CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về bùn thải đô thị 1. Khái niệm bùn thải Bùn thải được định nghĩa như sản phẩm thải cuối cùng hay là các vật chất còn lại được tạo ra từ quá trình xử lý nước thải dân dụng và nước thải công nghiệp, cũng có thể bao gồm cả quá trình xử lý nước sạch và một số quá trình khác. Bùn có thể ở dạng rắn, hỗn hợp bán rắn, lỏng tùy theo công nghệ quy trình xử lý.
Thuật ngữ này đôi khi cũng được sử dụng như một thuật ngữ chung cho chất rắn được tách biệt với huyền phù trong nước, hỗn hợp vật chất này thường chứa một lượng đáng kể nước giữa các khoảng trống của các hạt rắn, có thành phần đồng nhất trong toàn bộ thể tích, có kích thước hạt nhỏ hơn 2mm và có độ ẩm lớn hơn 70% [31]. Các quá trình xử lý nước thải dẫn đến việc tách các chất gây ô nhiễm và chuyển chúng sang pha có thể tích nhỏ hơn (bùn). Như vậy sau quá trình xử lý và làm sạch nước thải, nước sạch có thể được tái sử dụng lại còn bùn tạo thành sẽ được thải đi. Xử lý bùn thải rất khó do lượng 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. Bùn thải đô thị (MSS) : là bùn thải tạo ra từ các quá trình xử lý nước 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 [36]. Hiện nay khái niệm về “bùn thải” đã được xác định trong các văn bản pháp luật Việt Nam theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngưỡng nguy hại đối với bùn thải từ quá trình xử lý nước QCVN 50: 2013/BTNMT.
Theo đó định nghĩa bùn thải phát sinh từ quá trình xử lý nước là hỗn hợp các chất rắn, được tách, lắng, tích tụ và thải ra từ quá trình xử lý nước [3]. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khoa Môi trường – ĐHKHTN Hà Nội Luận văn thạc sĩ khoa học 1. Phân loại bùn thải Người ta có thể phân loại bùn dựa vào nguồn gốc và thành phần của chúng. Theo vào nguồn gốc của bùn, có thể phân loại bùn thành các loại như 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.Theo thành phần của bùn thải (phụ thuộc vào bản chất ô nhiễm ban đầu của nước thải, bùn thải và phương pháp làm sạch (nếu có) như xử lý vật lý, hoá lý, sinh học), có thể phân thành một số loại bùn chính như sau [26, 36]: - Bùn hữu cơ ưa nước: Là loại bùn phổ biến nhất, có hàm lượng chất hữu cơ cao, chất bay hơi có thể đạt đến 90% toàn bộ chất khô.
Tính ưa nước của bùn 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 xử lý (Al, Fe, Zn, Cr) hoặc do sử dụng kết bông vô cơ (muối ferreux hoặc ferit, muối nhôm). - Bùn chứa dầu: Trong bùn có 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.
- Bùn vô cơ kị nước: Thành phần chủ yếu của bùn này là các chất vô cơ có tính giữ nước thấp như cát, bùn phù sa, xỉ, muối đã kết tinh. - Bùn vô cơ ưa nước – kị nước - Bùn có sợi 1. Nguồn gốc của bùn thải Bùn thải được phát sinh từ nhiều nguồn [4, 36]: - 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 nước thải, các vật chất rắn được tách biệt với huyền phù trong nước, tạo thành bùn. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khoa Môi trường – ĐHKHTN Hà Nội Luận văn thạc sĩ khoa học - Bùn thải từ hệ thống thoát nước: các chất thải lỏng, nước thải xuất phát 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 này.
