XJY Biến đổi bùn thải thành chất rắn sinh học: Hành trình xử lý nước thải và hơn thế nữa

Giới thiệu phương pháp xử lý bùn XJY

Trước năm 1950, hầu hết các cộng đồng ở Hoa Kỳ đều xả nước thải vào sông suối mà hầu như không được xử lý. Khi dân số đô thị tăng lên, khả năng xử lý nước thải tự nhiên của sông suối bị quá tải và khiến chất lượng nước suy giảm ở nhiều vùng. Để giải quyết những lo ngại về suy thoái chất lượng nước, hàng nghìn cộng đồng trên khắp Hoa Kỳ đã xây dựng hệ thống xử lý nước thải trong những năm 1950 và 1960. Điều này giúp chất lượng nước sông và suối được cải thiện đáng kể, nhưng lại tạo ra một loại vật liệu khác cần xử lý: bùn thải. Khoảng 99% dòng nước thải đi vào nhà máy xử lý được thải ra dưới dạng nước trẻ hóa. Phần còn lại là huyền phù loãng của chất rắn đã được thu giữ trong quá trình xử lý. Những chất rắn xử lý nước thải này thường được gọi là bùn thải.

"Bùn nước thải" hay "chất rắn sinh học" - tên là gì?

Thuật ngữ “chất rắn sinh học” gần đây đã được ngành xử lý nước thải đưa ra. Ngành công nghiệp định nghĩa chất rắn sinh học là bùn thải đã trải qua quá trình xử lý thích hợp để ổn định và giảm mầm bệnh, đồng thời có chất lượng đủ cao để sử dụng trên đất. Thuật ngữ này nhằm mục đích phân biệt bùn thải đã qua xử lý chất lượng cao với bùn thải thô và bùn thải có chứa lượng lớn chất gây ô nhiễm môi trường. Thuật ngữ "chất rắn sinh học" cũng giúp phân biệt bùn thải với bùn công nghiệp bằng cách nhấn mạnh rằng bùn thải được tạo ra bởi một quá trình sinh học. Thuật ngữ này đã bị một số người chỉ trích là nhằm che giấu bản chất thực sự của bùn thải, do đó làm cho việc áp dụng vật liệu này vào đất ít gây phản đối hơn đối với công chúng. Mặc dù "chất rắn sinh học" chắc chắn không gợi lên những hình ảnh tiêu cực giống như "bùn nước thải" hay đơn giản là "bùn", nhưng đây là một thuật ngữ hợp pháp và hữu dụng khi được sử dụng một cách chính xác để tạo ra sự khác biệt được mô tả ở trên. Trong tài liệu này, "bùn thải" sẽ được sử dụng để chỉ các chất rắn xử lý nước thải nói chung và "chất rắn sinh học" sẽ được sử dụng để chỉ cụ thể các vật liệu phù hợp cho ứng dụng trên đất.

hình ảnh 6Bùn thải

Sản xuất bùn thải thành phố XJY

Nước thải đô thị, hoặc nước thải, đề cập đến nước đã được sử dụng trong các ngôi nhà hoặc cơ sở kinh doanh ở khu vực thành thị và ngoại ô để rửa, tắm và xả nhà vệ sinh. Nước thải đô thị cũng có thể bao gồm nước từ các nguồn công nghiệp. Để loại bỏ hóa chất hoặc chất ô nhiễm do quá trình công nghiệp, các cơ sở công nghiệp đóng góp vào hệ thống nước thải đô thị phải xử lý trước nước thải trước khi thải vào hệ thống thoát nước. Nước thải được chuyển qua hệ thống thoát nước vệ sinh đến nhà máy xử lý nước thải tập trung (đôi khi được gọi là Công trình xử lý thuộc sở hữu công, hay POTW). Tại POTW, nước thải trải qua một loạt các bước xử lý sử dụng các quá trình vật lý, sinh học và hóa học để loại bỏ chất dinh dưỡng và chất rắn, phân hủy vật liệu hữu cơ và tiêu diệt mầm bệnh (sinh vật gây bệnh) trong nước. Nước trẻ hóa được thải ra sông suối, hoặc có thể được phun trên những vùng đất rộng lớn.

hình 7 Bùn thải đô thị

Xử lý sơ bộ nước thải thô bao gồm sàng lọc để loại bỏ các vật thể lớn như que, chai, giấy và giẻ lau, và giai đoạn loại bỏ sạn trong đó các chất rắn vô cơ (cát, sạn, than) nhanh chóng lắng ra khỏi nước. Các chất cặn và sạn được loại bỏ trong giai đoạn xử lý này thường được chôn lấp và không trở thành một phần của bùn thải.

