tóm tắt luận án tiến sĩ Nghiên cứu sự chuyển hóa của một số yếu tố gây ô nhiễm trong quá trình ổn định bùn thải kết hợp rác hữu cơ bằng phương pháp lên men nóng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Cao Vũ Hưng NGHIÊN CỨU SỰ CHUYỂN HÓA MỘT SỐ YẾU TỐ GÂY Ô NHIỄM TRONG QUÁ TRÌNH ỔN ĐỊNH BÙN THẢI KẾT HỢP RÁC HỮU CƠ BẰNG PHƯƠNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Cao Vũ Hưng

NGHIÊN CỨU SỰ CHUYỂN HÓA MỘT SỐ YẾU TỐ GÂY

Ô NHIỄM TRONG QUÁ TRÌNH ỔN ĐỊNH BÙN THẢI KẾT HỢP RÁC HỮU CƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN NÓNG

Chuyên ngành : Hóa môi trường

TÓM TẮT DỰ THẢO LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC

Hà Nội - 2014

Công trình này được hoàn thành tại: Phòng thí nghiệm hóa môi trường - Khoa Hóa

học - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội

Giáo viên hướng dẫn khoa học: PGS TS Bùi Duy Cam

vào hồi ngày tháng năm 2014

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Quốc gia Việt Nam

- Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong các loại hình chất thải đô thị, bùn thải đô thị là một loại hình chất thải đặc thù 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 Mặt khác, quá trình hình thành bùn thải cũng tích lũy nhiều chất gây ô nhiễm nguy hiểm

Bùn thải đô thị có thể chứa tới hơn 300 các hợp chất hữu cơ khác nhau Các hợp chất vô cơ và các vi sinh vật gây bệnh cũng tồn tại với thành phần đa dạng trong bùn thải đô thị Các chất hữu cơ ô nhiễm chủ yếu phát hiện được trong bùn thải bao gồm các hợp chất hydrocacbon đơn vòng thơm (MAHs), các hợp chất hydrocacbon

đa vòng thơm (PAHs), polychlorinated biphenyls (PCBs), phthalic acid esters (PAEs), polychlorinated dibenzo-p-dioxins/furans (PCDD/Fs), chlorobenzens (CBs), amins, nitrosamins, phenols Chính sự tồn tại của kim loại nặng cũng như các chất ô nhiễm hữu cơ nêu trên trong bùn thải đã làm hạn chế khả năng tái chế bùn thải và sử dụng sản phẩm tái chế cho mục đích nông nghiệp

Báo cáo của Công ty TNHH MTV Thoát nước Hà Nội, trong năm 2012 lượng bùn thải đô thị thu gom trên toàn thành phố đạt 167.200 tấn trong đó chỉ có 2.140 tấn phát sinh từ trạm xử lý nước thải sinh hoạt Trước thực trạng này, đã có một số nghiên cứu được triển khai nhằm tìm ra lời giải cho bài toán quản lý bùn thải đô thị

Do năng lượng ngày một khan hiếm cộng với sức ép phải xử lý bùn thải đô thị

mà việc phát triển phương pháp phân hủy yếm khí ổn định bùn thải, thu hồi biogas như nguồn năng lượng tái tạo là xu hướng tất yếu Tại châu Âu hiện nay, lượng biogas thu được trong xử lý bùn thải bằng phương pháp lên men yếm khí đã vượt 200

tỷ m3

khí mỗi năm Hơn nữa, ổn định bùn thải đô thị bằng phương pháp lên men yếm khí là giải pháp phù hợp để sử dụng sản phẩm sau xử lý cho mục đích nông nghiệp Phương pháp phân hủy yếm khí ổn định bùn thải đô thị đã và đang trở thành một phương án tối ưu trong tổng thể hệ thống quản lý nước thải đô thị

Thời gian gần đây, ổn định bùn thải kết hợp với rác hữu cơ bằng phương pháp lên men yếm khí nóng với ưu thế như: thời gian ổn định ngắn, hiệu suất sinh CH4 cao

và tiêu diệt triệt để mầm bệnh đang rất được quan tâm nghiên cứu ứng dụng Tuy nhiên, để có thể áp dụng phương pháp xử lý nêu trên một cách hiệu quả đối với bùn thải đô thị tại Việt Nam cần thiết phải triển khai những nghiên cứu cụ thể

