zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Khoa Học Tự Nhiên

» Môi trường

Nghiên cứu một số tính chất và đánh giá khả năng tái sử dụng của bùn thải đô thị Hà Nội

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Báo xấu

10
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Nghiên cứu một số tính chất và đánh giá khả năng tái sử dụng của bùn thải đô thị Hà Nội tập trung đánh giá thành phần bùn thải được nạo vét từ mạng lưới mương, cống thoát nước và một số hồ Hà Nội.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu một số tính chất và đánh giá khả năng tái sử dụng của bùn thải đô thị Hà Nội

KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC TOÀN QUỐC TRÁI ĐẤT, MỎ, MÔI TRƯỜNG BỀN VỮNG LẦN THỨ V Doi: 10.15625/vap.2022.0178 NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH CHẤT VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TÁI SỬ DỤNG CỦA BÙN THẢI ĐÔ THỊ HÀ NỘI Nguyễn Mạnh Khải *, Nguyễn Xuân Huân, Trần Thị Minh Hằng, Phạm Thị Thúy 0F Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội TÓM TẮT Nghiên cứu về tính chất bùn thải góp phần quan trong việc quản lý, tái sử dụng bùn thải cho mục đích khác nhau. Nghiên cứu này được triển khai lấy mẫu bùn thải trên hệ thống sông thoát nước đô thị trên địa bàn Hà Nội và phân tích các đặc tính lý hóa học của bùn thải. Kết quả nghiên cứu cho thấy, thành phần cấp hạt của các mẫu bùn chủ yếu là cát, dao động từ 86,8 % đến 58,7 % với xu hướng giảm dần theo chiều dài sông từ thượng lưu đến hạ lưu, pH dao động từ 6,89 đến 7,65 ở mức trung tính đến hơi kiềm, hàm lượng chất hữu cơ dao động từ 4,1 đến 36,4 % và có sự chênh lệch khá lớn giữa các mẫu. Hàm lượng Cl-, SO42- dao động từ 0,09 - 1,23 %. Thành phần SiO2 dao động từ 36,8-82,8 %. Hàm lượng Zn và Cr dao động từ 220 - 2.213,9 mg/kg và 24 - 320 mg/kg vượt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng trầm tích (QCVN 43:2017/BTNMT) từ 1,1 - 7,0 lần. Thành phần Cu, Ni, Pb thấp hơn giới hạn tối đa cho phép trong QCVN 43:2017/BTNMT. Kết quả đánh giá ban đầu cho thấy, bùn thải đô thị trên địa bàn Hà Nội có khả năng tái sử dụng cho mục đích khác nhau như làm vật liệu xây dựng, thu hồi năng lượng. Từ khoá: Bùn thải, đô thị, tính chất, tái sử dụng. 1. MỞ ĐẦU Bùn đô thị là hỗn hợp chất rắn và nước phát sinh từ hệ thống thoát nước và nước thải đô thị. Các loại nguồn phát sinh gồm (1) bùn từ hệ thống thoát nước đô thị (được nạo vét từ mạng lưới mương, cống thoát nước và hồ điều hòa); (2) bùn từ các nhà máy xử lý nước thải và (3) bùn bể tự hoại…. Bùn thải thoát nước đô thị có thành phần phức tạp, ngoài việc có chứa hàm lượng chất hữu cơ, chất dinh dưỡng cao, bùn thải đô thị còn chứa nhiều chất ô nhiễm tiềm tàng như kim loại nặng, chất hữu cơ khó phân hủy, vi khuẩn gây bệnh, trứng giun sán và có mùi hôi, khó chịu [1 - 3]. Lượng bùn