CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Cơ sở lý luận về bùn thải đô thị 1. Khái niệm, nguồn phát sinh bùn thải đô thị Theo Nghị định 80/2014/NĐ-CP ngày 6/8/2014 của Chính phủ về thoát nước và xử lý nước thải “Bùn thải là bùn hữu cơ hoặc vô cơ được nạo vét, thu gom từ các bể tự hoại, mạng lưới thu gom và chuyển tải, hồ điều hòa, kênh mương, cửa thu, giếng thu nước mưa, trạm bơm nước mưa, nước thải, cửa xả và nhà máy xử lý nước thải”. Theo Fytili (2008) [73], bùn thải đô thị là sản phẩm của quá trình thoát nước đô thị.
Bùn thải đô thị được sinh ra trong các công đoạn của quá trình thoát nước và xử lý nước thải. Do vậy, bùn thải đô thị gồm các loại sau: - Bùn thải từ bể phốt hay chất thải dạng bùn là hỗn hợp bùn, phân và chất lỏng hình thành từ các công trình vệ sinh tại chỗ. Bể tự hoại là công trình cơ bản trong hạ tầng vệ sinh môi trường đô thị của Việt Nam. - Bùn nạo vét: phát sinh từ công đoạn nạo vét cống rãnh, sông hồ, ao nằm trong hệ thống thoát nước đô thị.
- Bùn từ trạm xử lý nước thải sinh hoạt (XLNTSH): là hỗn hợp các chất rắn, được tách, lắng, tích tụ và thải ra từ quá trình xử lý nước (QCVN 50:2013/BTNMT) [7]. Đối với loại hình bùn thải phát sinh từ công tác xử lý nước thải công nghiệp, tùy vào tính chất và chất lượng bùn thải có quy định và quản lý riêng, không nằm trong tập hợp bùn thải đô thị. Thông thường khối lượng phát sinh các loại bùn bể phốt, bùn nạo vét, bùn xử lý nước thải đô thị phụ thuộc vào mô hình thoát nước, trình độ phát triển hạ tầng đô thị của mỗi quốc gia. Các quốc gia phát triển ở châu Âu thường sử dụng mô hình thoát nước và xử lý nước thải tập trung nên thành phần bùn thải đô thị chủ yếu phát sinh từ nguồn bùn xử lý nước thải.
Fytili và cs (2000) [73] ước tính tại châu Âu, trung bình một người dân đô thị thải ra 90 g bùn khô/ngày, khối lượng bùn thải đã tăng lên 50% và xấp xỉ 10 triệu tấn vào năm 2005 sau khi có Quy định số 91/271/EEC quy định việc xử lý nước thải sinh hoạt ra đời. Theo Inglezakis và cs 5 (2014) [81] lượng bùn thải đô thị phát sinh ở các nước thành viên Liên minh Châu Âu (EU) ngày càng tăng trong đó Đức, Anh, Pháp, Tây Ban Nha và Italy là những nước thải ra nhiều bùn thải nhất. Theo Dominica (2006) [69] tại Mỹ, mỗi năm có khoảng 6,2 triệu tấn bùn khô được thải ra từ các nhà máy XLNT đô thị. Tại Việt Nam, các đô thị ngày càng được mở rộng về diện tích và quy mô dân số không ngừng tăng, lượng bùn thải đô thị phát sinh vì thế ngày càng lớn.
Theo báo cáo của Công ty Thoát nước đô thị Thành phố Hồ Chí Minh năm 2015 [14], với chiều dài hệ thống cống trên 10.000 km, lượng bùn cống rãnh hàng năm được nạo vét khoảng 400.000 m3, lượng bùn cặn nạo vét từ kênh rạch là 1.750 m3/ngày, lượng bùn bể tự hoại thu gom khoảng 300 - 350 m3/ngày. Toàn thành phố phát sinh khoảng 3.000 tấn bùn thải/ngày. Riêng nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt (XLNTSH) Bình Hưng (thành phố Hồ Chí Minh) phát sinh khoảng 150 tấn bùn/ngày. Trong tương lai khi cả 12 nhà máy xử lý nước thải (XLNT) được hoàn thành thì tổng khối lượng bùn phát sinh là hơn 850 tấn/ngày [14].
