CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÙN THẢI 1. Những vấn đề chung về bùn thải 1. Khái niệm bùn thải và phân loại Bùn là hỗn hợp chất rắn và nước có thành phần đồng nhất trong toàn bộ thể tích, có kích thước hạt nhỏ hơn 2mm và có hàm lượng nước (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 nước thải sinh hoạt, bùn bể tự hoại, bùn sông hồ, cống rãnh thoát nước, bùn thải từ hoạt động công nghiệp [19]. Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (US-EPA) định nghĩa bùn thải như sản phẩm thải cuối cùng được tạo ra từ quá trình xử lý nước thải dân dụng và nước thải công nghiệp từ nhà máy xử lý nước thải ở dạng hỗn hợp bán rắn. Bùn từ hệ thống thoát nước thải sinh hoạt đô thị là dư lượng chất lỏng, đặc hay dạng sệt được tạo ra do quá trình vận chuyển và chuyển hóa nước thải trong các cống rãnh thoát nước, là hỗn hợp các chất hữu cơ và vô cơ bao gồm tất cả các loại bùn thu nhận từ đường ống thoát nước đô thị được xem như sản phẩm phụ cần xử lý của quá trình này. Bùn bao gồm chủ yếu là nước, 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 chất gia dụng và thuốc trừ sâu. Lượng bùn thải tăng theo mức độ tăng dân số và tăng trưởng sản xuất. Số lượng bùn thải thường rất lớn và gây ô nhiễm cho môi trường nếu không được xử lý tốt [20]. Phân loại Bùn được phân loại dựa vào nguồn gốc phát sinh và thành phần của chúng.
Dựa vào nguồn gốc của bùn, có thể phân loại bùn thành các loại sau: - Bùn thải từ trạm / nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt; - Bùn từ trạm / nhà máy xử lý nước thải công nghiệp; - Bùn hệ thống thoát nước: bùn cống rãnh, kênh rạch, bùn nạo vét sông, hồ; - Bùn hố ga, bể phốt; - Bùn từ các công trường xây dựng. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Thành phần bùn phụ thuộc vào bản chất ô nhiễm ban đầu của nước và phương pháp làm sạch bằng xử lý vật lý, hoá lý hay sinh học, cụ thể[19]: - Bùn hữu cơ ưa nước: Đây là loại phổ biến nhất, khó khăn của việc làm khô bùn là do sự có mặt của phần lớn các chất keo ưa nước. Người ta xếp trong loại này tất cả các bùn thải xử lý sinh học nước thải, mà hàm lượng chất bay hơi có thể đạt đến 90% toàn bộ chất khô (nước thải của công nghiệp thực phẩm, hoá hữu cơ). - Bùn vô cơ ưa nước: Các bùn này chứa hyđrôxit kim loại tạo thành từ phương pháp xử lý hoá lý khi làm kết tủa ion kim loại có trong nước (Al, Fe, Zn, Cr) hoặc do sử dụng chất kết bông vô cơ (muối sắt hoặc muối nhôm).
- Bùn chứa dầu: Do trong nước thải có mặt một lượng dầu nhỏ hoặc mỡ khoáng chất (hoặc động vật). Các chất này ở dạng nhũ hoặc hấp thụ các phần tử bùn ưa nước. Một phần bùn sinh học cũng có thể có mặt trong trường hợp xử lý cuối cùng bằng bùn hoạt tính (Ví dụ: xử lý nước thải của nhà máy lọc dầu). - Bùn vô cơ kị nước: Các bùn này thường chứa hàm lượng nhỏ các chất giữ nước (cát, bùn phù sa, xỉ, vẩy rèn, muối đã kết tinh).
- Bùn vô cơ ưa nước – kị nước: Các bùn này chủ yếu bao gồm các chất kị nước chưa vừa đủ chất ưa nước để cho ảnh hưởng bất lợi của chất này đến việc làm khô bùn chiếm ưu thế hơn. Các chất ưa nước thường là các hyđrôxit 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 ưa nước do sự có mặt hyđroxit hoặc bùn sinh học. Nguồn gốc, đặc tính của bùn thải Nguồn gốc Bùn thải được phát sinh từ nhiều nguồn: - Bùn thải từ hệ thống xử lý nước thải đô thị: Nước thải sinh hoạt đô thị được chuyển tới các nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt, qua các quy trình xử lý, các vật chất rắn được tách biệt với huyền phù trong nước, tạo thành bùn.
Ở mỗi quy trình xử lý khác nhau tính chất và đặc điểm của bùn thải khác nhau. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Đặc điểm của bùn trong trạm xử lý nƣớc thải đô thị Quá trình Dạng n Đặ th ủa n ông nghệ Song chắn rác Dạng rắn, kích Thành phần hữu cơ và vô cơ thay đổi theo thước thô điều kiện của đô thị. Các chất này thường được nghiền nhỏ sau đó đưa vào xử lý tiếp tục cùng nước thải Bể lắng cát Hạt cát và các hạt Thành phần vô cơ, dễ lắng vô cơ không tan Tại các bể lắng cát thường bị bỏ qua công Chất nổi trình thu chất nổi Bể lắng đợt 1 Cặn rắn Thành phần hữu cơ không tan, độ ẩm 93- Chất nổi 95%.
