CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LƯỢNG BÙN, THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BÙN BỂ TỰ HOẠI, BÙN CỦA TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ 1. Tổng quan về lượng bùn, thành phần, tính chất và các phương pháp xử lý bùn của trạm XLNT đô thị 1. Lượng bùn của trạm xử lý nước thải đô thị Trong quá trình thu gom, vận chuyển và xử lý nước thải đều phát sinh bùn. Sơ đồ nguồn phát sinh bùn từ HTTN đô thị được trình bày trong hình 1.
Nước thải Nước thải công Nước mưa sinh hoạt nghiệp, dịch vụ chảy tràn Bể tự hoại Tiền xử lý Bùn bể Nước thải đô thị tự hoại Mạng lưới thoát nước Bùn nạo vét từ MLTN Xử lý sơ bộ Rác, cát,. Xử lý bậc 1 Bùn sơ cấp Nước thải sau bậc 1 Xử lý bậc 2, 3 Bùn thứ cấp Nước thải sau xử lý Xử lý bùn Xử lý tiếp hoặc xả ra nguồn Tái sử dụng hoặc thải bỏ Hình 1. Sơ đồ phát sinh bùn xử lý nước thải đô thị. Bùn phát sinh từ xử lý nước thải đô thị tại trạm xử lý gồm các loại bùn thải từ xử lý sơ bộ, xử lý bậc 1 và xử lý bậc 2, 3.
8 Bùn từ quá trình xử lý sơ bộ như từ song chắn rác và bể lắng cát có thành phần tương tự như trong bùn thải từ mạng lưới cống thoát nước chung, được xử lý cùng với bùn cặn nạo vét của mạng lưới thoát nước. Cặn lơ lửng trong nước thải lắng trong các bể lắng sơ cấp tạo thành bùn sơ cấp. Lượng bùn sơ cấp phát sinh được tính toán thông qua hàm lượng cặn lơ lửng có trong nước thải và hiệu suất xử lý. Tổng lượng cặn lơ lửng trong nước thải tính cho một người trong một ngày theo TCVN 7957-2008 [32] là 60÷65g/người/ngày, lượng bùn khô chiếm 1% - 3%.
Khoảng 25÷50 g cặn/người/ngày được giữ lại trong khâu xử lý bậc 1 [12]. Lượng bùn phát sinh trong bể lắng sơ cấp vào khoảng 100 – 300 mg/L nước thải, chứa khoảng 70% chất hữu cơ [129]. Bùn từ quá trình xử lý bậc 2, 3 như bùn hoạt tính dư sau aeroten hoặc màng sinh vật sau bể lọc sinh học, … bùn phát sinh này gọi là bùn thứ cấp. Bùn này được giữ lại tại bể lắng đợt 2 với khối lượng là 8 ÷ 32g/người/ngày, thể tích bùn có thể đạt tới 2,5 L/người/ngày phụ thuộc vào dây chuyền xử lý nước thải [20].20 Lượng bùn thải phát sinh phụ thuộc vào quá trình XLNT được trình bày ở bảng 1.1 đã cho thấy lượng bùn trung bình sinh ra từ bể lắng hai vỏ hay bể lắng sơ cấp bằng 0,15 kg/m3 nước thải, từ hệ thống bùn hoạt tính 0,08 kg/m3 nước thải, từ hồ sinh học xử lý hiếu khí 0,01 kg/m3 nước thải.
