Khóa luận Hiện trạng quản lý bùn cống rãnh, kênh rạch nội thành thành phố Hồ Chí Minh và đề xuất một số giải pháp công nghệ tái chế xử lý

bùn cũng có không ít các chất dinh dưỡng ở dạng vi lượng, hợp chất hữu cơ có thể sử dụng cho mục đích cải tạo đất nông nghiệp. Từ lâu nhân dân ta đã có tập quán sử dụng bùn từ kênh, ao, hồ,… để đắp gốc cho cây ăn trái. Ở nhiều nước, bùn được sử dụng làm phân bón khá phổ biến (phân bùn). Trung Quốc là nước sử dụng phân bùn lớn nhất trên thế giới. Thành phần và tính chất bùn thải trong hệ thống cống rãnh – kênh rạch có ý nghĩa qua trọng trong khả năng tận dụng bùn lắng cho các mục đích khác nhau (cải tạo đất nông nghiệp, san lấp mặt bằng, …) cũng như trong việc xử lý bùn. Hơn thế nữa, nó cho phép ta định hướng các giải pháp thích hợp xử lý các thành phần trong bùn nhằm đảm bảo an toàn về mặt môi trường trong việc thải bỏ bùn. + Bùn Cống Rãnh Đối với bùn cống rãnh do sự phát triển của thành phố các công trình xây dựng nhiều, hoạt động giao thông tăng đáng kể làm cho một lượng lớn chất thải (đất, đá, Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 55 cát) trong quá trình xây dựng đi vào hệ thống cống và nhanh chóng lắng đọng. Qua kết quả phân tích mẫu bùn cống rãnh cho thấy thành phần hữu cơ và nhựa, lá cây, thủy tinh, mãnh sành, bao nilon, đồ hộp, cao su, da, mốp xốp chiếm từ 20 – 25%, phần còn lại là cát, đá chiếm 75 – 80%. Thành phần cát chiếm nhiều nhất là cát có kích thước < 0,5 mm (80%). Bảng 3.8 Thành phần bùn cống rãnh Kim loại nặng (mg/kg trọng lượng khô) Địa điểm Độ ẩm (%) Chất vô cơ (%) Chất hữu cơ (%) Nitơ mg/k g P tổng mg/k g Cd Ni Zn Pb Cu Fe Chu Văn An B.Thạnh 26,7 68,5 4,8 618 1415 0,38 23,1 1,4 1,8 41,2 8340 Võ Thị Sáu Q.3 38,8 57,2 4 498 536 0,14 18,2 0,8 0,9 23,1 9670 Cao Thắng Q.3 22,4 71,7 5,9 445 803 0,05 16,4 2,3 1,2 85,0 1098 TôHiếnThành Q.10 20,8 74,3 4,9 532 653 0,08 16,4 0,3 0,7 12,3 1167 0 PEL - - - - - 3,53 50 315 91,3 197 - TCVN 7209 : 2002 - - - - - 2 - 200 70 50 - (Nguồn: CENTEMA, 2007.) Các nguyên tố dinh dưỡng đa lượng Nitơ, Photpho đều nằm ở mức trung bình như nitơ là 0,31%, photpho tổng là 0,3% theo tiêu chuẩn ngành 10 TCN 526-2002 (tiêu chuẩn phân hữu cơ vi sinh). Các nguyên tố kim loại nặng đều không vượt so với TCVN 7209 : 2002 – Giới hạn tối đa cho phép các kim loại nặng trong đất sử dụng cho mục đích nông nghiệp và tiêu chuẩn PEF (Probable Effect Level) – Mức có khả Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 56 năng tác động đến thủy sinh thường xuyên, theo EPA, Mỹ. Riêng đối với sắt, nồng độ sắt tổng trong thành phần bùn cống rãnh có giá trị rất cao từ 8.340 đến 11.670 mg/kg khối lượng bùn khô. Do đó, nếu dùng bùn bón trực tiếp cho cây trồng sẽ gây ảnh hưởng đến cây (hàm lượng Fe lớn hơn 1.000 mg đã gây độc cho cây)(1). Tuy nhiên, sắt không thuộc nhóm kim loại gây nguy hại, mặt khác khi làm khô bùn hiện tượng oxi hóa sẽ xảy ra chuyển Fe2+ thành Fe3+ khi gặp nước hình thành Fe(OH)3 kết tủa giảm khả năng ảnh hưởng đến cây trồng hoặc bãi tiếp nhận bùn. + Bùn Kênh Rạch Đối với bùn kênh rạch, bùn thải được chia làm hai loại: - Bùn lớp bề mặt có bề dày từ 0,3 – 0,5 m (chiếm khoảng 30%) tiếp xúc với nước, độ ẩm trung bình của bùn này khoảng 68%, thành phần vô cơ trong bùn chiếm khoảng 25% và hữu cơ chiếm khoảng 75%. Ngoài ra, do hoạt động dân sinh hai bên bờ nên trên lớp bùn này có chứa lượng lớn rác sinh hoạt như bao nilon, lon, đồ hộp, nhựa, mốp xốp, sành sứ, cành cây,… - Bùn đáy (chiếm khoảng 70%) là lớp đất, đá phía dưới lớp bùn mặt, thành phần hữu cơ chiếm 5 – 10%, độ ẩm của lớp bùn này thấp là đất, thành phần còn lại chủ yếu là cát, đá khối lượng này có thể sử dụng trực tiếp làm đất san lấp nền. Viện Kinh Tế Thành Phố Hồ Chí Minh, 2000. Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 57 Bảng 3.9 Thành phần bùn kênh rạch Địa Điểm Độ ẩm (%) Chất vô cơ (%) Chất hữu cơ (%) N hữu cơ (mg/kg khô) P tổng (mg/kg khô) Kênh Hóc môn 35 62 3 68 166 Kênh Nhiêu Lộc Thị Nghè 77 18 5 1952 567 Kênh Cầu Sơn 1 88 9 3 589 634 Kênh Cầu Sơn 2 19 68 13 876 1938 (Nguồn: CENTEMA, 2005.) Tình trạng ô nhiễm nguồn nước cũng như bùn đáy tại các kênh rạch nội thành của thành phố đã được nhiều cơ quan quan tâm theo dõi và tiến hành các nghiên cứu khảo sát. Theo kết quả quan trắc với chu kì 2 đến 3 tháng 1 lần của trung tâm Tư Vấn Chuyển Giao Công Nghệ Nước Và Môi Trường, thực hiện từ tháng 1/2004 đến tháng 11/2005 trên 7 hệ thống kênh rạch lớn đã cho thấy tổng quan hiện trạng ô nhiễm kênh rạch TP.HCM trong đó các chất ô nhiễm trong bùn cao là do bị ô nhiễm bởi nước thải công nghiệp. Đối với các kênh rạch chỉ tiếp nhận chủ yếu nước thải sinh hoạt thì ô nhiễm kim loại nặng rất thấp hơn nhiều so với các kênh rạch tiếp nhận nước thải công nghiệp. Theo kết quả đề tài nghiên cứu khoa học:” Tái sử dụng bùn thải cho mục đích công nghiệp & cải tạo đất nông nghiệp, 2006” do ThS. Nguyễn Thị Phương Loan – Trường Đại học Văn Lang thực hiện, hàm lượng kim loại nặng trong bùn kênh rạch tại 5 tuyến kênh rạch của thành phố cho thấy nồng độ Cr, Hg, As đều nằm dưới mức có khả năng tác động của PEL, tiêu chuẩn chuẩn cho phép khi sử dụng bùn cống để bổ trợ cho đất và TCVN 7029:2002. Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 58 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Số mẫu N ồn g độ C r (m g/ kg ) Cr PEL mức có khả năng tác động đến sinh vật 0 2 4 6 8 10 12 14 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Số mẫu N ồn g độ A s (m g/ kg ) TCVN 7209:2000 TEL mức giới hạn tác dụng đến sinh vật Hình 3.11 Nồng độ As trong bùn kênh rạch Theo TCVN 7209 : 2002 giới hạn tối đa cho phép của As thải vào môi trường đất dùng cho mục đích nông nghiệp là 12 mg/kg tính theo trọng lượng khô, kết quả phân tích của 50 mẫu thể hiện trên Hình 1.2 đều không vượt tiêu chuẩn cho phép. 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0 10 20 30 40 50 Số mẫu N ồn g độ H g (m g/ kg ) Series1 PEL mức có khả năng tác động đến sinh vật Hình 3.12 Nồng độ Hg trong bùn kênh rạch. Hình 3.13 Nồng độ Cr trong bùn kênh rạch. Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 59 0 20 40 60 80 100 120 0 10 20 30 40 50 Số mẫu N ồn g độ P b (m g/ kg ) (mg/l) TCVN 7209:2000 PEL mức giới hạn tác dụng đến sinh vật Tương tự như As, giá trị về nồng độ Hg cao nhất trong các mẫu là 0,24 mg/kg trọng lượng khô. Nếu so với giá trị PEL (0,483 mg/kg) và hàm lượng cho phép của Hg khi sử dụng bùn cống để bổ trợ cho đất thì nồng độ kim loại Hg không vượt tiệu chuẩn cho phép. Do TCVN 7209 – 2002 không quy định nồng độ tối đa cho phép của Cr nên kết quả phân tích Cr được so sánh theo giá trị PEL. Theo kết quả phân tích thành phần Crom trong 50 mẫu bùn kênh rạch thì có 14 mẫu vượt tiêu chuẩn (PEL) chiếm 28%, các mẫu bùn này tập trung chủ yếu dọc theo tuyến kênh Tân Hóa – Lò Gốm. Tại kênh Tân Hóa Lò Gốm bị ảnh hưởng bởi hoạt động công nghiệp do các nhà máy cơ sở sản xuất thải bỏ nước thải bỏ không qua xử lý hoặc xử lý nhưng chưa đạt tiêu chuẩn, đặc biệt là các cơ sở thuộc da. Dựa vào kết quả phân tích nồng độ Zn trong bùn kênh rạch (Hình 1.4) và theo tiêu chuẩn TCVN 7209:2000 thì tất cả các kênh rạch đều có mẫu vượt tiêu chuẩn cho phép, trong đó tất cả các mẫu lấy tại hệ thống kênh Tân Hóa – Lò Gốm đều vượt tiêu chuẩn (từ 1,4 đến 2,8 lần) khi sử dụng bùn cho mục đích nông nghiệp. Đối với Pb, theo TCVN 7209:2000 thì nồng độ chì trong tất cả các mẫu phân tích đều thấp hơn tiêu chuẩn. 0 50 100 150 200 250 300 350 0 10 20 30 40 50 Số mẫu N ồn g độ Z n (m g/ kg ) TCVN 7209:2000 PEL mức giới hạn tác dụng đến SV Hình 3.14 Nồng độ Zn trong bùn kênh rạch. Hình 3.15 Nồng độ Pb trong bùn kênh rạch Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 60 Với các kết quả phân tích và số liệu thu thập từ các nguồn khác nhau cho trong thành phần thấy bùn kênh rạch và cống rãnh đều có chứa kim loại nặng nhưng đều nằm trong giới hạn cho phép khi sử dụng cho mục đích nông nghiệp, ngoại trừ nồng độ Zn, Cr, Ni, Cu của mẫu bùn tại một số kênh rạch bị ảnh hưởng bởi nước thải công nghiệp nên nồng độ vượt tiêu chuẩn cho phép theo TCVN 7209 : 2002. Riêng đối với chất lượng bùn tại kênh Tân Hóa – Lò Gốm theo kết quả khảo sát, phân tích và đánh giá của Ban Quả Lý Dự Án Cải Thiện Vệ Sinh Môi Trường Lưu Lực Kênh Tân Hóa – Lò Gốm như sau: - Đối với tất cả các mẫu trong suốt quá trình quan trắc chất lượng bùn, có 48% mẫu vượt tiêu chuẩn ô nhiễm bùn PEL. Thành phần có độc tính cao (Hg, Cd và As) nhìn chung là có nồng độ thấp trong tất cả các vị trí khảo sát. Một số kim loại nặng thường vượt tiêu chuẩn như Zn, Cr, Pb và Ni (chiếm 87,5%) do khu vực này thường tiếp nhận nước thải từ hoạt động dệt nhuộm, thuộc da và mạ kim loại. - Có thể quan sát mức ghi nhận PAHs (Polycyclic Aromatic Hydrocarbon) xuất hiện trong bùn ở nồng độ cao vừa phải. Tuyến chủ yếu PAHs xâm nhập vào môi trường là từ sự đổ dầu thô hoặc sản phẩm từ dầu, và thông qua quá trình công nghiệp (sản xuất gas). PAHs được quan tâm bởi vì chúng là chất gây ung thư, bền trong môi trường. Trong trường hợp phát hiện giá trị PAHs cao nhất được ghi nhận là do người dân thải bỏ trực tiếp dầu thải tại gần khu vực lấy mẫu. - Liên quan đến giá trị COD và BOD5 trong nguồn nước, hai thông số trên được ghi nhận là cao. Không có nồng độ COD nào được ghi nhận đáp ứng TCVN 5945:2005 cột C. Tương tự như vậy đối với BOD5, có đến 80% các mẫu đều không đạt TCVN 5945:2005 loại C. Kết quả khảo sát cho thấy rằng có đến 95% các mẫu cho thấy giá trị COD trong khoảng 111 – 1.000 mgO2/l (trung bình là 557 mgO2/l) và 95% các mẫu cũng cho thấy giá trị BOD5 trong khoảng 48 đến 457 mgO2/l (trung bình là 311). Tỉ số BOD/COD trong khoảng 0,56 – 0,75. Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 61 Như vậy, tính chất bùn trên các hệ thống kênh rạch thành phố có sự khác biệt đáng kể giữa các kênh với nhau cũng như ở các độ sâu khác nhau của cùng 1 kênh. Mức độ ô nhiễm kim loại nặng, các chất thải rắn sinh hoạt chủ yếu tập trung ở lớp tầng bùn bề mặt (0,3 – 0,5 m) và đặc biệt là bùn tại các kênh có tiếp nhận nhiều nguồn nước thải phát sinh từ các nhà máy, khu công nghiệp, khu làng nghề thì nồng độ ô nhiễm kim loại nặng cao. Tuy nhiên, lớp bùn mặt thường chiếm tỉ lệ thấp (khoảng 10 - 20%) so với tổng lượng bùn cần phải nạo vét. Đối với các kênh chỉ tiếp nhận chủ yếu nước thải sinh hoạt thì nồng độ ô nhiễm kim loại nặng thấp, chủ yếu là rác sinh hoạt phát sinh từ hoạt động dân sinh của người dân sống dọc theo kênh. Ngoài ra, bùn thải của các kênh rạch có hàm lượng các chất dinh dưỡng cao có thể tận dụng cho mục đích nông nghiệp, các thành phần của lớp bùn phía dưới thường là sét lẫn cát, ít thành phần độc hại nên có thể sử dụng thích hợp cho mục đích san lấp mặt bằng. 3.3 ẢNH HƯỞNG CỦA BÙN THẢI ĐỐI VỚI MÔI TRƯỜNG 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…), nó cũng cho phép xác định các nguyên nhân tích tụ các chất ô nhiễm trong bùn của mỗi kênh rạch cũng như thành phần ô nhiễm độc hại trong bùn. Do đó, các tác động tiềm tàng của bùn thải đến môi trường có thể kể đến bao gồm: 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 có thể hòa trộn các chất độc hại có trong bùn và thấm xuống mạch nước ngầm, làm 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 Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 62 Hình 3.16 Một đoạn kênh Tân Hoá Lò Gốm Hình 3.17 Kênh Nhiêu Lộc Thị Nghè ô nhiễm Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 63 Gây ô nhiễm không khí: Quá trình phân hủy kị 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 môi trường đất: Ô nhiễm đất chủ yếu gây ra bởi các thành phần độc hại có trong bùn với nồng độ cao, bao gồm chất hữu cơ, các kim loại nặng và cả những chất khó phân hủy như bao nylon, lon sắt trong bùn nạo vét sẽ gây ô nhiễm đất và khó khắc phục. Tác động đến hệ sinh thái: Làm mất mỹ quan đô thị, ảnh hưởng đến thủy sinh sống trong nước. Tác động đến động vật: bùn đáy cũng là môi trường sống của hàng nghìn loài sinh vật, vi sinh vật,… và thông qua chuỗi thức ăn mà 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. Hình 3.18 Ô nhiễm nguồn nước làm ảnh hưởng thuỷ sinh Hàm lượng kim loại nặng trong bùn là mối quan tâm đầu tiên khi nạo vét kênh rạch, có liên