Nghiên cứu xử lý phân bùn bể tự hoại bằng phương pháp sinh học trong điều kiện Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Hoàng Lê Phương NGHIÊN CỨU XỬ LÝ PHÂN BÙN BỂ TỰ HOẠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM Chuyên ngành: Công nghệ môi trư

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

Hoàng Lê Phương

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ PHÂN BÙN BỂ TỰ HOẠI BẰNG

PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM

Chuyên ngành: Công nghệ môi trường chất thải rắn

Mã số: 62.52.03.20-1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

Hoàng Lê Phương

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ PHÂN BÙN BỂ TỰ HOẠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM

Chuyên ngành: Công nghệ môi trường chất thải rắn

Mã số: 62.52.03.20-1

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1 GS.TS Nguyễn Thị Kim Thái

2 PGS.TS Lều Thọ Bách

Hà Nội- Năm 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận án Tiến sĩ khoa học “Nghiên cứu xử lý phân bùn bể tự hoại bằng phương pháp sinh học trong điều kiện Việt Nam” là công trình do tôi nghiên cứu và thực hiện Các kết quả, số liệu của luận án hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận án

Hoàng Lê Phương

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trường Đại học Xây Dựng nơi Tôi học tập, Khoa Đào tạo Sau Đại học, Khoa Kỹ thuật Môi trường, Bộ môn Công nghệ và Quản lý Môi trường của Trường đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc, sự kính trọng nhất đến GS.TS Nguyễn Thị Kim Thái và PGS.TS Lều Thọ Bách đã tận tình hướng dẫn, động viên, giúp đỡ

và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất trong thời gian tôi hoàn thành luận án Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy, các nhà khoa học, chyên gia đã có những ý kiến đóng góp cho luận án trong quá trình thực hiện

Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể lãnh đạo Trường Đại học Kỹ thuật Công Nghiệp Thái Nguyên nơi tôi công tác đã hỗ trợ, tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án

Cuối cùng, Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, động viên, chia sẻ của gia đình, bạn bè và đồng nghiệp trong quá trình thực hiện nghiên cứu

Tác giả luận án

Hoàng Lê Phương

MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT i

DANH MỤC BẢNG ii

DANH MỤC HÌNH iv

MỞ ĐẦU 1

1 SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN 1

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN 3

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN 3

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN 3

7 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN 5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHÂN BÙN BỂ TỰ HOẠI VÀ CHẤT THẢI RẮN HỮU CƠ TỪ CHỢ 7

1.1 Tổng quan về phân bùn bể tự hoại 7

1.1.1 Sự hình thành phân bùn bể tự hoại 7

1.1.2 Khối lượng, thành phần và tính chất phân bùn 7

1.2 Tổng quan về quản lý và xử lý phân bùn bể tự hoại 11

1.2.1 Quản lý và xử lý phân bùn tại các đô thị trên thế giới 11

1.2.2 Quản lý và xử lý phân bùn tại Việt Nam 16

1.3 Tổng quan về chất thải hữu cơ từ chợ 23

1.4 Đánh giá lựa chọn nghiên cứu phương pháp xử lý phân bùn bể tự hoại thích hợp với điều kiện Việt Nam 24

1.4.1 Các yếu tố tác động đến việc lựa chọn công nghệ xử lý 24

1.4.2 Đánh giá lựa chọn phương pháp sinh học xử lý phân bùn bể tự hoại 27

1.5 Một số nghiên cứu có liên quan đến phân bùn bể tự hoại và công nghệ kỵ khí 34

1.5.1 Một số nghiên cứu trên thế giới 34

1.5.2 Một số nghiên cứu tại Việt Nam 36

Kết luận chương 1 39

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SINH HỌC KỲ KHÍ CHẤT HỮU CƠ THU KHÍ SINH HỌC 41

2.1 Cơ sở lý thuyết cơ bản về quá trình chuyển hóa sinh học kỵ khí chất hữu cơ 41

2.1.1 Khái niệm quá trình chuyển hóa sinh học kỵ khí 41

2.1.2 Cơ chế quá trình chuyển hóa sinh học kỵ khí chất hữu cơ 41

2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa sinh học kỵ khí chất hữu cơ 45

2.1.4 Thiết lập cân bằng vật chất và phân tích động học quá trình phân hủy kỵ khí chất thải rắn hữu cơ 52

2.2 Khả năng áp dụng quá trình chuyển hóa sinh học kỵ khí trong xử lý chất thải 59

2.3 Các phương pháp phân hủy kỵ khí chất thải rắn hữu cơ 61

2.3.1 Phương pháp phân hủy kỵ khí phân loại theo môi trường phản ứng 61

2.3.2 Phương pháp phân hủy kỵ khí phân loại theo chế độ làm việc 62

2.4 Lựa chọn hướng nghiên cứu xử lý kỵ khí phân bùn bể tự hoại 63

Kết luận chương 2 64

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 66

3.1 Đối tượng nghiên cứu 66

3.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 66

3.2.1 Thực nghiệm khảo sát đặc tính phân bùn bể tự hoại và chất thải hữu cơ từ chợ 66 3.2.2 Thực nghiệm xác định tỷ lệ phối trộn thích hợp giữa phân bùn bể tự hoại và chất thải hữu cơ trong phòng thí nghiệm 67

3.2.3 Thực nghiệm đánh giá hiệu quả quá trình và xác định liều lượng nạp thích hợp trên mô hình hiện trường 71_Toc508886815 3.2.4 Phân tích mẫu thực nghiệm và xử lý số liệu 77

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 80

4.1 Đánh giá khả năng xử lý kỵ khí phân bùn bể tự hoại và chất thải hữu cơ từ chợ tại khu

vực miền Bắc Việt Nam 80

4.1.1 Đặc tính phân bùn bể tự hoại 80

4.1.2 Đặc tính chất thải rắn hữu cơ từ chợ 83

4.2 Xác định tỷ lệ phối trộn thích hợp trên mô hình phòng thí nghiệm 84

4.2.1 Xác định tỷ lệ phối trộn đợt thí nghiệm 1 84

4.2.2 Xác định tỷ lệ phối trộn thích hợp đợt thí nghiệm 2 và 3 90

4.2.3 Phân tích động học đối với mô hình phòng thí nghiệm 98

4.3 Đánh giá hiệu quả quá trình và xác định liều lượng nạp thích hợp trên mô hình hiện trường 102

4.3.1 Kết quả nghiên cứu tại các đợt thí nghiệm 4, 5, 6 trong điều kiện mùa đông 102 4.3.2 Kết quả nghiên cứu đợt thí nghiệm 7 trong điều kiện môi trường mùa hè 113

4.4 Cân bằng vật chất và phân tích động học đối với mô hình hiện trường 120

4.4.1 Cân bằng hàm lượng chất rắn bay hơi 121

4.4.2 Phân tích động học quá trình phân hủy kỵ khí hỗn hợp phân bùn bể tự hoại và chất thải hữu cơ trong quá trình nạp liệu 122

Kết luận chương 4 125

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 126

1 KẾT LUẬN 126

2 KIẾN NGHỊ 127

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 128 TÀI LIỆU THAM KHẢO I PHỤ LỤC

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

AIT Asian Institute of Technology Viện nghiên cứu Châu Á BOD Biological Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh học COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học OLR Organic Loading Rate Tải lượng hữu cơ

TKN Total Kjeldahn Nitro Tổng nitơ Kjeldahl

TVS Total Volatile Solid Tổng chất rắn bay hơi

VFA Volatile Fatty Acid Axit béo bay hơi

WHO World Health Organization Tổ chức y tế thế giới

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Khối lượng phân bùn bể tự hoại phát sinh theo đầu người ở những nước khác

nhau 8

Bảng 1.2 Thành phần một số chất trong sản phẩm bài tiết của con người 8

Bảng 1.3 Đặc điểm phân bùn từ các hệ thống vệ sinh tại chỗ so với nước thải sinh hoạt 9

Bảng 1.4 Thành phần phân bùn bể tự hoại tại một số đô thị của Việt Nam 10

Bảng 1.5 Sản phẩm thu được từ các loại hình công nghệ xử lý phân bùn [71] 25

Bảng 1.6 Đánh giá tổng thể một số phương pháp sinh học xử lý phân bùn bể tự hoại trong điều kiện Việt Nam 28

Bảng 2.1 Quan hệ giữa nhiệt độ và thời gian lưu chất thải [98] 45

Bảng 2.2 Ảnh hưởng của ammoni tự do đến quá trình kỵ khí [45] 51

Bảng 2.3 Các loại chất thải thích hợp với quá trình chuyển hóa kỵ khí [100] 59

Bảng 2.4 Đặc điểm một số loại chất thải hữu cơ cho quá trình phân hủy kỵ khí [98] 60