thải phát sinh từ mạng lưới thoát nước giữa các đô thị rất khác nhau, dao động từ hàng chục nghìn đến hàng trăm nghìn m3/năm, tùy thuộc vào quy mô đô thị và cấu trúc mạng lưới thoát nước. Bùn cặn trong mạng lưới thoát nước của thành phố Hà Nội được phân tán rộng khắp theo hệ thống thoát nước đô thị, đặc biệt được tập trung lắng ở các hố ga và các hồ, ao trong hệ thống thoát nước. Các loại bùn cặn nước thải có độ ẩm lớn nên thường khó khăn trong vận chuyển và xử lý, dễ gây ô nhiễm môi trường khu vực đô thị. Hiện nay, bùn thải hệ thống thoát nước đô thị Hà Nội do Công ty Thoát nước Hà Nội nạo vét và xử lý tập trung tại khu C bãi bùn Yên Sở bằng giải pháp chôn lấp [4, 5]. Tuy nhiên, quỹ đất dành cho chôn lấp bùn thải là có giới hạn do đó cần thiết phải nghiên cứu đề xuất các giải pháp xử lý thu hồi tài nguyên vật chất, năng lượng từ bùn thải hết sức quan trọng [6 - 9]. Để có cơ sở cho việc đề xuất các phương án xử lý bùn thải tiếp theo, việc nghiên cứu đánh giá thành phần, tính chất của bùn thải đô thị là cần thiết. Nghiên cứu này tập trung đánh giá thành phần bùn thải được nạo vét từ mạng lưới mương, cống thoát nước và một số hồ Hà Nội. * Tác giả liên hệ, địa chỉ email: nguyenmanhkhai@hus.edu.vn 243
Nguyễn Mạnh Khải, Nguyễn Xuân Huân, Trần Thị Minh Hằng, Phạm Thị Thúy 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1. Nguyên liệu Mẫu bùn thải được thu từ mạng lưới mương, cống thoát nước và một số hồ Hà Nội trong năm 2020. Các mẫu được lấy tại các vị trí dưới đây và ký hiệu như sau: - Bùn sông Tô Lịch khu vực thượng nguồn (B1), giữa nguồn (B2), hạ nguồn (B3); - Bùn sông Kim Ngưu (B4); - Bùn Sông Sét (B5); - Bùn Sông Lừ (B6); - Bùn Sông Nhuệ khu vực cầu Trắng (B7), khu vực cầu Mậu Lương (B8); - Bùn lấy tại bãi bùn Yên Sở, ngay khi đổ (B9), bùn đã được đổ 30 ngày (B10); - Bùn hố ga trục đường Nguyễn Trãi (B11), trục đường Lê Văn Lương kéo dài (B12), trục đường Láng (B13); - Bùn mương Sở Thượng (B14), mương Phúc Lợi (B15); - Bùn hồ Yên Sở (B16), hồ Ba Mẫu (B17), hồ Văn Quán (B18), hồ Ngọc Khánh (B19) và hồ Hoàng Cầu (B20). 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Lấy và xử lý mẫu bùn Mẫu bùn được lấy và bảo quản theo TCVN 6663-13:2000 (ISO 5667- 13:1993) và TCVN 6663- 15: 2004 (ISO 5667-15: 1999) [10, 11]. 2.2.2. Phương pháp xác định một số tính chất lý, hóa học cơ bản của bùn thải TT Thông số Đơn vị Phương pháp phân tích 1 Độ ẩm % TCVN 4196:2012 2 pH - TCVN 4192:2011 3 Cấp hạt % TCVN 6862:2012 4 Al2O3 % TCVN 7891:2008 5 Fe2O3 % TCVN 7891:2008 6 SiO2 % TCVN 7891:2008 7 CaO % TCVN 7891:2008 8 MgO % TCVN 7890:2008 9 Cl- % TCVN 6194-1-1996 10 SO42- % TCVN 6200:1996 11 Cu mg/kg TCVN 9556-2:2013, ISO 17072-2:2011 12 Ni mg/kg TCVN 9556-2:2013, ISO 17072-2:2011 13 Zn mg/kg TCVN 9556-2:2013, ISO 17072-2:2011 14 Cr mg/kg TCVN 9556-2:2013, ISO 17072-2:2011 15 Cd mg/kg TCVN 9556-2:2013, ISO 17072-2:2011 16 Pb mg/kg TCVN 9556-2:2013, ISO 17072-2:2011 17 CHC tổng số % TCVN 7376:2004 18 Nhiệt trị kCal/kg TCVN 200:2011 (ISO 1928:2009) 244
