ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-----------

PHẠM THỊ THU GIANG

ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ
VÀ TIỀM NĂNG TÁI SỬ DỤNG BÙN THẢI ĐÔ THỊ
TẠI MỘT SỐ KHU VỰC THÀNH PHỐ HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ MÔI TRƯỜNG

Hà NỘI - 2017


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-----------

PHẠM THỊ THU GIANG

ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ
VÀ TIỀM NĂNG TÁI SỬ DỤNG BÙN THẢI ĐÔ THỊ
TẠI MỘT SỐ KHU VỰC THÀNH PHỐ HÀ NỘI

Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường
Mã số: 60520320

LUẬN VĂN THẠC SĨ MÔI TRƯỜNG

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

trường – Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN cùng
những người thân trong gia đình, bạn bè đã luôn ủng hộ, góp ý và giúp đỡ tôi trong
quá trình học tập và thực hiện luận văn.
Hà Nội, ngày…..tháng…..năm 2017

Phạm Thị Thu Giang


MỤC LỤC
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC HÌNH
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÙN THẢI ............................................................3
1.1. Những vấn đề chung về bùn thải ...................................................................3
1.1.1. Khái niệm bùn thải và phân loại.................................................................3
1.1.2. Nguồn gốc, đặc tính của bùn thải ...............................................................4
1.1.3. Tác động của bùn thải tới con người và môi trường ..................................7
1.1.4. Các quy chuẩn, tiêu chuẩn về bùn thải .......................................................9
1.2. Tổng quan về

phư ng ph p ử

n thải..........................................14

1.2.1. Xử lý bằng thiêu đốt .................................................................................15
1.2.2. Xử lý bằng phương pháp chôn lấp ...........................................................16
1.2.3. Xử lý bằng phương pháp ủ sinh học ........................................................16
1.2.4. Xử lý bằng phương pháp thu hồi tái chế ..................................................18
1.2.5. Ổn định bùn thải bằng vôi bội ..................................................................21

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................68
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................69


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
BTNMT

Bộ Tài nguyên và Môi trường

CEC

Uỷ ban của Cộng đồng châu Âu (Commission of European
Community)

EU

Cộng đồng chung Châu Âu (European Union)

HHV

Giá trị nhiệt trị cao (Higher heating value)

ICP-MS

Phương pháp phổ khối lượng plasma cảm ứng (Inductively
- Coupled Plasma - Mass Spectrometry)

KLN

Kim loại nặng


SBR

Bể phản ứng dạng mẻ liên tục (Sequency Batch Reactor)

TB

Viên than được sản xuất từ bùn thải và than cám

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TNHH

Trách nhiệm hữu hạn

TSP

Bụilở lửng tổng số (Total Suspended Solids)

VSV

Vi sinh vật

UBND

Uỷ ban nhân dân



Bảng 3.12. Biễn biến bùn thải nạo vét sông mương ................................................ 47
Bảng 3.13. Dự báo khối lượng bùn thải sông mương thoát nước năm 2020 ........... 49
Bảng 3.14. Công suất thiết kế và xử lý nước thải của các trạm XLNT ..................... 49
Bảng 3.15. Kết quả xác định sự sinh trưởng và phát triển của rau cải sau 30 ngày
gieo trồng ..................................................................................................................50
Bảng 3.16. Bảng trọng số đánh giá tiềm năng tái sử dụng bùn thải làm phân bón . 52
Bảng 3.17. Bảng tổng kết kết quả phân tích hàm lượng các nguyên tố chính trong
200 mẫu bùn thải của 8 Bang (Mỹ)...........................................................................54


Bảng 3.18. Một số kết quả nghiên cứu phân giải kỵ khí bùn thải đô thị .................. 55
Bảng 3.19. Chất lượng của các viên than được sản xuất từ bùn thải so với yêu cầu
kỹ thuật TCVN 4600:1994 .........................................................................................59
Bảng 3.20. Chi phí và lợi ích kinh tế thu được khi sản xuất than tổ ong sử dụng bùn
thải thay thế cho than bùn ......................................................................................... 64