Bảng 2.5 Ưu nhược điểm của xử lý kỵ khí chất thải [11], [98] 61

Bảng 3.1 Khối lượng nguyên liệu nạp vào các bình phản ứng trong phòng 70

thí nghiệm 70

Bảng 3.2 Khối lượng nguyên liệu được nạp ban đầu vào bể phản ứng trên mô hình hiện trường 75

Bảng 3.5 Phương pháp, thiết bị và hóa chất phân tích 78

Bảng 4.1 Đặc tính của phân bùn bể tự hoại tại đợt khảo sát ban đầu 80

Bảng 4.2 Đặc tính phân bùn bể tự hoại tại các đợt thí nghiệm trong phòng 81

thí nghiệm 81

Bảng 4.3 Đặc tính phân bùn bể tự hoại tại các đợt thí nghiệm trên mô hình 82

hiện trường 82

Bảng 4.4 Thành phần cơ bản của chất thải hữu cơ tại các đợt thí nghiệm trong phòng thí nghiệm 83

Bảng 4.5 Thành phần cơ bản của chất thải hữu cơ tại các đợt thí nghiệm trên mô hình hiện trường 84

Bảng 4.6 Thành phần khí tại các bình phản ứng 88

Bảng 4.7 Hiệu suất chuyển hóa VS sau 40 ngày tại các bình phản ứng 89

Bảng 4.8 Thành phần khí tại các bình phản ứng ở điều kiện mùa hè 96

và mùa đông 96

Bảng 4.9 Hiệu suất chuyển hóa VS sau 40 ngày tại các bình phản ứng trong 97

điều kiện mùa hè và mùa đông 97

Bảng 4.10 Thông số động học mô hình Gompertz cải tiến của đợt thí nghiệm trong phòng thí nghiệm 99

Bảng 4.11 Thành phần khí tại 3 đợt thí nghiệm trên mô hình thực nghiệm ngoài trời 111

Bảng 4.12 Thành phần khí trên mô hình thực nghiệm ngoài trời trong điều kiện mùa hè và mùa đông 119

Bảng 4.13 Thông số động học mô hình Gompertz cải tiến của đợt thí nghiệm trên mô hình hiện trường trong điều kiện mùa hè 122

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Quá trình hình thành phân bùn trong bể tự hoại [1] 7

Hình 1.2 Sơ đồ các phương án xử lý phân bùn có chi phí thấp và vừa [25], [79] 13

Hình 1.3 Phân bùn bể tự hoại được chôn lấp tại thành phố Thái Nguyên 19

Hình 1.5 Sơ đồ công nghệ xử lý phân bùn tại Tràng Cát Hải Phòng [32] 21

Hình 1.6 Sân phơi bùn tại bãi rác Khánh Sơn – Đà Nẵng [22] 22

Hình 2.1 Quá trình chuyển hóa sinh học kỵ khí chất hữu cơ [90] 42

Hình 2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tỷ lệ sinh khí ở ba chế độ lên men lạnh, lên men ấm và lên men nóng [98] 46

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên tắc cân bằng hàm lượng VS bể phản ứng kỵ khí 53

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý mô hình thí nghiệm trong phòng thí nghiệm 68

Hình 3.2 Mô hình thí nghiệm trong phòng thí nghiệm 69

Hình 3.3 Sơ đồ mô hình thực nghiệm hiện trường 73

Hình 3.4 Mặt cắt đứng mô hình thực nghiệm hiện trường 74

Hình 3.5 Bể biogas hình cầu bằng vật liệu composit 76

Hình 3.6 Mô hình hiện trường đi vào hoạt động 76

Hình 4.1 Sự thay đổi nhiệt độ tại các bình phản ứng 85

Hình 4.2 Lượng khí sinh ra theo ngày tại các bình phản ứng 86

Hình 4.3 Lượng khí tích lũy tại các bình phản ứng 87

Hình 4.4 Sự thay đổi nhiệt độ của các bình phản ứng trong điều kiện mùa hè 91

Hình 4.5 Sự thay đổi nhiệt độ của các bình phản ứng trong điều kiện mùa đông 91

Hình 4.6 Lượng khí sinh ra theo ngày ở điều kiện nhiệt độ mùa hè 93

Hình 4.7 Lượng khí sinh ra theo ngày ở điều kiện nhiệt độ mùa đông 93

Hình 4.8 Lượng khí tích lũy ở điều kiện nhiệt độ mùa hè 93

Hình 4.9 Lượng khí tích lũy ở điều kiện nhiệt độ mùa đông 94

Hình 4.10 Hiệu suất sinh khí theo kết quả thí nghiệm và theo mô hình Gompertz ở tỷ lệ PB:RC = 3:1 100

Hình 4.11 Quan hệ tuyến tính giữa 1/t(ln(dy/dt)) và 1/t 101

Hình 4.12 Sự thay đổi nhiệt độ ở 3 đợt thí nghiệm với 3 chế độ nạp liệu khác nhau trên mô hình thực nghiệm ngoài trời trong điều kiện mùa đông 103

Hình 4.13 Sự thay đổi pH ở 3 đợt thí nghiệm với 3 chế độ nạp liệu khác nhau trên

mô hình thực nghiệm ngoài trời trong điều kiện mùa đông 105 Hình 4.14 Sự thay đổi độ kiềm ở 3 đợt thí nghiệm với 3 chế độ nạp liệu khác nhau trên mô hình thực nghiệm ngoài trời trong điều kiện mùa đông 106 Hình 4.15 Sự thay đổi hàm lượng COD ở 3 đợt thí nghiệm với 3 chế độ nạp liệu khác nhau trên mô hình thực nghiệm ngoài trời trong điều kiện mùa đông 107 Hình 4.16 Lượng khí sinh ra theo ngày tại 3 đợt thí nghiệm trên mô hình thực nghiệm ngoài trời trong điều kiện mùa đông 108 Hình 4.17 Lượng khí tích lũy tại 3 đợt thí nghiệm trên mô hình thực nghiệm ngoài trời trong điều kiện mùa đông 110 Hình 4.18 Sự thay đổi nhiệt độ ở đợt thí nghiệm 7 trên mô hình thực nghiệm ngoài trời trong điều kiện mùa hè 114 Hình 4.19 Sự thay đổi pH trong nước đầu ra trên mô hình thực nghiệm ngoài trời trong điều kiện mùa hè và mùa đông 114 Hình 4.20 Sự thay đổi độ kiềm trên mô hình thực nghiệm ngoài trời trong điều kiện mùa hè và mùa đông 115 Hình 4.21 Sự thay đổi hàm lượng COD trên mô hình thực nghiệm ngoài trời trong điều kiện mùa hè và mùa đông 116 Hình 4.22 Lượng khí sinh ra theo ngày trên mô hình thực nghiệm ngoài trời trong điều kiện mùa hè và mùa đông 117 Hình 4.23 Lượng khí tích lũy trên mô hình thực nghiệm ngoài trời trong điều kiện mùa hè và mùa đông 118 Hình 4.24 Sơ đồ cân bằng hàm lượng VS trong bể phản ứng đợt thí nghiệm thứ 7 trên mô hình hiện trường trong điều kiện mùa hè 121 Hình 4.25 Hiệu suất sinh khí từ thí nghiệm và tính toán từ mô hình Gompertz cải tiến giai đoạn nạp liệu trên mô hình ngoài trời 123 Hình 4.26 Quan hệ tuyến tính giữa 1/t và 1/t.ln(dyt/dt) trong giai đoạn nạp liệu trên

mô hình ngoài trời 124

MỞ ĐẦU

1 SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN

Phân bùn bể tự hoại có nguồn gốc từ sản phẩm bài tiết của con người, do đó

nó có thể chứa một lượng lớn chất ô nhiễm và các sinh vật gây bệnh Theo một số nghiên cứu thành phần chất hữu cơ, tổng nitơ, tổng photpho, trứng giun sán trong phân bùn bể tự hoại thường cao hơn trong nước thải gấp 10 lần hoặc hơn [71] Do

đó nếu việc xử lý phân bùn không được thực hiện đúng cách sẽ gây ra những ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường và sức khỏe con người Bên cạnh đó nếu bùn thải từ các bể tự hoại không được thông hút thường xuyên và không qua xử lý sẽ dẫn đến nguy cơ gây ô nhiễm nguồn nước và phát tán các bệnh truyền nhiễm trong cộng đồng rất cao Trên thế giới chỉ tại một số nước phát triển phân bùn được quản lý và

xử lý đúng mức còn tại hầu hết các nước có thu nhập thấp trong đó có Việt Nam việc quản lý và xử lý phân bùn đang là vấn đề thách thức đối với các nhà quản lý đô thị [25], [33], [55], [71]

