1.3) [14]. Bảng 1.3. Giới hạn cho phép của một số kim loại trong bùn thải theo mục đích sử dụng (Quy định của US – EPA) Giới hạn Giới hạn nồng độ tối đa Kim nồng độ Giới hạn nồng độ áp dụng cho nông nghiệp loại cho chôn cho thiêu đốt (µg/m3) (mg/kg) lấp (mg/kg) As 75 73 0,023 Cd 85 - 0,057 Cu 4.300 - - Pb 840 - - Ag 57 - - Mo 75 - - Ni 420 420 2,0 8
Se 100 - - Zn 7.500 - - Cr - 600 - Giới hạn cho phép đối với hàm lượng các KLN trong bùn thải tại châu Âu được thể hiện trong Bảng 1.4. Bảng 1.4. Giới hạn hàm lượng KLN trong bùn thải ở các nước Châu Âu [42] Giới hạn hàm lƣợng trong Giới hạn hàm lƣợng trong bùn KLN đất (mg/kg) (mg/kg) Cd 1–3 20 – 40 Cu 50 – 140 1.000 – 1.750 Ni 30 – 75 300 – 400 Pb 50 – 300 750 – 1.200 Zn 150 – 300 2.500 – 4.000 Hg 1 – 1,5 16 – 25 Ngoài tiêu chuẩn về KLN, EU cũng đề xuất tiêu chuẩn về hàm lượng trung bình và tối đa đối với các hợp chất hữu cơ độc hại trong bùn (Bảng 1.5) [16]. Bảng 1.5. Đề xuất tiêu chuẩn của EU về hàm lượng các hợp chất hữu cơ đối với bùn thải Hàm lƣợng Đề xuất tối đa Hợp chất hữu cơ trung bình (mg/kg) (mg/kg) Các chất hữu cơ halogen (AOX) 200[1] 500 Liner alkylbenzen sulfonate (LAS) 6500 2600 Di(2-ethylhexyl)phthalate (DEHP) 20 – 60 100 Nonylphenol and ethoxylates (NPE) 26 (UK: 330 – 640) 50 Hydrocarbon thơm đa vòng (PAH) 0,5 – 27,8 6 9
Polychlorinated biphenyls (PCB) 0,09 0,8 Polychlorinateddibenzo-dioxins 36[2] 100[2] and furans (PCDD/Fs) [1] Chỉ đối với bùn ở Đức [2] Đơn vị: ng/kg TEQ (lượng độc hại tương đương) Bên cạnh đó, 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 giới hạn của một số vi sinh vật gây bệnh trong tiêu chuẩn về chất lượng bùn thải. Các vi sinh vật gây bệnh phổ biến nhất được quy định trong luật là vi khuẩn Salmonella và Enterovirus. Các giá trị giới hạn này ở mỗi quốc gia là khác nhau và được trình bày trong Bảng 1.6. Bảng 1.1. Giá trị giới hạn của một số vi sinh vật gây bệnh trong bùn [22] Quốc gia Salmonella Vi sinh vật khác Enterovirus: 3 MPCN/10g Pháp 8 MPN/10g Trứng giun sán: 3 MPCN/10g Ý 1.000 MPN/g - Vi khuẩn đường ruột: 100/g Luxembourg - Không có trứng giun Ba Lan 0 Ký sinh trùng: 10/g Đan Mạch 0 Liên cầu khuẩn < 100/g 1.2.2. Tại Việt Nam Trong thời gian qua, Nhà nước ta đã ban hành một số văn bản quy phạm pháp luật làm cơ sở để quản lý và phân loại bùn thải như: - Luật Bảo vệ môi trường 2014 có hiệu lực từ 1/1/2015: Theo đó, Bùn thải từ hệ thống xử lý nước thải được quản lý theo quy định về quản lý chất thải rắn (từ điều 95 đến điều 98, Mục 3, Chương IX, Luật Bảo vệ 10