BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

ĐẶNG THỊ HỒNG PHƢƠNG

NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG
BÙN THẢI ĐÔ THỊ HÀ NỘI LÀM PHÂN BÓN

Ngành: Khoa học môi trƣờng
Mã số: 62.44.03.01

TÓM TẮT
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG

Thái Nguyên, năm 2017


Công trình đƣợc hoàn thành tại:
Trường Đại học Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
1. PGS.TS. Nguyễn Mạnh Khải
2. GS.TS. Nguyễn Thế Đặng

Phản biện 1: ……………………………………
Phản biện 2: ……………………………………
Phản biện 3: ……………………………………

Đề tài sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá đề tài cấp Đại
học họp tại: Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên
Vào hồi……….. giờ …… ngày ……. tháng ……. năm 2017

dụng rất phổ biến. Sử dụng bùn thải làm phân bón cho nông nghiệp
như là một trong những biện pháp xử lý, đổ thải, được áp dụng ở nhiều
quốc gia. Với mục đích hài h a giữa lợi ích tái sử dụng nguồn dinh
dưỡng nhưng lại hạn chế nguy cơ tích lũy kim loại nặng và các chất
nguy hại trong bùn thải vào môi trường thì nhất thiết phải có những
nghiên cứu, đánh giá phù hợp và đề xuất các công nghệ thân thiện với
môi trường nhằm khai thác tối đa tài nguyên vật chất chứa trong bùn
thải. Chính vì vậy, đề tài “Nghiên cứu đặc tính và khả năng sử dụng
bùn thải đô thị Hà Nội làm phân bón" được nghiên cứu và thực hiện.
2. Mục tiêu nghiên cứu
2.1. Mục tiêu tổng quát
Đánh giá đặc tính và khả năng sử dụng bùn thải đô thị Hà Nội
làm phân bón.
2.2. Mục tiêu cụ thể
- Đánh giá đặc đi m lý, hóa, sinh học và dự báo khối lượng bùn
thải đô thị Hà Nội.
- Đánh giá khả năng tách chiết một số kim loại nặng (Zn, Cu, Pb, Cr,
Cd) trong bùn thải trạm xử lý nước thải sinh hoạt bằng dung dịch axit.
- Đánh giá khả năng ủ bùn thải đô thị sau xử lý kim loại nặng
phối trộn với một số chất thải nông nghiệp (rơm, phân lợn) có bổ
sung chế phẩm sinh học (EMIC và nấm Trichoderma spp.) làm phân
bón hữu cơ.
1


- Đánh giá hiệu lực của phân hữu cơ bùn thải đối với cây cải bẹ
(Brassica campestris L.) và cây xác pháo (Salvia splendens ker. Gawl).
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
- Bổ sung thêm tư liệu đánh giá chi tiết đặc tính lý, hóa học và
phát sinh bùn thải đô thị Hà Nội.

Trong phần này, tác giả trình bày tổng quan các vấn đề như khái
niệm, nguồn phát sinh, đặc tính, các phương pháp xử lý bùn thải đô
thị, thực trạng công tác quản lý bùn thải đô thị ở Hà Nội. Các loại
bùn thải phát sinh từ các nguồn khác nhau và các vùng miền khác
nhau có đặc đi m hóa lý khác nhau. Đi m chung của các loại bùn
thải là lượng phát sinh từ các đô thị ngày càng nhiều, trong bùn có
chứa thành phần dinh dưỡng cho cây trồng như nitơ, phốt pho khá
cao và bùn c n chứa nhiều KLN và vi sinh vật gây bệnh.
1.2. Phƣơng pháp hóa học tách chiết KLN trong bùn thải đô thị
Chiết hóa học là quá trình tách các chất ô nhiễm từ đất, bùn và
trầm tích bằng cách sử dụng chất chiết xuất. Phương pháp này được
sử dụng đ xử lý đất bị nhiễm KLN. Các chất chiết xuất có th là các
axit vô cơ (HNO3, HCl, H2SO4), axit hữu cơ (axit xitric, axetic và
axit oxalic), tác nhân tạo phức mạnh (NTA và EDTA) và một số hóa
chất vô cơ khác (Marchioretto và cs, 2002).
1.3. Phƣơng pháp ủ phân compost
Trong phần này, tác giả trình bày tổng quan về khái niệm, các
yếu tố ảnh hưởng và các phương pháp ủ phân compost. Với các ưu
đi m như thời gian phân hủy nhanh, hầu hết cỏ dại, mầm bệnh bị tiêu
diệt và dễ thực hiện, phương pháp ủ nóng được ưu tiên lựa chọn.
1.4. Một số nghiên cứu ủ phân compost từ bùn thải đô thị ứng
dụng trong sản xuất nông nghiệp
Trong phần này, tác giả đã trình bày tóm tắt một số kết quả
nghiên cứu về ủ phân compost từ bùn thải đô thị và ứng dụng trong
sản xuất nông nghiệp trên thế giới và ở Việt Nam.
3


