ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

ĐẶNG THỊ HỒNG PHƯƠNG

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

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Thái Nguyên - 2018


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

ĐẶNG THỊ HỒNG PHƯƠNG

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

Ngành: Khoa học môi trường
Mã số: 9 44 03 01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS. TS. Nguyễn Mạnh Khải
2. GS. TS. Nguyễn Thế Đặng

Thái Nguyên - 2018

i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của tôi, có sự hỗ trợ từ tập
thể hướng dẫn khoa học là PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải và GS.TS Nguyễn Thế Đặng.
Các nội dung nghiên cứu và kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa từng
được ai công bố trong bất cứ công trình nghiên cứu nào trước đây. Nếu phát hiện
có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Hội đồng.
Tác giả luận án

Đặng Thị Hồng Phương


ii

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận án này tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn Ban Giám hiệu
và các quý thầy, cô trong Khoa Môi trường, Bộ phận Sau Đại học - Phòng Đào tạo Trường Đại học Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên đã tạo nhiều điều kiện, quan tâm
giúp đỡ, chỉ bảo tận tình trong quá trình thực hiện đề tài.
Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến PGS.TS. Nguyễn Mạnh Khải và
GS.TS Nguyễn Thế Đặng đã trực tếp hướng dẫn, định hướng chuyên môn, truyền
thụ những kinh nghiệm quý báu trong quá trình thực hiện luận án.
Luận án được hoàn thành dưới sự tài trợ từ một phần kinh phí của đề tài
Khoa học công nghệ cấp Đại học Quốc gia Hà Nội, mã số QG 17.21 do PGS.TS.
Nguyễn Mạnh Khải chủ trì và đề tài QMT.12.03 do PGS,TS. Trần Văn Quy chủ trì
thông qua hỗ trợ thực hiện lấy mẫu, phân tích một số chỉ têu trong bùn thải. Tác
giả chân thành cảm ơn sự tài trợ quý báu của đề tài nêu trên.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Đặng Văn Thành - Phòng thí nghiệm Hóa lý Trường Đại học Y Dược - Đại học Thái Nguyên đã hỗ trợ, hướng dẫn và cho phép
tôi thực hiện các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm. Tôi xin chân thành cảm ơn TS.

Phạm Văn Ngọc - Trung tâm thực hành và nghiên cứu ứng dụng - Trường Đại học
Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên đã chia sẻ kinh nghiệm và giúp đỡ tôi các điều
kiện thuận lợi nhất khi làm thực nghiệm tại xưởng phân hữu cơ. Đồng thời, tôi
cũng xin cảm ơn đến hộ gia đình ông Vũ Văn Mạnh, xã Đông Cao, Phổ Yên,
Thái Nguyên và nhà vườn Tùng Mến tại trường Đại học Nông Lâm đã đồng ý và
giúp đỡ tôi trong quá trình bố trí các thí nghiệm thực nghiệm. Tôi cũng xin cảm ơn
các bạn sinh viên khóa 44, 45 ngành khoa học môi trường, Trường Đại học Nông
lâm Thái Nguyên đã tham gia thực hiện một số nghiên cứu trong luận án.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, người thân, bạn bè, đồng
nghiệp đã quan tâm động viên tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện luận
án.
Mặc dù đã rất cố gắng trong quá trình thực hiện nhưng luận án không thể
tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả mong nhận được sự góp ý của quý thầy, cô và
bạn bè.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày tháng năm 2017
Tác giả


ii

Đặng Thị Hồng Phương


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. ii
MỤC LỤC.................................................................................................................. iii

DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT ............................................................... viii DANH
MỤC CÁC BẢNG......................................................................................... ix DANH
MỤC CÁC HÌNH ......................................................................................... xii MỞ ĐẦU
.................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ..........................................................................................
1
2. Mục têu của đề tài ..................................................................................................
2
2.1.
Mục
tiêu
tổng
...............................................................................................2

quát

2.2.
Mục
tiêu
cụ
.....................................................................................................2

thể

3. Ý nghĩa khoa học và thực tễn của đề tài ................................................................ 3
4. Những đóng góp mới của đề tài ..............................................................................
3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU.................................................................. 4
1.1. Cơ sở lý luận về bùn thải đô thị ........................................................................... 4
1.1.1.

