Đánh giá độ linh động của kim loại nặng và khả năng ứng dụng làm phân bón bằng phương pháp ủ sinh học đối với bùn thải đã qua xử lý tại trạm xử lý nước thải khu công nghiệp lê minh xuân

VÕ THANH HUY ðÁNH GIÁ ðỘ LINH ðỘNG CỦA KIM LOẠI NẶNG VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG LÀM PHÂN BÓN BẰNG PHƯƠNG PHÁP Ủ SINH HỌC ðỐI VỚI BÙN THẢI ðà QUA XỬ LÝ TẠI TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI KHU CÔNG NGHIỆ

VÕ THANH HUY

ðÁNH GIÁ ðỘ LINH ðỘNG CỦA KIM LOẠI NẶNG VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG LÀM PHÂN BÓN BẰNG PHƯƠNG PHÁP

Ủ SINH HỌC ðỐI VỚI BÙN THẢI ðà QUA XỬ LÝ TẠI TRẠM

XỬ LÝ NƯỚC THẢI KHU CÔNG NGHIỆP LÊ MINH XUÂN

Chuyên ngành: Công nghệ Môi trường

Mã số: 608506

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Thành phần Hội ñồng ñánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

Xác nhận của Chủ tịch hội ñồng ñánh giá luận văn và Bộ môn quản lý chuyên ngành:

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: Vạ THANH HUY Ầ Phái: ẦẦNam

Ngày, tháng, năm sinh: 14/10/1982 Nơi sinh: PHÚ YÊN Chuyên ngành: Công nghệ môi trường

MSHV: 02508600

1- TÊN đỀ TÀI: đánh giá ựộ linh ựộng của kim loại nặng và khả năng ứng

dụng làm phân bón bằng phương pháp ủ sinh học ựối với bùn thải ự qua xử

lý tại trạm xử lý nước thải khu công nghiệp lê minh xuân

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

Nghiên cứu lý thuyết về các phương pháp xử lý bùn thải công nghiệp Trên cơ sở ựó lựa chọn phương pháp thắch hợp ựể ứng dụng

Xây dựng mô hình tại phòng thắ nghiệm, lấy mẫu và xử lý mẫu, tiến hành chạy thắ nghiệm và vận hành (theo phương pháp composting và phân hủy bùn hiếu khắ)

Phân tắch các chỉ tiêu về kim loại nặng và ựộ rò rỉ kim loại nặng (TCLP) của Cr, Zn, Ni; và phân tắch các chỉ tiêu khác như: TOC, N, C/N, pH, ựộ ẩm, TVS, TS

đánh giá hiệu quả xử lý bùn thông qua ựộ giảm linh ựộng của kim loại nặng, khả năng tận dụng làm phân bón

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 20/01/2010

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 02/07/2010

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký)

Luận văn này là sản ph

giúp ñỡ bởi nhiều người

Trước tiên tôi rất biế

PGS.TS Nguyễn Phước Dân v

Trong công tác lấy m

lý KCN Lê Minh Xuân, các anh ch

trung KCN LMX ñã tạo ñiề

Tôi cũng ghi nhận sự

cũng như tập thể các anh ch

sát cánh và trao ñổi học tậ

tưởng và tự tin hơn trong ñ

Cuối cùng tôi xin chân thành c

Hòa – Phú Yên, cơ quan hi

thành tốt khóa học Cám ơ

hộ tôi trong thời gian qua

Xin gửi lời chúc sứ

sống ñến tất cả mọi người

“Chưa thử sức thì không bao gi

ản phẩm của một quá trình làm việc, nghi

ất biết ơn ñến sự hướng dẫn, giúp ñỡ và ch

ớc Dân và TS Bùi Xuân Thành trong quá trình th

ầy là rất lớn ñến sự hoàn thành của luận vă

n sự giúp ñỡ và ñánh giá cao sự hỗ trợ của các th

ên tại phòng thí nghiệm khoa môi trư

ỗ trợ trong việc lắp ñặt mô hình, anh Ngô Tr

n phân tích kim loại nặng…

ấy mẫu và chuẩn bị mẫu, tôi chân thành c

lý KCN Lê Minh Xuân, các anh chị hiện ñang làm việc tại trạm x

ạo ñiều kiện và hướng dẫn cho tôi rất nhiều.

ận sự ñộng viên và hỗ trợ của các thầy cô các anh chị học viên lớp cao học công nghệ môi tr

ọc tập với các anh chị học viên trong thời gian qua giúp tôi tin

n trong ñề tài của mình

ùng tôi xin chân thành cảm ơn ñến BGH trường Cð quan hiện ñang công tác, ñã tạo ñiều kiện về Cám ơn ba mẹ và các anh chị, em trong gia ñ

ành cảm ơn ñến Ban quản

i trạm xử lý nước thải tập

t nhiều

ầy cô ở khoa Môi trường

ệ môi trường 2008 ðược

ời gian qua giúp tôi tin

Luận văn này tập trung nghiên cứu phương pháp thêm các tác nhân là chất hấp phụ tự nhiên vào trong bùn thải ựã qua xử lý tại TXLNT tập trung KCN Lê Minh Xuân

ựể giảm tắnh linh ựộng của kim loại nặng Các chất hấp phụ ựược sử dụng ở ựây là những

sản phẩm tự nhiên và sẵn có ở Việt Nam đó là bột canxi, bột dolomite, Na_bentonite và than bùn Chất hữu cơ sau khi ổn ựịnh có thể ựem sử dụng như là một loại phân bón hữu cơ Vật liệu nghiên cứu là bùn sinh học lấy trực tiếp từ trạm xử lý nước thải và bùn hóa lý lấy từ kết quả phòng thắ nghiệm Kết luận chung cho các mẫu bùn sinh học: khả năng ứng dụng làm phân hữu cơ luôn ựảm bảo với ựiều kiện phải trộn thêm bột canxi hay ựolomite ựể giảm mức ựộ nguy hại của Ni, Cr và Zn Còn các mẫu bùn hóa lý thì khả năng giảm mức ựộ nguy hại của các kim loại nặng luôn tốt, tuy nhiên ựể ứng dụng làm phân hữu cơ cần phải phối

ABSTRACT

The wasted biological sludge (BS) and flocculation sludge (FS) from industrial wastewater treatment plant contains heavy metals, mainly Cr, Ni and Zn The BS and the FS were stabilized alternately with natural adsorbents (peat coal, sodium bentonite, calcium powder, dolomite) prior to composting and aerobic digestion In the sludge composting experiment, after 100 days it was observed that the hazardous level (HzL) of Cr, Ni, Zn were lower than allowable limit of Vietnamese standard for FS The HzL of Ni, Cr of (BS+calcium powder) and (BS+dolomite) met the standards while the HzL of Zn exceeded 1.68 times for peat coal and 1.45 for bentonite It shows that the Hzl of Ni, Zn were high- hazardous; Hzl of Cr was better

For BS, the sludge decomposition and leaching ability of heavy metal alternately were calcium powder, dolomite, peat coal and bentonite respectively While for FS, it was peat coal, calcium powder, dolomite and bentonite The test result from aerobic sludge digestion (after 58 days) show that the HzL of Ni, Cr was lower than the allowable limits while the Hzl of Zn exceeded for FS Whereas, the Hzl of Cr was lower than hazardous limit, while those of Ni and Zn higher than hazardous limits for BS So peat coal is the best

MỤC LỤC TRANG

DANH SÁCH CÁC BẢNG ……… vi

DANH SÁCH HÌNH ……… vii

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ……… ix

CÁC THUẬT NGỮ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN ……… x

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ……… 1

1.1 Cơ sở nghiên cứu ……… 1

1.2 Tính cấp thiết và mục tiêu nghiên cứu ……… 3

1.3 Lĩnh vực ứng dụng ……… 3

1.4 Tính khoa học và tính mới của ñề tài ……… 4

1.4.1 Tính khoa học của ñề tài ……… 4

1.4.2 Tính mới của ñề tài ……… 5

1.5 ðối tượng và phạm vi nghiên cứu ……… 5

1.6 Phương pháp nghiên cứu ……… 6

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN BÙN THẢI KHU CÔNG NGHIỆP LÊ MINH XUÂN & CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ……… 8

