Tài liệu Nghiên cứu khả năng dùng bùn thải đô thị làm phân bón

Luận văn thạc sỹ khoa học Đỗ Thủy Tiên –K19MT MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG ............................................................................................................. ii DANH MỤC HÌNH ..............................................................................................................iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................................... iv MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................................ 3 1.1. Những vấn đề chung về bùn thải ................................................................................ 3 1.1.1. Khái niệm bùn thải và phân loại .......................................................................... 3 1.1.2. Nguồn gốc, tính chất, đặc điểm của bùn thải ...................................................... 5 1.1.3. Quy chuẩn, tiêu chuẩn về bùn thải trên thế giới .................................................. 7 1.1.4. Tác động của bùn thải tới môi trường và sức khỏe con người .......................... 11 1.2. Các phƣơng pháp xử lý bùn thải .............................................................................. 13 1.3. Các công nghệ trên thế giới về tái sử dụng bùn thải và ............................................ 18 hiện trạng quản lý, tái sử dụng bùn thải ở Việt Nam ....................................................... 18 1.3.1. Các công nghệ trên thế giới về tái sử dụng bùn thải ......................................... 18 1.3.2. Hiện trạng quản lý và tái sử dụng bùn thải tại Việt Nam .................................. 24 1.3.3. Hiện trạng bùn thải đô thị của vùng nghiên cứu. .............................................. 29 CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................... 31 2.1. Đối tƣợng, phạm vi và thời gian nghiên cứu ............................................................ 31 2.1.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................... 31 2.1.2. Thời gian nghiên cứu ......................................................................................... 33 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu .......................................................................................... 34 2.2.1. Phương pháp thu thập tài liệu ........................................................................... 34 2.2.2. Phương pháp điều tra và khảo sát thực địa ....................................................... 34 2.2.3. Phương pháp thực nghiệm ................................................................................. 34 2.2.4. Phương pháp xử lý số liệu bằng Excel .............................................................. 37 2.2.5. Phương pháp so sánh......................................................................................... 37 2.3. Nguyên liệu và dụng cụ thực nghiệm ....................................................................... 37 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................................. 39 3.1. Kết quả phân tích mẫu bùn thải đô thị tại Hà Nội .................................................... 39 3.2. Đánh giá khả năng sử dụng bùn thải đô thị làm phân bón....................................... 42 3.3. Một số tính chất lý, hoá và sinh học của bùn thải hồ Ba Mẫu trƣớc và sau khi ủ .... 44 3.4. Kết quả phân tích hàm lƣợng chất dinh dƣỡng, KLN trong đất trồng rau ................ 46 3.5. Sự sinh trƣởng và phát triển của rau cải ngọt sau 30 ngày gieo trồng ...................... 46 3.6. Hàm lƣợng chất dinh dƣỡng và kim loại nặng trong đất trồng rau sau 30 ngày thí nghiệm ............................................................................................................................. 50 3.6.1. Hàm lượng chất dinh dưỡng trong đất trồng rau sau 30 ngày thí nghiệm........ 50 3.6.2. Hàm lượng kim loại nặng trong đất trồng rau sau 30 ngày thí nghiệm ............ 52 3.7. Hàm lƣợng kim loại nặng trong rau cải ngọt sau 30 ngày thí nghiệm ...................... 