Nghiên cứu một số tính chất và đánh giá khả năng tái sử dụng của bùn thải đô thị Hà Nội 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Độ ẩm và thành phần cấp hạt của các mẫu bùn Kết quả phân tích độ ẩm và thành phần cấp hạt của các mẫu bùn được thể hiện ở Hình 1. Hình 1. Độ ẩm và thành phần cấp hạt của mẫu bùn Hầu hết các mẫu bùn đều có độ ẩm cao, khoảng dao động lớn gây khó khăn cho việc thu gom và xử lý (33,8 - 80,2 %), vì vậy, để tận thu mẫu bùn theo định hướng làm vật liệu xây dựng cần nghiên cứu giải pháp tách nước, ổn định và làm khô bùn. Thành phần cấp hạt của bùn thải có ý nghĩa quan trọng trong việc nghiên cứu khả năng tận thu bùn cho mục đích làm vật liệu xây dựng. Kết quả nghiên cứu cho thấy, mẫu bùn có thành phần cấp hạt chủ yếu là cát (45,7 - 86,8 %). Mẫu bùn tại các kênh mương có thành phần cấp hạt cát lớn hơn các mẫu bùn tại ao hồ từ 1,28 - 1,67 lần. Thành phần cấp hạt limon dao động từ 12,4 - 32,5 %. Thành phần cấp hạt sét chiếm tỷ lệ nhỏ nhất và dao động từ 0,8 - 22 %. Mẫu bùn tại các ao hồ có thành phần cấp hạt sét lớn hơn các mẫu bùn tại kênh mương từ 2 - 22,6 lần. Các mẫu bùn có thành phần cấp hạt cát cao đều thuận lợi cho định hướng tận thu làm vật liệu xây dựng. 3.2. Một số tính chất hoá - lý cơ bản của mẫu bùn Kết quả phân tích một số tính chất hoá - lý cơ bản của mẫu bùn được thể hiện tại Bảng 1. Kết quả phân tích tại Bảng 1 cho thấy giá trị pH trong các mẫu bùn khá ổn định ở mức gần trung tính, dao động từ 6,89 đến 7,65 rất thuận lợi cho định hướng tận thu làm vật liệu xây dựng. Hàm lượng chất hữu cơ tổng số có sự dao động rất lớn trong các mẫu bùn từ 4,1 - 36,4 %. Đối với các mẫu bùn có hàm lượng chất hữu cơ thấp (dưới 10 %) có thể định hướng làm vật liệu xây dựng 245
Nguyễn Mạnh Khải, Nguyễn Xuân Huân, Trần Thị Minh Hằng, Phạm Thị Thúy không nung sau khi phối trộn với cát (SiO2) và xi măng. Đối với các mẫu bùn có hàm lượng chất hữu cơ cao thì cũng có nhiệt trị cao nên định hướng nghiên cứu tận thu và phối trộn với các nguyên vật liệu khác như đất sét để làm vật liệu xây dựng có nung nhằm tận dụng nhiệt trị sẵn có trong mẫu bùn để giảm lượng than sử dụng trong làm gạch nung. Ngược lại với các mẫu bùn có hàm lượng chất hữu cơ thấp (B15) nên định hướng nghiên cứu tận thu và phối trộn với các nguyên vật liệu khác như cát, sỏi, đá xi măng để làm vật liệu xây dựng không nung. Hàm lượng Cl-, SO42- của các mẫu bùn đều ở mức rất thấp, tương ứng dao động từ 0,09 - 0,46 % và 0,28 - 1,4 %. Hàm lượng Cl-, SO42- thấp là rất thuận lợi cho định hướng nghiên cứu tận thu làm vật liệu xây dựng. Bảng 1. Một số tính chất hoá - lý cơ bản của mẫu bùn Thông số TT Mẫu Chất hữu cơ SO42- pH Cl- (%) Nhiệt trị (%) (%) 1 B1 7,21 20,3 0,27 0,89 190 2 B2 7,15 27,3 0,39 1,02 250 3 B3 7,08 36,4 0,45 1,22 342 4 B4 7,33 18,7 0,30 1,05 175 5 B5 7,45 21,0 0,34 1,18 195 6 B6 7,42 13,5 0,33 0,92 122 7 B7 6,89 16,5 0,41 1,10 155 8 B8 7,37 14,3 0,46 1,23 131 9 B9 7,35 12,2 0,22 0,71 110 10 B10 7,26 13,6 0,27 1,07 125 11 B11 7,51 10,8 0,17 0,65 100 12 B12 7,65 9,5 0,15 0,57