Tại các đô thị của Việt Nam lượng phân bùn bể tự hoại phát sinh ngày càng tăng do sự gia tăng tốc độ đô thị hóa nhanh chóng Hiện chưa có số liệu thống kê rõ ràng về lượng phân bùn bể tự hoại phát sinh, tuy nhiên theo ước tính tương đối lượng phân bùn bể tự hoại phát sinh tại một số đô thị lớn như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh là 500m3/ngày, trong tương lai có thể lên đến 700 – 900m3/ngày [4], [34] Mặc dù Việt Nam hiện có một vài đô thị có hệ thống xử lý phân bùn bể tự hoại với phương pháp chủ yếu là tách nước khỏi bùn qua hệ thống bể lắng hoặc bãi lọc, phần bùn khô được ủ hiếu khí phối trộn với chất thải rắn hữu cơ hoặc đưa đi chôn lấp [3], [17], [30], [33], [65] Thực tế cho thấy hầu hết các hệ thống xử lý này hoạt động không hiệu quả hoặc không hết công suất, còn lại phần lớn phân bùn thu gom được chôn lấp trực tiếp cùng chất thải rắn sinh hoạt tại các bãi chôn lấp hoặc được đổ bừa bãi ra ngoài môi trường không có sự quản lý

Xuất phát từ thực tế trên việc tìm kiếm lựa chọn phương pháp xử lý phân bùn

bể tự hoại phù hợp với điều kiện của Việt Nam là rất cần thiết Trong phân bùn bể

tự hoại có hàm lượng chất hữu cơ cao do đó xu hướng xử lý được khuyến khích là

áp dụng xử lý bằng phương pháp sinh học điển hình là ủ sinh học hiếu khí và kỵ khí kết hợp với chất thải rắn hữu cơ Phương pháp ủ hiếu khí có ưu điểm là tạo ra được chất dinh dưỡng cung cấp cho đất tuy nhiên có nhược điểm tiêu tốn năng lượng trong quá trình cấp khí, cần diện tích lớn, phát sinh mùi và khoảng 40% - 50% thành phần hữu cơ trong quá trình ủ hiếu khí chuyển hóa thành khí CO2, một trong những khí gây gia tăng hiệu ứng nhà kính [12], [96] Bên cạnh đó cần phải tách nước đối với phân bùn bể tự hoại trước khi ủ mà việc tách nước đối với phân bùn từ nhà vệ sinh công cộng gặp nhiều khó khăn Một phương pháp sinh học khác trong

xử lý chất thải hữu cơ là xử lý kỵ khí, phương pháp này có thể áp dụng xử lý đối với nhiều loại chất thải khác nhau, công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư thấp Đồng thời một lượng lớn chất hữu cơ chuyển thành khí metan được thu hồi như nguồn năng lượng sinh học và lượng cặn không phân hủy có thể thu hồi sử dụng trong nông nghiệp Phân bùn bể tự hoại là chất thải có hàm lượng chất rắn (TS) thấp <5%, hàm lượng chất bay hơi (VS) cao [25], [71] do đó rất thích hợp cho xử lý kỵ khí thu hồi khí sinh học Tuy nhiên phương pháp kỵ khí xử lý phân bùn bể tự hoại vẫn chưa được áp dụng tại các đô thị của Việt Nam

Đề tài luận án “Nghiên cứu xử lý phân bùn bể tự hoại bằng phương pháp

sinh học trong điều kiện Việt Nam” tập trung đi sâu nghiên cứu áp dụng phương

pháp kỵ khí xử lý phân bùn bể tự hoại, đưa ra một số thông số vận hành chính trên

mô hình thực tế để mang lại hiệu quả cao nhất Với kết quả đó đề tài đáp ứng được nhu cầu trong xử lý phân bùn bể tự hoại cho các đô thị vừa và nhỏ của Việt Nam hiện nay Đặc biệt khi nhu cầu này đã được thể hiện rõ trong Nghị định số 80/2014/NĐ-CP ngày 6/8/2014 của Chính phủ về thoát nước và xử lý nước thải trong đó điều 25 đã đưa ra yêu cầu thông hút định kỳ phân bùn bể tự hoại, nghiêm cấm việc xả thẳng phân bùn bể tự hoại vào hệ thống thoát nước cũng như môi trường xung quanh

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN

Mục tiêu chung: Nghiên cứu tính hiệu quả và khả thi của công nghệ phân hủy sinh học kỵ khí trong điều kiện lên men ấm để xử lý phân bùn bể tự hoại phù hợp áp dụng cho các đô thị vừa và nhỏ ở miền bắc Việt Nam

Mục tiêu cụ thể:

- Xác định một số thông số vận hành trong xử lý phân bùn bể tự hoại bằng phương pháp phân hủy kỵ khí trong điều kiện lên men ấm để đạt được hiệu quả thu khí sinh học cao nhất

- Xác định một số thông số động học điển hình nhằm tối ưu hóa công nghệ

xử lý kỵ khí phân bùn bể tự hoại

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Phân bùn bể tự hoại và chất thải hữu cơ rau củ quả hỏng từ chợ

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Công nghệ xử lý phân bùn bể tự hoại và chất thải hữu cơ từ chợ bằng phương pháp kỵ khí ấm trong điều kiện khí hậu miền Bắc Việt Nam

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN

Trên cơ sở các mục tiêu đề ra luận án đã áp dụng các phương pháp nghiên cứu sau:

- Phương pháp tổng quan tài liệu: Thu thập các tài liệu và số liệu liên quan đến công nghệ kỵ khí ấm, đến phân bùn bể tự hoại và chất thải rắn hữu cơ từ chợ đã

có trong và ngoài nước Phân tích tổng quan, đánh giá và kế thừa các kết quả nghiên cứu đã thực hiện

- Phương pháp khảo sát thực tế: khảo sát thực tế hoạt động tại một số địa điểm xử lý và đổ thải phân bùn bể tự hoại

- Phương pháp nghiên cứu phân tích thực nghiệm: tiến hành chạy mô hình thực nghiệm phân hủy kỵ khí kết hợp phân bùn bể tự hoại và chất thải hữu cơ từ chợ trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trường Lấy mẫu phân tích theo tiêu chuẩn hiện hành đồng thời theo dõi, đo đạc và kiểm soát các thông số trong quá trình thực nghiệm Phân tích, nhận xét kết quả thu được

- Phương pháp phân tích thống kê: áp dụng phương pháp thống kê xử lý kết quả thí nghiệm

- Phương pháp đối chiếu so sánh: đối chiếu so sánh các kết quả nghiên cứu giữa các đợt thí nghiệm và đối chiếu, so sánh với các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước ở cùng lĩnh vực nghiên cứu

- Phương pháp cân bằng vật chất: tính toán thông qua quá trình chuyển hóa, đánh giá hiệu quả của quá trình

- Phương pháp phân tích tổng hợp: tổng hợp và xâu chuỗi các thông tin một cách khoa học, nhất quán và có hệ thống

5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN

- Đánh giá khả năng xử lý phân bùn bể tự hoại và chất thải hữu cơ bằng phương pháp phân hủy kỵ khí

- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng và đề xuất một số thông số vận hành của phương pháp phân hủy kỵ khí hỗn hợp phân bùn bể tự hoại và chất thải hữu cơ thông qua mô hình nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và quy mô hiện trường

- Xây dựng mô hình động học của quá trình phân hủy kỵ khí hỗn hợp phân bùn bể tự hoại và chất thải hữu cơ

6 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN

- Luận án đã đề xuất được công nghệ xử lý phối trộn phân bùn bể tự hoại và chất thải hữu cơ từ chợ bằng phương pháp kỵ khí trong điều kiện lên men ấm cho

hiệu quả thu khí sinh học cao và phù hợp với các đô thị vừa và nhỏ ở miền Bắc Việt

Nam

- Là một trong những nghiên cứu đã xác định được một số thông số vận hành quan trọng trong xử lý kỵ khí phân bùn bể tự hoại và chất thải hữu cơ từ chợ trong điều kiện lên men ấm, cụ thể: Tỷ lệ phối trộn thích hợp giữa phân bùn bể tự hoại và chất thải hữu cơ từ chợ là 3:1 về khối lượng; Liều lượng nạp hàng ngày là 1,5±0,1kgVS/m3.ngày (tương đương 13kg hỗn hợp nguyên liệu/m3.ngày)

