MỞ ĐẦU Quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa ở nước ta đang diễn ra ở tốc độ cao. Việc mở rộng sản xuất, sự gia tăng nhu cầu tiêu dùng hàng hóa, nguyên vật liệu, năng lượng đã, đang là những động lực thức đẩy sự phát triển mạnh mẽ về kinh tế, xã hội. Đi kèm với đó là vấn đề ô nhiễm môi trường đặc biệt là quản lý chất thải nói chung và bùn thải đô thị nói riêng. Việc thu gom, vận chuyển, xử lý, tái chế, tái sử dụng chất thải đặc biệt bùn thải từ hệ thống thoát nước và các công trình vệ sinh trong đô thị đang trở thành bài toán khó đối với các nhà quản lý ở hầu hết các nước trên thế giới [51].
Nước ta hiện có 774 đô thị, nhưng chỉ có khoảng trên 20 đô thị có trạm/nhà máy xử lý nước thải tập trung với công nghệ xử lý nước thải khác nhau đã và đang đưa vào vận hành khai thác. Cùng với đó là hệ tầng kỹ thuật khác tại các đô thị chưa thật sự đồng bộ và phát huy hiệu quả khiến bùn thải phát thải ra môi trường dần rơi vào tình trạng thừa thu gom nhưng thiếu xử lý với khối lượng ngày càng lớn, gây ảnh hưởng tới môi trường và đời sống của người dân [50]. Việc đổ thải bùn trực tiếp ra môi trường không chỉ gây ô nhiễm mà còn lãng phí đi một nguồn tài nguyên quý báu. Lựa chọn sử dụng hiệu quả bùn thải đang nhận được sự quan tâm nhiều hơn do giảm quỹ đất dùng làm bãi rác và sự chú ý tới việc tận dụng các chất dinh dưỡng, cũng như các vật liệu khác có thể thu hồi từ bùn.
Hiện tại, có nhiều phương pháp khác nhau được áp dụng rộng rãi trên thế giới để xử lý hay tận dụng bùn thải như: phối trộn làm vật liệu xây dựng, chôn lấp, gia công mặt đường, ủ phân, đồng thiêu đốt, … [25,27,35,37,46]. Bắc Ninh là tỉnh có diện tích nhỏ nhất nước ta và nằm trên vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ. Quy mô công nghiệp của tỉnh lớn thứ 5 cả nước, thứ 2 miền Bắc. Cùng với sự phát triển, mở rộng các khu, cụm công nghiệp và các làng nghề, đời sống của người dân ngày càng được nâng cao rõ rệt kéo theo đó là các vấn đề về môi trường như: lượng nước thải và bùn thải phát sinh ngày càng lớn.
Lượng bùn thải phát sinh tại thành phố Bắc Ninh kể từ năm 2000 – 2013 đã tăng từ 2.554 lên 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Trước đây, bùn thải được thu gom và chuyển về bãi rác của thành phố, nhưng kể từ năm 2014 thành phố chưa có hướng thu gom bùn cụ thể. Hiện tại, lượng bùn thải thu gom được chứa tạm tại khu đất trống trong khuôn viên của nhà máy xử lý nước thải Bắc Ninh chờ phương án xử lý. Xuất phát từ vấn đề trên, việc lựa chọn và thực hiện đề tài “Nghiên cứu tận dụng bùn thải đô thị tại Bắc Ninh làm chất đốt” là cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn.
Mục tiêu nghiên cứu: Có được giải pháp khả thi nhằm tận dụng bùn thải đô thị tại thành phố Bắc Ninh làm chất đốt. Nội dung nghiên cứu bao gồm: Khảo sát công tác quản lý, hiện trạng phát sinh, công nghệ thu gom và xử lý bùn thải của khu vực thành phố Bắc Ninh; Khảo sát đặc tính lý – hóa của các mẫu bùn thải khu vực nghiên cứu theo hướng tận dụng chúng làm chất đốt; Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn bùn với than cám đến đặc tính của viên nhiên liệu; Khảo sát, đánh giá các đặc tính của viên nhiên liệu được chế tạo về khả năng sử dụng trong thực tế; Đánh giá giải pháp công nghệ tận dụng bùn thải làm chất đốt. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1. Những vấn đề chung về bùn thải 1.
