Chương 1. Tổng quan về phân bùn bể tự hoại và chất thải rắn hữu cơ từ chợ Chương 2. Cở sở lý luận nghiên cứu công nghệ sinh học kỵ khí chất hữu cơ thu khí sinh học Chương 3. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Chương 4.
Kết quả nghiên cứu và bàn luận 7 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PHÂN BÙN BỂ TỰ HOẠI VÀ CHẤT THẢI RẮN HỮU CƠ TỪ CHỢ 1. Tổng quan về phân bùn bể tự hoại 1. Sự hình thành phân bùn bể tự hoại “Phân bùn” được định nghĩa là hỗn hợp bùn, phân và chất lỏng được hình thành trong các hệ thống vệ sinh tại chỗ, riêng lẻ như: xí đào, xí dội nước, xí công cộng, xí nối với bể tự hoại [25], [55], [66].
Phân bùn được coi là một dạng của bùn cặn. Phân bùn bể tự hoại là một dạng bùn cặn hình thành trong bể tự hoại. Khi bể tự hoại tiếp nhận các sản phẩm bài tiết của con người quá trình lắng cặn tự nhiên diễn ra. Phần nước thải được xả vào hệ thống cống thoát nước công cộng hoặc xả trực tiếp vào hệ thống kênh mương, sông ngòi.
Phần cặn lắng hữu cơ được chuyển hóa ở đáy của bể tự hoại nhờ quá trình phân hủy yếm khí hình thành phân bùn bể tự hoại. Quá trình hình thành phân bùn trong các bể tự hoại được thể hiện ở hình 1. Phân vào Nước ra Lớp váng Bùn cặn Hình 1. Quá trình hình thành phân bùn trong bể tự hoại [1] 1.
Khối lƣợng, thành phần và tính chất phân bùn a. Khối lƣợng phân bùn Trên thế giới cũng như tại Việt Nam cùng với tốc độ đô thị hóa là sự gia tăng về dân số kéo theo đó là sự gia tăng các công trình vệ sinh tại chỗ, ước tính sẽ có khoảng 5 tỷ người sử dụng hệ thống vệ sinh tại chỗ vào năm 2030 [71]. Do đó lượng phân bùn phát sinh sẽ là rất lớn. Ở Việt Nam hiện chưa có con số thông kê cụ thể về lượng phân bùn bể tự hoại phát sinh tại các đô thị.
Tuy nhiên tại một số thành 8 phố lớn như Hà Nội, Thành Phố Hồ Chí Minh đã có những khảo sát, điều tra về lượng phân bùn, tại hai thành phố này lượng phân bùn bể tự hoại phát sinh khoảng 500m3/ngày [33], [35]. Lượng phân bùn hình thành trong bể tự hoại phụ thuộc vào nhiều yếu tố như lượng người sử dụng và tần suất sử dụng nhà vệ sinh, thói quen sinh hoạt, ăn uống của từng vùng, từng hộ gia đình. Ở những nơi có thói quen ăn thực phẩm chứa nhiều chất xơ lượng phân tạo thành sẽ nhiều hơn những nơi ăn thực phẩm chứa nhiều thịt, lượng phân bùn phát sinh ở một số nước được đưa ra ở bảng 1. Khối lƣợng phân bùn bể tự hoại phát sinh theo đầu ngƣời ở những nƣớc khác nhau TT Nƣớc Khối lƣợng phân bùn ƣớt (g/ngƣời/ngày) 1 Những nước có thu nhập cao 100 – 200 2 Những nước có thu nhập thấp vùng nông thôn 350 3 Những nước có thu nhập thấp vùng đô thị 250 4 Trung Quốc 315 5 Kenya 520 6 Thái Lan 120 - 400 Nguồn: Linda và cộng sự, 2014 [71] b.
