CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH BÙN THẢI VÀ CÁC THIẾT BỊ ÉP BÙN I. Giới thiệu bùn thải và quá trình tạo ra bùn: Bùn thải: Bùn ñược tạo ra từ nước thải và các quá trình xử lý nước thải, ước tính khoảng 0,7 tỷ tấn bùn thải (ướt) ñược tạo ra hàng năm trong các nhà máy xử nước trên toàn thế giới [1], chiếm thể tích rất lớn khoảng 98% nước cần phải ñược khử nước ñể có thể vận chuyển và xử lý bùn ñược hiệu quả và kinh tế, việc khử nước và xử lý bùn hoạt tính không phải là giải pháp ñơn giản và chiếm trên 50% của tất cả các chi phí ñể vận hành nhà máy xử lý nước thải [2]. Quá trình xử lý bùn tập trung: Xử lý bùn hoạt tính bằng phương pháp sinh học là phương pháp phổ biến nhất của quá trình xử lý nước và nước thải trến nhất trên thế giới [3]. Mặc dù nhiều loại quá trình tồn tại, nó chủ yếu gồm 3 bước chính: tiền xử lý, xử lý sinh học và tách chất rắn – lỏng hình 1.1 Xử lý sơ bộ Các bồn xử lý Làm sạch Nước sau Nước thải xử lý Bùn sơ bộ Bùn Thu hồi bùn hoạt tính Khử nước Chất lơ lửng Hình 1.
Sơ ñồ tổng thể của nhà máy xử lý nước thải thể hiện các quá trình bùn hoạt tính [4] II. Lưu lượng bùn thải ở các nước: Việt Nam:Theo Sở Tài nguyên - Môi trường TP.HCM, việc quản lý bùn thải chỉ dừng lại ở việc nạo vét cống rãnh, kênh rạch, còn lại rất nhiều loại bùn thải phát sinh từ hoạt ñộng xây dựng, rút hầm cầu, các nhà máy xử lý nước thải trong các KCN. vẫn chưa ñược ñịnh hướng quản lý, chưa áp dụng công nghệ xử lý phù hợp. Tại TP Hồ Chí Minh ñã có dự án xây dựng nhà máy xử lý bùn thải ñầu tiên của Việt Nam với hơn 40 ha tại Bình Chánh nhưng vẫn chưa ñược triển khai [5].
Theo khảo sát về chất thải toàn HVTH: Huỳnh Thanh Quí (MSHV: 11844569) Luận văn Thạc sĩ Ngành Công nghệ Chế tạo Máy -4- cầu của Tổ chức Hàng hải quốc tế, cứ tạo ra sản phẩm quốc nội (GDP) 1 tỷ ñô la thì sẽ làm phát sinh 4.500 tấn chất thải công nghiệp, trong ñó 20% là chất thải nguy hại. Dự báo ñến năm 2015 số lượng bùn thải sẽ tăng lên khoảng 3 triệu tấn/tháng, năm 2020 sẽ không dưới 4 triệu tấn/tháng [6]. Trung Quốc: Trung Quốc từ lâu phải ñối mặt với sự gia tăng theo cấp số nhân của nước thải, bùn thải là sản phẩm phụ của quá trình xử lý nước thải là một vấn ñề trên toàn thế giới và khó xử lý. Nhiều thành phố ở Trung Quốc ñang cố gắng tìm giải pháp thích hợp ñể giải quyết vấn ñề này [7].
Cho ñến năm 2008, khoảng 1692 nhà máy xử lý nước thải ñã ñược xây dựng ñể giải quyết những vấn ñề môi trường ngày càng nghiêm trọng với công suất hiện hữu 907,9*106 m3 /ngày ñã giải quyết ñược 57,8% nước thải của các hộ gia ñình (Report of Ministry of Environmental Protection of China 2008) và dự kiến tăng công suất thêm 536*108 m3/ngày vào năm 2020.Trong năm 2005, Trung Quốc thải 9 triệu tấn bùn (chứa 80 % nước), chiếm 7% của tất cả các chất thải rắn ở Trung Quốc [8]. Anh Quốc (UK): Năm 2007/2008, khoảng 250.000 tấn bùn khô ñược tạo ra bởi Thames Water, 150.000 tấn bùn khô tạo ra bởi Yorkshire water và BBC báo cáo trong năm 2005 thì có hơn 110.000 tấn bùn thải ñược tạo ra bởi Scotland water hàng năm. ðiều này cho thấy một sự gia tăng ñáng kể trong lượng bùn tạo ra trong Vương quốc Anh (UK) và việc lựa chọn giải pháp xử lý thích hợp có thể chấp nhận ñược vẫn còn là một thách thức ñối với hầu hết các Công ty xử lý nước thải [9]. Khoảng 5,4 triệu tấn bùn thải khô ñược tạo ra hàng năm từ khoảng 12.750 từ công trình xử lý nước công cộng (POTW) ở Mỹ [10] , trong khi bùn thải trung bình ở châu Âu là 0,09 kg/người/ngày bùn khô ( Brestal et al , 1998).