53 3.8. Đề xuất giải pháp sử dụng bùn thải đô thị ................................................................ 54 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ...................................................................................... 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 56 PHỤ LỤC ............................................................................................................................ 59 i Luận văn thạc sỹ khoa học Đỗ Thủy Tiên –K19MT TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt 1. Bộ Khoa học và Công nghệ Chƣơng trình BVMT và phòng tránh thiên tai (2003), Kỹ thuật xử lý môi trường nông thôn Việt Nam, NXB Nông Nghiệp, Mã số: KC.08.06. 2. Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn (2013), Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia đối với rau, quả, chè búp tươi đủ điều kiện bảo đảm an toàn thực phẩm trong quá trình sản xuất, sơ chế, Thông tƣ số 07/2013/TT-BNNPTNT, ngày 22 tháng 01 năm 2013. 3. Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn (2010), Quy định sản xuất, kinh doanh và sử dụng phân bón, Thông tƣ số 36 /2010/TT-BNNPTNT, ngày 24 tháng 6 năm 2010. 4. Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn – Cục trồng trọt – Trung tâm Khuyến nông quốc gia (2007). Các văn bản mới quản lý nhà nước về phân bón. Nxb. Nông nghiệp, Hà Nội. 5. Bộ Tài nguyên và môi trƣờng (2011), Quy định quy trình kỹ thuật quan trắc môi trường đất,Thông tƣ số 33 /2011/TT-BTNMT, ngày 01 tháng 8 năm 2011. 6. BộTài nguyên và môi trƣờng (2008), Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về giới hạn nồng độ cho phép của kim loại nặng trong đất, QCVN 03:2008/BTNMT. 7. Bộ Y tế (2011), Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia đối với giới hạn ô nhiễm kim loại nặng trong thực phẩm, QCVN 8-2:2011/BYT. 8. Công ty TNHH nhà nƣớc MTV thoát nƣớc Hà Nội, Hồ sơ phương án đặt hàng công tác duy trì hệ thống thoát nước và quản lý chất lượng nước trên địa bàn thành phố Hà Nội năm 2012, phần thuyết minh, Hà Nội, 2012. 9. Lê Đức, Trần Khắc Hiệp, Nguyễn Xuân Cự, Phạm Văn Khang, Nguyễn ngọc Minh.Một số phương pháp phân tích môi trường. NXB ĐHQGHN, năm 2004. 56 Luận văn thạc sỹ khoa học Đỗ Thủy Tiên –K19MT 10. Lê Thị Ánh Hồng, Võ Thị Kiều Thanh, Phùng Huy Huấn, Nghiên cứu sản xuất phân vi sinh cố định đạm từ bùn thải nhà máy bia Việt Nam, Tạp chí sinh học, 2012, 34(3se):137 –144. 11.Lê Văn Khoa, Nguyễn Xuân Cự, Bùi Thị Ngọc Dung, Lê Đức, Trần Khắc Hiệp, Cái Văn Tranh. Phương pháp phân tích đất – nước – phân bón – cây trồng. NXB Giáo dục, năm 2000. 12. Trần Văn Quy, Trần Yêm, Nguyễn Thị Hà, Trịnh Thị Thanh, Nguyễn Mạnh Khải, Nguyễn Xuân Huân, Nguyễn Tự Nam, (2010), Xử lý và tận dụng bùn cặn thải từ hệ thống xử lý nước thải mạ điện, đề tài cấp ĐHQG. 13. Tổ chức Xúc tiến Thƣơng mại Nhật Bản (JETRO) và Hiệp hội Môi trƣờng Đô thị và Khu Công nghiệp Việt Nam (VUREIA) (2008), Khoá đào tạo công tác quản lý chất thải công nghiệp trên địa bàn thành phố Hà Nội. 14. Viện Môi trƣờng và Tài nguyên, đại học quốc gia tp. Hồ Chí Minh (2010), Báo cáo tổng hợp “Nghiên cứu các biện pháp bảo vệ môi trường trong hoạt động nạo vét, vận chuyển và đổ bùn lắng kênh rạch tp. Hồ Chí Minh”. Tài liệu nƣớc ngoài 15.Díaz - Burgos, M.A.; Ceccanti, B.; Polo, A. (1993), "Monitoring biochemical activity during sewage sludge composting", Biology and fertility of soils 16, 2, pp 145 – 150. 16.European Commission DG Environment (October 2001), Disposal and recycling routes for sewage sludge, Part 2 – Regulatory report. 17. European Commission (February, 2001), Pollutants in urban waste water and sewage sludge, pp 94 – 205. 18. European Commission (February, 2001), Pollutants in urban waste water and sewage sludge, section 7, Report Synopsis, Discussions and Conclusions. 19. Eulaia M. Beltrán, Rosario Miralles de Imperial, Miguel A. Porcel1, M. Lusia Beringola, José V. Martin, Rosa Calvo and M. Mar Delgado (2006),“ Impact of Sewage Sludge Compost Utilization on Chemical Properties of Olive Grove Soils” Compost Science & Utilization, 4, pp 260 – 266. 