Nghiên cứu tận dụng bùn thải đô thị tại Bắc Ninh làm chất đốt

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
----------

Hoàng Đức Thắng

NGHIÊN CỨU TẬN DỤNG BÙN THẢI ĐÔ THỊ
TẠI BẮC NINH LÀM CHẤT ĐỐT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Hoàng Đức Thắng

NGHIÊN CỨU TẬN DỤNG BÙN THẢI ĐÔ THỊ
TẠI BẮC NINH LÀM CHẤT ĐỐT

Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
Mã số: 60520320

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. Trần Văn Quy
PGS. TS. Nguyễn Mạnh Khải

Hà Nội - 2015

LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian nghiên cứu, tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp của
mình với đề tài: “Nghiên cứu tận dụng bùn thải đô thị tại Bắc Ninh làm chất đốt”.
Trong quá trình thực hiện luận văn, ngoài sự cố gắng nỗ lực của bản thân, tôi đã
nhận được sự giúp đỡ vô cùng quý báu của các thầy cô, gia đình và bạn bè.
Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Trần Văn Quy và
PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải – Cán bộ giảng dạy tại Bộ môn Công nghệ môi trường
đã tận tình quan tâm, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành tốt
luận văn này.
Thêm nữa, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo trong Khoa
Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN đã bổ trợ và truyền đạt
cho tôi kiến thức, cùng những kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình học tập,
nghiên cứu tại trường.
Tôi xin cảm ơn đề tài Nhiệm vụ bảo vệ Môi trường QMT.12.03 do PGS.TS
Trần Văn Quy chủ trì đã hỗ trợ kinh phí để tôi thực hiện luận văn này.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo, các anh, chị làm việc
tại Bộ môn Thổ nhưỡng & môi trường đất và Phòng thí nghiệm Phân tích Môi
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 2015

Hoàng Đức Thắng


MỤC LỤC
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .............................................................................. i

DANH MỤC BẢNG ............................................................................................... ii
DANH MỤC HÌNH ............................................................................................... iii
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ...................................................................................3
1.1 . Những vấn đề chung về bùn thải ...................................................................3
1.1.1. Khái niệm, phân loại bùn thải ........................................................................3
1.1.2. Nguồn gốc, đặc điểm và tính chất của bùn thải .............................................4
1.1.3. Tác động của bùn thải đến con người và môi trường .....................................6
1.2. Quy chuẩn, tiêu chuẩn về bùn thải .................................................................8
1.2.1. Trên thế giới ....................................................................................................8
1.2.2. Tại Việt Nam .................................................................................................10
1.3. Các phƣơng pháp xử lý và tận dụng bùn thải .............................................11
1.3.1. Phương pháp ổn định ....................................................................................12
1.3.2. Phương pháp ủ phân (Compost) ...................................................................13
1.3.3. Phương pháp Pasteur....................................................................................14
1.3.4. Cô đặc ...........................................................................................................14
1.3.5. Khử nước .......................................................................................................14
1.3.6. Làm khô .........................................................................................................15
1.3.7. Thiêu đốt và các công nghệ nhiệt khác .........................................................15
1.3.8. Phương pháp thu hồi tái chế .........................................................................16
1.3.9. Phương pháp chôn lấp ..................................................................................17
1.4. Tiềm năng tái sử dụng và thu hồi năng lƣợng từ bùn thải.........................17
1.4.1. Phân huỷ kỵ khí bùn thải ...............................................................................18


1.4.2. Sản xuất nhiên liệu sinh học từ bùn thải .......................................................19
1.4.3. Sản xuất điện trực tiếp từ bùn thải trong các tế bào nhiên liệu vi khuẩn .....20
1.4.4. Đốt bùn thải thu hồi năng lượng ...................................................................22
1.4.5. Đốt bùn thải cùng với than trong các nhà máy nhiệt điện ............................23
1.4.6. Nhiệt phân và khí hoá bùn thải .....................................................................23

1.4.7. Sử dụng tích hợp bùn thải như một nguồn năng lượng và vật liệu để sản xuất
vật liệu xây dựng .....................................................................................................25
1.4.8. Oxy hoá ướt siêu tới hạn ...............................................................................25
1.4.9. Xử lý thuỷ nhiệt bùn thải ...............................................................................27
CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................30
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu ....................................................................................30
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu...............................................................................32
2.2.1. Phương pháp thu thập tài liệu .....................................................................32
2.2.2. Phương pháp điều tra và khảo sát thực tế ....................................................32
2.2.3. Phương pháp lấy, bảo quản và xử lý mẫu bùn .............................................32
2.2.4. Phương pháp thực nghiệm ............................................................................32
2.2.5. Phương pháp phân tích .................................................................................34
2.2.6. Phương pháp thu mẫu khí thải phát sinh trong quá trình đốt các viên than bùn ...........................................................................................................................35
2.2.7. Phương pháp tổng hợp và xử lý số liệu ........................................................36
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................................37
3.1. Đặc điểm hệ thống thoát nƣớc Thành phố Bắc Ninh..................................37
3.2. Đặc tính của các mẫu bùn thải nghiên cứu liên quan đến khả năng tận
dụng làm chất đốt ..................................................................................................40
3.2.1. Một số tính chất lý - hoá cơ bản của các mẫu bùn .......................................40
3.2.2. Nhiệt trị của các mẫu bùn được lựa chọn .....................................................42