Khái niệm, phân loại bùn thải 1. Khái niệm Có rất nhiều định nghĩa về bùn thải được đưa ra [9,15,33,58], tuy nhiên có thể định nghĩa một cách khái quát về bùn thải như sau: Bùn thải là hỗn hợp dạng rắn, bán rắn, chất lỏng hay bùn cặn sinh ra sau quá trình xử lý nước thải công nghiệp hay đô thị. Bùn thải đô thị là bùn được tạo ra từ các quá trình xử lý nước thải đô thị, chủ yếu là nước thải sinh hoạt, kết hợp với một số loại nước thải khác. Có nhiều dạng bùn phát sinh cùng với hoạt động của các đô thị hiện nay là bùn thải từ nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt, bùn bể tự hoại, bùn sông hồ, cống rãnh thoát nước, có thể bao gồm cả bùn thải từ hoạt động công nghiệp trong khu vực đô thị.
Phân loại [20,26] Bùn thải có thể được phân loại dựa vào nguồn gốc hoặc thành phần của chúng. Theo thành phần (phụ thuộc bản chất ô nhiễm ban đầu của nước thải, bùn thải, các quá trình xử lý bùn), bùn thải được chia thành 6 loại sau: - Bùn hữu cơ ưa nước: Là loại bùn phổ biến nhất, có hàm lượng chất hữu cơ cao, thành phần dễ bay hơi có thể đạt 90% toàn bộ chất khô. Tính ưa nước của bùn là do sự có mặt của lượng lớn các chất keo ưa nước; - Bùn vô cơ ưa nước: Bùn này có hàm lượng chất hữu cơ thấp, chứa hydroxyt kim loại do quá trình xử lý sử dụng phương pháp hoá lý làm kết tủa ion kim loại có trong nước thải hoặc do sử dụng kết bông vô cơ (phèn sắt, phèn nhôm); - Bùn vô cơ kị nước: đặc trưng bởi các chất vô cơ có khả năng giữ nước thấp như cát, bùn phù sa, xỉ, muối đã kết tinh.; - Bùn vô cơ ưa nước – kị nước; 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Bùn chứa dầu: Trong bùn có một lượng dầu nhỏ hoặc mỡ khoáng chất (hoặc động vật). Các chất này ở dạng nhũ tương hoặc hấp thụ các phần tử bùn ưa nước; - Bùn có sợi.
Nguồn gốc, đặc điểm và tính chất của bùn thải 1. Bùn này thường bị ô nhiễm bởi nhiều hợp chất hữu cơ, vô cơ độc hại, vi sinh vật gây bệnh tùy thuộc vào các nguồn nước thải đầu vào. Bùn thải từ hệ thống thoát nước, nạo vét ao, hồ, kênh, rạch: bùn sinh ra là kết quả của các vật chất được nước thải mang lắng đọng trong các hệ thống cống thoát và hoạt động của các vi sinh vật sống trong các hệ thống này. Thành phần của loại bùn này chủ yếu là chất hữu cơ (70 – 82%) và một số kim loại nặng với hàm lượng cao.