Thành phần và tính chất phân bùn Phân bùn bể tự hoại là sản phẩm của quá trình lên men các cặn rắn chất bài tiết của con người trong bể tự hoại trong khi chất bài tiết của con người lại chứa rất nhiều các chất dinh dưỡng (được thể hiện ở bảng 1.2) do đó trong phân bùn có chứa một lượng lớn chất dinh dưỡng và các loại vi sinh vật. Thành phần một số chất trong sản phẩm bài tiết của con ngƣời Thành phần Nƣớc tiểu Phân Phân + Nƣớc tiểu g/ngƣời/ngày đêm Ni tơ 11,0 1,5 12,5 9 Thành phần Nƣớc tiểu Phân Phân + Nƣớc tiểu g/ngƣời/ngày đêm Phốt pho 1,0 0,5 1,5 Kali 2,5 1,0 3,5 Cacbon hữu cơ 6,6 21,4 30 Nguồn: Nguyễn Thị Kim Thái và cộng sự, 2013 [25] Các thông số thường được xem xét cho thành phần phân bùn bể tự hoại thường bao gồm tổng lượng chất rắn (TS), hàm lượng COD, BOD, các chất dinh dưỡng, tác nhân gây bệnh và kim loại nặng giống với các thông số của nước thải sinh hoạt. Tuy nhiên đặc tính của phân bùn bể tự hoại rất khác so với nước thải sinh hoạt và bùn từ các trạm xử lý nước thải. Theo kết quả một số nghiên cứu trên thế giới sự khác nhau về thành phần của phân bùn bể tự hoại so với bùn nước thải sinh hoạt được thể hiện ở bảng 1.
Đặc điểm phân bùn từ các hệ thống vệ sinh tại chỗ so với nƣớc thải sinh hoạt Thông số Nguồn phân bùn Bùn từ hệ Nhà vệ sinh Bể tự hoại thống xử lý công cộng nƣớc thải pH 1,5-12,6 - - 52.000 - Tổng chất rắn, TS mg/L ≥3,5% <3% <1% Tổng chất rắn bay 68 50 - 73 - hơi, TVS (%TS) COD (mg/L) 20.600 20 - 229 Tổng Nitơ Kjeldahl, 3.200 2 - 168 Nitrat (NO3-) - 0,2 - 21 - (mgN/L) 10 Thông số Nguồn phân bùn Bùn từ hệ Nhà vệ sinh Bể tự hoại thống xử lý công cộng nƣớc thải Tổng photpho, 450 150 9 - 63 TP(mgP/L) Coliform 1x105 1x105 6,3x104 – (cfu/100mL) 6,6x105 Trứng giun sán/L 20.000 Nguồn: Linda và cộng sự, 2014 [71] Các thông số ở bảng 1.3 cho thấy thành phần chất hữu cơ, chất rắn, NH4-N, tổng photpho, trứng giun sán trong phân bùn bể tự hoại thường cao hơn trong bùn từ hệ thống xử lý nước thải gấp 10 lần hoặc hơn. Không giống như bùn từ các trạm xử lý nước thải, sự ổn định hữu cơ của phân bùn có giá trị rất khác nhau. Do trong thực tế quá trình phân hủy phân bùn trong bể tự hoại chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như nhiệt độ, môi trường, thời gian lưu giữ và sự có mặt của các yếu tố ngăn cản quá trình, ngoài ra công nghệ và mô hình nạo vét bể cũng là yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính của phân bùn bể tự hoại. Tại Việt Nam theo một số kết quả nghiên cứu thành phần phân bùn bể tự hoại tại một số đô thị được thể hiện ở bảng 1.
Thành phần phân bùn bể tự hoại tại một số đô thị của Việt Nam Đô thị Hà Nội Đà Nẵng Thành phố Hồ Chí Thông số Minh pH 6,9 – 7,2 7,3 – 8,2 7,18 – 7,81 TS, mg/L 4.811 Nguồn tham Nguyễn Trần Văn Nguyễn Trung Việt khảo Phương Thảo Quang và cộng (2008) [35] (2016) [29] sự (2012) [22] 11 Như vậy có thể thấy hàm lượng chất ô nhiễm trong phân bùn bể tự hoại tại các đô thị của Việt Nam còn khá cao. Mặc dù trong bể tự hoại xảy ra quá trình lắng và phân hủy kỵ khí chất hữu cơ. Tuy nhiên hiệu quả xử lý BOD và chất rắn lơ lửng của bể tự hoại thường đạt từ 0 đến 50%, tùy theo thiết kế bể tự hoại, dạng xả nước, thói quen thông hút bùn, v. Nguyên nhân do tại Việt Nam việc thiết kế và xây dựng bể tự hoại tại các hộ gia đình thường được thực hiện một cách tự phát, gần như phụ thuộc hoàn toàn vào kinh nghiệm của người xây dựng do đó hiệu quả xử lý của bể tự hoại không cao.
