Thực trạng và công nghệ xử lý phân bùn bể phốt

Phân bùn bể phốt là một trong những loại chất thải có tính độc tố cao nhưng lại chứa nhiều thành phần hữu cơ có thể tận dụng tái sử dụng. Tuy nhiên, thực tế tại Việt Nam đang còn nhiều khó khăn và hạn chế trong việc quản lý cũng như lựa chọn và ứng dụng công nghệ xử lý loại chất thải này. Vấn đề vận chuyển và xử lý phân bùn đang là một vấn đề nhức nhối cần được đưa ra giải pháp hợp lý và cấp thiết.

Thực trạng

Hiện nay hầu hết phân bùn sau khi được hút lên thường được đổ thẳng ra bãi chôn lấp cùng với các loại rác thải đô thị. Hoặc xả trực tiếp vào các hồ nuôi cá, hoặc bón cho các loại rau quả. Điều này không những gây ô nhiễm môi trường mà còn là nguy cơ tác động trực tiếp tới sức khoẻ cộng đồng. Vì vậy vấn đề vận chuyển và xử lý phân bùn, đặc biệt tại thủ đô Hà Nội đang là một vấn đề nhức nhối cần được đưa ra giải pháp hợp lý và cấp thiết.

Thực tế tại nước ta, bùn thải đang rơi vào tình trạng thiếu thốn trong công tác xử lý (đối với các quá trình sử dụng bùn hoạt tính) nhưng lại quá thừa trong công tác thu gom. Cùng với đó, không phải tất cả các loại bùn sản sinh từ bể phốt hay hệ thống xử lý nước thải đều được xử lý theo đúng quy chuẩn kỹ thuật đã ban hành.

Các nhà máy, doanh nghiệp và xưởng sản xuất hiện nay thường thu gom bùn thải và xả ra những địa điểm vô định. Nhất là các vùng hẻo lánh để giảm thiểu tối đa chi phí xử lý bùn. Phớt lờ hậu quả nghiêm trọng có thể gây ra cho môi trường cũng như sức khỏe của cộng đồng.

Thời gian qua, hàng loạt các vụ đổ trộm phân bùn bể phốt (PBBP), rác thải nguy hại diễn ra trên địa bàn thành phố. Đặc biệt là tại tuyến đường gom Đại lộ Thăng Long khiến dư luận vô cùng bức xúc. Thế nhưng, dù các đơn vị có liên quan đã nhiều lần “kêu cứu”, lực lượng chức năng cũng đã biết, kiểm tra nhưng đến nay, hành vi trên vẫn diễn ra như cơm bữa.

Thực tế, phân bùn bể phốt là một trong những loại chất thải có tính độc tố cao nhưng lại chứa nhiều thành phần hữu cơ có thể tận dụng tái sử dụng như: “Tái sử dụng chất thải, xử lý làm phân bón hữu cơ”, “xử lý phối trộn phân bùn với rác thải hữu cơ qui mô công nghiệp”, “Sử dụng bể mê-tan tạo ra khí sinh học nhằm sử dụng làm năng lượng cho máy phát điện’…

Hiện nay, tại thành phố Hà Nội chưa có một thống kê cụ thể nào về khối lượng bùn bể tự hoại (BTH) phát sinh. Tuy nhiên theo ước tính từ số liệu 5 năm trở lại đây lượng bùn BTH phát sinh từ các nhà dân, nhà hàng, khách sạn, chợ, nhà vệ sinh công cộng… dao động từ 530 tấn/ngày đến 630 tấn/ngày với tỉ lệ gia tăng trung bình 4%/năm.

