XJY Chuyển hóa bùn thải thành chất thải sinh học: Hành trình xuyên suốt quá trình xử lý nước thải và hơn thế nữa

Giới thiệu về XJY Xử lý bùn

Trước năm 1950, hầu hết các cộng đồng ở Hoa Kỳ đều xả nước thải sinh hoạt trực tiếp vào suối và sông mà không qua xử lý hoặc xử lý rất sơ sài. Khi dân số đô thị tăng lên, khả năng tự nhiên của suối và sông trong việc xử lý nước thải đã bị quá tải, dẫn đến chất lượng nước suy giảm ở nhiều vùng. Để giải quyết những lo ngại về sự suy thoái chất lượng nước, hàng nghìn cộng đồng trên khắp Hoa Kỳ đã xây dựng các hệ thống xử lý nước thải.Xử lý nước Các hệ thống xử lý nước thải trong những năm 1950 và 1960 đã được cải thiện đáng kể về chất lượng nước suối và sông, nhưng lại tạo ra một vấn đề khác cần giải quyết: bùn thải. Khoảng 99% lượng nước thải đi vào nhà máy xử lý được thải ra dưới dạng nước đã được làm sạch. Phần còn lại là một hỗn hợp rắn loãng đã được giữ lại trong quá trình xử lý. Các chất rắn từ quá trình xử lý nước thải này thường được gọi là bùn thải.

hình ảnh  1 Nước thải

"Bùn thải" hay "chất thải sinh học" - tên gọi có ý nghĩa gì?

Thuật ngữ "chất thải sinh học" (biosolids) gần đây đã được ngành xử lý nước thải đưa vào sử dụng. Ngành này định nghĩa chất thải sinh học là bùn thải đã trải qua quá trình xử lý đầy đủ để ổn định và giảm thiểu mầm bệnh, và có chất lượng đủ cao để bón cho 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 chứa lượng lớn chất gây ô nhiễm môi trường. Thuật ngữ "chất thải sinh học" cũng giúp phân biệt bùn thải sinh hoạt với bùn công nghiệp bằng cách nhấn mạnh rằng loại thứ nhất được tạo ra bởi một quá trình sinh học. Thuật ngữ này đã bị một số người chỉ trích là một nỗ lực che giấu bản chất thực sự của bùn thải sinh hoạt, từ đó làm cho việc bón vật liệu này cho đất ít gây phản cảm hơn đối với công chúng. Mặc dù "chất thải sinh học" chắc chắn không gợi lên những hình ảnh tiêu cực như "bùn thải" hay đơn giản là "bùn", nhưng nó là một thuật ngữ hợp lệ và hữu dụng khi được sử dụng chính xác để phân biệt như đã mô tả ở trên. Trong tài liệu này, "bùn thải" sẽ được sử dụng để chỉ chung chất rắn từ quá trình xử lý nước thải, và "chất thải sinh học" sẽ được sử dụng để chỉ cụ thể vật liệu phù hợp để bón cho đất.

hình ảnh  2 Đường ống bùn thải

Sản xuất của Bùn thải sinh hoạt đô thị XJY

Nước thải sinh hoạt, hay nước cống, là nước được sử dụng trong các hộ gia đình hoặc doanh nghiệp ở khu vực thành thị và ngoại ô để giặt giũ, tắm rửa và xả bồn cầu. Nước thải sinh hoạt cũng có thể bao gồm nước thải từ các nguồn công nghiệp. Để loại bỏ các hóa chất hoặc chất gây ô nhiễm phát sinh từ các quá trình công nghiệp, các nguồn công nghiệp thải nước thải vào hệ thống nước thải sinh hoạt phải xử lý sơ bộ nước thải trước khi xả vào hệ thống cống rãnh. Nước thải được vận chuyển qua hệ thống cống rãnh đến nhà máy xử lý nước thải tập trung (đôi khi được gọi là Nhà máy xử lý nước thải công cộng, 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 các chất hữu cơ và tiêu diệt mầm bệnh (các sinh vật gây bệnh) trong nước. Nước đã được xử lý được thải ra các suối và sông, hoặc có thể được phun lên các khu vực đất rộng lớn.

Hình 3: Xử lý bùn thải sinh hoạt đô thị

Xử lý sơ bộ nước thải thô bao gồm việc sàng lọc để loại bỏ các vật thể lớn như que củi, chai lọ, giấy và giẻ rách, và giai đoạn loại bỏ cặn bẩn, trong đó các chất rắn vô cơ (cát, bụi bẩn, tro xỉ) nhanh chóng lắng xuống khỏi nước. Phần cặn bẩn và chất thải được loại bỏ trong giai đoạn xử lý này thường được chôn lấp và không trở thành một phần của bùn thải.

Quá trình xử lý sơ cấp bao gồm lắng trọng lực và tuyển nổi, loại bỏ khoảng một nửa lượng chất rắn đi vào giai đoạn này. Chất rắn (cả hữu cơ và vô cơ) lắng xuống trong giai đoạn xử lý này được vớt lên từ đáy và tạo thành bùn sơ cấp. Ở hầu hết các nhà máy xử lý nước thải công cộng (POTW), chất nổi (dầu, mỡ, gỗ và chất thực vật) được vớt lên từ mặt nước trong quá trình xử lý sơ cấp được xử lý riêng và không trở thành một phần của bùn sơ cấp.

