Đặt vấn đề Trong các loại hình chất thải đô thị, bùn thải đô thị hiện được các nhà quản lý môi trường ngày càng quan tâm. Bùn thải đô thị phát sinh chủ yếu từ các hoạt động xử lý nước thải và nạo vét hệ thống thoát nước đô thị. Bùn thải đô thị có hàm lượng chất dinh dưỡng như nitơ, phốt pho khá cao (Nguyễn Việt Anh, 2015) [0]. Mặt khác, quá trình hình thành bùn thải cũng tích lũy nhiều chất gây ô nhiễm như kim loại nặng, vi sinh vật gây bệnh.
Việt Nam đang đối mặt với tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng tăng do tốc độ đô thị hóa nhanh chóng, đặc biệt là ở các thành phố lớn. Cùng với đó số lượng các trạm xử lý nước thải ở các đô thị sẽ ngày càng tăng trong thời gian tới. Trong thơi gian gần, vấn đề xử lý bùn thải phát sinh từ các trạm xử lý nước thải đô thị sẽ trở thành mối quan tâm lớn. Bùn thải từ các quá trình xử lý nước thải thường có độ ẩm cao nên khó vận chuyển.
Hàm lượng chất hữu cơ cao, hàm lượng một số kim loại nặng (KLN) khá cao gây hôi thối và làm ô nhiễm môi trường. Vì vậy, việc sử dụng bùn cặn chưa qua xử lý làm phân bón hay thải bỏ ngay ra môi trường là không hợp lý và không an toàn. Cần phải xử lý bùn trước khi thải bỏ hoặc tái sử dụng để ổn định bùn, giảm mùi khó chịu và nguy cơ gây ô nhiễm môi trường. Để có thể nghiên cứu tái sử dụng bùn thải từ các nhà máy xử lý nước thải bước đầu cần phải đánh giá được chất lượng bùn thải, đặc biệt là hàm lượng kim loại nặng trong bùn thải.
Xuất phát từ những thực tiễn đó, đề tài “Nghiên cứu đánh giá hàm lượng các dạng tồn tại của kim loại nặng trong bùn thải đô thị tại Thái Nguyên” được thực hiện. Hy vọng kết quả nghiên cứu sẽ góp phần nhỏ vào việc đánh giá, xử lý và tận dụng bùn thải từ các hệ thống thoát nước thải sinh hoạt và hệ thống xử lý nước thải, cũng như các loại bùn thải đô thị nói chung. Mục tiêu và yêu cầu của đề tài 1. Mục tiêu - Đánh giá hàm lượng tổng số và các dạng tồn tại của kim loại nặng - Đề xuất các giải pháp xử lý bùn thải đạt hiệu quả cao nhằm giảm thiểu chi phí và việc gây ô nhiễm môi trường.
Yêu cầu - Số liệu thu thập được phải khách quan, trung thực, chính xác. - Đánh giá được hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng và các dạng tồn tại của kim loại nặng trong bùn thải đô thị tại Thành phố Thái Nguyên 1. Ý nghĩa của đề tài - Ý nghĩa trong khoa học + Nâng cao kiến thức, kỹ năng và rút kinh nghiệm thực tế phục vụ cho công tác sau này. + Vận dụng và phát huy được những kiến thức học tập vào nghiên cứu.
- Ý nghĩa trong thực tiễn + Kết quả đánh giá sẽ góp phần nâng cao nhận thức, hiểu biết về bùn thải và nhận thức về bảo vệ môi trường. + Xác định được các dạng tồn tại kim loại nặng trong bùn thải đô thị tại Thái Nguyên. + Đưa ra các giải pháp xử lý, tái sử dụng bùn thải một cách hiệu quả nhằm bảo vệ môi trường. h 3 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.
Khái niệm, phân loại và tính chất của bùn thải 2. Khái niệm bùn thải Bùn thải là hỗn hợp nhớt, bán rắn bao gồm chất hữu có chứa vi sinh vật độc hại, hóa chất hữu cơ tổng hợp. Bùn có thể ở dạng rắn, hỗn hợp bán rắn, lỏng tùy theo công nghệ quy trình xử lý. 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%.
US-EPA (Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ) định nghĩa bùn thải như sản phẩm 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. 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. 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.
Việc xử lý và thải bùn rất khó do lượng bùn lớn, thành phần khác nhau, độ ẩm cao và bùn rất khó lọc. Giá thành xử lý bùn thải chiếm khoảng 25-50% tổng giá thành quản lý chất thải. Khái niệm bùn thải cũng 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). 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.