3.2.3. Độ tro và hàm lượng chất bốc ......................................................................43
3.2.4. Hàm lượng kim loại nặng..............................................................................44
3.3. Đặc tính của các viên than-bùn ở các tỷ lệ phối trộn khác nhau .................46
3.3.1. Độ ẩm của các viên than-bùn .......................................................................46
3.3.2. Độ hụt khối của các viên than-bùn ...............................................................47
3.3.3. Độ tro và hàm lượng chất bốc của các viên than-bùn ..................................49
3.3.4. Nhiệt trị của các viên than-bùn .....................................................................50
3.3.5. Hàm lượng kim loại nặng trong tro của các viên than-bùn ..........................51

3.4. Thử nghiệm chế tạo và đốt viên than ngoài thực tế theo các tỷ lệ phối trộn
đã lựa chọn .............................................................................................................52
3.4.1. Đánh giá chất lượng các viên than ...............................................................53
3.4.2. Khí thải phát sinh trong quá trình đốt các viên than ....................................60
3.4.3. Đặc điểm tro xỉ của các viên than.................................................................66
3.5. Đánh giá giải pháp công nghệ tận dụng bùn thải làm chất đốt ................68
3.5.1. Ước tính sơ bộ hiệu quả kinh tế ....................................................................68
3.5.2. Tính khả thi về mặt kỹ thuật ..........................................................................69
3.5.3. Tính khả thi về mặt môi trường .....................................................................71
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ .......................................................................73
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................75
PHỤ LỤC ...............................................................................................................81


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

MPCN

Số lượng gây bệnh ở tế bào có thể nhất (Most Probable
Cytopathic Number)

MPN

Số lượng có thể nhất (Most Probable Number)

MTV

Một thành viên

NĐ-CP

Nghị định Chính phủ

NMXLNT Nhà máy xử lý nước thải
OC

Hợp chất hữu cơ (Organic Compounds)

QCVN

Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia

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

Bụi lở lửng tổng số (Total Suspended Solids)

UBND

Uỷ ban nhân dân

US EPA

Cơ quan bảo vệ Môi trường Mỹ (United States
Environmental Protection Agency)

i


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Đặc tính lý – hoá học của một số loại bùn thải ..........................................5
Bảng 1.2. Giá trị trung bình các thành phần trong bùn tại 7 Bang (Mỹ) ....................6
Bảng 1.3. Giới hạn cho phép của một số kim loại trong bùn thải theo mục đích sử
dụng ............................................................................................................................. 8
Bảng 1.4. Giới hạn hàm lượng kim loại nặng trong bùn thải ở các nước Châu Âu ...9
Bảng 1.5. Đề xuất tiêu chuẩn của EU về hàm lượng các hợp chất hữu cơ đối với bùn
thải .............................................................................................................................. 9
Bảng 1.6. Giá trị giới hạn của một số vi sinh vật gây bệnh trong bùn ......................10
Bảng 1.7. Phương pháp xử lý bùn thải tại một số quốc gia ......................................12
Bảng 2.1. Các vị trí lấy mẫu bùn ...............................................................................31
Bảng 2.2. Tỷ lệ phối trộn bùn thải và than cám 6bHG .............................................33
Bảng 2.3. Các phương pháp phân tích mẫu ..............................................................34
Bảng 3.1. Tính chất lý - hoá cơ bản của các mẫu bùn ..............................................41
Bảng 3.2. Hàm lượng KLN tổng số trong các mẫu bùn được lựa chọn ...................45
Bảng 3.3. Ký hiệu các viên than-bùn theo các tỷ lệ phối trộn với than cám ............46
Bảng 3.4. Hàm lượng KLN tổng số trong tro của các viên TB ................................51
Bảng 3.5. Hàm lượng các KLN trong khí thải khi đốt các viên than .......................65
Bảng 3.6. Hàm lượng các KLN linh động trong xỉ của các viên than ...................... 67
Bảng 3.7. Chi phí và lợi ích kinh tế thu được khi sản xuất than tổ ong sử dụng bùn
thải thay thế cho than bùn ......................................................................................... 68

Bảng 3.8. Chất lượng của các viên than so với yêu cầu kỹ thuật của TCVN
4600:1994 .................................................................................................................. 70

ii


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Tế bào nhiên liệu vi sinh vật ......................................................................21
Hình 1.2. Oxy hoá siêu tới hạn bùn thải ...................................................................26
Hình 2.1. Sơ đồ các vị trí lấy mẫu bùn .....................................................................30
Hình 2.2. Thiết kế chụp lò được sử dụng trong nghiên cứu .....................................35
Hình 3.1. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải tại Nhà máy xử lý nước thải Bắc Ninh 38
Hình 3.2. Sơ đồ dây chuyền trạm xử lý nước thải phi tập trung Viêm Xá ...............39
Hình 3.3. Lượng bùn phát sinh biến động theo năm từ 2000 – 2013 .......................40
Hình 3.4. Giá trị nhiệt trị của các mẫu bùn được lựa chọn .......................................43
Hình 3.5. Độ tro và hàm lượng chất bốc của các mẫu bùn được lựa chọn ...............44
Hình 3.6. Độ ẩm của các viên TB sau khi phối trộn .................................................47
Hình 3.7. Độ hụt khối của các viên TB .....................................................................48
Hình 3.8. Độ tro và hàm lượng chất bốc của các viên TB ........................................49
Hình 3.9. Giá trị nhiệt trị của các viên TB ................................................................50
Hình 3.10. Khối lượng trung bình của các viên than ................................................53
Hình 3.11. Chiều cao trung bình của các viên than ..................................................54
Hình 3.12. Độ ẩm của các viên than .........................................................................55
Hình 3.13. Nhiệt trị của các viên than .......................................................................56
Hình 3.14. Độ tro và hàm lượng chất bốc của các viên than ....................................57
Hình 3.15. Thời gian bén cháy trung bình của các viên than....................................58
Hình 3.16. Thời gian sử dụng trung bình của các viên than .....................................59
Hình 3.17. Hàm lượng bụi khi đốt các viên than ......................................................61
Hình 3.18. Nồng độ trung bình khí NO2 phát thải khi đốt các viên than ..................62

