Nghiên Cứu Phân Hủy Bùn Thải Nhà Máy Xử Lý Nước Thải Kim Liên Làm Phân Bón Hữu Cơ

Nghiên cứu phân hủy bùn thải từ Nhà máy xử lý nước thải Kim Liên để tạo ra phân bón hữu cơ là một hướng đi đầy tiềm… 77 trang · Đại học Thái Nguyên · 2016.

• Tác giả: Hà Thị Loan
• Người hướng dẫn: Th.S. Đặng Thị Hồng Phương
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Khoa Học Môi Trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Phân Hủy Bùn Thải Nhà Máy Xử Lý Nước Thải Kim Liên Làm Phân Bón Hữu Cơ
• Loại tài liệu: Khóa Luận Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• 1. PHẦN 1: ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Mục tiêu của đề tài
• 1.2.1. Mục tiêu tổng quát
• 1.2.2. Mục tiêu cụ thể
• 1.3. Yêu cầu của đề tài
• 1.4. Ý nghĩa của đề tài
• 1.4.1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học
• 1.4.2. Ý nghĩa trong thực tiễn
• 2. PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Tổng quan chung về bùn thải đô thị
• 2.1.1. Khái niệm bùn thải, nguồn phát sinh bùn thải đô thị
• 2.1.1.1. Khái niệm bùn thải
• 2.1.1.2. Nguồn phát sinh bùn thải đô thị
• 2.1.2. Phân loại, đặc điểm và tính chất của bùn thải
• 2.1.2.1. Phân loại bùn thải
• 2.1.2.2. Đặc điểm và tính chất của bùn thải
• 2.1.3. Quy chuẩn, tiêu chuẩn về bùn thải
• 2.1.3.1. Trên thế giới
• 2.2. Giới thiệu sơ lược về trạm xử lý nước thải Kim Liên
• 2.2.1. Nguồn nước thải đầu vào
• 2.2.2. Giới thiệu sơ lược về trạm xử lý nước thải
• 2.2.3. Khái quát về công nghệ xử lý nước thải
• 2.3. Các phương pháp ủ phân hữu cơ
• 2.3.1. Khái quát về ủ phân hữu cơ
• 2.3.2. Các phương pháp ủ phân hữu cơ
• 2.3.3. Chế phẩm và nguyên liệu ủ
• 2.3.3.1. Chế phẩm Emix
• 2.3.3.2. Một số nguyên liệu hữu cơ
• 3. PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Đối tượng, phạm vi và thời gian nghiên cứu
• 3.1.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 3.1.2. Thời gian nghiên cứu
• 3.2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
• 3.2.1. Nội dung nghiên cứu
• 3.2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 3.2.3. Phương pháp phân tích mẫu
• 3.2.4. Phương pháp thu thập tài liệu
• 3.2.5. Phương pháp tính toán
• 3.2.6. Phương pháp xử lý số liệu
• 3.2.7. Phương pháp so sánh
• 4. PHẦN 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 4.1. Nghiên cứu sử dụng chế phẩm sinh học Emix phân hủy bùn thải đô thị phối trộn với các vật liệu hữu cơ khác nhau
• 4.2. Diễn biến nhiệt độ, pH và ẩm độ trong quá trình ủ bùn thải đô thị
• 4.3. Đánh giá hàm lượng dinh dưỡng vật liệu ủ theo TCVN về phân bón
• 4.4. Đánh giá chất lượng phân hữu cơ từ bùn thải nhà máy xử lý nước sinh hoạt
• 4.5. Quy trình sản xuất phân hữu cơ từ bùn thải nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt
• 4.5.1. Quy trình ủ
• 5. PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Phân Hủy Bùn Thải Kim Liên

Nghiên cứu phân hủy bùn thải từ Nhà máy xử lý nước thải Kim Liên để tạo ra phân bón hữu cơ là một hướng đi đầy tiềm năng. Việc này không chỉ giúp giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do bùn thải gây ra mà còn tạo ra nguồn phân bón hữu cơ có giá trị cho nông nghiệp. Bùn thải nhà máy xử lý nước thải thường chứa nhiều chất hữu cơ và dinh dưỡng, nếu được xử lý đúng cách, có thể trở thành nguồn tài nguyên quý giá. Nghiên cứu này tập trung vào việc sử dụng chế phẩm sinh học EMIC để đẩy nhanh quá trình phân hủy bùn thải và đảm bảo an toàn cho môi trường. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng việc sử dụng vi sinh vật phân hủy bùn thải có thể làm giảm đáng kể khối lượng bùn thải và loại bỏ các chất gây ô nhiễm. Mục tiêu cuối cùng là tạo ra một quy trình sản xuất phân bón từ bùn thải hiệu quả và bền vững.

1.1. Khái niệm và nguồn gốc bùn thải nhà máy xử lý nước thải

Bùn thải là sản phẩm phụ từ quá trình xử lý nước, bao gồm chất rắn lắng đọng. Nguồn gốc của bùn thải rất đa dạng, từ hệ thống thoát nước đô thị đến các nhà máy xử lý nước thải. Nhà máy xử lý nước thải Kim Liên cũng tạo ra một lượng lớn bùn thải mỗi ngày. Thành phần của bùn thải phức tạp, bao gồm chất hữu cơ, vô cơ, vi sinh vật và kim loại nặng. Việc quản lý và xử lý bùn thải là một thách thức lớn đối với các đô thị hiện nay. Theo US-EPA, chi phí xử lý bùn thải có thể chiếm tới 50% chi phí vận hành của toàn hệ thống xử lý nước thải.

1.2. Tầm quan trọng của việc tái chế bùn thải thành phân bón hữu cơ

Việc tái chế bùn thải thành phân bón hữu cơ mang lại nhiều lợi ích. Thứ nhất, giúp giảm thiểu lượng bùn thải cần chôn lấp, giảm áp lực lên các bãi chôn lấp và nguy cơ ô nhiễm môi trường. Thứ hai, tạo ra nguồn phân bón hữu cơ giàu dinh dưỡng, có thể sử dụng trong nông nghiệp, giúp cải tạo đất và tăng năng suất cây trồng. Thứ ba, góp phần vào kinh tế tuần hoàn, biến chất thải thành tài nguyên. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng phân bón hữu cơ từ bùn thải có thể cải thiện đáng kể chất lượng đất và năng suất cây trồng.

II. Thách Thức Trong Xử Lý Bùn Thải Kim Liên Hiện Nay

Việc xử lý bùn thải từ Nhà máy xử lý nước thải Kim Liên đối mặt với nhiều thách thức. Lượng bùn thải phát sinh ngày càng tăng do quá trình đô thị hóa và tăng trưởng dân số. Các phương pháp xử lý truyền thống như chôn lấp không còn phù hợp do thiếu quỹ đất và nguy cơ ô nhiễm môi trường. Bùn thải có thể chứa các chất độc hại như kim loại nặng và vi sinh vật gây bệnh, đòi hỏi quy trình xử lý nghiêm ngặt để đảm bảo an toàn. Chi phí xử lý bùn thải cũng là một gánh nặng lớn đối với các nhà máy xử lý nước thải. Do đó, cần có các giải pháp công nghệ xử lý bùn thải hiệu quả và kinh tế hơn.

2.1. Các vấn đề về môi trường do bùn thải gây ra

Bùn thải không được xử lý đúng cách có thể gây ra nhiều vấn đề môi trường nghiêm trọng. Chôn lấp bùn thải có thể gây ô nhiễm đất và nước ngầm do các chất độc hại ngấm vào môi trường. Bùn thải cũng có thể phát sinh khí metan, một loại khí nhà kính gây biến đổi khí hậu. Ngoài ra, bùn thải còn có thể chứa các vi sinh vật gây bệnh, đe dọa sức khỏe cộng đồng. Việc đốt bùn thải cũng có thể gây ô nhiễm không khí.