57 Luận văn thạc sỹ khoa học Đỗ Thủy Tiên –K19MT 20. Ivashechkin,P; Corvini. F – X.; Dohmann, M. (2004), “Behaviour of endocrine disrupting chemicals during the treatment of municipal sewage sludge”, Water Science & Technology, 5, pp 133, Vol. 50 Issue. 21. Jane Hope (January, 1986), “Risks to public health and to the environment”, Sewage Slugge Disposal and Utilization Study, pp1-17. 22. Scheminski A., (2000), "Oxidative treatment of digested sewage sludge with ozone",Water Science & Technology, pp.151 – 158, Vol 42. 23. Vincent J. M., (1970),“A Manual for the Practical Study of the Root- Nodule Bacteria”, International BiologycalProgramme Handbook, No.15. Website 24. http://www.moitruongvietnam.com/tin-tuc/9-hang-trieu-tan-bun-thai-thangra-moi-truong.htm. 25. http://thuvienmoitruong.vn/2011/thu-hoi-tai-nguyen-tu-rac-thai-bun-o-dothi.html. 26. http://www.khoahocphothong.com.vn/news/detail/12498/tai-che-bun-thaisinh-hoc-thanh-nguyen-lieu-tao-ra-che-pham-vi-sinh-vat.html. 27. http://www.hoahocngaynay.com/vi/tin-tuc-hoa-hoc/hoa-hoc-viet-nam/138san-xuat-vat-lieu-xay-dung-tu-bun-thai.html. 28. http://www.royalceramic.vn/crown/NewsDetail.aspx?CategoryID=4&Conten tID=163&ContentIDExt=1. 29. http://doc.edu.vn/tai-lieu/tieu-luan-xu-ly-mui-hoi-va-ket-hop-tai-che-buncong-ranh-9371/. 30. 31. http://timtailieu.vn/tai-lieu/de-tai-tan-dung-bun-thai-tu-cong-nghe-che-biennong-san-thuc-pham-va-thuy-hai-san-de-san-xuat-phan-huu-co-sinh-hocbang-7200/. http://pktomon.com/Default.aspx?tabid=78&ndid=548. 32. http://www.thanhnien.com.vn/pages/20111023/hang-trieu-tan-bun-thai-do-didau.aspx. 33. http://www.cuctrongtrot.gov.vn/ctt/chuyentrang/default.aspx?type=tin&id=1132 58 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -------►◙◄------- ĐỖ THỦY TIÊN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SỬ DỤNG BÙN THẢI ĐÔ THỊ LÀM PHÂN BÓN LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội – 2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -------►◙◄------- ĐỖ THỦY TIÊN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SỬ DỤNG BÙN THẢI ĐÔ THỊ LÀM PHÂN BÓN Chuyên ngành: Khoa học Môi trƣờng Mã số: 60 44 03 01 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS.TRẦN VĂN QUY Hà Nội – 2013 LỜI CẢM ƠN Qua bản luận văn này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đếnPGS.TS. Trần Văn Quy, bộ môn Công nghệ Môi trường cùng toàn thể các thầy cô giáo trong khoa Môi trường – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên -ĐHQGHN đã tận tình giảng dạy, chỉbảo, truyền đạt nguồn kiến thức và kinh nghiệm làm việc quý báu cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới ban giám hiệu Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 và ban chủ nhiệm khoa Hóa học Trường ĐHSPHN2 đã tạo điều kiện cho tôi được hoàn thành khóa học này. Cảm ơn đề tài QMT.12.03 do PGS.TS. Trần Văn Quy làm chủ trì đã hỗ trợ kinh phí để tôi hoàn thành luận văn của mình. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các cô chú, anh chị cán bộ làm việc tại phòng thí nghiệm phân tích Môi trường; PTN bộ môn Thổ nhưỡng và Môi trường đất– Khoa Môi truờng, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN đã giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân và bạn bè – những người luôn động viên và ủng hộ tôi trong suốtthời gian làm luận văn này. Hà Nội, Ngày 20 tháng 12 năm 2013 Học viên Đỗ Thủy Tiên Đỗ Thủy Tiên – K19 Cao học KHMT Luận văn thạc sỹ khoa học Đỗ Thủy Tiên –K19MT MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG ............................................................................................................. ii DANH MỤC HÌNH ..............................................................................................................iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................................... iv MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................................ 3 1.1. Những vấn đề chung về bùn thải ................................................................................ 