iii


Hình 3.19. Nồng độ trung bình khí SO2 phát thải khi đốt các viên than ..................63
Hình 3.20. Nồng độ khí Co trung bình phát thải khi đốt các viên than ....................64
Hình 3.21. Giá trị pH của tro các viên than .............................................................. 66

iv


MỞ ĐẦU
Quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa ở nước ta đang diễn ra ở tốc độ cao.
Việc mở rộng sản xuất, sự gia tăng nhu cầu tiêu dùng hàng hóa, nguyên vật liệu,
năng lượng đã, đang là những động lực thức đẩy sự phát triển mạnh mẽ về kinh tế,
xã hội. Đi kèm với đó là vấn đề ô nhiễm môi trường đặc biệt là quản lý chất thải nói
chung và bùn thải đô thị nói riêng. Việc thu gom, vận chuyển, xử lý, tái chế, tái sử
dụng chất thải đặc biệt bùn thải từ hệ thống thoát nước và các công trình vệ sinh
trong đô thị đang trở thành bài toán khó đối với các nhà quản lý ở hầu hết các nước
trên thế giới [51].
Nước ta hiện có 774 đô thị, nhưng chỉ có khoảng trên 20 đô thị có trạm/nhà
máy xử lý nước thải tập trung với công nghệ xử lý nước thải khác nhau đã và đang
đưa vào vận hành khai thác. Cùng với đó là hệ tầng kỹ thuật khác tại các đô thị chưa
thật sự đồng bộ và phát huy hiệu quả khiến bùn thải phát thải ra môi trường dần rơi
vào tình trạng thừa thu gom nhưng thiếu xử lý với khối lượng ngày càng lớn, gây
ảnh hưởng tới môi trường và đời sống của người dân [50].
Việc đổ thải bùn trực tiếp ra môi trường không chỉ gây ô nhiễm mà còn lãng
phí đi một nguồn tài nguyên quý báu. Lựa chọn sử dụng hiệu quả bùn thải đang
nhận được sự quan tâm nhiều hơn do giảm quỹ đất dùng làm bãi rác và sự chú ý tới
việc tận dụng các chất dinh dưỡng, cũng như các vật liệu khác có thể thu hồi từ bùn.
Hiện tại, có nhiều phương pháp khác nhau được áp dụng rộng rãi trên thế giới để xử

lý hay tận dụng bùn thải như: phối trộn làm vật liệu xây dựng, chôn lấp, gia công
mặt đường, ủ phân, đồng thiêu đốt, … [25,27,35,37,46].
Bắc Ninh là tỉnh có diện tích nhỏ nhất nước ta và nằm trên vùng kinh tế trọng
điểm Bắc Bộ. Quy mô công nghiệp của tỉnh lớn thứ 5 cả nước, thứ 2 miền Bắc.
Cùng với sự phát triển, mở rộng các khu, cụm công nghiệp và các làng nghề, đời
sống của người dân ngày càng được nâng cao rõ rệt kéo theo đó là các vấn đề về
môi trường như: lượng nước thải và bùn thải phát sinh ngày càng lớn. Lượng bùn
thải phát sinh tại thành phố Bắc Ninh kể từ năm 2000 – 2013 đã tăng từ 2.554 lên

1


11.813 m3/năm [4]. Trước đây, bùn thải được thu gom và chuyển về bãi rác của
thành phố, nhưng kể từ năm 2014 thành phố chưa có hướng thu gom bùn cụ thể.
Hiện tại, lượng bùn thải thu gom được chứa tạm tại khu đất trống trong khuôn viên
của nhà máy xử lý nước thải Bắc Ninh chờ phương án xử lý.
Xuất phát từ vấn đề trên, việc lựa chọn và thực hiện đề tài “Nghiên cứu tận
dụng bùn thải đô thị tại Bắc Ninh làm chất đốt” là cần thiết và có ý nghĩa thực
tiễn.
Mục tiêu nghiên cứu: Có được giải pháp khả thi nhằm tận dụng bùn thải đô
thị tại thành phố Bắc Ninh làm chất đốt.
Nội dung nghiên cứu bao gồm:
 Khảo sát công tác quản lý, hiện trạng phát sinh, công nghệ thu gom và xử lý
bùn thải của khu vực thành phố Bắc Ninh;
 Khảo sát đặc tính lý – hóa của các mẫu bùn thải khu vực nghiên cứu theo
hướng tận dụng chúng làm chất đốt;
 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn bùn với than cám đến đặc tính của
viên nhiên liệu;
 Khảo sát, đánh giá các đặc tính của viên nhiên liệu được chế tạo về khả năng
sử dụng trong thực tế;

 Đánh giá giải pháp công nghệ tận dụng bùn thải làm chất đốt.