Nhằm góp phần vào việc hoàn thiện các phương pháp, quy trình xử bùn thải đô thị Việt Nam nói chung và bùn thải của thành phố Hà Nội nói riêng, chúng tôi đã

chọn đề tài là “Nghiên cứu sự chuyển hóa của một số yếu tố gây ô nhiễm trong quá trình ổn định bùn thải kết hợp rác hữu cơ bằng phương pháp lên men nóng”

2 Mục tiêu của đề tài

- Đánh giá nguồn phát sinh và mức độ ô nhiễm một số kim loại nặng và PAHs trong bùn thải sông Kim Ngưu, thành phố Hà Nội

- Nghiên cứu ổn định bùn thải sông Kim Ngưu kết hợp rác hữu cơ bằng phương pháp lên men yếm khí nóng

- Nghiên cứu sự chuyển hóa của kim loại nặng và PAHs trong quá trình ổn định kết hợp bùn thải và rác hữu cơ bằng phương pháp lên men yếm khí nóng

- Đề xuất quy trình xử lý và đánh giá khả năng áp dụng xử lý bùn thải sông Kim Ngưu kết hợp rác hữu cơ theo hướng giảm thiểu tối đa kim loại nặng và PAHs

trong sản phẩm Hướng tới sử dụng sản phẩm sau xử lý cho mục đích nông nghiệp

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Góp phần đánh giá nguồn phát sinh và mức độ ô nhiễm kim loại nặng, PAHs trong bùn thải sông Kim Ngưu (một trong những con sông tiếp nhận nước thải điển hình của Hà Nội)

- Tìm được điều kiện tối ưu để ổn định bùn thải sông Kim Ngưu kết hợp rác hữu cơ bằng phương pháp lên men yếm khí nóng

- Đánh giá được khả năng tích tụ và vận chuyển của kim loại nặng cũng như sự phân hủy của các hợp chất PAHs trong quá trình ổn định bùn thải sông Kim Ngưu kết hợp rác hữu cơ bằng phương pháp lên men yếm khí nóng

- Xây dựng được quy trình hiệu quả xử lý bùn thải sông Kim Ngưu nhằm thu

hồi biogas và sử dụng bùn thải sau xử lý vào mục đích nông nghiệp

- Cung cấp thông tin cần thiết về mức độ ô nhiễm của bùn thải đô thị Hà Nội cho các nhà quản lý và cộng đồng xã hội làm cơ sở để hoạch định chính sách về công tác quản lý bùn thải cũng như nâng cao nhận thức của xã hội nhằm giảm thiểu khả năng gây ô nhiễm bùn thải

- Bước đầu đề xuất quy trình xử lý bùn thải đô thị của Hà Nội phù hợp với mục đích sử dụng (thu hồi biogas trong quá trình xử lý và sử dụng sản phẩm sau xử lý vào mục đích nông nghiệp)

4 Những đóng góp mới của đề tài

- Lần đầu tiên đánh giá tổng quát nguồn phát sinh và mức độ ô nhiễm PAHs trong bùn thải của sông Kim Ngưu

- Đánh giá được khả năng tích tụ và vận chuyển của một số kim loại nặng trong quá trình ổn định bùn thải sông Kim Ngưu kết hợp rác hữu cơ bằng phương pháp lên men yếm khí nóng

- Xác định được khả năng phân hủy các hợp chất PAHs trong bùn thải ở điều kiện lên men yếm khí nóng và ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt Tween 80 đối với sự phân hủy PAHs trong điều kiện trên

- Đề xuất được quy trình xử lý bùn thải tại sông Kim Ngưu kết hợp với rác hữu

cơ theo hướng giảm thiểu kim loại nặng và PAHs nhằm sử dụng sản phẩm sau xử lý

cho mục đích nông nghiệp

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Khái quát về bùn thải đô thị và thực trạng quản lý bùn thải đô thị tại Hà Nội

1.1.1 Nguồn phát sinh bùn thải đô thị

Bùn thải đô thị là sản phẩm của quá trình thoát nước đô thị Nguồn phát sinh chủ yếu bao gồm: bùn phát sinh từ hệ thống bể phốt (septick tank), bùn từ các trạm

xử lý nước thải trong thành phố và bùn nạo vét hệ thống thoát nước Tỷ trong của các loại bùn nêu trên phụ thuộc vào đặc điểm riêng của hệ thống thoát nước đô thị