Khái
niệm,
nguồn
......................................................4

phát

sinh

bùn

1.1.2.
Đặc
điểm
của
bùn
............................................................................5

thải

thải

đô
đô

thị
thị

1.1.2.2. Đặc điểm của bùn thải nạo vét từ mạng lưới thoát nước đô thị
.....................8

1.1.2.3. Đặc điểm của bùn thải từ các trạm XLNT tập trung....................................10
1.1.3. Đặc điểm tồn tại trong bùn thải đô thị và độc tính của một số KLN ..............11
1.1.4. Khả năng và lợi ích thu được từ tái sử dụng bùn thải đô
thị...........................13
1.1.5. Thực trạng quản
................................................15

lý

bùn

thải

đô

thị

tại

Hà

Nội

1.2. Tổng quan về các phương pháp xử lý bùn thải đô thị ........................................


20

iv


1.2.1. Tiền xử lý, tách nước ......................................................................................21
1.2.2. Phương pháp loại bỏ KLN trong bùn thải đô thị ............................................21
1.2.2.1. Loại bỏ các kim loại bằng dung dịch axit ....................................................21
1.2.2.2.
Loại
bỏ
kim
loại
phức...............................................24

bằng

các

1.2.3.
Phương
pháp
.....................................................................................25

tác
chôn

nhân

tạo
lấp


v


1.2.4. Phương pháp nhiệt ..........................................................................................26
1.2.5. Sử dụng trong cải tạo đất nông nghiệp ...........................................................28
1.3. Tổng quan về phương pháp ủ phân compost ..................................................... 30
1.3.1. Định nghĩa .......................................................................................................30
1.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình
compostng............................................31
1.3.2.1. Các yếu tố dinh dưỡng .................................................................................31
1.3.2.2. Các yếu tố môi trường..................................................................................34
1.3.2.3. Vi sinh vật trong ủ phân compost ................................................................37
1.3.3. Các phương pháp ủ phân compost
..................................................................38
1.4. Một số nghiên cứu ủ phân compost từ bùn thải đô thị ứng dụng trong sản
xuất nông nghiệp ....................................................................................................... 40
1.4.1. Các nghiên cứu trên thế giới ...........................................................................40
1.4.2. Trong nước ......................................................................................................41
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU......................................................................................................... 45
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu...................................................................... 45
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu......................................................................................45
2.1.1.1. Bùn thải đô thị ..............................................................................................45
2.1.1.2. Vật liệu phối trộn ủ phân..............................................................................45
2.1.1.3. Sản phẩm sau ủ phân
....................................................................................46
2.1.1.4. Cây trồng thử nghiệm hiệu lực phân HCBT ................................................46
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu.........................................................................................48
2.2. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 48
2.2.1. Nội dung 1: Đặc tính bùn thải đô thị Hà Nội ..................................................49
2.2.2. Nội dung 2: Nghiên cứu loại bỏ một số kim loại nặng (Cd, Cu, Zn, Pb, Cr)
trong bùn thải ............................................................................................................49
2.2.3. Nội dung 3: Nghiên cứu tận dụng bùn thải trạm XLNTSH sau xử lý KLN làm

phân hữu cơ
...............................................................................................................49
2.2.4. Nội dung 4: Nghiên cứu thử nghiệm phân HCBT đối với cây trồng..............49


vi
2.3. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................... 49


vi
i
2.3.1. Phương pháp thu thập tài liệu
.........................................................................49
2.3.2. Phương pháp dự báo phát sinh lượng bùn thải đô thị Hà Nội ........................50
2.3.3. Phương pháp lấy mẫu, bảo quản và phân tích
mẫu.........................................51
2.3.3.1. Vị trí lấy mẫu bùn ........................................................................................51
2.3.3.2. Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu ......................................................54
2.3.3.3. Phương pháp phân tích phòng thí nghiệm
...................................................55
2.3.4. Phương pháp thực nghiệm
..............................................................................56
2.3.4.1. Thí nghiệm chiết tách một số kim loại nặng (Cd, Cu, Zn, Pb, Cr) trong bùn
thải của trạm XLNTSH Kim Liên bằng axit .............................................................56
2.3.4.2. Thí nghiệm ủ phân HCBT ............................................................................57
2.3.4.3. Thí nghiệm thử nghiệm hiệu lực của phân HCBT đối với cây trồng ..........61
2.3.5. Phương pháp xử lý số liệu...............................................................................66
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN.............................. 67
3.1. Đặc tính bùn thải đô thị Hà Nội ......................................................................... 67
3.1.1. Dự báo phát sinh số lượng các loại bùn thải đô thị Hà Nội ............................67