quan chặt chẽ đến mục đích tái sử dụng bùn hoặc các tác động đổ bùn không Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 64 đúng quy định như ảnh hưởng đến hệ sinh thái tại khu vực bãi đổ bùn. Thành phần các kim loại nặng rất dễ hấp thụ trên bề mặt các chất lơ lửng dạng hữu cơ và vô cơ. Khi các chất này lắng xuống tạo thành bùn lắng thì các kim loại nặng cũng sẽ bị tích tụ trong bùn. Một số kim loại nặng là các nguyên tố vi lượng không thể thiếu đối với các loại sinh vật trong quá trình trao đổi chất, tuy nhiên một số kim loại nặng khác lại là chất độc. Có 6 nguyên tố cơ bản là (Fe, Zn, Mn, Cu, Mo, Co) được gọi là các chất dinh dưỡng vi lượng cần thiết cho cây. Các kim loại khác như Ca, Si, Ni, Se, Al cần thiết cho quá trình đồng hóa của cây nhưng lại không cần thiết cho các sinh vật khác. Đồi với Hg và Pb là những thành phần kim loại hoàn toàn không cần thiết cho thực vật, vi sinh vật và gây độc đối với con người. Chì (Pb): Chì là kim loại được sử dụng nhiều trong việc chế tạo các hợp kim, vật liệu đường ống, sử dụng trong các loại phẩm nhuộm và các chất phụ gia xăng dầu. Các muối chì thường không tan hoặc ít tan trong nước.Chì là chất mang độc tính cao và nó được xem là chất gây ung thư, chì rất độc đối với hệ thần kinh trung ương và thần kinh ngoại biện (ngộ đốc cấp tính), độc chất chì còn làm viêm thận. Thủy ngân (Hg): thủy ngân được sử dụng rộng rãi trong hổn hống, pin, đèn huỳnh quang, vàng bạc và sản phẩm điện phân của clo. Muối thủy ngân được sử dụng như thuốc phun chống các bệnh cho cây trồng. Thủy ngân vô cơ gây tác động đến thận, còn thủy ngân hữu cơ (methyl thủy ngân) ảnh hưởng đế hệ thần kinh trung ương. Người bị nhiễm độc thủy ngân dễ bị kích thích, cáu gắt, xúc động, rối loạn tiêu hóa, rối loạn thần kinh, viêm lợi, rung chân. Nhiễm độc methyl thủy ngân còn dẫn đến phân lập nhiễm sắt thể, ngăn cản phân chia tế bào. Crôm (Cr): Crôm là kim loại có màu xám và dòn, có thể đánh bóng tốt. Nó chống lại sự oxy hóa nên có thể được dùng trong các hợp kim chống ăn mòn. Sự hiện diện của hợp kim cũng làm tăng độ cứng và chống lại sự ăn mòn cơ học. Cr xuất hiện ở trạng thái oxy hóa +3 và +6 trong môi trường. Crôm có độc tính cao đối với động vật và con người. Độc tính của Crôm (IV) cao hơn nhiều so với Cr (III). CrO3 và Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 65 muối của Cr gây ăn mòn da và màng cơ. Các thương tổn gây ra thường là những bộ phận tiếp xúc với hơi và hóa chất như: mũi, tay, và cánh tay. Muối Cromat có thể gây ung thư phổi nếu tiếp xúc lâu. Khi hít phải Crom ở nồng độ cao (>2  g/m3), như trong hợp chất acid Cromic hoặc Cr2O3 , có thể gây khó chịu đối với mũi, như chảy nước mũi, hắt xì, ngứa mũi, chảy máu cam, loét và tạo các lỗ thũng trong các vách ngăn của mũi. Những ảnh hưởng này chỉ xảy ra đối với các công nhân làm việc trong các cơ sở nhà máy, những người sản xuất trực tiếp hoặc sử dụng Cr từ vài tháng đến vài năm. Có một số chứng minh rằng Crôm là một chất có thể gây ra ung thư phổi. Khi hít phải một lượng nhỏ Cr (IV) trong một thời gian ngắn hay dài không ảnh hưởng đến con người. Khi vô ý uống phải Crôm, sẽ bị rối loạn và loét bao tử, chứng co giật, tổn thương thận và gan, thậm chí là chết. Tổ chức Y Tế Thế Giới cho phép nồng độ crôm tối đa trong nước uống là 0,05 mg/l. Nồng độ cho phép của Crôm trong chất thải nguy hại do Cục Bảo Vệ Môi Trường Mỹ EPA quy định theo phương pháp TCLP là 5 mg/l, nồng độ cho phép của Crôm trong nước thải theo TCVN 5945 – 1995 là 0,05 mg/l đối với nguồn loại A, 0,1 mg/l đối với nguồn loại B. Nồng độ Crôm trong nước ngầm theo TCVN 5944 – 1995 là 0,05 mg/l. Niken (Ni): Niken là một kim loại thuộc nhóm VIII trong bảng hệ thống tuần hoàn, được dùng nhiều trong các nghiên cứu đất và cây trồng. Niken có thể xuất hiện trong một số trạng thái oxy hóa nhưng chỉ có Ni(II) bền vững trên dãy pH rộng và điều kiện oxy hóa khử trong môi trường đất. Niken có thể thay thế các kim loại thiết yếu trong các enzyme kim loại và gây ra sự đứt gãy các đường trao đổi chất. Các hợp chất của Ni được coi là chất nhiễm độc hệ thống. Hiệu ứng chung là bị viêm da, dễ xảy ra ở môi trường có độ ẩm và nhiệt độ cao. Một số nghiên cứu cho thấy rằng, khi uống nước có hàm lượng Niken lớn hơn 1,63 mg/l sẽ gặp các triệu chứng như nôn mửa, đau bụng, tiêu chảy, nhức đầu, ho… Một số nghiên cứu khác cũng nhận định rằng Niken có khả năng gây ung thư phổi, viêm xoang mũi, phế quản và cũng là chất gây dị ứng da ở người khi tiếp xúc với nó. Nồng độ cho phép của Niken trong nước thải theo TCVN 5945 – 1995 là 0,2 mg/l đối với nguồn loại A, 2 mg/l Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 66 đối với nguồn loại B. Nồng độ Niken trong nước mặt theo TCVN 5942 – 1995 cho nước cấp sinh hoạt là 0,1 mg/l. Kẽm (Zn): Kẽm là một nguyên tố hóa học tồn tại ở dạng rắn. Hợp chất của Zn (ZnO, ZnSO4, ZnCl2) được coi là ít độc. Nhưng nếu hít phải ZnCl2 sẽ gây tổn thương phổi. Các muối kẽm tan có vị kim loại mạnh, với một lượng nhỏ cũng có thể gây xốc mạnh. ZnCl2 có tính ăn mòn cao nên gây thương tổn da cho những tiếp xúc lâu dài. Nồng độ cho phép của Zn trong nước thải theo TCVN 5945 – 1995 là 1 mg/l đối với nước thải nguồn loại A và 2 mg/l đối với nước thải nguồn loại B. Nồng độ cho phép của kẽm trong nước ngầm theo TCVN 5944 – 1995 là 5 mg/l. Đồng (Cu): Đồng thường gây thương tổn đến thần kinh, thận, gan, phổi. Muối đồng thường gây kích ứng da. Oxit đồng thường gây gây ngứa mắt và đường hô hấp trên. Những người tiếp xúc thường xuyên với đồng hoặc hợp chất đồng thường bị choáng, đau dạ dày, thiếu máu, hôn mê hoặc tử vong. Nồng độ cho phép của Cu trong nước thải theo TCVN 5945 – 1995 là 0,02 mg/l đối với nước thải nguồn loại A và 1 mg/l đối với nước thải nguồn loại B. Nồng độ cho phép của Cu trong nước cấp sinh hoạt theo TCVN 5942 – 1995 là 0,1 mg/l. Trong nước ngầm theo TCVN 5944 – 1995 là 1 mg/l. Cadmium (Cd): Cadmium thuộc nhóm II của bảng hệ thống tuần hoàn và là một kim loại quý hiếm. Việc tập trung của Cd thường gặp trong môi trường thường không gây độc hại nhiều. Nguy hại chính đối với sức khỏe của con người là sự tích tụ mãn tính của nó ở trong thận. Ở đó nó có thể gây ra rối loạn chức năng thận nếu lượng tập trung trong thận lên đến 200 mg/kg trọng lượng tươi. Cd có độc tính cao khi tiếp xúc với thủy tinh và rất nguy hiểm đối với người. Cd nếu ở mức độ cao sẽ gây là nguyên nhân gây ra bệnh “Itai Itai” với các triệu chứng xương giòn và rất đau nhức. Ở mức độ thấp, nếu tiêp xúc trong thời gian kéo dài, nó là nguyên nhân của bệnh cao huyết áp, vô sinh ở nam, tổn thương thận và dễ bị cảm cúm. Tổ Chức Lương Nông và Tổ chức Y Tế Thế Giới đề nghị lượng Cd có thể chấp nhận tối đa là Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 67 400 – 500  g/tuần. Hội đồng EU Châu Âu khuyến cáo lượng Cd cao nhất là 0,1 kg/ha/năm và mức cho phép cao nhất là 0,15 kg Cd/ha/năm. Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 68 CHƯƠNG 4 MỘT SỐ GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ XỬ LÝ VÀ TÁI CHẾ BÙN CỐNG RÃNH – KÊNH RẠCH CÓ HIỆU QUẢ 4.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BÙN CỐNG RÃNH-KÊNH RẠCH 4.1.1 Phương pháp thủy lực Tách pha được xem như là quá trình tách các chất ô nhiễm có nồng độ ô nhiễm cao khỏi các chất có nồng độ ô nhiễm thấp với mục đích giảm thể tích của dòng thải. Theo phương pháp này, dưới tác dụng của nước hay dung môi hữu cơ và do sự khác nhau về khối lượng riêng của các thành phần trong bùn, thành phần có trọng lượng riêng lớn sẽ lắng xuống đáy và được thu hồi bằng van xả, còn thành phần nhẹ hơn nước theo dòng nước trôi ra ngoài. Trong quá trình tách pha sử dụng thiết bị cột với dòng nước đi từ dưới lên và như vậy vận tốc nước sẽ ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả xử lý do đó vận tốc nước bơm vào cột được chọn là 0,3 m/s. Mô hình thí nghiệm được trình bày trong Hình 2 sử dụng cột tách bằng nhựa acrylic hình trụ, cao 1 m, có đường kính trong là 60 mm, dọc theo thân cột có 10 điểm lấy mẫu nước, mỗi điểm cách nhau 10 cm. Phía trên cột tách có thiết kế máng thu nước dạng răng cưa. Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 69 Hình 4.1 Mô hình thí nghiệm tách thủy lực. Mẫu sau khi lấy về được rây qua rây kích thước 5 mm để loại bỏ các tạp chất, rác với kích thước lớn, trong đó, thành phần chủ yếu là lá cây chưa phân hủy hết, bao nilon, sành sứ, đá có kích thức lớn,… Hỗn hợp sau rây, được cho vào mô hình từ phía trên với khối lượng 1 kg/mẻ, nước được bơm vào cột từ phía dưới đáy. Sau thời gian bơm nước cần thiết thường dao động trong khoảng từ 15 – 30 phút (tùy thuộc vào tính chất đất) thì thành phần nặng lắng xuống phía dưới cột, còn phần nhẹ theo dòng nước chảy tràn ở phía trên và được thu lại trong bể chứa. Khi kết thúc quá trình tách phần lắng đọng ở phía dưới đáy cột được thu riêng. Phần đất và nước sau khi tách được phân tích kim loại nặng để xác định hiệu quả xử lý và khả năng thu hồi những thành phần có giá trị sử dụng. Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 70 Pilot áp dụng thức tế Bùn sử dụng cho mô hình pilot được công nhân Xí Nghiệp Thoát Nước Độ Thị 1 thu gom trên đường Tô Hiến Thành đoạn từ Cách Mạng Tháng Tám đến Sư Vạn Hạnh (nối dài). Sau đó, bùn được vận chuyển về nhà máy tái sinh và xử lý chất thải công nghiệp và nguy hại của Công Ty Cổ Phần Môi Trường Việt Úc (VINAUSEN) và chứa trong khây chứa bùn với kích thước dài : rộng : cao = 2 m x 1,5 m x 0,5 m. Thaønh phaàn caùt Lôùp nöôùc Lôùp raùc vaø ñaát ñaù > 5 mm Khaây chöùa buøn thaûi Hình 4.2 Thiết bị chứa bùn và tách rác đất đá có kích thước lớn hơn 5 mm. Để loại bỏ các thành phần rác và đất đá có kích thước lớn hơn 5 mm trong bùn sử dùng khây rây dạng hình tròn có đường kính 400 mm, làm bằng lưới thép với kích thước lỗ 5 mm. Khây rây được đặt vào trong thùng nhựa đường kính 600 mm như trong Hình 3.9. Nước được đổ đầy đến ngập 1/3 rây. Bùn được cho vào rây với khối lượng 50 kg/mẻ (chiếm 2/3 rây), sau đó được khuấy trộn. Những thành phần rác có kích thước lơn hơn 5 mm được giữ lại trên rây bao gồm lá cây chưa phân hủy, bao nilon, sỏi đá có kích thước lớn, mảnh sành sứ, thủy tinh, cao su mềm, chai nhựa,… được phân loại và tận dụng lại. Kết thúc quá trình tách rác, phần nước Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 71 được thu lại và để lắng trong bể lắng, còn phần hỗn hợp được tiếp tục xử lý bởi cột tách thủy lực. Trong mô hình pilot, cột tách thủy lực thiết kế gồm 2 cột bằng nhựa hình trụ cao 2 m, đường kính 0,2 m. Hai cột tách thủy lực được bố trí song song như trình bày trong Hình vẽ 3.10. Bể chứa nước thiết kế có dung tích chứa 0,4 m3 và nước được bơm vào cột bằng bơm chìm công suất ½ Hz, lưu lượng 5 m3/h. Áp lực nước dâng lên cột được điều chỉnh bằng van 1 với vận tốc nước đạt 0,3 m/h. Tại vị trí cách mặt bích phía đáy cột 0,5m có lắp đặt van xả nước Ø 27mm nhằm xả lượng nước và phần hữu cơ ở phía trên lớp cát. Cách đỉnh cột 0,5 m có lắp đặt đường ống tuần hoàn nước lại bể chứa ban đầu. Sau quá trình tách, cát được thu gom bằng đường ống thu cát Ø 34mm và chứa trong xô có dung tích 20 lít trước khi được đem phơi tại sân phơi cát. Lượng nước sau tách được bơm qua bể lắng, sau thời gian lắng 4 giờ, phần nước trong được tuần hoàn lại cho mẻ tiếp theo, còn phần hữu cơ (bùn) được đem phơi khô tại sân chứa bùn. Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 72 BEÅ LAÉNG Van 1 Van 2 Van 3Van 4 Van 1 BE Å PHÔI CAÙT BE Å PHÔI BUØN XO Â CHÖÙA CA ÙT KHAÂY CHÖ ÙA BU ØN TAÙCH RAÙC CO Ù KÍCH THÖÔÙC > 5 MM XOÂ CHÖ ÙA NÖÔÙC Ñöôøng tuaàn hoaøn nöôùc Ñöôøng bôm nöôùc va ø buøn Ñö ôøn g th u ca ùt Ñö ôøn g tu aàn h oa øn nö ôùc Hình 4.3 Pilot xử lý bùn cống rãnh. Bùn cống rãnh do xí nghiệm thoát nước nạo vét Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 73 4.1.2 Phương pháp rây trong bùn, dùng phương pháp rây với kích thước lỗ của mặt rây nhỏ dần từ 2 mm đến 0,125 mm. Đồng thời, kết hợp với áp lực nước để tách riêng các thành phần trong bùn vô cơ. Mô hình thí nghiệm tách bùn bằng phương pháp rây được trình bày trong hình 3.11 Hình 4.4. Mô hình thí nghiệm tách bùn bằng phương pháp rây Bùn kênh rạch, cống rãnh sau khi xử lý sơ bộ để loại bỏ thành phần rác, đất đá có kích thước lớn hơn 5 cm. Sau đó, xác định độ ẩm, độ tro và khối lượng tổng của mẫu trước khi rây. Cân mẫu với khối lượng m1 rồi đem sấy ở nhiệt độ 105oC cho đến khi khối lượng không đổi. Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 74 Hình 4.5 Quy trình thí nghiệm tách bùn bằng phương pháp rây ướt. Các rây được lắp đặt trên máy rung với kích thước lỗ giảm dần: 2; 1,6; 1,25; 1; 0,71; 0,5; 0,25; 0,125 mm. Cho mẫu đã cân vào rây trên cùng, bật máy rung với vận tốc 1.400 vòng/phút, đồng thời sử dụng áp lực nước từ vòi sen phun đều lên bề mặt rây. Nhờ áp lực nước kết hợp với chuyển động quay tròn của máy rây làm cho các hạt thực hiện hai pha chuyển động cùng lúc, (1) chuyển động tương đối của các hạt trên bề mặt rây nhờ vào sự chuyển động của rây, (2) chuyển động tách rời các hạt để lọt qua lỗ rây nhờ áp lực nước. Như vậy, các hạt có kích thước nhỏ lọt qua rây, còn những hạt có kích thước lớn được giữa lại trên rây. Thành phần hữu cơ do ma sát giữa các hạt cát với nhau và giữa hạt với rây sẽ tách ra theo dòng nước và được bơm vào cột lắng. Kết thúc quá trình rây, lượng cát còn lại trên từng rây được sấy khô ở nhiệt độ 1050C đến khối lượng không đổi, sau đó đem cân xác định khối lượng, hàm lượng chất hữu cơ. Lượng bùn sau rây được bơm vào cột lắng, để lắng trong thời gian từ 15 - 60 phút Bơm bùn Hệ thống rây bùn Cát, đá trên sàng rây Phơi khô San lấp mặt bằng, việt liệu xây dựng Bùn và nước để lắng Bùn sau rây sơ bộ Nước tuần hoàn Tái sử dụng bùn đặc Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 75 tùy theo hàm lượng cặn lơ lửng của bùn, phần nước trong được tuần hoàn lại cho các mẻ tiếp theo, còn phần bùn được đem phơi khô. 4.2 MỘT SỐ GIẢI PHÁP TÁI CHẾ BÙN CỐNG RÃNH KÊNH RẠCH CÓ HIỆU QUẢ 4.2.1 Phương pháp tái sử dụng bùn và cát thu được sau quá trình sử lý bùn cống rãnh – kênh rạch và bùn công nghiệp sau xử lý làm gạch Block, và gạch thẻ 4.2.1.1 Tái sử dụng làm gạch Block Nguyên liệu: Xi măng trắng; xi măng đen; cát; bột màu; bột đá; khằng; dầu lửa; bùn công nghiệp; bùn cống ranh kênh rạch Thiết bị: Cân; ống đong nước; thau; bay trộn hồ; cọ quét sơn; máy ép; khuôn gạch; Hình 4.6 Quy trình thí nghiệm làm gạch. Bùn công nghiệp từ nhiều nhà máy được nghiền nhỏ và rây để được bùn với kích thước hạt 0,125 mm và cát tái sử dụng từ bùn cống rãnh, kênh rạch được sử dụng thay thế cho thành phần cát trong công thức sản xuất. “Khằng” là một loại phụ gia chuyên dùng trong việc làm gạch, có chức năng tạo độ láng cho bề mặt viên gạch và quá trình lấy gạch được dễ dàng. Khằng được pha với tì Quét dầu vào khuôn Đổ dung dich màu (Ximăng trắng, bột đá, Gạch thành phẩm Ép khuôn Đổ hồ ướt Đổ hồ khô Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 76 lệ 5 miếng khằng pha trong 1 lít dầu lửa, sau đó nấu sôi để khằng hòa tan hoàn toàn trong dầu(1). Sau đó, quét khằng lên bề mặt khuôn. Lớp 1 (lớp màu) được phối trộn gồm các thành phần xi măng trắng, bột đá, bột màu, nước để tạo thành hồn hợp dạng sệt. Đổ dung dịch màu vào khuôn, đảm bảo màu lấp đầy các gờ bề mặt khuôn. Sau đó, rắc hỗn hợp hồ khô (lớp 2) dầy khoảng 2 - 4 mm, lớp hồ khô có chức năng hút lượng nước có trong lớp màu để định hình lớp bề mặt của viên gạch và liên kết lớp 1 với lớp 3. Hỗn hợp hồ ướt (lớp 3) bao gồm xi măng, cát, nước, độ dầy lớp hồ ướt từ 4 – 6 mm, lớp hồ ướt liên kết với hồ khô (lớp 2) nhầm tạo độ cứng cho gạch. Thành phần cát trong hồ ướt được thay thế dần bằng bùn ở nhiều tỉ lệ khác nhau. Sau khi đổ các lớp, khuôn được ép bằng máy ép hơi với lực ép lớn hơn 7 tấn trong thời gian từ 30 đến 60 giây và gạch được tháo khuôn ngay. Tuy nhiên, do thiết bị ép gạch sử dụng là máy ép thủy lực nên thời gian ép và tháo khuôn lâu hơn (thường sau 3 giờ). Gạch sau tháo khuôn được tưới nước giữ ẩm thường xuyên (6 giờ tưới 1 lần). Hình 4.7 Máy ép gạch và khuôn gạch. (1) Qui trình lam gạch xưởng gạch Thành Công, 10 Đường 5C – P.Bình Hưng Hòa A – Q.Bình Tân. Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 77 Khuôn dùng ép gạch có kích thước 20 cm x 20 cm và 30 cm x 30 cm, máy ép sử dụng là máy ép thủy lực với công suất nén đạt 20 tấn/m2. 4.2.1.2 Tái sử dụng bùn làm gạch thẻ Gạch thẻ là loại gạch có kích thước nhỏ, dùng để ốp, lát trang trí ở những nơi cần chống rơi, chống trơn như mặt ngoài các công trình công cộng, cao ốc, biệt thự, ốp lát bể bơi, hành lang .. và tạo độ nhấn cho không gian nhà. Do gạch ống có cường độ chịu lực chỉ bằng 50% cường độ chịu lực của gạch thẻ nên ở những nơi đòi hỏi có cường độ chịu lực cao thì người ta phải xây dựng bằng gạch thẻ. Hình 4.8 Quy trình sản xuất gạch thẻ. Đầu tiên bùn và đất sét được xác định độ ẩm, làm dẻo đất sét và nghiền mịn bùn thải. Tiến hành phối trộn thủ công giữa bùn và đất sét theo những tỉ lệ phần trăm như 2 bùn : 1 đất sét hoặc 1 bùn : 1 đất sét,… Quá trình phối trộn phải tiến hành nhanh để đảm bảo độ ẩm của phối liệu, đảm bảo độ đồng nhất của phối liệu. Sau đó, ủ phối liệu (đất sét và bùn) trong một nơi thoáng mát, nhiệt độ thấp để giữ độ ẩm trong thời gian một ngày để tránh hiện tượng xuất hiện bọt khí. Sau khi có hỗn hợp nguyên liệu, tiến hành định hình viên gạch bằng khuôn gỗ có kích thước 20cm x 10cm x 4cm, tiếp tục đem gạch phơi ngoài nắng để gạch ráo và để dễ dàng tháo gạch ra khỏi khuôn. Thời gian lấy gạch ra khỏi khuôn khoảng 10 giờ. Tiếp Đất sét Trộn thủ công Khuôn gạch Ép gạch Sấy Nung Sản phẩm Bùn công nghiệp Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 78 theo gạch được xếp lên dàn phơi và phơi gạch khoảng 1 tuần ngoài nắng vừa cho đến khi gạch ráo nước hoàn toàn để tránh khi nung gạch bị nứt. Sau khi xong giai đoạn định hình và phơi, sấy gạch, bắt đầu nung gạch thời gian nung là 87 giờ. Nhiệt độ nung từ 200 đến 8000C trong khoảng 48 giờ, nung tiếp ở nhiệt độ cao khoảng 800 đến 9000C trong 24 giờ và cuối cùng là nung chín gạch từ 900 đến 10000C trong 15 giờ. Sau đó, để nguội gạch đến nhiệt độ phòng và tiến hành tháo gạch . Hình 4.9 sản phẩm gạch sau nung 4.2.2 Tái chế làm Compost Hiện nay trên thế giới đã sử dụng rất nhiều phương pháp chế biến compost, từ phương pháp thô sơ với qui