1.1.2 Đặc điểm của bùn thải đô thị

Bùn thải thoát nước đô thị có thành phần phức tạp Ngoài việc có chứa hàm lượng chất dinh dưỡng, bùn thải đô thị còn chứa nhiều chất gây ô nhiễm nguy hiểm như: kim loại nặng, các hợp chất hữu cơ khó phân hủy và mầm gây bệnh

1.1.3 Các phương pháp xử lý bùn thải đô thị

Tổng hợp được một số phương pháp xử lý đang được áp dụng phổ biến hiện nay cũng như sơ bộ đánh giá ưu nhược điểm của mỗi phương pháp Các phương pháp

xử lý phổ biến hiện nay bao gồm: Chôn lấp tại bãi chôn lấp chất thải, xử lý bằng phương pháp nhiệt (đốt triệt để), Sử dụng cải tạo đất nông nghiệp

1.1.4 Thực trạng quản lý bùn thải đô thị tại Hà Nội

Khái quát được thực trạng quản lý bùn thải đô thị tại Hà Nội Suy rộng ra thực trạng quản lý loại hình chất thải này trên cả nước

1.2 Kim loại nặng và PAHs trong bùn thải đô thị

1.2.1 Kim loại nặng

Phần tổng quan này đã giới thiệu rõ được nguồn phát sinh kim loại nặng trong bùn thải đô thị, đặc điểm tồn tại của một số kim loại nặng trong bùn thải đô thị và độc tính của một số kim loại nặng

1.2.2 Các hợp chất hữu cơ đa vòng thơm (PAHs)

Khái quát các thông tin liên quan đến các hợp chất PAHs Xác định nguồn phát sinh, đặc điểm tồn tại trong bùn thải đô thị cũng như độc tính của PAHs

1.3 Phương pháp lên men yếm khí trong xử lý bùn thải đô thị và rác thải hữu cơ 1.3.1 Cơ sở của phương pháp lên men phân hủy yếm khí

Đã nêu rõ được lý thuyết quá trình phân hủy yếm khí Sự hình thành khí CH4

trải qua 03 giai đoạn khác nhau bao gồm: giai đoạn thủy phân (hydrolysis), giai đoạn axít hóa (acidogenesis) và giai đoạn sinh CH4 (methanogenesis)

1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy yếm khí

Các yếu tố tác động lên quá trình phân hủy yếm khí bao gồm: thành phần nguyên liệu đầu vào, pH, độ kiềm, tỷ lệ axít béo dễ bay hơi/độ kiềm, nhiệt độ và thời gian lưu

1.3.3 Các kỹ thuật ứng dụng phương pháp lên men yếm khí trong xử lý bùn thải

đô thị và rác thải hữu cơ

Đã chi tiết được lý thuyết về một số kỹ thuật phổ biến được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi bao gồm: kỹ thuật lên men khô, kỹ thuật lên men ướt một giai đoạn, kỹ thuật lên men ướt hai giai đoạn

1.3.4 Sự phân hủy PAHs trong quá trình ổn định bùn thải đô thị bằng phương pháp lên men yếm khí

Khái quát được lý thuyết cơ bản về phân hủy của PAHs trong điều kiện yếm khí và các yếu tố tác động đến quá trình phân hủy của chúng

1.3.5 Sự chuyển hóa của kim loại nặng trong quá trình ổn định bùn thải đô thị bằng phương pháp lên mem yếm khí

Tổng hợp lý thuyết về sự tích tụ và vận chuyển của kim loại nặng trong quá trình ổn định bùn thải bằng phương pháp lên men yếm khí

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu

Bùn thải sông Kim Ngưu sông tiếp nhận nước thải đặc trưng của thành phố Hà Nội được lựa chọn là đối tượng nghiên cứu chính của Luận án 05 điểm dọc theo bờ sông Kim Ngưu được lựa chọn lấy mẫu bao gồm: M1: Cầu Lạc Trung, M2: Ngõ 03 Yên Lạc, M3: Cầu Minh Khai, M4: Cầu Voi, M5: Khu đô thị Minh Khai Bùn trong phạm vi lựa chọn được lấy và triển khai nghiên cứu ổn định kết hợp với rác hữu cơ bằng phương pháp lên men nóng trong phòng thí nghiệm