3.1.1.1. Dự báo phát sinh số lượng bùn từ bể phốt ở đô thị Hà Nội .........................67
3.1.1.2. Dự báo phát sinh bùn thải HTTN.................................................................69
3.1.1.2. Dự báo phát sinh số lượng bùn thải từ các trạm XLNT tập trung ...............70
3.1.2. Đặc tính các loại bùn thải đô thị Hà Nội .........................................................72
3.1.2.1. Một số tính chất lý học .................................................................................72
3.1.2.2. Một số tính chất hóa học
..............................................................................74
3.1.2.3. Một số chỉ têu sinh học của bùn thải đô thị Hà Nội....................................84
3.1.3. Đánh giá khả năng tái sử dụng bùn thải đô thị Hà Nội cho mục đích nông
nghiệp..85
3.2. Nghiên cứu loại bỏ một số KLN (Cu, Zn, Pb, Cr, Cd) trong bùn thải trạm
XLNTSH bằng dung dịch axit .................................................................................. 87
3.2.1. Đặc điểm các dạng KLN trong bùn thải một số trạm XLNT tập trung ở Hà
Nội..87
3.2.2. Nghiên cứu loại bỏ một số KLN trong bùn thải của trạm XLNTSH Kim Liên


bằng dung dịch axit

vi
ii

...................................................................................................91
3.2.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất loại bỏ KLN trong bùn
thải 91
3.2.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ axit đến hiệu suất loại bỏ KLN.............................94


ix


3.2.2.3. Ảnh hưởng của số bậc chiết đến hiệu quả loại bỏ KLN trong bùn thải .......97
3.2.3. Thành phần một số chất trong bùn thải sau quá trình chiết tách bằng axit
.....99
3.3. Nghiên cứu tận dụng bùn thải trạm XLNTSH sau xử lý KLN làm phân
hữu cơ ...................................................................................................................... 100
3.3.1. Biến động các yếu tố trong quá trình ủ phân ................................................100
3.3.1.1. Nhiệt độ ......................................................................................................100
3.3.1.2. Độ ẩm .........................................................................................................102
3.3.1.3. Giá trị pH....................................................................................................103
3.3.1.4. Sự thay đổi thể tích khối ủ .........................................................................104
3.3.1.5. Hàm lượng các bon tổng số........................................................................107
3.3.1.6. Hàm lượng đạm..........................................................................................109
3.3.1.7. Tỷ lệ C/N ....................................................................................................114
3.3.1.8. Hàm lượng lân ............................................................................................117
3.1.3.1.9. Hàm lượng kali tổng số (%) ....................................................................120
3.1.3.10. Biến động E.coli và Salmonella ...............................................................121
3.3.2. Hàm lượng một số kim loại nặng (As, Pb, Hg, Cd) sau 75 ngày ủ...............122
3.3.3. Đánh giá chất lượng phân hữu cơ sản xuất từ bùn thải sau xử lý KLN ........123
3.3.4. Quy trình sản xuất phân hữu cơ từ bùn thải sau xử lý KLN .........................124
3.3.4.1. Quy trình sản xuất phân HCBT..................................................................124
3.3.4.2. Chi phí sản xuất phân HCBT .....................................................................127
3.4. Thử nghiệm hiệu lực phân HCBT đối với cây trồng ....................................... 128
3.4.1. Thử nghiệm hiệu lực phân HCBT đối với cây rau cải bẹ .............................128
3.4.1.1. Ảnh hưởng của các công thức bón phân đến thời gian qua các thời kỳ sinh
trưởng của cây rau cải bẹ
........................................................................................128
3.4.1.2. Ảnh hưởng của các công thức bón phân đến một số chỉ tiêu sinh trưởng
của cây cải bẹ
.................................................................................................................129
3.4.1.3. Ảnh hưởng của các công thức bón phân đến năng suất, chất lượng và hiệu