mô gia đình đến phương pháp hiện đại qui mô công nghiệp. Qua tham khảo các tài liệu và thực tế ứng dụng của công nghệ chế biến compost trong nước và trên thế giới, cũng như dựa trên điều kiện kinh tế, kỹ thuật của Việt Nam, phương án chế biến compost từ bùn thải cũng như từ rác thải theo kiểu kết hợp giữa phương pháp phân hủy kỵ khí và phương pháp ủ compost hiếu khí dạng luống dài với thổi khí thụ động có xáo trộn được xem có tính khả thi cao trong điều kiện hiện tại ở Việt Nam nói chung và Tp. HCM nói riêng. Vì phương án này kết hợp được ưu và nhược Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 79 điểm của phương pháp phân hủy kỵ khí và ủ compost hiếu khí theo như yêu cầu chi phí đầu tư thấp, công nghệ của phương án không đòi hỏi phải dùng năng lượng để cung cấp oxygen cho quá trình ủ, nên sẽ tiết kiệm tối đa năng lượng, giảm giá thành sản xuất compost đến mức thấp nhất, đồng thời thu được nguồn năng lượng đáng kể từ quá trình kỵ khí. Bên cạnh đó, trong quá trình ủ hiếu khí, việc xáo trộn luống compost được thực hiện thường xuyên sẽ giúp cho chất lượng compost tốt và đồng đều. Nhược điểm của phương án này là tốn nhiều đất và nhân công. Tuy nhiên, trong điều kiện Việt Nam với nguồn nhân công dồi dào và với kế hoạch phân bố đất hợp lý, những nhược điểm này có thể được khắc phục Phương pháp ủ trong container là phương pháp ủ mà vật liệu ủ được chứa trong container, túi đựng hay trong nhà. Thổi khí cưỡng bức thường được sử dụng cho phương pháp ủ này. Có nhiều phương pháp ủ trong container như Ủ Trong Bể Di Chuyển Theo Phương Ngang, Ủ Trong Container Thổi Khí và Ủ Trong Thùng Xoay. Trong Bể Di Chuyển Theo Phương Ngang, vật liệu được ủ trong một hoặc nhiều ngăn phản ứng dài và hẹp, thổi khí cưỡng bức và xáo trộn định kỳ được áp dụng cho phương pháp này. Vật liệu ủ được di chuyển liên tục dọc theo chiều dài của ngăn phản ứng trong suốt quá trình ủ. Trong Container Thổi Khí, vật liệu ủ được chứa trong các loại container khác nhau như thùng chứa chất thải rắn hay túi polyethylene,… thổi khí cưỡng bức được sử dụng cho quá trình ủ dạng mẻ, không có sự rung hay xáo trộn trong container. Tuy nhiên, ở giữa quá trình ủ, vật liệu ủ có thể được lấy ra và xáo trộn bên ngoài, sau đó cho vào container lại. Trong Thùng Xoay, vật liệu ủ được ủ trong một thùng xoay chậm theo phương ngang với thổi khí cưỡng bức. Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 80 Hình 4.10 Dây chuyền tái chế bùn thành compost. Các bước trong quá trình làm compost: Bước 1: Tách các chất, vật liệu có kích thước lớn ra khỏi bùn Bước 2: Xác định công thức phân tử của nguyên liệu làm compost Bước 3: Xác định tỷ lệ C/N, chất phối trộn Bước 4: Trộn và tiến hành ủ Bùn sau khi qua giai đoạn tiền xử lý. Chọn vật liệu phối trộn là Trấu lúa mì, cho trấu vào bùn theo tỷ lệ thích hợp để đạt được tỷ lệ C/N là 25/1. Cho hỗn hợp bùn + trấu lên lưới thép có kích thước lỗ bé. Phía dưới đặt bơm thổi khí cung cấp Oxy cho vi sinh vật. Sau khi ủ hiếu khí khoảng 20 – 25 ngày. Sau đó ngừng ủ hiếu khí chuyển sang giai đoạn ủ chính bằng cách tắt bơm thổi khí, tiến hành ủ khoảng 20 ngày cho đến khi chính hoàn toàn (mô hình ủ hiếu khí thể hiện ở hình 4.5). Sau khi hoàn thành quá trình ủ, mang hỗn hợp đi nghiền sàng để tách riêng phần phế thải và compost. Để tăng chất lượng phân compost ta trộn thêm một số loại men vi sinh, phân NPK. Phân hữu cơ thành phẩm Ủ chính Chất thải Bùn thải Tiền xử lý Đảo trộn Trộn men vi sinh, phân NPK Ủ hiếu khí Compost Nghiền + sàn Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 81 Hình 4.11 Mô hình thể hiện quá trình làm compost. Các giai đoạn khác nhau trong quá trình làm Compost có thể phân biệt theo biến thiên nhiệt độ sau: 1. Pha thích nghi là giai đoạn cần thiết để vi sinh vật thích nghi với môi trường mới. 2. Pha tăng trưởng đặc trưng bởi sự gia tăng nhiệt độ do quá trình phân hủy sinh học đến ngưỡng nhiệt độ mesophilic. 3. Pha ưa nhiệt là giai đoạn nhiệt độ tăng cao nhất. Đây là giai đoạn ổn định hóa bùn và tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh có hiệu quả nhất. Phản ứng được đặc trưng bởi công thức: COHNS + O2 + VSV hiếu khí CO2 + NH3 + chất khác + năng lượng. 4. Pha trưởng thành là giai đoạn giảm nhiệt độ về mức mesophilic và cuối cùng bằng nhiệt độ môi trường. Quá trình lên men lần thứ hai xảy ra chậm và thích hợp cho sự hình thành keo mùn và các chất khoáng, cuối cùng là mùn. Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 82 Ưu điểm: o Ít nhạy cảm với điều kiện thời tiết; o Khả năng kiểm soát quá trình ủ và kiểm soát mùi tốt hơn; o Thời gian ủ ngắn hơn phương pháp ủ ngoài trời; o Nhu cầu diện tích nhỏ hơn các phương pháp ủ khác; o Chất lượng compost tốt hơn. Nhược điểm: o Vốn đầu tư cao; o Chi phí vận hành và bảo trì hệ thống cao; o Thiết kế phức tạp và đòi hỏi trình độ cao; o Công nhân vận hành đòi hỏi trình độ cao. Như vậy, bùn hữu cơ sau khi được phân tích và làm giảm hàm lượng nước (độ ẩm) bằng quá trình nén bùn, ép bùn và sấy sẽ được băng chuyền vận chuyển qua khu vực chế biến làm phân compost. Tại đây, bùn sẽ được phối trộn với nhiều nguyên liệu thích hợp để đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật về thành phần của phân compost. Lượng bùn hữu cơ làm compost sau khi xử lý bằng phương pháp tách thủy lực chiếm 60% tổng lượng bùn sau khi tách: Độ ẩm của bùn sau tách 90% nên lượng bùn khô sau khi nén bùn, ép bùn còn lại để đạt độ ẩm 40% nhằm đạt độ ẩm thích hợp cho quá trình chuyển hóa sinh học trong công đoạn làm compost. Với khối lượng riêng của thành phần bùn hữu cơ là 0,85 tấn/m3 với độ ẩm còn lại là 40% Với thời gian lưu bùn khi ủ là 14 ngày, tổng thể tích ủ cần thiết là: 1064 m3 Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 83 Thiết kế hai bể ủ, thể tích mỗi bể ủ cần thiết là 535 m3 Bể có dạng hình trụ tròn có đường kính D = 7 m, chiều cao 14 m Ngoài ra, hệ thộng này có băng tải để nạp liệu vào các bể ủ, hệ thống máy thổi khí. Đặc biệt các bể còn có các thiết bị kiểm soát các điều kiện cần thiết như nhiệt độ, độ ẩm, pH,… cho quá trình ủ và các vít tải lấy sản phẩm sau khi