Để thực hiện nghiên cứu ổn định bùn thải kết hợp rác hữu cơ trong phòng thí nghiệm, rác hữu cơ với thành phần xác định (30% nguồn gốc động vật, 70% nguồn gốc rau quả thực vật) được sử dụng kết hợp với bùn thải nhằm điều chỉnh thành phần đầu vào trong các thí nghiệm ổn định

2.2 Nội dung nghiên cứu

- Đánh giá nguồn phát sinh và mức độ ô nhiễm một số kim loại nặng và PAHs trong bùn thải sông Kim Ngưu

- Nghiên cứu các điều kiện tối ưu để xử lý bùn thải sông Kim Ngưu kết hợp rác hữu cơ bằng phương pháp lên men yếm khí nóng trên quy mô phòng thí nghiệm

- Nghiên cứu sự chuyển hóa của kim loại nặng và PAHs trong quá trình ổn định bùn thải kết hợp rác hữu cơ bằng phương pháp lên men yếm khí nóng

- Đề xuất và đánh giá quy trình xử lý bùn thải sông Kim Ngưu theo hướng giảm thiểu hàm lượng kim loại nặng và PAHs trong sản phẩm sau xử lý để sử dụng vào mục đích nông nghiệp

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu

Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu được sử dụng để thu thập các thông tin khoa học, các văn bản, tài liệu của các nghiên cứu sẵn có trong đó vận dụng một cách phù hợp các kết quả nghiên cứu sẵn có làm cơ sở định hình nghiên cứu cũng

như rút ra những kết luận khoa học cần thiết

2.2.2 Phương pháp lấy mẫu thực địa

Mẫu tại các điểm lựa chọn nghiên cứu được lấy bằng dụng cụ lấy mẫu Mỗi điểm lấy lặp 03 mẫu Các mẫu bùn được lấy ở tầng bùn phía trên trong khoảng từ 0 -

20 cm tính từ mặt lớp bùn xuống Mẫu được bảo quản và chuyển về phòng thí nghiệm Tại phòng thí nghiệm mẫu được bảo quản trong tủ lạnh tại nhiệt độ 4o

C Bùn

sử dụng tiến hành ổn định trong phòng thí nghiệm được lấy tại vị trí M3 (cầu Minh Khai) Bùn được lấy bằng gầu múc thép không rỉ và được chuyển vào thùng nhựa 30 lít, sau khi loại bỏ hết gạch đá có kích thước lớn bùn được chuyển vào can nhựa dung tích 20 lít và vận chuyển về phòng thí nghiệm

2.2.3 Thiết bị xử lý lên men yếm khí

Mô hình xử lý quy mô phòng thí nghiệm được thiết kế và chế tạo bao gồm các

bộ phận chính:

- Thân thiết bị phản ứng: được chế tạo bằng thép không gỉ, kích thước R = 600

mm, H = 800 mm, thể tích hiệu dụng 40 lít, hai lớp vỏ và ngoài cùng được bảo ôn bằng bông thủy tinh

- Động cơ cánh khuấy là loại động cơ giảm tốc với tốc độ 200 vòng/phút kết hợp với cánh khuấy bằng thép không gỉ

- Cửa nạp liệu hình tròn đường kính R = 60 mm, nguyên liệu sau khi chuẩn bị được đưa vào thiết bị lên men thông qua cửa nạp liệu

- Hệ thống đo thể tích biogas hoạt động theo nguyên tắc chiếm chỗ của thể tích khí so với thể tích nước trong bình

- Van lấy mẫu đường kính 48 mm được đặt ở phía dưới đáy thiết bị phản ứng

- Bộ điều nhiệt hoạt động theo nguyên tắc gia nhiệt và bơm nước nóng tuần hoàn qua lớp vỏ thiết bị lên men yếm khí

- Tủ điện điều khiển được lắp đặt bao gồm các linh kiện giúp duy trì hoạt động

Hình 2.3 Sơ đồ phương pháp thực nghiệm xử lý kết hợp bùn thải và rác hữu cơ

Bùn được lọc qua sàng kích thước mắt lưới 1 mm loại bỏ hoàn toàn sạn, sỏi to còn sót lại, bổ sung thêm nước sao cho tỷ trọng bùn đạt 1,45 g/ml Rác thải hữu cơ có nguồn gốc từ rác chợ, rác hữu cơ được lựa chọn với tỷ lệ 30% nguồn gốc động vật và 70% nguồn gốc rau quả thực vật Rác được nghiền mịn bằng máy xay sinh tố, thêm nước sao cho rác sau chuẩn bị đạt tỷ trọng khoảng 1,25 g/ml Phối trộn hai thành