Nghiên cứu một số tính chất và đánh giá khả năng tái sử dụng của bùn thải đô thị Hà Nội cấu trúc khung vững chắc làm tăng cường độ chịu nén, chịu uốn của gạch và cố định chặt hơn các kim loại nặng trong cấu trúc của gạch [12]. Hình 2. Hàm lượng một số oxit trong mẫu bùn 3.4. Hàm lượng một số kim loại nặng trong bùn thải Kết quả phân tích hàm lượng của một số kim loại nặng trong bùn thải được thể hiện ở Hình 3. Kết quả nghiên cứu cho thấy: - Hàm lượng Zn và Cr trong hầu hết các mẫu bùn đều ở mức cao tương ứng dao động từ 220 - 2.213,9 mgZn/kg và 24,7 - 320 mgCr/kg, vượt tiêu chuẩn QCVN 43:2017/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng trầm tích) tương ứng từ 1,28 - 7,03 lần (Zn) và 1,03 - 3,56 lần (Cr). Chỉ có 02/20 mẫu bùn có hàm lượng Zn và 05/20 mẫu bùn có hàm lượng Cr thấp hơn giá trị giới hạn trầm tích nước ngọt theo QCVN 43:2017/BTNMT. - Hàm lượng Cd trong các mẫu bùn có sự dao động lớn giữa các mẫu nghiên cứu. Số liệu phân tích đối với các mẫu bùn B1, B2, B3, B4, B5, B9, B10, B14 và B15 có hàm lượng Cd là rất nhỏ, dưới ngưỡng phát hiện của phương pháp phân tích. 4/20 mẫu bùn có hàm lượng Cd nằm trong tiêu chuẩn cho phép theo QCVN 43:2017/BTNMT. 7/20 mẫu bùn có hàm lượng Cd dao động từ 4,21 - 8,12 mg/kg, vượt tiêu chuẩn QCVN 43:2017/BTNMT từ 1,20 - 2,32 lần. - Tất cả các mẫu bùn nghiên cứu có hàm lượng Cu và Pb nằm trong tiêu chuẩn cho phép theo QCVN 43:2017/BTNMT và tương ứng dao động từ 28,1 - 120,3 mg/kg và 18,5 - 84,1 mg/kg. Hàm lượng Ni dao đông từ 4,8 - 99,5 mg/kg và tiêu chuẩn QCVN 43:2017/BTNMT không quy định về hàm lượng Ni trong trầm tích nước ngọt. 247
Nguyễn Mạnh Khải, Nguyễn Xuân Huân, Trần Thị Minh Hằng, Phạm Thị Thúy - Các mẫu bùn có hàm lượng kim loại nặng cao, vượt ngưỡng QCVN 43:2017/BTNMT không phù hợp với mục đích làm vật liệu san nền (trực tiếp), cần phải có các phương pháp xử lý trước khi tái sử dụng như phối trộn với cát, ximăng làm vật liệu xây dựng không nung hoặc làm nguyên liệu cho sản xuất gốm xây dựng có nung. Hình 3. Hàm lượng một số kim loại nặng (Cu, Ni, Zn, Cr, Pb, Cd) trong bùn thải (mg/kg) KẾT LUẬN Mẫu bùn có thành phần cấp hạt chủ yếu là cát (45,7 - 86,8 %), độ ẩm dao động từ 33,8 - 80,2 %, giá trị pH ở mức gần trung tính, dao động từ 6,89 - 7,65. Hàm lượng chất hữu cơ tổng số có sự dao động rất lớn trong các mẫu bùn từ 4,1 - 36,4 %. Hàm lượng Cl-, SO42- đều ở mức rất thấp, tương ứng dao động từ 0,09 - 0,46 % và 0,28 - 1,4 %. Mẫu bùn có hàm lượng SiO2 là lớn nhất, dao động 248