2.2. Chi phí và hạn chế của các phương pháp xử lý bùn thải truyền thống

Các phương pháp xử lý bùn thải truyền thống như chôn lấp và đốt có nhiều hạn chế. Chôn lấp đòi hỏi diện tích đất lớn và có nguy cơ ô nhiễm môi trường. Đốt bùn thải có thể gây ô nhiễm không khí và tạo ra tro xỉ cần xử lý. Chi phí vận hành và bảo trì các hệ thống xử lý bùn thải truyền thống cũng rất cao. Do đó, cần có các giải pháp công nghệ xử lý bùn thải mới, hiệu quả hơn và thân thiện với môi trường hơn.

III. Phương Pháp Phân Hủy Bùn Thải Bằng Chế Phẩm EMIC

Nghiên cứu này tập trung vào việc sử dụng chế phẩm sinh học EMIC để phân hủy bùn thải từ Nhà máy xử lý nước thải Kim Liên. EMIC là một hỗn hợp các vi sinh vật phân hủy bùn thải có khả năng phân giải các chất hữu cơ phức tạp trong bùn thải. Quá trình phân hủy bùn thải bằng EMIC giúp giảm khối lượng bùn thải, loại bỏ các chất gây ô nhiễm và tạo ra sản phẩm phân bón hữu cơ an toàn. Phương pháp này có nhiều ưu điểm so với các phương pháp xử lý truyền thống, bao gồm chi phí thấp, hiệu quả cao và thân thiện với môi trường.

3.1. Giới thiệu về chế phẩm sinh học EMIC và cơ chế hoạt động

Chế phẩm sinh học EMIC là một hỗn hợp các vi sinh vật phân hủy bùn thải có khả năng phân giải các chất hữu cơ phức tạp trong bùn thải. Các vi sinh vật này hoạt động bằng cách tiết ra các enzyme phân giải, giúp phá vỡ cấu trúc của các chất hữu cơ và chuyển hóa chúng thành các chất đơn giản hơn. Quá trình này giúp giảm khối lượng bùn thải, loại bỏ các chất gây ô nhiễm và tạo ra sản phẩm phân bón hữu cơ an toàn.

3.2. Quy trình phân hủy bùn thải bằng EMIC tại Nhà máy Kim Liên

Quy trình phân hủy bùn thải bằng EMIC tại Nhà máy xử lý nước thải Kim Liên bao gồm các bước sau: (1) Thu gom bùn thải từ nhà máy. (2) Phối trộn bùn thải với chế phẩm EMIC theo tỷ lệ thích hợp. (3) Ủ bùn thải trong điều kiện kiểm soát (nhiệt độ, độ ẩm, pH). (4) Theo dõi và điều chỉnh các thông số trong quá trình ủ. (5) Thu hoạch sản phẩm phân bón hữu cơ sau khi quá trình phân hủy hoàn tất.

IV. Đánh Giá Chất Lượng Phân Bón Hữu Cơ Từ Bùn Thải

Sau quá trình phân hủy bùn thải bằng EMIC, sản phẩm thu được là phân bón hữu cơ. Việc đánh giá chất lượng phân bón hữu cơ là rất quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu quả khi sử dụng trong nông nghiệp. Các chỉ tiêu đánh giá bao gồm hàm lượng chất dinh dưỡng (N, P, K), hàm lượng kim loại nặng, hàm lượng vi sinh vật gây bệnh và các chỉ tiêu vật lý khác. Kết quả đánh giá sẽ cho thấy liệu phân bón hữu cơ từ bùn thải có đáp ứng các tiêu chuẩn phân bón hữu cơ hiện hành hay không.

4.1. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng phân bón hữu cơ theo TCVN

Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng phân bón hữu cơ theo TCVN bao gồm: (1) Hàm lượng chất dinh dưỡng (N, P, K). (2) Hàm lượng kim loại nặng (Cd, Pb, As, Hg). (3) Hàm lượng vi sinh vật gây bệnh (E. coli, Salmonella). (4) Độ ẩm. (5) pH. (6) Tỷ lệ C/N. Các chỉ tiêu này phải đáp ứng các yêu cầu quy định trong TCVN để đảm bảo an toàn và hiệu quả khi sử dụng phân bón hữu cơ.

4.2. Kết quả phân tích chất lượng phân bón từ bùn thải Kim Liên

Kết quả phân tích chất lượng phân bón hữu cơ từ bùn thải Nhà máy xử lý nước thải Kim Liên cho thấy: (1) Hàm lượng chất dinh dưỡng (N, P, K) đáp ứng yêu cầu của tiêu chuẩn phân bón hữu cơ. (2) Hàm lượng kim loại nặng thấp hơn giới hạn cho phép. (3) Hàm lượng vi sinh vật gây bệnh giảm đáng kể sau quá trình phân hủy. (4) Các chỉ tiêu vật lý (độ ẩm, pH, tỷ lệ C/N) phù hợp cho việc sử dụng trong nông nghiệp. Kết quả này cho thấy phân bón hữu cơ từ bùn thải Kim Liên có tiềm năng sử dụng trong nông nghiệp.

V. Ứng Dụng Thực Tế Phân Bón Từ Bùn Thải Cho Cây Trồng

Việc ứng dụng phân bón hữu cơ từ bùn thải cho cây trồng cần được thực hiện một cách cẩn thận để đảm bảo an toàn và hiệu quả. Cần lựa chọn loại cây trồng phù hợp, xác định liều lượng phân bón thích hợp và theo dõi sự phát triển của cây trồng. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng phân bón hữu cơ từ bùn thải có thể cải thiện năng suất và chất lượng của nhiều loại cây trồng, đồng thời giúp cải tạo đất và giảm sử dụng phân bón hóa học.

5.1. Lựa chọn cây trồng phù hợp với phân bón từ bùn thải

Không phải loại cây trồng nào cũng phù hợp với phân bón hữu cơ từ bùn thải. Cần lựa chọn các loại cây trồng có khả năng hấp thụ tốt các chất dinh dưỡng trong phân bón và ít nhạy cảm với các chất độc hại (nếu có). Các loại cây trồng thích hợp bao gồm cây rau màu, cây ăn quả và cây công nghiệp ngắn ngày.

5.2. Liều lượng và phương pháp bón phân bón từ bùn thải

Liều lượng và phương pháp bón phân bón hữu cơ từ bùn thải cần được xác định dựa trên loại cây trồng, loại đất và điều kiện thời tiết. Nên bón phân bón vào thời điểm cây trồng cần nhiều dinh dưỡng nhất (ví dụ: giai đoạn sinh trưởng mạnh). Có thể bón phân bón trực tiếp vào đất hoặc trộn với đất trước khi trồng cây.

VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Bùn Thải

Nghiên cứu phân hủy bùn thải từ Nhà máy xử lý nước thải Kim Liên để tạo ra phân bón hữu cơ là một hướng đi đầy tiềm năng. Phương pháp sử dụng chế phẩm sinh học EMIC cho thấy hiệu quả trong việc giảm khối lượng bùn thải, loại bỏ các chất gây ô nhiễm và tạo ra sản phẩm phân bón hữu cơ an toàn. Tuy nhiên, cần có thêm các nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình phân hủy, đánh giá tác động của phân bón đến môi trường và sức khỏe con người, và phát triển các ứng dụng thực tế cho phân bón từ bùn thải.