EC, TS, VS, CODt,

NH 4 + , TN, PO 4 3- ,

TP

Thiết bị lên men yếm khí

phần bùn thải và rác hữu cơ theo thành phần thể tích đã định trong các thí nghiệm (Hình 2.3) với tổng thể tích mỗi mẻ thí nghiệm là 30 lít

Hỗn hợp được đưa vào thiết bị phản ứng lên men nóng Nhiệt độ trong thiết bị được duy trì ở 55oC trong suốt khoảng thời gian tiến hành ổn định Thể tích biogas,

pH, EC được theo dõi hàng ngày Các chỉ số khác như thành phần biogas, TS, VS,

TN, NH4+, TP, PO43-, CODt được theo dõi định kỳ sau khoảng 3-10 ngày/lần theo kế hoạch thực nghiệm

2.2.4.2 Nghiên cứu sự tích tụ, vận chuyển của kim loại nặng và sự phân hủy của PAHs

Trong thí nghiệm 4 (TN4) và thí nghiệm 5 (TN5), thành phần rác hữu cơ và bùn thải được chuẩn bị và điều chỉnh dựa trên tỷ lệ phối trộn thích hợp đã được xác định trong nghiên cứu trước TN5 được thiết lập nhằm nghiên cứu tác dụng của chất hoạt động bề mặt đối với sự phân hủy của các hợp chất PAHs có trong bùn thải Các bước tiến hành thí nghiệm được chỉ ra trong Hình 2.4 Thể tích hỗn hợp bùn rác đưa vào thiết bị phản ứng của hai thí nghiệm (TN4 và TN5) đều đạt 30 lít

Hình 2.4 Sơ đồ phương pháp thực nghiệm nghiên cứu sự tích tụ và vận chuyển của

kim loại nặng và phân hủy của PAHs

Các thí nghiệm trên được tiến hành trong 90 ngày, nhiệt độ được duy trì ổn định tại 55oC Trong suốt quá trình ổn định, thể tích biogas, pH, EC được theo dõi hàng ngày, các chỉ số khác như thành phần biogas, TS, VS, CODt, NH4+

EC, TS, VS, CODt, NO 3 - ,

NH 4 + , TN, PO 4 3- ,

TP, Tổng KLN, KLN trong dd ngâm rửa, PAHs

Thiết bị lên men yếm khí

chất rắn (TS) áp dụng phương pháp SMEWW 2540.B:2005; chất rắn bay hơi (VS) áp dụng phương pháp SMEWW 2005 (2540 E); COD tổng áp dụng theo TCVN 6492:

2011 (ISO 10523: 2008); Nitơ tổng áp dụng theo TCVN 6624-1:2000 (ISO 1:1997); N-NH4 áp dụng theo TCVN 6660:2000; Phốt pho tổng (TP) áp dụng theo TCVN 6202:1996; P-PO4 áp dụng theo TCVN 6202:2008 (ISO 6878:2004)

11905 Phân tích thành phần biogas bằng máy phân tích nhanh Biogas, Ggeotech Thành phần khí được xác định bao gồm: %CH4, %CO2, %H2S, %O2 và % khí khác

- Áp dụng phương pháp phân tích ICP-OES (TCVN 6665:2011) để xác định nồng độ kim loại nặng

- Áp dụng phương pháp GC-FID để xác định nồng độ PAHs

2.2.6 Hóa chất sử dụng

Các hóa chất dùng trong nghiên cứu có độ sạch tinh khiết phân tích (PA)

2.2.7 Phương pháp xử lý số liệu nghiên cứu

Phương pháp thống kê được sử dụng xử lý số liệu nghiên cứu

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đặc điểm ô nhiễm kim loại nặng và PAHs trong bùn thải sông Kim Ngưu 3.1.1 Đặc điểm hóa lý của bùn thải sông Kim Ngưu

Các thông số hóa lý đối với bùn thải tại 05 điểm khảo sát (M1: Cầu Lạc Trung, M2: Ngõ 03 Yên Lạc, M3: Cầu Minh Khai, M4: Cầu Voi, M5: Khu đô thị Minh Khai) là ổn định Độ pH trong khoảng 7,04 - 7,41, COD tổng (CODt) dao động trong khoảng 79900 - 83030 mg/l, là khoảng chênh lệch không quá lớn qua 05 điểm khảo sát nêu trên Tổng chất rắn bay hơi (VS) ổn định trong khoảng 24,5 - 26,2%, một số chỉ số khác như: NH4+