Nghiên cứu một số tính chất và đánh giá khả năng tái sử dụng của bùn thải đô thị Hà Nội từ 36,8 - 82,8 %. Tiếp theo là hàm lượng các oxit Al2O3; CaO và Fe2O3 tương ứng dao động từ 3,24 - 10,58 %; 3,65 - 7,58 % và 2,06 - 5,72 %. Nhỏ nhất là hàm lượng oxit MgO dao động từ 1,03 - 2,85 %. Hàm lượng Zn và Cr trong hầu hết các mẫu bùn đều ở mức cao tương ứng dao động từ 220 - 2.213,9 mg/kg và 24,7 - 320 mg/kg, vượt tiêu chuẩn QCVN 43:2017/BTNMT tương ứng từ 1,28 - 7,03 lần và 1,03 - 3,56 lần, không phù hợp để sử dụng làm vật liệu san nền. Hàm lượng Cd trong các mẫu bùn có sự dao động lớn, 9/20 mẫu bùn có hàm lượng Cd rất nhỏ, dưới ngưỡng phát hiện của phương pháp phân tích, 4/20 mẫu nằm trong tiêu chuẩn QCVN 43:2017/BTNMT và 7/20 mẫu vượt tiêu chuẩn QCVN 43:2017/BTNMT từ 1,20 - 2,32 lần. Hàm lượng Cu và Pb nằm trong tiêu chuẩn cho phép theo QCVN 43:2017/BTNMT. Thành phần SiO2, CaO trong bùn đô thị cao kết hợp với các mẫu có hàm lượng chất hữu cơ ở mức thấp có thể sử dụng làm vật liệu xây dựng không nung. Với các mẫu bùn có hàm lượng SiO2, Al2O3, Fe2O3 và thành phần các kim loại nặng vượt ngưỡng QCVN 43:2017/BTNMT, giàu hữu cơ có thể được tái sử dụng làm vật liệu xây dựng có nung (dạng gốm). Lời cảm ơn Công trình được hoàn thành dưới sự hỗ trợ kinh phí của đề tài có mã số 01C-09/2019-3, các tác giả xin trân trọng cảm ơn. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Cao Vũ Hưng, 2014. Nghiên cứu sự chuyển hoá một số yếu tố gây ô nhiễm trong quá trình ổn định bùn thải kết hợp rác hữu cơ bằng phương pháp lên men nóng. Luận án Tiến sỹ, Khoa Hoá học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên. 2. Trần Đức Hạ, 2009, Quản lý bùn cặn hệ thống thoát nước đô thị, Báo Xây dựng 38 (2019), 38-42. 3. L.Campanella, E.Cardarelli, T.Ferri, B.M.Petronio, A.Pupella (1987). Evaluation of heavy metals speciation in an urban sludge I. Batch method. Science of The Total Environment, Vol. 61, 1987, pp 217-228. 4. Trần Đức Hạ, 2013. Công nghệ và công trình xử lý nước thải qui mô nhỏ. Nhà xuất bản Khoa học & Kỹ thuật. 5. Quyết định số 6842/QĐ-UBND của UBND Thành phố Hà Nội về việc công bố quy trình, định mức kinh tế kỹ thuật và đơn giá duy trì hệ thống thoát nước đô thị trên địa bàn thành phố Hà Nội ban hành ngày 13/12/2016. 6. Zhan BJ, Poon CS. Study on feasibility of reutilizing textile effluent sludge for producing concrete blocks. Journal of Cleaner Production 101: 174-179, 2015. 7. Zhiyang Chang, Guangcheng Long, John L. Zhou, Cong Ma (2020). Valorization of sewage sludge in the fabrication of construction and building materials: A review. Resources, Conservation and Recycling, Vol. 154, March 2020, 104606. 8. Kaling Taki, Saurabh Choudhary, Sharad Gupta, Manish Kumar (2020). Enhancement of geotechnical properties of municipal sewage sludge for sustainable utilization as engineering construction material. Journal of Cleaner Production, Vol. 251, 1 April 2020, 119723. 9. Sumit Chakraborty, Byung WanJo, Jun Ho Jo, Zafar Baloch (2017). Effectiveness of sewage sludge ash combined with waste pozzolanic minerals in developing sustainable construction 249