3 1.1.1. Khái niệm bùn thải và phân loại .......................................................................... 3 1.1.2. Nguồn gốc, tính chất, đặc điểm của bùn thải ...................................................... 5 1.1.3. Quy chuẩn, tiêu chuẩn về bùn thải trên thế giới .................................................. 7 1.1.4. Tác động của bùn thải tới môi trường và sức khỏe con người .......................... 11 1.2. Các phƣơng pháp xử lý bùn thải .............................................................................. 13 1.3. Các công nghệ trên thế giới về tái sử dụng bùn thải và ............................................ 18 hiện trạng quản lý, tái sử dụng bùn thải ở Việt Nam ....................................................... 18 1.3.1. Các công nghệ trên thế giới về tái sử dụng bùn thải ......................................... 18 1.3.2. Hiện trạng quản lý và tái sử dụng bùn thải tại Việt Nam .................................. 24 1.3.3. Hiện trạng bùn thải đô thị của vùng nghiên cứu. .............................................. 29 CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................... 31 2.1. Đối tƣợng, phạm vi và thời gian nghiên cứu ............................................................ 31 2.1.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................... 31 2.1.2. Thời gian nghiên cứu ......................................................................................... 33 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu .......................................................................................... 34 2.2.1. Phương pháp thu thập tài liệu ........................................................................... 34 2.2.2. Phương pháp điều tra và khảo sát thực địa ....................................................... 34 2.2.3. Phương pháp thực nghiệm ................................................................................. 34 2.2.4. Phương pháp xử lý số liệu bằng Excel .............................................................. 37 2.2.5. Phương pháp so sánh......................................................................................... 37 2.3. Nguyên liệu và dụng cụ thực nghiệm ....................................................................... 37 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................................. 39 3.1. Kết quả phân tích mẫu bùn thải đô thị tại Hà Nội .................................................... 39 3.2. Đánh giá khả năng sử dụng bùn thải đô thị làm phân bón....................................... 42 3.3. Một số tính chất lý, hoá và sinh học của bùn thải hồ Ba Mẫu trƣớc và sau khi ủ .... 44 3.4. Kết quả phân tích hàm lƣợng chất dinh dƣỡng, KLN trong đất trồng rau ................ 46 3.5. Sự sinh trƣởng và phát triển của rau cải ngọt sau 30 ngày gieo trồng ...................... 46 3.6. Hàm lƣợng chất dinh dƣỡng và kim loại nặng trong đất trồng rau sau 30 ngày thí nghiệm ............................................................................................................................. 50 3.6.1. Hàm lượng chất dinh dưỡng trong đất trồng rau sau 30 ngày thí nghiệm........ 50 3.6.2. Hàm lượng kim loại nặng trong đất trồng rau sau 30 ngày thí nghiệm ............ 52 3.7. Hàm lƣợng kim loại nặng trong rau cải ngọt sau 30 ngày thí nghiệm ...................... 53 3.8. Đề xuất giải pháp sử dụng bùn thải đô thị ................................................................ 54 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ...................................................................................... 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 56 PHỤ LỤC ............................................................................................................................ 59 i Luận văn thạc sỹ khoa học Đỗ Thủy Tiên –K19MT DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1.1. Tiêu chuẩn của EU đối với các hợp chất hữu cơ có trong bùn thải…… 7 Bảng 1.2. Tiêu chuẩn của EU đối với kim loại nặng có trong bùn thải………….. 