3.1.2 Kim loại nặng trong bùn thải sông Kim Ngưu

Kết quả phân tích hàm lượng một số kim loại nặng được chỉ ra ở bảng dưới đây:

Bảng 3.2 Hàm lượng kim loại nặng trung bình của bùn thải ở các điểm khảo sát

DS, giá trị này chỉ ngang bằng và thấp hơn một số kết quả nghiên cứu tương tự đối với bùn sông Kim Ngưu đã được thực hiện trước đây Hàm lượng trung bình của Cr,

Cu và Pb lần lượt là 105, 166 và 73,7 mg/kg DS là tương đối thấp so với khảo sát đã được thực hiện

Mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong bùn thải vượt khá xa so với quy định cho phép đối với các loại đất Trong số đó hàm lượng các kim loại như As, Cd, Cu và Zn vượt khá xa tiêu chuẩn áp dụng đối với đất nông nghiệp theo quy định tại QCVN 03/2008/BTNMT Riêng đối với các kim loại như: As, Cu, Zn thậm chí còn vượt quy định áp dụng đối với đất công nghiệp

Hàm lượng kim loại nặng tại điểm M3 (cầu Minh Khai) tăng cao do khu vực cầu Minh Khai là điểm tiếp nhận trực tiếp nước thải từ nhà máy dệt nhuộm và một số xưởng sản xuất cơ khí còn tồn tại xung quanh khu vực khảo sát

Hàm lượng của một số kim loại nặng đặc trưng như: Pb, Cu, Ni, Cr trong bùn thải sông Kim Ngưu không có sự chênh lệch lớn khi so sánh với bùn thải tại nhà máy

xử lý nước thải đô thị của Trung Quốc Tuy nhiên, nồng độ trung bình của Zn trong bùn sông Kim Ngưu là 569 mg/kg DS thấp hơn so với hàm lượng Zn trong mẫu bùn thải tại Bắc Kinh trong khoảng 783 - 3096 mg/kg DS và thấp hơn trong bùn thải tại Triết Giang trong khoảng từ 1406 mg/kg DS đến 3699 mg/kg DS Hàm lượng kim loại nặng trong mẫu bùn sông Kim Ngưu lại có sự tương đồng với mẫu bùn khảo sát sông tiếp nhận nước thải Almendares tại Cuba

3.1.3 PAHs trong bùn thải sông Kim Ngưu

Kết quả phân tích hàm lượng PAHs được chỉ ra ở bảng dưới đây:

Bảng 3.5 Hàm lượng PAHs trung bình của bùn thải ở các điểm khảo sát

Benz[a]anthracene <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 Chrysene <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01

0,01 mg/kg DS: giới hạn phát hiện; n: số mẫu trên điểm khảo sát

16 PAHs (US EPA) trong mẫu bùn khảo sát tại sông Kim Ngưu có hàm lượng nằm trong khoảng 218 - 751 mg/kg DS (Bảng 3.5) Tương tự như đối với kim loại nặng, điểm khảo sát có hàm lượng PAHs cao nhất là M3 (cầu Minh Khai) Về tổng thể, kết quả khảo sát cho thấy tổng hàm lượng PAHs có xu hướng giảm từ điểm M1 - M5 theo hướng dòng chảy ngoại trừ việc tăng cao bất thường tại điểm M3 Tổng hàm lượng PAHs trong bùn thải sông Kim Ngưu cao hơn nhiều so với bùn thải tại nhà máy xử lý nước thải của Trung Quốc cũng như bùn thải của nhà máy xử lý nước thải tương tự tại Hàn Quốc PAHs tích tụ với hàm lượng cao trong bùn thải sông Kim Ngưu chủ yếu do sự phức tạp của nguồn thải sông tiếp nhận Hơn nữa, việc tích tụ của các PAHs trong bùn thải tại sông thoát nước trong thời gian dài đã làm cho hàm lượng PAHs tăng cao hơn so với bùn thải tại các trạm xử lý nước thải được luân chuyển và xử lý liên tục

Hàm lượng trung bình của các hợp chất 5-6 vòng là 444 mg/kg DS lớn hơn nhiều so với hàm lượng trung bình 11,7 mg/kg DS của các hợp chất PAHs có từ 2-4 vòng trong mẫu bùn thải khảo sát tại sông Kim Ngưu (Bảng 3.5)