quả kinh tế của cây cải bẹ
.......................................................................................133


x
3.4.2. Thử nghiệm hiệu lực của phân HCBT trên cây hoa xác pháo ......................137


vii

3.4.2.1. Ảnh hưởng của các công thức bón phân đến các giai đoạn sinh trưởng của
cây trong các công
thức...........................................................................................137
3.4.2.2. Ảnh hưởng của các công thức bón phân đến tăng trưởng chiều cao
cây...138
3.4.2.3. Ảnh hưởng của các công thức bón phân đến động thái ra lá
.....................139
3.4.2.4. Ảnh hưởng của các công thức bón phân đến tăng trưởng đường kính thân
......141
3.4.2.5. Ảnh hưởng của các công thức bón phân đến khả năng phân cành
............142
3.4.2.6. Ảnh hưởng của các công thức bón phân đến chất lượng hoa
....................143
3.4.2.7. Ảnh hưởng của các công thức bón phân đến tỷ lệ hoa thương phẩm
........144
3.4.2.8. Hiệu quả kinh tế của việc sử dụng phân bón HCBT trên cây hoa xác
pháo......145
3.4.3. Một số tính chất đất trước và sau khi bón phân HCBT ................................146
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 148
1. Kết luận ............................................................................................................... 148

2. Kiến nghị ............................................................................................................. 149
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN
QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ........................................................................................ 150
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 151
I. Tiếng Việt ............................................................................................................ 151
II. Tiếng Anh ........................................................................................................... 156
PHỤ LỤC


viii

DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT
BTNMT

: Bộ Tài nguyên Môi trường

BNN&PTNT

: Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn

BXD

: Bộ Xây dựng

CEC

: Dung tích trao đổi cation của đất
(Caton exchange capacity)

Cs


: Cộng sự

CT

: Công thức ĐVT

: Đơn vị tính HCBT

: Hữu

cơ bùn thải
HTTN

: Hệ thống thoát nước

KLN

: Kim loại nặng

LSD

: Sự sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa
(Least Significant Difference)

OM

: Chất hữu cơ của đất (Organic matter)

QCVN


: Quy chuẩn Việt Nam

STT

: Số thứ tự

TCVN

: Tiêu chuẩn Việt Nam

TP

: Thành phố

URENCO

: Công ty Môi trường Đô thị Hà Nội

VCR

: Tỷ số giữa tổng thu tăng do bón phân và chi phí phân
bón tăng thêm

XLNT

: Xử lý nước thải

XLNTSH


: Xử lý nước thải sinh hoạt


ix

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Thành phần một số chất của bùn từ các công trình vệ sinh khác nhau ......6
Bảng 1.2. Thành phần của bùn từ bể tự hoại
..............................................................7
Bảng 1.3. Thành phần cơ giới của các loại bùn cặn....................................................8
Bảng 1.4. Thành phần hữu cơ, Nts và P2O5ts của bùn từ hệ thống thoát nước đô thị
.......9
Bảng 1.5. Thành phần kim loại nặng trong bùn cống thoát nước đô thị.....................9
Bảng 1.6. Thành phần, tính chất của bùn cặn ở một số trạm XLNT ........................10
Bảng 1.7. Dự kiến xây dựng các nhà máy XLNT tập trung cho khu vực đô thị trung
tâm Hà Nội đến năm 2030
........................................................................19
Bảng 1.8. Hàm lượng N và tỷ lệ C/N trong một số chất thải ....................................33
Bảng 2.1. Vị trí lấy mẫu bùn thải đô thị trên địa bàn Hà Nội ...................................52
Bảng 2.2. Các chỉ têu và phương pháp phân tích phòng thí nghiệm .......................55
Bảng 2.3. Các công thức thí nghiệm ủ phân bón từ bùn thải
....................................58
Bảng 2.4. Một số tính chất của nguyên liệu trước khi ủ ...........................................59
Bảng 2.5. Tỉ lệ thành phần nguyên liệu ủ của các công thức thí nghiệm .................60
Bảng 2.6. Các công thức thí nghiệm trồng cây cải bẹ ..............................................62
Bảng 2.7. Các công thức thí nghiệm trồng hoa xác pháo .........................................64
Bảng 3.1. Hiện trạng phát sinh lượng bùn từ bể phốt ở các quận nội thành thành
phố
Hà Nội năm 2015......................................................................................67
Bảng 3.2. Dự báo phát sinh khối lượng bùn từ bể phốt ở khu vực đô thị trung tâm