Theo ước tính, đến năm 2030 trung bình trên địa bàn thành phố Hà Nội sẽ phát sinh mỗi ngày khoảng 900 tấn bùn BTH. Riêng khu vực trung tâm phía Tây sông Nhuệ (các lưu vực thoát nước thải S1, S2 và S3) của thành phố Hà Nội, theo tính toán của Tiến sĩ Vũ Thị Hoài Ân – Trường Cao đẳng Xây dựng công trình và Đô thị (2020), đến năm 2030 với diện tích 10.863,5 ha và số dân 2.145.437 người thì số lượng bùn BTH hút và thu gom được mỗi ngày là 683,5 m3. Theo Quy hoạch xử lý chất thải rắn Thủ đô Hà Nội đến năm 2030 và tầm nhìn đến năm 2050, thành phố sẽ bố trí 17 khu vực xử lý chất thải rắn bao gồm cả xử lý phân bùn BTH. Tuy nhiên với phương thức thu gom và cách chôn lấp như hiện nay, các bãi chứa bùn có diện tích rất lớn, khó thu hồi đất để xây dựng và kiểm soát ô nhiễm môi trường do bùn BTH sẽ gặp nhiều bất cập. Ngoài ra bã cặn không được sử dụng làm nguồn nguyên liệu phân bón sẽ là một sự lãng phí lớn.

Phân bùn BTH là phân bùn tạo ra từ các bể tự hoại (cặn lắng, váng nổi hoặc dạng lỏng). Quá trình hình thành phân bùn được diễn ra chủ yếu trong các bể tự hoại. Bể tự hoại tiếp nhận các sản phẩm bài tiết của con người từ các công trình vệ sinh, xử lý phần chất lỏng bằng cách lắng chất rắn. Phần chất rắn trong bùn cặn là 660 g/kg, tỷ trọng điển hình của cặn lắng đáy dạng bùn là 1,4 – 1,5 t/m3 (gần giống cặn lắng nước thải) và hàm lượng nước (độ ẩm) là 50%.

Khác với nước thải, tính chất của phân bùn tuỳ thuộc vào thời gian lưu trong bể tự hoại. Thành phần hữu cơ của các loại phân bùn từ các công trình vệ sinh có thời gian sử dụng khác nhau.

Đánh giá ô nhiễm

Phân bùn bể phốt thông thường: đây là loại phân bùn được lấy từ bể tự hoại của nhà dân, trại giam hay các cơ quan xí nghiệp. Đặc trưng của loại phân bùn này là được lưu giữ nhiều năm (từ 1 đến 5 năm), lượng phân bùn này chiếm khoảng 70% khối lượng hỗn hợp phân bùn.

Phân bùn bể phốt tươi: loại phân bùn này thường xuất hiện tại các khu vệ sinh công cộng, chưa có đủ thời gian để phân bùn có thể lên men yếm khí, chiếm 5% khối lượng hỗn hợp phân bùn.

Phân bùn lẫn các tạp chất vô cơ: ví dụ như các sợi bông lơ lửng,các chất vô cơ không dễ lắng,… lý do xuất hiện các tạp chất vô cơ này là do thói quen xả thải hoặc sản xuất kinh doanh, loại phân bùn này hay được tìm thấy tại bể tự hoại của các khu công nghiệp, một vài công trình công cộng, loại này chiếm khoảng 12% khối lượng hỗn hợp phân bùn.

Phân bùn lẫn dầu mỡ: đây là loại tạp chất khá phổ biến trong các bếp ăn của gia đình, nhà hàng,… cần có biện pháp xử lý thích hợp vì dầu, mỡ không tan và cũng không lắng nếu không sẽ gây ảnh hưởng đến các quá trình xử lý khác, chiếm 5% khối lượng hỗn hợp phân bùn.

Phân bùn đã xử lý sơ bộ bằng hóa chất: thường xuất hiện tại các bể chứa phân bùn của máy bay,tại sân bay, người ta thường xử lý sơ bộ để ức chế sự phân hủy của phân bùn, ngăn giảm mùi hôi, chiếm 8% khối lượng hỗn hợp phân bùn.

Có thể thấy lượng bùn thông thường chiếm đa số. Ngoài ra, phân bùn tươi và phân bùn chứa dầu mỡ chiếm tỷ trọng thấp nhưng đây là hai loại phân bùn khó xử lý do nó nổi trên bề mặt của hỗn hợp.

So sánh với phân bùn bể tự hoại sinh hoạt thông thường, có thể nhận thấy rõ sự khác biệt trong thành phần phân bùn đầu vào tại trạm xử lý khá phức tạp, phân bùn bể tự hoại tại đây có thêm một số thành phần chiếm tỷ trọng nhỏ nhưng lại gây khó khăn lớn trong quá trình xử lý nếu sử dụng các dây chuyền xử lý phân bùn bể phốt truyền thống: đó là các tạp chất vô cơ (các sợi bông cặn lơ lửng), lượng phân bùn tươi, dầu mỡ… Vì vậy đòi hỏi phải có dây chuyền xử lý các tạp chất trên trước khi xử lý bùn thông thường.