- Luận án đã xác định được một số thông số động học theo mô hình Gompertz cải tiến làm cơ sở cho việc tối ưu hóa quá trình Theo đó nghiên cứu đã

đề xuất phương trình động học xác định lượng khí phát sinh:

Nội dung nghiên cứu của luận án góp phần bổ sung các kiến thức tham khảo

về phân hủy kỵ khí chất thải hữu cơ trong điều kiện lên men ấm áp dụng cho những khu vực có mùa đông lạnh như miền Bắc Việt Nam

Luận án đã xác định được một số thông số thiết kế và vận hành đối với công trình xử lý phân bùn bể tự hoại phối trộn chất thải hữu cơ bằng phương pháp phân hủy kỵ khí ấm thu hồi khí sinh học

8 KẾT CẤU LUẬN ÁN

Ngoài phần mở đầu, phần kết luận, mục lục, tài liệu tham khảo, danh mục

công trình công bố và phụ lục, nội dung chính của luận án gồm 4 chương

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

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHÂN BÙN BỂ TỰ HOẠI VÀ CHẤT THẢI

RẮN HỮU CƠ TỪ CHỢ 1.1 Tổng quan về phân bùn bể tự hoại

1.1.1 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 1.1

Hình 1.1 Quá trình hình thành phân bùn trong bể tự hoại [1] 1.1.2 Khối lượng, thành phần và tính chất phân bùn

a Khối lượng 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

Phân vào

Lớp váng

Bùn cặn

Nước ra

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 1.1

Bảng 1.1 Khối lượng phân bùn bể tự hoại phát sinh theo đầu người ở những nước

khác nhau

(g/người/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

Bảng 1.2 Thành phần một số chất trong sản phẩm bài tiết của con người

Thành phần

Thành phần

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 1.3

Bảng 1.3 Đặc điểm phân bùn từ các hệ thống vệ sinh tại chỗ so với nước thải

sinh hoạt

thống xử lý nước thải

Nhà vệ sinh công cộng

Thông số Nguồn phân bùn Bùn từ hệ

thống xử lý nước thải

Nhà vệ sinh công cộng

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 1.4

Bảng 1.4 Thành phần phân bùn bể tự hoại tại một số đô thị của Việt Nam

Trần Văn Quang và cộng

sự (2012) [22]

Nguyễn Trung Việt (2008) [35]

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.v [17] 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 20.000 – 50.000 mg/L, BOD 7.600mg/L, TKN 3.400mg/L 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 2.860 – 33.700mg/L, COD dao động từ 2.550 – 79.500 mg/L 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

1.2 Tổng quan về quản lý và xử lý phân bùn bể tự hoại

1.2.1 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

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 Do đó phân bùn

bể tự hoại đã đang gây ra những vấn đề ô nhiễm môi trường như: gây ô nhiễm nguồn nước, ô nhiễm đất, phát tán vi sinh vật gây bệnh ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng [55], [67] Hiện nay với lượng phân bùn bể tự hoại ngày càng gia tăng hệ thống quản lý phân bùn bể tự hoại tại các nước đang phát triển được quan tâm hơn, cùng với các dự án, nghiên cứu được thực hiện để đưa ra biện pháp quản lý và xử lý phân bùn bể tự hoại một cách hiệu quả [71]

Việc áp dụng các biện pháp xử lý phân bùn bể tự hoại có chi phí lớn và công nghệ phức tạp tại các nước đang phát triển là không khả thi; Nhiều chuyên gia cho rằng tại các nước này nên áp dụng các phương pháp xử lý phân bùn có chi phi thấp tức là chi phí đầu tư và vận hành thấp, đồng thời cũng tương thích với trình độ công nghệ sẵn có trong nước Tại các nước đang phát triển như Trung Quốc, Thái Lan, Indonesia, Senegal, Ghana, Nam Phi phân bùn thường được xử lý bằng các phương pháp có chi phí thấp Các phương pháp đã được sử dụng gồm có bể lắng bùn hoạt động gián đoạn, ao ổn định kỵ khí, sân phơi bùn, bãi lọc trồng cây, kết hợp ủ sinh

học với chất thải rắn hữu cơ Công nghệ xử lý bùn có thể kết hợp hai hay nhiều phương pháp xử lý khác nhau phụ thuộc vào điều kiện và mục tiêu xử lý của từng vùng [25], [79] Các phương pháp xử lý phân bùn bể tự hoại có chi phí thấp được thể hiện tại hình 1.2

Hình 1.2 Sơ đồ các phương án xử lý phân bùn có chi phí thấp và vừa [25], [79]

Phương pháp xử lý phân bùn bể tự hoại tại một số nước trên thế giới như sau:

 Tại các nước phát triển

Nhật Bản: Tại đây công nghệ SAN Tre-Cycling được áp dụng xử lý phân

bùn ở quy mô công nghiệp Phân bùn được bơm vào các bể chứa và xử lý theo hai hướng: Những chất thải không sử dụng được sẽ được phân loại và được đưa qua hệ thống bể xử lý sinh học đảm bảo các tiêu chuẩn vệ sinh Những chất thải có chứa nhiều chất hữu cơ được trộn với rác hữu cơ đã được nghiền và phân loại Hỗn hợp này được đưa vào bể mêtan, khí sinh học được sử dụng làm năng lượng cho máy phát điện Cặn còn lại tiếp tục được xử lý hiếu khí trong bể thổi khí có bùn hoạt tính Bùn sau khi tách nước, xử lý phối trộn với rác thải hữu cơ để chế biến phân compost Phương pháp có ưu điểm có thể xử lý được các loại bùn hữu cơ tỷ trọng cao gồm: Phân tươi từ các công trình vệ sinh, bùn Jokaso, bùn bể tự hoại, bùn cống Tuy nhiên có nhược điểm là yêu cầu kỹ thuật và chi phí vận hành cao [25]

Xử lý chất thải rắn

Xử lý phối trộn compost với CTHC CTHC

Bãi lọc có trồng cây Sân phơi bùn

Xử lý phối trộn nước thải

Bể ổn định bùn Cánh đồng ngập nước Các kỹ thuật khác

 Argentina: Một trong những phương pháp được áp dụng xử lý phân bùn

ở quy mô công nghiệp là xử lý đồng thời phân bùn và nước thải trong hệ thống hồ

Phân bùn được xử lý sơ bộ qua 2 hồ lắng được vận hành thay phiên: một hồ tiếp nhận bùn và một hồ làm khô bùn với chu kỳ cung cấp và phơi khô được chọn là nửa năm và tải trọng chất hữu cơ trung bình khoảng 80 – 600 gBOD/m3.ngày Đầu ra của hồ lắng được xử lý đồng thời với nước thải trong một loạt cặp hồ ổn định chất thải Hồ lắng được thiết kế theo các tiêu chuẩn sau: Lớp bùn tích luỹ phải nhỏ hơn 0,5m; Tỷ lệ dung lượng bùn tích luỹ khoảng 0,02 m3/m3 Phương pháp này có ưu điểm là hiệu quả xử lý tương đối tốt Tuy nhiên nhược điểm là hiệu quả xử lý giảm khi tải trọng chất hữu cơ cao (>800g BOD/m3.ngày) [71]

 Hà Lan: Phân bùn được xử lý kết hợp với nước thải qua hệ thống xử lý gồm bể lắng Imhoff 154m3, bể lắng thứ cấp và sân phơi bùn Phương pháp này có

ưu điểm hiệu quả xử lý cao, tuy nhiên yêu cầu kỹ thuật cao, vận hành phức tạp, chi phí đầu tư và vận hành lớn, không thích hợp với những nước đang phát triển [71]

 Tại các nước đang phát triển

 Trung Quốc: Phương pháp xử lý được áp dụng tại cụm dân cư 1 số vùng ngoại ô: Sử dụng nhà vệ sinh khô tách riêng phân và nước tiểu, và dùng mùn cưa

để "dội" xuống thùng chứa phân Phân được trữ 3 đến 4 tháng sau đó được chuyển

đến nhà máy xử lý thành phân trộn bón cho hoa màu và cây trồng Phần nước tiểu

theo đường ống riêng dẫn đến hệ thống bồn chứa âm trong lòng đất (1 bồn chứa dùng cho 2 hoặc 3 tòa chung cư) sau đó được xử lý để tái sử dụng trong canh tác

Ưu điểm của phương pháp: đơn giản, dễ vận hành thích hợp với khu vực thiếu nước

và thiếu hệ thống vệ sinh bền vững Nhược điểm: chỉ là phương pháp xử lý sơ bộ ban đầu [67]