Cùng với đó phân và nước tiểu đưa vào bể tự hoại có hàm lượng amoni cao, lượng amoni này dễ chuyển hóa sang dạng ammoniac NH3 gây ức chế hoạt động của vi sinh vật trong bể tự hoại làm giảm hiệu quả xử lý [1]. Hơn nữa các đơn vị công ích thường thu gom cả phân bùn tươi từ các nhà vệ sinh công cộng và phân bùn bể tự hoại đã được lưu giữ tại các hộ gia đình. Phân bùn tươi thu gom từ các nhà vệ sinh công cộng có hàm lượng chất hữu cơ rất cao, theo kết quả tham khảo ở bảng 1.3 hàm lượng COD từ 20. Do đó phân bùn bể tự hoại tại các trạm tập kết xử lý là hỗn hợp hai loại phân bùn này có thành phần chất hữu cơ cao.
Theo kết quả một số nghiên cứu thể hiện tại bảng 1.4 cho thấy trong phân bùn bể tự hoại tại các đô thị của Việt Nam có hàm lượng VS cao dao động từ 2.700mg/L, COD dao động từ 2. Theo nhiều tác giả chất thải có thành phần hữu cơ cao hoàn toàn có thể xử lý bằng phương pháp sinh học [6], [7], [11], [17]. Như vậy với thành phần chất hữu cơ cao như trên hoàn toàn có thể áp dụng phương pháp sinh học để giảm thiểu, thu hồi một phần chất hữu cơ trong phân bùn bể tự hoại bên cạnh các công trình xử lý phụ trợ khác trong toàn bộ hệ thống xử lý. Tổng quan về quản lý và xử lý phân bùn bể tự hoại 1.
Quản lý và xử lý phân bùn tại các đô thị trên thế giới Tại đô thị của các nước phát triển như ở châu Âu và Bắc Mỹ phần lớn nhà vệ sinh thường được đấu nối trực tiếp với hệ thống thoát nước và được đưa đến trạm xử lý nước thải. Do tại các đô thị này có rất nhiều thuận lợi như: nguồn nước dồi dào, sự phát triển của khoa học kỹ thuật và tiềm lực kinh tế lớn do đó cơ sở hạ tầng 12 được xây dựng với quy mô lớn cũng như các biện pháp xử lý nước thải rất hiệu quả. Tuy nhiên lại yêu cầu chi phí lớn và công nghệ phức tạp [71]. Tại đô thị các nước đang phát triển như ở Châu Phi, Châu Á và Châu Mỹ Latinh phần lớn các hộ gia đình sử dụng hệ thống vệ sinh tại chỗ điển hình là bể tự hoại dẫn đến sự tích tụ phân bùn.
Lượng phân bùn này cần phải được loại bỏ do đó rất cần có hệ thống quản lý phân bùn bao gồm các hoạt động thông hút, thu gom, vận chuyển và xử lý [55]. Tuy nhiên tại các nước đang phát triển hệ thống quản lý phân bùn bể tự hoại thường chưa đầy đủ, hoạt động kém hiệu quả do gặp phải những khó khăn như: Thiếu sự quan tâm của các cấp chính quyền và người dân, thiếu khung pháp lý, vai trò của các đơn vị tư nhân chưa được đề cao, phí thông hút chưa được tính toán một cách rõ ràng, việc tiếp cận thông hút phân bùn còn gặp nhiều khó khăn do cơ sở hạ tầng yếu kém, hoạt động thông hút không được thực hiện định kỳ, nhà máy xử lý phân bùn còn thiếu [95]. Tại các nước này phần lớn lượng phân bùn thu gom được đổ ra sông, hồ, kênh, rạch hoặc sử dụng trực tiếp cho nông nghiệp, chỉ lượng nhỏ phân bùn được đưa đến hệ thống xử lý.