xử lý bùn cặn hệ thống thoát nước đô thị

TẠP CHÍ MÔI TRƯỜNG ĐÔ THỊ VIỆT NAM ONLINE

Bổ sung nội dung xử lý bùn cặn hệ thống thoát nước đô thị vào TCVN 7957:2008 - thoát nước: Mạng lưới bên ngoài và công rình - tiêu chuẩn thiết kế Cập nhật: 7/8/2012 Trên cơ sở kết quả của đề tài NCKH cấp Bộ Xây dựng “Điều tra khảo sát, đề xuất phương án và công nghệ thích hợp xử lý bùn cặn từ hệ thống thoát nước đô thị (mã số: MT13-09)”, bài báo giới thiệu các nguyên tắc, một số sơ đồ công nghệ, công trình và thiết bị xử lý bùn cặn hệ thống thoát nước đô thị và kiến nghị bổ sung nội dung này vào TCVN 7957: 2008 - Thoát nước: Mạng lưới bên ngoài và công trình - Tiêu chuẩn thiết kế.    1. GIỚI THIỆU CHUNG Hệ thống thoát nước (HTTN) chung của hầu hết các đô thị nước ta có lượng bùn cặn nước thải trong đó rất lớn. Theo các số liệu tổng hợp từ các báo cáo về tình hình thoát nước một số đô thị lớn, bùn cặn từ HTTN thành phố như Hà Nội là khoảng 200.000 tấn/năm, Hải Phòng trên 70.000 tấn/năm. Đối với thành phố Hồ Chí Minh, bùn từ mạng lưới thoát nước trên chiều dài khoảng 9500 km là 500.000 đến 700.000 m3/năm. Bùn cặn nước thải phân bố không đều trên HTTN từ các tuyến cống đến sông, mương và hồ. Số lượng và thành phần của chúng đa dạng, phức tạp, thay đổi theo thời gian và điều kiện khí hậu, thời tiết nên rất khó thu gom, vận chuyển và xử lý. Các loại bùn cặn nước thải có độ ẩm lớn nên thường khó khăn và dễ gây ô nhiễm môi trường khu vực đô thị khi thu gom và vận chuyển. Bùn cặn nước thải sinh hoạt có hàm lượng chất hữu cơ và chất dinh dưỡng cao, nồng độ kim loại nặng và các chất độc hại thấp dễ sử dụng làm phân bón. Tuy nhiên trong bùn cặn chứa nhiều trứng giun sán, vi khuẩn dễ gây bệnh dịch. Đối với HTTN các khu công nghiệp, trong bùn cặn có thể tồn tại kim loại nặng nên khó xử lý và sử dụng. Hiện nay phần lớn bùn cặn đô thị ở các đô thị nước ta được thu gom từ các cống, mương, sông sau đó đổ đống hoặc chôn lấp. Việc vận chuyển và xử lý bùn cặn không hợp vệ sinh gây ô nhiễm nước ngầm, nước mặt và môi trường không khí trong khu vực. Tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia TCVN 7957:2008 - Thoát nước - Mạng lưới bên ngoài và công trình là tiêu chuẩn hướng dẫn thiết kế các công trình thoát nước và xử lý nước thải (XLNT). Tiêu chuẩn gồm 13 chương hướng dẫn tính toán thiết kế mạng lưới thoát nước mưa, nước thải và công trình trên đó, các công trình bơm nước mưa, nước thải và xử lý nước thải, các công trình thoát nước và XLNT đặc biệt,… Tuy nhiên, tiêu chuẩn chỉ đưa ra hướng dẫn thiết kế các công trình xử lý bùn cặn hình thành trong trạm XLNT mà chưa đề cập đến các nội dung vận chuyển và xử lý bùn cặn thu gom từ HTTN đô thị. Một trong những mục tiêu của đề tài NCKH cấp Bộ Xây dựng “Điều tra khảo sát, đề xuất phương án và công nghệthích hợp xử lý bùn cặn từ HTTN đô thị (mã số: MT13-09)” là đề xuất công nghệ cũng như hướng dẫn thiết kế công trình và thiết bị xử lý bùn cặn của HTTN đô thị cho TCVN 7957:2008. 