Hiện tượng này liên quan đến khả năng phân hủy sinh học của các hợp chất PAHs trong điều kiện tự nhiên dưới tác dụng của tập đoàn vi sinh vật có sẵn trong bùn thải Sự phân hủy sinh học của các hợp chất có khối lượng phân tử nhỏ là dễ dàng hơn so với các hợp chất PAHs có khối lượng phân tử lớn

Trong nghiên cứu này, tỷ lệ giữa hàm lượng của Fl/(Fl + Pyrene) trong một số mẫu khảo sát >0,5 chứng tỏ PAHs có nguồn gốc từ sự cháy các hợp chất hữu cơ Trong khi đó, tỷ lệ giữa IP/(IP + Benzo[ghi]perylene) trong khoảng 0,18 - 0,57, chứng tỏ nguồn gốc phát thải từ sự cháy của nhiên liệu hóa thạch Ngoài ra, một số mẫu có tỷ lệ Fl/(Fl + Pyrene) xung quanh 0,43 chứng tỏ nguồn thải còn có nguồn gốc

từ xăng dầu Tóm lại, nguồn phát thải PAHs vào bùn thải sông Kim Ngưu bao gồm

cả nguồn xăng, dầu của các dịch vụ sửa chữa phương tiện giao thông trong khu vực khảo sát và nguồn gốc từ sự cháy của chất hữu cơ, than và nhiên liệu hóa thạch

Hàm lượng của hầu hết các hợp chất PAHs trong bùn thải sông Kim Ngưu đều vượt quá PELs (Probable Effect Levels) theo quy định của Bộ Môi trường Canada (CCME, 2002) Chỉ có hàm lượng của Fluoranthene và Pyrene ở một vài mẫu thấp hơn so với các giá trị giới hạn nêu trên

3.1.4 Đánh giá khả năng sử dụng bùn thải sông Kim Ngưu cho cải tạo đất nông nghiệp

Hàm lượng của As, Cd, Cu và Zn trong hầu hết các mẫu bùn thải khảo sát tại sông Kim Ngưu đều vượt mức quy định cho phép đối với đất nông nghiệp theo quy định tại QCVN: 03/2008/BTNMT

Tổng hàm lượng PAHs trong bùn thải sông Kim Ngưu vượt quá quy định củaThụy Điển năm 1996 quy định đối với 06 PAHs bao gồm: Fluoranthene, Benzo[a]-pyrene, Benzo[b]fluoranthene, Benzo[k]fluoranthene, Benzo [g,h,i]perylene và Indeno[1,2,3-cd]pyrene trong bùn thải thoát nước đô thị có thể sử dụng cải tạo đất nông nghiệp với hàm lượng tối đa cho phép là 3 mg/kg DS Hơn nữa, tổng hàm lượng PAHs cũng vượt quá quy định đối với 9 PAHs trong bùn thải thoát nước đô thị có thể sử dụng trong cải tạo đất nông nghiệp tại châu Âu bao gồm: Acenaphthene, Phenanthrene, Fluorene, Fluoranthene, Pyrene, Benzo[b+j+k]fluoranthene, Benzo[a]-pyrene, Benzo[g,h,i]perylene và Indeno[1,2,3-cd]pyrene với hàm lượng tối đa cho phép là 6 mg/kg DS

Như vậy, việc sử dụng trực tiếp bùn thải sông Kim Ngưu cho cải tạo đất nông nghiệp là không khả quan Cần thiết phải có biện pháp xử lý loại bỏ các yếu tố ô nhiễm nêu trên để có thể sử dụng bùn thải cho mục đích nông nghiệp

3.2 Nghiên cứu xác định điều kiện tối ưu trong quá trình ổn định bùn thải kết hợp rác hữu cơ bằng phương pháp lên men yếm khí nóng

Mục tiêu nghiên cứu ở đây là xác định tỷ lệ phối trộn thích hợp giữa bùn thải sông Kim Ngưu và rác hữu cơ Để thực hiện mục tiêu trên, các thông số hóa lý như: khả năng loại bỏ COD tổng (CODt), khả năng loại bỏ tổng chất rằn (TS) và tổng chất rắn dễ bay hơi (VS), sự giảm thiểu NH4+ và tổng Nitơ (TN), sự giảm thiểu PO43- và