Trong năm 2005, tổng lượng bùn 27 nước Châu Âu (EU-27) là 10,9 triệu tấn DS (dry solid- chất rắn khô), trong ñó 15 nước trong EU tăng gần 50 % từ năm 1992 (6,5 triệu tấn, DS) ñến năm 2005 (9,8 triệu tấn, DS) và 12 nước EU còn lại là 1,1 triệu tấn (DS) trong năm 2005 ( http://epp. Ước tính lượng bùn thải sẽ tăng hơn 13 triệu tấn (DS) vào năm 2020 [13] ðài loan: lượng bùn thải khoảng 670.000 tấn bùn khô (DS) mỗi năm [14] có thể tái tạo ñược hơn 134.000 tấn dầu sinh học (BD) mỗi năm từ bùn [15], hàng năm bùn từ 29 nhà máy xử lý nước thải 160.000 tấn bùn và 22 nhà máy xử lý nước thải ở ðài Loan thải 180.000 tấn bùn, bùn thải của 34 nhà máy xử lý nước thải trong công nghiệp chiếm khoảng khoảng 670. Phần trăm các giải pháp xử lý bùn ở một số nước: Thame water: Vào 2007/2008 Thames Water ñốt 37% lượng bùn ñã tạo ra năng lượng 56GWh ñiện sử dụng cho 2 nhà máy ñốt của họ ở East London (Thames report, 2008). Thiêu hủy cũng ñược ưa chuộng như là một phương pháp chôn lấp và sử dụng HVTH: Huỳnh Thanh Quí (MSHV: 11844569) Luận văn Thạc sĩ Ngành Công nghệ Chế tạo Máy -5- nông nghiệp do hạn chế diện tích và ít ảnh hưởng của nó ñối với cây trồng sản xuất, các kim loại nặng ñối với con người, thực vật và ñộng vật [17] Trung Quốc: Các phương pháp xử lý chủ yếu là sản xuất phân bón (45%), chôn lấp (31%), các phương pháp khác chiếm 10,5% và không ñược xử lý khoảng 13,7 % ñược thải ra các ao, hồ, sông hoặc trên ñất liền.
Việc ñầu tư xử lý bùn Trung Quốc chiếm khoảng 20-50% tổng số các khoản ñầu tư [18]. Anh quốc (UK): Hiện nay, khoảng 48% của 949.000 tấn bùn thải tại Vương quốc Anh (UK) ñược sử dụng trong ñất nông nghiệp, 17% ñược ñốt và 11% ñược chôn lấp [19]. Xử lý bùn bằng phương pháp chôn lấp chiếm lượng lớn nhất ở Anh với khoảng 120 triệu tấn chất thải ñược chôn lấp ở Anh mỗi năm, trong ñó bao gồm 90% rác thải sinh hoạt , 85% chất thải thương mại , 63% chất thải xây dựng, 73% chất thải công nghiệp khác và 3,5 triệu tấn bùn thải mỗi năm [20]. Châu Âu (EU): Xử lý bùn bằng phương pháp chôn lấp chiếm số lượng lớn ở các quốc gia phát triển, khoảng 40% bùn thải ñược chôn lấp trong Liên minh châu Âu (McGhee, 1991) cho thấy lượng bùn san lấp ở các nước như Hy Lạp , Luxembourg và Ý tương ứng là 90%, 88% và 85% và ñiều này làm cho chôn lấp là phương pháp chính của việc xử lý bùn, trong khi ở các Mỹ 48% bùn thải ñược san lấp vào năm 1990.