Phân bùn bể tự hoại có độ ẩm lớn, khoảng 99,5%, phân bùn sau xử lý cần phải giảm đến độ ẩm thích hợp phù hợp với quy trình ủ phân

Tỷ lệ BOD/COD < 0,5 cho thấy hỗn hợp phân bùn có thành phần vô cơ nhiều, không xử lý hoàn toàn bằng phương pháp sinh học. So sánh với mẫu phân bùn thải thông thường tại Hà Nội, các chỉ số của mẫu phân bùn bể tự hoại cơ bản đều nằm trong khoảng giá trị đặc trưng, tuy nhiên vẫn ở mức cao.

Công nghệ xử lý phân bùn bể phốt

Công nghệ xử lý chi phí thấp

Các phương pháp xử lý phân bùn với chi phí thấp đã được nhiều nước trên thế giới nghiên cứu và áp dụng như Thái Lan, Philippin, Tanzania, Ghana… Theo kết quả nghiên cứu trên thế giới, công nghệ xử lý phân bùn có thể kết hợp hai hay nhiều phương pháp xử lý khác nhau phụ thuộc vào điều kiện và mục tiêu xử lý của từng vùng.

Xử lý phân bùn chi phí thấp đã bắt đầu được thử nghiệm áp dụng ở Việt Nam trong quá trình thực hiện dự án, các chuyên gia EAWAG.SANDEC Thụy Sỹ đã cùng nhóm nghiên cứu phân bùn (FSM) của Trường Đại học Xây dựng hợp tác tích cực với Công ty Môi trường đô thị Nam Định, Hà Nội, Đà Nẵng và Hải Phòng với công nghệ chính là sử dụng khả năng đồng hoá chất dinh dưỡng của cây trồng trong các ngăn lọc (bãi lọc có trồng cây).

Kết quả nghiên cứu đã cho thấy bãi lọc ngầm trồng cây với dòng chảy đứng áp dụng vào xử lý phân bùn trong điều kiện Việt Nam cho hiệu quả giảm nitơ từ 25% đến 32% và phốt pho từ 18% đến 22%. Nhiều loại cây trồng phong phú, sẵn có ở Việt Nam có thể sử dụng trong xử lý phân bùn như cây cói (Scirpus triangulatus), cây dong riềng (Canna); cây sậy (Pragmites communis) với các tải trọng khác nhau tuỳ vào từng điều kiện cụ thể của địa phương.

Tái chế và xử lý phân bùn công nghệ cao

Hệ thống xử lý và tái chế phân bùn công nghệ cao (Hệ thống SAN Tre-Cycling) đang được áp dụng tại Nhật Bản là hệ thống tổng hợp có thể xử lý các loại bùn hữu cơ tỷ trọng cao bao gồm phân tươi từ các công trình vệ sinh, bùn Jokaso, bùn bể tự hoại, bùn cống, bùn thức ăn công nghiệp, rác nhà bếp và phế thải động vật.

Trạm xử lý của hệ thống San Tre-Cycling có thể xử lý bùn đã thu gom, phân bắc tươi, phế thải từ thực phẩm và phế thải động vật.

Nguyên tắc hoạt động: Hệ thống xử lý phân bùn được đặt cách xa nơi phát sinh gồm các công đoạn chủ yếu sau: Thông hút phân bùn từ các công trình vệ sinh; Vận chuyển phân bùn bằng xe téc chuyên dụng đến trạm xử lý.

Phân bùn được bơm vào các bể chứa và xử lý theo phương pháp hiện đại theo 2 hướng: Những chất thải không sử dụng được sẽ được phân loại và được đưa qua hệ thống bể xử lý sinh học đảm bảo các tiêu chuẩn vệ sinh; Những chất thải có chứa nhiều chất hữu cơ sẽ được tách ra và được trộn với rác hữu cơ đã được nghiền và phân loại. Hỗn hợp này được đưa vào bể mê-tan, khí sinh học được sử dụng làm năng lượng cho máy phát điện. Cặn còn lại tiếp tục được xử lý hiếu khí trong bể phối khí có bùn hoạt tính. Bùn sau khi tách nước, xử lý phối trộn với rác thải hữu cơ để chế biến phân compost.