2. CÁC LOẠI BÙN CẶN CỦAMẠNG LƯỚI THOÁT NƯỚC ĐÔ THỊ, KHU CÔNG NGHIỆP VÀ NGUYÊN TẮC XỬ LÝ Bùn cặn mạng lưới thoát nước và kênh mương được nạo vét theo định kỳ và đưa đến các công trình xử lý bùn cặn tập trung của thành phố hoặc ở các bãi chôn lấp hợp vệ sinh. Mục đích xử lý bùn cặn hệ thống thoát nước là:  - Giảm thể tích bùn cặn bằng cách tách một phần lượng nước có trong đó để giảm khối lượng vận chuyển đến nơi tiếp nhận và quy mô của công trình xử lý bùn cặn. - Phân huỷ và chuyển hoá các chất hữu cơ dễ bị thối rữa trong bùn cặn thành các chất mùn hoặc thành các chất vô cơ để giảm khối lượng, dễ tách nước và không gây tác động xấu đến môi trường nơi tiếp nhận và sử dụng chúng. Theo nguồn gốc hình thành, bùn cặn mạng lưới thoát nước được phân thành 3 nhóm: khu chôn lấp chất thải công nghiệp. - Nhóm 1: Bùn cặn cống thoát nước các cụm công nghiệp, khu công nghiệp; - Nhóm 2: Bùn cặn đầu mạng lưới thoát nước đô thị; - Nhóm 3: Bùn cặn kênh, hồ thoát nước. Nguyên tắc xử lý các loại bùn cặn HTTN như sau: - Xử lý bùn cặn nhóm thứ hai Loại bùn cặn này chủ yếu là cát và các loại vật liệu xây dựng khác … Đây là các phần tử vô cơ, tỷ trọng lớn, theo nước mưa tích tụ đầu mạng lưới thoát nước. Loại bùn cặn này sau khi tách nước sơ bộ bằng thiết bị tách nước cơ khí tại điểm thu gom, nạo vét sẽ được đưa về phơi tại bãi chôn lấp bùn cặn đô thị hoặc san nền. - Xử lý bùn cặn nhóm thứ ba Loại bùn cặn này hình thành ở phần hạ lưu tuyến cống thoát nước cấp hai, trong kênh, sông, hồ hoặc trong trạm XLNT đô thị. Thành phần bùn cặn nhóm này chủ yếu là các chất hữu cơ nên sau khi tách nước sơ bộ tại điểm thu gom, được đưa về xử lý hiếu khí cùng quá trình sản xuất phân compost hoặc phân huỷ kỵ khí trong bể metan. Biogas tạo thành được thu hồi sử dụng. Bùn nướcthải sau khi ổn định, có thành phần hữu cơ và chất dinh dưỡng N, P phù hợp với cây trồng được sử dụng làm phân bón. Trứng giun sán và vi khuẩn gây bệnh đã  bị tiêu diệt trong quá trình lên men. Sau khi xử lý loại bỏ được các yếu tố kim loại nặng hoặc vi sinh vật gây bệnh đến mức độ yêu cầu, bùn cặn nước thải có thể sử dụng làm phân bón hoặc làm đất nông nghiệp. Đối với hệ thống thoátnước đô thị, hàm lượng phần lớn kim loại nặng trong bùn cặn ở mức cho phép đối với đất nông nghiệp, đảm bảo quy định của QCVN 03:2008/BTNMT- Quy chuẩn kỹ thuật về giới hạn cho phép của kim loại nặng trong đất. Vì vậy có thể lấy mẫu phân tích từng loại bùn cặn nạo vét được để quyết định phương thức sử dụng bùn cặn từ các mương hồ thoát nước sau khi xử lý. 3. XỬ LÝ KẾT HỢP BÙN CẶN CỐNG MƯƠNG THOÁT NƯỚC VỚI BÙN BỂ TỰ HOẠI Nguyên tắc chung để xử lý kết hợp bùn bể tự hoại và bùn mương cống thoát nước được nêu trên