Thành phần và tính chất phụ thuộc vào loại hệ thống mạng lưới thoát nước (riêng/chung). Mức độ tham gia của nước thải công nghiệp vào hệ thống Bể aeroten Bông bùn hoạt tính Được hình thành từ quá trình chuyển hóa dạng lơ lửng BOD khi thổi vào bể. Thành phần VSV hiếu khí, độ ẩm > 99%. Bùn được lắng lại tại bể lắng đợt 2 Bể lọc sinh Màng vi sinh vật Được hình thành từ quá trình chuyển hóa học BOD trên bề mặt vật liệu lọc.
Thành phần VSV hiếu khí, độ ẩm 96%. Màng được lắng lại tại bể lắng đợt 2 Bể lắng đợt 2 Bông bùn hoạt tính Thành phần VSV hiếu khí, độ ẩm > 99% từ bể aeroten Thành phần VSV hiếu khí, độ ẩm > 96% Màng VSV từ bể Bọt khí + các chất hữu cơ lọc sinh học Chất nổi Cặn từ công Cặn rắn Chứa các thành phần hóa học như sắt, hợp trình xử lý hóa chất crom, chì, oxit nhôm học Cặn từ bể mê Cặn đã phân hủy Hàm lượng chất dinh dưỡng cao cho cây 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com tan trồng (Nguồn Nguyễn Việt Anh, 2015) - Bùn thải từ hệ thống thoát nước: các chất thải lỏng, nước thải từ nhà vệ sinh, nhà bếp, bồn rửa và cống rãnh khu vực công nghiệp, nước mưa dư thừa (có nghĩa là không hấp thụ bởi mặt đất) được thu thập, vận chuyển thông qua hệ thống thoát nước thành phố là các cống rãnh, kênh rạch, sông hồ chảy tới nơi tiếp nhận nước. Bùn sinh ra từ quá trình này, 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. - Bùn thải từ hố ga, bể phốt: là chất thải và nước thải từ con người được thải ra chứa trong các hố ga bể phốt.
Ngoài ra còn một lượng bùn thải nhỏ phát sinh từ công nghiệp, xây dựng và một số nguồn khác trong hoạt động và phát triển của đô thị. Đặc điểm và tính chất của bùn thải Hơn 60.000 độc chất và chất độc hóa học đã được tìm thấy trong bùn thải và nước thải. Stephen Lester (CHEJ) đã tổng hợp thông tin từ các nhà nghiên cứu Đại học Cornell và Hiệp hội các kỹ sư 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, Lindane, mirex, kepone, 2,4,5-T, 2,4-D; - Clo hóa các hợp chất như dioxin; - Polynuclear hydrocacbon thơm; - Kim loại nặng: arsenic, cadmium, chromium, chì và thủy ngân; - Vi khuẩn, vi rút, động vật nguyên sinh, giun ký sinh và nấm; - Các độc tố khác bao gồm: amiang, sản phẩm dầu mỏ và các dung môi công nghiệp. Năm 2009, EPA công bgồm: amiang, sản phẩm dầu mỏ và các dung môchm , … có trong bùn cn của nước thải, c n c như: - Ag: 20 mg/ kg bùn, một số cặn có hàm lượng đặc biệt cao tới 200 mg/ kg bùn; Ba: 500 mg/ kg; Mg: 1g/kg bùn; 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Mức độ cao của sterol và các kích thích tố đã được phát hiện, với mức trung bình lên đến 1.000 mg/ kg bùn; - Pb , As , Cr , và Cd với các hàm lượng khác nhau có trong tất cả các mẫu cặn bùn thải của nước 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 dưỡng, một số loại các vi chất dinh dưỡng không cần thiết, dấu vết kim loại, chất gây ô nhiễm vi sinh hữu cơ và vi sinh vật. Nước thải bùn cũng có thể chứa chất độc hại khác như chất tẩy rửa, các muối khác nhau và thuốc trừ, 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. N hữu cơ và P vô cơ là thành phần 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 đó chính là thành phần các kim loại nặng như Cd, Zn, Cu, Ni, Pb trong bùn thải (Sommers et al, 1976). Tác động của bùn thải tới con ngƣời và môi trƣờng Bùn được xác định bởi EPA như một chất gây ô nhiễm. Trong năm 2011, trong tài liệu của EPA công bố tại Hội đồng nghiên cứu Quốc gia Hoa Kỳ (NRC) để xác định các nguy cơ tới sức khỏe của con người và sinh vật do bùn thải, đã chỉ ra rằng rất nhiều sự nguy hiểm của bùn chưa được làm rõ hoặc chưa được quan tâm thỏa đáng, đặc biệt khi bùn thải đô thị được sử dụng như một loại phân bón hữu dụng hay nước thải từ nguồn nước thải đô thị bị ô nhiễm được sử dụng như một nguồn nước tưới.
Bùn thải chứa vi khuẩn gây bệnh, vi rút và các động vật nguyên sinh cùng với giun sán ký sinh trùng khác có thể làm tăng nguy cơ tiềm ẩn đối với sức khỏe của con người, động vật và thực vật. Bổ sung bùn tươi vào đất gây ra mức độ vi khuẩn E. coli tăng lên giá trị lớn hơn đáng kể.