DANH MỤC HÌNH
Hình 3.1. Sự hình thành bùn thải trên HTTN đô thị Hà Nội..................................... 27
Hình 3.2. Chu trình thu gom phân bùn bể phốt ........................................................ 35
Hình 3.3.Số lượng bùn thu gom từ năm 2006-2010 của URENCO .......................... 36
Hình 3.4. Chu trình thu gom bùn thải thoát nước..................................................... 37
Hình 3.5. Sơ đồ dây chuyền công nghệ của nhà máy xử lý rác thải sinh hoạt làm
phân bón hữu cơ Cầu Diễn .......................................................................................40
Hình 3.6. Các bước chôn lấp bùn thải ...................................................................... 42
Hình 3.7. Sự sinh trưởng và phát triển của rau cải sau 30 ngày gieo trồng ............ 51
Hình 3.8. Sản lượng biogas theo khối lượng bùn tươi .............................................. 56
Hình 3.9. Sản lượng biogas theo lượng chất hữu cơ ................................................ 57
Hình 3.10. Mô hình sản xuất phân bón từ bùn thải .................................................. 61
Hình 3.11. Mô hình sản xuất chất đốt từ bùn thải .................................................... 63


Vì vậy bùn thải đô thị cần phải được thu gom, v, vtheo báo cáo csẽ bồi lấp những
kênh mương, cống rãnh, sông hồ nếu như khô Nội đang thực ng.
1


Xuất phát từ thực tiễn đó, việc chọn và thực hiện đề tài: “Đánh giá thực
trạng công nghệ xử lý và tiềm năng tái sử dụng bùn thải đô thị tại một số khu vực
thành phố Hà Nội” là cần thiết và có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
 Mục tiêu nghiên cứu:
Đánh giá được thực trạng các công nghệ xử lý và tiềm năng tận dụng bùn
thải đô thị tại một số khu vực thành phố Hà Nội.
 Nội dung nghiên cứu:
 Nguồn gốc, khối lượng phát sinh, tính chất của từng loại bùn thải đô thị tại
một số khu vực thành phố Hà Nội;
 Thực trạng công nghệ xử lý bùn thải đô thị khu vực nghiên cứu;
 Dự báo diễn biến khối lượng bùn thải đô thị tại thành phố Hà Nội đến năm
2020;
 Đánh giá tiềm năng tái sử dụng bùn thải phù hợp với điều kiện tự nhiên, kinh
tế - xã hội thành phố Hà Nội.

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÙN THẢI
1.1. Những vấn đề chung về bùn thải
 1.1.1. Khái niệm bùn thải và phân loại
Bùn là hỗn hợp chất rắn và nước có thành phần đồng nhất trong toàn bộ thể
tích, có kích thước hạt nhỏ hơn 2mm và có hàm lượng nước (độ ẩm) lớn hơn 70%.
Có nhiều dạng bùn phát sinh cùng với hoạt động của các đô thị hiện nay là bùn thải
từ nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt, bùn bể tự hoại, bùn sông hồ, cống rãnh thoát

-

Bùn hố ga, bể phốt;