Chƣơng 2
NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Rơm - Phân lợn, CT4: Bùn - Trichoderma, CT5: Bùn - Rơm Trichoderma, CT6: Bùn - Rơm - Phân lợn - Trichoderma, CT7: Bùn EMIC, CT8: Bùn - Rơm - EMIC, CT9: Bùn - Rơm - Phân lợn - EMIC,
CT10: Bùn - EMIC - Trichoderma, CT11: Bùn - Rơm - EMIC Trichoderma, CT12: Bùn - Rơm - Phân lợn - EMIC - Trichoderma.
* Thí nghiệm thử nghiệm hiệu lực của phân HCBT đối với cây
cải bẹ (Brassica campestris L.)
Các công thức bón phân: CT1 (ĐC1): 70 kg N + 50 kg P2O5 + 40
kg K2O (nền); CT2 (ĐC2): Nền + 15 tấn phân chuồng hoai, CT3:
Nền + 5,6 tấn phân HCBT; CT4: Nền + 6,4 tấn phân HCBT, CT5:
Nền + 7,2 tấn phân HCBT.
* Thí nghiệm thử nghiệm hiệu lực của phân HCBT đối với cây
xác pháo (Salvia splendens)
Các công thức bón phân: CT1 (ĐC1): 70 kg N + 60 kg P2O5 + 80
kg K2O (nền); CT2 (ĐC2): Nền + 15 tấn phân chuồng hoai, CT3:
Nền + 5,6 tấn phân HCBT; CT4: Nền + 6,4 tấn phân HCBT, CT5:
Nền + 7,2 tấn phân HCBT.
CHƢƠNG 3
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Hiện trạng phát sinh và đặc tính bùn thải đô thị Hà Nội
3.1.1. Hiện trạng và dự báo lượng phát sinh các loại bùn thải đô
thị Hà Nội
* Bùn thải từ bể phốt: Tính riêng trong năm 2015, lượng phân
bùn b phốt phát sinh từ 12 quận nội thành Hà Nội là khoảng
250.020 tấn/năm.
5


Bảng 3.1. Dự báo phát sinh lượng bùn từ bể phốt đô thị Hà Nội

Lượng phân bùn b phốt khu vực đô thị Hà Nội được dự báo tăng
lên khoảng 345.450 tấn/năm vào năm 2030.
* Bùn thải hệ thống thoát nƣớc:

nước thải chủ yếu là các vật liệu hữu cơ và khoáng chất có kích
thước nhỏ (< 0,02 mm).
- Độ ẩm: Dao động trong khoảng 71% - 93%, cao nhất là bùn nạo
vét từ sông hồ và cống thải, dao động từ 80% - 91%.
- Tổng hàm lượng cặn (TS) trong các mẫu bùn chênh lệch khá
lớn, dao động từ 0,99% đến 25,4%, cao nhất là ở các mẫu bùn trầm
tích sông hồ (trung bình đạt 17,37%), thấp nhất ở các mẫu bùn b
phốt và bùn từ trạm XLNT tập trung. TS của các mẫu bùn cặn từ hệ
thống cống thoát nước dao động 12,83% - 17,24%.
- Tổng chất rắn bay hơi (VS) trong các mẫu bùn chên lệch khá
lớn, dao động 15,55 - 84 (%TS), cao nhất là ở các mẫu phân bùn b
phốt và bùn từ trạm XLNT tập trung.
3.1.2.2. Một số tính chất hóa học
- Giá trị pH: pH của các mẫu bùn thải đô thị tương đối ổn định và
dao động 6,8 đến 7,7.
- Hàm lượng chất hữu cơ: Cao nhất trong bùn thải từ b phốt, hố
gas (trung bình 50,2% chất khô, cao nhất đạt 69,5% chất khô ở các
b tự hoại hoạt động dưới 3 năm), thấp nhất là hàm lượng chất hữu
cơ trong bùn cống rãnh (trung bình đạt 9,95%). Theo thang đánh giá
của I. V. Chiurin (1972), chất hữu cơ trong đất > 8% chứng tỏ đất
giàu chất hữu cơ thì hầu hết các mẫu bùn thải đô thị đều có hàm
lượng chất hữu cơ rất giàu. Đây là cơ sở quan trọng đ định hướng
tái sử dụng bùn thải, thu hồi tài nguyên có ích.
- Hàm lượng nitơ và phốt pho tổng số (%)
8