Xử lý sơ cấp bao gồm quá trình lắng và tuyển nổi bằng trọng lực loại bỏ khoảng một nửa vật liệu rắn bước vào giai đoạn này. Vật liệu rắn (cả hữu cơ và vô cơ) lắng xuống trong giai đoạn xử lý này được hút từ đáy và tạo thành bùn sơ cấp. Trong hầu hết các POTW, vật liệu nổi (dầu, mỡ, gỗ và thực vật) được vớt ra khỏi mặt nước trong quá trình xử lý sơ cấp sẽ được xử lý riêng và không trở thành một phần của bùn sơ cấp.

Xử lý thứ cấp là một quá trình sinh học được tăng tốc và kiểm soát cẩn thận, trong đó các vi sinh vật xuất hiện tự nhiên được sử dụng để phân hủy (phân hủy hoặc tiêu hóa) vật liệu hữu cơ lơ lửng và hòa tan trong nước thải. Vật liệu này được chuyển đổi thành carbon dioxide được thải vào khí quyển và thành khối tế bào vi sinh vật.

Trong bể lắng thứ cấp, khối tế bào vi sinh vật lắng xuống đáy và bị loại bỏ. Chất hữu cơ chủ yếu này được gọi là bùn thứ cấp.

Một số nhà máy xử lý cũng bao gồm các bước xử lý bậc ba được thiết kế để tiếp tục giảm chất dinh dưỡng thực vật (nitơ và phốt pho), chất rắn lơ lửng hoặc nhu cầu oxy sinh học trong nước thải. Phốt pho kết tủa hóa học và quá trình lọc tạo ra bùn cấp ba.

Cuối cùng, nước được xử lý khử trùng để tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh. Nước trẻ hóa sau đó được xả ra suối hoặc sông hoặc có thể được phun trên các vùng đất rộng lớn.

XJY Phương pháp xử lý bùn thải đô thị

Bùn cấp 1, cấp 2 và cấp 3 thường được kết hợp lại và hỗn hợp thu được chứa từ 1 đến 4% chất rắn, được gọi là bùn thải "thô". Do hàm lượng mầm bệnh và tính chất không ổn định, dễ phân hủy, bùn thải thô là mối nguy tiềm ẩn cho sức khỏe và môi trường; tuy nhiên, một số quy trình xử lý hiện nay được sử dụng để ổn định bùn thải, giảm hàm lượng mầm bệnh và tăng hàm lượng chất rắn. Một số quy trình được sử dụng phổ biến hơn để ổn định và giảm mức độ mầm bệnh trong bùn thải được liệt kê và mô tả ngắn gọn trong Bảng 1.

Bùn thải có gì?

Bùn thải bao gồm cả vật liệu vô cơ và hữu cơ, nồng độ lớn của một số chất dinh dưỡng thực vật, nồng độ nhỏ hơn nhiều của nhiều nguyên tố vi lượng¹ và hóa chất hữu cơ cũng như một số mầm bệnh. Thành phần của bùn thải thay đổi đáng kể tùy thuộc vào thành phần nước thải và quy trình xử lý được sử dụng. Bảng 2 cung cấp nồng độ trung bình và nồng độ phân vị thứ 95 của các chất dinh dưỡng thực vật và một số nguyên tố vi lượng được tìm thấy trong bùn thải. Những dữ liệu này là từ một cuộc khảo sát rộng rãi về bùn thải được tạo ra ở Pennsylvania trong năm 1996 và 1997.