Ưu điểm của Hệ thống SAN Tre-Cycling là có thể cải thiện đáng kể điều kiện vệ sinh một cách hiệu quả về chi phí, đặc biệt ở những nơi chưa phát triển hệ thống cống thoát nước đồng bộ. Khi phát triển hệ thống thoát nước, trạm xử lý của hệ thống SAN Tre-Cycling sẽ được sử dụng để xử lý bùn thải từ các trạm xử lý nước thải và phân bùn từ các công trình vệ sinh tại chỗ ở khu vực không thuộc phạm vi phục vụ của hệ thống cống thoát nước.

Các ưu điểm của công nghệ khử nitơ nồng độ cao bằng màng: Có thể loại bỏ BOD9, SS, COD, Tổng N, Tổng P và khử màu thông qua quá trình khử nitơ/nitơrat hoá dùng màng và xử lý công nghệ cao bao gồm đông tụ và hấp thụ bằng than hoạt tính; Màng có thể giữ cho hỗn hợp gồm chất lỏng và chất rắn lơ lửng có nồng độ cao trong các bể phản ứng sinh học ở trạng thái phù hợp nhất; Màng có thể phân tách nước đã xử lý và bùn, do đó không cần phải liên tục theo dõi; Không đòi hỏi pha loãng và do đó tiết kiệm không gian lắp đặt và chi phí bảo trì.

Nhược điểm của Hệ thống SAN Tre-Cycling đó là chi phí đầu tư lớn, quy trình vận hành phức tạp, sử dụng công nghệ màng dễ gây tắc màng và không đảm bảo hoạt động ổn định do tính chất phân bùn bể phốt tại Việt Nam còn nhiều dầu mỡ…

Giải pháp công nghệ mới

Tổng hợp kết quả từ các công tác lấy thông tin, trực tiếp khảo sát hiện trạng một số trạm xử lý, lấy mẫu và phân tích thành phần, tính chất phân bùn kết hợp với nghiên cứu hiện trạng dây chuyền, Công ty TNHH MTV Ứng dụng Kỹ thuật và Sản xuất (TECAPRO) đã một lần nữa chỉ ra các vấn đề cần phải giải quyết khi xử lý phân bùn bể tự hoại tại Việt Nam và đặc biệt là Hà Nội như sau:

(1) Có nhiều chất thải rắn, vô cơ lẫn trong phân bùn;
(2) Phân bùn có nhiều dầu mỡ;
(3) Phân bùn có nhiều chất thải lơ lửng, khó lắng;
(4) Phân bùn có lẫn phân bùn tươi;
(5) Cần phải ổn định bùn;
(6) Phân bùn có mùi hôi thối khó chịu nên cần phải có hệ thống thu gom xử lý mùi.

Bùn bể phốt được thu gom và vận chuyển từ các nguồn thải bằng ô tô chuyên dùng đưa về bể gom trong trạm xử lý, qua mương dẫn, tại đây đặt song chắn rác thô mục đích tách những loại rác thô,… (những chất thải rắn có kích thước > 10mm). Rác sau đó sẽ được thu gom và đem đi chôn lấp hoặc xử lý theo quy định về xử lý chất thải rắn.

Bùn qua song chắn rác thô sẽ được đưa qua lược rác tinh và vào bể ổn định, bể này sẽ có tác dụng ổn định bùn về tính cơ lý hóa, hệ thống bể ổn định gồm 02 bể hoạt động luôn phiên, bùn sau khi được ổn định sẽ đưa vào hệ máy ép bùn ly tâm, rác tinh sẽ được thu gom và đem đi xử lý theo quy định về xử lý chất thải rắn.