 Ghana: Ở quy mô cụm dân cư phương pháp xử lý điển hình là lắng/nén bùn: Trạm xử lý gồm 2 bể lắng bùn làm việc song song và một dãy 4 ao xử lý chất nổi được tách ra từ bể lắng Phương pháp có ưu điểm đơn giản; Tuy nhiên lại có một số nhược điểm: hiệu quả lắng phụ thuộc rất nhiều vào thực trạng bảo dưỡng và

vận hành Thời gian lưu bùn ngắn 4 – 5 tháng Không xử lý được mầm bệnh và chất

ô nhiễm Không thích hợp với phân bùn từ nhà vệ sinh công cộng [71]

Ở quy mô công nghiệp Ghana đã áp dụng phương pháp ủ phối trộn phân bùn

và chất thải hữu cơ làm phân Compost: Phân bùn của các nhà vệ sinh công cộng và

tự hoại được trộn với tỷ lệ là 1: 2, sau đó được làm khô trong các sân phơi bùn để tách bớt nước Sau khoảng thời gian 10 ngày phân bùn khô được lấy ra phối trộn với chất thải rắn hữu cơ đô thị theo tỉ lệ 1: 3 và ủ trong hệ thống ủ có thổi khí với điều kiện 1 tháng ủ nóng, 1 – 2 tháng ủ chín Phương pháp có ưu điểm: Vận hành đơn giản, chất lượng phân compost khá tốt, tiêu diệt được mầm bệnh; Nhược điểm: tốn năng lượng trong quá trình cấp khí, phát sinh mùi và khí CO2 ra môi trường xung quanh, yêu cầu diện tích đất lớn [87]

 Senagal: Phân bùn bể tự hoại được xử lý ở quy mô công nghiệp bằng sân phơi bùn: Hệ thống gồm 10 sân phơi bùn hoạt động song song Các sân phơi bùn được thiết kế với tải lượng 200kgTS/m2/năm, độ dày lớp bùn 20cm Phương pháp

có ưu điểm đơn giản, thu hồi được bùn khô; Nhược điểm yêu cầu diện tích đất lớn, không xử lý được triệt để mầm bệnh và chất ô nhiễm [71]

 Thái Lan: Một trong những phương pháp được nghiên cứu xử lý phân bùn bể tự hoại áp dụng ở cụm dân cư là sử dụng bãi lọc ngập nước trồng cây Ba bãi lọc ngập nước trồng cỏ bấc (kích thước 1 bãi 3 x 25 m2) có trang bị hệ thống thoát nước, thông gió được sử dụng xử lý phân bùn tự hoại cho khoảng 3.000 người Tải lượng thiết kế 250 kgTS/m2/năm, bùn được lấy sau 4 năm Phương pháp có ưu điểm: khả năng lọc tốt, thời gian hoạt động lâu, chất lượng bùn khá tốt, tiêu diệt được mầm bệnh; Nhược điểm: Vận hành phức tạp, yêu cầu diện tích đất lớn [71], [79]

 Indonesia: Ở quy mô công nghiệp hỗn hợp phân bùn từ nhà vệ sinh công cộng và bể tự hoại được xử lý bằng phương pháp phân hủy kỵ khí Phân bùn

từ xe thông hút được đưa vào bể biogas trong 5 – 10 ngày thu khí biogas sau đó được đưa đến hệ thống ổn định bùn và phân tách Phần bùn được qua hệ thống lọc cát, phần nước qua hệ thống lọc sỏi Lượng phân bùn đưa vào 72m3/ngày thu được

80 m3biogas/ngày Phương pháp có ưu điểm: thu hồi được nguồn năng lượng biogas, không phát sinh mùi, xử lý được triệt để chất ô nhiễm, tốn ít diện tích đất Tuy nhiên lại có nhược điểm là vận hành phức tạp [89]

1.2.2 Quản lý và xử lý phân bùn tại Việt Nam

1.2.2.1 Văn bản pháp lý liên quan tới quản lý và xử lý phân bùn bể tự hoại tại Việt Nam

Hiện nay tại Việt Nam quá trình đô thị hóa vẫn đang tiếp diễn và bể tự hoại tiếp tục được xây dựng như là công trình xử lý sơ bộ phổ biến nhất do đó tình trạng

ô nhiễm do phân bùn sẽ ngày càng nghiêm trọng nếu không được quản lý đúng cách Trong những năm gần đây khi tình trạng ô nhiễm môi trường tăng tới mức báo động thì vấn đề quản lý và xử lý phân bùn bể tự hoại bắt đầu được nhà nước và chính quyền quan tâm và nhận thức đúng tầm quan trọng Nhà nước đang từng bước xây dựng và tăng cường hệ thống tổ chức quản lý và xử lý phân bùn bể tự hoại

Một số văn bản, quy phạm pháp luật được ban hành như: Luật BVMT 2014

có hiệu lực từ 1/1/2015; Luật Tài nguyên nước 2012; Luật đất đai 2013 Các tiêu chuẩn, quy chuẩn môi trường và quy chuẩn xây dựng có liên quan đến việc phân loại và quản lý bùn thải bao gồm: QCVN25: 2009/BTNMT-QCKTQG về nước thải bãi chôn lấp CTR; QCVN 07:2011/BXD-QCKTQG về hạ tầng kỹ thuật đô thị; QCVN 14:2008/BTNMT-QCKTQG về nước thải sinh hoạt; QCVN 40:2011/BTNMT-QCKTQG về nước thải công nghiệp Một số nghị định như: Nghị định số 38/2015/NĐ-CP ngày 24/4/2015 về quản lý chất thải và phế liệu Đặc biệt Nghị định số 80/2014/NĐ-CP ngày 6/8/2014 của Chính phủ về thoát nước và xử lý nước thải trong đó điều 25 đã đưa ra yêu cầu thông hút định kỳ phân bùn bể tự hoại, nghiêm cấm việc xả thẳng phân bùn bể tự hoại vào hệ thống thoát nước cũng như môi trường xung quanh Đây là văn bản pháp lý quan trọng để quản lý phân bùn bể

tự hoại Trên cơ sở đó Bộ Xây dựng đã ban hành Thông tư số 04/2015/TT-BXD,

hướng dẫn thi hành một số điều của Nghị định số 80/2014/NĐCP Thông tư đã chỉ

rõ cần căn cứ thành phần, tính chất bùn thải, các điều kiện kinh tế, kỹ thuật, môi

trường và điều kiện cụ thể của địa phương, chủ đầu tư lựa chọn công nghệ xử lý bùn

thải phù hợp Những phương pháp điển hình trong xử lý phân bùn là chôn lấp; Phân hủy kỵ khí thu hồi khí biogas; Ổn định sinh học trong các hồ chứa và các bãi lọc trồng cây; Ủ phân compost; Sấy bùn trực tiếp hoặc gián tiếp; Đốt bùn, tái sinh năng lượng và sử dụng tro Tuy nhiên, nhiều vấn đề còn thiếu cần phải được tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện đó là: Các quy chuẩn kỹ thuật liên quan trực tiếp đến bù n; Các cơ chế, chính sách ưu đãi, hỗ trợ; Các chỉ tiêu và các định mức kinh tế, kỹ thuật cho thu gom, vận chuyển, xử lý bùn thải; Đầu tư, tài chính; Cụ thể hóa các tiêu chí lựa cho ̣n công nghê ̣ xử lý bùn thải Hiện chưa có quy định nào về xử lý phân bùn bể

tự hoại ngoài TCVN 5298-1995-Yêu cầu chung đối với sử dụng nước thải và cặn lắng cho mục đích tưới tiêu và làm phân bón

Mặc dù văn bản của nhà nước còn thiếu, do nhu cầu thực tiễn nhiều địa phương đã tự xây dựng các quy chế về quản lý phân bùn bể tự hoại, điển hình: Quyết định số 73/2007/QĐ-UBND ngày 10/5/2007 do UBND thành phố Hồ Chí Minh ban hành quy định Quản lý dịch vụ thu gom, vận chuyển và xử lý bùn hầm cầu, bùn nạo vét hệ thống thoát nước và kênh rạch trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh [4] Quyết định số 325/TB-MTĐT ngày 06/08/2013 do Công ty TNHH MTV Môi trường đô thị Đà Nẵng ban hành về phí xử lý phân bùn bể phốt tại bãi rác Khánh Sơn [22] Quy chế quản lý dịch vụ thu gom, vận chuyển và xử lý phân bùn

bể tự hoại, bùn nạo vét hệ thống thoát nước và mương hồ trên địa bàn thành phố Hải Phòng do Công ty TNHH MTV thoát nước Hải Phòng quy định [32]