Chôn lấp khác Nông nghiệp Lượng bùn xử lý,% Nông nghiệp Thiêu ñốt Chôn lấp Thải sông ðốt Năm Hình 1. Tiến trình xử lý bùn trong Hình 1. Phần trăm phương Châu Âu (EU) ñến năm 2005 [21]. pháp xử lý bùn Châu Âu EU-27 trong năm 2005 Theo hình 1.2, sau khí cấm việc thải bùn ra biển vào năm 1998 thì có các phương pháp xử lý chính như chôn lấp giảm dần, ngược lại tiêu hủy bùn và sử dụng bùn trong nông nghiệp tăng.
Tiêu huỷ ñược áp dụng rộng rãi tại tại Bỉ, ðan Mạch, Pháp và ðức [22].3 thể hiện phần trăm phương pháp xử lý ở Liên minh Châu Âu EU-27, hình 4 thể hiện phần trăm phương pháp xử lý các thành viên Châu Âu EU- 27 [12] hình 1. HVTH: Huỳnh Thanh Quí (MSHV: 11844569) Luận văn Thạc sĩ Ngành Công nghệ Chế tạo Máy -6- Phương pháp xử lý bùn EU 27 Hình 1. Phần trăm phương pháp xử lý các thành viên Châu Âu EU-27 IV. Các nghiên cứu phương pháp xử lý bùn ở các nước: Việc xử lý bùn cặn của nước thải là một trong những thách thức lớn nhất trong quá trình xử lý nước thải và ngày càng trở thành một vấn ñề toàn cầu không chỉ ở lưu lượng bùn và các quy ñịnh bùn thải sau cho phù hợp trước khi thải ra nguồn nước mà còn xem xét ñến kinh tế, phương pháp hiệu quả và thân thiện với môi trường cho việc xử lý bùn.
Nhiều nghiên cứu ñã ñược thực hiện với các phương pháp xử lý bùn khác nhau như thải ra biển, san lấp, sử dụng trong nông nghiệp và ñốt. Các phương pháp thiêu ñốt ñược ñánh giá cao trong quá khứ do chi phí và tác ñộng môi trường ñược chấp nhận trên toàn thế giới do khả năng thu hồi năng lượng từ quá trình này và khả năng sản xuất tinh chế khí thải từ quá trình mà không ảnh hưởng môi trường. Phương pháp chôn lấp truyền thống: Trong năm 2003 , mỗi quốc gia thành viên trong Liên minh châu Âu ñã thiết lập một chiến lược quốc gia về giảm chất thải phân hủy sinh học cho các bãi chôn lấp. Chôn lấp ñược xem là giải pháp cuối cùng khi nồng ñộ các chất gây ô nhiễm quá cao hay không thể xử lý bùn bằng các giải pháp khác vì lý do kinh tế hay kỹ thuật còn hạn chế, việc chôn lấp có thể ñược thực hiện theo hai cách: một là, chôn lấp có phân loại (mono- deposit) chỉ áp dụng cho bùn, hai là chôn lấp hỗn hợp (mixing deposit) thường sử dụng cho các chất thải khác là tốt.
Bên cạnh việc làm ô nhiễm ñất, nước và không khí cũng có những tác ñộng khác của chôn lấp như mùi hôi, chuột và các loài chim , HVTH: Huỳnh Thanh Quí (MSHV: 11844569) Luận văn Thạc sĩ Ngành Công nghệ Chế tạo Máy -7- tiếng ồn từ phương tiện vận chuyển và nguy cơ gây cháy , nổ [23]. Tuy nhiên, cũng có các bãi chôn lấp vệ sinh giảm thiểu rò rỉ như bãi chôn lấp Sofielund ở Stockholm ñược trang bị xử lý nước ngấm các loại chất thải khác nhau ñược chứa từng khoang khác nhau và tạo nên một hàng rào nhân tạo về ñịa chất có thể bảo vệ mạch nước ngầm [24]., hình 5 thể hiện phương pháp chốn lấp an toàn và hiện ñại [25] hình 1. Lớp ñất phủ Lớp ñất phủ Thu Kiểm soát Lớp phủ hồi nước Kiểm nước khí Chất thải rắn bảo vệ soát khí Nước Kênh dẫn Lớp bảo vệ Thu gôm và ống xả Hố thu khử ðất Nước ngầm Hình 1. Phương pháp xử lý an toàn hiện ñại 2.
Một số phương pháp tái sinh bùn thải: a. bùn chứa hàm lượng phốt pho khoảng 3% và 3,5% nitơ [26]., sử dụng bùn trên ñất canh tác có thể tăng tăng ñộ mùn, tăng khả năng giữ nước, cải thiện cấu trúc và tăng khả năng trao ñổi cation của ñất [27].