Hà Nội năm 2020, 2030............................................................................68
Bảng 3.3. Dự báo phát sinh số lượng bùn thải từ HTTN ở khu vực đô thị trung tâm
thành phố Hà Nội năm 2020,
2030...........................................................70
Bảng 3.4. Lượng bùn phát sinh của các trạm XLNT Hà Nội ...................................71
Bảng 3.5. Dự báo lượng bùn phát sinh từ các trạm XLNT tập trung khu vực đô thị
trung tâm thành phố Hà Nội đến năm 2030


x
.............................................72
Bảng 3.6. Thành phần cấp hạt của bùn thải đô thị Hà Nội .......................................73
Bảng 3.7. Hàm lượng một số KLN trong bùn thải đô thị Hà Nội.............................78
Bảng 3.8. Mật độ một số vi sinh vật (VSV) trong mẫu bùn thải ..............................85


xi

Bảng 3.9. Đặc điểm lý, hóa, sinh học của bùn thải tại bể chứa bùn trạm XLNTSH Kim
Liên, Hà Nội .....................................................................................86
Bảng 3.10. Hàm lượng các dạng KLN trong bùn thải ..............................................88
Bảng 3.11. Ảnh hưởng của thời gian ngâm chiết đến hiệu suất chiết KLN .............92
Bảng 3.12. Hiệu suất loại bỏ KLN của các axit ở các nồng độ khác nhau ...............95
Bảng 3.13. Ảnh hưởng của số lần chiết đến hiệu suất tách KLN .............................97
Bảng 3.14. Thành phần một số chất trong bùn trước và sau khi loại bỏ KLN .........99
Bảng 3.15. Diễn biến ẩm độ (%) của các công thức thí nghiệm theo thời gian .....102
Bảng 3.16. Diễn biến giá trị pH của các công thức thí nghiệm theo thời gian .......104
Bảng 3.17: Diễn biến % thể tích giữa các công thức theo thời gian .......................105
Bảng 3.18. Diễn biến tổng các bon hữu cơ của các công thức ...............................107
Bảng 3.19. Diễn biến Nts của các công thức thí nghiệm theo thời gian ..................109

+

Bảng 3.20: Hàm lượng đạm NH4 của các công thức theo thời gian......................111
-

Bảng 3.21. Hàm lượng đạm NO3 các công thức thí nghiệm theo thời gian...........113
Bảng 3.22: Diễn biến tỉ lệ C/N các công thức thí nghiệm theo thời gian ...............115
Bảng 3.23: Diễn biến hàm lượng phốt pho tổng số theo thời gian
.........................117
Bảng 3.24. Hàm lượng lân dễ tiêu ngày 1 và ngày 75 của các công thức thí nghiệm
...119
Bảng 3.25. Hàm lượng kali tổng số của các công thức thí nghiệm ........................120
Bảng 3.26. Mật độ E.coli và Salmonella ngày 1 và ngày 75 ..................................122
ở các công thức thí nghiệm
.....................................................................................122
Bảng 3.27. Hàm lượng một số KLN trong hỗn hợp sau 75 ngày ủ ........................123
Bảng 3.28. Đặc tính lý hóa của phân HCBT sau 75 ngày ủ ...................................124
Bảng 3.29. Khái tính chi phí sản xuất 1 tấn phân hữu cơ bùn thải .........................128
Bảng 3.30. Ảnh hưởng của liều lượng phân HCBT đến các thời kỳ sinh trưởng của
cây rau cải bẹ
..........................................................................................129
Bảng 3.31. Ảnh hưởng của liều lượng phân HCBT tới động thái tăng trưởng chiều
cao cây của cây cải bẹ
............................................................................130


xii
Bảng 3.32. Động thái ra lá của cây cải bẹ ở các công thức ....................................131
Bảng 3.33. Ảnh hưởng của các công thức bón phân đến sự tăng trưởng chiều dài và
chiều rộng lá cây cải bẹ