Bùn từ bể ổn định sẽ được bơm lên máy ép ly tâm tách bùn, cặn rắn ra khỏi nước, máy ép ly tâm hoạt động liên tục, theo nguyên tắc quán tính. Phần bùn cặn sẽ được tách riêng ra, bổ sung vi sinh vật hữu hiệu để khử mùi và phân giải nhanh các chất hữu cơ có trong bùn giúp hạn chế ruồi nhặng, sinh vật gây hại và giảm ẩm và tiến hành quy trình tạo phân hữu cơ. Phần nước được tách sau máy ép sẽ được đưa sang hệ thống xử lý nước. Hiệu quả tách bùn qua máy ép ly tâm đạt từ 80% đến 90%, bùn được tách hầu hết ra khỏi bùn thải sẽ giúp các công đoạn xử lý sau dễ dàng và đạt hiệu quả cao hơn.

Nước thải áp dụng công nghệ hóa lý kết hợp vi sinh học cùng chế phầm nZVI (nano sắt 0) để loại bỏ hàm lượng ô nhiễm theo Quy chuẩn xả thải.

Nước sau tách bã sẽ được thu vào Bể điều hòa có khuấy trộn bằng khí nén sẽ giúp ổn định nồng độ và lưu lượng các chất ô nhiễm, giúp các công đoạn xử lý sau không bị sốc tải, sốc dinh dưỡng hoạt động ổn định và hiệu quả. Tiếp theo sẽ được xử lý qua bước tuyển nổi.

Tại bể tuyển nổi, hỗn hợp nước thải tiếp tục được dẫn sang bể tuyển nổi dạng bọt khí mịn, tại công đoạn này, khí được cấp vào trong bể nhờ máy nén khí dưới áp lực cao, tại đây nước và không khí được hòa trộn. Nước bão hòa không khí chảy vào ngăn tuyển nổi của bể tuyển nối, qua một van giảm áp suất, áp suất được giảm đột ngột về áp suất khí quyển. Những bọt khí mịn được tách ra và dính bám vào các hạt cặn trong nước, các chất rắn lơ lửng khó lắng, quá trình tuyển nổi được hình thành tạo các mảng cặn trên bề mặt và được gạt ra nhờ hệ thống băng tải. Sau quá trình tuyển nổi có khả năng giảm TSS, dầu mỡ, váng nổi… Bùn và váng nổi sau khi tách ra sẽ được đưa đến bể bùn, nước sau quá trình tuyển nổi sẽ đi vào công đoạn xử lý nước. Công đoạn này sẽ giúp loại bỏ được khó khăn mà phân bùn tại Việt Nam gặp khó đó là các chất hoạt động bề mặt, các váng dầu nổi… Nước thải sau đó qua các bước hóa lý.

Bể hóa lý có chức năng loại bỏ hàm lượng Amoni, photpho và đặc biệt là hàm lượng kim loại nặng phát sinh trong quá trình thu gom. Hệ thống vi sinh A-O kết hợp nano sắt 0, trong nước thải có chứa các hợp chất Nito và Photpho, những hợp chất này cần được loại bỏ khỏi nước thải.

Tại bể thiếu khí (Anoxic) trong điều kiện thiếu khí, hệ vi sinh vật thiếu khí phát triển xử lý N, P thông qua quá trình khử Nitrat và Photphoril.

Tại bể hiếu khí, nhờ quá trình cấp khí cưỡng bức nhằm đảm bảo nồng độ oxy trong bể khoảng 2 mg/lít để cung cấp dưỡng khí cần thiết cho vi sinh vật hiếu khí phân hủy sinh hoạt các hợp chất hữu cơ. Tại đây nhờ quá trình phân hủy các chất hữu cơ dưới tác dụng của vi sinh vật hiếu khí, xử lý toàn bộ các chất hữu cơ. Hiệu suất xử lý đạt 80% đến 90% tổng lượng BOD có trong nước thải.

Ngoài ra, hệ thống vi sinh sẽ được kết hợp cùng hạt nano sắt 0 nhằm tăng khả năng loại bỏ ô nhiễm của vi sinh dưới các tác động sau:

Tác động của các hạt nano sắt đối với sự phát triển số lượng lớn của vi sinh vật trong nước thải: Các hạt nano Fe tăng cường sự phát triển của các tế bào vi khuẩn trong nước thải. Ảnh hưởng của các hạt nano đối với sự phát triển của vi khuẩn có là do tổng hàm lượng chất rắn dễ bay hơi trong nước thải.