-

Bùn từ các công trường xây dựng.
3


Thành phần bùn phụ thuộc vào bản chất ô nhiễm ban đầu của nước và
phương pháp làm sạch bằng xử lý vật lý, hoá lý hay sinh học, cụ thể[19]:
- Bùn hữu cơ ưa nước: Đây là loại phổ biến nhất, khó khăn của việc làm khô
bùn là do sự có mặt của phần lớn các chất keo ưa nước. Người ta xếp trong loại này
tất cả các bùn thải xử lý sinh học nước thải, mà hàm lượng chất bay hơi có thể đạt
đến 90% toàn bộ chất khô (nước thải của công nghiệp thực phẩm, hoá hữu cơ).
- Bùn vô cơ ưa nước: Các bùn này chứa hyđrôxit kim loại tạo thành từ
phương pháp xử lý hoá lý khi làm kết tủa ion kim loại có trong nước (Al, Fe, Zn,
Cr) hoặc do sử dụng chất kết bông vô cơ (muối sắt hoặc muối nhôm).
- Bùn chứa dầu: Do trong nước thải có mặt một lượng dầu nhỏ hoặc mỡ
khoáng chất (hoặc động vật). Các chất này ở dạng nhũ hoặc hấp thụ các phần tử bùn
ưa nước. Một phần bùn sinh học cũng có thể có mặt trong trường hợp xử lý cuối
cùng bằng bùn hoạt tính (Ví dụ: xử lý nước thải của nhà máy lọc dầu).
- Bùn vô cơ kị nước: Các bùn này thường chứa hàm lượng nhỏ các chất giữ
nước (cát, bùn phù sa, xỉ, vẩy rèn, muối đã kết tinh).
- Bùn vô cơ ưa nước – kị nước: Các bùn này chủ yếu bao gồm các chất kị
nước chưa vừa đủ chất ưa nước để cho ảnh hưởng bất lợi của chất này đến việc làm
khô bùn chiếm ưu thế hơn. Các chất ưa nước thường là các hyđrôxit kim loại (chất
kết tụ).
- Bùn có sợi: nói chung loại bùn này rất dễ làm khô trừ khi việc thu hồi bùn


Dạng rắn, kích

Thành phần hữu cơ và vô cơ thay đổi theo

thước thô

điều kiện của đô thị.
Các chất này thường được nghiền nhỏ sau đó
đưa vào xử lý tiếp tục cùng nước thải

Bể lắng cát

Bể lắng đợt 1

Hạt cát và các hạt

Thành phần vô cơ, dễ lắng

vô cơ không tan

Tại các bể lắng cát thường bị bỏ qua công

Chất nổi

trình thu chất nổi

Cặn rắn

Thành phần hữu cơ không tan, độ ẩm 93-

Bông bùn hoạt tính Thành phần VSV hiếu khí, độ ẩm > 99%
từ bể aeroten

Thành phần VSV hiếu khí, độ ẩm > 96%

Màng VSV từ bể

Bọt khí + các chất hữu cơ

lọc sinh học
Chất nổi
Cặn từ công Cặn rắn

Chứa các thành phần hóa học như sắt, hợp

trình xử lý hóa

chất crom, chì, oxit nhôm

học
Cặn từ bể mê

Cặn đã phân hủy

Hàm lượng chất dinh dưỡng cao cho cây
5


tan


Clo thuốc trừ sâu bao gồm DDT, dieldrin, aldrin, endril, chlordane,
heptachlor, Lindane, mirex, kepone, 2,4,5-T, 2,4-D;

-

Clo hóa các hợp chất như dioxin;

-

Polynuclear hydrocacbon thơm;

-

Kim loại nặng: arsenic, cadmium, chromium, chì và thủy ngân;

-

Vi khuẩn, vi rút, động vật nguyên sinh, giun ký sinh và nấm;

-

Các độc tố khác bao gồm: amiang, sản phẩm dầu mỏ và các dung môi
công nghiệp.

Năm 2009, EPA công bgồm: amiang, sản phẩm dầu mỏ và các dung môchm
, … có trong bùn cn của nước thải, c n c như:
-

Ag: 20 mg/ kg bùn, một số cặn có hàm lượng đặc biệt cao tới 200 mg/ kg
bùn; Ba: 500 mg/ kg; Mg: 1g/kg bùn;

dụng hay nước thải từ nguồn nước thải đô thị bị ô nhiễm được sử dụng như một
nguồn nước tưới.
Bùn thải chứa vi khuẩn gây bệnh, vi rút và các động vật nguyên sinh cùng
với giun sán ký sinh trùng khác có thể làm tăng nguy cơ tiềm ẩn đối với sức khỏe
của con người, động vật và thực vật. Bổ sung bùn tươi vào đất gây ra mức độ vi
khuẩn E. coli tăng lên giá trị lớn hơn đáng kể. Theo WHO (1981), báo cáo về nguy
cơ đối với sức khỏe đã xác định các vi sinh vật gây bệnh chủ yếu là Salmonella và
Taenia là mối quan tâm lớn nhất.
Bùn thải từ các nhà máy xử lý nước thải tuy được xử lý qua các quy trình
phức tạp về mức độ ô nhiễm giảm nhưng không loại bỏ hết được tác nhân gây bệnh
7