..........................................................................132


xiii

Bảng 3.34. Ảnh hưởng của phân bón đến năng suất của cây cải bẹ Đông Dư .......133
Bảng 3.35. Hàm lượng nitrat và KLN trong cây cải bẹ ..........................................135
Bảng 3.36. Ảnh hưởng của các công thức bón phân đến hiệu quả kinh tế trồng rau
cải bẹ
.......................................................................................................136
Bảng 3.37. Ảnh hưởng của các công thức bón phân đến các giai đoạn sinh trưởng
của cây hoa xác pháo
..............................................................................137
Bảng 3.38. Ảnh hưởng các công thức bón phân đến động thái tăng trưởng
chiều cao cây ..........................................................................................138
Bảng 3.39. Ảnh hưởng của các công thức bón phân đến động thái ra lá................140
Bảng 3.40. Ảnh hưởng của các công thức bón phân đến tăng trưởng
đường kính thân
......................................................................................141
Bảng 3.41. Ảnh hưởng các công thức bón phân đến khả năng phân cành
.............142
Bảng 3.42. Ảnh hưởng của các công thức bón phân đến chất lượng hoa
...............143
Bảng 3.43. Ảnh hưởng của phân bón lá đến tỷ lệ hoa thương phẩm
của cây hoa xác pháo ..............................................................................145
Bảng 3.44. Hiệu quả kinh tế của các công thức bón phân đối với cây xác pháo ....145
Bảng 3.45. Ảnh hưởng của bón phân đến một số tính chất lý - hóa đất
.................146



xii

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Sự hình thành bùn thải trên HTTN đô thị Hà Nội ....................................16
Hình 1.2. Sơ đồ quy trình tách KLN từ bùn thải.......................................................22
Hình 1.3. Ủ compost bằng luống với thổi khí ...........................................................39
Hình 1.4. Ủ compost bằng phơi khô đánh luống ......................................................39
Hình 1.5. Ủ compost trong các thiết bị chứa.............................................................39
Hình 2.1. Cây cải bẹ Đông Dư ..................................................................................47
Hình 2.2. Cây hoa xác pháo (Salvia splendens ker. Gawl) .......................................48
Hình 2.3. Sơ đồ nội dung nghiên cứu .......................................................................48
Hình 2.4. Vị trí lấy mẫu bùn từ trầm tích sông, hồ trên địa bàn TP Hà Nội .............53
Hình 2.5. Vị trí lấy mẫu bùn thải từ HTTN và từ nhà máy XLNT trên địa bàn thành
phố Hà Nội................................................................................................53
Hình 2.6. Các thí nghiệm bố trí ủ với nấm Trichoderma spp. ..................................58
Hình 2.7. Các thí nghiệm bố trí ủ với EMIC và nấm Trichoderma spp. ..................58
Hình 3.1. Biểu đồ tăng trưởng công tác nạo vét bùn thải từ HTTN của Công ty
Thoát nước Hà Nội ...................................................................................69
Hình 3.2. Hàm lượng chất hữu cơ trong bùn thải đô thị Hà Nội ..............................75
Hình 3.3. Hàm lượng nitơ tổng số trong các mẫu bùn thải
.......................................76
Hình 3.4. Hàm lượng phốt pho tổng số trong bùn thải đô thị Hà Nội ......................77
Hình 3.5. Hàm lượng Cu tổng số trong các mẫu bùn thải đô thị Hà Nội .................79
Hình 3.6. Hàm lượng Zn tổng số trong các mẫu bùn thải đô thị Hà Nội..................80
Hình 3.7. Hàm lượng Pb tổng số trong các mẫu bùn thải đô thị Hà Nội ..................82
Hình 3.8. Hàm lượng Cd tổng số trong các mẫu bùn thải đô thị Hà Nội .................83
Hình 3.9. Hàm lượng Cr tổng số trong các mẫu bùn thải đô thị Hà Nội ..................83
Hình 3.10. Thành phần các dạng KLN trong bùn thải 3 trạm XLNT .......................89
Hình 3.11. Dạng tồn tại của từng KLN trong bùn thải 3 trạm XLNT ......................90
Hình 3.12. Hiệu suất loại bỏ KLN ở các thời gian khác nhau ..................................93