Hình 2. Nước bùn xử lý để phục vụ cho mục đích tưới tiêu và bùn cặn sau quá trình xử lý thu hồi làm nguồn dinh dưỡng cho cây trồng. Trên cơ sở nguyên tắc đề xuất các mô hình và công nghệ phù hợp để xử lý kết hợp phân bùn bể tự hoại, bùn trạm XLNT và bùn mương cống thoát nước các đô thị Việt Nam như sau. - Mô hình 1: Sử dụng cho khu vực dân cư ở các khu đô thị mới phát triển. Hạ tầng cơ sở có hệ thống thoát nước và có trạm xử lý nước thải trung tâm (Hình3). Ưu điểm của mô hình này là đảm bảo vệ sinh môi trường đồng thời mang lại hiệu quả kinh tế đối với các trạm XLNT dư công suất. Tận thu sản phẩm sau quá trình xử lý phục vụ cho mục đích tưới tiêu và thu hồi nguồn dinh dưỡng cho cây trồng. Nhược điểm của công nghệ này là đòi hỏi các trạm XLNT phải được thiết kế đảm bảo sao cho có thể khử được hàm lượng chất bẩn hữu cơ (COD, BOD5) trong phân bùn. Lượng bùn cặn tạo thành trong các công trình xử lý tương đối lớn. - Mô hình 2. Sử dụng cho khu vực dân cư ở các khu đô thị khó thoát nước và không đủ diện tích xây dựng bể tự hoại bên trong khuôn viên nhà và công trình. 4. MỘT SỐ CÔNG NGHỆ VÀ CÔNG TRÌNH XỬ LÝ BÙN CẶN HTTN ĐÔ THỊ VÀ KHU CÔNG GHIỆP KIẾN NNGHỊ ĐƯA VÀO TCVN 7957:2008 a. Tách nước sơ bộ bùn cặn từ cống thoát nước và sông hồ bằng xi-clon thủy lực Bùn cặn mạng lưới thoát nước cả 3 nhóm trên có độ ẩm lớn nên phải được tách nước sơ bộ ngay tại nơi nạo vét bằng các thiết bị cơ khí như xiclon thủy lực, máy ly tâm… Việc tách nước sơ bộ tại điểm tập kết bùn cặn sẽ giảm đáng kể khối lượng vận chuyển cũng như hạn chế được lượng nước chảy dọc đường trên tuyến vận chuyển. Theo cơ sở nghiên cứu trên mô hình thiết bị thực nghiệm, đề tài MT13-09 giới thiệu phương pháp tính toán chế tạo xi-clon thủy lực loại kín (có áp) để tách nước sơ bộ các loại bùn cặn thu gom từ mạng lưới thoát nước đô thị và khu công nghiệp. Đó là các loại xiclon thủy lực với các đặc tính kỹ thuật nêu trong Bảng 1. Độ ẩm của bùn cặn sau khi tách nước từ xiclon thủy lực giảm từ 84-88% xuống còn 82-85%. b. Làm khô và ủ bùn cặn trên bãi ủ Bùn cặn HTTN được vận chuyển về làm khô và ổn định trên bãi ủ. Tại bãi cũng có thể tiếp nhận bùn bể tự hoại hoặc bùn trạm XLNT đô thị. Bùn có hàm lượng hữu cơ (độ không tro) lớn (từ 40 đến 65%), độ ẩm cao (từ 80 đến 95%) và còn chứa nhiều trứng giun sán và vi trùng gây bệnh. Yêu cầu làm khô bùn cặn trên bãi ủ là: - Bùn cặn được ổn định để có thể sử dụng làm nguyên liệu cho phân bón, cải tạo đất, san nền hoặc sử dụng cho các mục đích dân sinh khác; - Các tác nhân ô nhiễm trong bùn cặn (nước rỉ bùn, vi khuẩn gây bệnh, mùi hôi, khí gây cháy nổ…) phải được xử lý đảm bảo các quy định về môi trường; - Bùn cặn được làm khô để dễ vận chuyển và sử dụng. Theo sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý bùn cặn trên bãi ủ Hình 6, bùn cống thoát nước được vận chuyển