và các chất nguy hại ở mức độ thấp của các thành phần như PAHs, PCB, dioxin,
kim loại nặng. Các nghiên cứu khác kết luận rằng thực vật hấp thu một lượng lớn
kim loại nặng và các chất ô nhiễm độc hại được lưu giữ sản phẩm, sau đó được tiêu
thụ bởi con người (Turek et al, 2005).
Bùn thải tác động đến sức khỏe con người có thể được chia thành ảnh hưởng
nhìn thấy ngay sau khi tiếp xúc (như: mùi hôi, nhiễm trùng do hít/ nuốt vi khuẩn)
hoặc phát sinh do tiếp xúc dài hạn (tiếp xúc với kim loại phát tán từ quá trình xử lý
bùn), ảnh hưởng từ từ, không thấy ngay được hậu quả. Những người có nguy cơ bị
ảnh hưởng nhiều nhất là người thường xuyên tiếp xúc với bùn thải như nhân viên
xử lý nước thải, công nhân nạo vét bùn, công nhân tại các cơ sở ủ phân, nông dân
canh tác trên đất từ bùn thải và các hộ gia đình có sự tiếp xúc [18].
Ở Việt Nam, hiện nay chưa có đánh giá đầy đủ, cụ thể về những tác hại của
bùn thải đối với môi trường. Tuy nhiên, trên thực tế với lượng bùn thải lớn được
nạo hút từ hệ thống cống rãnh thoát nước thải ra môi trường gây hậu quả nghiêm
trọng. Bùn thải từ hệ thống thoát nước và từ các nhà máy xử lý nước thải được xử lý
sơ bộ hoặc không được xử lý, vận chuyển tới các bãi chôn lấp hoặc được đổ tại các
địa điểm không xác định, ảnh hưởng đến môi trường xung quanh, gây ô nhiễm

Hàm lượng kim loại nặng trong bùn là mối quan tâm đầu tiên khi nạo vét
kênh rạch, có liên quan chặt chẽ đến mục đích tái sử dụng bùn hoặc các tác động đổ
bùn không đúng quy định như ảnh hưởng đến hệ sinh thái tại khu vực bãi đổ bùn.
Thành phần các kim loại nặng rất dễ hấp thụ trên bề mặt các chất lơ lửng dạng hữu
cơ và vô cơ. Khi các chất này lắng xuống tạo thành bùn lắng thì các kim loại nặng
cũng sẽ bị tích tụ trong bùn. Một số kim loại nặng là các nguyên tố vi lượng không
thể thiếu đối với các loại sinh vật trong quá trình trao đổi chất, tuy nhiên một số kim
loại nặng khác lại là chất độc. Có 6 nguyên tố cơ bản là (Fe, Zn, Mn, Cu, Mo, Co)
được gọi là các chất dinh dưỡng vi lượng cần thiết cho cây. Các kim loại khác như
Ca, Si, Ni, Se, Al cần thiết cho quá trình đồng hóa của cây nhưng lại không cần
thiết cho các sinh vật khác. Đối với Hg và Pb là những thành phần kim loại hoàn
toàn không cần thiết cho thực vật, vi sinh vật và gây độc đối với con người.
1.1.4. Các quy chuẩn, tiêu chuẩn về bùn thải
Việc đánh giá mức độ tác động và ảnh hưởng của bùn thải cần có một tiêu
chuẩn để tham chiếu, tuy nhiên hiện nay chúng ta chưa có một tiêu chuẩn đánh giá
bùn thải riêng của Việt Nam, do vậy việc so sánh tính chất bùn thải được dựa theo
các tiêu chuẩn của các nước phát triển [18].
9