1.2.2.2 Hiện trạng quản lý và xử lý phân bùn bể tự hoại tại các đô thị của Việt Nam

Ở Việt Nam tốc độ đô thị hóa gia tăng nhanh chóng, tính đến năm 2016 Việt Nam có 802 đô thị Cùng với tốc độ đô thị hóa, dân cư đô thị cũng đã phát triển rất nhanh chiếm khoảng 35% dân số cả nước, trong khi các công trình cơ sở hạ tầng tại các đô thị không phát triển kịp dẫn đến nảy sinh nhiều vấn đề về kinh tế chính trị và môi trường như: vấn đề nhà ở, giải quyết việc làm, giao thông đô thị, cung cấp nước sạch, vệ sinh môi trường Tại các đô thị phần lớn các hộ gia đình sử dụng hệ thống

vê ̣ sinh ta ̣i chỗ và chủ yếu là các bể tự hoa ̣i nhờ tính đơn giản và ổn định Ở một số

khu vực hay trên một số đường phố có bố trí các nhà vê ̣ sinh công cô ̣ng Khoảng trên 77% hộ gia đình ở các thành phố và thị xã cấp tỉnh, 40% thị trấn cấp huyện và 19% hộ dân ở khu vực nông thôn sử dụng bể tự hoại [17] Phần lớn nước thải từ hệ thống vệ sinh này được thải vào hệ thống thoát nước công cộng, còn phần bùn được thông hút, thu gom vận chuyển và đổ thải Do đó việc quản lý và xử lý phân bùn bể

tự hoại là một trong những vấn đề ảnh hưởng lớn đến chất lượng sống của dân cư

đô thị Tuy nhiên công tác này vẫn chưa được quan tâm đúng mức, phần lớn các đô thị chưa có hệ thống quản lý và xử lý loại chất thải này một cách hoàn chỉnh Các đơn vị tư nhân thu gom thường đổ bùn thải nhà vệ sinh trái phép vào đường ống thoát nước, ao nuôi cá và sông hồ Các đơn vị công ích thu gom bùn thải nhà vệ sinh thường chôn bùn thải vệ sinh ở bãi chôn lấp Do đó bùn thải nhà vệ sinh ở Việt Nam vẫn là nhân tố gây ô nhiễm môi trường chưa được kiểm soát

Hiện trạng quản lý và xử lý phân bùn bể tự hoại tại một số đô thị ở Việt Nam như sau:

 Thành phố Thái Nguyên: Tại Thái Nguyên phân bùn bể tự hoại được thu gom và đưa đi chôn lấp cùng chất thải rắn đô thị tại bãi chôn lấp chất thải rắn Tân Cương (hình 1.3) Tuy nhiên chỉ chôn lấp được 4 m3

phân bùn/ngày do công ty môi trường đô thị Thái Nguyên thu gom, còn lượng lớn phân bùn do các công ty tư nhân thu gom không rõ đổ thải tại đâu [26] Việc quản lý và xử lý phân bùn bể tự hoại tại thành phố Thái Nguyên đang gặp phải một số vấn đề như: Công nghệ thông hút, thu gom vận chuyển và xử lý bùn không đảm bảo vệ sinh môi trường cũng như cảnh quan chung Phương tiện thu gom cũ và không phù hợp với cơ sở hạ tầng yếu kém Phương pháp chôn lấp cùng chất thải rắn đô thị có ưu điểm đơn giản Tuy nhiên nhược điểm là không xử lý được chất ô nhiễm, tác động tiêu cực đến bãi chôn lấp [31]

Hình 1.3 Phân bùn bể tự hoại đƣợc chôn lấp tại thành phố Thái Nguyên

 Thành phố Hà Nội: Tại Hà Nội Công ty TNHH Nhà nước Một thành viên Môi trường Đô thị (URENCO) Hà Nội chịu trách nhiệm thu gom phân thùng và phân bùn từ các bể tự hoại của các nhà vệ sinh công cộng và nhà vệ sinh của tư nhân (khi có đơn đặt hàng) Bên cạnh đó còn có khoảng 50 cơ sở đang hành nghề thu gom, vận chuyển phân bùn bể tự hoại [5] Tuy nhiên, công tác thu gom, vận chuyển và xử lý phân bùn bể tự hoại tại các đơn vị này hầu hết đều mang tính tự phát và việc xử lý không đạt yêu cầu Phân bùn do URENCO thu gom được đưa về xử lý tại trạm xử lý phân bùn bể tự hoại Cầu Diễn bằng phương pháp kỵ khí kết hợp hiếu khí cưỡng bức, lắng và khử trùng, phần bùn tại các bể lắng được đưa đến sân phơi xử lý làm nguyên liệu sản xuất phân hữu cơ (hình 1.4) Công suất xử lý của nhà máy đã được nâng cấp lên 300 m3/ngày từ tháng 8/2014 trên tổng số 500m3phát sinh/ngày [5] Hệ thống xử lý đang áp dụng có khả năng cơ giới hóa cao tuy nhiên hiệu quả thấp, chi phí đầu tư cao, vận hành phức tạp nhiều công đoạn, phần lớn bùn sau lắng được đưa đi chôn lấp tại bãi chôn lấp chất thải rắn [26]

Hình 1.4 Trạm xử lý phân bùn bể tự hoại Cầu Diễn Hà Nội

 Thành phố Nam Định: Tại thành phố Nam Định Công ty Môi trường

Đô thị chịu trách thu gom phân bùn bể tự hoại Các bể tự hoại chỉ được hút khi

có những bất thường như bể bị tắc, đầy ứ hoặc có mùi bốc ra, trường hợp hút theo định kỳ rất hiếm Phần lớn phân bùn sau khi thu gom thường được đổ xuống các ao,

hồ để nuôi cá hoặc là cung cấp cho nông dân ngoại thành để bón cho rau, lúa; Chỉ một lượng nhỏ phân bùn được đưa đến khu xử lý tại bãi chôn lấp rác Lộc Hòa có công suất thiết kế 2000 m3/năm Tại đây phân bùn được xử lý bằng công nghệ bãi lọc có trồng cây và không trồng cây, phần nước đi ra được thu gom đưa đi xử lý tiếp, phần bùn tại các bể lọc được lấy 2 năm 1 lần Công nghệ này yêu cầu diện tích đất lớn và vận hành phức tạp tuy nhiên lại có khả năng lọc tốt, tiêu diệt được mầm bệnh Hiện hiệu quả xử lý còn thấp do quy trình vận hành của hệ thống chưa được thực hiện nghiêm chỉnh [25], [65]

 Thành phố Hải Phòng: Tại Hải Phòng việc quản lý thu gom và xử lý phân bùn bể tự hoại được giao cho Công ty TNHH MTV Thoát nước Hải Phòng Năm 2000 trong khuôn khổ của dự án 1B với sự hỗ trợ của Ngân hàng thế giới đã tiến hành thông hút định kỳ bể tự hoại miễn phí cho các khu dân cư tại 4 quận nội thành với chu kỳ từ 5 – 6 năm/lần Đến nay công việc này vẫn được thực hiện với nguồn kinh phí từ việc thu phí nước thải 15% trên hóa đơn thu phí nước sạch Việc thông hút được thực hiện theo kế hoạch đã định trước trên chương trình máy tính (phần mềm quản lý thông tin GIS của Công ty) mỗi năm Công ty sẽ thực hiện hút lần lượt cho từng phường, từng quận, sau khi hút hết sẽ quay trở lại từ đầu [14], [32] Phân bùn thu gom được đưa đến khu xử lý tại bãi thải Tràng Cát có công suất thiết kế 120.000 m3/năm Tại đây bùn được tách nước và ủ phối trộn với chất thải rắn hữu cơ tại các luống ủ trong 6 tháng, phần nước được xử lý qua một chuỗi hồ sinh học (hình 1.5) Phương pháp này có thể xử lý được triệt để chất ô nhiễm và thu hồi được bùn sản xuất phân vi sinh tuy nhiên chất lượng sản phẩm phân hữu cơ còn thấp, đòi hỏi diện tích đất lớn, phát sinh mùi và thời gian ủ lâu [32]

Hình 1.5 Sơ đồ công nghệ xử lý phân bùn tại Tràng Cát Hải Phòng [32]