Hình 3.2: Hàm lƣợng Nts và hình 3.3: Hàm lƣợng P2O5ts trong
các mẫu bùn thải
Hàm lượng Nts trong các mẫu bùn dao động 0,17% - 3,64%, phân

trạm XLNTSH Kim Liên được ưu tiên lựa chọn đ nghiên cứu các
giải pháp tách chiết KLN trong bùn và nghiên cứu ủ phân hữu cơ từ
bùn thải sau xử lý KLN phục vụ cho mục đích nông nghiệp.
3.2. Nghiên cứu tách chiết một số KLN (Cu, Zn, Pb, Cr, Cd)
trong bùn thải trạm XLNTSH bằng dung dịch axit
3.2.1. Đặc điểm các dạng KLN

Hình 3.4. Thành phần (%) các dạng tồn tại của các KLN trong
bùn thải trạm một số trạm XLNT tập trung ở Hà Nội
10


Theo đó, hầu hết các KLN trong các mẫu bùn thải tồn tại nhiều ở
dạng liên kết hữu cơ (F4), cao nhất là Cu (trên 70%) và Pb (từ 6080%). Dạng ion trao đổi (F1) gần như không tìm thấy đối với Cr, Cu,
Cd. Cr tồn tại nhiều nhất ở dạng cặn dư (F5) (chiếm từ 52,7 65,37%), Zn và Pb tồn tại ở dạng cặn dư ít nhất. Dạng liên kết
cacbonat (F2) và dạng liên kết Fe-Mn oxit (F3) trong các mẫu bùn
thải chủ yếu được thấy nhiều là ở các nguyên tố Zn, Cd, Cr và Pb.
3.2.2. Nghiên cứu tách chiết một số KLN trong bùn thải trạm
XLNT Kim Liên bằng dung dịch axit
3.2.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất loại bỏ
KLN trong bùn thải
Bảng 3.6. Ảnh hƣởng của thời gian đến hiệu suất chiết KLN

Ghi chú: Theo hàng, trong từng thí nghiệm, các số mang chữ cái (a,
b, c, d) khác nhau thì sai khác có ý nghĩa thống kê ở độ tin cậy 95%.
Kết quả Bảng 3.6 cho thấy, hiệu suất chiết tách các KLN của axit
hữu cơ (citric và axetic) đạt cao và ổn định ở 120 phút, của axit nitric
là 60 phút.
11



Nts
(%)

Trước chiết xuất

7,1

30,38

1,28

1,46

59,29

380,43

17,61

1,21

38,21

Sau chiết xuất bằng axetic

4,5

27,2


0,18

21,4

Sau chiết xuất bằng nitric

2,5

25,2

0,52

0,79

11,27

19,02

5,81

0,88

16,57

100

200

70


1 tấn bùn tươi là 1 kg.
3.3. Nghiên cứu tận dụng bùn thải trạm XLNTSH sau xử lý KLN
làm phân hữu cơ
3.3.1. Biến động các yếu tố trong quá trình ủ phân
- Nhiệt độ:
Nhiệt độ của các công thức thí nghiệm có bổ sung thêm vật liệu
hữu cơ (rơm, phân lợn) dao động trong khoảng 28oC - 64,3oC, cao
13


hơn hẳn các công thức không bổ sung vật liệu hữu cơ. Nhiệt độ tăng
cao nhất ở CT12, đạt 64,3oC vào ngày thứ 16 - 17 sau ủ.
- Độ ẩm: Sau 75 ngày ủ, độ ẩm của các khối ủ ở các công thức thí
nghiệm có bổ sung vật liệu hữu cơ đạt 25% - 34%.
- Hàm lượng các bon tổng số:
Tổng các bon ngày đầu ở các công thức thí nghiệm dao động
trong khoảng 15,89 - 33,37%. Sau 75 ngày ủ của các công thức thí
nghiệm có bổ sung chế phẩm EMIC và nấm Trichoderma spp. thấp
khác biệt có ý nghĩa so với công thức thí nghiệm c n lại.

Hình 3.5. Hàm lƣợng tổng các bon hữu cơ ở các công thức thí
nghiệm sau 75 ngày ủ
- Hàm lượng nitơ tổng số:

Hình 3.6. Hàm lƣợng Nts ở các công thức sau 75 ngày ủ
Sau 75 ngày ủ, hàm lượng Nts ở các thí nghiệm dao động trong
khoảng từ 0,94 % đến 2,52%, việc bổ sung thêm chế phẩm không có ý
nghĩa trong việc làm tăng lượng Nts trong các vật liệu sau quá trình ủ.
14


khoảng 1,27 - 1,85x102 CFU/g, công thức thí nghiệm có bổ sung
phân lợn có Salmonella với mật độ 1,23 CFU/g. Sau 75 ngày ủ,
không phát hiện E.coli và Salmonella trong hỗn hợp ủ.
- Hàm lượng các KLN: Các KLN trong hỗn hợp ủ phân sau 75
ngày đều dưới ngưỡng cho phép đối với KLN trong đất nông nghiệp
3.3.3. Đánh giá chất lượng phân hữu cơ sản xuất từ bùn thải sau
xử lý KLN
Bảng 3.9. Đặc tính lý hóa của phân HCBT sau 75 ngày ủ