Bùn bao gồm chủ yếu là nước, khoáng chất và chất hữu cơ. h 4 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 theo sản xuất. Số lượng bùn thải thường rất lớn và gây ô nhiễm môi trường nếu không được xử lý tốt.
Phân loại Bùn được phân loại dựa vào nguồn gốc phát sinh và thành phần bùn. - Phân loại theo nguồn gốc, gồm có + Bùn thải từ trạm/ nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt; + Bùn thải từ trạm/ nhà máy xử lý nước thải công nghiệp; + Bùn từ hệ thống thoát nước: bùn cống rãnh, kênh rạch, nạo vét sông hồ; + Bùn hố ga, bể phốt; + Bùn từ các công trường xây dựng. - Phân loại theo thành phần: Thành phần bùn phụ thuộc vào bản chất ô nhiễm ban đầu của nước và phương pháp làm sạch: xử lý vật lý, hóa lý, sinh học [12]. Cụ thể: + Bùn hữu cơ ưa nước: Đó 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, hóa hữu cơ). + Bùn vô cơ ưa nước: Các bùn này chứa hydroxyt kim loại tạo thành từ phương pháp hóa lý bằng cách làm kết tủa ion kim loại có trong nước xử lý (Al, Fe, Zn, Cr) hoặc do sử dụng kết bông vô cơ (muối sắt, 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.
Một phần bùn sinh học cũng có thể có mặt trong trường hợp xử lý cuối cùng bằng bùn hoạt tính (ví dụ như nước thải của nhà máy lọc dầu). + Bùn vô cơ kị nước: Các bùn này được đặc trưng bằng một tỷ lệ trội hơn các chất đặc biệt có hàm lượng giữ nước nhỏ (cát, bùn phù sa, xỉ, vẩy rèn, muối đã kết tinh). h 5 + Bùn vô cơ ưa nước - kị nước: Các bùn này chủ yếu bao gồm các chất kị nước chứa vừa đủ chất ưa nước gây ảnh hưởng bất lợi đến việc làm khô bùn. Các chất ưa nước thường là các hydroxyt kim loại (chất kết tụ).
+ Bùn có sợi: Loại bùn này thường rất dễ làm khô trừ khi việc thu hồi bùn làm cho các sợ chuyển sang loại ưa nước do sự có mặt hydroxyt hoặc bùn sinh học. Nguồn gốc, tính chất và đặc điểm của bùn thải 2. Nguồn gốc của bùn thải - Bùn thải từ hệ thống thoát nước, kênh rạch: Thành phần và đặc tính của bùn chủ yếu là chất hữu cơ (70-82%) và một số kim loại nặng với hàm lượng cao. Lượng bùn thải khổng lồ này đang có xu hướng tăng lên và hiện nay ở nước ta vẫn chưa có nơi nào tìm cách giải quyết được.
- Bùn thải từ hệ thống xử lý nước thải đô thị: Nước thải đô thị bao gồm cả nước thải hộ gia đình, nước thải công nghiệp,. Như vậy, nước thải được hình thành trong quá trình sinh hoạt của con người. Đặc trưng nước thải đi thị là: hàm lượng chất hữu cơ cao (55-65% tổng lượng chất bẩn), chứa nhiều vi sinh vật trong đó có cả vi sinh vật gây bệnh, vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ cần thiết cho các quá trình chuyển hóa chất bẩn trong nước thải. Nước thải đô thị giàu chất hữu cơ, chất dinh dưỡng, là nguồn gốc để các loại vi khuẩn (bao gồm cả vi khuẩn gây bệnh) phát triển, là một trong những nguồn gây ô nhiễm chính đối với môi trường nước.
Nước thải sinh hoạt đô thị thông qua các mạng lưới cống thoát nước, được chuyển tới các nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt và các hệ thống sông thoát nước của thành phố. 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 trong các hệ thống này, biến cát thành bùn. Bùn này thường bị ô nhiễm với nhiều hợp chất hữu cơ và vô cơ độc hại, tùy thuộc vào các nguồn thải đầy vào, do nồng độ của các vật liệu trong các chất rắn còn lại là kết quả của quá trình xử lý nước thải. - Bùn thải từ hố ga, bể phốt; - Bùn thải nuôi trồng thủy hải sản (tôm): Là nguồn chất lắng đọng xuống ao nuôi tôm, là nguồn thải rất nguy hiểm cho vấn đề làn truyền dịch bệnh và ô nhiễm h 6 môi trường.
Sau 3-4 tháng nuôi, lớp bùn lắng này trên các ao, đầm nuôi tôm có thể dày đến 20-30 cm phủ khắp tầng đáy diện tích nuôi tôm.