2.1 Tổng quan về bùn thải công nghiệp & phương pháp xử lý ………… 8

2.1.1 Hiện trạng xử lý của trạm xử lý nước thải tập trung KCN LMX … 8

2.1.2 Tính chất chất bùn thải của TXLNT KCN LMX ……… 13

2.1.3 Ảnh hưởng của bùn thải ñối với môi trường ……… 14

2.2 Các phương pháp xử lý bùn thải công nghiệp ……… 15

2.2.1 Phương pháp ổn ñịnh, hóa rắn ……… 16

2.2.2 Ủ bùn thu khí biogas ……… 21

2.2.3 Phương pháp nhiệt ẦẦẦ 22

2.2.4 Phương pháp phân hủy hiếu khắ ẦẦẦ 23

2.2.5 Phân hủy kỵ khắ bùn thải ẦẦẦ 24

2.2.6 Phương pháp composting ẦẦẦ 25

2.2.7 Phương pháp thủy tinh hóa ẦẦẦ 27

2.3 Lý thuyết về Composting bùn thải công nghiệp từ TXLNT tập trung 28

2.3.1 định nghĩa ẦẦẦ 28

2.3.2 Cơ chế quá trình composting ẦẦẦ 28

2.3.3 Các VSV tham gia và các yếu tố ảnh hưởng ẦẦẦ 30

2.4 Phân hủy hiếu khắ bùn thải công nghiệp ẦẦẦ 34

2.4.1 Cơ chế quá trình phân hủy hiếu khắ ẦẦẦ 34

2.4.2 Các yếu tố liên quan ựến quá trình phân hủy hiếu khắ ẦẦẦ 35

CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ẦẦ 39

3.1 Thành phần bùn thải và vật liệu nghiên cứu ẦẦẦ 39

3.1.1 Thành phần bùn thải nghiên cứu ẦẦẦ 39

3.1.2 Thành phần phụ gia ổn ựịnh kim loại nặng trong bùn ẦẦẦ 40

3.2 Mô hình nghiên cứu ẦẦẦ 42

3.2.1 Mô hình composting ẦẦẦ 42

3.2.2 Mô hình phân hủy hiếu khắ ẦẦ ẦẦẦ 44

3.3 Nội dung thực nghiệm ẦẦẦ 46

3.3.1 đánh giả khả năng linh ựộng và ổn ựịnh kim loại nặng ẦẦẦ 46

3.3.2 đánh giá khả năng phân hủy và ổn ựịnh bùn ẦẦẦ 47

3.4 Phương pháp phân tắch ẦẦẦ 48

3.4.1 Phương pháp ựo ẦẦẦ 48

3.4.2 Phương pháp phân tắch TOC, N trong bùn ẦẦẦ 48

3.4.3 Phương pháp phá mẫu ựo kim loại nặng và TCLP ẦẦẦ 51

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ẦẦẦ 55

4.1 Phân tích ñánh giá các chỉ tiêu cơ bản trong mẫu bùn phân tích 55

4.1.1 Tính chất vật lý – hóa học của bùn thô ban ñầu 55

4.1.2 TCLP và ñộ linh ñộng của kim loại nặng trong mẫu ñầu vào 56

4.2 ðộ ổn ñịnh kim loại nặng sau khi ủ ……… 56

4.2.1 Mô hình composting ……… 56

4.2.2 Mô hình phân hủy hiếu khí ……… 61

4.3 Khả năng ổn ñịnh chất hữu cơ ……… 65

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ ……… 73

5.1 Kết luận ……… 73

5.2 Kiến nghị ……… 74

DANH MỤC CÁC BÀI BÁO ðà THAM GIA ……… 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO ……… 76

PHỤ LỤC

DANH SÁCH CÁC BẢNG Trang

Bảng 2.1 Giới hạn dòng và mức xử lý yêu cầu của TXLNT tập trung KCN LMX 10

Bảng 2.2 Kết quả phân tích ñầu vào – ñầu ra tại TXLNT tập trung KCN LMX… 12

Bảng 2.3 Tính chất nước thải ñầu vào của TXLNT tập trung KCN LMX………… 12

Bảng 2.4 Chất lượng bùn thải tại trạm xử lý nước thải KCN LMX……… 13

Bảng 2.5 Các tác chất ổn ñịnh của chất thải……… 18

Bảng 2.6 Năng lượng và nguồn carbon cho các VSV……… 32

Bảng 2.7 Khoảng nhiệt ñộ thích hợp cho từng loại VSV……… 33

Bảng 2.8 Tóm tắt các thông số ảnh hưởng ñến quá trình composting hiếu khí…… 34

Bảng 3.1 ðặc tính bùn sinh học sử dụng cho mô hình nghiên cứu……… 40

Bảng 3.2 Thành phần than bùn ñược sử dụng trong mô hình……… 42

Bảng 3.3 Thành phần hóa học của bentonite sodium……… 42

Bảng 3.4 Các thành phần phối trộn trong mô hình compost……… 44

Bảng 3.5 Thành phần các mẫu bùn phân hủy hiếu khí……… 46

Bảng 3.6 Các phương pháp ño phòng thí nghiệm ……… 48

Bảng 4.1 Tính chất hóa lý bùn thô ban ñầu trong mô hình composting……… 55

Bảng 4.2 Thành phần hóa lý các mẫu bùn trong phân hủy hiếu khí……… 55

Bảng 4.3 Thí nghiệm kết tủa kim loại nặng bằng NaOH……… 56

Bảng 4.4 TCLP các mẫu bùn ñầu vào……… 56

Bảng 4.5 ðộ linh ñộng kim loại nặng ñầu vào……… 57

Bảng 4.6 TCLP và ñộ linh ñộng các mẫu bùn composting sau 103 ngày………… 58

Bảng 4.7 TCLP của các mẫu sau 58 ngày phân hủy……… 63

Bảng 4.8 Tính chất vật lý – hóa học của các mẫu bùn cuối cùng……… 66

Bảng 4.9 Tiêu chuẩn ngành 10 TCVN 562 – 2002 cho phân hữu cơ vi sinh vật chế biến từ CTR SH do Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn ban hành………… 68

DANH SÁCH HÌNH Trang

Hình 2.1 Sơ ñồ công nghệ tại TXLNT tập trung KCN LMX ……… 9

Hình 2.2 Sơ ñồ ủ bùn thu khí biogas ……… 21

Hình 2.3 Sơ ñồ cân bằng sinh khối trong quá trình ủ bùn……… 21

Hình 2.4 Quá trình chiết tách kim loại nặng bằng nhiệt……… 23

Hình 2.5 Sơ ñồ quá trình phân hủy bùn kỵ khí……… 24

Hình 2.6 Các giai ñoạn của quá trình composting……… 26

Hình 2.7 Mối quan hệ giữa BOD, MLVSS, Oxy và Nitơ ……… 34

Hình 2.8 Hệ số phân hủy (Kd) theo nhiệt ñộ……… 36

Hình 3.1 Bùn sinh học tại TXLNT tập trung KCN LMX ……… 39

Hình 3.2 Thí nghiệm keo tụ ñể tạo bùn hóa lý……… 41

Hình 3.3 Các vật liệu hấp phụ sử dụng trong mô hình thí nghiệm 41

Hình 3.4 Mô hình trộn ủ phân compost lý thuyết……… 43

Hình 3.5 Mô hình ủ phân compost thực tế tại phòng thí nghiệm……… 44

Hình 3.6 Mô hình phân hủy bùn hiếu khí……… 45

Hình 3.7 Mô hình thực tế chạy tại phòng thí nghiệm……… 46

Hình 3.8 Quá trình chiết tách TCLP sử dụng trong nghiên cứu này……… 54

Hình 4.1 ðộ giảm linh ñộng của kim loại nặng so với ban ñầu của mẫu BSH 58

Hình 4.2 ðộ giảm linh ñộng của kim loại nặng so với ban ñầu của mẫu BHL 60

Hình 4.3 TCLP của kim loại nặng so với ngưỡng nguy hại sau 103 ngày… 61 Hình 4.4 TCLP của kim loại nặng so với ngưỡng nguy hại sau 152 ngày 62

Hình 4.5 ðộ linh ñộng của các mẫu bùn sinh học……… 63

Hình 4.6 ðộ linh ñộng của các mẫu bùn hóa lý ……… 64

Hình 4.7 Nồng ñộ ngâm chiết so với ngưỡng nguy hại (mẫu hóa lý)……… 65

Hình 4.8 Nồng ñộ ngâm chiết so với ngưỡng nguy hại (mẫu bùn sinh học) 65

Hình 4.9 Sự thay ñổi hàm lượng TOC trong các mẫu bùn SH……… 67

Hình 4.10 Tỷ lệ C/N của mẫu bùn SH sau khi ổn ñịnh ở các giai ñoạn…… 69

Hình 4.11 Biểu ñồ thể hiện sự thay ñổi OM và TVS/TS giữa các mẫu bùn SH… 69 Hình 4.12 Sự thay ñổi thành phần C/N và TOC trong các mẫu bùn hóa lý 70 Hình 4.13 Sự thay ñổi hàm lượng OM và tỷ lệ TVS/TS trong các mẫu bùn hóa lý 71 Hình 4.14 Hàm lượng TOC trong mẫu bùn sinh học và hóa lý … 72

CÁC THUẬT NGỮ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

[1] Bùn Sinh Học: Bùn ở bể lắng 2 ñược giữ ở bể nén bùn, sau ñó ñi qua máy

ép bùn tạo thành dạng bánh bùn

[2] Bùn Hóa lý: Nước thải từ ñầu vào trạm xử lý nước thải KCN LMX ñược

keo tụ với hóa chất ñiều chỉnh pH là NaOH, phèn sắt ở ñiều kiện thích hợp Sau khi lắng tạo thành bùn