Hình 3.13. Hiệu suất loại bỏ KLN của các axit ở nồng độ khác nhau ......................96
Hình 3.14. Ảnh hưởng của số bậc chiết tách đến hiệu suất loại bỏ KLN của các axit
....98


xiii

Hình 3.15. Diễn biến nhiệt độ theo ngày của các thí nghiệm .................................100
Hình 3.16: Phần trăm thể tích khối ủ sau 75 ngày ..................................................106
Hình 3.17: Tổng các bon của các công thức thí nghiệm sau 75 ngày ủ..................108
Hình 3.18: Hàm lượng Nts của các công thức thí nghiệm sau 75 ngày ủ................110
+

Hình 3.19. Hàm lượng đạm NH4 của các công thức sau 75 ngày ủ ......................112
-

Hình 3.20. Hàm lượng NO3 của các công thức thí nghiệm sau 75 ngày ủ ............114
Hình 3.21. Tỷ lệ C/N của các công thức sau 75 ngày ủ ..........................................116
Hình 3.22. Hàm lượng phốt pho tổng số của các công thức sau 75 ngày ủ
............118
Hình 3.23. Hàm lượng lân dễ têu của các công thức thí nghiệm sau 75 ngày ủ....120
Hình 3.24. Hàm lượng kali tổng số của các công thức thí nghiệm sau 75 ngày ủ..121
Hình 3.25. Quy trình sản xuất phân bón hữu cơ từ bùn thải đô
thị.........................125


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài

Trong các loại hình chất thải đô thị, bùn thải đô thị hiện được các nhà quản lý
môi trường ngày càng quan tâm. Bùn thải đô thị phát sinh chủ yếu từ các hoạt
động xử lý nước thải và nạo vét hệ thống thoát nước đô thị. Bùn thải đô thị có hàm
lượng chất dinh dưỡng như nitơ, phốt pho khá cao (Nguyễn Việt Anh, 2015)
[1]. Mặt khác, quá trình hình thành bùn thải cũng tích lũy nhiều chất gây ô nhiễm
như kim loại nặng, vi sinh vật gây bệnh.
Khối lượng bùn thải đô thị phát sinh ngày càng nhiều ở tất cả các quốc gia
trên Thế giới. Đối với các nước châu Âu, lượng bùn thải khô trên một đầu người
được thống kê từ quá trình xử lý nước sơ cấp và thứ cấp là khoảng 90
g/ngày/người. Ở Anh, có khoảng 30 triệu tấn bùn thải mỗi năm tương đương với
1,2 triệu tấn bùn khô mỗi năm (Ngo Dinh Binh và cs, 2007) [98]. Tại Việt Nam, cùng
với tốc độ gia tăng dân số, mở rộng quy mô các đô thị, lượng bùn thải phát sinh
ngày càng nhiều. Tính riêng cho thủ đô Hà Nội, lượng bùn từ bể phốt phát sinh
hàng năm khoảng 500
- 700 tấn/ngày (Hà Nội Urenco, 2014) [13], bùn thải từ hệ thống thoát nước đô thị
được thu gom khoảng 120.000 - 150.000 tấn/năm (Quy hoạch chất thải rắn thủ
đô Hà Nội, 2014) [44].
Bùn thải đô thị tại mỗi quốc gia, mỗi đô thị có những đặc tính khác biệt tùy
thuộc vào trình độ phát triển đô thị cũng như sự phát triển của hệ thống hạ tầng
đô thị. Kết quả nghiên cứu của Inglezakis và cs (2014) [81] cho thấy điểm chung
của các loại bùn thải đô thị là chúng có chứa thành phần dinh dưỡng cho cây trồng
như nitơ, phốt pho khá cao. Theo tác giả Fuerhacker (2010) [72] các chất có nguồn
gốc vô cơ gây ô nhiễm bùn thải đô thị chủ yếu là kim loại nặng (KLN) như Zn, Cd,
Pb, Cr, Cu, Ni và một số nguyên tố xạ hiếm khác. KLN được sử dụng nhiều trong các
ngành công nghiệp như mạ, dệt nhuộm, sơn, thuộc da,...v.v. KLN trong nước thải
sinh hoạt thường có nguồn gốc từ chất giặt tẩy, phân hay sự hòa tan từ hệ thống
đường ống cấp nước sinh hoạt và thoát nước thải. Theo hệ thống thoát nước,
KLN sẽ vận chuyển và tích tụ lại trong bùn thải tại mạng lưới thoát nước hay trong
bùn thải tại các trạm xử lý nước thải.