 Thành phố Đà Nằng: Hiện việc thu gom phân bùn bể tự hoại do Công ty TNHH MTV Môi trường đô thị Đà Nẵng (URENCO) và một số công ty tư nhân đảm nhiệm Việc thông hút được thực hiện thụ động, các bể tự hoại thường chỉ phải hút khi có các sự cố tắc, bốc mùi hoặc khi bể đầy Phân bùn bể tự hoại được thu gom và vận chuyển đổ vào hệ thống xử lý tại bãi rác Khánh Sơn có công suất khoảng 50 m3/ngày Ước tính lượng bùn bể tự hoại được tiếp nhận xử lý chỉ chiếm một phần nhỏ, khoảng 30 - 40% lượng phát sinh của thành phố [14], [22] Tại đây bùn được lắng tách nước qua sân phơi bùn (hình 1.6), phần nước được đưa vào hệ thống xử lý nước rỉ rác, phần bùn lắng được bơm lên khu vực chôn lấp rác thải sinh hoạt Hệ thống xử lý đơn giản, thô sơ, không có trang thiết bị kỹ thuật để xử lý hiệu quả, ảnh hưởng lớn đến việc vận hành bãi chôn lấp, ô nhiễm môi trường và sức khỏe cộng đồng Hiện thành phố đang triển khai xây dựng dự án xử lý phân bùn bể

tự hoại theo hướng làm khô bùn sau đó được đưa đi làm phân, đốt và chôn lấp [14], [22]

Hình 1.6 Sân phơi bùn tại bãi rác Khánh Sơn – Đà Nẵng [22]

 Thành phố Đà Lạt: Đà Lạt là một trong những thành phố sử dụng hệ thống thoát nước riêng tuy nhiên chỉ phục vụ được khoảng 30 – 40% diện tích toàn thành phố, các khu vực còn lại vẫn sử dụng bể tự hoại [14] Việc thông hút, thu gom phân bùn bể tự hoại được thực hiện bởi Công ty cổ phần dịch vụ đô thị Đà Lạt và một số công ty tư nhân Phân bùn bể tự hoại thu gom được xử lý cùng nước thải tại nhà máy xử lý nước thải Đà Lạt, phần bùn khô được ủ vi sinh tạo sản phẩm phân vi sinh Công nghệ xử lý đạt hiệu quả cao tuy nhiên phí xử lý lớn, hiện chỉ xử lý được lượng nhỏ phân bùn bể tự hoại khoảng 10 – 20m3/ngày [14]

 Thành phố Hồ Chí Minh: Tại Thành phố Hồ Chí Minh việc thông hút, thu gom và vận chuyển phân bùn bể tự hoại được thực hiện bởi Công ty TNHH NNMTV Môi trường đô thị Hồ Chí Minh và các công ty tư nhân Các số liệu về khối lượng bùn bể tự hoại phát sinh, số lượng các đơn vị dịch vụ thông hút trên địa bàn thành phố chưa được quan tâm và thống kê một cách đầy đủ [4], [14], [35] Hoạt động xử lý phân bùn bể tự hoại tại thành phố hiện nay chỉ có một đơn vị chính thức đăng ký xử lý là Công ty TNHH xử lý chất thải Hòa Bình tại khu xử lý chất thải rắn Đa Phước Bình Chánh Công ty đã chính thức vận hành nhà máy xử lý phân bùn bể tự hoại với công suất 500m3/ngày tuy nhiên thực tế chỉ tiếp nhận khoảng 150m3/ngày [35] Tại đây bùn được tách nước qua bể lắng và bơm định kỳ lên máy tách rác, một phần đưa vào bể ủ thành bùn vi sinh Phần bùn còn lại sẽ được phơi khô và thêm chất dinh dưỡng để tạo thành phân bón cho nông nghiệp Phần nước tách ra được xử lý cùng nước rỉ rác Công nghệ này thu hồi được bùn khô phục vụ

trong nông nghiệp, quy trình xử lý đơn giản tuy nhiên chất lượng phân vi sinh còn thấp Bên cạnh đó do công nghệ và vận hành chưa hoàn thiện nên còn phát sinh mùi hôi thối ra môi trường xung quanh [4], [35]

Như vậy cũng như các nước đang phát triển khác, phương pháp xử lý phân bùn được khuyến khích áp dụng tại Việt Nam là các phương pháp có chi phí thấp

Cụ thể tại một số đô thị phương pháp được áp dụng chủ yếu là: tách nước khỏi phân bùn qua hệ thống bể lắng, sân phơi bùn có trồng cây hoặc không trồng cây Phần bùn khô sau đó được đưa đi chôn lấp, được sử dụng trực tiếp làm phân bón trong nông nghiệp hoặc được phối trộn ủ với chất thải rắn hữu cơ làm phân vi sinh Tuy nhiên các hệ thống xử lý mới chỉ tiếp nhận được một lượng nhỏ phân bùn bể tự hoại đồng thời hiệu quả xử lý còn thấp, quy trình vận hành chưa được thực hiện nghiêm chỉnh và sản phẩm phân bón thu được vẫn chưa được đánh giá cụ thể về chất lượng

và chưa được sử dụng nhiều

1.3 Tổng quan về chất thải hữu cơ từ chợ

Theo báo cáo môi trường quốc gia về chất thải rắn, nguồn phát sinh chất thải rắn sinh hoạt chủ yếu từ các hộ gia đình, các khu tập thể, chất thải đường phố, chợ, các trung tâm thương mại, văn phòng, các cơ sở nghiên cứu, trường học Tại các đô thị cùng với sự gia tăng dân số và mức sống, lượng chất thải rắn sinh hoạt cũng ngày càng gia tăng, năm 2010 lượng chất thải rắn sinh hoạt tại Hà Nội và thành phố

Hồ Chí Minh trung bình từ 6.200 – 6.700 tấn/ngày, ước tính mức gia tăng giai đoạn

2010 – 2014 trung bình 12% mỗi năm, trong đó chất thải rắn từ các chợ chiếm tỷ trọng khoảng 13% tổng khối lượng [3] Thành phần chất thải rắn sinh hoạt khá đa dạng bao gồm các thành phần: Chất hữu cơ dễ phân hủy: rau, củ quả thối, thực phẩm thừa, thành phần này có tỷ lệ cao từ 54 - 77%; Chất thải tái chế được: giấy, nilon, kim loại, nhựa, thủy tinh; Chất thải vô cơ như đất, cát, xỉ than [3]

Theo khảo sát tại các chợ các loại chất thải thực phẩm thừa như thịt, cá, tôm, thực phẩm đã qua chế biến đều được bán cho các hộ chăn nuôi, phần chất thải hữu

cơ như rau, củ quả thối, hỏng được thu gom và xử lý cùng các loại chất thải đô thị khác Những năm gần đây công tác thu gom chất thải rắn đô thị đã được quan tâm

hơn và được thực hiện cả bởi các đơn vị nhà nước và tư nhân Do đó tỷ lệ thu gom trung bình tại các đô thị tăng dần, cụ thể năm 2008 tỷ lệ này là 80 – 82% và đã tăng lên 83 – 85% vào năm 2010, tuy nhiên vẫn có khoảng 15 – 17% chất thải rắn đô thị

bị thải ra môi trường một cách bừa bãi [3]

Chất thải rắn đô thị thu gom chủ yếu được xử lý bằng phương pháp chôn lấp hợp vệ sinh và không hợp vệ sinh chiếm khoảng 76 – 82% Chỉ một phần nhỏ khoảng 8 – 12% được thu hồi, tái chế thành các sản phẩm như: chế biến phân hữu cơ; thức ăn chăn nuôi từ chất thải hữu cơ; tái chế giấy, nhựa, kim loại, thủy tinh [3]

Như vậy có thể thấy phần lớn chất thải hữu cơ từ chợ chủ yếu là rau, củ quả thối hiện được chôn lấp cùng các loại chất thải đô thị khác, trong khi nguy cơ gây ô nhiễm môi trường đất, nước, không khí từ các bãi chôn lấp là rất cao Do đó cần tăng cường thu hồi loại chất thải này tạo sản phẩm khác như phân bón hoặc xử lý kỵ khí kết hợp với chất thải khác thu khí sinh học

1.4 Đánh giá lựa chọn nghiên cứu phương pháp xử lý phân bùn bể tự hoại thích hợp với điều kiện Việt Nam

1.4.1 Các yếu tố tác động đến việc lựa chọn công nghệ xử lý

Phân bùn có đặc tính cô đặc và dễ phân hủy, là chất có khả năng thay đổi khác nhau do đó việc thiết kế hệ thống xử lý nên thiết kế cho từng trường hợp cụ thể Một số yếu tố chính ảnh hưởng đến công nghệ xử lý:

 Đặc điểm của phân bùn

Phân bùn được xử lý là phân bùn chưa ổn định, phân bùn đã ổn định hay hỗn hợp hai loại này, đối với phân bùn chưa ổn định chủ yếu bùn từ nhà vệ sinh công cộng cần qua công đoạn ổn định như xử lý sơ bộ, xử lý yếm khí trong ao hoặc bể phản ứng Các loại bùn đã ổn định ở mức độ cao có thể tách nước trực tiếp và có thể được khoáng hóa trong các bể ủ [25], [71] Tại một số thành phố lớn của Việt Nam như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh phân bùn gồm hỗn hợp phân bùn nhà vệ sinh công cộng và phân bùn bể tự hoại Tại các đô thị nhỏ hơn hầu như không có nhà vệ sinh công cộng tuy nhiên hiệu quả xử lý của bể tự hoại chỉ từ 0 – 50% [14] do đó

hàm lượng chất hữu cơ trong phân bùn còn tương đối cao và có thể xử lý bằng

phương pháp sinh học hiếu khí hoặc kỵ khí

 Mục đích thu sản phẩm cuối cùng

Sản phẩm cuối cùng của mỗi loại hình công nghệ là khác nhau, các sản

phẩm này có thể được xử lý tiếp hoặc được khai thác nhằm phục hồi tài nguyên Trong lịch sử việc thu hồi tài nguyên phổ biến nhất từ bùn là sử dụng làm phân bón hữu cơ phục hồi cho đất, do trong phân bùn có chứa thành phần dinh dưỡng tốt cho cây và các thành phần hữu cơ làm tăng khả năng giữ nước của đất Tuy nhiên có nhiều quan điểm khác nhau trong việc thu hồi tài nguyên từ phân bùn Ví dụ khí sinh học có thể thu được từ quá trình xử lý kỵ khí phân bùn, đồng thời cặn thu được

từ quá trình này cũng được sử dụng làm giàu cho đất Với mục đích thu sản phẩm cuối cùng khác nhau thì công nghệ xử lý sẽ khác nhau; Sản phẩm cuối cùng tương ứng với các công nghệ xử lý khác nhau được thể hiện ở bảng 1.5

Bảng 1.5 Sản phẩm thu đƣợc từ các loại hình công nghệ xử lý phân bùn [71]

Ủ compost

Ủ kỵ khí Lắng/nén bùn

2 Thức ăn cho cá và cây trồng Ao ổn định

3 Thức ăn cho gia súc và cây trồng Bãi lọc trồng cây

4 Nhiên liệu sinh học Ủ kỵ khí

- Chất lượng vệ sinh của cặn, lượng mầm bệnh (trứng giun) trong sản phẩm cuối cùng phải rất thấp hoặc bằng không để có thể tái sử dụng trong nông nghiệp

- Chất lượng nước thải ra, nồng độ các chất gây ô nhiễm cần đáp ứng được các tiêu chuẩn quy định khi xả vào nguồn nước mặt

- Tiêu chí về sự đơn giản và độ tin cậy của quá trình xử lý

- Yêu cầu về vận hành và bảo dưỡng càng thấp càng tốt

- Kỹ năng vận hành và giám sát càng cơ bản càng tốt

- Dự tính về rủi ro thất bại qua việc xác định các điểm yếu càng thấp càng tốt

 Chi phí xử lý

Bên cạnh những yêu cầu về hoạt động yêu cầu về chi phí xử lý cũng rất quan trọng trong việc lựa chọn công nghệ xử lý, các yêu cầu về chi phí bao gồm:

- Cần diện tích đất tối thiểu

- Chi phí đầu tư tối thiểu

- Chi phí vận hành và bảo dưỡng tối thiểu

Các giải pháp xử lý có giá thành đầu tư và vận hành thấp thường đi đôi với nhu cầu diện tích đất rộng Khi lựa chọn công nghệ xử lý, sự cân bằng giữa tính khả thi về kinh tế và kỹ thuật với yêu cầu diện tích đất phải phù hợp với các điều kiện và yêu cầu riêng của các địa điểm đặc trưng

Qua tìm hiểu tổng quan về xử lý phân bùn bể tự hoại trên thế giới và Việt Nam được trình bày ở mục 1.1.3 và 1.1.4 có thể thấy công nghệ xử lý phân bùn bể

tự hoại được khuyến khích áp dụng tại các nước đang phát triển là các công nghệ có

có chi phí thấp và vừa phù hợp với trình độ công nghệ sẵn có đồng thời thu hồi được tài nguyên Công nghệ xử lý có chi phí thấp và vừa chủ yếu áp dụng phương pháp sinh học xử lý phân bùn bể tự hoại như: sử dụng bãi lọc trồng cây, thu hồi bùn khô ủ phối trộn với chất thải hữu cơ sản xuất phân vi sinh, xử lý kỵ khí thu hồi khí sinh học Tại một số đô thị có hệ thống xử lý phân bùn bể tự hoại của Việt Nam cũng hầu hết đang áp dụng các phương pháp sinh học này tuy nhiên hiệu quả xử lý chưa cao, do đó luận án đã tập trung lựa chọn phương pháp sinh học trong nghiên cứu xử lý phân bùn bể tự hoại

1.4.2 Đánh giá lựa chọn phương pháp sinh học xử lý phân bùn bể tự hoại 1.4.2.1 Tiêu chí đánh giá

Dựa trên các yếu tố tác động đến việc lựa chọn phương pháp xử lý đồng thời dựa vào bảng tổng hợp hiện trạng phương pháp xử lý phân bùn bể tự hoại tại các đô

thị, đề xuất các tiêu chí đánh giá như sau:

- Nhóm tiêu chí về kỹ thuật: Nguyên lý công nghệ; Hiệu quả xử lý; Yêu cầu

xử lý thứ cấp; Sự đơn giản trong vận hành, bảo dưỡng, giám sát; Mức độ cơ khí hóa, tự động hóa; Nguy cơ hỏng hóc

- Nhóm tiêu chí về kinh tế: Chi phí đầu tư ban đầu; Chi phí diện tích đất; Chi phí vận hành bảo dưỡng; Chi phí năng lượng; Lợi nhuận từ sản phẩm mang lại Tổng chi phí nên ở mức thấp và vừa để phù hợp với điều kiện kinh tế đang phát triển của Việt Nam

- Nhóm tiêu chí về sự phù hợp với điều kiện Việt Nam: Sự phù hợp với điều kiện khí hậu, Việt Nam có khí hậu nhiệt đới với nhiệt độ trung bình tương đối cao từ 20 – 270C khá phù hợp cho hoạt động của vi sinh vật phân hủy; Sự phù hợp với thành phần chất thải; Sự phù hợp với nhu cầu sử dụng sản phẩm của phương pháp xử lý

- Nhóm tiêu chí về môi trường: Khả năng tiêu diệt mầm bệnh; Khả năng thu hồi chất dinh dưỡng; Khả năng gây rủi ro đối với môi trường (như phát sinh mùi, khí thải, nước rỉ, sử dụng hóa chất, năng lượng trong quá trình xử lý)

1.4.2.2 Đánh giá lựa chọn phương pháp sinh học trong xử lý phân bùn bể tự hoại

Dựa vào các tiêu chí đánh giá đã nêu ở trên, cùng với kết quả một số nghiên cứu, bảng 1.6 đưa ra những đánh giá tổng thể đối với các phương pháp sinh học xử

lý phân bùn bể tự hoại trong điều kiện về kinh tế xã hội, môi trường và nhiệt độ khí hậu của Việt Nam

Bảng 1.6 Đánh giá tổng thể một số phương pháp sinh học xử lý phân bùn bể tự

hoại trong điều kiện Việt Nam Tiêu chí Bãi lọc trồng cây Ủ hiếu khí phối trộn với

chất thải rắn hữu cơ

Phân hủy kỳ khí phối trộn với chất thải rắn hữu cơ thu khí biogas

Mức độ

áp dụng

Một đô thị áp dụng

Một số đô thị áp dụng Chưa áp dụng ở quy

Bùn được tách nước qua

bể lắng/ sân phơi bùn sau

đó bùn khô được ủ hiếu khí kết hợp chất thải rắn hữu cơ tạo phân Compost [10], [25], [96]

Bùn không cần tách nước phối trộn với chất thải hữu cơ lên men kỵ khí tại các bể phản ứng thu khí biogas [71], [89]

Tốt [89]

Tuy nhiên chưa được đánh giá cụ thể trong thực tế

Theo nghiên cứu của Nguyễn Phương Thảo hiệu suất xử lý hỗn hợp phân bùn bể tự hoại và chất thải thực phẩm nhà bếp theo COD có thể đạt 75% ở điều kiện lên men nóng trong phòng thí nghiệm [29]