2


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Những vấn đề chung về bùn thải
1.1.1. Khái niệm, phân loại bùn thải
1.1.1.1. Khái niệm
Có rất nhiều định nghĩa về bùn thải được đưa ra [9,15,33,58], tuy nhiên có
thể định nghĩa một cách khái quát về bùn thải như sau:
Bùn thải là hỗn hợp dạng rắn, bán rắn, chất lỏng hay bùn cặn sinh ra sau quá
trình xử lý nước thải công nghiệp hay đô thị.
Bùn thải đô thị là bùn được tạo ra từ các quá trình xử lý nước thải đô thị, chủ
yếu là nước thải sinh hoạt, kết hợp với một số loại nước thải khác. 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 nước, có thể
bao gồm cả bùn thải từ hoạt động công nghiệp trong khu vực đô thị.
1.1.1.2. Phân loại [20,26]
Bùn thải có thể được phân loại dựa vào nguồn gốc hoặc thành phần của
chúng. Theo thành phần (phụ thuộc bản chất ô nhiễm ban đầu của nước thải, bùn
thải, các quá trình xử lý bùn), bùn thải được chia thành 6 loại sau:
- Bùn hữu cơ ưa nước: Là loại bùn phổ biến nhất, có hàm lượng chất hữu cơ
cao, thành phần dễ bay hơi có thể đạt 90% toàn bộ chất khô. Tính ưa nước của bùn
là do sự có mặt của lượng lớn các chất keo ưa nước;
- Bùn vô cơ ưa nước: Bùn này có hàm lượng chất hữu cơ thấp, chứa hydroxyt
kim loại do quá trình xử lý sử dụng phương pháp hoá lý làm kết tủa ion kim loại có
trong nước thải hoặc do sử dụng kết bông vô cơ (phèn sắt, phèn nhôm);
- Bùn vô cơ kị nước: đặc trưng bởi các chất vô cơ có khả năng giữ nước thấp
như cát, bùn phù sa, xỉ, muối đã kết tinh...;

- Bùn vô cơ ưa nước – kị nước;

3


- Bùn chứa dầu: Trong bùn có một lượng dầu nhỏ hoặc mỡ khoáng chất (hoặc
động vật). Các chất này ở dạng nhũ tương hoặc hấp thụ các phần tử bùn ưa nước;
- Bùn có sợi.
1.1.2. Nguồn gốc, đặc điểm và tính chất của bùn thải
1.1.2.1. Nguồn gốc [19,26]
Bùn thải phát sinh từ rất nhiều nguồn như:
Bùn thải từ các nhà máy, trạm, hệ thống xử lý nước thải đô thị và công
nghiệp: Bùn sinh ra là sản phẩm phụ của quá trình xử lý nước thải gồm nhiều bậc
(giai đoạn). Bùn này thường bị ô nhiễm bởi nhiều hợp chất hữu cơ, vô cơ độc hại, vi
sinh vật gây bệnh tùy thuộc vào các nguồn nước thải đầu vào.
Bùn thải từ hệ thống thoát nước, nạo vét ao, hồ, kênh, rạch: bùn sinh ra là kết
quả của các vật chất được nước thải mang lắng đọng trong các hệ thống cống thoát
và hoạt động của các vi sinh vật sống trong các hệ thống này. Thành phần của loại
bùn này chủ yếu là chất hữu cơ (70 – 82%) và một số kim loại nặng với hàm lượng
cao.
Bùn thải từ hố ga, bể phốt: Nước thải, chất thải từ các hộ gia đình cùng với
nước mưa chảy tràn đem theo lượng lớn các vật chất trên bề mặt xuống, tạo ra bùn
thải ở các hố ga, bể phốt. Đặc điểm bùn bể phốt là giàu chất hữu cơ, nhiều vi sinh
vật gây bệnh còn bùn từ hố ga chứa nhiều các chất vô cơ, chủ yếu là cát.
Bùn thải từ hoạt động nuôi trồng thuỷ hải sản: Là nguồn chất thải (thức ăn
thừa, xác động thực vật chết, các chất tồn dư và vật chất sử dụng trong quá trình
nuôi trồng) lắng đọng xuống đáy đầm (vuông). Bùn loại này chứa nhiều vi sinh vật,
nấm, tảo gây bệnh, ngoài ra còn chứa các hóa chất tồn dư như vôi, lưu huỳnh,…