về đổ trên bãi ủ. Nước bùn rút theo hệ thống ống thu nước phía dưới và được xử lý trong bãi lọc ngầm và hồ sinh học tùy tiện. Bùn được ủ bằng cách tạo các luống tại các bãi thành từng luống với kích thước như sau: - Chiều cao luống: 1,5m. - Chiều rộng đỉnh luống: 1m - Chiều rộng đáy luống: 4m. - Chiều dài luống từ: 30m-50m. Quá trình ủ gồm 2 giai đoạn chính: giai đoạn ủ chính là 8 tuần và giai đoạn ủ kỹ là 6 tháng. Trong giai đoạn ủ chính cần phải đảm bảo cho luống đủ độ ẩm bằng cách thỉnh thoảng cần tưới nước để đảm bảo quá trình vi sinh vật hoạt động được tốt. Giai đoạn ủ kỹ không cần tưới nước. Để đảm bảo điều kiện bãi ủ được thoáng khí cho các vi sinh vật hoạt động các luống ủ cần phải xốp, do đó dùng máy đảo để đảo luống trong thời gian ủ chính là 1 tuần 1 lần trong 2 tuần đầu và 2 tuần 1 lần trong 6 tuần còn lại. Trong thời gian ủ kỹ cần đảo luống 1 tháng 1 lần. Các điều kiện cơ bản quá trình ủ bùn cặn: - Nhiệt độ bãi ủ: 50-600C - Độ pH: 5-9 - Độ ẩm giai đoạn ủ chính: 55%, giai đoạn ủ kỹ: 30%. - Đảm bảo đủ ôxi cho các luống ủ. Sau khi ủ xong, bùn nước thải được đưa lên hệ thống máy sàng và phân loại. Nguyên liệu qua sàng được phối trộn một số chất phụ gia khác tùy theo yêu cầu của sản phẩm để đưa đi tiêu thụ (nguyên liệu làm phân compost). Một số chất hữu cơ còn lại được đưa quay trở lại quá trình ủ để xử lý thêm. Các phế thải, chất vô cơ được xử lý bằng cách đưa đi chôn lấp. Trước khi đưa đi xử lý trong bãi lọc ngầm và hồ sinh học nước bùn được tập trung trong hồ chứa. Nước bùn được xử lý trong bãi lọc ngầm và trong hồ sinh học với tổng thời gian lưu nước bùn trong hệ thống từ 30 đến 60 ngày. Tính toán  các công trình bãi lọc ngầm và hồ sinh học theo hướng dẫn của tiêu chuẩn thiết kế TCVN 7957:2008. Nước bùn đảm bảo các tiêu chuẩn xả ra nguồn nước mặt loại B theo   quy   định  của   QCVN 25:2009/BTNMT- Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải bãi chôn lấp chất thải rắn với các chỉ tiêu như BOD5 < 30 mg/L, COD <100 mg/L, TN <20 mg/L. c. Xử lý kim loại nặng trong bùn cặn cống thoát nước và sông hồ bằng bãi lọc trồng cây Phương pháp xử lý bùn cặn chứa kim loại nặng từ hoạt động nạo vét mạng lưới thoát nước và sông hồ nhờ vào hệ thống vi sinh vật cư trú trên bộ rễ của các loại cây thân cỏ. Oxy vận chuyển từ lá, thân cây vào rễ để cung cấp cho vi khuẩn trong đất và bám trên rễ cây. Các chất hữu cơ được phân hủy. Các chất dinh dưỡng như N, P,… cũng được chuyển thành sinh khối cây trồng. Mặt khác kim loại nặng được tích tụ trong sinh khối thực vật nhờ quá trình hấp thụ qua bộ rễ. Theo sơ đồ nêu trên Hình 7, nước thấm (rỉ) từ bùn cặn xuống phía dưới được lọc qua lớp đá vôi (CaCO3) và bơm về một bể chứa. Tại đây bằng biện pháp kiềm hóa bổ sung (vôi hoặc xoda để nâng pH), các hydroxit kim loại hình thành và kết tủa. Kim loại nặng được thu hồi