Nguyễn Mạnh Khải, Nguyễn Xuân Huân, Trần Thị Minh Hằng, Phạm Thị Thúy material: An alternative approach for waste management. Journal of Cleaner Production, Vol. 153, 1 June 2017, pp 253-263. 10. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6663-13 : 2000 (ISO 5667-13:1993). Chất lượng nước, lấy mẫu. Phần 13: Hướng dẫn lấy mẫu bùn nước bùn nước thải và bùn liên quan. 11. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6663-15:2004 (ISO 5667-15: 1999) về chất lượng nước, lấy mẫu. Phần 15: Hướng dẫn bảo quản và xử lý mẫu bùn và trầm tích. 12. Meijuan Li, Peng Su, Yina Guo, Wenyi Zhang, Linqiang Mao (2017). Effects of SiO2, Al2O3 and Fe2O3 on leachability of Zn, Cu and Cr in ceramics incorporated with electroplating sludge. Journal of Environmental Chemical Engineering, Vol. 5, Issue 4, August 2017, pp 3143-3150. RESEARCH ON SOME PROPERTIES AND EVALUATE THE REUSING ABILITY OF URBAN SEWAGE SLUDGE IN HANOI CITY * Nguyen Manh Khai , Nguyen Xuan Huan, Tran Thi Minh Hang, Pham Thi Thuy 1F Faculty of Environmental Sciences, University of Science, Vietnam National University, Hanoi, 334 Nguyen Trai, Thanh Xuan, Hanoi ABSTRACT Research on sludge properties plays an important contribution to the management and reuse of sludge for different purposes. This study collected sludge samples from urban drainage river systems in Hanoi city and analyzed some characteristics of the sludge. The results showed that the composition of the sludge samples was mainly sand, ranging from 86.8 % to 58.7 % with a decreasing trend along the river length from upstream to downstream; the pH ranged from 6.89 to 7.65 (neutral to slightly alkaline); the organic matter ranged from 4.1 to 36.4% with significant difference among samples. The content of Cl- and SO42- ranged from 0.09 to 1.23 %; SiO2 composition ranged from 36.8-82.8 %. The content of Zn and Cr ranged from 220 - 2,213.9 mg/kg and 24 - 320 mg/kg respectively, exceeding the national technical regulation on sediment quality (QCVN 43:2017/BTNMT) by 1.1-7.0 times. The composition of Cu, Ni and Pb was lower than the maximum allowable level according to QCVN 43:2017/BTNMT. Initial assessment results show that urban sewage sludge in Hanoi could be reused for different purposes such as building materials and energy recovery. Keywords: Sludge, urban, properties, reuse. * Corresponding author, email address: nguyenmanhkhai@hus.edu.vn 250

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.