- Bùn thải từ hố ga, bể phốt: là chất thải và nước thải từ con người hoặc các hoạt động hộ gia đình 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, tính chất của bùn thải Hơn 60.000 chất và hợp chất đã được tìm thấy trong bùn thải và nước thải, được đặc trưng bởi sáu nhóm chính: (1) hợp chất hữu cơ, (2) các thành phần có chứa nitơ và phốt pho, (3) các chất ô nhiễm độc hại vô cơ và hữu cơ, (4) tác nhân gây bệnh và các chất ô nhiễm vi sinh vật khác, (5) các hợp chất vô cơ, như silicat, aluminat, các hợp chất có chứa canxi và magiê, và (6) nước [24, 26]. - 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 như: amiang, sản phẩm dầu mỏ, dung môi công nghiệp. 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khoa Môi trường – ĐHKHTN Hà Nội Luận văn thạc sĩ khoa học Năm 2009, EPA công bố báo cáo quốc gia về nghiên cứu bùn nước 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 nước thải [31]. EPA phân chia các chất ô nhiễm độc hại thành hai loại chính: kim loại và hữu cơ. Một số điểm nổi bật bao gồm: - Ag: 20 mg / kg bùn, một số cặn có hàm lượng 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.
- Pb , As , Cr , và Cd với các hàm lượng khác nhau ước tính của EPA có mặt với số lượng phát hiện trong 100% cặn của nước thải ở Mỹ. - Mức độ cao của hợp chất hữu cơ, trong đó có thuốc trừ sâu, dung môi và biphenyl đã polyclo hóa (PCBs) được phát hiện, với mức trung bình trong phạm vi lên đến 1.000 mg / kg bùn. Các loại bùn thải có thành phần, tính chất rất khác nhau, điều đó phụ thuộc vào nguồn gốc của bùn thải. Nghiên cứu về đặc điểm, thành phần bùn thải tiến hành trên 7 bang lớn của Mỹ theo nghiên cứu của Elliott, L.Stevenson (1977) kết quả như sau: Bảng 1 : Bảng giá trị trung bình các thành phần trong bùn tại 7 Bang (Mỹ) Hàm lượng Thông số Hàm lượng (%) Thông số (mg.kg-1) OC 30,4 Al 4000 Tổng N 2,5 Cu 850 + NH4 - N 0,13 Ni 190 NO3 – N 0,019 Mn 200 Tổng P 1,8 Zn 1800 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 8000 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khoa Môi trường – ĐHKHTN Hà Nội Luận văn thạc sĩ khoa học Cùng với những nghiên cứu độc lập khác đã ghi nhận trung bình 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 vi sinh vật và các kim loại nặng như Cd, Zn, Cu, Ni, Pb, Hg trong bùn thải (Sommers et al. Tác động của bùn thải đến môi trường Bùn được xác định bởi EPA như một chất gây ô nhiễm.
Trong năm 2011, EPA đưa một nghiên cứu 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. Trong tài liệu này, NRC đã chỉ ra rằng bùn thải chứa các chất có độc tính có thể làm tăng nguy cơ tiềm ẩn đối với sức khỏe của con người, động vật và thực vật. Theo WHO (1981), báo cáo về nguy cơ đối với sức khỏe đã xác định các vi sinh vật gây bệnh chủ yếu là Salmonella và E.coli là mối quan tâm lớn nhất. Các nghiên cứu khác kết luận rằng thực vật hấp thu một lượng lớn kim loại nặng và các chất ô nhiễm độc hại được lưu giữ sản phẩm, sau đó được tiêu thụ bởi con người (Turek et al, 2005).
Bùn thải từ các nhà máy xử lý nước thải tuy được xử lý qua các quy trình phức tạp, mức độ ô nhiễm giảm nhưng không loại bỏ hết được tác nhân gây bệnh và các chất nguy hại ở mức độ thấp của các thành phần như PAHs, PCB, dioxin, kim loại nặng. Bùn thải tác động đến sức khỏe con người có thể được chia thành ảnh hưởng nhìn thấy ngay sau khi tiếp xúc (như: mùi hôi, nhiễm trùng do hít/ nuốt vi khuẩn) hoặc phát sinh do tiếp xúc dài hạn (tiếp xúc với kim loại phát tán từ quá trình xử lý bùn), ảnh hưởng từ từ, không thấy ngay được hậu quả. Những người có nguy cơ bị ảnh hưởng nhiều nhất là người thường xuyên tiếp xúc với bùn thải như nhân viên xử lý nước thải, công nhân nạo vét bùn, công nhân tại các cơ sở ủ phân, nông dân canh tác trên đất từ bùn thải và các hộ gia đình có sự tiếp xúc [37, 49]. 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.