Trong thực tế, chúng tôi đã chứng minh rằng có thể tăng cường sự phát triển của vi khuẩn và thực hiện xử lý nước thải sinh học bằng cách sử dụng tổ hợp kim loại dựa trên các hạt nano. Các hạt nZVI được thêm vào một cộng đồng vi khuẩn hỗn hợp và sự phát triển của vi khuẩn được nhận thấy tang trưởng rõ rệt qua các hoạt động kiểm tra. Ngoài ra, khả năng phản ứng của nZVI được tăng cường khi có thêm một kim loại thứ hai để tạo thành cái gọi là các hạt nano lưỡng kim. Sự phát triển của vi khuẩn tăng lần lượt là 53,84% và 84,61% khi tiếp xúc với xử lý nZVI và Cu / nZVI. Các đặc trưng của kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và nhiễu xạ tia X (XRD) cho thấy các hạt nano Cu / nZVI có khả năng phân tán cao hơn và độ kết tụ thấp hơn so với nZVI trần. Ngoài ra, nhu cầu oxy hóa họcHiệu suất loại bỏ (COD) tăng lên lần lượt là 33,21%, 55,30% và 61,24% trong các phản ứng nZVI và Cu / nZVI đối chứng. Tác động thay đổi môi trường đối với sự phát triển của tế bào vi khuẩn đã được nghiên cứu và kết quả cho thấy rằng các khuẩn lạc vi sinh vật có độ nhạy cao hơn với xử lý nZVI trong một môi trường khác. Các điều kiện hệ thống rất khác nhau, và sự thay đổi của nồng độ oxy có thể làm giảm bớt tác động tiêu cực. Thực tiễn đã chứng minh rằng các hạt nano nZVI có tác dụng tích cực đối với sự phát triển của vi khuẩn có nguồn gốc từ chế phẩm nuôi cấy hỗn hợp cũng như trong quá trình xử lý nước thải sinh học.

Xử lý hoàn thiện để loại bỏ độ màu, hàm lượng coliform và sinh khối dư trong nước thải sau quá trình xử lý sinh học. Nước thải sau đó sẽ được quan trắc tự động trước khi xả thải ra ngoài môi trường.

Đề xuất, kiến nghị

Ở hầu hết các đô thị Việt Nam, phân bùn BTH sau khi được thông hút thường được đổ thẳng ra bãi chôn lấp cùng với các loại rác thải đô thị, hoặc xả trực tiếp vào các hồ nuôi cá, hoặc sử dụng trực tiếp để bón cho các loại rau quả. Điều này không những gây ô nhiễm môi trường mà còn là nguy cơ tác động trực tiếp tới sức khoẻ cộng đồng. Tuy nhiên trong những năm gần đây, vấn đề nghiên cứu công nghệ xử lý loại chất thải này đã và đang bắt được sự quan tâm.

Để giải quyết một cách hiệu quả vấn đề thu gom xử lý phân bùn tự hoại trong nước, cần một số giải pháp sau:

Các cơ quan quản lý nhà nước cần hoàn thiện các luật, chính sách liên quan phân bùn tự hoại giúp chính quyền địa phương quản lý hoạt động thu gom, quản lý và xử lý bùn thải hiệu quả hơn.

Công tác tuyên truyền, nâng cao nhận thức cho cộng đồng và doanh nghiệp về mức độ ô nhiễm của phân bùn tự hoại, sự cần thiết phải hút bùn định kỳ là rất cần thiết nhằm bảo vệ sức khỏe người dân và bảo vệ môi trường địa phương.

Việc thu gom bùn thải của các công ty nhà nước và tư nhân cần phải được giám sát chặt chẽ nhằm đảm bảo hoạt động được thực hiện đúng qui định, đảm bảo kinh tế cho doanh nghiệp và vê sinh môi trường cho cộng đồng.

Sự hợp tác giữa chính quyền địa phương và các nhà khoa học, các tổ chức là cần thiết nhằm đưa ra các giải pháp công nghệ xử lý bùn thải với chi phí hợp lý, thân thiện với môi trường, dễ vận hành và quản lý. Ngoài ra, việc nghiên cứu tái sử dụng bùn thải có thể mang lại hiệu quả kinh tế, tác động xã hội và bảo vệ môi trường tại các đô thị của Việt Nam.