 Tiêu chuẩn của EU


Đối với các hợp chất hữu cơ

Bảng 1.2.Tiêu chuẩn của EU đối với các hợp chất hữu cơ có trong bùn thải
Hàm ượng trung

Đề xuất tối đa ủa


0,5 – 27,8

6

Polychlorinated biphenyls (PCB)

0,09

0,8

Polychlorinated dibenzo-dioxinsand –

36[2]

100[2]

Hợp chất hữu

furans (PCDD/Fs)
[1]

Chỉ đối với bùn ở Đức;

[2]

Đơn vị: ng/kg TEQ (lượng độc hại tương đương)



Đối với kim loại nặng

337

1000 – 17500

1000

Ni

mg/kg

37

300 – 400

300

Cd

mg/kg

2.2[3]

20 – 40

10

Pb

mg/kg


trung bình của châu Âu bao gồm cả Ba Lan và Hy Lạp là 1222 mg Zn/kg;
[3]

Không bao gồm Ba Lan, giá trị trung bình của Cd trong bùn Ba Lan là

9.9 mg/kg. Giá trị trung bình của châu Âu bao gồm Ba Lan là 2.8 mg Cd/kg;
[4]

Không bao gồm Hy Lạp, giá trị trung bình của Cr trong bùn từ HTXLNT

Athens là 886 mg/kg. Giá trị trung bình của châu Âu bao gồm Hy Lạp là 141 mg
Cr/kg.
Giá trị giới hạn của kim loại nặng trong bùn theo quy định của một số quốc
gia được trình bày trong Bảng 1.4. Trong đó, hầu hết các giá trị giới hạn thấp hơn
nhiều so với yêu cầu của Quy chuẩn 86/278/EEC.
 Quy định của một số nước trên thế giới
Bảng 1.4. Giá trị giới hạn của một số kim loại trong bùn (mg/kg)
Nguồn
Tiêu

Cd
chuẩn

20 –

Cr
_

Cu


86/278/EEC

40

Austria

2a

50a

300a

2a

25a

100a

1500a

10b

500b

500b

10b

100b


1800d

10e

500e

500e

10e

100e

500e

2000e

0.7 –

70 –

70 –

0.4 –

25 –

45 –

200 –


Bỉ (Walloon)

10

500

600

10

100

500

2000

Phần Lan

3

300

600

2

100

150


3000

_

Đức

10

900

800

8

200

900

2500

_

20 –

500

1000 -

16 -



1000

16

300

750

2500

_

Italy

20

_

1000

10

300

750

2500

_


4000

1.25

75

75

0.75

30

100

300

_

Bồ Đào Nha

20

1000

1000

16

300


_

_

_

_

_

_

Estonia

15

1200

800

16

400

900

2900

_


500

2500

_

Hà Lan

(Nguồn: [18])
a

Lower Austria (cấp II);

b

Upper Austria;

c

Vorarlberg;

d

Steiermark;

e

Carinthia;


Các vi sinh vật gây bệnh phổ biến nhất được quy định trong điều luật là vi
khuẩn Salmonella và Enterovirus. Các giá trị giới hạn này ở mỗi quốc gia là khác
nhau và được trình bày ở bảng dưới đây. Ngoài ra, theo quy định tại Ba Lan, bùn
không được sử dụng nếu chứa vi khuẩn Salmonella và các yếu tố gây bệnh khác.
Bảng 1.5. Giá trị giới hạn nồng độ của các vi sinh vật gây bệnh [8]
Tên nước
Pháp

Salmonella
8 MPN/10g

Vi sinh vật khác
Enterovirus: 3 MPCN/10g
Trứng giun sán: 3 MPCN/10g

Italy

1000 MPN/g
Vi khuẩn đường ruột: 100/g

Luxembourg
Ba Lan

Bùn không được sử dụng Ký sinh trùng: 10/ kg
nếu chứa Salmonella

MPN: Most Probable Number;
MPCN: Most Probable Cytophatic Number
 Tại Đan Mạch, bùn sau xử lý phải không có sự xuất hiện của vi khuẩn
Salmonella và phân liên cầu khuẩn phải dưới 100/g (SO/2000/49).

STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
1.2. C

Thông số

CTHH

Hàm ượng tuyệt đối
sở

Asen
As
40
Bari
Ba

CN590
Tổng dầu
1.000
Phenol
C6H5OH
20.000
Benzen
C6H6
10
a
Áp dụng với tất cả các loại bùn thải từ các quá trình xử lý nước
phư ng ph p ử

và tận dụng

n thải

Tại các quốc gia lớn như Mỹ, Úc, các nước Châu Âu, việc xử lý bùn thải
được quy định chặt chẽ để đảm bảo đáp ứng các chỉ tiêu nghiêm ngặt cho việc tái sử
dụng cho các mục đích khác nhau. Tùy vào cách thức quản lý khác nhau mà các
nước có nhưng phương pháp xử lý bùn thải khác nhau, phổ biến nhất là ứng dụng
làm phân bón, chôn lấp và đốt. Tỷ lệ áp dụng các phương pháp khác nhau để xử lý
bùn thải tại một số quốc gia được trình bày trong Bảng 1.7
Bảng 1.7. Phƣơng pháp xử lý bùn thải tại một số quốc gia

14


Quốc gia



Bỉ

75

31

56

9

4

Đan Mạch

130

37

33

28

2

Pháp

700

50


Ai-len

24

28

18

0

54

Ý

800

34

55

11

0

Luxembourg

15

81


Tây ban nha

280

10

50

10

30

Thụy Sĩ

50

30

20

0

50

Anh

1.075

51


Nguồn: Chang, Page và Asano, 1996 [8]
1.2.1. Xage và Asano, 1996
Phương pháp thiêu đốt là phương pháp khá phổ biến trên thế giới hiện nay để
xử lý chất thải rắn nói chung, đặc biệt là chất thải rắn độc hại và bùn thải công
nghiệp. Đây là phương pháp xử lý triệt để nhất so với các phương pháp khác. Thiêu
đốt là giai đoạn oxy hóa nhiệt độ cao với sự có mặt của oxy trong không khí, các
thành phần rác độc hại được chuyển hóa thành khí và các thành phần không cháy
được (tro, xỉ). Xử lý chất thải bằng phương pháp thiêu đốt có ý nghĩa quan trọng

15


trong việc giảm tối đa chất thải cho khâu xử lý cuối cùng là đóng rắn hoặc tái sử
dụng tro xỉ.
Ưu điểm của phương pháp thiêu đốt là xử lý triệt để các chỉ tiêu ô nhiễm của
chất thải rắn, giảm tối đa thể tích của chất thải rắn, hơn nữa xử lý được toàn bộ chất
thải rắn mà không cần nhiều diện tích như biện pháp chôn lấp. Tuy nhiên, giá thành
đầu tư, chi phí tiêu hao năng lượng cao và chi phí xử lý lớn.
1.2.2. Xử lý bằng phƣơng pháp chôn lấp
Chôn lấp là phương pháp phổ biến và đơn giản nhất trong xử lý chất thải rắn.
Chôn lấp hợp vệ sinh là một phương pháp tiêu hủy sinh học có kiểm soát các thông
số chất lượng môi trường (mùi, không khí, nước rò rỉ bãi rác) trong qua trình phân
hủy. Chi phí đầu tư và xử lý cho chôn lấp không lớn. Bùn thải các ngành điện tử
cũng có thể chôn lấp cùng với bùn thải các ngành khác. Tuy nhiên, những bãi chôn
lấp chiếm diện tích lớn, thời gian phân hủy chậm và gây ô nhiễm cho các vùng xung
quanh.
1.2.3. Xử lý bằng phƣơng pháp ủ sinh học
Ủ sinh học là quá trình ổn định sinh học các chất hữu cơ để thành các chất
thải mùn. Quá trình ủ thực hiện theo hai phương pháp: ủ yếm khí và ủ hiếu khí (thổi