6.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu và đánh giá tiềm năng ứng dụng

Nghiên cứu đã chứng minh rằng việc sử dụng chế phẩm sinh học EMIC có thể phân hủy bùn thải từ Nhà máy xử lý nước thải Kim Liên để tạo ra phân bón hữu cơ an toàn và hiệu quả. Phân bón này có tiềm năng sử dụng trong nông nghiệp để cải thiện năng suất và chất lượng cây trồng, đồng thời giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

6.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo và khuyến nghị

Các hướng nghiên cứu tiếp theo bao gồm: (1) Tối ưu hóa quy trình phân hủy bùn thải bằng EMIC. (2) Đánh giá tác động của phân bón hữu cơ từ bùn thải đến môi trường và sức khỏe con người. (3) Phát triển các ứng dụng thực tế cho phân bón từ bùn thải trong nông nghiệp và các lĩnh vực khác. (4) Nghiên cứu các phương pháp xử lý bùn thải khác, thân thiện với môi trường hơn.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sự gia tăng dân số, tốc độ đô thị hóa nhanh chóng cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp, dịch vụ đã kéo theo áp lực lớn về quản lý chất thải đô thị, trong đó bùn thải từ các hệ thống thoát nước và nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt là vấn đề nan giải. Theo Cục Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (US-EPA), chi phí xử lý và thải bỏ bùn thải chiếm từ 25% đến 50% tổng chi phí vận hành của toàn bộ hệ thống xử lý nước thải. Tại Việt Nam, bùn thải sinh hoạt chủ yếu được xử lý bằng các biện pháp thô sơ như phơi khô trên sân phơi bùn, ép tách nước, sau đó vận chuyển đi chôn lấp hoặc đổ bỏ tạm thời tại các khu đất trống, bãi rác hở và ao hồ ngoại thành. Việc thải bỏ bùn không có lớp lót chống thấm làm gia tăng nguy cơ rò rỉ kim loại nặng, hóa chất độc hại và vi sinh vật gây bệnh vào nguồn nước ngầm, nước mặt, phát sinh khí độc gây mùi hôi ($H_2S, CH_4, NH_3$), đồng thời gây lãng phí nguồn tài nguyên hữu cơ và khoáng chất giàu đạm, lân.

Bùn thải sinh học từ các trạm xử lý nước thải sinh hoạt chứa hàm lượng chất hữu cơ cao cùng các nguyên tố dinh dưỡng khoáng cần thiết cho cây trồng như nitơ, photpho. Do đó, việc ứng dụng các tác nhân sinh học để phân hủy bùn thải, chuyển hóa thành phân bón hữu cơ phục vụ nông nghiệp là giải pháp kỹ thuật có khả năng giải quyết đồng thời bài toán ô nhiễm môi trường và thu hồi dinh dưỡng. Xuất phát từ thực tiễn trên, đề tài khóa luận tốt nghiệp của tác giả Hà Thị Loan tại Trường Đại học Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên tập trung nghiên cứu giải pháp sinh học nhằm tái chế nguồn bùn thải đô thị.

Mục tiêu nghiên cứu được xác định cụ thể như sau:

1. Mục tiêu tổng quát: Xác định giải pháp kỹ thuật về khả năng sử dụng bùn thải đô thị làm phân bón.
2. Mục tiêu cụ thể:
   • Đánh giá khả năng sử dụng bùn thải đô thị làm phân bón.
   • Nghiên cứu thực nghiệm sản xuất phân bón từ bùn thải đô thị thông qua kỹ thuật ủ phân hữu cơ hiếu khí.

Nhiệm vụ nghiên cứu được phân kỳ theo 3 nội dung:

1. Nghiên cứu sử dụng chế phẩm sinh học EMIC để phân hủy bùn thải đô thị phối trộn với các vật liệu hữu cơ khác nhau (rơm rạ, phân lợn).
2. Đánh giá hàm lượng dinh dưỡng, kim loại nặng và vi sinh vật gây bệnh của vật liệu sau ủ theo Tiêu chuẩn ngành 10TCN 526-2002 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn.
3. Đề xuất quy trình công nghệ ủ phân hữu cơ tối ưu từ bùn thải nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt đạt tiêu chuẩn chất lượng ngành.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Bùn thải phát sinh từ dây chuyền xử lý nước thải sinh hoạt của Trạm xử lý nước thải Kim Liên (Hà Nội), được phơi khô tự nhiên đến độ ẩm 40–50%; các nguồn phụ phẩm hữu cơ phối trộn gồm rơm rạ khô thu gom từ hộ dân, phân lợn nái thu gom từ trang trại chăn nuôi quy mô công nghiệp tại huyện Đại Từ (tỉnh Thái Nguyên) có độ ẩm ban đầu khoảng 50%; chế phẩm vi sinh vật hữu hiệu EMIC dạng bột.
• Phạm vi nghiên cứu: Đề tài tập trung xử lý mẫu bùn thải sinh hoạt tại Trạm xử lý nước thải Kim Liên; quá trình thực nghiệm ủ phân được bố trí tại Xưởng sản xuất phân hữu cơ thuộc Trung tâm Thực hành và Nghiên cứu ứng dụng, Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên; các chỉ tiêu hóa lý, vi sinh được kiểm nghiệm tại phòng thí nghiệm Khoa Môi trường (Trường ĐH Nông Lâm Thái Nguyên) và Khoa Môi trường (Trường ĐH Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN).
• Thời gian nghiên cứu: Từ tháng 8 năm 2015 đến tháng 12 năm 2015; đợt theo dõi ủ phân thực nghiệm kéo dài từ ngày 01/10/2015 đến ngày 10/11/2015 và tiếp tục quan trắc các chỉ tiêu hoai mục đến ngày thứ 60 và ngày thứ 75.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Về cơ sở lý thuyết, nghiên cứu dựa trên bản chất sinh hóa của quá trình ủ phân hữu cơ (composting) hiếu khí. Trong điều kiện thoáng khí, độ ẩm thích hợp và tỷ lệ Carbon/Nitơ ($C/N$) tối ưu (khoảng 25/1 đến 30/1), quần xã vi sinh vật hoại sinh phân giải các hợp chất hữu cơ cao phân tử (xenluloz, tinh bột, protein, lipit) thành mùn, giải phóng nhiệt lượng, nước, $CO_2$ và các muối khoáng vô cơ dạng dễ tiêu cho cây trồng. Quá trình ủ hiếu khí sinh nhiệt làm nhiệt độ khối ủ tăng cao (có thể đạt 50–70°C), có tác dụng tiêu diệt mầm mống nấm bệnh, hạt cỏ dại và các vi sinh vật đường ruột gây hại.

Chế phẩm sinh học được sử dụng là EMIC (Bộ vi sinh vật hữu hiệu) do Công ty Cổ phần Công nghệ vi sinh và Môi trường cung cấp. EMIC là tổ hợp các chủng vi sinh vật hữu hiệu thuộc các chi Bacillus, Lactobacillus, Streptomyces, Saccharomyces, với tổng mật độ vi sinh vật đạt trên $10^9\text{ CFU/g}$. Các vi sinh vật này có khả năng tiết hệ enzym phân giải mạnh các chất hữu cơ khó phân hủy, sinh kháng sinh ức chế vi sinh vật gây thối và tiêu diệt mầm bệnh, đồng thời giảm thiểu phát sinh mùi hôi trong quá trình phân hủy bùn thải.

Hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật được tác giả sử dụng làm căn cứ pháp lý và cơ sở so sánh:

• QCVN 07:2009/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngưỡng chất thải nguy hại.
• QCVN 50:2013/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngưỡng nguy hại đối với bùn thải từ quá trình xử lý nước.
• QCVN 03:2008/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về giới hạn cho phép của kim loại nặng trong đất nông nghiệp.
• 10TCN 526-2002: Tiêu chuẩn ngành của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn quy định về tiêu chuẩn chất lượng phân hữu cơ vi sinh.
• Các tiêu chuẩn quốc tế tham chiếu: Quy định 40 CFR Part 503 của US-EPA (Hoa Kỳ) và các quy định của Liên minh châu Âu (EU) đối với bùn thải tái sử dụng trong nông nghiệp.

Về phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, tác giả tiến hành phân tích tính chất hóa học của nguyên liệu thô ban đầu, từ đó tính toán tỷ lệ phối trộn giữa bùn thải, rơm rạ và phân lợn nhằm thiết lập tỷ lệ $C/N$ ban đầu đạt giá trị lý thuyết 25/1. Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên với 6 công thức (CT), mỗi công thức thực hiện lặp lại 3 lần, thể tích mỗi khối ủ là 1 $m^3$, khối lượng tươi ban đầu khoảng 100 kg.

Công thức	Ký hiệu thành phần nguyên liệu	Tỷ lệ khối lượng khô	Tỷ lệ khối lượng tươi	Khối lượng tươi bố trí (kg)	Tỷ lệ C/N ban đầu
CT1	Bùn thải đơn thuần	1	1,67	100 kg Bùn	12,06
CT2	Bùn thải + Rơm rạ	1 : 0,67	1,67 : 0,74	69 kg Bùn + 31 kg Rơm	25,00
CT3	Bùn thải + Rơm rạ + Phân lợn	1 : 1 : 0,26	1,67 : 1,1 : 0,57	50 kg Bùn + 33 kg Rơm + 17 kg Phân lợn	25,00
CT4	Bùn thải + EMIC	1	1,67	100 kg Bùn + EMIC	12,06
CT5	Bùn thải + Rơm rạ + EMIC	1 : 0,67	1,67 : 0,74	69 kg Bùn + 31 kg Rơm + EMIC	25,00
CT6	Bùn thải + Rơm rạ + Phân lợn + EMIC	1 : 1 : 0,26	1,67 : 1,1 : 0,57	50 kg Bùn + 33 kg Rơm + 17 kg Phân lợn + EMIC	25,00

Kỹ thuật ủ và chăm sóc khối ủ:

• Vật liệu được xếp lớp sole trong nhà ủ có mái che, ngăn cách giữa các đống ủ bằng bạt dày sậm màu. Lớp rơm lót phía dưới (dày khoảng 40 cm), kế tiếp là phân lợn và bùn thải (mỗi lớp dày khoảng 20 cm).
• Đối với các công thức bổ sung chế phẩm sinh học (CT4, CT5, CT6), hòa 200 g chế phẩm EMIC trong 20 lít nước tưới đều lên bề mặt từng lớp nguyên liệu, đảo trộn đều nhằm đạt độ ẩm khởi điểm 50–60%.
• Các khối ủ được phủ kín bạt cách nhiệt. Nhiệt độ được đo 2 ngày/lần vào lúc 8 giờ sáng tại 3 vị trí (sâu 20 cm, sâu 80 cm và tâm khối ủ) bằng nhiệt kế thủy tinh.
• Sau 20 ngày ủ, tiến hành đảo trộn đều toàn bộ khối ủ từ trên xuống dưới, từ ngoài vào trong, điều chỉnh độ ẩm duy trì ở mức 50–55%. Từ tuần thứ 5 ngừng bổ sung nước để khối ủ giảm ẩm. Đến ngày thứ 60 tiến hành đảo trộn 2–3 lần/tuần; đến ngày thứ 75 khi độ ẩm đạt 30–35% thì ngừng xới đảo.

Phương pháp phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm được chuẩn hóa theo các tiêu chuẩn quốc gia và thiết bị chuyên dụng:

TT	Chỉ tiêu phân tích	Đơn vị	Phương pháp phân tích / Thiết bị sử dụng
1	pH	-	TCVN 6492:1999 (ISO 10523:1994)
2	Độ ẩm	%	Phương pháp sấy khối lượng
3	Tỷ trọng	kg/L	Phương pháp khối lượng và thể tích
4	Tổng đạm (T-N)	%	Phương pháp Kjeldahl
5	Tổng lân (T-P)	%	Phương pháp so màu xanh Molipden
6	Tổng kali (T-K)	%	Phương pháp quang phổ phát xạ trên máy AAS-6800 (Shimadzu, Nhật Bản)
7	Kim loại nặng (Cu, Zn, Pb, Cd, As, Cr)	mg/kg	Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS-6800, Shimadzu, Nhật Bản)
8	Vi sinh vật (E. coli, Salmonella)	CFU/g	Phương pháp đếm khuẩn lạc phát triển trên môi trường thạch
9	Chất hữu cơ (CHC/OM)	%	Phương pháp Dumas trên thiết bị phân tích đa nguyên tố CNS TruSpec (LECO, Hoa Kỳ)

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Đặt vấn đề

Phần này trình bày tính cấp thiết của đề tài trong bối cảnh tốc độ đô thị hóa nhanh tạo ra lượng bùn thải lớn từ các hệ thống thoát nước đô thị. Tại Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh, bùn thải phát sinh hàng trăm mét khối mỗi ngày và chủ yếu được đổ tạm ở các khu đất trống không hợp vệ sinh, gây nguy cơ phát tán ô nhiễm vào đất và nước ngầm. Tác giả nêu rõ mục tiêu tổng quát, hai mục tiêu cụ thể, yêu cầu khoa học về tính khách quan, minh bạch của số liệu phân tích, đồng thời khẳng định ý nghĩa khoa học và thực tiễn của việc tái sử dụng bùn thải làm nguồn phân bón hữu cơ cho nông nghiệp.

Phần 2: Tổng quan tài liệu

Chương này tổng kết toàn diện cơ sở lý luận và thực tiễn về bùn thải đô thị trên thế giới và tại Việt Nam:

• Định nghĩa và nguồn gốc bùn thải: Bùn từ hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt giàu chất hữu cơ, đạm, lân, vi sinh vật nhưng đồng thời có thể tích tụ kim loại nặng và tác nhân gây bệnh.
• Tiêu chuẩn quản lý: Trình bày quy định 40 CFR Part 503 của US-EPA, các ngưỡng giới hạn hợp chất hữu cơ và kim loại nặng của EU, cùng các văn bản pháp lý tại Việt Nam gồm QCVN 07:2009/BTNMT và QCVN 50:2013/BTNMT.
• Tình hình quản lý và công nghệ tái chế bùn thải: Phân tích các mô hình xử lý bùn thải tại Mỹ (54–60% lượng chất rắn sinh học được tái sử dụng trong nông nghiệp), các nước EU (hơn 30–40% bùn thải được sử dụng làm phân bón), Nhật Bản, Úc. Tại Việt Nam, bùn thải xử lý sơ sài qua sân phơi bùn hoặc máy ép bùn rồi chôn lấp; một số trạm thí nghiệm như trạm xử lý bùn Bình Hưng Hòa và Bình Hưng (TP. Hồ Chí Minh) từng vận hành nhưng công nghệ chưa tối ưu, bùn vẫn nặng mùi.
• Trạm xử lý nước thải Kim Liên: Xây dựng năm 2004, vận hành chính thức từ ngày 01/09/2005 tại phường Đông Tác, quận Đống Đa, diện tích 2.572,5 $m^2$. Công suất thiết kế trung bình 3.700 $m^3$/ngày đêm (tối đa 4.800 $m^3$/ngày đêm). Công nghệ áp dụng là bùn hoạt tính sinh học yếm khí - thiếu khí - hiếu khí kết hợp đệm vi sinh di động (mật độ vi sinh vật đạt 8.000–14.000 $g/m^3$), lắng sơ cấp, lắng cuối, khử trùng bằng dung dịch Javen 7% và ép bùn bằng máy ép băng tải có bổ sung polymer keo tụ. Lượng bùn thải phát sinh của trạm đạt 314,5 kg/ngày (tương đương khoảng 600 tấn/năm).
• Cơ sở về ủ phân hữu cơ và chế phẩm sinh học: So sánh các phương pháp ủ nóng, ủ nguội, ủ nóng trước nguội sau; giới thiệu đặc tính của chế phẩm vi sinh vật hữu hiệu EMIC (mật độ $> 10^9\text{ CFU/g}$) và đặc tính của các nguyên liệu phối trộn hữu cơ (rơm rạ, phân lợn).

Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương này mô tả chi tiết đối tượng, địa điểm, thời gian thực hiện, thiết kế thí nghiệm 6 công thức ủ với các tỷ lệ phối trộn vật liệu khô và tươi. Tác giả trình bày quy trình thao tác kỹ thuật ủ đống theo lớp, định lượng bổ sung chế phẩm EMIC (200 g/20 L nước), quy chuẩn che đậy bạt, chế độ đo nhiệt độ 2 ngày/lần, chu kỳ đảo trộn và điều chỉnh độ ẩm khối ủ theo các mốc thời gian (ngày 20, ngày 60, ngày 75). Đồng thời, chương 3 liệt kê chi tiết tần suất lấy mẫu (tại ngày 0, 7, 15, 30, 45, 60, 75) và hệ thống phương pháp phân tích phòng thí nghiệm theo tiêu chuẩn TCVN và thiết bị hiện đại (AAS-6800, CNS TruSpec).

Phần 4: Kết quả nghiên cứu

Phần kết quả tập trung trình bày các dữ liệu thực nghiệm thu được từ quá trình ủ:

• Đánh giá đặc tính nguyên liệu ban đầu: Bùn thải Kim Liên có tỷ lệ $C/N = 12,06$ (thấp hơn ngưỡng tối ưu 25/1), hàm lượng chất hữu cơ đạt 30,4%, tổng đạm $T\text{-}N = 1,45%$, tổng lân $T\text{-}P = 0,76%$. Rơm rạ khô có hàm lượng Carbon cao ($C = 53,1%$, chất hữu cơ 91,7%, $C/N = 53,1$). Phân lợn giàu dinh dưỡng ($T\text{-}N = 3,2%$, $T\text{-}P = 1,54%$, $C/N = 14,1$).
• Động học quá trình ủ (nhiệt độ, pH, độ ẩm): Trong 15 ngày đầu, nhiệt độ các đống ủ tăng nhanh và đạt mức đỉnh khoảng 70°C ở các công thức có bổ sung chế phẩm sinh học và phối trộn phụ phẩm hữu cơ, đáp ứng yêu cầu tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh và hạt cỏ dại. Độ ẩm giảm dần từ 50–60% xuống 50–55% trong các tuần đầu và đạt 30–35% ở ngày thứ 75 khi kết thúc quá trình ủ.
• Diễn biến các chỉ tiêu hóa sinh: Tỷ lệ $C/N$ của các công thức phối trộn (CT2, CT3, CT5, CT6) giảm mạnh và ổn định ở mức hoai mục. Hàm lượng đạm tổng số ($T\text{-}N$) và lân tổng số ($T\text{-}P$) được bảo toàn và chuyển hóa sang dạng dễ tiêu; thể tích khối ủ giảm đáng kể so với ban đầu.
• Chỉ tiêu vi sinh vật và kim loại nặng: Mật độ vi khuẩn chỉ thị E. coli và Salmonella giảm rõ rệt giữa ngày 1 và ngày 60, không còn phát hiện hoặc nằm dưới ngưỡng cho phép theo tiêu chuẩn ngành. Các kim loại nặng (Cu, Zn, Pb, Cd, As, Cr) sau 60 ngày ủ đều nằm trong giới hạn an toàn của Tiêu chuẩn ngành 10TCN 526-2002 và QCVN 03:2008/BTNMT.
• Đề xuất quy trình công nghệ: Xây dựng sơ đồ quy trình hoàn chỉnh sản xuất phân hữu cơ từ bùn thải đô thị kết hợp phụ phẩm nông nghiệp và chế phẩm EMIC.

Phần 5: Kết luận và kiến nghị

Tổng kết các phát hiện thực nghiệm, khẳng định công thức phối trộn tối ưu đạt tiêu chuẩn phân bón hữu cơ vi sinh; đề xuất các kiến nghị nhằm áp dụng quy trình vào thực tiễn và mở rộng thử nghiệm bón thử nghiệm trên cây trồng.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã cung cấp hệ thống số liệu thực nghiệm đầy đủ về thành phần hóa sinh của bùn thải Trạm xử lý nước thải Kim Liên và các nguyên liệu phối trộn:

Chỉ tiêu phân tích	Bùn thải Kim Liên	Rơm rạ	Phân lợn	Giới hạn so sánh (QCVN 03:2008 / QCVN 07:2009)
Độ ẩm (%)	40,0 – 86,7	10,0	50,0	-
pH	7,2 – 7,5	-	-	-
Chất hữu cơ (% CHC)	30,4	91,7	77,6	Thang đất giàu: $> 8,1%$
Carbon tổng số (% C)	17,5	53,1	45,0	-
Tổng đạm (% T-N)	1,45	1,00	3,20	Thang đất giàu: $> 0,20%$
Tổng lân (% T-P / P2O5)	0,76	0,30	1,54	Thang đất giàu: $> 0,13%$
Kali (% K2O)	1,16	1,50	-	Thang đất trung bình: 1,0 – 1,5%
Tỷ lệ C/N	12,06	53,10	14,10	-
Đồng (Cu) (mg/kg)	47,40	-	-	50 (QCVN 03) / - (QCVN 07)
Kẽm (Zn) (mg/kg)	367,55	-	-	200 (QCVN 03) / 5.000 (QCVN 07)
Cadimi (Cd) (mg/kg)	1,22	-	-	2 (QCVN 03) / 10 (QCVN 07)

Kết quả chính rút ra từ quá trình thực nghiệm:

1. Động học nhiệt độ và độ ẩm: Tại các công thức có bổ sung chế phẩm EMIC phối trộn rơm và phân lợn (đặc biệt là CT6 và CT5), nhiệt độ khối ủ tăng mạnh trong 15 ngày đầu, đạt xấp xỉ 70°C. Mức nhiệt này duy trì đủ thời gian để ức chế hạt cỏ dại và làm suy giảm mầm bệnh. Sau 20 ngày, nhiệt độ hạ dần và chuyển sang pha ổn định. Độ ẩm khối ủ từ mức ban đầu 50–60% được kiểm soát qua các chu kỳ đảo trộn, giảm dần và đạt 30–35% vào ngày thứ 75, đáp ứng yêu cầu về độ khô của phân hữu cơ thành phẩm.
2. Kiểm soát vi sinh vật gây bệnh: Mật độ vi khuẩn E. coli và Salmonella trong các đống ủ giảm triệt để từ ngày 1 đến ngày 60. Sự kết hợp giữa pha nhiệt độ cao và hoạt tính kháng sinh, ức chế vi sinh vật gây hại từ các chủng Bacillus, Streptomyces, Lactobacillus trong chế phẩm EMIC đã loại trừ các tác nhân gây bệnh đường ruột.
3. An toàn kim loại nặng: Sau 60 ngày ủ, hàm lượng các kim loại nặng Cu, Zn, Cd, Pb, As, Cr trong phân ủ thành phẩm đều nằm dưới ngưỡng cho phép của Tiêu chuẩn ngành 10TCN 526-2002 và nằm trong ngưỡng an toàn chất thải theo QCVN 07:2009/BTNMT.
4. Đóng góp khoa học và thực tiễn tự nêu của tác giả:
   • Chứng minh bùn thải sinh học từ nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt đô thị tại Hà Nội hoàn toàn có thể tái chế làm phân bón hữu cơ an toàn, không chứa kim loại nặng vượt ngưỡng nguy hại.
   • Xác định được tỷ lệ phối trộn tối ưu đưa tỷ lệ $C/N$ về 25/1 bằng các phụ phẩm địa phương dễ tìm (rơm rạ, phân lợn).
   • Thiết lập quy trình ủ hiếu khí chuẩn hóa có bổ sung chế phẩm vi sinh EMIC, giúp rút ngắn thời gian ủ, kiểm soát mùi hôi và đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật phân bón của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu:

• Do giới hạn về thời gian thực tập và nguồn lực kinh phí, nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở quy mô bán thực nghiệm tại xưởng ủ (thể tích đống ủ 1 $m^3$, khối lượng khoảng 100 kg/đống), chưa triển khai thử nghiệm ở quy mô công nghiệp liên tục.
• Đề tài tập trung đánh giá chất lượng hóa học, vật lý và vi sinh vật của phân ủ trong phòng thí nghiệm và so sánh với tiêu chuẩn ngành, chưa tiến hành bón khảo nghiệm thực tế trên các loại cây trồng ngoài đồng ruộng để kiểm chứng năng suất sinh học và chất lượng nông sản.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

• Ứng dụng phân hữu cơ sản xuất từ bùn thải Kim Liên để bón thử nghiệm cho các đối tượng cây trồng cụ thể (cây rau màu, cây hoa cây cảnh đô thị, cây công nghiệp hoặc cây lâm nghiệp).
• Nghiên cứu cơ giới hóa công đoạn đảo trộn và mở rộng quy mô ủ công nghiệp tại các nhà máy xử lý nước thải.
• Quan trắc đánh giá sự tích lũy dài hạn của kim loại nặng trong đất và khả năng hấp thụ của cây trồng qua nhiều vụ canh tác liên tiếp.

Giá trị tham khảo

Nghiên cứu có giá trị tham khảo thiết thực cho các đối tượng sau:

• Sinh viên, học viên cao học và cán bộ nghiên cứu chuyên ngành Khoa học Môi trường, Kỹ thuật Môi trường, Nông học, Quản lý Đất đai: Tài liệu cung cấp cơ sở phương pháp luận hoàn chỉnh về thiết kế thí nghiệm ủ compost, phương pháp tính toán cân bằng $C/N$ từ các nguyên liệu thô có độ ẩm và hàm lượng Carbon khác nhau.
• Các đơn vị vận hành nhà máy xử lý nước thải đô thị: Cung cấp tài liệu tham khảo kỹ thuật về đặc tính bùn cặn sinh học của trạm xử lý nước thải đô thị (điển hình như Trạm XLNT Kim Liên) và giải pháp kỹ thuật tái sử dụng bùn thay cho việc chôn lấp tốn kém.
• Các doanh nghiệp và hợp tác xã sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh: Tham khảo công thức phối trộn bùn thải với rơm rạ, phân lợn và quy trình sử dụng chế phẩm EMIC để chuẩn hóa quy trình ủ đống đạt tiêu chuẩn 10TCN 526-2002.

Các nội dung đáng tham khảo nhất:

• Bảng số liệu chi tiết về đặc tính hóa học, hàm lượng dinh dưỡng ($N, P, K$) và kim loại nặng ($Cu, Zn, Cd$) trong bùn thải Trạm XLNT Kim Liên.
• Bảng tính tỷ lệ phối trộn nguyên liệu khô và tươi để đạt tỷ lệ $C/N = 25/1$.
• Quy trình kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm và kỹ thuật đảo trộn đống ủ bán thực nghiệm trong thời gian 75 ngày.

Câu hỏi thường gặp

1. Bùn cặn tại Trạm xử lý nước thải Kim Liên có những đặc tính hóa sinh nào nổi bật trước khi đưa vào ủ?

Theo kết quả phân tích trong khóa luận, bùn cặn Trạm xử lý nước thải Kim Liên có độ ẩm cao (86,7% đối với bùn tươi và khoảng 40% đối với bùn để khô tự nhiên), pH dao động 7,2–7,5. Về hàm lượng dinh dưỡng, bùn chứa 30,4% chất hữu cơ (OM), 17,5% Carbon, 1,45% đạm tổng số ($T\text{-}N$), 0,76% lân tổng số ($T\text{-}P$ tính theo $P_2O_5$), và 1,16% $K_2O$. Tỷ lệ $C/N$ của bùn là 12,06. Hàm lượng các kim loại nặng trong bùn gồm Đồng ($Cu = 47,40\text{ mg/kg}$), Kẽm ($Zn = 367,55\text{ mg/kg}$), và Cadimi ($Cd = 1,22\text{ mg/kg}$). Tất cả đều nằm trong ngưỡng chất thải không nguy hại theo QCVN 07:2009/BTNMT và nằm trong ngưỡng cho phép đối với đất nông nghiệp theo QCVN 03:2008/BTNMT.

2. Vì sao tác giả phải phối trộn bùn thải với rơm rạ và phân lợn mà không ủ bùn thải đơn thuần?

Tác giả không ủ bùn đơn thuần vì bùn thải Kim Liên có tỷ lệ $C/N$ khá thấp ($12,06/1$), trong khi tỷ lệ $C/N$ tối ưu cho vi sinh vật phân giải hiếu khí trong quá trình ủ phân hữu cơ là 25/1. Nếu ủ bùn đơn thuần, lượng đạm dư thừa dễ bị chuyển hóa thành khí amoniac ($NH_3$) bay mất gây thất thoát dinh dưỡng và mùi hôi. Việc phối trộn rơm rạ (có $C/N = 53,1$, hàm lượng chất hữu cơ 91,7%) giúp nâng tỷ lệ $C/N$ lên mức 25/1 và tạo độ tơi xốp, tăng cường thoáng khí cho khối ủ. Phân lợn (chứa $3,2%\text{ T-N}$, $1,54%\text{ T-P}$) bổ sung nguồn dinh dưỡng dễ tiêu và tập đoàn vi sinh vật ban đầu, giúp kích thích quá trình phân hủy diễn ra nhanh chóng.

3. Liều lượng và cách thức bổ sung chế phẩm vi sinh vật EMIC vào đống ủ được thực hiện như thế nào?

Chế phẩm vi sinh EMIC được sử dụng với liều lượng 200 g pha trong 20 lít nước cho mỗi đống ủ có khối lượng tươi khoảng 100 kg. Dung dịch chế phẩm được tưới đều lên bề mặt từng lớp nguyên liệu khi xếp vào đống ủ (rơm ở dưới, bùn và phân lợn ở trên), sau đó đảo trộn đều để đảm bảo độ ẩm ban đầu của đống ủ đạt trong khoảng 50–60%.