8 Bảng 1.3. Giá trị giới hạn của một số kim loại trong bùn (mg/kg)………………. 9 Bảng 1.4. Giá trị giới hạn nồng độ của các vi sinh vật gây bệnh trong bùn của một số nước………………………………………………………………………. 10 Bảng 2.1.Vị trí lấy mẫu bùn thải đô thị trên địa bàn Hà Nội…………………....... 31 Bảng 2.2. Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm…….... 34 Bảng 2.3. Bố trí các công thức thí nghiệm……………………………………….. 36 Bảng 3.1. Bảng kết quả phân tích bùn thải đô thị trên địa bàn Hà Nội ………… 40 Bảng 3.2. Hàm lượng các chất dinh dưỡng, KLN, vi sinh vật trong 4 mẫu bùn thải đô thị phù hợp để sản xuất phân bón………………………………………… 43 Bảng 3.3. Một số tính chất của bùn thải hồ Ba Mẫu trước và sau khi ủ………...... 44 Bảng 3.4. Tính toán lượng phân NPK cần bổ sung vào PB1 sau ủ ..…………….. 45 Bảng 3.5. Hàm lượng kim loại nặng trong đất trồng rau thí nghiệm …………...... 46 Bảng 3.6. Kết quả xác định sự sinh trưởng và phát triển của rau cải sau 30 ngày gieo trồng…………………………………………………………………………. 47 Bảng 3.7. Hàm lượng chất dinh dưỡng trong đất trồng rau sau 30 ngày TN…….. 51 Bảng 3.8. Hàm lượng kim loại nặng trong đất trồng rau sau 30 ngày thí nghiệm.. 53 Bảng 3.9. Hàm lượng kim loại nặng trong rau cải ngọt sau 30 ngày thí nghiệm… ii 54 Luận văn thạc sỹ khoa học Đỗ Thủy Tiên –K19MT DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1.1. Sơ đồ công nghệ xử lý bùn thải sinh hoạt của Mỹ…………………….. 24 Hình 1.2. Sơ đồ công nghệ THS………………………………………………….. 27 Hình 1.3. Quy trình công nghệ sản xuất phân hữu cơ từ nguyên liệu bùn thải…... 28 Hình 2.1. Vị trí lấy mẫu trầm tích sông, hồ trên địa bàn Tp Hà Nội……………... 32 Hình 2.2. Vị trí lấy mẫu bùn thải từ hệ thống thoát nước thải sinh hoạt đô thị và từ nhà máy xử lý nước thải trên địa bàn Tp Hà Nội……………………………… 33 Hình 3.1. Sự phát triển của rau cải ngọt sau 30 ngày trồng………………………. 47 Hình 3.2. Sự sinh trưởng của rau cải ngọt về chiều cao rau……………………... 48 Hình 3.3. Sự sinh trưởng của rau cải ngọt về bề rộng lá rau……………………... 49 Hình 3.4. Hàm lượng chất dinh dưỡng trong đất sau khi trồng rau 30 ngày…….. 51 iii Luận văn thạc sỹ khoa học Đỗ Thủy Tiên –K19MT DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Kts: Kali tổng số Nts: Nitơ tổng số Pts: Photpho tổng số CHC: Chất hữu cơ KLN: Kim loại nặng VSV: Vi sinh vật QCVN: Quy chuẩn kỹ thuật Việt Nam TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam BTNMT: Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng BNNPTNT: Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn E.M: Effective Microorganisms (các vi sinh vật hữu hiệu) US-EPA: United States Environmental Protection Agency (Cơ quan bảo vệ môi trƣờng Hoa Kỳ) TNHH: Trách nhiệm hữu hạn MTV: Một thành viên HTXLNT: Hệ thống xử lý nƣớc thải EU: European Union (Liên minh Châu Âu) WHO: Tổ chức Y tế thế giới KHTN: Khoa học Tự nhiên iv Luận văn thạc sỹ khoa học Đỗ Thủy Tiên –K19MT MỞ ĐẦU Sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nƣớc đã nảy sinh nhiều vấn đề môi trƣờng nổi cộm 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 ở nƣớc ta đang đƣợc cảnh báo và đƣợc sự quan tâm của toàn xã hội.Hàng triệu tấn bùn thải tại Hà Nội đang đƣợc đổ thẳng ra kênh mƣơng hoặc đổ bừa bãi ở các khu đất trống mà chƣa qua xử lý, tình trạng này tiềm ẩn nguy cơ ô nhiễm môi trƣờng và đe dọa đến sức khỏe con ngƣời. 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 [24]. 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 bùn thải ra môi trƣờng nhƣ hiện nay không chỉ gây ô nhiễm 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 đƣợc tận dụng làm vật liệu xây dựng (bêtông, gạch...) và san nền hoặc tái sử dụng bùn thải để sử dụng trong lĩnh vực nông nghiệp. Mỗi ngày hệ thống sông, hồ thoát nƣớc của Hà Nội phải gồng mình tiếp nhận khoảng 1 triệu m3 nƣớc thải sinh hoạt và công nghiệp từ các làng nghề, khu công nghiệp, bệnh viện… và tất cả hầu nhƣ chƣa qua xử lý [24]. Chính những nguồn nƣớc thải này theo thời gian sẽ đƣợc bồi lắng và tạo ra một khối lƣợng bùn thải đô thị khá