4

1.1.2.2. Đặc điểm và tính chất
Thành phần và tính chất bùn thải có ý nghĩa quan trọng trong việc nghiên
cứu khả năng tận dụng bùn cho các mục đích khác nhau (cải tạo đất nông nghiệp,
san lấp mặt bằng, sản xuất vật liệu xây dựng…).
Theo đó, các loại bùn thải có tính chất rất khác nhau phụ thuộc chủ yếu vào
nguồn gốc phát sinh của chúng. Nhìn chung, bùn thải bao gồm các hợp chất hữu cơ,
chất dinh dưỡng, một số loại vi chất dinh dưỡng không cần thiết, dấu vết kim loại,
chất gây ô nhiễm vi sinh hữu cơ và vi sinh vật.… Kết quả nghiên cứu về đặc điểm
bùn thải tại bang Indiana (Mỹ) cho thấy bùn thải có chứa khoảng 50% chất hữu cơ
và 1 – 4% cacbon vô cơ. N hữu cơ và P vô cơ là dạng chủ yếu của N và P trong
bùn. Cacbon hữu cơ và vô cơ hiện diện tương đối ổn định trong thời gian lấy mẫu.
Tuy nhiên, sự dao động lớn nhất chính là thành phần các kim loại nặng như Cd, Zn,
Cu, Ni, Pb trong bùn thải [45].
Đặc tính lý-hoá học của các loại bùn thải trong một số tài liệu khoa học
được tổng hợp trong Bảng 1.1 [17,23,31,32,34,38].
Bảng 1.1. Đặc tính lý – hoá học của một số loại bùn thải
Giá trị

Nhỏ nhất

Lớn nhất

Trung Bình

% khối lượng khô

Phân tích tương đối
Độ ẩm

-

-

80

Chất bốc

38,30

73,70

56,63

Độ tro

24,08

52,00

35,91

Cacbon cố định

0,30

9,41

7,47

% khối lượng khô

Phân tích tuyệt đối
C

23,10

42,30

32,51

H

3,10

6,00

4,49

N

3,20

8,30

4,85

5

O

17,70

34,00

22,53

S

0,44

19,10

0,87

HHV (kJ/kg)

8.900,00

21.100,00

13.292,86

Kết quả nghiên cứu về đặc điểm, thành phần bùn thải được tiến hành tại 7
bang lớn của Mỹ được chỉ ra trong Bảng 1.2 [24].
Bảng 1.2. Giá trị trung bình các thành phần trong bùn tại 7 Bang (Mỹ)
Thông số

Hàm lƣợng

Thông số

(%)

Hàm lƣợng
(mg/kg)

OC

30,4

Al

4.000

Tổng N

2,5

Cu

850

NH4+ - N

0,13

Ni

190

NO3 – N

0,019

Mn

200

Tổng P

1,8

Zn

1.800

Tổng S

1,1

Pb

650

K

0,24

Cr

910

Na

0,12

Cd

20

Ca

3,8

Hg

6

Mg

0,46

Fe

8.000

1.1.3. Tác động của bùn thải đến con người và môi trường [30, 29]

Cùng với những lợi ích của bùn, một số vấn đề cần phải được quản lý một
cách cẩn thận để bảo vệ sức khoẻ cộng đồng và tính toàn vẹn của môi trường.
Những vấn đề nghiêm trọng nhất là các thành phần có hại trong bùn như: các KLN,
các chất hữu cơ độc hại và các sinh vật có hại (vi khuẩn gây bệnh và vi rút, động vật
nguyên sinh và các ký sinh trùng hay giun). Ngay cả nitơ trong bùn cũng có thể trở
thành vấn đề nếu không được quản lý và nó có thể gây ra ô nhiễm nước ngầm hoặc

6


nước mặt nếu quá dư thừa (điều này cũng đúng với phân bón thương mại và phân
súc vật). Trong một số trường hợp cũng có thể có các yếu tố gây khó chịu như mùi.
Các tác động tiềm tàng của bùn thải tới môi trường cũng đã được nhận định
như:
- Gây ô nhiễm nước ngầm: Trong thành phần bùn nạo vét có chứa một lượng
nước khá lớn, vào mùa khô lượng nước này không đủ để thấm đến tầng nước ngầm
và dễ dàng bốc hơi. Tuy nhiên, vào mùa mưa nó có thể hòa trộn các chất độc hại có
trong bùn và thấm xuống mạch nước ngầm và gây ô nhiễm nước ngầm.
- Gây ô nhiễm nước mặt: Giữa môi trường bùn lắng và môi trường nước có
một cân bằng nhất định, khi tính chất môi trường thay đổi, các chất ô nhiễm tích trữ
trong bùn lắng có thể hòa trộn trở lại trong nước gây ô nhiễm nước mặt.
- Gây ô nhiễm không khí: Quá trình phân hủy kỵ khí của bùn sẽ tạo ra các khí
có mùi như H2S, CH4, NH3… gây hiệu ứng nhà kính và ảnh hưởng đến con người.
- Gây ô nhiễm đất: Ô nhiễm đất chủ yếu do các thành phần độc hại có trong
bùn với nồng độ cao, bao gồm chất hữu cơ, các KLN và cả những thành phần khó
phân hủy như bao nylon, lon sắt trong bùn nạo vét sẽ gây ô nhiễm đất và khó khắc
phục.
- Tác động xấu đến hệ sinh thái: Làm mất mỹ quan đô thị, ảnh hưởng đến đời
sống thủy sinh trong nước.
- Tác động đến động vật: bùn đáy cũng là môi trường sống của hàng nghìn

loài sinh vật, vi sinh vật,… Thông qua chuỗi thức ăn, bùn có thể tác động đến các
động vật bậc cao hơn trong đó có con người, đặc biệt là bùn chứa nhiều kim loại
nặng.