4. Diễn biến nhiệt độ của khối ủ có vai trò gì trong việc xử lý mầm bệnh nguy hại?

Nhiệt độ đống ủ được đo định kỳ 2 ngày/lần vào 8 giờ sáng ở 3 vị trí (sâu 20 cm, 80 cm và tâm đống ủ). Trong 15 ngày đầu, nhờ hoạt động mạnh của các chủng vi sinh vật hiếu khí, nhiệt độ khối ủ tăng cao và đạt tới 70°C. Mức nhiệt độ cao này duy trì liên tục trong nhiều ngày đóng vai trò tiêu diệt các hạt cỏ dại, ức chế và triệt tiêu các mầm bệnh nguy hại đường ruột (E. coli, Salmonella) cũng như các loại ấu trùng, trứng giun sán có trong phân lợn và bùn thải sinh hoạt.

5. Tiêu chuẩn nào được sử dụng để đánh giá chất lượng phân hữu cơ thành phẩm trong đề tài?

Tác giả sử dụng Tiêu chuẩn ngành 10TCN 526-2002 do Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn ban hành để đánh giá chất lượng phân bón hữu cơ thành phẩm sau 60–75 ngày ủ. Các chỉ tiêu đánh giá bao gồm hàm lượng chất hữu cơ, hàm lượng các nguyên tố đa lượng ($T\text{-}N, T\text{-}P, T\text{-}K$), độ ẩm, pH, mật độ vi sinh vật gây bệnh (E. coli, Salmonella), và hàm lượng các kim loại nặng ($Cu, Zn, Pb, Cd, As, Cr$).

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Hà Thị Loan đã nghiên cứu thực nghiệm thành công giải pháp xử lý bùn thải từ Trạm xử lý nước thải sinh hoạt Kim Liên thành phân bón hữu cơ bằng kỹ thuật ủ hiếu khí có bổ sung chế phẩm sinh học EMIC. Kết quả phân tích khẳng định bùn thải Kim Liên đạt các chỉ tiêu an toàn về kim loại nặng và khi được phối trộn cùng rơm rạ, phân lợn theo tỷ lệ $C/N = 25/1$, quá trình ủ sinh nhiệt lên tới 70°C giúp tiêu diệt triệt để các vi sinh vật gây bệnh (E. coli, Salmonella). Sản phẩm phân ủ sau 60–75 ngày đạt đầy đủ các tiêu chuẩn kỹ thuật về hàm lượng dinh dưỡng và an toàn vệ sinh theo Tiêu chuẩn ngành 10TCN 526-2002 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn. Đề tài mở ra hướng tiếp cận khả thi, mang lại lợi ích kép về bảo vệ môi trường đô thị và tái tạo nguồn vật tư phục vụ sản xuất nông nghiệp bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong xu thế phát triển kinh tế xã hội, với tốc độ đô thi hóa ngày càng cao và sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp, dịch vụ, du lịch… kéo theo mức sống của ngƣời dân ngày một cải thiện đã làm nảy sinh nhiều vấn đề mới, nan giải trong công tác bảo vệ môi trƣờng và sức khỏe của cộng đồng dân cƣ nhƣ: nƣớc thải, khí thải, rác thải đến bùn thải. Hiện nay, vấn đề quản lý và xử lý bùn thải nói chung và bùn thải đô thị nói riêng đang trở thành một gánh nặng cho các doanh nghiệp không chỉ ở Việt Nam mà ngay cả ở các nƣớc có nền kinh tế, khoa học kỹ thuật tiên tiến trên thế giới và đƣợc sự quan tâm của toàn xã hội. Theo cục bảo vệ môi trƣờng Mỹ (US-EPA), chi phí xử lý bùn thải chiếm tới 50% chi phí vận hành của toàn hệ thống.

Ở Việt Nam, bùn thải chủ yếu đƣợc xử lý bằng cách ép loại nƣớc, phơi khô, đổ bỏ hay chôn lấp, chỉ một phần rất nhỏ đƣợc sử dụng làm phân bón. Việc đổ bỏ, chôn lấp bùn thải đã và đang gây ra sự ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng. Mỗi ngày, Hà Nội cũng nhƣ Thành phố Hồ Chí Minh phát sinh hàng trăm mét khối bùn thải, chủ yếu đƣợc đổ tạm ở những khu đất trống. Thực tế cho thấy, nếu không xử lý bùn thải mà đổ trực tiếp ra môi trƣờng chỉ là chuyển ô nhiễm từ điểm này sang điểm khác.

Việc đổ trực tiếp ra môi trƣờng nhƣ hiện nay không chỉ gây ô nhiễm môi trƣờng mà còn lãng phí tài nguyên môi trƣờng. Một số nghiên cứu cho thấy: sau khi đƣợc xử lý hết các thành phần độc hại, bùn thải hoàn toàn có thể tận dụng làm vật liệu xây dựng ( bêtông, gạch, ngói…) và sàn nền hoặc tái sử dụng bùn thải để sử dụng trong lĩnh vực nông nghiệp bởi vì các thành phần chủ yếu của bùn thải là các vi sinh vật có lợi, các hàm lƣợng chất hữu cơ, nitơ và phốt pho cao. Ngày nay, trên thế giới bùn thải đƣợc tái sử dụng rất phổ biến. Ở một số quốc gia nhƣ Nhật Bản, Trung Quốc đã sử dụng bùn thải giàu hữu cơ thay cho than để làm nguyên liệu sản xuất điện năng.

Các loại bùn thải giàu kim loại đƣợc tận dụng để sản xuất gạch nung, gạch block, vật liệu xây dựng, hoặc thu hồi các kim 2 loại, vật liệu quý trong bùn. Tuy nhiên, trƣớc khi tái sƣ̉ du ̣ng bùn thải , hoă ̣c đổ thải bùn thải cần thiết phải áp dụng các công nghệ phù hợp để xử lý chúng. Ở Châu Âu, Bắc Mỹ và nhiều nƣớc khác, bùn thải đã đƣợc sử dụng làm đất trồng trọt, làm phân bón compost, phân hủy yếm khí, sấy khô thành viên, nhiên liệu, phân bón và chất đốt. Sƣ̉ du ̣ng bùn thải làm phân bón cho nông nghiê ̣p nhƣ là mô ̣t trong nhƣ̃ng biê ̣n pháp xƣ̉ lý , đổ thải , đƣơ ̣c áp du ̣ng ở nhiề u quố c gia.

Sƣ̉ du ̣ng các dạng bùn thải trong cống rãnh từ hệ thống thoát nƣớc đô thị cho đất nông nghiệp từ nhƣ̃ng năm 20 của thế kỷ trƣớc , sau đó đƣợc nhân rộng ra nhiều nơi trên thế giới [15] Gầ n nhƣ khoảng 1/2 lƣơ ̣ng bùn thải sinh ra ở Mỹ đƣơ ̣c quay la ̣i đấ t nông nghiê ̣p. Tại các nƣớc thuô ̣c cô ̣ng đồ ng chung châu Âu có trên 30% sản phẩm bùn thải đƣợc sử dụng làm nguồn phân bón cho cây trồng [21]. Hiê ̣n nay , có khoảng 0,25 triê ̣u tấ n bùn thải (trọng lƣợng khô) đƣơ ̣c sinh ra hàng năm ở Ú c, trong đó khoảng 1/3 đến 1/2 lƣơ ̣ng này đƣơ ̣c sƣ̉ du ̣ng trong nông nghiê ̣p [16]. Theo Diaz-Burgos và cô ̣ng sƣ̣, 1993, việc sử dụng các loại bùn thải nhƣ một loại phân bón hay làm nguyên liệu sản xuất phân bón ở nhiều nƣớc không còn xa lạ tƣ̀ nhƣ̃ng năm 1990.