Trên địa bàn thành phố Hà Nội, lượng bùn từ bể phốt phát sinh hàng năm khoảng 500 - 700 tấn/ngày (Hà Nội Urenco, 2014) [13], bùn thải thoát nước thu gom khoảng 120. Theo Nguyễn Việt Anh và cs (2014) [3] chỉ tính riêng 4 trạm XLNT hiện nay ở Hà Nội (Kim Liên, Trúc Bạch, Bắc Thăng Long và Yên Sở), lượng bùn theo khối lượng khô thu được đã trên 10 tấn/ngày. Trong tương lai gần, khi các trạm xử lý nước thải theo quy hoạch thoát nước ở Hà Nội được xây dựng, hàm lượng bùn phát sinh cần phải xử lý sẽ lớn hơn nhiều, ước tính khoảng trên 350 m3/ngày. Do vậy, cần thiết phải có giải pháp xử lý phù hợp lượng bùn phát sinh này trong bối cảnh thành phố ngày càng thiếu quỹ đất để chôn lấp, thải bùn.
Đặc điểm của bùn thải đô thị Bùn thải đô thị tại mỗi quốc gia, mỗi đô thị có những đặc tính khác biệt tùy thuộc vào trình độ phát triển đô thị cũng như sự phát triển của hệ thống hạ tầng đô thị. Đặc điểm của bùn thải từ các trạm XLNT còn phụ thuộc vào công nghệ xử lý nước thải được áp dụng và bùn phát sinh từ các công đoạn xử lý nước thải khác 6 nhau cũng có đặc điểm khác nhau. Các loại bùn thải có nguồn gốc phát sinh khác nhau thì có tính chất rất khác nhau. Kết quả nghiên cứu của Inglezakis và cs (2014) [81] cho thấy điểm chung của các loại bùn thải đô thị là chúng có chứa thành phần dinh dưỡng cho cây trồng như nitơ, phốt pho khá cao.
Bên cạnh đó, cùng với nguồn gốc phát thải từ hoạt động của con người mà bùn thải đô thị thường tích lũy các chất gây ô nhiễm đặc trưng giống nhau. Theo tác giả Fuerhacker (2010) [72] các chất có nguồn gốc vô cơ gây ô nhiễm bùn thải đô thị chủ yếu là kim loại nặng như Zn, Cd, Pb, As, Cu, Ni và một số nguyên tố xạ hiếm khác. Các chất có nguồn gốc hữu cơ gây ô nhiễm bùn thải đô thị chủ yếu là: Polychlorinated biphenyls (PCBs), polychlorinated dibenzodioxins/furans (PCDD/Fs), polyaromatic hydrocacbons (PAHs) và các chất hoạt động bề mặt. Hàm lượng PCBs dao động trong khoảng 65- 157 mg/kg chất khô, PCDD/Fs trong khoảng 330 - 4245 mg/kg chất khô PAHs trong khoảng < 0,1 - 2000 mg/kg chất khô (Cai và cs, 2007) [60].
Tác nhân gây bệnh trong bùn thải chủ yếu là vi khuẩn, vi rút và ký sinh trùng. Đặc điểm của bùn thải phát sinh từ bể tự hoại Bùn thải từ các bể tự hoại có thành phần hữu cơ thay đổi theo thời gian lưu giữ trong bể. Thời gian lưu giữ trong bể càng lâu thì các chất hữu cơ trong bể càng giảm. Theo Nguyễn Văn Phước (2009) [40] thành phần hữu cơ, nitơ và phốt pho của bùn từ bể phốt trong các trường hợp có thời gian lưu giữ khác nhau được thể hiện như ở Bảng 1.