để tái sử dụng hoặc đưa đi xử lý riêng. Trong lớp vật liệu lọc cũng diễn ra quá trình khử sunphat tạo thành S2-. Các vi khuẩn khử sunphat tạo ra môi trường có pH thấp và khi pH thấp, kim loại nặng chuyển thành dạng hòa tan (lớp bùn cặn ở vùng thiếu khí). Quá trình khử kim loại nặng trong bùn cặn phụ thuộc rõ rệt vào pH. pH càng thấp, quá trình khử càng tăng. Như vậy hàm lượng kim loại nặng trong bùn cặn được giảm xuống, đảm bảo yêu cầu chất lượng đất nông nghiệp hoặc các loại đất sử dụng cho mục đích khác  theo  quy  định  của  QCVN 03:2008/BTNMT. Bãi lọc ngập nước sâu từ 1,2 đến 1,5 m. Vật liệu lọc gồm 2 lớp: Lớp bùn cặn phía trên dày khoảng 0,8 đến 1,0 m và lớp đá vôi hoặc cuội kích thước 4x6 mm. Cây trồng trên bãi lọc là loại thân thảo rễ chùm và chịu nước như cỏ vetiver, cỏ sữa, sậy, lác,… Thời gian hoạt động của 1 chu kỳ thường từ 3-6 tháng. d. Xử lý kết hợp bùn bể tự hoại với bùn cống thoát nước theo nguyên tắc AO có MBRBùn bể tự hoại có độ ẩm lớn (92- 95%), hàm lượng hữu cơ và nitơ cao, chứa nhiều trứng giun sán và vi khuẩn gây bệnh. Bùn bể tự hoại có thể xử lý kết hợp với bùn cống thoát nước thu gom từ các cống và mương với tỉ lệ khối lượng bùn bể tự hoại: bùn cống mương thoát nước là 1:4 đến 1:1 phụ thuộc vào độ ẩm, đặc điểm và vị trí nạo vét bùn hệ thống thoát nước. Theo sơ đồ công nghệ nêu trên Hình 8, các loại bùn được vận chuyển về bể chứa bùn ướt tập trung. Tại đây bùn cống thoát nước được trộn đều với bùn bể tự hoại bằng các máy khuấy cơ khí. Thời gian lưu bùn trong bể tập trung không quá 1 ngày. Hỗn hợp bùn nước được qua song chắn rác và hố tách cát để loại các vật thể lớn và các tạp chất vô cơ như cát, sỏi. Hỗn hợp bùn nước sau đó qua bể lắng kết hợp keo tụ. Phần bùn lắng được bơm về thiết bị li tâm tách nước bùn tiếp tục để độ ẩm của bùn dưới 80% vận chuyển đi phối trộn với rác thải sinh hoạt hoặc các bùn bã hữu cơ khác để làm phân compost. Nước bùn sau bể lắng và sau quá trình tách li tâm được đưa về bể chứa nước thải (bể điều hòa) để đưa đi xử lý tiếp tục theo nguyên tắc thiếu khí – hiếu khí AO (Anoxic – Oxic) có kết hợp ngăn màng lọc sinh học MBR (membrane bioreactor). Tuy nhiên do hàm lượng hữu cơ (BOD) và nitơ amoni trong nước bùn cao, nước thải sau bể MBR được xử lý tiếp tục trong bể nitrat hóa. Tại đây phầnlớn nitơ amoni được chuyển thành nitơ nitrat. Từ ngăn nitrat hóa, hỗn hợp bùn cặn liên tục được đưa về ngăn anoxic với hệ số tuần hoàn phụ thuộc vào hàm lượng BOD5 và nitơ amoni trong nước bùn. Nước thải được bơm từ ngăn MBR đảm bảo các quy định của QCVN 25:2009/BTNMT và xả ra môi trường bên ngoài. Nước bùn được xử lý đảm bảo yêu cầu môi trường theo các quy định của QCVN 40:2011/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp, QCVN 25:2009/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải bãi chôn lấp chất thải rắn.