Bùn phát sinh từ trạm xử lý nước thải [91] Bùn khô (kg/1000 m3) Khối công trình xử lý Giá trị (min –max) Giá trị thường gặp Bể lắng sơ cấp hoặc bể lắng hai vỏ 110 - 170 150 Bể lắng đợt 2 sau bể aeroten 70 - 100 80 Bể lắng đợt 2 sau bể lọc sinh học 60 - 100 70 nhỏ giọt Bùn hoạt tính từ hồ sinh học 80 - 120 100 Sục khí mở rộng 80 - 120 100 Lọc 10 - 20 15 Như vậy, bùn phát sinh từ quá trình xử lý sơ cấp có khối lượng lớn hơn so với các quá trình xử lý khác. Tổng lượng bùn cặn sinh ra từ các công đoạn xử lý nước 9 thải ước tính bằng 5% đến 25% thể tích nước thải xử lý [5], nhưng quản lý bùn rất phức tạp, chi phí thường từ 20% đến 60% tổng chi phí vận hành cho toàn trạm XLNT [39]. Trong tương lai gần, khi nước thải tại các đô thị Việt Nam được thu gom và vận chuyển đến trạm XLNT, cũng như khi các trạm XLNT theo quy hoạch thoát nước được đưa vào vận hành hết công suất, lượng bùn phát sinh cần phải xử lý sẽ lớn hơn rất nhiều. Nếu tính lượng chất rắn lơ lửng sinh ra cho một người là 60 g/người.ngày [32], 80% tổng lượng nước thải phát sinh được thu gom xử lý tại các đô thị đến năm 2025 tầm nhìn đến năm 2050 [26]; dân số Việt Nam năm 2019 là 96,21 triệu người với tỷ lệ đô thị hóa là 34,4%, theo dự báo dân số Việt Nam 2014 -2049 [31] thì khối lượng bùn phát sinh dự báo ở các đô thị Việt Nam được tính toán phụ thuộc vào số dân đô thị đấu nối nước thải với HTTN trình bày ở bảng 1.
Dự báo khối lượng bùn phát sinh của các đô thị Việt Nam phụ thuộc vào % số dân đô thị đấu nối nước thải vào HTTN Số liệu Số liệu Số liệu Số liệu Số liệu TT Thông số Đơn vị năm năm năm năm năm TLTK 2019 2024 2034 2044 2049 Tỷ suất tăng dân 1 số bình quân % 0,8 0,47 0,2 0,16 [31] hàng năm triệu 2 Dân số cả nước 96,21 100,12 105,61 108,44 109,31 người 3 % 34,4 39,3 46,6 54,1 57,7 [31] Dân số đô thị (4=2*3/100) triệu 4 33,10 39,37 49,24 58,62 63,10 người Chất rắn lơ lửng g/người 5 60,0 60,0 60,0 60,0 60,0 [32] sinh ra /ngđ Nước thải được 6 % 80,0 80,0 80,0 80,0 80,0 [26] thu gom xử lý Khối lượng bùn phát sinh khi 100% dân số đô tấn/ 7 1.028,8 thị đấu nối vào ngày HTTN (7=4*5*6*/100) 10 Số liệu Số liệu Số liệu Số liệu Số liệu TT Thông số Đơn vị năm năm năm năm năm TLTK 2019 2024 2034 2044 2049 Khối lượng bùn phát sinh khi 80% dân số đô 8 1.423,0 thị đấu nối vào HTTN (8=7*0,8) Khối lượng bùn phát sinh khi 60% dân số đô 9 953,2 1.817,3 thị đấu nối vào HTTN (9=7*0,6) Bảng 1.2 cho thấy dân số đô thị tăng và tỷ lệ đấu nối nước thải từ các hộ dân vào HTTN tăng lên thì khối lượng bùn phát sinh từ xử lý nước thải cũng tăng theo. Thành phần, tính chất bùn của trạm XLNT đô thị Bùn phát sinh từ các quá trình XLNT có thành phần và tính chất khác nhau, phụ thuộc vào loại HTTN, nguồn nước thải chảy đến trạm xử lý, dây chuyền công nghệ XLNT đô thị và xử lý bùn của trạm xử lý. Thực tế, nước thải đầu vào mà các trạm XLNT ở các đô thị Việt Nam tiếp nhận từ HTTN chung có nồng độ BOD thấp, dao động từ 31mg/L đến 135mg/L và TN từ 11mg/L đến 44mg/L, trong khi thiết kế thường lấy nồng độ BOD là 150 - 200 mg/L và giá trị TN 40-60 mg/L [19], [117]. Các số liệu vận hành các trạm XLNT đô thị cho thấy hầu hết nước thải các đô thị Việt Nam đa số có tỷ lệ BOD5/TN thấp và nằm trong khoảng 1,6 ÷ 3,8, trong đó 86% trạm XLNT đô thị có tỷ lệ BOD5/TN trong khoảng 1,6 ÷ 3 [100], nhỏ hơn mức tối thiểu của nước thải đô thị nói chung BOD5/TN = 3÷8 [91].