ủ. Ước tính sau khi ủ sản phẩm sinh ra chiếm 75% khối lượng ban đầu (tương đương 57 m3/ngđ) Sau khi ủ thổi khí cưỡng bức trong 14 ngày, sản phẩm sau ủ sẽ được lấy ra mỗi ngày và chuyển sang khi ủ ổn định. 4.2.3 Tái sử dụng thành phần hửu cơ của bùn sau xử lý cho mục đích nông nghiệp và cải tao đất 4.2.3.1 Tiêu chuẩn đánh giá thành phần dinh dưỡng của bùn sau tách Thành phần dinh dưỡng đa lượng của bùn sau tách bao gồm các thành phần phospho, nito, kali, đây là các yếu tố quan trọng để đánh giá khả năng có thể tận dụng bùn sau tách làm phân bón hữu cơ trong nông nghiệp. Theo Trung Tâm Nghiên Cứu Khoa Học Kỹ Thuật & Khuyến Nông, một số chỉ tiêu đánh giá thành phần bùn như sau: - Nếu sử dụng chất hữu cơ sau tách làm phân hữu cơ thì thành phần dinh dưỡng cần đạt: + Tổng N: 0,3 – 0,8% + Tổng P: 0,1 – 0,2% + Tổng K: 0,2 – 0,3% + CaO: 0,4 – 1,8% + C/N: 20 – 25 Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 84 Bảng 4.1 Thành phần dinh dưỡng đối với cây trồng xét theo tiêu chuẩn Ngoài ra thành phần vi lượng trong bùn thải sau tách được đánh giá dựa theo tiêu chuẩn ngành TCN 526 - 2002 như sau: Bảng 4.2 Tiêu chuẩn ngành 10 TCN 526 – 2002 phân hữu cơ vi sinh từ rác thải sinh hoạt (Nguồn: Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn, 2002.) Loại bùn Tổng N (%) Tổng P (%) Mùn Nghèo dinh dưỡng 0,08 < 0,06 < 1 – 2 Dinh dưỡng trung bình 0,09 – 0,15 0,06 – 0,1 2 – 4 Dinh dưỡng khá > 0,3 > 0,2 > 0,8 Stt Tên chỉ tiêu Đơn vị tính Mức 1 pH 6,0 – 8,0 2 Mật độ vi sinh vật hữu hiệu không nhỏ hơn CFU/g mẫu 106 3 Hàm lượng chì (khối lượng khô) không lớn hơn mg/kg 250 4 Hàm lượng cadium (khối lượng khô) không lớn mg/kg 2,5 5 Hàm lượng crom (khối lượng khô) không lớn hơn mg/kg 200 6 Hàm lượng đồng (khối lượng khô) không lớn hơn mg/kg 200 7 Hàm lượng niken (khối lượng khô) không lớn hơn mg/kg 100 8 Hàm lượng kẽm (khối lượng khô) không lớn hơn mg/kg 750 9 Hàm lượng thuỷ ngân (khối lượng khô) không lớn mg/kg 2 Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 85 4.2.3.2 Thành phần dinh dưỡng và chất hữu cơ co trong bùn công rãnh _ kênh rạch sau tách thủy lực Bảng 4.3 Tính chất mẫu bùn sau tách Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả Tiêu chuẩn ngành 10 TCN 526 - 2002 Trung Tâm Nghiên Cứu KHKT & Khuyến Nông Độ ẩm % 70 - < 35 Chất hữu cơ % KL khô 27 - - Hàm lượng mùn % KL khô 3 - 2 – 4 Nitơ tổng % KL khô 0,31 - Lớn hơn 0,3 Phospho (P2O5) % KL khô 0,30 - Lớn hơn 0,2 Kali (K2O) % KL khô 0,29 - 0,2 – 0,3 pH - 6,3 – 7,6 6 – 8 - Zn mg/kg chất 9,6 < 750 - Cu mg/kg chất 6,8 < 200 - Cr mg/kg chất 16,4 < 200 - Ni mg/kg chất 53,75 < 100 - Ở điều kiện thường MPN/g 15 x 103 - Sau phơi nắng 7 ngày MPN/g 2 x 103 - Coli- form Sau khi sấy ở 700C MPN/g 170 - <1000 (Nguồn: Tiêu chuẩn tham chiếu theo TCN 526 – 2002 và Trung Tâm Nghiên Cứu Khoa Học Kỹ Thuật & Khuyến Nông.) Dựa vào thành phần dinh dưỡng trong bùn sau tách ở Bảng 4.3 có thể thấy: Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 86 Hàm lượng Nitơ tổng là 0,31%, Photpho tổng là 0,3% và Kali đạt 0,29% đều thuộc vào loại dinh dưỡng khá và đạt tiêu chuẩn dùng làm phân bón. Các nguyên tố vi lượng có mặt trong bùn đều thấp hơn so với nồng độ tối đa cho phép trong phân vi sinh từ rác dùng cho đất trồng. Về chỉ tiêu vi sinh, hàm lượng Coliform trong mẫu sau khi tách để ở nhiệt độ phòng và mẫu sau khi đã phơi khô dưới ánh nắng mặt trời trong thời gian 7 ngày thì vẫn chưa đạt, khi sấy ở nhiệt độ 700C hàm lượng coliform giảm còn 170 MPN/g. Ngoài ra, theo PTS Nguyễn Thị Lan và GS-TS Phan Liêu(1), phân bón được sản xuất từ bùn đáy kênh rạch thích hợp cho các loại đất nhẹ và nghèo như đất xám bạc màu (Acrisols), đất cát (Arennosol) và có thể là nguyên liệu làm giàu dinh dưỡng cho đất. Trong bùn đáy, lắng đọng nhiều chất hữu cơ dạng thô và đang trong quá trình phân hủy, đồng thời trong bùn có chứa nhiều bã thực vật và hàm lượng N, P, K cao. So sánh các chất dinh dưỡng trong bùn với các loại phân khác cho thấy bùn kênh rạch có giá trị cực đại của N, P, K gần tương đương với các loại phân từ phân rác, và đạt 20 – 30% phân heo. Bùn có thể tận dụng làm nguồn nguyên liệu để sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh sau khi đã tách các thành phần ô nhiễm và có thể sử dụng cho cây trồng nhằm hạn chế phân hóa học và cải tạo đất nghèo chất sinh dưỡng, bạc màu ở ngoại thành Thành phố. (1) Đáng giá chất lượng bùn đáy nạo vét tuyến rạch Bến Nghé – kênh Tàu Hủ - kênh Lò Gốm và khả năng khai thác, tận dụng lượng bùn đáy Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 87 4.2.3.3 Đánh giá khả năng phát triển cây trồng trong môi trường có sử dụng bùn Quy trình thí nghiệm trồng cây có sử dụng bùn được tiến hành với mô hình sau: Hình 4.12 Sơ đồ nghiên cứu tái sử dụng thành phần hữu cơ từ bùn. Mô hình 1 trồng rau muống: Mô hình trồng rau muống có diện tích dài x rộng x cao = 50 x 20 x 20 (cm). Đất được sử dụng là đất Tribat phối trộn với bùn đã được phơi khô dưới ánh nắng trong 3 ngày theo tỉ lệ 1 bùn : 1 đất và một mẫu đối chứng không có bùn Mật độ cây trồng chọn 15 cây/1 mô hình và chiều cao lớp đất trong từng mô hình là 15 cm. Thời gian ổn định đất trước khi gieo là 1 ngày. Hình 4. 13 Mô trình nhỏ trồng rau muống Phân tích chỉ tiêu dinh dưỡng, KLN,…theo tiêu chuẩn 10 TCN 526 – 2002 Chất hữu cơ sau khi tách từ bùn kênh rạch – cống rãnh Sản phẩm Gieo hạt Đất Phơi khô bùn Nghiền bùn Nước Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 88 Trong 2 mô hình trên, mô hình tỉ lệ 1 bùn : 1 đất sau 14 ngày gieo hạt thì tốc độ sinh trưởng và phát triển của cây chậm, nguyên nhân có thể do: - Không có thời gian ổn định đất sau khi đã phối trộn với bùn trước khi gieo trồng (như mô hình trồng cải) hay thời gian ổn định chưa thích hợp (mô hình trồng rau muống). Theo kỹ sư Quang Hưng thuộc Viện Nghiên Cứu Rau Quả, thời gian cần thiết cho việc chuẩn bị đất là từ 8 – 10 ngày trước khi gieo trồng. - So với mẫu cây trồng trong môi trường không có bùn (mẫu đối chứng) cho kết quả tốt hơn so với mô hình 1 bùn : 1 đất có độ phát triển kích thước lá và chiều cao cây trội hơn, như vậy cây trồng giảm độ phát triển khi được trồng trong môi trường có hàm lượng bùn cao. Nguyên nhân có thể do tỉ lệ bùn dùng phối trộn nhiều vượt quá ngưỡng cây tiếp nhận. Mô hình 2 trồng cải: được thực hiện trong bồn trồng cây với kích thước được thể hiện trong Hình 4.14. Tỉ lệ phối trộn bùn và đất là 1 : 2. Đất sử dụng là đất cát pha thịt. Bùn được rải trên bề mặt lớp đất. Thời gian chuẩn bị đất cũng như thời gian phơi bùn là 12 ngày trước khi gieo trồng Hình 4.14 Mô hình trồng cải. Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 89 Sau 14 ngày gieo, khả năng sinh tưởng và phát triển của cây cải phát triển hơn hẳn so với các cây trong mô hình trồng rau muống, giá trị trung bình về chỉ số phát triển như sau: chiều cao cây đạt 14 cm, chiều dài lá đạt 7 cm, chiều rộng lá 3 cm, số lá đạt 6 lá. Tuy nhiên, do mật độ gieo trồng còn dày nên độ phát triển của các cây không được đồng đều. Như vậy, có thể rút ra các kết luận sau: - Bùn sau khi xử lý nhiệt được sử dụng làm chất bổ sung dinh dưỡng cho đất và giúp cây trồng phát triển tốt. - Có thể sử dụng bùn sau khi xử lý để cải tạo đất bạc màu, nghèo dinh dưỡng. Hình 4.15 Cải trồng trong mô hình lớn. Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 90 CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 5.1 KẾT LUẬN Bùn từ hệ thống kênh rạch - cống rãnh của thành phố, đặc biệt là khu vực nội thành và ven đô đang là vấn đề hết sức bức xúc. Nó không chỉ làm hạn chế khả năng thoát nước của thành phố, làm suy giảm lưu vực dòng chảy, ảnh hưởng đến môi trường, mỹ quan đô thị, mà còn liên quan đến kinh phí đầu tư cho việc nạo vét, vận chuyển và giải quyết hợp lý bùn lắng để đảm bảo an toàn về mặt môi trường. Các kết quả phân tích đặc tính bùn cống rãnh và kênh rạch cho thấy mặc dù nồng độ của các mẫu bùn phân tích chưa vượt tiêu chuẩn nhưng nếu bùn được thải bỏ không đúng nơi quy định và được đổ vào bãi đổ mà không được xử lý sẽ gây ô nhiễm môi trường do sự tích lũy của chất ô nhiễm trong khu vực theo thời gian. Ngoài ra, bùn kênh rạch có hàm lượng dinh dưỡng cao và có thể tận dụng cho mục đích nông nghiệp, bùn cống rãnh sau tách luôn thu được khối lượng vô cơ nhiều hơn so với bùn từ kênh rạch. Thành phần vô cơ thu được sau tách, tỉ lệ hạt có kích thước từ 0,5 mm đến dưới 0,125 mm chiếm tỉ lệ lớn nhất. Sau quá trình tách bằng phương pháp thủy lực, các thành phần trong bùn kênh rạch - cống rãnh hoàn toàn có thể tái sử dụng lại như: (1) thành phần hữu cơ chiếm từ 15% - 25% dùng cho mục đích nông nghiệp và cải tạo đất, làm lớp che phủ cho bãi chôn lấp (2) thành phần vô cơ chiếm từ 75% - 85% dùng san lấp mặt bằng, vật liệu xây dựng như nguyên liệu làm gạch block lót đường. Như vậy, đã tận dụng lại các thành phần có giá trị trong bùn và giảm thiểu các tác động đến môi trường so với việc thải bỏ bùn như hiện nay. Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 91 Khi áp dụng phương pháp tái sử dụng bùn thải sẽ giúp giải quyết được vấn đề cấp bách hiện nay là vị trí, diện tích đất của bãi đổ bùn và quan trọng nhất là hình thành phương án xử lý bùn thải giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường, phù hợp với chiến lược pháp triển bền vững. Về mặt kinh tế, lợi nhuận thu lại từ việc tái sử dụng bùn kênh rạch và cống rãnh là rất lớn, ước tính từ năm 2005 đến 2010 mỗi năm có thể thu hồi từ 20 đến 40 tỉ đồng từ bùn so với chi phí nhà nước phải trả cho việc vận chuyển và thải bỏ như hiện nay. Đối với bùn công nghiệp, vấn đề thu gom, vận chuyển và thải bỏ chất thải nguy hại nói chung và bùn thải nói riêng chưa được thực sự quan tâm ở các doanh nghiệp nguyên nhân là do chi phí xử lý quá cao và việc quản lý CTNH&CN chưa được chặc chẽ. Hiện nay, đa phần bùn thải từ các nhà máy được thu gom chung với rác sinh hoạt và được công ty Môi Trường Đô Thị của các quận, huyện hay hợp tác xã tư nhân đến thu gom và vận chuyển đến các bãi chôn lấp chất thải rắn sinh hoạt hay đổ bừa bãi tại một bãi đất trống. Do có thể tận dụng được những thành phần có giá trị kinh tế trong bùn nên giảm chi phí xử lý và điều này có thể giúp các doanh nghiệp có khả năng thực hiện xử lý chất thải nguy hại góp phần bảo vệ môi trường. Quy trình sản xuất bột màu từ bùn công nghiệp có nhiều triển vọng do công nghệ đơn giản, sản phẩm bột màu thu được có chất lượng phù hợp với nhu cầu không đòi hỏi chất lượng cao của thị trường như sản xuất trong gốm sứ, gạch, sơn dầu. Đối với bùn công nghiệp, ước tính chi phí xử lý một tấn bùn chứa kim loại nặng bằng phương pháp đốt, hóa rắn, chôn lấp phải mất 4 triệu/tấn bùn trong khi nếu tái sử dụng làm gạch bột màu, thu hồi kim loại nặng hay làm vật liệu xây dựng thì chi phí xử lý chỉ còn 1,3 triệu đồng. Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 92 5.2 KIẾN NGHỊ - Thực tế cần sự hợp tác chặt chẽ của các ban ngành có liên quan như Công Ty Thoát Nước Đô Thị, các Xí Nghiệp Thoát Nước Đô Thị,… về mặt thu gom, vận chuyển bùn kênh rạch – cống rãnh. - Cần sự tăng cường kêu gọi hỗ trợ vốn của các tổ chức chính phủ và nhà tài trợ đối với việc xây dựng nhà máy xử lý bùn kênh rạch – cống rãnh công suất 100.000 tấn/năm cho Tp.HCM - Kết hợp với các cơ sở sản xuất để sản xuất gạch với qui mô công nghiệp. Cần tăng cường mở rộng các mô hình tai chế lấy nguyên liệu từ bùn thải như sản xuất gạch block và gạch thẻ từ bùn thải của một số ngành công nghiệp. - Cần đầu tư nghiên cứu để xác định ảnh hưởng củng như khả năng tích lũy chất độc của bùn thải đến hệ sinh thái và cây trồng đặc biệt là cây rau. 5.3 PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Nếu có điều kiên tiếp tục học lên Đại Học em sẽ tiếp tuc phát triển đề tài này. Hướng phát triển: - Tính toán lợi ích kinh tế khi sử dụng chất hữu cơ trong bùn làm compost, cải tạo đất nông nghiệp - Phát triển đề tài nhằm áp dụng đề tài cho một khu vực hoặc một hệ thống kênh rạch nào đó tai Tp.HCM - Phân tích và phân loại các loại bùn khác nhau nhăm tăng khả năng sử dụng cho các mục đích tái chế khác nhau giúp cải thiện hiệu quả sủ lý và kinh tế. Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 93 Khoá Luận Tốt Nghiệp SVTH: Hoàng Trung Hiếu 94