[3] ðộ linh ñộng, ñộ rò rỉ hay còn gọi là tính linh ñộng: Khả năng kim loại

nặng trong các mẫu bùn dễ thâm nhập ra môi trường nước, ñất…ñược xác ñịnh bằng tỷ lệ kim loại nặng trong dung dịch chiết trên tổng lượng kim loại nặng trong mẫu bùn ðơn vị tính: (%) hay (w/w)

[4] TCLP (Toxicology Characteristic Leaching Process): Nồng ñộ của kim

loại nặng trong dung dịch chiết, xác ñịnh theo tiêu chuẩn US_EPA ðơn vị: mg/l

[5] Ổn ñịnh chất hữu cơ: Chất hữu cơ có trong bùn sau khi ủ tạo thành các sản

phẩm hữu cơ ổn ñịnh dạng humic hay fulvic, dễ hấp thụ cho cây trồng

[6] Tác nhân hấp phụ hay chất hấp phụ: Các chất hấp phụ tự nhiên ñược

dùng ñể thí nghiệm: than bùn, bentonite, ñolomite hay bột canxi

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU

1.1 Cơ sở nghiên cứu

Bùn thải từ các trạm xử lý nước thải (TXLNT) ở các khu công nghiệp (KCN), chứa nhiều các chất hữu cơ, chất dinh dưỡng, có thể ứng dụng trong ñất nông nghiệp ðây là một phần của quá trình tái sử dụng chất thải Tuy nhiên, bùn thải nếu chứa nhiều kim loại nặng, chất thải nguy hại sẽ cản trở cho khả năng ứng dụng vào ñất nông nghiệp

Tại Thành phố Hồ Chí Minh (TPHCM) có khoảng 15 khu chế xuất (KCX) - khu công nghiệp và khoảng 30 cơ sở sản xuất nhỏ Hằng tháng, lượng bùn thải phát sinh từ các hệ thống xử lý nước thải tập trung là hơn 1 triệu tấn/tháng (Phước., 2009) Theo

ñó, ba ngành có lượng bùn thải phát sinh cao nhất là thực phẩm (330 tấn/tháng), thuộc

da (307 tấn/tháng), cơ khí-kim loại (183 tấn/tháng) KCN Hiệp Phước ñược xác ñịnh

có lượng bùn thải nhiều nhất, kế ñến là KCN Tây Bắc – Củ Chi, Tân Bình, Vĩnh Lộc, Tân Tạo, Lê Minh Xuân, KCX Tân Thuận…Cùng với tốc ñộ phát triển các KCX-KCN, dự báo ñến 2015, lượng bùn thải trên ñịa bàn thành phố sẽ tăng hơn 3 triệu tấn/tháng và khoảng gần 4 triệu tấn/tháng vào năm 2020

Ở ñây, hầu hết lượng bùn thải này chưa ñược xem là chất thải nguy hại và không ñược xử lý ñúng cách Trong 3000 tấn bùn thải phát sinh hằng ngày có khoảng

250 tấn bùn công nghiệp, hầu hết chúng ñược xem là chất thải nguy hại (DONRE.,

trong khuôn viên KCN (KCN Lê Minh Xuân); ñược ủ tại chỗ làm phân compost (KCN Vĩnh Lộc); hoặc bán cho cơ sở làm phân vi sinh (KCN Tân Tạo); hoặc giao cho ñơn vị

và công sự (2009) ñã lấy 106 mẫu bùn thải của các doanh nghiệp, KCX-KCN ñể phân

tích thành phần chất thải Kết quả cho thấy, có ñến 60% lượng bùn thải chứa các chất vượt ngưỡng nguy hại Cụ thể, bùn thải của KCN Lê Minh Xuân và KCX Tân Thuận ñược xếp vào loại nguy hại hỗn hợp, do chứa hàm lượng kim loại nặng và các chất hữu

cơ ñộc hại vượt ngưỡng tiêu chuẩn chất thải nguy hại Còn bùn thải từ KCX-KCN Hiệp Phước, Tân Tạo, Tây Bắc-Củ Chi, Linh Trung 2, Cát Lái 2 lại nguy hại là do có hàm lượng các chất hữu cơ ñộc hại vượt tiêu chuẩn Riêng bùn thải tại các KCX-KCN Tân Thới Hiệp, Tân Bình, Vĩnh Lộc, Linh Trung 1 và Bình Chiểu thì không nguy hại…Phước., 2009 cho rằng dựa trên kết quả phân tích trên, có thể thấy không phải bùn thải nào cũng chứa chất thải nguy hại Do ñó, nếu thực hiện tốt việc phân loại bùn thải sẽ có một khối lượng lớn bùn thải tái sử dụng làm phân bón, thậm chí là sản xuất thức ăn gia súc mang lại hiệu quả cao Riêng bùn thải có hàm lượng các chất nguy hại cao thì chuyển qua xử lý như tái chế, tái sử dụng, ñốt, chôn lấp…Biện pháp này giúp giảm ñáng kể sức ép ñối với yêu cầu xử lý chất thải nguy hại vốn ñang yếu và thiếu nghiêm trọng cũng như quy trình xử lý sẽ tiết kiệm ñược chi phí tốt nhất Trên thực tế, việc không thực hiện phân loại xử lý bùn thải ñã khiến tổng lượng bùn thải phát sinh trong sản xuất công nghiệp cần ñược xử lý như bùn có chất thải nguy hại ñã vượt xa năng lực xử lý của các ñơn vị có chức năng

Có nhiều phương pháp ñể khử kim loại nặng trong bùn, như: ñốt, giải hấp bằng nhiệt, ổn ñịnh – hóa rắn, ổn ñịnh hiếu khí, thêm tác nhân ổn ñịnh, phân hủy hiếu khí/kỵ khí…Thải bỏ bùn công nghiệp ra các bãi chôn lấp là một phương pháp rẻ tiền và ñã ñược thực hiện ở nhiều nước Tuy nhiên, các bãi chôn lấp bùn thải lại là một vấn ñề nghiêm trọng trong xã hội (Wang et al., 2008) Trong khi ñó ñốt bùn thải chứa kim loại nặng luôn phải cần dầu nhiên liệu và là một giải pháp thiếu tính kinh tế (Dolgen et al.,

với phương pháp này, nếu không ñúng cách dễ gây rò rỉ kim loại ra môi trường và khó ứng dụng trong lĩnh vực vật liệu xây dựng (Hải., 2007) Các kim loại nặng dễ linh ñộng và khó phân hủy sinh học, ở nồng ñộ cao, chúng trở nên ñộc hại và có khuynh

hướng tắch lũy trong chuỗi thực phẩm (Dudka and Miller., 1999) Các kết quả nghiên cứu gần ựây cho thấy rằng những chất hấp phụ tự nhiên như bột canxi và bentonite có

tỷ lệ phần trăm hấp phụ kim loại nặng là tương ựối cao (Salmasi et al., 2005) Zopras

et al (2002) ựã dùng Zeolite clipnoptilolite tự nhiên ựể trao ựổi, giữ lại và không cho các kim loại nặng ựi qua và tắch lũy ở sản phẩm phân bón cho nông nghiệp Các chất hấp phụ như ựá vôi và bentonite ựược trộn vào bùn ổn ựịnh kim loại nặng dưới ựiều kiện hiếu khắ và kỵ khắ Sự hiện diện của không khắ làm ựộ linh ựộng kim loại nặng giảm nhiều hơn là trong ựiều kiện không có oxy (Hanč et al., 2002, 2006)

Từ những nghiên cứu ựó, luận văn này tập trung nghiên cứu phương pháp thêm các tác nhân vào trong bùn thải ựã qua xử lý tại TXLNT tập trung KCN Lê Minh Xuân

ựể giảm tắnh linh ựộng của kim loại nặng Các chất hấp phụ ựược sử dụng ở ựây là những sản phẩm tự nhiên và sẵn có ở Việt Nam đó là bột canxi, bột dolomite, Na_bentonite và than bùn Chất hữu cơ sau khi ổn ựịnh có thể ựem sử dụng như là một loại phân bón hữu cơ

1.2 Tắnh cấp thiết và mục tiêu nghiên cứu

Tắnh cấp thiết của ựề tài:

KCN Lê Minh Xuân là ựơn vị phải tiếp nhận những doanh nghiệp vừa và nhỏ, các cơ sở sản xuất thải bùn có tắnh chất ựộc hại ựược di dời bắt buộc từ khu vực nội thành của TPHCM 1600 tấn bùn mang ựộc tố, ựây là lượng bùn thải nguy hại mà KCN Lê Minh Xuân ựã ựưa ra bón cho cây xanh, gây ô nhiễm môi trường sống trong khu vực Kết quả giám ựịnh cho thấy mẫu chất thải lấy tại bãi lưu ngoài trời là chất thải nguy hại với hàm lượng Cr vượt ngưỡng nguy hại 1,88 lần và Ni vượt ngưỡng 1,84 lần Mẫu bùn thải tại nhà máy xử lý cũng là chất thải nguy hại với Cr vượt ngưỡng nguy hại 2,53 lần Riêng mẫu nước thải tại hố ga sau xử lý tuy có cải thiện ở một số chỉ tiêu

tắnh chất nguy hại của các loại hoá chất ựược sử dụng từ các ựơn vị sản xuất, bùn thải

công nghiệp nguy hại có chứa các kim loại nặng như: Cu, Mn, Zn, Ni, Cd, Pb, Hg, Se,

Al, As, CrẦ nhất thiết phải ựược xử lý trước khi thải ra môi trường, nếu không sẽ gây nên những rủi ro cho môi trường sống của con người và sinh vật

Nghiên cứu làm giảm ựộc tắnh kim loại nặng trong bùn thải KCN Lê Minh Xuân góp phần giải quyết ựược lượng lớn chất thải nguy hại của KCN và ựưa ra các giải pháp nhằm tái sử dụng lượng bùn trên đó là nhiệm vụ cần thiết và là mục tiêu ựang ựược quan tâm của ựề tài

Mục tiêu nghiên cứu: đề tài nghiên cứu nhằm ựạt ựược các mục tiêu sau:

đánh giá khả năng phân hủy bùn, ựộ linh ựộng của kim loại nặng bằng phương pháp trộn, ủ phân compost và khả năng tận dụng làm phân hữu cơ

đánh giá khả năng phân hủy bùn và ựộ linh ựộng của kim loại nặng bằng phương pháp phân hủy hiếu khắ

1.3 Lĩnh vực ứng dụng

Hiện nay, công nghệ ủ phân compost ựang ựược ứng dụng nhiều ựể xử lý bùn thải công nghiệp, chất thải rắn, bùn cống rãnh Ầvà rất có triển vọng trong tương lai Với các ưu ựiểm của quá trình như: thân thiện với môi trường, hiệu quả xử lý cao, mang giá trị kinh tế cao, ứng dụng nhiều trong nông nghiệpẦ thì việc áp dụng kỹ thuật này sẽ thiết thực hơn phù hợp với trào lưu ứng dụng kỹ thuật sinh thái

1.4 Tắnh khoa học và tắnh mới của ựề tài

1.4.1 Tắnh khoa học của ựề tài

Các thông số thắ nghiệm nghiên cứu của ựề tài có kế thừa thành quả của một số nghiên cứu trong nước và trên thế giới, tạo cơ sở và ựộ tin cậy cho kết quả của ựề tài mang lại

Toàn bộ kết quả của ñề tài ñược rút ra từ những cơ sở nghiên cứu có căn cứ khoa học rõ ràng, xử lý số liệu thông qua phương pháp toán học nên ñảm bảo tính khoa học của ñề tài

Các kết quả nghiên cứu trong luận văn này tạo cơ sở và tiền ñề ñể nghiên cứu sâu hơn việc áp dụng kỹ thuật composting và phân hủy sinh học hiếu khí ñể tái sinh bùn thải công nghiệp và bảo vệ môi trường sinh thái

1.4.2 Tính mới của ñề tài

Ủ phân compost ñược ứng dụng nhiều ñể tái sử dụng chất thải nói chung Nhưng ứng dụng quá trình composting ñể ổn ñịnh kim loại nặng trong bùn thải công nghiệp và tận dụng làm phân bón hữu cơ hiện nay vẫn ít ñược sử dụng nhiều ở Việt Nam

1.5 ðối tượng và phạm vi nghiên cứu

ðối tượng:

ðối tượng nghiên cứu là bùn thải sinh học lấy từ máy ép bùn tại trạm xử lý nước thải KCN Lê Minh Xuân Nước thải tại trạm qua công ñoạn xử lý hóa lý và sinh học aerotank Ngoài bùn sinh học, ñối tượng nghiên cứu của ñề tài còn sử dụng bùn hóa lý,

là bùn lấy từ kết quả thí nghiệm của quá trình keo tụ

Cả hai mẫu bùn ñánh giá ñộ linh ñộng kim loại nặng là: Ni, Cr, Zn… Các kim loại nặng khác không ñánh giá trong nghiên cứu này

1.6 Phương pháp nghiên cứu

1.6.1 Phương pháp tài liệu

Trong quá trình thực hiện ñề tài, chúng tôi sẽ tiến hành thu thập, sưu tầm các thông tin tài liệu, số liệu về ñối tượng nghiên cứu trên tất cả các nguồn Những tài liệu,

số liệu này sẽ ñược lựa chọn, phân tích, tổng hợp làm cơ sở cho việc ñịnh hướng và thực hiện nghiên cứu Ngoài ra trong quá trình thực hiện cần học tập kinh nghiệm những người ñi trước có liên quan ñến vấn ñề ñang nghiên cứu

1.6.2 Phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu

Nghiên cứu này tiến hành phân tích mẫu ở 2 dạng, rắn và lỏng Các mẫu bùn lỏng sẽ ñược lọc qua giấy lọc, phần nước sẽ phân tích riêng còn phần rắn sẽ ñem sấy và tiến hành phân tích (kỹ thuật phân tích xem thêm phần các phương pháp phân tích thí

và ở ñiều kiện môi trường axit

1.6.3 Phương pháp thống kê xử lý số liệu

Sử dụng các phương pháp quy hoạch thực nghiệm ñể phân tích và tối ưu hóa quá trình thí nghiệm ðồng thời sử dụng các phương pháp thống kê toán học ñể xử lý

số liệu nghiên cứu

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN BÙN THẢI KHU CÔNG NGHIỆP LÊ MINH

XUÂN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ 2.1 Tổng quan về bùn thải công nghiệp & phương pháp xử lý

2.1.1 Hiện trạng xử lý của trạm xử lý nước thải tập trung KCN LMX

Với mục tiêu tiếp nhận những doanh nghiệp sản xuất có khả năng gây ô nhiễm môi trường, KCN LMX ñã thu hút nhiều nhà ñầu tư trong và ngoài nước, trong ñó tập trung các ngành nghề ô nhiễm cao như dệt nhuộm, xi mạ, hóa chất, chế biến mủ cao su,

xử lý môi trường, v.v…Do ñó thành phần tính chất nước thải của KCN rất ña dạng và phức tạp Hơn nữa, do có sự ña dạng về ngành nghề và quy mô doanh nghiệp khác nhau nên công tác quản lý môi trường, kiểm soát các nguồn thải (ñặc biệt là nước thải) cũng gặp nhiều khó khăn

Xét về mặt hoạt ñộng, hiện tại KCN LMX có 3 nguồn phát sinh nước thải chủ yếu:

và từ ban quản lý KCN

Nước thải phát sinh từ hoạt ñộng sản xuất của hơn 156 danh nghiệp và 115 doanh nghiệp hoạt ñộng trong KCN LMX

Hệ thống thu gom và xử lý nước thải

Hiện tại KCN có mạng lưới thoát nước hoàn chỉnh với hệ thống thoát nước mưa

và hệ thống thu gom nước thải riêng biệt Nước mưa ñược thu gom từ các nhà máy, xí nghiệp vào hệ thống thoát nước mưa chung của KCN và thải trực tiếp ra kênh thuỷ lợi xung quanh khu vực Nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất của các doanh nghiệp

sau khi ñược xử lý cục bộ sẽ ñược thu gom chung vào mạng lưới thoát nước thải của KCN và dẫn về TXLNTTT, xử lý ñạt tiêu chuẩn B rồi xả ra kênh số 8

Do KCN có vị trí tiếp giáp với mạng lưới kênh rạch của lưu vực sông Bến Lức Hệ thống thoát nước thải chính của KCN là Kênh số 8 rồi chảy ra Kênh

bản ñáp ứng ñược yêu cầu về công suất xử lý ñối với tổng lượng nước thải phát sinh

của nhà máy là các tuyến ñường nội bộ (ñường số 8, 10, 11 và 12), phía trước nhìn ra kênh B và hồ Ba Mẫu

TXLNTTT này ứng dụng công nghệ keo tụ - tạo bông - lắng nhằm xử lý màu và cặn lơ lửng trong giai ñọan xử lý bậc I Tiếp theo, giai ñoạn xử lý bậc II - xử lý sinh học áp dụng công nghệ bùn họat tính ñể khử BOD, và cuối cùng là công ñoạn khử trùng bằng chlorine ñể khử vi sinh gây bệnh trước khi xả ra kênh tiếp nhận

Hình 2.1 SLượng bùn sinh ra t

sau tách nước ñược sử d

so với các KCN khác ở

TXLNT tập trung

ña theo giá trị giới hạn c

24:2009/BTNMT, trình bày

Hình 2.1 Sơ ñồ công nghệ tại TXLNT tập trung KCN LMX

ùn sinh ra từ lắng I và lắng II, sử dụng lọc ép dây

c sử dụng ñể bón cây xanh trong KCN Lượng b

i các KCN khác ở TP.HCM

p trung ñược thiết kế với nước thải ñầu vào có hàm l

i hạn cột C, TCVN 5945:2005 và mức ñộ xử24:2009/BTNMT, trình bày ở Bảng 2.1

Bảng 2.1: Giới hạn dòng và mức xử lý yêu cầu của TXLNT tập trung KCN LMX Thông số ðơn vị Nồng ñộ nước thải vào tối

ña TCVN 5945:2005, cột C

Yêu cầu xử lý QCVN 24:2009/BTNMT

xử lý, và chất lượng nước ñầu ra có ñạt yêu cầu hay không

Kết quả phân tích theo dõi hằng ngày tại Phòng Thí Nghiệm KCN LMX cho thấy chất lượng nước sau xử lý ñạt 100% tiêu chuẩn quy ñịnh (TCVN 5945:1995, nguồn loại B) và ñạt 90% theo tiêu chuẩn TCVN 5945:2005 – nguồn loại B

Kết quả phân tích của trung tâm Công Nghệ Môi Trường tháng 12/2008: chất lượng nước sau xử lý 83,3%, chỉ tiêu ñộ màu và Zn không ñạt

Số liệu phân tích cho thấy về căn bản, hiệu quả xử lý của TXLNTTT tương ñối cao, tuy nhiên nước thải sau xử lý của TXLNTTT một số ngày không ñạt theo tiêu chuẩn TCVN 5945:2005 theo Quyết ñịnh số 22/2006/Qð-BTNMT, ngày 18/12/2006 Nguyên nhân có thể là do thành phần và tính chất thiếu ổn ñịnh của nước thải ñầu vào xuất phát từ việc kiểm soát không tốt chất lượng nước thải sau xử lý cục bộ tại doanh

nghiệp, tình trạng doanh nghiệp xả thải mà không qua xử lý cục bộ và sự quá tải của trạm xử lý vào một số thời ựiểm nhất ựịnh

Một số thời ựiểm nước sau xử lý của TXLNTTT không ựạt yêu cầu:

Ngày 28/10/2008, đoàn Thanh tra lấy mẫu sau xử lý của TXLNTTT, kết quả phân tắch của Viện Tài Nguyên Môi Trường ngày 12/11/2008 cho thấy chất lượng nước thải sau xử lý của trạm ựạt tiêu chuẩn cho phép (cột B, TCVN 5945-2005) trừ chỉ tiêu ựộ màu (vượt trên 5 lần)

Ngày 18/12/2008, đoàn Thanh tra lấy mẫu sau xử lý của TXLNTTT, kết quả phân tắch của Viện Tài Nguyên Môi Trường ngày 29/12/2008 cho thấy chất lượng nước thải sau xử lý của trạm vượt tiêu chuẩn cho phép (cột B, TCVN 5945-2005) ở các chỉ tiêu Cụ thể COD = 121 mg/l (vượt 1,5 lần), ựộ màu = 125 Pt-Co (vượt 2,5 lần), BOD = 58 mg/l (vượt 1,16 lần), Ni = 1,25 mg/l (vượt tiêu chuẩn 2,5 lần), kẽm = 5,55 mg/l (vượt 1,85 lần), coliform = 9,3x103 (vượt tiêu chuẩn 1,86 lần)

ựơn nguyên 1 của TXLNTTT có 4 ngày vận hành không ựạt (COD ≤ 74 mg/l), ựơn nguyên 2 có 2 ngày không ựạt (COD ≤ 74 mg/l), nhưng mức vượt không cao Tháng

02 năm 2009 ựơn nguyên 1 có 2 ngày không ựạt, trong khi ựơn nguyên 2 ựạt 100%

Nếu căn cứ theo tiêu chuẩn TCVN 5945:1995 (COD =100mg/l) thì chất lượng nước sau xử lý của TXLNTTT ựạt 100% ựối với tất cả các chỉ tiêu đánh giá chung, TXLNTTT của KCN LMX ựạt hiệu quả cao, có khả năng chịu tải tương ựối tốt, người vận hành có chuyên môn và kinh nghiệm

Bảng 2.2 Kết quả phân tích ñầu vào – ñầu ra tại TXLNT tập trung KCN LMX

(Nguồn: Trung Tâm Công Nghệ và Quản Lý Môi Trường, 15/12/2008)

Theo số liệu phân tích nồng ñộ ñầu vào của TXL NT tập trung KCN thời ñiểm 9/2009 có kết quả như Bảng 2.3

Bảng 2.3 Tính chất nước thải ñầu vào của TXLNT tập trung KCN LMX

không thể bón trực tiếp cho cây xanh như trước ñây Hiện nay bùn thải ñược ñóng bao

và lưu trử tại khuôn viên TXLNT và kho chứa của KCN, chờ biện pháp xử lý và giải quyết Cr, Ni chủ yếu từ các nhà máy xi mạ, thuộc da và cơ khí có xi mạ; từ ñó chúng

ñi vào các dòng thải vào bùn làm cho bùn sinh ra trở nên nguy hại do vượt tiêu chuẩn cho phép

Bảng 2.4 Chất lượng bùn thải tại trạm xử lý nước thải KCN LMX

(Nguồn: Viện Môi trường & Tài nguyên, 5/2009)

2.1.3 Ảnh hưởng của bùn thải ñối với môi trường

Bùn thải công nghiệp, nhất là bùn thải chứa các kim loại nặng mà vượt ngưỡng nguy hại có ảnh hưởng nghiêm trọng ñến môi trường xung quanh, gây ô nhiễm không khí và nhất là thẩm thấu làm ô nhiễm ngưồn nuớc ngầm, nước mặt dẫn ñến chất luợng bị suy giảm

Bên cạnh ñó, nếu quản lý không ñúng cách thì một phần bùn thải này sẽ thâm nhập và hòa trộn với một số vùng ñất nông nghiệp dẫn ñến một hàm lượng chất thải nguy hại tích lũy trong cây xanh sẽ ảnh hưởng ñến những sinh vật sử dụng trực tiếp

chúng, trong ñó có cả con người Một nghiên cứu ñược thực hiện về sự ô nhiễm công nghiệp ở các vùng lúa ñồng bằng ở huyện Rancaekek, Tây Java Các khu vực này ñang

bị ô nhiễm bởi các kim loại nặng từ bùn thải sản xuất bởi ngành công nghiệp dệt Chất thải này ñược thải trực tiếp vào ba con sông, tất cả ñều ñược sử dụng ñể tưới cho lúa ñồng bằng Kết quả 720 ha ruộng lúa vùng ñồng bằng này ñã bị ô nhiễm do sử dụng

cao của Bo, Cd và Pb trong ba ngôi làng ở huyện Rancaekek ðất sản xuất tại các khu vực này ñã gây ra giảm năng suất sản lượng lúa gạo và nguồn thu nhập của nông dân Sau 20 năm bị ô nhiễm, năng suất lúa trung bình ñã giảm khoảng 80% Sản lượng gạo ban ñầu khoảng 4-6 tấn / ha xuống thành 1 tấn / ha Tuy nhiên, hàm lượng kim loại nặng trong ñất ñã tăng khoảng 18% - 98%, so với ñất không bị ô nhiễm ðất bị ô nhiễm kim loại nặng có thể ñặt ra một mối ñe dọa cho sức khỏe con người nếu các kim loại nặng nhập vào chuỗi thức ăn Do vậy, ô nhiễm nguồn ñất phải ñược cải tạo và xử lý ñể ñảm bảo sản phẩm nông nghiệp từ những khu vực trên an toàn cho sử dụng

Bùn thải công nghiệp nói chung thường ảnh hưởng ñến môi trường sống theo các xu hướng sau:

chất ñộc hại tích lũy trong nước, như: kim loại nặng, các chất hữu cơ bền vững sinh học POPs (Persistent Organic Pollutants), các hợp chất THM (trihalometan), HAA (haloaxetic acid), kén Giardia và Kryptosporidium… Mà những nguồn nước này nếu

sử dụng trong lĩnh vực cấp nước sẽ có ảnh hưởng ñến sức khỏe con người

• Các chất thải nguy hại có trong bùn thải dễ phát tán ra môi trường không khí, ñặc biệt ñối với chất thải chứa nhiều vi sinh gây bệnh, gây ra ô nhiễm môi trường không khí, phát tán mùi hôi, dịch bệnh…

• Bùn thải nếu không qua xử lý mà ñổ bỏ, hoặc bón cho cây trồng sẽ giúp cho các thành phần nguy hại xâm nhập vào cây xanh, cũng như làm cho thành phần ñất nông nghiệp trở nên nguy hại Từ ñó ảnh hưởng ñến các sinh vật sử dụng trực tiếp cây xanh

cho công tác quản lý, lư trữ vì chất thải dạng bùn lỏng khó xử lý và bảo quản

2.2 Các phương pháp xử lý bùn thải công nghiệp

Các phương pháp xử lý bùn nguy hại thông thường:

 ðối với bùn ô nhiễm kim loại nặng: xử lý bằng ñất ngập nước (WetLand); Ủ thu hồi biogas; ổn ñịnh và hóa rắn kết hợp chôn lấp; khí hóa; nhiệt phân; trích ly kim loại nặng bằng vi sinh và bằng hóa chất

 ðối với bùn ô nhiễm chất hữu cơ nguy hại: Xử lý bằng ñất ngập nước; phân hủy sinh học kỵ khí; phân hủy sinh học hiếu khí; ñốt; kiềm hóa + chôn lấp

 ðối với bùn vô cơ nguy hại ( có hàm lượng kim loại nặng cao): thu hồi kim loại nặng từ bùn xi mạ; ñóng rắn + sản xuất gạch; ñóng rắn, chôn lấp

xuất thức ăn gia súc; than hoạt tính; nhiệt phân; chôn lấp

Giới thiệu tổng quát về các phương pháp xử lý bùn nguy hại:

2.2.1 Phương pháp ổn ñịnh, hóa rắn

a ðịnh nghĩa: Ổn ñịnh và hóa rắn là quá trình làm tăng các tính chất vật lý của

chất thải, giảm khả năng phát tán, hòa tan hay rò rỉ chất ñộc hại của chất ô nhiễm vào môi trường Kỹ thuật hóa rắn nhằm cố kết chất thải nguy hại thành một dạng vật liệu rắn có ñộ ñồng nhất kết cấu cao Sự gắn kết ở ñây bao gồm hoặc là các phần tử chất ô nhiễm mịn, kích thước nhỏ (microencapsulation) hoặc là khối lớn chất ô nhiễm, kích thước lớn (macroencapsulation) (Corner., 1990)

Làm ổn ñịnh chất thải là một quá trình mà chất thêm vào ñược trộn với chất thải

ñể giảm tới mức tối thiểu khả năng rò rỉ, tính ñộc hại của chất thải nguy hại ra môi

trường Như vậy, quá trình làm ổn ựịnh có thể mô tả như một quá trình nhằm làm cho chất ô nhiễm gắn kết một phần hay hoàn toàn với các chất kết dắnh hoặc các tác nhân biến ựổi khác Trong khi ựó, quá trình ựóng rắn là một quá trình sử dụng các phụ gia làm thay ựổi bản chất vật lý (ựộ kéo, nén hay thấm) của chất thải

Mục tiêu của quá trình ổn ựịnh/hóa rắn là thải bỏ cuối cùng an toàn chất thải

này là:

- Cải thiện việc sử dụng (handling) và các ựặc tắnh vật lý của chất thải

b Cơ chế của quá trình ổn ựịnh chất thải

Có rất nhiều cơ chế ựể ổn ựịnh chất thải, bao gồm:

- Cơ chế Ộvi bao nangỢ(microencapsulation): là ựóng bánh chất thải

nguy hại có cấu trúc bền vững Ờ sản phẩm thường ựược nói ựến như Ộkhối nguyênỢ (monolith) Các bãi chôn các khối nguyên này ựược gọi là Ộbãi chôn lấp khối nguyênỢ Thành phần ô nhiễm không nhất thiết tương tác với chất phản ứng nhưng bị ỘkhóaỢ cơ học trong matrix ựóng rắn Quá trình này gọi là sự phát tán chất ô nhiễm ựược hạn chế

do giảm bề mặt tiếp xúc với môi trường Các chất nguy hại ựược bao viên ở mức kắch thước nhỏ nhưng chất thải nguy hại không biến ựổi tắnh chất vật lý nên tốc ựộ phân tán của nó ra môi trường vẫn bị phụ thuộc vào kắch thước bị vỡ ra theo thời gian và tốc ựộ phân tán tăng khi kắch thước hạt giảm Ở ựây, các chất nguy hại ựược kết dắnh với các chất khác như: xi măng, xỉ than, vôi và ựộ bền của nó tăng khi chi phắ năng lượng cho việc trộn và ựóng viên tăng

- Cơ chế bao vi ở mức kắch thước lớn (macroencapsulation) là cơ chế

trong ựó các thành phần nguy hại cũng có thể ựược ựóng rắn bằng các bao macro đó

là cách bao bọc hoặc cô lập bằng các lớp phủ không thấm (Wiles., 1989) Hỗn hợp rắn này có thể bị vỡ ra thành các mảnh khá lớn và các chất nguy hại có thể phân tán ra ngoài Cả khối rắn có thể bị vỡ theo thời gian do áp lực môi trường tác ñộng

bên trong chất hấp phụ, các chất hấp phụ là: ñất, xỉ than, bụi lò nung xi măng, bụi lò nung vôi, các khoáng (bentonite, cao lanh, vermiculite và zeolite), mùn cưa, cỏ khô, rơm khô

- Cơ chế hấp phụ dạng rắn là quá trình giữ các chất nguy hại trên bề mặt

của chất hấp phụ ñể chúng không phát tán vào môi trường Khi thực hiện cơ chế này, khối chất rắn khi bị vỡ ra chất nguy hại có thể thoát ra ngoài Các loại chất hữu cơ sét biến tính thường ñược sử dụng

- Cơ chế kết tủa: là quá trình hóa rắn sẽ làm kết tủa các thành phần nguy

hại trong chất thải thành dạng ổn ñịnh hơn Các chất kết tủa ñược dùng ñể hóa rắn các dạng bùn hydroxyt kim loại như hydroxyt, sulfua, silica, carbonate và phosphate Ở pH cao, phản ứng hóa học sẽ xảy ra và tạo thành carbonate kim loại từ hydroxyt kim loại theo phản ứng:

Me(OH)2 + H2CO3 → MeCO3 + H2O

Ở môi trường pH thấp, kim loại có thể bị hòa tan và có thể thoát tự do ra ngoài

- Cơ chế khử ñộc là các quá trình chuyển hóa hóa học xảy ra trong quá

trình ổn ñịnh, hóa rắn sẽ giúp chuyển chất ñộc hại thành không ñộc hại Quá trình xảy

ra là do kết quả của các phản ứng với các thành phần của chất kết dính

c Các tác chất và phụ gia dùng ổn ñịnh chất thải

 Các tác chất ổn ñịnh chất thải trình bày ở Bảng 2.5:

Có hiệu quả trong một số trường hợp

Có thể trở ngại Giảm

ñộ bền sau thời gian dài

Khí bay hơi thoát trong quá trình trộn

Có hiệu quả trong một

số trường hợp

Chất hữu cơ có thể bay hơi khi gia nhiệt

Có hiệu quả trong một số trường hợp

Có thể trở ngại Có hiệu quả trong một

ñộ bền trong thời gian

ngắn

Giảm ñộ bền trong sau thời gian dài

Phenol có thể làm chậm quá trình ổn ñịnh và giảm ñộ bền trong thời gian ngắn Alcol làm chậm quá trình

Giảm ñộ bền trong sau thời gian dài

Chất hữu cơ có thể bay hơi khi gia nhiệt

Có thể trung hoà trước khi kết hợp

Có thể trung hoà trước khi kết hợp Ureformaldehyte cho kết quả tốt

Có thể làm khối matric bị phá hủy, bốc cháy

Sulfate ñẩy nhanh phản

ứng khác

Halides dễ rò rỉ và làm chậm quá trình Sulfate

có thể làm chậm hay

ñẩy nhanh phản ứng

Sulfate và halides có thể ngậm nước hay mất nước, và gây phân chia

Tương thích Có hiệu quả trong một số trường hợp (chì, cadimiun, crom )

Tương thích Có hiệu quả trong một

số trường hợp (ñồng, asenic, crom )

Tương thích Có hiệu quả trong một

số trường hợp với asenic

Vật liệu phóng

xạ

Tương thích Tương thích Tương thích Tương thích

 Các phụ gia ổn ñịnh chất thải nguy hại

• Xi măng: thông thường sử dụng là xi măng Porland ñược sản xuất bằng cách

nung hỗn hợp ñá vôi và thạch cao trong lò nung ở nhiệt ñộ cao Quá trình hóa rắn chất thải nguy hại bằng xi măng ñược thực hiện bằng cách trộn thẳng chất thải vào xi măng,

sau ñó cho nước vào ñể thực hiện quá trình hydrat hóa, quá trình này tạo một cấu trúc tinh thể ñược tạo thành từ canxi-nhôm-silicat và sản phẩm là khối giống như quặng và cứng (3CaO.Al2O3.6H2O)

• Pozzolan là chất mà có thể phản ứng với vôi ñể tạo thành vật liệu có tính chất

như xi măng Phản ứng giữa nhôm-solic, vôi và nước tạo thành một loại sản phẩm vữa ñược gọi là vữa pozzolan Các vật liệu pozzolan bao gồm xỉ than, xỉ lò và bụi lò xi măng Xỉ than là loại pozzolan hay ñược dùng nhất có thành phần: 45%SiO2, 25%Al2O3, 15% Fe2O3, 10% CaO, 1%MgO, 1%K2O, 1%Na2O và 1%SO3; ngoài ra còn

có carbon chưa cháy hết Quá trình hóa rắn bằng pozzolan, chất thải nguy hại sẽ phản ứng với vôi và hợp chất silic ñể tạo thành thể rắn Ở môi trường pH cao rất thích hợp cho chất thải chứa kim loại nặng Những nghiên cứu gần ñây cho thấy xỉ than, sữa vôi

có thể sử dụng tốt ñể ổn ñịnh asen, cadimi, crom, ñồng, sắt, chì, magie, selen, bạc và kẽm trong bùn thải

• Silicat dễ tan: Các thành phần silicat bị axit hóa thành các dung dịch

monosilic và mang các thành phần kim loại trong chất thải vào dung dịch Thủy tinh lỏng cùng với xi măng tạo thành phần cơ bản ñể ñóng rắn chất thải nguy hại

• Sét hữu cơ biến tính: là ñất sét tự nhiên ñược biến tính hữu cơ ñể trở thành

ñất sét organophilic (khác với sét tự nhiên có ñặc tính organophobic) Quá trình làm biến tính ñược thực hiện qua việc thay thế cation bên trong tinh thể ñất sét bằng các cation hữu cơ, hay dùng nhất là các anion NH4+ Các loại ñất sét hữu cơ biến tính ñược ñưa vào chất thải trước ñể nó tác dụng với các thành phần hữu cơ Các chất kết dính ñược ñưa vào sau ñể làm cứng và ñóng rắn bùn có tính axit và sử dụng xi măng có Mac

500 làm chất ñóng rắn

rắn chất thải

Ổn ñịnh và hóa rắn là một trong số những công nghệ hiệu quả ñể xử lý ô nhiễm

do kim loại nặng As, Pb, Cr (VI) và Hg phù hợp cho dạng xử lý này Hơn nữa các kim

loại như Cd, Cu, Zn thông thường cũng ñược ổn ñịnh bởi qui trình này Quá trình khử

Cr (VI) xuống Cr(III) do quá trình trộn lẫn bởi các chất khử tiến hành quá trình ổn ñịnh Polymer và xi măng ñược thêm vào ñể giữ ñất Nước rỉ của chất ô nhiễm phải ñược quan trắc như trong trường hợp thủy tinh hóa Xi măng và silicate rất có ích cho quá trình ổn ñịnh bùn và có hiệu quả kinh tế dùng ñể phục vụ cho việc ñóng cửa bãi chôn lấp và còn nhiều ứng dụng khác Một số loại chất ô nhiễm chứa Fe khác như bùn

ñỏ, bùn từ hệ thống xử lý nước thải, quặng Fe, các loại rác chứa Fe ñược dùng ñể ổn ñịnh Cd, As trong bùn

Hiệu quả ñối với bùn ít khả năng phân hủy sinh học nhưng chỉ an toàn ñối với bùn từ hệ thống xử lý nước uống với hàm lượng thấp As Tuy nhiên, nếu có nhiều dạng kim loại nặng hiện diện trong bùn thì phương pháp này có thể không hiệu quả Nước trên 20% hoặc PAHs nhiều hơn 5% thì cần tăng lượng chất phụ gia ðộ ẩm nên nhỏ hơn 50%, chất hữu cơ không nhiều quá 10% và kim loại nặng không nên quá 25% trọng lượng ðộ biến thiên của hàm lượng nước, kích cỡ hạt, vôi gạch vỡ có thể làm quá trình trở nên khó khăn và giảm hiệu quả của quá trình hóa rắn Hỗn hợp ñược trộn hiệu quả chính là chìa khóa thành công của quá trình Ngoài ra, lượng lớn diện tích ñất chôn lấp cần thiết cho thải bỏ do quá trình làm thể tích chất thải tăng 30% Do vậy, thể tích nhỏ bùn cần xử lý thì phù hợp hơn Cần giới hạn lượng bùn trong hỗn hợp khối ñặc cho quá trình thải bỏ Thực tế ñã ñược tiến hành ở Mỹ, Nhật, Canada Tại Nethelands, lò ñốt thùng quay ñược áp dụng cho mô hình thực tế Khoảng 680 tấn bùn

khoảng 80% từ 1.5 xuống 0.3mg/kg trong khi dầu khoáng và PAHs giảm trên 99.8% Lượng As, Mo và fluoride thoát ra tăng lên sau quá trình nhiệt sẽ ñược phối trộn làm vật liệu lót ñường và vật liệu xây dựng

2.2.2 Ủ bùn thu khí biogas

Hình 2.2Quá trình ủ gồm 2 giai

+ Thủy phân, hòa tan bùn, chuy

+ Lên men mêtan, chuy

Hình 2.3 Sơ ñồ

Áp dụng phương pháp k

sẽ cao hơn khoảng 50% so v

khối lượng bùn thải giả

biogas có giá trị năng l

ng 50% so với lượng khí sinh học nếu chỉ áp dụ

ải giảm khoảng 70% Ưu ñiểm của phương pháp nàyăng lượng, thể tích bùn sau xử lý giảm còn 30% và có th

ng có nhược ñiểm là chi phí ñầu tư cao (bồn th

ùn khô ñem ñi chôn lấp), bùn sau khi ủ cầ

p an toàn, trích ly kim loại nặng…)

ành ñơn giản

và CH4

ùn

ủy kị khí lượng khí sinh học

áp dụng bể biogas, hơn nữa

ng pháp này là có thể thu khí

òn 30% và có thể xây dựng

ồn thủy phân, bồn ủ, máy

ủ cần ñược xử lý tiếp tục

2.2.3 Phương pháp nhiệt

a Phương pháp ñốt

Xử lý chất thải nguy hại bằng phương pháp này có nhiều ưu ñiểm hơn các kỹ thuật khác, chất thải nguy hại không thể chôn lấp thì có khả năng cháy ñược Phương pháp này có thể áp dụng cho cả chất thải rắn, lỏng và khí Nhờ có sự oxy hóa và phân hủy nhiệt, các chất hữu cơ sẽ ñược khử ñộc tính và phá vỡ cấu trúc Tùy thành phần chất thải mà khí sinh ra từ quá trình ñốt có các thành phần khác nhau, thông thường bao gồm: bụi, CO2, CO, SOx, NOx, HCl, HF, P2O5, Cl2…Phương pháp này có ưu ñiểm

là hiệu quả phân hủy gần như hoàn toàn (ñến 99,9999%), thời gian xử lý nhanh, diện tích công trình nhỏ gọn Bên cạnh ñó, phương pháp này có nhược ñiểm là sinh ra khí ñộc hại (dioxin/furans), khí hữu cơ chứa clo ðể giảm các thành phần này, người ta thường kiểm soát nhiệt ñộ của khí sau ñốt một cách chặt chẽ (nhiệt ñộ buồng ñốt thứ cấp duy trì lên ñến 1200oC, sau ñó sản phẩm khí cháy sẽ giảm nhiệt ñộ ngay lập tức xuống dưới 200oC trước khi qua hệ thống xử lý khí thải

Hiện nay các lò ñốt sau thường ñược sử dụng: Lò ñốt chất lỏng, lò ñốt ghi cố ñịnh, lò ñốt thùng quay, lò ñốt tầng sôi, lò xi măng, lò hơi…

b Giải hấp nhiệt

Hg, As và Cd và những hợp chất có thể hóa hơi ở nhiệt ñộ 800oC với hệ thống kiểm soát ô nhiễm không khí Một số kim loại vẫn còn tồn tại trong chất rắn và có thể ñược chôn lấp Nhiệt ñộ thấp hơn vào khoảng 500o

C sẽ không ñủ ñể phá hủy hết các thành phần hữu cơ và kim loại Lò nung thùng quay là thiết bị chính dùng ñể xử lý bùn bằng phương pháp này Nhược ñiểm của phương pháp này là tạo ra một dòng chất ô nhiễm khác và cần thiết phải xây dựng hệ thống xử lý các loại bùn này Phương pháp này thường áp dụng ñối với thủy ngân vì thủy ngân có khả năng bay hơi cao Tuy nhiên, có rất nhiều vấn ñề phát sinh từ quá trình xử lý bùn ñáy Thông thường các thiết

bị thường không có kích cỡ ñủ lớn ñể xử lý lượng bùn này cũng như ñộ ẩm có trong bùn cũng không phù hợp với hoạt ñộng của các thiết bị trên

Hình 2.4 Quá trình chiết tách kim loại nặng bằng nhiệt

2.2.4 Phương pháp phân hủy hiếu khắ

Phân hủy hiếu khắ là quá trình ổn ựịnh bùn thải ựược sử dụng rộng rãi nhất trong các nhà máy xử lý nước thải đó là quá trình oxy hóa và phân hủy chất hữu cơ trong bùn bởi các vi sinh vật trong ựiều kiện hiếu khắ Sản phẩm cuối là một sản phẩm ổn ựịnh, giảm về sinh khối thể tắch và vi sinh vật gây bệnh Ưu ựiểm của phương pháp này là: chi phắ ựầu tư thấp, sản phẩm cuối không gây mùi hôi, chất rắn bay hơi giảm, dễ vận hành, không cần kiểm soát ựộ axit và ựộ kiềm, thắch hợp cho các loại bùn giàu ựạm, có thể tận dùng làm phân bón, an toàn, không cháy nổẦ Nhược ựiểm của phương pháp là: phụ thuộc vào nhiệt ựộ, không sinh ra khắ mê tan (một sản phẩm khắ hữu ắch), hiệu quả quá trình giảm trong ựiều kiện thời tiết lạnh, hiệu quả quá trình phụ thuộc vào loại bùn, nồng ựộ chất rắn, ựiều kiện khuấy trộn, chi phắ vận hành cao (do ựiều kiện cấp khắ) (Izrail et al., 2006)

2.2.5 Phân hủy kỵ khắ bùn thải

Phân hủy bùn kỵ khắ là một trong những quá trình ựược sử dụng rộng rãi và rất lâu

ựể ổn ựịnh bùn thải từ các nhà máy xử lý nước thải Quá trình này chuyển hóa các chất rắn hữu cơ trong ựiều kiện vắng mặt của oxy thành sản phẩm cuối là khắ mêthan, cacbonic, các chất không ựộc hại Giảm ựáng kể về lượng chất rắn và vi sinh vật gây bệnh trong bùn cũng thực hiện ựược từ quá trình phân hủy kỵ khắ So với các phương

pháp ổn ñịnh bùn khác, quá trình phân hủy bùn kỵ khí có những ưu ñiểm sau: Khí methan sinh ra là một nguồn năng lượng có ích, có thể ñược dùng ñể phát ra ñiện, sưởi

ấm nhà cữa, chạy ñộng cơ cho máy thổi khí; giảm thể tích bùn, thông thường giảm 65% thể tích bùn; các chất rắn còn lại chứa nhiều chất dinh dưỡng N, P, chất hữu cơ rất

30-có lợi ñể bon ñất trong nông nghiệp Nhưng 30-có những nhược ñiểm sau: Chi phí ñầu tư cao (khuấy trộn, gia nhiệt, cấp vi sinh); thời gian phân hủy lâu (phụ thuộc vào tải trọng chất thải, nhiệt ñộ, môi trường nước); vi sinh vật phân hủy kỵ khí nhạy cảm với sự thay ñổi của môi trường…Quá trình phân hủy kỵ khí bao gồm nhiều phản ứng hóa học và sinh học, liên quan ñến các enzym và hỗn hợp vi sinh vật Quá trình này bao gồm 3 giai ñoạn thông thường: thủy phân, acid hóa và methan hóa Hình 2.5 thể hiện các phản ứng trong quá trình phân hủy kỵ khí

Hình 2.5 Sơ ñồ quá trình phân hủy bùn kỵ khí

Các yếu tố ảnh hưởng ñến phân hủy bùn kỵ khí bao gồm: thơi gian lưu chất rắn, thời gian lưu nước, nhiệt ñộ, pH, ñộ kiềm, chất ñộc hại

2.2.6 Phương pháp composting

Ủ chất thải rắn ñô thị thành phân bón ñã ñược sử dụng khoảng hàng ngàn năm nay

và bùn thải từ các trạm xử lý nước thải ñược sử dụng như là các thành phần của phân compost ứng dụng khoảng hàng trăm năm Tuy nhiên, phương pháp composting bùn thải công nghiệp ở mức rộng rãi chỉ bắt ñầu từ những thập niên 60 Bắt ñầu từ những quốc gia Châu Âu, lúc ñầu chỉ ở dạng phân hủy kỵ khí, sau ñó mơi cải tiến thêm khâu xáo trộn Composting bùn thải tiến hành ở các nước Pháp, ðức, Hungary và Nhật Bản

sử dụng cây cỏ và bùn thành những khối chất ñống Sau ñó các nước Bắc Âu như Phần Lan, Thụy ðiển và Hà Lan tiếp tục thực hiện mặc dù ở ñiều kiện khí hậu lạnh hơn Nga thì thực hiện composting với chất thải rắn sinh hoạt, sau ñó là hỗn hợp chất thải rắn và

bùn ñã khử nước Composting bùn thải ở Mỹ chỉ bắt ñầu từ những năm 70 (Izrail et al.,

2006)

Quá trình làm phân compost hiếu khí là quá trình sinh học thường dùng ñể chuyển hóa phần chất hữu cơ có trong CTR thành dạng humic bền vững gọi là phân

compost Những chất có thể sử dụng làm phân compost bao gồm (1) rác vườn, (2) chất

thải rắn sinh hoạt (CTRSH) ñã phân loại, (3) CTRSH hỗn hợp và (4) kết hợp giữa CTRSH và bùn từ trạm xử lý nước thải

Tất cả các quá trình làm phân compost ñều xảy ra theo 3 bước: (1) xử lý sơ bộ CTR, (2) phân hủy hiếu khí phần chất hữu cơ của CTR và (3) bổ sung chất cần thiết ñể tạo thành sản phẩm có thể tiêu thụ trên thị trường

Quá trình làm phân compost xảy ra trong ñiều kiện hiếu khí có thể biễu diễn theo qui trình sau:

Hình 2.6 Các giai

Composting ch

bình và pha ổn ñịnh Ở

40oC; pha ưa nhiệt, nhiệ

sinh giảm dần, quá trình composting k

nhiệt của CO2 Tất cả 3 d

trung bình, các vi khu

Pha ưa nhiệt, vi khuẩn d

thời, chúng cũng tạo ra nhi

ñể chuyển hóa một lư

Hình 2.6 Các giai ñoạn của quá trình composting

Composting chỉ xảy ra ở 3 pha nối tiếp nhau: pha ưa nhi

Ở pha nhiệt ñộ trung bình, nhiệt ñộ quá tr

t, nhiệt ñộ là 40-70oC; pha cuối cùng (pha lạnh), ình composting kết thúc Hình 2.6 thể hiệ

ả 3 dòng vi sinh vật trên ñều tồn tại ở cả 3 pha Trong pha nhi, các vi khuẩn acid hóa chuyển thành các carbonhydrates,

ẩn dạng này sẽ chuyển tiếp thành proteins, lipids và ch

ạo ra nhiều năng lượng Nấm và tảo ñều xuất hiượng lớn các chất hữu cơ phức tạp và cenlulose Pha cu

nh Trong quá trình composting ñều có cả giai ñoạ

ng pháp thủy tinh hóa

y tinh hóa là một tiến trình nhiệt nung nóng bùn thải l

à các thành phần hữu cơ gần như bị phá hủy hoàn toàn Lo

ành các sản phẩm cháy ở ñiều kiện thích hợ

ất ô nhiễm vô cơ như kim loại nặng hoàn toàn b

ộc vào ñiều kiện của quá trình và từng loại b

ưa nhiệt, pha nhiệt ñộ trung quá trình composting khoảng ạnh), ñộ hoạt ñộng của vi

ể hiện các pha của hô hấp

ả 3 pha Trong pha nhiệt ñộ ành các carbonhydrates, ñường, proteins ành proteins, lipids và chất béo ðồng

u xuất hiện cả 2 pha ñầu tiên

à cenlulose Pha cuối, tạo ra giai ñoạn gia nhiệt và làm ẩm

cho quá trình xây dựng Bằng cách thêm chất phụ gia vào tro bùn chứa pozzolanic, thực hiện tiến trình làm xi măng

Tiến trình thủy tinh hóa là sự lồng vào ñiện cực trong ñất mang theo dòng ñiện rồi hóa rắn khi làm lạnh Khí ñộc có thể phát sinh trong quá trình thủy tinh hóa Chi phí cao ngay cả khi giá nhiên liệu thấp và ñộ ẩm cao (>20%) Hàm lượng chất hữu cơ cao cũng làm giảm hiệu quả

Phương pháp này áp dụng với rất nhiều loại kim loại Công nghệ này ñược phát triển ñể loại bỏ chất ô nhiễm hữu cơ và kim loại không linh ñộng trong bùn ñáy Tia plasma ñược sử dụng ñể nung nóng bùn Lượng bùn ướt nạp vào và ñiều chỉnh thời gian cần thiết cho quá trình là rất khó khăn tuy nhiên hiệu quả xử lý Cd, Hg và Pb lần lượt 97%, 95%, 82% Thủy tinh lợp hoặc sợi thủy tinh ñược sản xuất và có thể ñược sử dụng như sản phẩm có giá trị và thu lại chi phí

2.3 Lý thuyết về Composting bùn thải công nghiệp từ TXLNT tập trung

2.3.1 ðịnh nghĩa

Composting là sự phân huỷ sinh học của các chất thải rắn dễ phân huỷ sinh học dưới những ñiều kiện hiếu khí hoàn toàn có kiểm soát thành chất ở tình trạng ổn ñịnh hoàn toàn, không gây cảm giác khó chịu khi lưu trữ, sử dụng và ñảm bảo ñộ chín ñể sử dụng an toàn trong nông nghiệp

Sản xuất compost là quá trình cơ chất liên tục bị phân huỷ bởi các quần thể VSV kế tục nhau Sản phẩm của sự phân huỷ bởi quần thể VSV này sẽ làm cơ chất cho quần thể VSV tiếp theo Các quá trình nối tiếp nhau bắt ñầu bằng cách phân huỷ những phân tử phức tạp trong cơ chất thô thành các hạt ñơn giản hơn bởi các VK có sẵn trong