Nghiên cứu các giải pháp quản lý bùn thải từ các hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt trên địa bàn thành phố hồ chí minh

HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA --- NGUYỄN HUỲNH ÁNH TUYẾT NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP QUẢN LÝ BÙN THẢI TỪ CÁC HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

NGUYỄN HUỲNH ÁNH TUYẾT

NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP QUẢN LÝ BÙN THẢI

TỪ CÁC HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT

TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CHUYÊN NGÀNH: QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 7 NĂM 2009

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Võ Lê Phú

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Tp HCM, ngày tháng năm 2009

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên : NGUYỄN HUỲNH ÁNH TUYẾT Phái : Nữ

Ngày, tháng, năm sinh : 22/09/1984 Nơi sinh : Bình Dương

Chuyên ngành : QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG MSHV : 02607660

I- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP QUẢN LÝ BÙN THẢI TỪ CÁC HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT TRÊN ĐỊA BÀN TP.HCM

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Điều tra và đánh giá thực trạng phát sinh và quản lý bùn thải từ các hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tập trung trên địa bàn TP.HCM

- Lấy mẫu, phân tích và đánh giá thành phần và tính chất của bùn XLNTSH trên địa bàn TP.HCM

- Đánh giá khả năng gây ô nhiễm của bùn từ quá trình phát sinh, thu gom, vận chuyển, xử lý và thải bỏ bùn XLNTSH trên địa bàn TP.HCM

- Đề xuất các giải pháp cho công tác quản lý bùn XLNTSH trên địa bàn TP.HCM

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 30/01/2009

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/06/2009

V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS VÕ LÊ PHÚ

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua

Ngày tháng năm

TÓM TẮT

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của quá trình đô thị hóa trên địa bàn Thành phố

Hồ Chí Minh (TP.HCM), các hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt (XLNTSH) tập trung và phân tán đã, đang và sẽ được xây dựng ngày càng nhiều, góp phần cải thiện chất lượng môi trường nước Song quá trình XLNTSH còn phát sinh bùn thải với các thành phần nguy hại như kim loại nặng và vi sinh vật gây bệnh như một phần không thể tránh khỏi Trong khi

đó, công tác quản lý bùn XLNTSH là một vấn đề mới, chưa có cơ sở pháp lý cho công tác quản lý và cũng ít được quan tâm đúng mức cả về qui định thải bỏ và hướng tận dụng loại chất thải này Chính vì vậy, đề tài đã được thực hiện với hai nội dung chính là (i) đánh giá hiện trạng quản lý bùn XLNTSH trên địa bàn TP.HCM và (ii) đề xuất các giải pháp quản

lý bùn XLNTSH thiết thực cho TP.HCM đối với tình hình hiện nay và trong tương lai

Để đạt được các nội dung nghiên cứu trên, đề tài đã tiến hành khảo sát và điều tra về tình hình phát sinh và quản lý bùn XLNTSH đồng thời tiến hành lấy mẫu và phân tích thành phần bùn tại một số trạm XLNTSH trên địa bàn TP.HCM Theo đó, tổng lượng bùn XLNTSH phát sinh hiện nay khá lớn tương ứng khoảng 6 tấn bùn khô/ngày và ước tính tăng đến 1.662 tấn bùn khô/ngày khi 100% lượng nước thải sinh hoạt trên địa bàn được xử

lý vào năm 2020 Trong khi đó, kết quả điều tra cho thấy công tác xử lý và quản lý bùn XLNTSH hiện nay chưa được quan tâm từ hai phía, cả đối tượng vận hành trạm XLNTSH

và cơ quan quản lý nhà nước Chính vì vậy, việc đổ bùn XLNTSH bừa bãi tại các bãi đỗ tạm, khu đất trống hay sông ngòi, kênh rạch là điều không thể tránh khỏi Với hàm lượng

cao các vi sinh vật gây bệnh trong bùn như Fecal Colifrom, trứng giun sán… , chúng

không những ảnh hưởng đến môi trường và mỹ quan đô thị mà còn gia tăng rủi ro sức khỏe cho cộng đồng

Các kết quả phân tích cho thấy hàm lượng kim loại nặng (Hg, Cd, Pb, Cu, Cr, Ni, Zn) trong bùn thấp do đó bùn XLNTSH có thể được xem như một dạng chất thải rắn không nguy hại mở ra cơ hội cho việc tái sử dụng cho mục đích nông lâm nghiệp do hàm lượng cao các chất dinh dưỡng và hợp chất hữu cơ trong bùn

Với hiện trạng quản lý và kết quả nghiên cứu của đề tài, hai giải pháp quản lý bùn XLNTSH được đánh giá khả thi đối với tình hình hiện nay trên địa bàn TP.HCM là (i) chôn lấp hợp vệ sinh đối với bùn thô và (ii) tái sử dụng trong nông lâm nghiệp đối với bùn

đã được ổn định, trong đó, giải pháp xử lý và tái sử dụng bùn trong nông lâm nghiệp được khuyến khích Và trên hết, việc xây dựng các khung và hành lang pháp lý cũng như các sổ tay hướng dẫn cho công tác quản lý bùn XLNTSH được xem là giải pháp quan trọng hàng đầu và mang tính lâu dài nhằm định hướng cho công tác quản lý loại chất thải này một cách hợp ký và bền vững

Những kết quả đạt được từ đề tài chắc chắn có ý nghĩa rất lớn trong công tác bảo vệ môi trường và định hướng quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội của TP.HCM

ABSTRACT

Together with the rapid urbanization in Ho Chi Minh City (HCMC), many waste-water treatment plans (WWTPs) have been increasingly planned and constructed contributing to the improvement of quality of water resources However, the processes of waste-water treatment inevitably create sewage sludge with harmful composition including heavy metals and pathogens as avoidable products that need to be treated and managed properly Meanwhile, the management practices of sewage sludge is still a new activity without legal basis and not much adequate attention from authorities Therefore, this research is conducted with two main aims, including (i) assessing current status of management practices of sewage sludge in HCMC and (ii) proposing practical and appropriate measures

to deal with above-mentioned problem in the present context and in the future

In order to obtain above objectives, the research project had carried out surveys and investigations of current situation of sewage sludge generation and management Sewage sludge samples at some WWTPs in HCMC were also taken and analyzed Accordingly, investigation results show that total load of sewage slude is quite large amount, about 6 tons dry mass per day and it is estimated to increase up to 1,662 tons dry sludge per day in the year 2020 However, it is noted that the practices of sludge treatment and management

is currently inadequate attention by both WWTP operators and government agencies Therefore, the disposal of sewage sludge at temporary landfills, bare land, river banks or

cannals is unbridled With large amount of pathogens such as Fecal Colifrom and parasitic worms presence in sewage sludge, it not only impacts on the environment and urban

landscape but also increases risk exposures to human health

According to analyzing results, concentration of some heavy metals (Hg, Cd, Pb, Cu,

Cr, Ni, Zn) in sewage sludge is low in comparison with Vietnam standard, and hence it is considered as a kind of non-hazardous solid waste and can be re-used for composting or soil application

In the context of current management, two feasible measures for sludge management

in HCMC are proposed, including (i) burying in sanitary landfills untreated sewage sludge; and (ii) re-using sewage sludge for agricultural and forestry purposes after treating and digestive stabilization In the long run, sludge reuse for agricultural practices is appropriate and encouraged Additionally, setting up legal frameworks and manual guidelines for sewage sludge management is the foremost importance measure for management and sustainable development

The above achieved outcomes of the research study are surely considerable significance in environmental protection and contribution to socio-economic development plan in HCMC

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

DANH MỤC CÁC HÌNH ix

MỞ ĐẦU 1

1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

2 SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 2

3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 3

4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 3

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4

5.1 Phương pháp luận 4

5.2 Phương pháp nghiên cứu 5

6 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 7

6.1 Ý nghĩa khoa học 7

6.2 Ý nghĩa thực tiễn 7

CHƯƠNG 1 8

TỔNG QUAN BÙN THẢI TỪ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT 8 1.1 NGUỒN PHÁT SINH BÙN XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT 8

1.2 THÀNH PHẤN, TÍNH CHẤT BÙN XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT 13

1.3 TIỀM NĂNG SỬ DỤNG BÙN XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT 15

1.4 CÁC TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG VÀ SỨC KHỎE PHÁT SINH TỪ BÙN XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT 16

1.4.1 Kim loại nặng 17

1.4.2 Các hợp chất hữu cơ 21

1.4.3 Vi vinh vật gây bệnh 24

1.5 BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG VÀ SỨC KHỎE CỘNG ĐỒNG ĐỐI VỚI VIỆC SỬ DỤNG BÙN 25

1.5.1 Nồng độ kim loại nặng 27

1.5.2 Vi sinh vật gây bệnh 28

1.5.3 Sự gia tăng vector truyền bệnh 31

1.6 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BÙN THẢI TỪ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT 31

1.6.1 Tạo điều kiện 32

1.6.2 Nén ép 32

1.6.3 Tách nước 33

1.6.4 Quá trình ổn định bùn 33

1.6.4.1 Ổn định vôi 33

1.6.4.2 Phân hủy kỵ khí 34

1.6.4.3 Phân hủy hiếu khí 34

1.6.4.4 Ổn định kiềm cải tiến 34

1.6.4.5 Làm phân compost 35

1.6.4.6 Sấy khô và nhiệt hóa 36

1.6.5 Đốt 37

1.6.6 Khí hoá và nhiệt phân 38

1.6.7 Các ứng dụng và thải bỏ bùn 38

1.6.7.1 Chôn lấp 38

1.6.7.2 Ứng dụng làm chất cải tạo hoặc phân bón cho đất 38

1.6.7.3 Sản xuất gạch 39

1.7 PHƯƠNG THỨC QUẢN LÝ BÙN XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT TẠI MỘT SỐ NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI 39

1.7.1 Phương thức quản lý bùn XLNTSH ở nước Cộng Hòa Slovakia 39

1.7.2 Phương thức quản lý bùn XLNTSH ở Malaysia 41

1.7.3 Phương thức quản lý bùn ở Maryland 41

1.7.4 Phương thức quản lý bùn ở Galicica- Tây Ban Nha 43

CHƯƠNG 2 44

TỔNG QUAN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH VÀ TÌNH HÌNH PHÁT SINH VÀ THU GOM NƯỚC THẢI SINH HOẠT TRÊN ĐỊA BÀN 44

2.1 TỔNG QUAN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 44

2.1.1 Điều kiện tự nhiên và môi trường 44

2.1.1.1 Điều kiện tự nhiên 44

2.1.1.2 Điều kiện khí hậu 47

2.1.2 Điều kiện kinh tế - xã hội 51

2.1.3 Các vấn đề môi trường 52

2.2 TÌNH HÌNH PHÁT SINH, THU GOM NƯỚC THẢI SINH HOẠT VÀ PHÁT SINH BÙN CỐNG RÃNH TRÊN ĐỊA BÀN TP.HCM 53

2.2.2 Tình hình thu gom nước thải sinh hoạt 57

2.2.3 Tình hình phát sinh bùn cống rãnh 59

CHƯƠNG 3 60

ĐÁNH GIÁ TÌNH HÌNH PHÁT SINH VÀ QUẢN LÝ BÙN XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 60

3.1 CƠ SỞ ĐIỀU TRA 60

3.1.1 Lựa chọn đối tượng 60

3.1.2 Nội dung điều tra 61

3.2 ĐÁNH GIÁ TÌNH HÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT TRÊN ĐỊA BÀN TP.HCM 62

3.2.1 Kết quả điều tra 62

3.2.1.1 Kết quả điều tra các trạm XLNTSH tập trung 62

3.2.1.2 Kết quả điều tra các trạm XLNTSH phân tán 69

3.2.2 Nhận xét và đánh giá 75

3.3 ĐÁNH GIÁ TÌNH HÌNH PHÁT SINH VÀ QUẢN LÝ BÙN TỪ CÁC HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT TRÊN ĐỊA BÀN TP HCM 76

3.3.1 Kết quả điều tra và tính toán 76

3.3.1.1 Kết quả điều tra và tính toán tại các trạm XLNTSH tập trung 76

3.3.1.2 Kết quả điều tra và tính toán tại các trạm XLNTSH phân tán 83

3.3.2 Nhận xét và đánh giá 90

3.4 TÌNH HÌNH QUẢN LÝ BÙN XLNTSH 90

3.5 THUẬN LỢI VÀ KHÓ KHĂN TRONG CÔNG TÁC QUẢN LÝ BÙN XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT TRÊN ĐỊA BÀN TP.HCM 91

3.5.1 Thuận lợi 91

3.5.2 Khó khăn 92

CHƯƠNG 4 ĐÁNH GIÁ THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT VÀ KHẢ NĂNG GÂY Ô NHIỄM CỦA BÙN THẢI TỪ CÁC TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 93

4.1 ĐÁNH GIÁ THÀNH PHẦN TÍNH CHẤT BÙN THẢI TỪ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT 93

4.1.1 Nội dung thí nghiệm 93

4.1.1.1 Vị trí lấy mẫu 93

4.1.1.2 Số lượng mẫu 94

4.1.1.3 Thông số phân tích 94

4.1.1.4 Phương pháp phân tích 95

4.1.2 Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng bùn 95

4.1.2.1 Tiêu chuẩn hàm lượng kim loại nặng trong bùn 95

4.1.2.2 Tiêu chuẩn số lượng vi sinh trong bùn 97

4.1.3 Kết quả phân tích 98

4.1.3.1 Kết quả phân tích đợt 1 98

4.1.3.2 Kết quả phân tích đợt 2 100

4.1.4 Nhận xét và đánh giá 101

4.2 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG GÂY Ô NHIỄM CỦA BÙN XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT 102

4.2.1 Đánh giá thành phần bùn XLNTSH 102

4.2.2 Đánh giá tải lượng bùn phát sinh 106

4.2.3 Đánh giá quá trình xử lý và thải bỏ bùn 107

4.2.4 Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng lan truyền và gây ô nhiễm của bùn 114

4.2.5 Đánh giá con đường lan truyền bùn 118

4.2.6 Đánh giá các con đường phơi nhiễm bùn 122

CHƯƠNG 5 131

THAM VẤN Ý KIẾN CHUYÊN GIA 131

5.1 Hiện trạng phát sinh và quản lý bùn thải từ quá trình xử lý nước thải sinh hoạt (bùn XLNTSH) hiện nay trên địa bàn TP.HCM 131

5.2 Những hạn chế và khó khăn nào tồn tại trong công tác quản lý bùn XLNTSH hiện nay trên địa bàn TP.HCM 133

5.3 Các giải pháp quản lý và xử lý bùn XLNTSH cho tình hình hiện nay và trong tương lai 134

CHƯƠNG 6 136

ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP QUẢN LÝ, THẢI BỎ BÙN THẢI TỪ CÁC TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH136 6.1 CHÍNH SÁCH QUẢN LÝ BÙN THẢI TOÀN CẦU 136

6.1.1 Hiện trạng 136

6.1.2 Xử lý bùn thải hướng tới mục tiêu phát triển bền vững 136

6.1.3 Chính sách quản lý bùn ở một số quốc gia 137

6.1.3.1 Các nước châu Âu 137

6.2 GIẢI PHÁP QUẢN LÝ BÙN XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT TRÊN

ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 139

6.2.1 Giải pháp quy hoạch 142

6.2.2 Giải pháp pháp lý 144

6.2.3 Giải pháp kỹ thuật 147

6.2.4 Giải pháp kinh tế 152

6.2.5 Giải pháp giáo dục 153

6.2.6 Trách nhiệm của các cơ quan quản lý nhà nước về bùn XLNTSH trên địa bàn TP.HCM 154

CHƯƠNG 7 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 158

7.1 KẾT LUẬN 158

7.2 KIẾN NGHỊ 160

TÀI LIỆU THAM KHẢO i

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG iv

PHỤ LỤC 1 v

PHIẾU ĐIỀU TRA KHẢO SÁT v

PHỤ LỤC 2 vi

PHIẾU THAM VẤN Ý KIẾN CHUYÊN GIA vi

PHỤ LỤC 3 vii

PHIẾU KẾT QUẢ PHÂN TÍCH vii

PHỤ LỤC 4 viii

QUYẾT ĐỊNH SỐ 73 /2007/QĐ-UBND VỀ 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 TP.HCMviii PHỤ LỤC 5 ix

TIÊU CHUẨN SO SÁNH ix

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BOD : Nhu cầu oxy sinh học

CFU : Colony-forming unit

COD : Nhu cầu oxy hoá học

EPA : Environmental Protection Agent FBR : Fixed bed bioreactor

IWK : Indah Water Konsortium

MPN : Most probable number

NLTN : Nhiêu Lộc – Thị Nghè

NRC : National Research Council

PFU : Plagque-forming unit

PTNT : Phát triển nông thôn

SS : Chất rắn lơ lững

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

TOC : Tổng Cacbon hữu cơ

QLMT : Quản lý môi trường

UBND : Ủy ban nhân dân

US EPA : Cục bảo vệ môi trường Hoa Kỳ XLNTSH : Xử lý nước thải sinh hoạt

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1 Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích 6

Bảng 1.1 Các bước của quá trình xử lý nước thải 9

Bảng 1.2 Thành phần và tính chất của bùn XLNTSH 14

Bảng 1.3 Tóm tắt các tác động cấp tính và mãn tính của các chất ô nhiễm 18

Bảng 1.4 Tóm tắt các tác động sức khỏe của các chất ô nhiễm hữu cơ trong bùn 22

Bảng 1.5 Các vi trùng chủ yếu của mối quan tâm trong nước thải sinh hoạt và bùn thải 24

Bảng 1.6 Giá trị giới hạn qui định đối với bùn XLNTSH sử dụng cho đất 27

Bảng 1.7 Yêu cầu về mầm bệnh đối với bùn loại A 28

Bảng 1.8 Con đường phơi nhiễm và các quy định an toàn (chỉ đối với bùn loại B)30 Bảng 1.9 Những thuận lợi của việc sử dụng phân compost 36

Bảng 1.10 Các kỹ thuật ổn định thông dụng và phương pháp sử dụng hoặc thải bỏ liên quan 37

Bảng 1.11 Quản lý bùn XLNTSH ở Slovakia qua các năm 40

Bảng 2.1 Lưu lượng nước thải sinh hoạt phát sinh trên địa bàn TP.HCM 54

Bảng 2.2 Tải lượng các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt trên địa bàn TP.HCM 56

Bảng 3.1 Kết quả điều tra các trạm XLNTSH tập trung trên địa bàn TP.HCM 63

Bảng 3.2 Tính chất nước thải đầu vào và hiệu quả xử lý 64

Bảng 3.3 Tính chất nước thải đầu vào trạm xử lý Bình Hưng Hòa 66

Bảng 3.4 Quy hoạch các trạm XLNTSH tập trung trong tương lai 69

Bảng 3.5 Kết quả điều tra các trạm XLNTSH phân tán trên địa bàn TP.HCM 71

Bảng 3.4 Kết quả điều tra các trạm XLNTSH phân tán trên địa bàn TP.HCM đang và sẽ được xây dựng 74

Bảng 3.5 Kết quả điều tra tình hình phát sinh, xử lý bùn XLNTSH tại các trạm tập trung 77

Bảng 3.6 Tính chất nước thải đầu vào và hiệu quả xử lý 81

Bảng 3.7 Kết quả điều tra tình hình phát sinh, thu gom và xử lý bùn tại các trạm XLNTSH phân tán 84

Bảng 3.8 Tính chất nước thải đầu vào và hiệu quả xử lý 88

Bảng 4.1 Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích 95

Bảng 4.2 Giá trị giới hạn qui định đối với bùn XLNTSH sử dụng cho đất 96

Bảng 4.3 Giới hạn hàm lượng tổng số của một số kim loại nặng trong một số loại đất (mg/kg đất khô) 96

Bảng 4.4 Tiêu chuẩn chất thải nguy hại TCVN 7629 :2007 97

Bảng 4.5 Yêu cầu về mầm bệnh 97

Bảng 4.6 Kết quả phân tích các thông số vật lý 98

Bảng 4.7 Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng 99

Bảng 4.8 Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng theo phương pháp US EPA SW 846 Method 3050 B 100

Bảng 4.9 Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng theo phương pháp US EPA Method 1311 100

Bảng 4.10 Kết quả phân tích vi sinh 101

Bảng 4.11 Đánh giá thành phần bùn XLNTSH trên địa bàn TP.HCM 102

Bảng 4.12 Đánh giá ảnh hưởng của quá trình xử lý và thải bỏ bùn XLNTSH 108

Bảng 4.13 Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng lan truyền và gây ô nhiễm của bùn 114

Bảng 4.14 Đánh giá các con đường và khả năng lan truyền các chất ô nhiễm trong bùn XLNTSH 119

Bảng 4.15 Đánh giá con đường phơi nhiễm các chất ô nhiễm trong bùn XLNTSH trên địa bàn TP.HCM 123

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ phát sinh bùn XLNTSH 8

Hình 1.2 Sơ đồ dây chuyên công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt và bùn phát sinh 11 Hình 1.3 Xem xét các quy định liên quan đến việc sử dụng bùn cho đất 26

Hình 1.4 Các phương pháp xử lý bùn XLNTSH 32

Hình 1.5 Quản lý bùn XLNTSH ở Slovakia qua các năm 40

Hình 2.1 Vị trí của TP.HCM trong khu vực 45

Hình 2.1 Quy trình xử lý nước thải nhà máy Bình Hưng 65

Hình 2.2 Mặt bằng tổng thể trạm xử lý nước thải Bình Hưng Hòa 67

Hình 2.3 Quy trình làm phân compost 78

Hình 6.1 Sơ đồ hệ thống các cơ quan quản lý nhà nước về bùn XLNTSH 157

MỞ ĐẦU

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Hiện nay, tốc độ đô thị hóa cao đang diễn ra nhanh chóng ở thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM) và nhiều vùng trong cả nước Cùng với sự phát triển đó, các công trình hạ tầng đô thị, đặc biệt là hệ thống thoát nước và xử lý nước thải của các khu

đô thị mới đã, đang và sẽ được xây dựng ngày càng nhiều nhằm đáp ứng các yêu cầu xử lý nước thải góp phần bảo vệ môi trường theo qui định của luật bảo vệ môi trường

Việc xử lý nước thải làm phát sinh bùn như một phần không thể tránh khỏi TP.HCM hiện đã đầu tư và vận hành ổn định một trạm xử lý nước thải sinh hoạt tập trung công suất 30.000 m3/ngày ở Bình Hưng Hòa và vận hành thử nghiệm một trạm xử lý nước thải sinh hoạt tập trung công suất 141.000 m3/ngày ở huyện Bình Chánh Ngoài ra, còn rất nhiều trạm xử lý nước thải sinh hoạt phân tán khác được xây dựng tại các khu dân cư mới trong thành phố Trong tương lai, công tác xử lý nước thải sinh hoạt sẽ được quan tâm hơn nữa với 9 trạm xử lý nước thải tập trung theo dự kiến, nâng tổng công suất xử lý nước thải lên tới 1.947.000 m3/ngày Do đó lượng bùn phát sinh hằng ngày từ quá trình xử lý nước thải trên địa bàn TP.HCM sẽ rất lớn

Hiện nay, công tác quản lý bùn thải từ các trạm xử lý nước thải sinh hoạt (bùn XLNTSH) đang trong tình trạng “thả nổi” Bùn XLNTSH không được xử lý và được đổ tràn lan gây ảnh hưởng đến môi trường, đặc biệt sự tích tụ hợp chất hữu cơ gây mất vệ sinh, mùi và hôi thối; kim loại nặng gây ô nhiễm môi trường đất và nước ngầm; vi sinh vật gây bệnh…

Trong khi đó, công tác quản lý bùn XLNTSH là một trong những mối quan tâm hàng đầu của các nước trên thế giới đồng hành cùng công tác xử lý nước thải sinh hoạt Malaysia là một quốc gia có hệ thống quản lý nước thải sinh hoạt hiệu quả nhất so với các nước khác trong khu vực Đông Nam Á Hầu hết 6 triệu tấn nước thải sinh hoạt của khoảng 26 triệu dân Maylaysia đều được xử lý trước khi thải vào sông (Ng, K.B., 2006) Hàng năm, khoảng 3,8 triệu m3 bùn XLNTSH được tạo ra bởi Indah Water Konsortium (IWK) Lượng bùn này ước tính tăng đến 7 triệu m3vào năm 2020 (Jamal và cộng sự, 2005) Theo IWK, bùn XLNTSH đều được xử lý sạch và có thể được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau Những nghiên cứu về

việc sử dụng bùn cho mục đích công nghiệp, nông nghiệp ở Malaysia đang được thực hiện để quản lý bùn đạt hiệu quả cao hơn

Xuất phát từ bối cảnh trên, một vấn đề quan trọng và cấp thiết được đặt ra là công tác quản lý bùn thải từ quá trình xử lý nước thải sinh hoạt ở TP.HCM một cách an toàn và hiệu quả, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng

2 SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Hiện nay, công tác quản lý bùn thải, đặc biệt là bùn từ các trạm xử lý nước thải sinh hoạt tập trung và phân tán ở Tp.HCM là một trong những vấn đề mới, ít được quan tâm và đầu tư đúng mức Tp.HCM hiện chưa ban hành các quy định, hướng dẫn về quản lý an toàn bùn XLNTSH, bao gồm các hoạt động như thu gom, vận chuyển, xử lý, tái chế, tái sử dụng và thải bỏ bùn Do đó, công tác quản lý bùn thải

từ các trạm xử lý nước thải sinh hoạt hiện nay đang trong tình trạng “thả nổi”

Do một lượng nhất định các chất ô nhiễm độc hại, đặc biệt là kim loại nặng và

vi sinh vật gây bệnh hiện diện trong bùn XLNTSH nên loại bùn này cần thiết phải được xử lý trước khi sử dụng cho mục đích khác hoặc mang đi chôn lắp Hầu hết các trạm xử lý nước thải ở TP.HCM hiện nay đều chưa đầu tư hoàn chỉnh các công trình hoặc thiết bị xử lý bùn phát sinh trong quá trình xử lý Một số nhà máy chỉ mới dừng lại ở khâu ép bùn để tách nước hoặc phơi bùn, do đó các thành phần kim loại nặng cũng như vi sinh vật gây bệnh trong bùn vẫn chưa được xử lý thích hợp Trong khi đó, việc quy hoạch và xây dựng các khu xử lý và chôn lấp bùn XLNTSH chưa được quan tâm Hiện tại, bùn được thải bỏ tràn lan tại các bãi chôn lấp chất thải rắn - không có chức năng đổ bỏ bùn thải chưa qua xử lý hoặc tại các bãi đổ bùn tạm ở các khu đất trống cách xa khu dân cư mà không có biện pháp giảm thiểu ô nhiễm Vì thế, khả năng gây ảnh hưởng của bùn đến môi trường và sức khỏe cộng đồng là không thể tránh khỏi

Mặc dù bùn XLNTSH có chứa một số thành phần độc hại nhưng các thành phần hữu cơ, vô cơ, dinh dưỡng như N, P và một số nguyên tố vi lượng khác trong bùn lại rất hữu ích cho việc cải tạo đất, làm phân bón trong nông nghiệp, đốt thu hồi năng lượng, nguyên liệu cho sản xuất xi măng và vật liệu xây dựng Ở Châu Âu,

Mỹ, Canada, bùn XLNTSH được ứng dụng cho mục đích nông nghiệp, cải tạo đất

là chủ yếu Ở Úc, bùn XLNTSH này thường được làm phân bón Trong khí đó, Nhật xử lý bùn bằng phương pháp thiêu đốt Trước tiềm năng giá trị sử dụng của bùn, và hạn chế về quỹ đất cho quy hoạch các bãi chôn lấp ở thành phố, vấn đề này cần phải được xem xét và cân nhắc kỹ để có giải pháp quản lý thích hợp về sau, vừa góp phần bảo vệ môi trường vừa mang lại giá trị kinh tế

Cho đến nay, TP.HCM vẫn chưa có một công trình nghiên cứu cụ thể nào về tình hình phát sinh, thu gom, xử lý và quản lý bùn từ các trạm xử lý nước thải sinh hoạt Do đó, các nhà nghiên cứu cũng như các nhà quản lý gặp rất nhiều khó khăn trong nghiên cứu và giải quyết vấn đề này cả về giải pháp kỹ thuật và quản lý Với tình hình quản lý bùn như hiện nay và tốc độ gia tăng lượng bùn phát sinh trong tương lai khi thành phố đang đầu tư ngày càng nhiều các trạm xử lý nước thải tập trung và thắt chặt việc xử lý nước thải sinh hoạt ở các khu dân cư, việc nghiên cứu các giải pháp quản lý bùn XLNTSH có ý nghĩa rất lớn trong công tác bảo vệ môi trường và định hướng quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội của TP.HCM

Xuất phát từ những luận điểm trên, tác giả đã mạnh dạn thực hiện đề tài

“Nghiên cứu các giải pháp quản lý bùn từ các trạm xử lý nước thải sinh hoạt trên địa bàn TP.HCM”

3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

(i) Đánh giá hiện trạng xử lý và quản lý bùn thải từ các hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt trên địa bàn TP.HCM

(ii) Đề xuất các giải pháp quản lý bùn thải từ các hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt trên địa bàn TP.HCM

Để đạt được các mục tiêu này, đề tài nghiên cứu sẽ cố gắng trả lời các câu hỏi nghiên cứu sau:

(i) Hiện trạng xử lý và quản lý bùn thải từ các trạm XLNTSH trên địa bàn TP.HCM như thế nào? Trong câu hỏi này, tác giả sẽ tập trung tìm hiểu các khía cạnh sau:

Số lượng & công suất các trạm (công trình) xử lý nước thải đã hòan thành và đang vận hành;

Số lượng các công trình xử lý sẽ được triển khai;

bùn của các trạm xử lý nước thải sinh hoạt trên địa bàn TP.HCM

Điều tra, khảo sát và đánh giá hiện trạng phát sinh, lưu trữ và xử lý bùn XLNTSH tại các trạm xử lý nước thải sinh hoạt trên địa bàn TP.HCM

Tính toán ước lượng và dự báo khối lượng bùn XLNTSH sinh ra từ các trạm

xử lý nước thải sinh hoạt trên địa bàn TP.HCM

Nhận diện và phân tích các thuận lợi và khó khăn chính trong việc quản lý và kiểm soát việc phát sinh và xử lý bùn XLNTSH trên địa bàn TP.HCM

2) Nội dung 2: Phân tích và đánh giá thành phần, tính chất và khả năng gây nhiễm

của bùn XLNTSH trên địa bàn TP.HCM

Phân tích thành phần bùn XLNTSH từ các trạm xử lý nước thải sinh hoạt trên địa bàn TP.HCM

Đánh giá khả năng ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe cộng đồng của bùn XLNTSH

3) Nội dung 3: Đề xuất giải pháp quản lý bùn thải từ các trạm xử lý nước thải sinh

hoạt trên địa bàn TP.HCM

Nghiên cứu đề xuất các giải pháp quản lý cụ thể cho việc quản lý bùn XLNTSH trên địa bàn TP.HCM

Phân tích tính khả thi các giải pháp quản lý dựa trên lợi ích kinh tế, xã hội và môi trường

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

5.1 Phương pháp luận

Phương pháp nghiên cứu là những nguyên tắc và cách thức hoạt động khoa học nhằm đạt tới chân lý khách quan dựa trên cơ sở của sự chứng minh khoa học Điều này có nghĩa rằng, các nghiên cứu khoa học cần phải có những nguyên tắc và phương pháp cụ thể, mà dựa theo đó các vấn đề sẽ được giải quyết

Nghiên cứu các giải pháp quản lý bùn thải từ các trạm xử lý nước thải sinh hoạt tập trung trên địa bàn TP.HCM là nghiên cứu mối quan hệ từ nguồn phát sinh bùn thải đến khâu quản lý, bao gồm việc thu gom - vận chuyển – xử lý – tái sử dụng Từ mối quan hệ này rút ra được những ưu khuyết điểm để đưa ra giải pháp quản lý bùn thải hiệu quả hơn

5.2 Phương pháp nghiên cứu

Để đạt được các mục tiêu và các nội dung nêu trên, các phương pháp nghiên cứu sau đây sẽ được thực hiện:

1) Nội dung 1: Đánh giá hiện trạng phát sinh, xử lý, thải bỏ và tính toán khối lượng

bùn của các trạm xử lý nước thải sinh hoạt trên địa bàn TP.HCM

- Phương pháp tổng quan tài liệu:

Phương pháp này sẽ kế thừa các thông tin đã có từ các tài liệu, kết quả điều tra hoặc các nghiên cứu liên quan trước đây để phân tích và tổng hợp các thông tin cần thiết phục vụ đề tài

- Phương pháp điều tra, khảo sát, thu thập thông tin:

Phương pháp này được áp dụng để thu thập các thông tin cần thiết cho nội dung nghiên cứu Phương pháp này sẽ sử dụng bảng câu hỏi được thiết kế sẵn để phục vụ việc phỏng vấn trực tiếp trong quá trình điều tra thực tế (Phụ lục bảng câu hỏi) Các thông tin bao gồm:

Số lượng các trạm xử lý nước thải sinh hoạt trên địa bàn TP.HCM;

Qui mô: lưu lượng nước thải (m3/ngày), khối lượng bùn thải (kg/năm hoặc tấn/năm);

Hiện trạng xử lý và thải bỏ bùn;

Số lượng trạm xử lý nước thải sinh hoạt dự kiến trong tương lai

- Phương pháp thống kê và xử lý số liệu:

Phương pháp này giúp trình bày, xử lý những số liệu sau khi đã thu thập được

để khai thác có hiệu quả những số liệu thực tế đó, rút ra được những nhận xét kết luận khoa học, khách quan đối với những vấn đề cần nghiên cứu, khảo sát

- Phương pháp đánh giá nhanh:

Phương pháp này dùng để xác định nhanh và dự báo tải lượng bùn và hàm lượng các chất ô nhiễm trong bùn dựa trên các số liệu có được từ quá trình điều tra

và nghiên cứu

2) Nội dung 2: Phân tích và đánh giá thành phần, tính chất và khả năng gây ô nhiễm

- Phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu:

Trong nghiên cứu này các mẫu bùn XLNTSH được lấy theo hướng dẫn trong tài liệu “POTW Sewage Sludge Sampling and Analysis Guidance Document” (USEPA, 1989)

Các mẫu bùn được đưa về phòng thí nghiệm để phân tích các chỉ tiêu: pH,

TS, TVS, TOC, Nitơ, Photpho, Kali; Các kim loại nặng như Cd, Cr, Cu, Pb,

Hg, Ni, Zn; các chỉ tiêu vi sinh: Fecal Coliform, Số lượng trứng giun sán (Helminth Ova) Các chỉ tiêu được phân tích theo các phương pháp sau:

Bảng 1.1 Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích

1 pH Test Methods for Evaluating Solid Waste (USEPA,

2007)

2 TS, TVS Part 2540 G Standard Methods for the Examination

of Water and Wastewater (APHA, 1999)

3 TOC Test Methods for Evaluating Solid Waste (USEPA,

5 Fecal Coliform Part 9221 E or Part 9222 D, Standard Methods for the

Examination of Water and Wastewater (APHA, 1999)

6 Số lượng trứng giun

sán (Helminth Ova)

Environmental Regulations and Technology: Control

of Pathogens and Vectors in Sewage Sludge (USEPA, 2003)

Số lượng mẫu tối thiểu = 1 mẫu/trạm * 4 trạm * 3 lần thí nghiệm = 12 mẫu

Với số lượng các chỉ tiêu phân tích trên, chi phí cho việc phân tích ước tính vào khoảng 1,5 – 2,0 triệu đồng/mẫu Do hạn chế về nguồn kinh phí, một số chỉ tiêu phân tích có thể được xem xét và chiết giảm như TVS, Hg, Ni, Zn

- Phương pháp so sánh:

Dựa vào kết quả phân tích các chỉ tiêu trên, tiến hành so sánh để đánh giá mức

độ ô nhiễm và khả năng ảnh hưởng đến môi trường của bùn XLNTSH tại TP.HCM Phương pháp này được sử dụng theo hai cách tiếp cận:

So sánh với giá trị quy định trong tiêu chuẩn bùn của US EPA và Châu Âu (do Việt Nam chưa ban hành loại tiêu chuẩn này)

So sánh với số liệu đo đạc thực tế ở các thời điểm khác và các nơi khác

3) Nội dung 3: Đề xuất giải pháp quản lý bùn thải từ các trạm xử lý nước thải sinh

hoạt trên địa bàn TP.HCM

- Phương pháp phân tích hệ thống: phân tích thành phần và mối quan hệ giữa

các thành phần trong hệ thống

- Phương pháp chuyên gia: phương pháp này được sử dụng để tham khảo ý kiến

của các chuyên gia về lĩnh vực môi trường đối với vấn đề quản lý bùn XLNTSH trên địa bàn TP.HCM

6 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

6.1 Ý nghĩa khoa học

- Làm cơ sở ban đầu cho những nghiên cứu sâu hơn về thực trạng và giải pháp quản lý bùn thải từ các trạm xử lý nước thải sinh hoạt ở TP.HCM

- Góp phần tạo cơ sở cho việc nghiên cứu thực trạng và giải pháp quản lý bùn thải

từ các trạm xử lý nước thải sinh hoạt ở các địa phương khác trong cả nước

6.2 Ý nghĩa thực tiễn

Quản lý bùn XLNTSH là một vấn đề môi trường quan trọng do lượng bùn tăng nhanh là kết quả của việc xây dựng ngày càng nhiều các trạm xử lý nước thải sinh hoạt tập trung và phân tán ở các đô thị lớn như TP.HCM Đề tài này được thực hiện nhằm đáp ứng yêu cầu thực tế về vấn đề quản lý chặt chẽ và xử lý triệt để bùn XLNTSH bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường TP.HCM

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN BÙN THẢI TỪ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH

HOẠT

1.1 NGUỒN PHÁT SINH BÙN XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT

Sơ đồ nguồn phát sinh bùn XLNTSH được trình bày trong hình sau:

Hình 1.1 Sơ đồ phát sinh bùn XLNTSH

Quá trình đô thị hóa và công nghiệp hóa tại Tp HCM và nhiều đô thị trong cả nước đã góp phần gian tăng việc phát sinh nước thải đô thị ngày càng nhiều Nước thải

đô thị chứa nhiều hợp chất phát sinh từ các hoạt động sinh hoạt của con người như thực phẩm thừa, nước giải khát, thuốc, các hóa chất dân dụng và các hợp chất từ hoạt động thương mại và công nghiệp và cả nước mưa chảy tràn

Nước thải sinh hoạt, thương mại và công nghiệp được thu gom nhờ hệ thống cống

và được vận chuyển đến nhà máy xử lý nước thải Tại đây, nước thải trải qua các quá trình xử lý sơ bộ, bậc 1, bậc 2 và trong một số trường hợp xử lý bậc 3 (xem bảng 2.1) trước khi thải vào môi trường

Quá trình xử lý nước thải làm phát sinh bùn như một phần không thể tránh khỏi

Chất lượng và đặc tính của bùn phát sinh từ nhà máy xử lý nước thải phụ thuộc vào thành phần của nước thải, loại quá trình xử lý và loại quá trình xử lý bùn Nhìn chung, mức độ xử lý nước thải càng cao thì lượng bùn được tạo ra càng nhiều Mức độ xử lý nước thải cao cũng có thể làm tăng nồng độ các chất ô nhiễm trong bùn do nhiều thành phần được loại bỏ khỏi nước thải đi vào bùn Hơn nữa, quá trình xử lý nước thải yêu cầu bổ sung thêm các hóa chất để làm kết tủa các chất rắn (như FeCl2, Al, vôi hoặc polyme) cũng có thể làm gia tăng hàm lượng các hóa chất trong bùn

Chi tiết các quá trình xử lý nước thải được trình bày như sau:

Bảng 1.2 Các bước của quá trình xử lý nước thải

1 Xử lý sơ bộ Tách các tạp chất thô như giẻ, rơm, các vật nổi, cát và dầu

mỡ… để tránh những vấn đề rắc rối trong vận hành hệ thống

xử lý Các công trình xử lý như song chắn rắc, bể lắng cát, bể tách dầu mỡ

2 Xử lý bậc 1 Tách một phần chất rắn lơ lửng và các hợp chất hữu cơ nhờ

quá trình xử lý cơ học và hóa học Các công trình xử lý như:

bể lắng trọng lực, keo tụ, tạo bông

3 Xử lý bậc 2 Tách các hợp chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học và

các chất rắn lơ lửng bằng phương pháp hóa học hoặc sinh học Thường bao gồm luôn quá trình khử trùng

4 Xử lý bậc 3 Tách các chất rắn lơ lửng còn lại sau quá trình xử lý bậc 2,

thường là bằng quá trình lọc dùng vật liệu hạt, hoặc dùng màng lọc có kích thước micro hoặc phương pháp hóa học Giai đoạn này bao gồm cả quá trình khử chất dinh dưỡng

Để xử lý nước thải, phương pháp sinh học là phương pháp phổ biến được áp dụng rộng rãi ở các nước trên thế giới Mục đích áp dụng phương pháp sinh học để xử lý nước thải sinh hoạt là:

- Chuyển các thành phần có khả năng phân hủy sinh học ở dạng tan hoặc không tan thành các sản phẩm cuối như CO2, H2O…;

- Kết dính các chất rắn ở dạng keo lơ lửng hoặc không lắng được tạo thành

“bông sinh học” hoặc dính bám lên các giá thể;

- Xử lý hoặc làm giảm nồng độ các hợp chất hữu cơ và vô cơ trong nước, như kim loại nặng…

- Loại bỏ các vi sinh vật gây bệnh và các vi sinh vật khác;

- Chuyển hóa hoặc loại bỏ các chất dinh dưỡng, như nitơ hoặc phốtpho;

- Trong một số trường hợp, có thể loại bỏ các thành phần hữu cơ ở dạng vi lượng;

- Nước sau khi xử lý có thể thải trực tiếp vào nguồn tiếp nhận

Một hệ thống xử lý nước thải đô thị bằng phương pháp sinh học thông dụng và phổ biến trên thế giới hiện nay là hệ thống bùn hoạt tính, trong đó vi sinh vật giữ vai trò chủ yếu trong quá trình xử lý được giữ ở trạng thái lơ lửng và được cung cấp khí liên tục Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt theo phương pháp bùn hoạt tính và bùn phát sinh được trình bày trong hình sau:

Trong quá trình xử lý nước thải sinh hoạt (Hình 1.2), bùn phát sinh chủ yếu từ quá trình xử lý bậc 1 (bể lắng 1), quá trình xử lý sinh học (bể aeroten, bể lọc sinh học,…)

và quá trình xử lý bậc cao (xử lý nitơ và phốtpho, oxy hóa bậc cao, keo tụ hóa học, lọc,…) Tương ứng với các quá trình xử lý trên ta có thể chia bùn XLNTSH ra thành các loại như sau: bùn bể lắng 1 (cặn tươi), bùn bể lắng 2 (bùn sinh học) và bùn xử lý bậc cao (bùn sinh học, bùn hóa học, bùn bể lọc) Cụ thể các loại bùn phát sinh như sau:

để loại bỏ các chất rắn lắng được ra khỏi nước thải bằng lắng trọng lực trước khi đưa qua công trình xử lý sinh học (bậc 2) Bùn bể lắng 1 chứa từ 3 – 7% chất rắn tổng cộng (TS), trong đó chất hữu cơ chiếm từ 60 – 80% khối lượng khô (Girovich, 1996) Lượng bùn phát sinh trong bể lắng 1 vào khoảng 100 – 300 mg/L nước thải (Wang và cộng sự, 2007) Bùn bể lắng 1 dễ quản lý hơn bùn sinh học ở

bể lắng 2 và bùn hóa học bởi vì bùn lắng 1 đã được nén trong bể lắng 1 do trọng lực

lọc sinh học, đĩa sinh học tiếp xúc quay, SBR…) Loại bùn này thường chứa từ 0,5 – 2,0% TS Hàm lượng chất hữu cơ trong bùn bể lắng 2 chiếm từ 50 – 60% (Girovich, 1996) Lượng bùn phát sinh và tính chất của bùn sinh học thay đổi tùy thuộc vào bản chất quá trình sinh học và phương thức vận hành bể lắng 2 Thông thường bùn sinh học khó nén và khó khử nước hơn bùn bể lắng 1 và bùn hóa học

và loại nước thải đầu vào hệ thống xử lý Vì loại bùn này thường chứa một lượng đáng kể hóa chất thêm vào nên hàm lượng chất rắn sẽ thay đổi từ 0,2 đến 1,5%, trong khi hàm lượng hữu cơ của chất rắn dao động từ 35-50% (US EPA, 1991) Mục tiêu chính của công tác xử lý nước thải đô thị trong vòng 30 năm qua là phải nâng cao chất lượng đầu ra bằng cách xây dựng khu công trình xử lý bậc 2 và xử lý nâng cao trong khu vực nhà máy xử lý Như vậy, chất lượng xử lý sẽ được nâng cao không chỉ đối với các thành phần nước thải thông thường mà còn có thể xử lý các thành phần đặc biệt trong nước thải (như chất dinh dưỡng và kim loại nặng…) Những quá trình này sẽ sinh ra sản phẩm phụ do đó lượng bùn phát sinh ngày càng tăng Xử

lý bùn, tái sử dụng, thải bỏ đặt ra những vấn đề hết sức phức tạp cho các kỹ sư trong lĩnh vực xử lý nước thải đô thị

1.2 THÀNH PHẤN, TÍNH CHẤT BÙN XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT

Để xác định phương pháp xử l ý và quản lý bùn phù hợp, việc đánh giá thành phần

và tính chất của bùn là cần thiết Thành phần của bùn phụ thuộc vào thành phần nước thải, quá trình xử lý nước thải và quá trình xử lý bùn thải Nhìn chung bùn chứa cả các thành phần độc và không độc Theo Rulkens (2003b), bùn bao gồm 5 thành phần chính:

- Những hợp chất hữu cơ:

+ Các hợp chất hữu cơ không độc là phổ biến nhất bao gồm tất cả các vật liệu

có nguồn gốc từ thực vật và động vật như protein, amino acid, đường và mỡ…, các hợp chất chứa N, P

+ Các hợp chất hữu cơ độc: gồm các hợp chất PHA (Poly-nuclear aromatic hydrocarbons), alkyl phenols, polychlorinated biphenyls (PCBs) organo-chlorine pesticides, monocyclic aromatics, chloro-benzenes, aromatic và alkyl amines, polychlorinated dioxyns, phenols

- Kim loại nặng như Zn, Pb, Cu, Cr, Ni, Cd, Hg, As… (trong khoảng từ 1 ppm đến 1000 ppm); Một số những hợp chất này có thể độc hại cho con người và/hoặc động vật vì thế cần thiết phải kiểm soát nồng độ của chúng trong bùn trước khi thải bỏ hoặc tái sử dụng

- Những vi sinh vật nguy hại như vi khuẩn gây bệnh, virút và động vật nguyên sinh cùng với giun sán ký sinh có thể làm tăng nguy hại tiềm tàng cho sức khoẻ con người, động vật và thực vật;

- Những hợp chất vô cơ như silicate, aluminate, những hợp chất chứa calci và magie;

- Nước, chiếm từ vài phần trăm cho đến hơn 95%

Mỗi thành phần bùn đều có những tác động môi trường riêng do đó cần phải tính đến trong việc lựa chọn con đường thải bỏ

Theo Girovich, 1996 thành phần và tích chất của bùn XLNTSH được trình bày như sau:

18 Fe (mg/kg khối lượng khô) 1.000 – 154.000 17.00

Nguồn: Girovich, 1996

Các loại vi trùng gây bệnh trong bùn thuộc 4 nhóm chính: vi khuẩn, virút, động vật nguyên sinh và giun sán ký sinh do chúng hiện diện trong nước thải sinh hoạt Một số loài phổ biến bao gồm:

- Vi khuẩn gồm các loài như Salmonella sp., Shigella sp., Yersinia sp., Vibrio

- Vi rút gồm các loài như Hepatitis A virus, Norwalk và vi rút giống Norwalk,

- Động vật nguyên sinh gồm các loài như Cryptosporidium, Entamoeba

- Giun sán gồm các loài như Ascaris lumbricoides, Ascaris suum, Trichuris trichiura, Toxocara canis, Taenia saginafa, Taenia solium, Necator

Số lượng các vi trùng gây bệnh hiện hiện trong bùn tùy thuộc vào tình trạng sức khỏe của cộng đồng dân cư và khác nhau rõ rệt vào các thời điểm khác nhau Số lượng

vi trùng hiện diện trong bùn cũng phụ thuộc vào quá trình xử lý nước thải và bùn thải

Số lượng vi khuẩn coliform trung bình (con/g khối lượng khô) trong bùn XLNTSH

như sau: (Girovich, 1996)

+ Bùn chưa ổn định : 1.000.000.000

+ Bùn đã phân hủy hiếu khí : 30.00 – 6.000.000

+ Nước thải sau xử lý khử trùng : 100

Do một lượng lớn mầm bệnh tồn tại trong bùn nên việc phân tích từng loài sẽ không thiết thực Vì thế việc sử dụng vi sinh vật chỉ thị (cho biết sự hiện diện có thể của vi sinh vật gây bệnh trong bùn) là một giải pháp thay thế Quan trắc số lượng những vi sinh vật này cung cấp thông tin về sự tồn tại của nhóm lớn Một số vi sinh vật đặc trưng được xem như vi sinh vật chỉ thị trong bùn bao gồm vi khuẩn E-coli và Salmonella, vi rút Enteric và giun ký sinh

1.3 TIỀM NĂNG SỬ DỤNG BÙN XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT

Bùn XLNTSH chứa một lượng lớn chất hữu cơ cũng như các hợp chất chứa N và

P, đây có thể là tài nguyên có giá trị Các thành phần của bùn sau xử lý thích hợp có thể được sử dụng (tái sử dụng) làm phân bón, chất cải tạo đất hay các sản phẩm hữu ích khác Năng lượng chứa trong bùn có thể được thu hồi sử dụng cho mục đích khác

Do các giá trị tiềm năng của bùn XLNTSH nên nó được gọi là chất rắn sinh học (biosolid) Bùn XLNTSH được khuyến khích sử dụng trong canh tác nông nghiệp bởi

nó mang lại lợi ích kinh tế đáng kể do việc giảm sử dụng phân bón hóa học Các lợi ích sử dụng bùn XLNTSH bao gồm:

- Sử dụng như “phân bón” cho các khu nông nghiệp hay sử dụng kết hợp với phân hóa học

- Sử dụng trong lâm nghiệp làm tăng sản lượng rừng

- Sử dụng cho các bãi cỏ, vườn nhà, sân golf

- Sử dụng để cải tạo đất cho các khu vực đất bị phá hoại nặng như các khu khai thác khoáng sản và sử dụng làm lớp phủ cho các bãi chôn lấp chất thải rắn

Bùn XLNTSH chứa chất hữu cơ, các nguyên tố vi lượng và đa lượng rất quan trọng cho sự phát triển của các loại cây trồng Mười sáu (16) trong 90 nguyên tố cần cho sự phát triển của thực vật có mặt trong bùn XLNTSH Các nguyên tố này bao gồm: Carbon (C), Hydro (H), Oxy (O), Nitơ (N), Phốt pho (P), Kali (K), Natri (Na), Lưu huỳnh (S), Canxi (Ca), Manhê (Mg), Sắt (Fe), Borom (Br), Mangan (Mn), Đồng (Cu), Kẽm (Zn), Molybden (Mo) và Clo (Cl)

Bùn chứa trung bình khoảng 4% nitơ, 0,1 đến 1,0% phốt pho và một lượng nhỏ kali tức là N-P-K = 4-1-0, so với phân bón hóa học thông thường có N-P-K = 8-8-8 Ngoài ra, do bùn XLNTSH chứa chất hữu cơ nên nó có giá trị như nhiên liệu Hàm lượng năng lượng hay nhiệt trị của bùn xấp xĩ khoảng 5.500 kcal/kg tính theo khối lượng khô của chất rắn bay hơi VS hay từ 2.500 đến 3.000 kcal/kg tính theo khối lượng khô của tổng chất rắn TS So sánh với than có nhiệt trị khoảng 7.500 kcal/kg thì nhiệt trị của bùn khoảng 50% nhiệt trị của than

1.4 CÁC TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG VÀ SỨC KHỎE PHÁT SINH TỪ BÙN

XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT

Mặc dù ứng dụng bùn để cải tạo đất có thể cải thiện về căn bản khả năng sản xuất của đất, khả thi về kỹ thuật và kinh tế cho nhiều quốc gia, nhưng nó tồn tại những giới hạn và rủi ro Mùi là vấn đề gây phiền toái nhất cho cộng đồng dân cư xung quanh khu vực được bón bùn Hơn nữa, nếu bùn được bón bằng tay không đúng cách, các chất ô nhiễm (các nguyên tố dạng vết hoặc hóa chất hữu cơ) và vi trùng (vi rút, vi khuẩn hoặc

ký sinh trùng) trong bùn có thể gây ô nhiễm tiềm tàng cho đất, vụ mùa, động vật nuôi

và thậm chí con người

Trong một báo cáo về đánh giá rủi ro của việc ứng dụng bùn, EPA xác định 14 con đường phơi nhiễm tiềm tàng xuất phát từ ứng dụng bùn cho đất, bao gồm:

1 Bùn XLNTSH  Đất  Thực vật  Con người (Tiêu thụ nông sản)

2 Bùn XLNTSH  Đất  Thực vật  Con người (Người chăm sóc vườn nhà)

3 Bùn XLNTSH  Con người (Trẻ em ăn phải bùn)

10 Bùn XLNTSH  Đất  Vi sinh vật trong đất  Động vật ăn vi sinh vật trong đất

11 Bùn XLNTSH  Đất  Bụi bay  Con người

12 Bùn XLNTSH  Đất  Nước bề mặt  Con người

13 Bùn XLNTSH  Đất  Không khí  Con người

14 Bùn XLNTSH  Đất  Nước ngầm  Con người

Trong đó, con đường thứ 3 (trẻ em ăn bùn), con đường thứ 6 (động vật ăn thực vật

xem là những con đường có khả năng xảy ra nhất trong đánh giá rủi ro của EPA Các tác động đến sức khỏe từ việc phơi nhiễm các chất ô nhiễm trong bùn được trình bày cụ thể như sau:

1.4.1 Kim loại nặng

Cu, Cr, Zn, Se, Ni… là các nguyên tố vi lượng cần thiết cho sự phát triển của cây

thực vật nếu vượt ngưỡng cho phép Tuy nhiên, Cd, Hg, Pb là những nguyên tố hoàn toàn không cần thiết cho sinh vật, là các kim loại rất độc Tất cả những kim loại này đều bền, chúng không bị phân hủy trong môi trường và vì thế được tích lũy theo thời gian Ở trên một nồng độ nhất định, chúng có thể gây cản trở hoặc hạn chế hoạt động của enzym tế bào Các tác động được miêu tả trong bảng 1.4 cùng với giới hạn nồng

độ tối đa của các kim loại trong nước uống (Nguồn: EPA và WHO)

Các nguyên tố độc hại tiềm tàng này gây độc cấp tính cho người ở nồng độ cao Nồng độ cao các nguyên tố này rất hiếm gặp trong nước thải đô thị và bùn (có thể xảy

ra do tai nạn đổ hóa chất) Do đó, mối quan tâm chủ yếu là việc phơi nhiễm các chất ở nồng độ thấp trong thời gian dài Đây là phơi nhiễm mãn tính và có thể gây ra các tác

động khó nhận thấy hơn

1.4.2 Các hợp chất hữu cơ

Bùn chứa hàng ngàn các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc từ công nghiệp, sinh hoạt, không khí và tự nhiên Loại các hợp chất hữu cơ tồn tại trong bùn rất đa dạng và phong phú Ví dụ, theo Drescher-Kaden và cộng sự (1992), có khoảng 332 hợp chất hữu cơ có tiềm năng gây hại cho môi trường và sức khỏe được tìm thấy trong bùn ở Đức và 42 trong

số đó được phát hiện thường xuyên trong bùn

Hàm lượng vật liệu hữu cơ có trong bùn tiêu biểu từ 60-80% tùy vào quá trình ổn định bùn và sự phá hủy chất rắn bay hơi Phần lớn các chất hữu cơ là các vật liệu thân thiện với môi trường và có lợi cho sử dụng trong nông nghiệp bằng cách cải thiện các đặc tính cấu trúc và vật lý của đất Tuy nhiên, các hợp chất do con người sinh ra này có độc tính tiềm tàng cho sức khỏe nếu nó được chuyển vào bùn bón đất và đi vào chuỗi thức ăn ở một lượng đáng kể gây độc

So với kim loại, các chất ô nhiễm hữu cơ gần đây mới được xác định có các tác động bất lợi đến sức khỏe con người Hầu hết các chất ô nhiễm hữu cơ hiện diện trong môi trường ở nồng độ rất thấp Do đó, phơi nhiễm những hợp chất này, ví dụ qua đường nước uống, là rất thấp Tuy nhiên, do một số hợp chất này có thể tích tụ sinh học hoặc gây tác động ở nồng độ thấp nên tác động sức khỏe mãn tính được bắt đầu điều tra Bảng 1.5 trình bày các tác động sức khỏe cấp tính và mãn tính của các chất ô nhiễm hữu cơ và những giới hạn thiết lập cho những hợp chất này trong nước uống

1.4.3 Vi vinh vật gây bệnh

Bốn nhóm vi trùng gây bệnh chính hiện diện trong nước thải sinh hoạt và bùn: vi khuẩn, virút, động vật nguyên sinh và giun sán ký sinh có thể làm tăng nguy hại cho sức khoẻ con người, động vật và thực vật Đối với con người, vi sinh vật có thể gây ra những vấn đề về ruột, những bệnh nghiêm trọng khác và tử vong

Sau đây là bảng liệt kê các vi trùng chủ yếu được quan tâm có thể hiện diện trong nước thải và đi vào bùn thải Những vi trùng khác nhau có thể gây nhiễm trùng hoặc bệnh khác nhau nếu con người và động vật bị phơi nhiễm ở mức đáng kể Mức độ, liều lượng phơi nhiễm khác nhau cho mỗi loại vi trùng và mỗi đối tượng phơi nhiễm

Bảng 1.6 Các vi trùng chủ yếu trong nước thải sinh hoạt và bùn thải

chứng giống cảm…

chứng giống cảm, tiêu chảy…

TT Vi sinh vật Bệnh/Triệu chứng

III Động vật nguyên sinh

giảm cân)

tiêu hóa

tiêu hóa

Nguồn: Kowal (1985) và EPA (1989)

Các nhà nghiên cứu phát hiện rằng vi trùng có thể tồn tại trong bùn hàng tuần, hàng tháng hoặc thậm chí hàng năm sau quá trình xử lý và ép làm giảm thể tích Con người

có thể tiếp xúc với vi trùng trong bùn theo nhiều con đường như: chúng ta có thể tiêu thụ rau củ có vi trùng trên đó; trẻ em có thể tình cờ đến cánh đồng và bị nhiễm vi trùng Ngoài ra, vi trùng cũng có thể bi phát tán bởi các lòai vật cưng nuôi trong nhà hoặc động vật hoang dã đi qua cánh đồng bón bùn

1.5 BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG VÀ SỨC KHỎE CỘNG ĐỒNG ĐỐI VỚI VIỆC

SỬ DỤNG BÙN

Sự có mặt của vi sinh vật, kim loại nặng trong bùn được xem như một dấu hiệu của

sự ô nhiễm, có khả năng gây ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe cộng đồng nếu bùn không được tái sử dụng hoặc thải bỏ thích hợp Do đó, để việc sử dụng bùn được

an toàn, bùn cần thiết phải được làm giảm kim loại nặng, mầm bệnh và giảm sự thu hút vector truyền bệnh xuống đến mức chấp nhận được