7


1.2. Quy chuẩn, tiêu chuẩn về bùn thải
1.2.1. Trên thế giới
Việc đánh giá mức độ tác động và ảnh hưởng của bùn thải đến một đối tượng
xác định cần có một tiêu chuẩn để so sánh, đối chiếu. Cộng đồng chung Châu Âu đã
đưa ra một số tiêu chuẩn chung có đề cập tới quản lý, xử lý đối với bùn thải như:
việc sử dụng trong nông nghiệp (CEC, 1986), đổ thải, chôn lấp (CEC,1999), tiêu
hủy, đốt (CEC, 2000). Hầu hết các quốc gia thuộc EU cấm hình thức xử lý chôn lấp
và bơm bùn vào đất mà chưa qua xử lý [13].
Tại Mỹ, US-EPA đã xây dựng quy chế đầu tiên quản lý bùn thải năm 1972,
theo yêu cầu của Đạo luật nước sạch sửa đổi năm 1987, US-EPA phát triển các quy
định, các tiêu chuẩn cho việc sử dụng hoặc xử lý bùn thải và cho tới nay thường
xuyên có sự bổ sung, cải tiến theo từng năm, chất lượng bùn thải sau xử lý được
quản lý nghiêm ngặt theo tiêu chuẩn đề ra, phù hợp với từng mục đích sử dụng bùn
thải (Bảng 1.3) [14].
Bảng 1.3. Giới hạn cho phép của một số kim loại
trong bùn thải theo mục đích sử dụng (Quy định của US – EPA)
Giới hạn
nồng độ

Giới hạn nồng độ tối đa
Kim
loại

áp dụng cho nông nghiệp

Giới hạn nồng độ

(mg/kg)

cho chôn
lấp (mg/kg)

cho thiêu đốt (µg/m3)

As

75

73

0,023

Cd

85

-

0,057

Cu

4.300

-

-

Pb

840

-

-

Ag

57

-

-

Mo

75

-

-

Ni

420

420

2,0

8


Se

100

-

-

Zn

7.500

-

-

Cr

-

600

-

Giới hạn cho phép đối với hàm lượng các KLN trong bùn thải tại châu Âu
được thể hiện trong Bảng 1.4.
Bảng 1.4. Giới hạn hàm lượng KLN trong bùn thải ở các nước Châu Âu [42]
KLN

Giới hạn hàm lƣợng trong
đất (mg/kg)

Giới hạn hàm lƣợng trong bùn
(mg/kg)

Cd

1–3

20 – 40

Cu

50 – 140

1.000 – 1.750

Ni

30 – 75

300 – 400

Pb

50 – 300

Zn

150 – 300

2.500 – 4.000

Hg

1 – 1,5

16 – 25

750 – 1.200

Ngoài tiêu chuẩn về KLN, EU cũng đề xuất tiêu chuẩn về hàm lượng trung
bình và tối đa đối với các hợp chất hữu cơ độc hại trong bùn (Bảng 1.5) [16].
Bảng 1.5. Đề xuất tiêu chuẩn của EU về hàm lượng các hợp chất hữu cơ
đối với bùn thải
Hàm lƣợng

Đề xuất tối đa

trung bình (mg/kg)

(mg/kg)

Các chất hữu cơ halogen (AOX)

200[1]

500

Liner alkylbenzen sulfonate (LAS)

6500

2600

Di(2-ethylhexyl)phthalate (DEHP)

20 – 60

100

Nonylphenol and ethoxylates (NPE)

26 (UK: 330 – 640)

50

Hydrocarbon thơm đa vòng (PAH)

0,5 – 27,8

6

Hợp chất hữu cơ

9


Polychlorinated biphenyls (PCB)
Polychlorinateddibenzo-dioxins
and furans (PCDD/Fs)

0,09

0,8

36[2]

100[2]

[1]

Chỉ đối với bùn ở Đức

[2]

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

Bên cạnh đó, để giảm thiểu rủi ro của vi sinh vật gây bệnh đối với sức khỏe,
một số quốc gia đã bổ sung thêm quy định giới hạn của một số vi sinh vật gây bệnh

trong tiêu chuẩn về chất lượng bùn thải. Các vi sinh vật gây bệnh phổ biến nhất
được quy định trong luật là vi khuẩn Salmonella và Enterovirus. Các giá trị giới hạn
này ở mỗi quốc gia là khác nhau và được trình bày trong Bảng 1.6.
Bảng 1.1. Giá trị giới hạn của một số vi sinh vật gây bệnh trong bùn [22]
Quốc gia

Salmonella

Vi sinh vật khác

Pháp

8 MPN/10g

Ý

1.000 MPN/g

Luxembourg

-

Ba Lan

0

Ký sinh trùng: 10/g

Đan Mạch

0

Liên cầu khuẩn < 100/g

Enterovirus: 3 MPCN/10g
Trứng giun sán: 3 MPCN/10g
Vi khuẩn đường ruột: 100/g
Không có trứng giun

1.2.2. Tại Việt Nam
Trong thời gian qua, Nhà nước ta đã ban hành một số văn bản quy phạm
pháp luật làm cơ sở để quản lý và phân loại bùn thải như:
- Luật Bảo vệ môi trường 2014 có hiệu lực từ 1/1/2015:
Theo đó, Bùn thải từ hệ thống xử lý nước thải được quản lý theo quy định
về quản lý chất thải rắn (từ điều 95 đến điều 98, Mục 3, Chương IX, Luật Bảo vệ