2

Theo Bala Subramanian (2010) [56] chi phí quản lý và xử lý bùn dao động 30
- 40% chi phí tổng và chiếm 50% chi phí vận hành của một nhà máy xử lý nước thải
têu biểu. Chi phí này sẽ là gánh nặng cho các hệ thống xử lý nước thải nếu không
có các biện pháp xử lý bùn thải thay thế. Các biện pháp xử lý bùn thải có chi phí
thấp, thân thiện với môi trường sẽ là lời giải cho bài toán xử lý một khối lượng lớn
bùn thải đang hàng ngày phát sinh tại các đô thị (Chang và cs, 2002) [61]. Tại các
nước thuộc Cộng đồng Chung châu Âu có trên 30% sản phẩm bùn thải được sử
dụng làm nguồn phân bón cho cây trồng (Silveria, 2003) [106]. Hiện nay, có
khoảng 0,25 triệu tấn bùn thải (khối lượng khô) được sinh ra hàng năm ở Úc, trong
đó khoảng 1/3 đến 1/2 lượng này được sử dụng trong nông nghiệp (Molloy và
cs,
2005) [97]. Theo Diaz và cs (1996) [68] việc sử dụng các loại bùn thải như một loại
phân bón hay làm nguyên liệu sản xuất phân bón ở nhiều nước không còn xa lạ từ
những năm 1990.
Do vậy có thể nhận định rằng, hướng nghiên cứu nhằm sử dụng bùn thải đô
thị làm phân bón cho nông nghiệp là hướng đi đúng đắn. Tuy nhiên chất lượng
phân bón cũng như công nghệ tái sử dụng bùn thải làm phân bón phụ thuộc rất
nhiều vào đặc điểm, tính chất của bùn thải. Để đạt mục đích hài hòa 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.
Nhằm góp phần vào việc hoàn thiện các cơ sở dữ liệu đặc tính các loại bùn
thải, phương pháp, quy trình xử lý bùn thải đô thị Việt Nam nói chung và bùn thải
đô thị Hà Nội nói riêng, đề tài “Nghiên cứu đặc tính và khả năng sử dụng bùn
thải đô thị Hà Nội làm phân bón" đã được thực hiện.
2. Mục têu của đề tài

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 điểm lý, hóa, sinh học và dự báo phát sinh khối lượng bùn thải
đô thị Hà Nội.


3

- 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.
- 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 tễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học
- Bổ sung thêm tư liệu đánh giá chi tết đặc tính lý, hóa học và khối lượng phát
sinh bùn thải đô thị Hà Nội.
- Tìm được các điều kiện thích hợp (về thời gian ngâm chiết, nồng độ dung
dịch axit, số lần chiết tách) để loại bỏ một số kim loại nặng trong bùn thải trạm xử
lý nước thải sinh hoạt bằng dung dịch axit.
- Đánh giá được khả năng khoáng hóa bùn thải sau xử lý kim loại nặng phối
trộn với một số vật liệu hữu cơ (rơm, phân lợn) và chế phẩm sinh học (EMIC và
nấm Trichoderma spp.).
Ý nghĩa thực tễn
- Làm cơ sở tham khảo cho các nhà quản lý lập kế hoạch quản lý và xử lý các
loại bùn thải đô thị Hà Nội.
- Có thể tái sử dụng bùn thải đô thị theo hướng tận thu tài nguyên phục vụ

làm phân bón nông nghiệp, giảm khối lượng bùn thải ra môi trường bên ngoài
nhằm hài hòa giữa lợi ích kinh tế và bảo vệ môi trường.
4. Những đóng góp mới của đề tài
- Đã đề xuất phương án chiết rút bằng dung dịch axit xitric để tền xử lý kim
loại nặng trong bùn thải từ hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tập trung làm cơ
chất cho ủ phân compốt.
- Đã đề xuất giải pháp sản xuất phân hữu cơ từ bùn thải trạm xử lý nước thải
sinh hoạt sau tền xử lý kim loại nặng phối trộn với phụ phẩm nông nghiệp (rơm,
phân lợn) và chế phẩm sinh học (EMIC, Trichoderma spp.).