Thành phần một số chất của bùn từ các công trình vệ sinh khác nhau ĐVT: % theo khối lượng khô Chất hữu Loại bùn/cặn Ni tơ Phốt pho cơ Bùn lưu giữ trong bể tự hoại từ 1 - 3 năm 71 - 81 2,4 - 3,0 2,9 - 2,7 Bùn lưu giữ trong bể tự hoại với thời gian > 30,4 0,97 0,71 3 năm Phân tươi 85 - 88 3,2 - 3,7 2,8 - 2,6 Nguồn: Nguyễn Văn Phước (2009) [40] 7 Bùn bể tự hoại loãng, thường được lưu giữ vài năm. Khi so sánh với nước thải sinh hoạt, người ta cũng thấy rằng thành phần hữu cơ và chất rắn, NH4+ và hàm lượng trứng giun sán đo được trong bùn thường cao hơn trong nước thải trên 10 lần (Bảng 1. Thành phần của bùn từ bể tự hoại Bùn từ nhà vệ sinh Nước thải sinh Đặc điểm công cộng hoặc xí Bùn từ bể tự hoại hoạt thùng Đậm đặc, tươi, được Loãng, thường được Tính chất bùn lưu trữ vài ngày lưu trữ vài năm hoặc vài tuần COD (mg/L) 20.000 200 - 700 Số trứng giun sán/L 20. và cs (2001) [80] Khi so sánh với nước thải sinh hoạt (Bảng 1.2) thành phần chất hữu cơ và chất rắn, NH4-N và hàm lượng trứng giun đo được trong bùn bể tự hoại thường cao hơn trong nước thải gấp 10 lần hoặc nhiều hơn.
Nghiên cứu của Nguyễn Việt Anh và cs (2015) [4] cho thấy giá trị COD của bùn bể tự hoại đô thị ở Việt Nam cao, từ 12.500 mg/L, tỷ lệ VS/TS 63 - 80%. Hàm lượng nitơ và phốt pho trong bùn bể tự hoại cao, tương ứng là 1.147 mg/L và 273 mg/L. Bùn từ bể tự hoại có khả năng phân hủy bằng phương pháp sinh học và bùn sau phân hủy có giá trị dinh dưỡng cao. Như vậy, bùn cặn hút từ các bể tự hoại có chứa nhiều chất hữu cơ, hàm lượng nitơ, hàm lượng cặn cao, đặc biệt chứa nhiều mầm bệnh.
Loại bùn thải này cần được thu gom và xử lý triệt để bằng các công nghệ thích hợp, tránh làm ô nhiễm môi trường, lây lan dịch bệnh. Các nghiên cứu về thành phần của bùn bể tự hoại các đô thị khu vực phía Bắc được các tác giả nghiên cứu nhiều như Nguyễn Việt Anh, Nguyễn Thị Kim Thái, Nguyễn Thu Huyền (Đại học Xây dựng Hà Nội),… [29] triển khai từ năm 1998 đến nay. Đặc điểm của bùn thải nạo vét từ mạng lưới thoát nước đô thị Hệ thống thoát nước đô thị tại Hà Nội chủ yếu là hệ thống thoát nước chung cho cả 3 loại nước thải là: nước thải sinh hoạt, nước thải sản xuất và nước mưa. Do đặc thù phát triển của Hà Nội, trong cống thoát nước chứa nhiều bùn thải lắng đọng, cản trở thu gom và tiêu thoát nước đô thị.
Bùn thải phân bố không đều trên hệ thống thoát nước đô thị, từ các tuyến cống đến sông, mương và hồ. Thành phần bùn thải thay đổi theo chiều dài cống, thời gian mùa mưa và cường độ trận mưa. Về mùa khô, cống thoát nước tiếp nhận các loại nước thải và nước rửa đường, tưới cây. Do vậy, bùn thải chủ yếu tập trung vào đầu tuyến cống.
Vào đầu mùa mưa, lượng bùn thải trong cống thoát nước tăng lên rõ rệt. Trong mùa mưa, bùn thải có hàm lượng hữu cơ cao và tập trung nhiều trên kênh mương, ao hồ đô thị. Trong các loại bùn thải đô thị, bùn cặn trong mạng lưới thoát nước (cống, kênh mương và hồ) không tập trung, khó thu gom và thành phần phức tạp nhất. Bùn cặn hệ thống thoát nước có độ ẩm lớn, thành phần hữu cơ cao, nhiều vi khuẩn gây bệnh, trứng giun sán và có mùi hôi, khó chịu.
Các loại bùn cặn này dễ gây ô nhiễm sông hồ, làm giảm sút oxy và mất cân bằng sinh thải trong nguồn nước mặt. Nghiên cứu của Trần Đức Hạ (2014) [21] cho thấy, độ ẩm của bùn cặn cống thoát nước và sông mương khoảng 75 - 92%, khi nạo vét để vận chuyển, độ ẩm còn lại khoảng 50 - 80%. Hàm lượng chất rắn trong bùn cống cao hơn nhiều so với bùn kênh mương.