lớn. Theo thời gian bùn thải sẽ bồi lấp những kênh mƣơng, cống rãnh, sông hồ nếu nhƣ không đƣợc nạo vét thƣờng xuyên. Hàng năm, theo báo cáo của công ty Trách nhiệm hữu hạn Một thành viên (TNHH MTV) Thoát nƣớc Hà Nội thì khối lƣợng bùn thải từ nạo vét cống rãnh, sông hồ và các nhà máy xử lý nƣớc thảiƣớc tính khoảng 169.340 tấn/năm [8]. Có thể nhận thấy rằng với khối lƣợng bùn thải đô thị hàng năm của Thành phố Hà Nội nhƣ trên là khá lớn. Nếu chỉ thu gom, vận chuyển về các bãi đổ và xử lý đơn giản nhƣ Công ty TNHH MTV Thoát nƣớc Hà Nội đang thực hiện (chôn lấp và phun thuốc diệt muỗi)thì vấn đề ảnh hƣởng đến môi trƣờng xung quanh là khá rõ ràng. Vì 1 Luận văn thạc sỹ khoa học Đỗ Thủy Tiên –K19MT vậy bùn thải đô thị cần phải đƣợc thu gom, vận chuyển và tái chế một cách có hiệu quả tránh lãng phí tài nguyên và gây ô nhiễm môi trƣờng. Xuất phát từ thực tiễn đó, việc chọn vàthực hiện đề tài: “Nghiên cứu khả năng sử dụng bùn thải đô thị làm phân bón” là cần thiết.  Mục tiêu của luận văn Có đƣợc giải pháp về khả năng sử dụng bùn thải đô thị làm phân bón.  Nội dung nghiên cứu của luận văn - Nghiên cứu nguồn gốc, đặc điểm, tính chất các loại bùn thải đô thị trên địa bàn Hà Nội; - Đánh giá khả năng sử dụng bùn thải đô thị làm phân bón; - Nghiên cứu chế tạo phân bón từ bùn thải đô thị. - Nghiên cứu hiệu quả của phân bón sản xuất từ bùn thải đô thị đến một số tính chất đất và tăng trƣởng của cây rau cải ngọt. - Đề xuất giải pháp sử dụng bùn thải đô thị. 2 Luận văn thạc sỹ khoa học Đỗ Thủy Tiên –K19MT CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Những vấn đề chung về bùn thải 1.1.1. Khái niệm bùn thải và phân loại  Khái niệm Bùn là hỗn hợp chất rắn và nƣớc có thành phần đồng nhất trong toàn bộ thể tích, có kích thƣớc hạt nhỏ hơn 2mm và có hàm lƣợng nƣớc (độ ẩm) lớn hơn 70%. Có nhiều dạng bùn phát sinh cùng với hoạt động của các đô thị hiện nay là bùn thải từ nhà máy xử lý nƣớc thải sinh hoạt, bùn bể tự hoại, bùn sông hồ, cống rãnh thoát nƣớc, bùn thải từ hoạt động công nghiệp [19]. Hiện nay khái niệm về “bùn thải” vẫn chƣa đƣợc xác định trong các văn bản pháp luật Việt Nam. US-EPA (Cơ quan bảo vệ môi trƣờng Hoa Kỳ) định nghĩa bùn thải nhƣ 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. Thuật ngữ này đôi khi cũng đƣợc sử dụng nhƣ một thuật ngữ chung cho chất rắn đƣợc tách biệt với huyền phù trong nƣớc, hỗn hợp vật chất này thƣờng chứa một lƣợng đáng kể nƣớc giữa các khoảng trống của các hạt rắn. Các quá trình xử lý nƣớc thải dẫn đến việc tách các chất gây ô nhiễm và chuyển chúng sang pha có thể tích nhỏ hơn (bùn). Nhƣ vậy sau quá trình xử lý và làm sạch nƣớc thải, nƣớc sạch có thể đƣợc tái sử dụng lại còn bùn tạo thành sẽ đƣợc thải đi. 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 [18]. Bùn từ hệ thống thoát nƣớc thải sinh hoạt đô thị là dƣ lƣợng chất lỏng, đặc hay dạng sệt đƣợc tạo ra do quá trình vận chuyển và chuyển hóa nƣớc thải trong các cống rãnh thoát nƣớc, là hỗn hợp các chất hữu cơ và vô cơ bao gồm tất cả các loại bùn thu nhận từ đƣờng ống thoát nƣớc đô thị đƣợc xem nhƣ sản phẩm phụ cần xử lý của quá trình này. Bùn bao gồm chủ yếu là nƣớc, khoáng chất và chất hữu cơ. 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 3 Luận văn thạc sỹ khoa học Đỗ Thủy Tiên –K19MT chất gia dụng và thuốc trừ sâu. Lƣợng bùn thải tăng theo mức độ tăng dân số và tăng trƣởng sản xuất. Số lƣợng bùn thải thƣờng rất lớn và gây ô nhiễm cho môi trƣờng nếu không đƣợc xử lý tốt [17].  Phân loại Bùn đƣợc phân loại dựa vào nguồn gốc phát sinh và thành phần của chúng. Thành phần bùn phụ thuộc vào bản chất ô nhiễm ban đầu của nƣớc và phƣơng pháp làm sạch: xử lý vật lý, hoá lý, sinh học [17], cụ thể: - Bùn hữu cơ ƣa 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 bùn thải xử lý sinh học nƣớc thải, mà hàm lƣợng chất bay hơi có thể đạt đến 90% toàn bộ chất khô (nƣớc thải của công nghiệp thực phẩm, hoá hữu cơ). - Bùn vô cơ ƣa nƣớc: Các bùn này chứa hydroxyt kim loại tạo thành của phƣơng pháp hoá 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). - 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 nƣớc – kị nƣớc: Các bùn này chủ yếu bao gồm các chất kị nƣớc chƣa vừa đủ chất ƣa nƣớc để cho ảnh hƣởng bất lợi của chất này đến việc làm khô bùn chiếm ƣu thế hơn. 