10


môi trường năm 2014). Bùn thải có yếu tố nguy hại phải được quản lý theo quy
định về chất thải nguy hại (từ điều 90 đến điều 94, Mục 2, Chương IX, Luật Bảo vệ
môi trường năm 2014).
- Các tiêu chuẩn, quy chuẩn môi trường và quy chuẩn xây dựng có liên quan
đến việc phân loại và quản lý bùn thải:
+ QCVN 07:2009/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngưỡng chất
thải nguy hại, trong đó có những quy định được áp dụng với bùn thải;
+ QCVN 43:2012/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng trầm
tích;
+ QCVN 50:2013/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngưỡng nguy
hại đối với bùn thải từ quá trình xử lý nước;

+ TCVN 5298 – 1995: Các yêu cầu chung đối với việc sử dụng nước thải và
bùn lắng để tưới và làm phân bón.....
Ngoài ra, trong Nghị định số 80/2014/NĐ-CP ngày 6/8/2014 của Chính phủ
về Thoát nước và xử lý nước thải đã có một số điều quy định chi tiết về quản lý bùn
thải từ hệ thống thoát nước; quản lý bùn thải từ bể tự hoại cũng như các quy định về
tái sử dụng bùn thải.
1.3. Các phƣơng pháp xử lý và tận dụng bùn 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.

11


Bảng 1.7. Phương pháp xử lý bùn thải tại một số quốc gia

Quốc gia

Sản xuất

Phƣơng pháp xử lý

hàng năm

(tỷ lệ %)

(1.000 tấn khô)

Nông nghiêp̣

Bãi rác

Thiêu

Khác

Áo

320

13

56

31

0

Bỉ

75

31

56

9

4

Đan Mạch

130

37

33

28

2

Pháp

700

50

50

0

0

Đức

2.500

25

63

12

0

Hy Lạp

15

3

97

0

0

Ai-len

24

28

18

0

54

Ý

800

34

55

11

0

Luxembourg

15

81

18

0

1

Hà Lan

282

44

53

3

0

Bồ Đào Nha

200

80

13

0

7

Tây ban nha

280

10

50

10

30

Thụy Sĩ

50

30

20

0

50

Anh

1.075

51

16

5

28

Mỹ

5.357

36

38

16

10

Tổng số/Avg

11.988

38

43

10

9

Nguồn: Chang, Page và Asano, 1996 [56].
1.3.1. Phương pháp ổn định [43]
Mục tiêu chính của quá trình ổn định là giảm mùi, sự thối rữa và giảm các vi
sinh vật gây bệnh trong bùn. Các quá trình ổn định quan trọng nhất là quá trình
phân huỷ hiếu khí, kỵ khí, xử lý nhiệt hoá học (rất hạn chế) và xử lý bằng hoá chất.

12

Oxy hoá ướt cũng là một trong các quá trình phân huỷ hiếu khí bùn, bùn sẽ bị
oxy hoá trong một thiết bị phản ứng trục lò sâu. Trong quá trình này, các hợp chất
hữu cơ và thành phần vô cơ bị oxy hoá trong một thiết bị phản ứng dạng ống sâu
1.250 cm ở nhiệt độ 280oC với một áp suất 8,5 – 11 MPa, dưới sự phun oxy tinh
khiết.
Các sản phẩm còn lại sau quá trình oxy hoá là khí, huyền phù chứa nước và
các chất rắn. Khí được tiền oxy hoá với xúc tác để xử lý CO và các hyđrocacbon.
Quá trình ổn định bùn bằng phương pháp phân huỷ kỵ khí được áp dụng
nhiều nhất. Trong quá trình này, bùn được ổn định bằng sự phân huỷ sinh học của
các chất hữu cơ phức tạp trong điều kiện thiếu vắng oxy tự do. Thông thường, 25 45% thành phần chất rắn của bùn thô bị phân huỷ trong quá trình phân huỷ yếm khí
thông qua sự chuyển hoá tạo thành khí CH4, CO2, nước và các chất hữu cơ hoà tan.
Các bể phân huỷ kỵ khí hoạt động trong phạm vi nhiệt độ từ 32 – 35oC (ưa
nhiệt trung bình). Quá trình phân huỷ ưa nhiệt hoạt động trong khoảng 50 – 60oC
cho hiệu quả cao, nhưng đòi hỏi phải có đầu vào năng lượng lớn.
Thời gian lưu trung bình được khuyến cáo cho các bể phân huỷ kỵ khí ưa
nhiệt trung bình thông thường là từ 20 - 30 ngày và đối với các bể phân huỷ tốc độ
cao là từ 15 - 20 ngày. Thời gian lưu đối với các bể phân huỷ ưa nhiệt là từ 3 - 5
ngày. Các lợi thế chủ yếu của quá trình phân huỷ kỵ khí bao gồm: giảm 25 - 45%
khối lượng bùn; tạo thành khí sinh học được sử dụng làm nhiên liệu; bất hoạt các
tác nhân gây bệnh.
1.3.2. Phương pháp ủ phân (Compost) [28]
Ủ compost là một phương pháp ổn định bùn trong đó các chất hữu cơ trong
bùn bị phân huỷ bởi các vi sinh vật trong điều kiện có mặt khí oxy. Trong suốt quá
trình ủ, oxy sẽ được tiêu thụ dần đến hết và điều kiện chuyển từ hiếu khí sang kỵ
khí, nhiệt độ có thể tăng từ 60 - 70oC sẽ tiêu diệt hầu hết các vi sinh vật gây bệnh.
Kết quả của quá trình ủ bùn là sản phẩm dạng mùn có thể được sử dụng để cải tạo
đất (làm tăng độ ẩm, độ phì nhiêu), kiểm soát xói mòn, lớp phủ. Quá trình ủ có thể