Bùn thải từ hố ga, bể phốt: Nước thải, chất thải từ các hộ gia đình cùng với nước mưa chảy tràn đem theo lượng lớn các vật chất trên bề mặt xuống, tạo ra bùn thải ở các hố ga, bể phốt. Đặc điểm bùn bể phốt là giàu chất hữu cơ, nhiều vi sinh vật gây bệnh còn bùn từ hố ga chứa nhiều các chất vô cơ, chủ yếu là cát. Bùn thải từ hoạt động nuôi trồng thuỷ hải sản: Là nguồn chất thải (thức ăn thừa, xác động thực vật chết, các chất tồn dư và vật chất sử dụng trong quá trình nuôi trồng) lắng đọng xuống đáy đầm (vuông). Bùn loại này chứa nhiều vi sinh vật, nấm, tảo gây bệnh, ngoài ra còn chứa các hóa chất tồn dư như vôi, lưu huỳnh,… 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Đặc điểm và tính chất Thành phần và tính chất bùn thải có ý nghĩa quan trọng trong việc nghiên cứu khả năng tận dụng bùn cho các mục đích khác nhau (cải tạo đất nông nghiệp, san lấp mặt bằng, sản xuất vật liệu xây dựng…). Theo đó, các loại bùn thải có tính chất rất khác nhau phụ thuộc chủ yếu vào nguồn gốc phát sinh của chúng. Nhìn chung, bùn thải bao gồm các hợp chất hữu cơ, chất dinh dưỡng, một số loại vi chất dinh dưỡng không cần thiết, dấu vết kim loại, chất gây ô nhiễm vi sinh hữu cơ và vi sinh vật.… Kết quả nghiên cứu về đặc điểm bùn thải tại bang Indiana (Mỹ) cho thấy bùn thải có chứa khoảng 50% chất hữu cơ và 1 – 4% cacbon vô cơ. N hữu cơ và P vô cơ là dạng chủ yếu của N và P trong bùn.
Cacbon hữu cơ và vô cơ hiện diện tương đối ổn định trong thời gian lấy mẫu. Tuy nhiên, sự dao động lớn nhất chính là thành phần các kim loại nặng như Cd, Zn, Cu, Ni, Pb trong bùn thải [45]. Đặc tính lý-hoá học của các loại bùn thải trong một số tài liệu khoa học được tổng hợp trong Bảng 1. Đặc tính lý – hoá học của một số loại bùn thải Giá trị Nhỏ nhất Lớn nhất Trung Bình Phân tích tương đối % khối lượng khô Độ ẩm - - 80 Chất bốc 38,30 73,70 56,63 Độ tro 24,08 52,00 35,91 Cacbon cố định 0,30 9,41 7,47 Phân tích tuyệt đối % khối lượng khô C 23,10 42,30 32,51 H 3,10 6,00 4,49 N 3,20 8,30 4,85 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.292,86 Kết quả nghiên cứu về đặc điểm, thành phần bùn thải được tiến hành tại 7 bang lớn của Mỹ được chỉ ra trong Bảng 1.
Giá trị trung bình các thành phần trong bùn tại 7 Bang (Mỹ) Hàm lƣợng Hàm lƣợng Thông số Thông số (%) (mg/kg) OC 30,4 Al 4.000 Tổng N 2,5 Cu 850 NH4+ - N 0,13 Ni 190 NO3 – N 0,019 Mn 200 Tổng P 1,8 Zn 1.800 Tổng S 1,1 Pb 650 K 0,24 Cr 910 Na 0,12 Cd 20 Ca 3,8 Hg 6 Mg 0,46 Fe 8. Tác động của bùn thải đến con người và môi trường [30, 29] Cùng với những lợi ích của bùn, một số vấn đề cần phải được quản lý một cách cẩn thận để bảo vệ sức khoẻ cộng đồng và tính toàn vẹn của môi trường. Những vấn đề nghiêm trọng nhất là các thành phần có hại trong bùn như: các KLN, các chất hữu cơ độc hại và các sinh vật có hại (vi khuẩn gây bệnh và vi rút, động vật nguyên sinh và các ký sinh trùng hay giun). Ngay cả nitơ trong bùn cũng có thể trở thành vấn đề nếu không được quản lý và nó có thể gây ra ô nhiễm nước ngầm hoặc 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com nước mặt nếu quá dư thừa (điều này cũng đúng với phân bón thương mại và phân súc vật).
Trong một số trường hợp cũng có thể có các yếu tố gây khó chịu như mùi.