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 làm cho các sợi chuyển sang loại ƣa nƣớc do sự có mặt hydroxyt hoặc bùn sinh học. 4 Luận văn thạc sỹ khoa học Đỗ Thủy Tiên –K19MT 1.1.2. Nguồn gốc, tính chất, đặc điểm của bùn thải  Nguồn gốc của bùn thải Bùn thải đƣợc phát sinh từ nhiều nguồn [18]: - 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. Lƣợng bùn thải khổng lồ này đang có xu hƣớng tăng lên và hiện nay ở nƣớc ta vẫn chƣa có nơi nào tìm cách giải quyết đƣợc; - Bùn thải từ hệ thống xử lý nƣớc thải đô thị:Nƣớc thải đô thịbao gồm cả nƣớc thải hộ gia đình, nƣớc thải công nghiệp…Nhƣ vậy, nƣớc thải đƣợc hìnhthành trong quá trình sinh hoạt của con ngƣời.Đặc trƣng nƣớc thải đô thị là: hàm lƣợng chất hữu cơ cao (55-65% tổng lƣợng chất bẩn), chứanhiều vi sinh vật có cả vi sinh vật gây bệnh, vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ cần thiết cho cácquá trình chuyển hóa chất bẩn trong nƣớc thải. Nƣớc thải đô thị giàu chất hữu cơ, chất dinh dƣỡng, là nguồn gốc để các loại vi khuẩn (cả vi khuẩn gây bệnh) phát triển là một trong những nguồn gây ô nhiễm chính đối với môi trƣờngnƣớc.Nƣớc thải sinh hoạt đô thị thông qua các mạng lƣới cống thoát nƣớc, đƣợc chuyển tới các nhà máy xử lý nƣớc thải sinh hoạt và các hệ thống sông thoát nƣớc thành phố. Bùn sinh ra từ quá trình này, là kết quả của các vật chất đƣợc nƣớc thải mang lắng đọng trong các hệ thống cống thoát và hoạt động của các vi sinh vật sống trong các hệ thống này, biến cát thành bùn. Bùn này thƣờng bị ô nhiễm với nhiều hợp chất hữu cơ và vô cơ độc hại, tùy thuộc vào các nguồn nƣớc thải đầu vào, do nồng độ của các vật liệu trong các chất rắn còn lại là kết quả của quá trình xử lý nƣớc thải. - Bùn thải từ hố ga, bể phốt; - Bùn thải nuôi trồng thủy hải sản (tôm): Là nguồn chất lắng đọng xuống vuông nuôi tôm, một nguồn thải vô cùng nguy hiểm cho vấn đề lan truyền dịch bệnh và ô nhiễm môi trƣờng. Sau 3-4 tháng lớp bùn lắng này trên các vuông, đầm nuôi tôm có thể dày đến 20-30 cm phủ khắp tầng đáy diện tích nuôi tôm. Một số kết quả nghiên cứu thành phần bùn thải nuôi tôm đã cho thấy thành phần hết sức phức tạp, các chất tồn dƣ và vật tƣ hóa chất sử dụng trong quá trình nuôi tôm nhƣ 5 Luận văn thạc sỹ khoa học Đỗ Thủy Tiên –K19MT vôi, hóa chất, lƣu huỳnh, lắng đọng bùn phèn trong đất chứa các độc tố môi trƣờng, những vi khuẩn gây bệnh nuôi tôm, tảo lục và nấm bệnh và đặc biệt là các sản phẩm phân hủy của quá trình yếm khí nhƣ NH3, H2S, CH4 là các tác nhân gây hại vô cùng nguy hiểm cho con tôm.  Tính chất, đặc điểm của bùn thải Hơn 60.000 độc chất và chất độc hóa học đã đƣợc tìm thấy trong bùn thải và nƣớc thải. 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 biphenyls (PCBs). - Clo thuốc trừ sâu bao gồm DDT, dieldrin, aldrin, endril, chlordane, heptachlor, Lindan, mirex, kepone, 2,4,5-T, 2,4-D. - Clo hóa các hợp chất nhƣ dioxin. - Polycyclic hydrocacbon thơm. - Kim loại nặng: asen, cadimi, crom, chì và thủy ngân. - Vi khuẩn, vi rút, động vật nguyên sinh, giun ký sinh và nấm. - Các độc tố khác bao gồm: amiăng, sản phẩm dầu mỏ và các dung môi công nghiệp [21]. Năm 2009, US-EPA công bố báo cáo quốc gia về nghiên cứu bùn nƣớc thải, mà các báo cáo về mức độ kim loại, hóa chất và các tài liệu khác có trong một mẫu thống kê của cặn của nƣớc thải. Một số điểm nổi bật bao gồm: - Ag: 20 mg/kg bùn, một số cặn có hàm lƣợng đặc biệt cao có đến 200 mg Ag/kg bùn, Ba: 500 mg/kg, trong khi Mg có mặt với tỷ lệ 1 g/kg bùn. - Mức độ cao của sterol và các kích thích tố đã đƣợc phát hiện, với mức trung bình trong phạm vi lên đến 1.000 mg/kg bùn. - Pb, As, Cr, và Cd với các hàm lƣợng khác nhau ƣớc tính của US-EPA có mặt với số lƣợng phát hiện trong 100% cặn của nƣớc thải ở Mỹ. Các loại bùn thải có tính chất rất khác nhau, điều đó phụ thuộc vào nguồn gốc của bùn thải. Nhìn chung, bùn thải bao gồm các hợp chất hữu cơ, chất