Các phương án xử lý bùn thải

Bùn thải có thể được xem là nguồn tài nguyên hữu cơ và dinh dưỡng được sử dụng có ích hoặc là chất thải cần xử lý. Trước năm 1991, một lượng lớn bùn thải, trong đó có một số từ Pennsylvania, đã được xử lý bằng cách thải ra biển. Những lo ngại về lượng chất dinh dưỡng dư thừa trong nước biển đã dẫn đến việc cấm hoạt động này. Hiện nay, hầu hết bùn thải sản xuất ở Pennsylvania đều đã được xử lý và có chất lượng đủ cao để được phân loại là chất rắn sinh học. Gần một nửa số vật liệu này được xử lý bằng cách chôn lấp hoặc đốt, trong khi chất rắn sinh học còn lại được tái chế vào đất bằng cách sử dụng trong nông nghiệp, cải tạo mỏ, tạo cảnh quan hoặc làm vườn. Mỗi lựa chọn này đều có những lợi ích, vấn đề và rủi ro về kinh tế và môi trường liên quan đến nó.

Xử lý bãi rác

Từ góc độ quản lý và xử lý vật liệu, chôn lấp có lẽ là giải pháp đơn giản nhất. Từ quan điểm kinh tế, việc chôn lấp hiện nay có lợi hơn so với các phương án khác. Tuy nhiên, điều này chắc chắn sẽ thay đổi khi không gian chôn lấp ngày càng hạn chế và phí xử lý (chi phí đổ rác) tăng lên. Từ quan điểm môi trường, việc chôn lấp ngăn chặn việc giải phóng bất kỳ chất gây ô nhiễm hoặc mầm bệnh nào từ bùn bằng cách tập trung bùn vào một vị trí duy nhất. Nếu bãi chôn lấp được xây dựng và bảo trì đúng cách thì rủi ro môi trường sẽ ở mức tối thiểu.

Tuy nhiên, có những rủi ro liên quan đến việc xử lý bùn thải bằng cách chôn lấp. Chất thải hữu cơ trải qua quá trình phân hủy yếm khí trong các bãi chôn lấp, tạo ra khí metan có thể thải vào khí quyển. Mêtan là một loại khí nhà kính có liên quan đến hiện tượng nóng lên toàn cầu. Các loại khí khác thải ra từ bãi chôn lấp có thể gây ra mùi khó chịu. Một lượng lớn chất dinh dưỡng mà bùn thải bổ sung vào bãi chôn lấp gây nguy hiểm cho môi trường địa phương. Nếu xảy ra sự cố của lớp lót bãi chôn lấp hoặc hệ thống thu gom nước rỉ rác, những chất dinh dưỡng này có thể làm ô nhiễm nước ngầm và nước mặt tại địa phương. Bùn thải chôn lấp cũng chiếm không gian bãi rác có giá trị và làm mất đi những lợi ích tiềm năng của chất hữu cơ và chất dinh dưỡng thực vật trong bùn.

hình ảnh 8Xử lý bãi rác

Xử lý đốt

Đốt bùn thải làm giảm khối lượng vật liệu cần xử lý, tiêu diệt hoàn toàn mầm bệnh, phân hủy hầu hết các hóa chất hữu cơ và thu hồi một lượng nhỏ giá trị nhiệt có trong bùn thải. Tro dư là vật liệu vô cơ ổn định, tương đối trơ, chỉ chiếm 10 đến 20% thể tích bùn ban đầu. Hầu hết các kim loại vi lượng trong bùn thải đều tập trung ở dạng tro (nồng độ tăng gấp 5 đến 10 lần). Vật liệu này thường được chôn lấp, mặc dù nó có khả năng được sử dụng làm vật liệu xây dựng.

Việc đốt cũng thải ra khí carbon dioxide (một loại khí nhà kính khác) và có thể cả các chất ô nhiễm dễ bay hơi khác (cadmium, thủy ngân, chì, dioxin) vào khí quyển. Hoạt động của lò đốt đòi hỏi các hệ thống phức tạp để loại bỏ vật chất dạng hạt mịn (tro bay) và các chất ô nhiễm dễ bay hơi khỏi khí thải ống khói. Điều này làm cho việc đốt rác trở thành một trong những lựa chọn đắt tiền hơn để xử lý bùn thải. Giống như việc chôn lấp, những lợi ích tiềm tàng từ chất hữu cơ và chất dinh dưỡng thực vật trong bùn thải sẽ bị mất đi.

hình 9 Xử lý bằng lò đốt