Dẫn đến lượng bùn sinh ra trong quá trình xử lý nước thải khá thấp, công suất các công trình, thiết bị xử lý bùn cặn của trạm XLNT đô thị bị quá thừa và dẫn đến đầu tư không hiệu quả. Kết quả phân tích thành phần, tính chất bùn của 2 trạm XLNT đô thị điển hình Kim Liên và Trúc Bạch ở thành phố Hà Nội, có so sánh với kết quả trung bình của 11 bùn lấy từ đáy hồ kị khí của trạm XLNT Hòa Cường, Đà Nẵng và khoảng giá trị thường gặp của các loại bùn sơ cấp, thứ cấp hay hỗn hợp bùn chưa xử lý tại các trạm XLNT đô thị trên thế giới được trình bày ở bảng 1. Thành phần, tính chất bùn của các trạm XLNT [5] Bảng 1.3 cho thấy bùn phát sinh từ các công đoạn xử lý khác nhau có thành phần, tính chất khác nhau. Tại các trạm XLNT đô thị với công nghệ bùn hoạt tính, bùn sơ cấp có độ ẩm dao động lớn từ 91% đến 99,7%, tỷ lệ VS/TS dao động là 56,32% - 80,0%; bùn thứ cấp có độ ẩm 98,8% – 99,6%, tỷ lệ VS/TS dao động là 53,49% - 88,0%.
Do thành phần chủ yếu là sinh khối của vi sinh vật, bùn thứ cấp có chứa hàm lượng ni tơ, phốt pho và đạm cao hơn bùn sơ cấp, còn hàm lượng hydro cácbon, chất béo thấp hơn bùn sơ cấp. Do đặc thù của HTTN chung ở Hà Nội, Đà Nẵng và nhiều đô thị khác ở Việt Nam (HTTN thu gom và vận chuyển chung nước thải sinh hoạt và nước mưa), trong khi các đô thị trên thế giới chủ yếu dùng HTTN riêng nên độ ẩm của bùn sơ cấp tại các trạm XLNT của Việt Nam có độ ẩm 96,9% - 99,7% cao hơn so với độ ẩm của 12 bùn sơ cấp tại các trạm XLNT trên thế giới chỉ nằm từ 91- 95%, tỷ lệ VS/TS của bùn sơ cấp ở Việt Nam nằm trong khoảng 56,32% – 65,03% thấp hơn so với số liệu ở các nước trên thế giới 60%-80%. Bùn tích lũy nhiều năm trong hồ kị khí ở Đà Nẵng có hàm lượng hữu cơ thấp, VS/TS = 28,19% [75]. Đặc điểm này đòi hỏi phải cân nhắc kỹ các yếu tố kinh tế - kỹ thuật, quy mô công suất của trạm xử lý, để đảm bảo rằng việc áp dụng các hướng xử lý bùn, thu hồi tài nguyên là có hiệu quả.
Mặt khác, đặc điểm này cũng cho thấy cần cân nhắc cả hướng xử lý kết hợp bùn với các loại chất thải giàu hữu cơ khác để tăng hiệu quả kinh tế. Các chỉ tiêu kim loại nặng như Ni, Pb, Cu, Zn trong bùn của các trạm XLNT đô thị đã khảo sát ở Hà Nội, Đà Nẵng so sánh với giới hạn quy định đối với đất nông nghiệp nằm trong ngưỡng cho phép. Bùn cặn còn chứa nhiều vi sinh vật gây bệnh. Mỗi gam chất khô bùn có thể chứa 106 vi khuẩn E.
Coli, 102-103 vi khuẩn Salmonella, 102-104 virus Entero, 102-103 đơn bào Giardia, 102-103 trứng giun, sán các loại [6]. Bùn trạm XLNT đô thị có thành phần hữu cơ phân hủy được bằng phương pháp sinh học tương đối cao (thông qua giá trị COD, tỷ lệ VS/TS là 53,5% – 69,5%, thành phần hydrocarbon, đạm và chất béo), tỷ lệ C/N/P phù hợp cho quá trình ổn định kị khí. Việc sử dụng bùn tươi làm phân bón hay thải bỏ đều không an toàn. Do đó, cần phải xử lý bùn để ổn định, giảm mùi khó chịu và nguy cơ gây ô nhiễm môi trường, giảm lượng nước và khối lượng bùn ở mức tối thiểu.