13

được tiến hành chỉ với bùn hoặc hỗn hợp bùn với chất thải rắn đô thị, phế thải nông
nghiệp và chăn nuôi. Ủ hiếu khí phụ thuộc vào nhiều thông số hoạt động, trong đó
bao gồm oxy sẵn có trong đống ủ, độ ẩm, nhiệt độ và hàm lượng chất rắn bay hơi dễ
phân huỷ sinh học.
1.3.3. Phương pháp Pasteur [40]
Đây là một kỹ thuật khử trùng dùng để tiêu diệt các mầm bệnh (vi sinh vật
gây bệnh) trong bùn lỏng. Bùn lỏng sẽ được làm nóng đến 700C trong khoảng thời
gian tối thiểu là 30 phút, tiếp sau đó bùn được làm nguội.
1.3.4. Cô đặc [18]
Mục đích của quá trình làm đặc bùn là giảm khối lượng bùn bằng cách loại
bỏ càng nhiều nước trong bùn càng tốt. Trong các thiết bị cô đặc (tương tự các bể
lắng cả về thiết kế và các quá trình), các hạt bùn chìm xuống và lắng đọng ở dưới
đáy. Ngoài ra, máy khuấy sẽ xúc tiến quá trình kết tụ các hạt làm cho chúng lắng
xuống nhanh hơn. Kết thúc quá trình, bùn sẽ được lấy ra từ đáy của thiết bị cô đặc.
1.3.5. Khử nước [18]
Khử nước trong bùn bằng các thiết bị cơ khí làm giảm khối lượng của hỗn
hợp bùn bằng cách giảm hàm lượng nước của nó, điều này đặc biệt quan trọng với
những nơi bùn thải được vận chuyển tới một vị trí khác để xử lý hoặc thải bỏ (bùn
đặc dễ dàng để xử lý hơn bùn lỏng). Quá trình loại nước làm giảm khối lượng bùn
thải cần được vận chuyển. Loại nước cũng làm tăng hiệu quả kinh tế khi đốt bùn
thông qua việc làm tăng giá trị nhiệt trị của bùn.
Quá trình loại nước trong bùn thải có thể được thực hiện bằng các thiết bị cơ
khí như: thiết bị gạn (tách ly), các máy ly tâm, ép băng tải hay các máy ép lọc cho
kết quả nồng độ chất rắn đạt tới 20 - 45% (cặn khô). Sự thành công của quá trình
loại nước (sử dụng các thiết bị cơ khí) chủ yếu xoanh quanh các máy móc sử dụng,
bản chất và các tính chất của bùn.

14

1.3.6. Làm khô [18]
Bùn thải được loại nước và làm khô trong bước tiếp theo có một số lợi thế
hơn bùn tươi bởi các lý do sau:
- Giảm khối lượng bùn thải;
- Thuận lợi cho việc lưu trữ và vận chuyển;
- Ổn định vi sinh vật và an toàn cho sức khoẻ;
- Tăng giá trị nhiệt trị.
Hạn chế chính của quá trình làm khô bùn là cần bổ sung năng lượng cho quá
trình. Loại nước bằng các thiết bị cơ khí chỉ là bước đầu tiên trong quá trình làm
khô, sau đó các phương pháp khác nhau sẽ được sử dụng để làm tăng hàm lượng
chất rắn trong bùn > 50%. Về cơ bản có 2 kiểu làm khô bùn: sấy khô một phần đạt
85% và sấy khô hoàn toàn đạt 95% (khối lượng bùn cặn khô).
Một số thiết bị làm khô thường được sử dụng như: thiết bị sấy kiểu quay,
thiết bị sấy kiểu trống, thiết bị sấy kiểu băng tải, thiết bị sấy dùng năng lượng mặt
trời, …
1.3.7. Thiêu đốt và các công nghệ nhiệt khác [28]
Đốt bùn được coi là phương pháp cuối cùng được sử dụng để xử lý bùn thải,
quá trình đốt có thể là đốt trực tiếp, đốt kết hợp trong một quá trình công nghiệp
hoặc đốt cùng với các loại chất thải khác (đồng thiêu đốt).
Việc sử dụng trực tiếp bùn thải trong nông nghiệp, cũng như việc chôn lấp
bùn thải phụ thuộc rất nhiều vào luật pháp và các cơ quan quản lý. Vì lý do này,
phương pháp đốt bùn dự kiến sẽ tăng lên, mặc dù nó cũng phụ thuộc vào các quy
định nghiêm ngặt liên quan đến tiêu chuẩn đốt, dư lượng khí thải và phương pháp
xử lý tro bay và tro đáy.
Quá trình đốt bùn có thể được thực hiện trong các lò đốt được chỉ định hoặc
trong các lò đốt chất thải rắn của thành phố. Một số dạng lò đốt được sử dụng để đốt

15