Xử lý bậc hai là một quá trình sinh học được kiểm soát chặt chẽ và đẩy nhanh, trong đó các vi sinh vật tự nhiên được sử dụng để phân hủy (phá vỡ hoặc tiêu hóa) các chất hữu cơ lơ lửng và hòa tan trong nước thải. Các chất này được chuyển hóa thành carbon dioxide được giải phóng vào khí quyển và thành khối lượng tế bào vi sinh vật.

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

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

Cuối cùng, nước trải qua quá trình xử lý khử trùng để tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh. Nước đã được làm sạch sau đó được xả vào suối hoặc sông, hoặc có thể được phun lên các khu vực đất rộng lớn.

Phương pháp điều trị XJY cho bùn thải sinh hoạt đô thị

Bùn sơ cấp, thứ cấp và tam cấp thường được trộn lẫn với nhau, 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 tiềm ẩn nguy cơ gây hại cho sức khỏe và môi trường; tuy nhiên, hiện nay có một số quy trình xử lý được sử dụng để ổn định bùn thải, giảm hàm lượng mầm bệnh và tăng hàm lượng chất rắn. Một số quy trình thường được sử dụng để ổn định và giảm mức độ mầm bệnh trong bùn thải được liệt kê và mô tả ngắn gọn trong Bảng 1.

Bên trong có gì? bùn thải?

Bùn thải bao gồm cả vật liệu vô cơ và hữu cơ, nồng độ cao của một số chất dinh dưỡng thực vật, nồng độ thấp hơn nhiều của nhiều nguyên tố vi lượng¹ và hóa chất hữu cơ, cùng một số tác nhân gây 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 đưa ra nồng độ trung vị và phân vị thứ 95 của các chất dinh dưỡng thực vật và một số nguyên tố vi lượng được tìm thấy trong bùn thải. Dữ liệu này được thu thập từ một cuộc khảo sát rộng rãi về bùn thải được sản xuất tại Pennsylvania trong năm 1996 và 1997.

Các lựa chọn để giải quyết vấn đề bùn thải

Bùn thải có thể được xem như một nguồn tài nguyên hữu cơ và dinh dưỡng có thể được sử dụng một cách có lợi hoặc như một chất thải cần được xử lý. Trước năm 1991, một lượng lớn bùn thải, bao gồm cả một số từ Pennsylvania, đã được thải ra biển. Những lo ngại về việc ô nhiễm dinh dưỡng quá mức trong nước biển đã dẫn đến việc cấm hành vi này. Hiện nay, hầu hết bùn thải được sản xuất ở Pennsylvania đều đã được xử lý và có chất lượng đủ cao để được phân loại là chất thải sinh học. Khoảng chưa đến một nửa lượng vật liệu này được xử lý bằng cách chôn lấp hoặc đốt, trong khi phần chất thải sinh học còn lại được tái chế cho đất bằng cách sử dụng trong nông nghiệp, cải tạo mỏ, 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 đi kèm.

Xử lý bằng phương pháp chôn lấp

Từ góc độ quản lý và xử lý vật liệu, chôn lấp có lẽ là giải pháp đơn giản nhất. Về mặt kinh tế, hiện nay chôn lấp có ưu điểm hơn so với các lựa chọn khác. Tuy nhiên, điều này chắc chắn sẽ thay đổi khi diện tích bãi chôn lấp ngày càng hạn chế và phí đổ rác tăng lên. Về mặt môi trường, chôn lấp ngăn chặn sự phát tán các chất gây ô nhiễm hoặc mầm bệnh trong bùn thải bằng cách tập trung bùn thải vào một địa điểm duy nhất. Nếu bãi chôn lấp được xây dựng và bảo trì đúng cách, rủi ro môi trường sẽ ở mức tối thiểu.

Tuy nhiên, việc chôn lấp bùn thải cũng tiềm ẩn nhiều rủi ro. Chất thải hữu cơ trải qua quá trình phân hủy kỵ khí trong bãi chôn lấp, tạo ra khí metan có thể phát tán vào khí quyển. Metan là một loại khí nhà kính gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu. Các loại khí khác phát thải từ bãi chôn lấp cũng có thể gây ra mùi khó chịu. Lượng lớn chất dinh dưỡng mà bùn thải bổ sung vào bãi chôn lấp cũng gây nguy hại cho môi trường địa phương. Nếu lớp lót bãi chôn lấp hoặc hệ thống thu gom nước rỉ rác bị hư hỏng, các chất dinh dưỡng này có thể làm ô nhiễm nước ngầm và nước mặt tại địa phương. Việc chôn lấp bùn thải cũng chiếm diện tích bãi chôn lấp quý giá và làm mất đi những lợi ích tiềm năng của chất hữu cơ và chất dinh dưỡng thực vật có trong bùn.

hình ảnh  4 Xử lý bằng phương pháp chôn lấp

Xử lý bằng phương pháp thiêu hủy

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

Quá trình đốt rác 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. Việc vận hành lò đốt rác đòi hỏi các hệ thống phức tạp để loại bỏ các hạt mịn (tro bay) và các chất ô nhiễm dễ bay hơi khỏi khí thải. Điều này khiến việc đốt rác trở thành một trong những lựa chọn tốn kém hơn để xử lý bùn thải. Cũng giống như chôn lấp, những lợi ích tiềm năng từ chất hữu cơ và chất dinh dưỡng thực vật trong bùn thải sẽ bị mất đi.

Hình 5. Xử lý bằng phương pháp thiêu hủy.