dinh 6 Luận văn thạc sỹ khoa học Đỗ Thủy Tiên –K19MT dƣỡng, một số loại các vi chất dinh dƣỡng không cần thiết, dấu vết kim loại, chất gây ô nhiễm vi sinh hữu cơ và vi sinh vật. Nƣớc thải bùn cũng có thể chứa chất độc hại khác nhƣ chất tẩy rửa, các muối khác nhau và thuốc trừ sâu, chất hữu cơ độc hại… 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. Nitơ hữu cơ và Photpho vô cơ là thành phần chủ yếu của N và P trong bùn. Cacbon hữu cơ và vô cơ hiện diện tƣơng đối ổn định trong thời gian lấy mẫu. Tuy nhiên, sự dao động lớn nhất đó chính là thành phần các kim loại nặng nhƣ Cd, Zn, Cu, Ni, Pb trong bùn thải (Sommers et al. 1976) [16]. 1.1.3. Quy chuẩn, tiêu chuẩn về bùn thải trên thế giới Việc đánh giá mức độ tác động và ảnh hƣởng của bùn thải cần có một tiêu chuẩn để tham chiếu, tuy nhiên hiện nay chúng ta chƣa có một tiêu chuẩn đánh giá bùn thải riêng của Việt Nam, do vậy việc so sánh tính chất bùn thải đƣợc dựa theo các tiêu chuẩn của các nƣớc phát triển [18].  Đề xuất tiêu chuẩn của EU - Đối với các hợp chất hữu cơ Bảng 1.1. Tiêu chuẩn của EU đối với các hợp chất hữu cơ có trong bùn thải Hợp chất hữu cơ Hàm lƣợng trung Đề xuất tối đa của bình (mg/kg bùn) EU (mg/kg bùn) 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 0.09 0.8 36[2] 100[2] Polychlorinated biphenyls (PCB) Polychlorinated dibenzo-dioxins and –furans (PCDD/Fs) [1] Chỉ đối với bùn ở Đức [2] Đơn vị: mg/kg TEQ (lượng độc hại tương đương) 7 Luận văn thạc sỹ khoa học Đỗ Thủy Tiên –K19MT - Đối với kim loại nặng: Bảng 1.2.Tiêu chuẩn của EU đối với kim loại nặng có trong bùn thải Kim Giá trị trung bình QC 86/278/EEC Đề xuất tối đa của EU loại (mg/kg) (khoảng giá trị) (mg/kg) (mg/kg) Zn 863[2] 2500 – 4000 2500 Cu 337 1000 – 17500 1000 Ni 37 300 – 400 300 Cd 2.2[3] 20 – 40 10 Pb 124 750 – 1200 750 Cr 79[4] _ 1000 Hg 2.2 16 – 25 10 [1] Dữ liệu được báo cáo cho 13 quốc gia: Áo, Đan Mạch, Phần Lan, Pháp, Đức,Hy Lạp (đại diện là HTXLNT Athens), Ireland, Luxembourg, Na Uy, Ba Lan, Thụy Điển, Hà Lan và Anh. [2] Không bao gồm Ba Lan và Hy Lạp (Athena WWTS). Zn trung bình trong bùn Ba Lan và bùn từ HTXLNT Athens tương ứng là 3641 và 2752 mg/kg. Giá trịtrung bình của châu Âu bao gồm cả Ba Lan và Hy Lạp là 1222 mg Zn/kg. [3] Không bao gồm Ba Lan, giá trị trung bình của Cd trong bùn Ba Lan là 9.9 mg/kg. Giá trị trung bình của châu Âu bao gồm Ba Lan là 2.8 mg Cd/kg. [4] Không bao gồm Hy Lạp, giá trị trung bình của Cr trong bùn từ HTXLNT Athens là 886 mg/kg. Giá trị trung bình của châu Âu bao gồm Hy Lạp là 141 mg Cr/kg. Giá trị giới hạn của kim loại nặng trong bùn theo quy định của một số quốc gia đƣợc trình bày trong Bảng 1.3. Trong đó, hầu hết các giá trị giới hạn thấp hơn nhiều so với yêu cầu của Quy chuẩn 86/278/EEC. 8 Luận văn thạc sỹ khoa học Đỗ Thủy Tiên –K19MT  Quy định của một số nước trên thế giới Bảng 1.3. Giá trị giới hạn của một số kim loại trong bùn (mg/kg) Kim loại Quy chuẩn 86/278/EEC Austrilia Bỉ (Flanders) Bỉ (Walloon) Đan mạch + Theo vật chất khô + Dựa vào phốt pho tổng số Phần Lan Pháp Đức Hy Lạp Ai-len Italy Luxembourg Hà Lan Bồ Đào Nha Thụy Điển UK Estonia Latvia Ba Lan Cd Cr 20 – 40 _ a 2 10b 10c 4d 10e 0.7 – 2,5f 6 10 0,8 100 Cu 10000 17500 300a 500b 500c 500d 500e 70 – 300f 375f 600 Hg 16 25 2a 10b 10c 4d 10e 0.4 – 2.5f 5 10 Ni 300 400 25a 100b 100c 100d 100e 25 – 80f 100 100 Pb 750 1200 100a 400b 500c 150d 500e 45 – 150f 300 500 Zn 2500 4000 1500a 2000b 2000c 1800d 2000e 200 – 1800f 900f 2000 100 1000 0.8 200 30 2500 120g 10000g 4000 25h 1500 _ 3000 2500 2500 – 4000 2500 2500 2500 – 4000 300 2500 800 _ 2900 2500 2500 _ _ a 50 500b 500c 300d 500e 70 – 100f 250 500 3 1.5i 20j 10 300 600 1000 900 20 – 40 500 20 20 _ _ 1000 1750 75 1000 100 _ 1200 2000 500 1000 800 1000 1750 1000 1000 1000 1750 75 1000 600 _ 800 1000 800 20 - 40 1.25 20 2 _ 15 20 10 2 1i 10 8 16 25 16 10 16 25 0.75 16 2.5 _ 16 160 5 9 100 200 200 300 400 300 300 300 400 30 300 50 _ 400 300 100 150 100i 800 900 750 1200 750 750 750 1200 100 750 100 _ 900 750 500 As - 20e 150 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _