Hà Nội - 2014 Luận án này sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sỹ cấp Đại học Quốc gia
họp tại: Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên.
vào hồi ngày tháng năm 2014. Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Quốc gia Việt Nam.
- Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong các loại hình chất thải đô thị, bùn thải đô thị là một loại hình chất thải
đặc thù phát sinh chủ yếu từ các hoạt động xử lý nước thải và nạo vét hệ thống thoát
nước đô thị. Bùn thải đô thị có hàm lượng chất dinh dưỡng như Nitơ, Phốt pho khá

nhiên, để có thể áp dụng phương pháp xử lý nêu trên một cách hiệu quả đối với bùn
thải đô thị tại Việt Nam cần thiết phải triển khai những nghiên cứu cụ thể.
Nhằm góp phần vào việc hoàn thiện các phương pháp, quy trình xử bùn thải đô
thị Việt Nam nói chung và bùn thải của thành phố Hà Nội nói riêng, chúng tôi đã
chọn đề tài là “Nghiên cứu sự chuyển hóa của một số yếu tố gây ô nhiễm trong quá
trình ổn định bùn thải kết hợp rác hữu cơ bằng phương pháp lên men nóng”.
2. Mục tiêu của đề tài
- Đánh giá nguồn phát sinh và mức độ ô nhiễm một số kim loại nặng và PAHs
trong bùn thải sông Kim Ngưu, thành phố Hà Nội.
- Nghiên cứu ổn định bùn thải sông Kim Ngưu kết hợp rác hữu cơ bằng
phương pháp lên men yếm khí nóng.
- Nghiên cứu sự chuyển hóa của kim loại nặng và PAHs trong quá trình ổn
định kết hợp bùn thải và rác hữu cơ bằng phương pháp lên men yếm khí nóng.
- Đề xuất quy trình xử lý và đánh giá khả năng áp dụng xử lý bùn thải sông
Kim Ngưu kết hợp rác hữu cơ theo hướng giảm thiểu tối đa kim loại nặng và PAHs
trong sản phẩm. Hướng tới sử dụng sản phẩm sau xử lý cho mục đích nông nghiệp.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Góp phần đánh giá nguồn phát sinh và mức độ ô nhiễm kim loại nặng, PAHs
trong bùn thải sông Kim Ngưu (một trong những con sông tiếp nhận nước thải điển
hình của Hà Nội).
- Tìm được điều kiện tối ưu để ổn định bùn thải sông Kim Ngưu kết hợp rác
hữu cơ bằng phương pháp lên men yếm khí nóng.
- Đánh giá được khả năng tích tụ và vận chuyển của kim loại nặng cũng như sự
phân hủy của các hợp chất PAHs trong quá trình ổn định bùn thải sông Kim Ngưu kết
hợp rác hữu cơ bằng phương pháp lên men yếm khí nóng.
- Xây dựng được quy trình hiệu quả xử lý bùn thải sông Kim Ngưu nhằm thu
hồi biogas và sử dụng bùn thải sau xử lý vào mục đích nông nghiệp.

1.1.2. Đặc điểm của bùn thải đô thị
Bùn thải thoát nước đô thị có thành phần phức tạp. Ngoài việc có chứa hàm
lượng chất dinh dưỡng, bùn thải đô thị còn chứa nhiều chất gây ô nhiễm nguy hiểm
như: kim loại nặng, các hợp chất hữu cơ khó phân hủy và mầm gây bệnh.
1.1.3. Các phƣơng pháp xử lý bùn thải đô thị
Tổng hợp được một số phương pháp xử lý đang được áp dụng phổ biến hiện
nay cũng như sơ bộ đánh giá ưu nhược điểm của mỗi phương pháp. Các phương pháp
xử lý phổ biến hiện nay bao gồm: Chôn lấp tại bãi chôn lấp chất thải, xử lý bằng
phương pháp nhiệt (đốt triệt để), Sử dụng cải tạo đất nông nghiệp.
1.1.4. Thực trạng quản lý bùn thải đô thị tại Hà Nội
Khái quát được thực trạng quản lý bùn thải đô thị tại Hà Nội. Suy rộng ra thực
trạng quản lý loại hình chất thải này trên cả nước.
1.2. Kim loại nặng và PAHs trong bùn thải đô thị
1.2.1. Kim loại nặng
Phần tổng quan này đã giới thiệu rõ được nguồn phát sinh kim loại nặng trong
bùn thải đô thị, đặc điểm tồn tại của một số kim loại nặng trong bùn thải đô thị và độc
tính của một số kim loại nặng.
1.2.2. Các hợp chất hữu cơ đa vòng thơm (PAHs)
Khái quát các thông tin liên quan đến các hợp chất PAHs. Xác định nguồn phát
sinh, đặc điểm tồn tại trong bùn thải đô thị cũng như độc tính của PAHs.
1.3. Phƣơng pháp lên men yếm khí trong xử lý bùn thải đô thị và rác thải hữu cơ
1.3.1. Cơ sở của phƣơng pháp lên men phân hủy yếm khí
Đã nêu rõ được lý thuyết quá trình phân hủy yếm khí. Sự hình thành khí CH
4

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

Để thực hiện nghiên cứu ổn định bùn thải kết hợp rác hữu cơ trong phòng thí
nghiệm, rác hữu cơ với thành phần xác định (30% nguồn gốc động vật, 70% nguồn
gốc rau quả thực vật) được sử dụng kết hợp với bùn thải nhằm điều chỉnh thành phần
đầu vào trong các thí nghiệm ổn định.
2.2. Nội dung nghiên cứu
- Đánh giá nguồn phát sinh và mức độ ô nhiễm một số kim loại nặng và PAHs
trong bùn thải sông Kim Ngưu.
- Nghiên cứu các điều kiện tối ưu để xử lý bùn thải sông Kim Ngưu kết hợp rác
hữu cơ bằng phương pháp lên men yếm khí nóng trên quy mô phòng thí nghiệm.
- Nghiên cứu sự chuyển hóa của kim loại nặng và PAHs trong quá trình ổn
định bùn thải kết hợp rác hữu cơ bằng phương pháp lên men yếm khí nóng.
- Đề xuất và đánh giá quy trình xử lý bùn thải sông Kim Ngưu theo hướng
giảm thiểu hàm lượng kim loại nặng và PAHs trong sản phẩm sau xử lý để sử dụng
vào mục đích nông nghiệp.
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.2.1. Phƣơng pháp thu thập và tổng hợp tài liệu
Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu được sử dụng để thu thập các thông
tin khoa học, các văn bản, tài liệu của các nghiên cứu sẵn có trong đó vận dụng một
cách phù hợp các kết quả nghiên cứu sẵn có làm cơ sở định hình nghiên cứu cũng
như rút ra những kết luận khoa học cần thiết.
2.2.2. Phƣơng pháp lấy mẫu thực địa
Mẫu tại các điểm lựa chọn nghiên cứu được lấy bằng dụng cụ lấy mẫu. Mỗi
điểm lấy lặp 03 mẫu. Các mẫu bùn được lấy ở tầng bùn phía trên trong khoảng từ 0 -
20 cm tính từ mặt lớp bùn xuống. Mẫu được bảo quản và chuyển về phòng thí
nghiệm. Tại phòng thí nghiệm mẫu được bảo quản trong tủ lạnh tại nhiệt độ 4
o
C. Bùn
sử dụng tiến hành ổn định trong phòng thí nghiệm được lấy tại vị trí M3 (cầu Minh
Khai). Bùn được lấy bằng gầu múc thép không rỉ và được chuyển vào thùng nhựa 30
lít, sau khi loại bỏ hết gạch đá có kích thước lớn bùn được chuyển vào can nhựa dung
Hình 2.3. Sơ đồ phương pháp thực nghiệm xử lý kết hợp bùn thải và rác hữu cơ
Bùn được lọc qua sàng kích thước mắt lưới 1 mm loại bỏ hoàn toàn sạn, sỏi to
còn sót lại, bổ sung thêm nước sao cho tỷ trọng bùn đạt 1,45 g/ml. Rác thải hữu cơ có
nguồn gốc từ rác chợ, rác hữu cơ được lựa chọn với tỷ lệ 30% nguồn gốc động vật và
70% nguồn gốc rau quả thực vật. Rác được nghiền mịn bằng máy xay sinh tố, thêm
nước sao cho rác sau chuẩn bị đạt tỷ trọng khoảng 1,25 g/ml. Phối trộn hai thành
TN1
BT 100%
V
BT 30% V
+RHC 70% V

Đảo trộn
Xác định:
Vbiogas, thành
phần biogas, pH,
EC, TS, VS, CODt,
NH
4
+
, TN, PO
4

4
+
, TP, PO
4
3-
, CODt được theo dõi định kỳ sau khoảng 3-10 ngày/lần theo kế
hoạch thực nghiệm.
2.2.4.2. Nghiên cứu sự tích tụ, vận chuyển của kim loại nặng và sự phân hủy của
PAHs
Trong thí nghiệm 4 (TN4) và thí nghiệm 5 (TN5), thành phần rác hữu cơ và
bùn thải được chuẩn bị và điều chỉnh dựa trên tỷ lệ phối trộn thích hợp đã được xác
định trong nghiên cứu trước. TN5 được thiết lập nhằm nghiên cứu tác dụng của chất
hoạt động bề mặt đối với sự phân hủy của các hợp chất PAHs có trong bùn thải. Các
bước tiến hành thí nghiệm được chỉ ra trong Hình 2.4. Thể tích hỗn hợp bùn rác đưa
vào thiết bị phản ứng của hai thí nghiệm (TN4 và TN5) đều đạt 30 lít.
Hình 2.4. Sơ đồ phương pháp thực nghiệm nghiên cứu sự tích tụ và vận chuyển của
kim loại nặng và phân hủy của PAHs
Các thí nghiệm trên được tiến hành trong 90 ngày, nhiệt độ được duy trì ổn
định tại 55
o
C. Trong suốt quá trình ổn định, thể tích biogas, pH, EC được theo dõi

4
3-
,
TP, Tổng KLN,
KLN trong dd
ngâm rửa, PAHs

Thiết bị lên
men yếm khí
T
o
= 55
o
C
Đảo trộn
Lấy mẫu
70% V

BT 30% V
+RHC 70% V
+ Tween 80
(0,5g/l)

TN5
chất rắn (TS) áp dụng phương pháp SMEWW 2540.B:2005; chất rắn bay hơi (VS) áp
dụng phương pháp SMEWW 2005 (2540 E); COD tổng áp dụng theo TCVN 6492:
2011 (ISO 10523: 2008); Nitơ tổng áp dụng theo TCVN 6624-1:2000 (ISO 11905-

sát nêu trên. Tổng chất rắn bay hơi (VS) ổn định trong khoảng 24,5 - 26,2%, một số
chỉ số khác như: NH
4
+
, NO
3
-
và PO
4
3-
có giá trị lần lượt trong khoảng 25,9 - 28,3
mg/l, 192 - 212 mg/l và 494 - 522 mg/l.
Số liệu phân tích các chỉ số ở 5 điểm khảo sát khác nhau không nhiều. Điều
này chứng tỏ bùn sông Kim Ngưu tại thời điểm lấy mẫu đã tồn tại với thời gian dài.
Như vậy, mẫu bùn được lấy và khảo sát trong nghiên cứu có tính đại diện cao cho
bùn thải tại sông Kim Ngưu.
3.1.2. Kim loại nặng trong bùn thải sông Kim Ngƣu
Kết quả phân tích hàm lượng một số kim loại nặng được chỉ ra ở bảng dưới đây:
Bảng 3.2. Hàm lượng kim loại nặng trung bình của bùn thải ở các điểm khảo sát
Kim loại nặng
Hàm lượng (mg/kg DS)
M1 (n=3)
M2 (n=3)
M3 (n=3)
M4 (n=3)
M5 (n=3)
Trung bình
As
20,2
23,1

88,0
251
297
97,5
98,8
166
Ni
35,0
53,3
136
34,6
45,1
60,8
Pb
33,0
61,4
209
27,9
37,0
73,7
Zn
413
694
972
318
446
569
Hàm lượng As nằm trong khoảng 13,6 - 47,8 mg/kg DS (Bảng 3.2). Hàm
lượng này không có sự dao động quá lớn khi so sánh với kết quả nghiên cứu tương tự
tại sông Kim Ngưu và Sông Tô Lịch. Hàm lượng Cd trong khoảng 1,76 - 3,71 mg/kg

M3
(n=3)
M4
(n=3)
M5
(n=3)
Trung bình
Naphthalene
1,95
1,22
1,42
0,69
1,20
1,29
PAHs

Hàm lượng (mg/kg DS)
M1
(n=3)
M2
(n=3)
M3
(n=3)
M4
(n=3)
M5
(n=3)

<0,01
<0,01
<0,01
0,22
<0,01
0,04
Fluoranthene
2,76
1,03
1,98
<0,01
<0,01
1,15
Pyrene
0,71
0,58
2,59
<0,01
<0,01
0,78
Benz[a]anthracene
<0,01
<0,01
<0,01
<0,01
<0,01
<0,01
Chrysene
<0,01
<0,01

46,7
122
Dibenz[a,h]anthracene
107
89,9
201
59,1
44,0
100
Benzo[ghi]perylene
264
240
246
171
109
206
Ʃ 2-4 vòng
12,8
8,86
18,8
10,8
7,42
11,7
Ʃ 5-6 vòng
525
458
732
293
211
444

Trong nghiên cứu này, tỷ lệ giữa hàm lượng của Fl/(Fl + Pyrene) trong một số
mẫu khảo sát >0,5 chứng tỏ PAHs có nguồn gốc từ sự cháy các hợp chất hữu cơ.
Trong khi đó, tỷ lệ giữa IP/(IP + Benzo[ghi]perylene) trong khoảng 0,18 - 0,57,
chứng tỏ nguồn gốc phát thải từ sự cháy của nhiên liệu hóa thạch. Ngoài ra, một số
mẫu có tỷ lệ Fl/(Fl + Pyrene) xung quanh 0,43 chứng tỏ nguồn thải còn có nguồn gốc
từ xăng dầu. Tóm lại, nguồn phát thải PAHs vào bùn thải sông Kim Ngưu bao gồm
cả nguồn xăng, dầu của các dịch vụ sửa chữa phương tiện giao thông trong khu vực
khảo sát và nguồn gốc từ sự cháy của chất hữu cơ, than và nhiên liệu hóa thạch.
Hàm lượng của hầu hết các hợp chất PAHs trong bùn thải sông Kim Ngưu đều
vượt quá PELs (Probable Effect Levels) theo quy định của Bộ Môi trường Canada
(CCME, 2002). Chỉ có hàm lượng của Fluoranthene và Pyrene ở một vài mẫu thấp
hơn so với các giá trị giới hạn nêu trên.
3.1.4. Đánh giá khả năng sử dụng bùn thải sông Kim Ngƣu cho cải tạo đất nông
nghiệp
Hàm lượng của As, Cd, Cu và Zn trong hầu hết các mẫu bùn thải khảo sát tại
sông Kim Ngưu đều vượt mức quy định cho phép đối với đất nông nghiệp theo quy
định tại QCVN: 03/2008/BTNMT.
Tổng hàm lượng PAHs trong bùn thải sông Kim Ngưu vượt quá quy định
củaThụy Điển năm 1996 quy định đối với 06 PAHs bao gồm: Fluoranthene,
Benzo[a]-pyrene, Benzo[b]fluoranthene, Benzo[k]fluoranthene, Benzo
[g,h,i]perylene và Indeno[1,2,3-cd]pyrene trong bùn thải thoát nước đô thị có thể sử
dụng cải tạo đất nông nghiệp với hàm lượng tối đa cho phép là 3 mg/kg DS. Hơn nữa,
tổng hàm lượng PAHs cũng vượt quá quy định đối với 9 PAHs trong bùn thải thoát
nước đô thị có thể sử dụng trong cải tạo đất nông nghiệp tại châu Âu bao gồm:
Acenaphthene, Phenanthrene, Fluorene, Fluoranthene, Pyrene,
Benzo[b+j+k]fluoranthene, Benzo[a]-pyrene, Benzo[g,h,i]perylene và Indeno[1,2,3-
cd]pyrene với hàm lượng tối đa cho phép là 6 mg/kg DS.
Như vậy, việc sử dụng trực tiếp bùn thải sông Kim Ngưu cho cải tạo đất nông
nghiệp là không khả quan. Cần thiết phải có biện pháp xử lý loại bỏ các yếu tố ô
nhiễm nêu trên để có thể sử dụng bùn thải cho mục đích nông nghiệp.

6
6,5
7
7,5
8
0 10 20 30 40 50
Thời gian (ngày)
pH
TN3 (BT 30%, RHC 70%)
TN2 (BT 70%, RHC 30%)
TN1 (BT 100%)

Hình 3.6. Sự thay đổi pH của các thí nghiệm với thành phần đầu vào khác nhau theo
thời gian
Tương tự như đối với pH, giá trị độ dẫn điện của hỗn hợp phản ứng của 03 thí
nghiệm đều tuân theo cùng quy luật. Đường biểu diễn độ dẫn điện có xu hướng tăng
lên trong giai đoạn đầu và giảm dần trong giai đoạn ổn định của quá trình phân hủy
(Hình 3.7). Hiện tượng này phù hợp với quy luật phân hủy yếm khí.
2000
3000
4000
5000
6000
7000
0 10 20 30 40 50 60
Thời gian (ngày)
EC (µS/cm)

3.2.3. Khả năng loại bỏ tổng chất rắn và tổng chất rắn bay hơi
Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra với thành phần đầu vào cân bằng trong trường
hợp TN3, khả năng loại bỏ TS và VS trong 60 ngày phân hủy lần lượt là 15,98% và
19,04% cao hơn so với 10,13% và 13,22% trong trường hợp TN2 và 8,42% và 9,98%
trong trường hợp TN1. Hiệu suất loại bỏ TS và VS trong trường hợp TN3 là cao nhất
và như vậy hiệu quả ổn định đối với các hợp chất hữu cơ trong TN3 đạt cao nhất.
Việc tăng tỷ lệ rác hữu cơ so với bùn thải trong hỗn hợp nguyên liệu đầu vào có xu
hướng làm tăng hiệu quả hoạt động của hệ lên men phân hủy yếm khí.
3.2.4. Khả năng sinh biogas và thành phần khí CH
4

Sự hoạt động của vi khuẩn sinh khí CH
4
phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng
quan trọng nhất là thành phần nguyên liệu đầu vào. Lượng chất ức chế trong nguyên
liệu đầu vào nhỏ, tỷ lệ thích hợp của các yếu tố vi lượng giúp cho việc sinh khí CH
4

diễn ra với hiệu quả cao hơn. Khi thay đổi thành phần nguyên liệu đầu vào với thành
phần rác hữu cơ cao làm cân bằng tỷ lệ C:N:P đã mang lại tỷ lệ thành phần CH
4
cao
hơn. Tỷ lệ CH
4
trung bình trong biogas trong trường hợp TN3 đạt 50,44%, TN2 đạt
42,23% và TN1 đạt 33,02% (Bảng 3.7). Như vậy, khả năng sinh biogas đạt hiệu quả
tốt nhất trong trường hợp TN3 (BT 30%, RHC 70%). Kết quả sinh biogas là phù hợp
với khả năng loại bỏ CODt, TS và VS đối với các trường hợp thí nghiệm nêu trên.
Hiệu quả sinh biogas thông qua tốc độ sinh khí trung bình và thành phần biogas được
tổng hợp so sánh giữa các trường hợp thí nghiệm với kết quả được trình bày trong

S
(ppm)
TN1
2,70
0,89
1,77
33,02
65,69
1,47
0,15
1017
TN2
3,36
1,42
1,85
42,23
55,14
1,54
0,85
894
TN3
9,55
4,82
3,75
50,44
39,31
1,27
1,41
743
Dựa trên lượng CH

sinh CH
4

(%)
TN1
117
38,8
1543
229
16,92
Các thí
nghiệm
Tổng lượng
biogas sinh
ra (lít)
Tổng lượng
CH
4
thu
được (lít)
Tổng lượng
COD bị loại
bỏ (g)
Khí CH
4
sinh
ra theo COD bị

TN3 là mạnh nhất với khả năng tiêu thụ Nitơ lớn nhất. Tuy nhiên, với hàm lượng
Nitơ tổng trong nguyên liệu đầu vào khá cao khi kết hợp rác hữu cơ và bùn thải vì
vậy hàm lượng Nitơ tổng giảm trong sản phẩm sau quá trình ổn định là phù hợp cho
việc tiến hành các bước xử lý tiếp theo để sử dụng sản phẩm cuối cùng cho mục đích
nông nghiệp.
Sự thay đổi của hàm lượng N-NH
4
thường phụ thuộc chặt chẽ vào sự thay đổi
của giá trị pH của hỗn hợp phản ứng. Giá trị N-NH
4
thay đổi tỷ lệ nghịch với sự thay
đổi của giá trị pH. Trong suốt quá trình phân hủy yếm khí giá trị pH giảm trong pha
axít sau đó tăng trở lại và ổn định trong pha ổn định phù hợp với sự thay đổi của giá
trị N-NH
4
.
3.2.6. Sự giảm thiểu phốt pho tổng (TP) và P-PO
4

Sự tiêu thụ Phốt pho diễn ra mạnh nhất trong trường hợp TN3, hàm lượng phốt
pho của các trường hợp TN1, TN2, TN3 tính từ khi bắt đầu nạp nguyên liệu đến ngày
thứ 60 lần lượt giảm 19,53%, 60,08% và 62,00%. Hiện tượng này tương tự với khả
năng loại bỏ CODt và Nitơ tổng và một lần nữa chứng tỏ với thành phần dinh dưỡng
cân bằng hoạt động của tập đoàn vi sinh vật diễn ra mạnh và hiệu quả nhất ở trường
hợp TN3. Khi hoạt động của tập đoàn vi sinh vật diễn ra mạnh là điều kiện quan
trọng trong việc phân giải các hợp chất hữu cơ khó phân hủy trong đó bao gồm cả các
chất gây ô nhiễm nguy hại.
Kết luận
Kết quả nghiên cứu cho thấy đối với trường hợp TN3. Sau quá trình ổn định,
CODt bị loại bỏ đến 63,83%; TS và VS trong 60 ngày phân hủy lần lượt bị loại bỏ

khí CH
4
, CO
2
, NH
3
…Trong khi đó, khả năng bay hơi theo biogas trong điều kiện
nhiệt độ thấp của kim loại nặng được xác định là rất nhỏ. Hiện tượng này dẫn đến sự
tích tụ của một số kim loại nặng trong sản phẩm sau quá trình ổn định. Trong sản
phẩm sau quá trình ổn định, hàm lượng Cd tăng lên 125%, hàm lượng Pb tăng 102%,
hàm lượng Cu tăng 86,4%, hàm lượng Cr tăng 85,6% và Zn tăng 68,3% (Bảng 3.9).
Trong đó, Cd có hàm lượng tăng cao nhất và thấp nhất là Zn. Hiện tượng này cho
thấy kim loại có hàm lượng thấp trong nguyên liệu đầu vào thường có khả năng tăng
hàm lượng cao trong sản phẩm sau quá trình ổn định.
Bảng 3.9. Hàm lượng một số kim loại nặng trước và sau quá trình ổn định bùn thải
Kim loại nặng
Cd
Cr
Cu
Ni
Pb
Zn
Hàm lượng kim loại nặng trong nguyên
liệu đầu vào (mg/kg DS)
3,1
146
124
74,8
70,9
571

60
80
100
120
140
0 5 11 17 27 36 43 55 61 71 79 87
Thời gian (ngày)
Hàm lượng kim loại nặng tăng
trong quá trình ổn định (%)
Cd
Cr
Cu
Ni
Pb
Zn

Hình 3.26. Sự thay đổi hàm lượng kim loại nặng trong quá trình ổn định bùn thải
Kim loại nặng tích tụ trong sản phẩm của quá trình xử lý bằng phương pháp
sinh học đối với chất thải có thành phần hữu cơ là hiện tượng phổ biến. Sự tăng lên
của hàm lượng kim loại nặng gây ảnh hưởng đến khả năng sử dụng sản phẩm sau xử
lý cho mục đích nông nghiệp. Bởi vậy, ngoài việc nghiên cứu sự tích tụ của kim loại
nặng trong quá trình ổn định bùn thải nhằm đánh giá khả năng áp dụng phương pháp
theo hướng sử dụng sản phẩm cho mục đích nông nghiệp cũng cần thiết phải nghiên
cứu sự vận chuyển của kim loại nặng vào pha nước trong suốt quá trình ổn định.
Sự giảm giá trị pH trong pha thủy phân hình thành axít hữu cơ, sự sinh ra các
phối tử hữu cơ trong quá trình phân hủy yếm khí của hợp chất hữu cơ trong bùn thải
và hoạt động ôxi hóa các hợp chất sunfua kim loại nặng của nhóm vi khuẩn
Thiobacillus ferrooxidans là những nguyên nhân chính làm cho kim loại nặng chuyển
vào pha nước. Nghiên cứu đã chỉ ra độ hòa tan trung bình trong suốt quá trình ổn


10,63
10,19
9,89
Cr
(%)
6,21
6,25
6,16
6,06
5,25
5,13
4,68
5,60
4,61
4,55
4,77
4,41
Cu
(%)
11,20
11,54
13,26
15,98
11,83
7,63
8,73
11,34
8,53
13,52
7,98

(%)
7,22
7,42
8,99
7,97
6,39
6,31
6,50
7,39
6,14
6,19
6,38
6,60
Hầu hết các kim loại nặng chuyển mạnh vào dung dịch ngâm rửa diễn ra trong
khoảng thời gian 18 ngày đầu của quá trình ổn định (Bảng 3.12).
Bảng 3.12. Tương quan lượng kim loại nặng chuyển vào pha nước trong 18 ngày đầu
và thời gian sau của quá trình ổn định
Kim loại nặng
Cd
Cr
Cu
Ni
Pb
Zn
Lượng kim loại nặng chuyển vào
pha nước trong 18 ngày đầu (%)
17,1
6,17
13,0
65,6

trong sản phẩm sau ổn định.

3.3.3. Sự phân hủy của các hợp chất PAHs
Trong quá trình ổn định bùn thải sông Kim Ngưu kết hợp rác hữu cơ với tỷ lệ
30% bùn thải và 70% rác hữu cơ bằng phương pháp lên men yếm khí nóng, sự phân
hủy của các hợp chất PAHs trong thành phần nguyên liệu đầu vào được chỉ ra ở Bảng
3.13.
Bảng 3.13. Lượng PAHs phân hủy trong quá trình ổn định
PAHs
phân hủy
(%)
Thời gian ổn định (ngày)
0
5
11
17
27
36
43
55
61
71
79
87
2-3 vòng
0,00
22,32
32,42
40,61
39,91

28,38
31,40
35,43
6 vòng
0,00
1,46
3,42
7,86
5,67
10,44
12,42
14,63
16,95
19,06
20,32
21,35
ƩPAHs
0,00
2,16
4,39
8,99
6,89
11,55
13,59
15,89
18,21
20,31
21,63
22,83
Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra khả năng phân hủy sinh học của các hợp chất

Ʃ PAHs

Hình 3.35. Sự phân hủy các hợp chất PAHs trong quá trình ổn định
Sự phân hủy hợp chất có khối lượng phân tử lớn (nhiều vòng thơm trong phân
tử), không có sự thay đổi quá lớn về tốc độ phân hủy trong suốt quá trình ổn định.
Trong 18 ngày đầu lượng phân hủy của các hợp chất PAHs 5 vòng và 6 vòng lần lượt
đạt 17,25% và 7,86% trong tổng lượng phân hủy 35,43% và 21,35% của các PAH
tương ứng. Trong khi các hợp chất 5 vòng có tốc độ phân hủy nhanh hơn trong giai
đoạn đầu của quá trình ổn định thì các hợp chất 6 vòng có tốc độ phân hủy ổn định
trong suốt quá trình phân hủy. Hiện tượng này có thể biện giải do các hợp chất 6
vòng có hệ số logK
ow
cao làm cho nồng độ của chúng trong pha nước thấp và tương
đối ổn định.
Để khẳng định hiệu suất phân hủy của PAHs phụ thuộc vào nồng độ của chúng
trong pha nước, chúng tôi nghiên cứu sử dụng chất hoạt động bề mặt không phân cực
Tween 80 nhằm làm tăng khả năng hòa tan của các PAHs vào pha nước. Qua đó so
sánh hiệu suất phân hủy và nghiên cứu khả năng sử dụng chất hoạt động bề mặt tăng
cường khả năng phân hủy các hợp chất PAHs.
Khi sử dụng thêm Tween 80, khả năng phân hủy của các hợp chất PAHs được
cải thiện một cách rõ rệt. Tốc độ phân hủy diễn ra nhanh trong 18 ngày đầu như kết
quả trên Hình 3.38.
0
20
40
60
80

Sự phân hủy diễn ra nhanh trong khoảng 18 ngày đầu của quá trình phân hủy
được thể hiện rõ rệt ngay cả đối với các hợp chất 6 vòng. Điều này chứng tỏ Tween
80 đã làm tăng đáng kể nồng độ của các PAHs trong pha nước, đặc biệt là các hợp
chất 6 vòng qua đó làm tăng khả năng phân hủy của chúng.
3.4. Đề xuất quy trình và đánh giá khả năng áp dụng xử lý bùn thải sông Kim
Ngƣu kết hợp rác hữu cơ
3.4.1. Đề xuất quy trình xử lý
Quy trình đề xuất được mô tả theo sơ đồ khối Hình 3.40.


o
C
Tg: 22 ngày
Bùn cặn
KLN
Chôn lấp
Sử dụng trong
nông nghiệp
Xử lý nước
thải
Làm sạch
biogas
Thiết bị
sinh nhiệt
Tách
rắn/lỏng
Composting
Lỏng
Tween 80
Rắn
Lỏng
Khí, Nhiệt
Lỏng
Xử lý nước
thải
thiết bị lên men với lượng định sẵn sao cho thời gian lưu trong thiết bị lên men của
nguyên liệu đạt 5 ngày, đồng thời Tween 80 được bơm vào bằng bơm định lượng với

công đoạn xử lý yếm khí còn cao so với tiêu chuẩn áp dụng. Tổng hàm lượng PAHs
cần phải được tăng cường loại bỏ đến 94% trong khâu xử lý hiếu khí (composting) để
có thể sử dụng sản phẩm sau xử lý cho mục đích nông nghiệp.
KẾT LUẬN
Một số kết luận chính từ các kết quả nghiên cứu của Luận án như sau:
- Hàm lượng một số kim loại nặng như As, Cd, Pb, Cu, Zn có trong bùn thải
sông Kim Ngưu thành phố Hà Nội vượt ngưỡng cho phép áp dụng đối với đất nông
nghiệp theo tiêu chuẩn Việt Nam được quy định tại QCVN 03/2008/BTNMT.