16


3.3.4. Quy trình sản xuất phân hữu cơ từ bùn thải sau xử lý KLN
Quy trình sản xuất phân hữu cơ bùn thải (HCBT) được nêu ở
Hình 3.26 Theo tính toán của đề tài, chi phí sản xuất 1 tấn phân
HCBT là 25.000.000 đồng (2.500 đồng/kg).

Hình 3.11. Quy trình sản xuất phân hữu cơ bùn thải
17


3.4. Thử nghiệm hiệu lực phân HCBT trên cây trồng
3.4.1. Thử nghiệm hiệu lực phân HCBT trên cây cải bẹ
Bảng 3.10. Ảnh hƣởng đến năng suất của cây cải bẹ

Kết quả ở bảng 3.10 cho thấy, khi bón lượng phân khác nhau,
năng suất cây cải bẹ khác nhau rõ rệt. Trong vụ Đông Xuân (chính
vụ), năng suất lý thuyết và năng suất thực thu của cây cải bẹ cao hơn
hẳn vụ Hè Thu. Công thức CT4 cho năng suất thực thu cao khác biệt
không có ý nghĩa thống kê so với CT5.



3.4.2. Thử nghiệm hiệu lực của phân HCBT trên cây Xác pháo
Bảng 3.13. Ảnh hưởng của các công thức bón phân đến chất lượng hoa
Công thức

Chiề u dài
Số
trục hoa hoa/cành
(cm)
(hoa)

Tỷ lệ nở
hoa (%)

Độ bề n tự
nhiê n
(ngày)

CT1

9,8d

15,5d

73,5e

27,7e

CT2


12,4b

18,4b

86,8b

35,9b

CV (%)

1,91

1,45

0,29

0,38

LSD0,05

0,41

0,47

0,44

0,23

Đặc điể m hình thái cây

Tóm lại, khi thay thế 15 tấn phân chuồng hoai ủ theo phương
pháp truyền thống của người dân bằng 6,4 tấn phân HCBT thì năng
suất, chất lượng và hiệu quả kinh tế của cây xác pháo cao hơn hẳn.
3.4.3. Một số tính chất của đất trước và sau khi bón phân HCBT
Bảng 3.15. Một số tính chất của đất trƣớc và sau khi bón phân
Công thức

Trồng
rau cải
bẹ

Trồng
hoa xác
pháo

pHKCl

CEC
(me/100 g đất)

OM (%)

Nts (%)

P 2O5 (%)

K2O (%)

Trƣớc


11,84

3,17

3,15

0,12

0,10

0,13

0,11

1,85

1,85

CT2

6,84

7,01

11,80

11,82

3,18


0,12

0,12

0,13

1,86

1,85

CT4

6,85

6,86

11,81

11,86

3,16

3,22

0,12

0,13

0,13


1,85

CT1

6,80

6,90

11,80

11,82

3,14

3,18

0,12

0,14

0,13

0,13

1,85

1,87

CT2


11,79

11,82

3,15

3,22

0,12

0,13

0,13

0,14

1,85

1,86

CT4

6,83

6,98

11,80

11,85


0,12

0,13

0,13

0,14

1,85

1,87

Nhìn chung, các chỉ tiêu dinh dưỡng (N, P2O5, K2O) của đất sau
khi trồng thử nghiệm cây cải bẹ Đông Dư và cây xác pháo đều cao
hơn so với trước khi trồng.
Như vậy, khi bón bổ sung các phân bón HCBT đã giúp duy trì và
bước đầu cải thiện chất lượng đất trồng hơn so với đối chứng.

21


KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
1.1. Bùn thải đô thị Hà Nội phát sinh với số lượng ngày càng lớn.
Dự báo đến năm 2030, khu vực đô thị trung tâm thành phố Hà Nội
phát sinh khoảng 345.450 tấn/năm bùn từ b phốt, 161.210 tấn/năm
bùn thải từ hệ thống thoát nước đô thị và 304.699,81 tấn/năm bùn
thải từ các trạm xử lý nước thải tập trung.
Về đặc tính lý hóa, sinh học của bùn thải đô thị: Bùn thải đô thị
có độ ẩm lớn, dao động 71% - 93%, tổng hàm lượng cặn (TS) dao