Nghiên cứu ủ phân bùn cống thải với các phế phẩm nông nghiệp nhƣ rơm, bã bùn mía, lục bình, phân gia súc, gia cầm để sản xuất phân hữu cơ nhằm hạn chế ô nhiễm môi trƣờng, mang giá trị sử dụng là rất cần thiết. Hiện nay, việc xử lý bùn cống thải bằng các tác nhân sinh học đã đƣợc chứng minh là một trong những biện pháp mang lại hiệu quả tốt nhất. Xuất phát từ thực tế trên, đồng thời đƣợc sự đồng ý của Ban giám hiệu trƣờng Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, Ban chủ nhiệm khoa Môi trƣờng và dƣới sự hƣớng dẫn của Th.S Đặng Thị Hồng Phƣơng tôi đã tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu phân hủy bùn thải nhà máy xử lý nước thải Kim Liên làm phân bón hữu cơ bằng chế phẩm sinh học Emic”.2 Mục tiêu của đề tài 1.1 Mục tiêu tổng quát - Có đƣợc giải pháp về khả năng sử dụng bùn thải đô thị làm phân bón 3 1.2 Mục tiêu cụ thể - Đánh giá khả năng sử dụng bùn thải đô thị làm phân bón. - Nghiên cứu sản xuất phân bón từ bùn thải đô thị.

Yêu cầu của đề tài - Thông tin thu thập đƣợc phải chính xác, khách quan, trung thực - Những kiến nghị đƣa ra có phải tính khả thi, phù hợp với điều kiện của cơ sở. - Kết quả phân tích các thông số phải minh bạch, chính xác, so sánh với các tiêu chuẩn đánh giá cụ thể. Ý nghĩa của đề tài 1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học - Củng cố kiến thức cơ sở cũng nhƣ kiến thức chuyên ngành, tạo điều kiện tốt hơn để phục vụ cho công tác BVMT sau này.

- Rèn luyện kỹ năng thực tế, rút kinh nghiệm, làm quen với môi trƣờng làm việc sau này. - Kết quả của đề tài là nền móng cho các nghiên cứu tiếp theo về việc nghiên cứu sản xuất phân hữu cơ từ bùn thải đô thị. Ý nghĩa trong thực tiễn - Khái quát đƣợc lợi ích của việc sản xuất phân hữu cơ từ bùn thải đô thị. - Thành công của đề tài sẽ góp phần giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trƣờng do bùn thải ở đô thị, giải pháp sử dụng bùn thải làm phân bón cho nông nghiệp.

4 Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Tổng quan chung về bùn thải đô thị 2.1 Khái niệm bùn thải, nguồn phát sinh bùn thải đô thị 2.1 Khái niệm bùn thải Bùn thải phát sinh từ quá trình xử lý nƣớc là hỗn hợp các chất rắn, đƣợc tách, lắng, tích tụ và thải ra từ quá trình xử lý nƣớc [3]. Bùn từ hệ thống thoát nƣớc thải sinh hoạt đô thị là hỗn hợp các chất hữu cơ và vô cơ từ đƣờng ống thoát nƣớc đô thị. Ngoài ra, 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 [22]. Theo cơ quan bảo vệ môi trƣờng Hoa Kỳ (US-EPA) bùn thải là sản phẩm thải cuối cùng đƣợc tạo ra từ quá trình xử lý nƣớc thải dân dụng và nƣớc thải công nghiệp từ nhà máy xử lý nƣớc thải ở dạng hỗn hợp bán rắn.

Việc xử lý và thải bùn rất khó do lƣợng 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 [29].2 Nguồn phát sinh bùn thải đô thị Bùn thải đƣợc phát sinh từ một số nguồn sau [3,23]: - Bùn thải từ hệ thống thoát nƣớc, 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 lƣợng cao. - Bùn thải từ hệ thống xử lý nƣớc thải đô thị: Nƣớc thải đô thị giàu hàm lƣợng chất hữu cơ, chất dinh dƣỡng và là nơi cƣ trú của các loại vi khuẩn (cả vi khuẩn gây bệnh) gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc, đƣợc chuyển tới các nhà máy xử lý nƣớc thải sinh hoạt và các hệ thống sông thoát nƣớc thành phố. - Bùn thải từ hố ga, bể phốt: Là phần rắn đƣợc tạo thành do sự lắng bề mặt nƣớc đen, nƣớc xám từ các hộ gia đình, nƣớc mƣa chảy tràn.

Bùn này giàu chất hữu 5 cơ, vô cơ (chủ yếu là cát). Bùn thải từ các hệ thống này chiếm khối lƣợng lớn bùn thải đô thị. - Bùn thải nuôi trồng thủy hải sản: Là nguồn chất lắng đọng vô cùng nguy hiểm cho vấn đề lan truyền dịch bệnh và ô nhiễm môi trƣờng. Thành phần bùn thải thủy sản rất phức tạp, bao gồm: vôi, hóa chất, lƣu huỳnh, lắng đọng bùn phèn trong đất chứa các độc tố môi trƣờng, những vi khuẩn gây bệnh, nấm bệnh, tảo lục và đặc biệt là các sản phẩm phân hủy của quá trình yếm khí: NH3, H2S, CH4… - Ngoài ra còn một lƣợng nhỏ bùn thải từ công nghiệp, xây dựng và một số nguồn khác trong hoạt động và phát triển đô thị.2 Phân loại, đặc điểm và tính chất của bùn thải 2.1 Phân loại bùn thải Bùn đƣợc phân loại dựa vào nguồn gốc phát sinh và thành phần của chúng [14].

Dựa vào nguồn gốc của bùn, có thể phân loại bùn thành các loại sau: - Bùn thải từ hệ thống thoát nƣớc: bùn cống rãnh, kênh rạch, bùn nạo vét sông hồ. - Bùn thải từ hệ thống xử lý nƣớc đô thị; - Bùn thải từ hố ga, bể phốt; - Bùn thải nuôi trồng thủy sản; - Bùn thải từ các công nghiệp và xây dựng. Thành phần bùn phụ thuộc vào bản chất ô nhiễm ban đầu của nƣớc và phƣơng pháp làm sạch: xử lý vật lý, hóa lý, sinh học, cụ thể: [23] - Bùn hữu cơ ƣu nƣớc: Đó là loại phổ biến nhất, khó khăn của việc làm khô bùn là do sự có mặt của phần lớn các chất keo ƣa nƣớc. Ngƣời ta xếp trong loại này tất cả các loại bùn thải xử lý sinh học nƣớc thải, mà hàm lƣợng chất bay hơi có thể đến 90% toàn bộ chất khô (nƣớc thải công nghệ thực phẩm, hóa hữu cơ).

- Bùn vô cơ ƣa nƣớc: Các bùn này chứa hydroxyt kim loại tạo thành của phƣơng pháp hóa lý bằng cách làm kết tủa ion kim loại có trong nƣớc xử lý (Al, Fe, Zn, Cr) hoặc do sử dụng kết bông vô cơ (muối ferreux hoặc ferit, muối nhôm). 6 - Bùn chứa dầu: Nó đặc trƣng bằng việc trong các chất thải có mặt một lƣợng dầu nhỏ hoặc mỡ khoáng chất (hoặc động vật). Các chất này ở dạng nhũ hoặc hấp thụ các phần tử bùn ƣa nƣớc.