Nghiên cứu đặc tính và khả năng sử dụng bùn thải đô thị Hà Nội làm phân bón

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, năm 2017 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: 62 44 03 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Người hướng dẫn khoa học: 1. Nguyễn Mạnh Khải 2. Nguyễn Thế Đặng Thái Nguyên, năm 2017 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, cũng như kết quả luận án của mình. 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 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. Nguyễn Mạnh Khải và GS.TS Nguyễn Thế Đặng đã trực tiếp 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. Nguyễn Mạnh Khải chủ trì và đề tài QMT.03 do PGS,TS. Trần Văn Quy chủ trì thông qua hỗ trợ thực hiện lấy mẫu, phân tích một số chỉ tiêu 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. Trần Văn Ngọc, Trung tâm thực hành và nghiên cứu ứng dụng Trường Đại học Nông Lâm 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 Đặng Thị Hồng Phương iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT.viii DANH MỤC CÁC BẢNG.ix DANH MỤC CÁC HÌNH.xii MỞ ĐẦU. Tính cấp thiết của đề tài.

Mục tiêu của đề tài. Mục tiêu tổng quát. Mục tiêu cụ thể. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.

Những đóng góp mới của đề tài.3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU. Cơ sở lý luận về bùn thải đô thị. Khái niệm, nguồn phát sinh bùn thải đô thị. Đặc điểm của bùn thải đô thị.

Đặc điểm của bùn thải nạo vét từ mạng lưới thoát nước đô thị. Đặc điểm của bùn thải từ các trạm XLNT tập trung. Đặc điểm tồn tại trong bùn thải đô thị và độc tính của một số KLN. Khả năng và lợi ích thu được từ tái sử dụng bùn thải đô thị.

Thực trạng quản lý bùn thải đô thị tại Hà Nội. Tổng quan về các phương pháp xử lý bùn thải đô thị. Tiền xử lý, tách nước. Phương pháp loại bỏ KLN trong bùn thải đô thị.

Loại bỏ các kim loại bằng dung dịch axit. Loại bỏ kim loại bằng các tác nhân tạo phức. Phương pháp chôn lấp. Phương pháp nhiệt.

Sử dụng trong cải tạo đất nông nghiệp. Tổng quan về phương pháp ủ phân compost. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình composting. Các yếu tố dinh dưỡng.

Các yếu tố môi trường. Vi sinh vật trong ủ phân compost. Các phương pháp ủ phân compost. Một số nghiên cứu ủ phân compost từ bùn thải đô thị ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp.

Các nghiên cứu trên thế giới.41 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu. Bùn thải đô thị.

Vật liệu phối trộn ủ phân. Sản phẩm sau ủ phân. Cây trồng thử nghiệm hiệu lực phân HCBT. Phạm vi nghiên cứu.

Nội dung nghiên cứu. Nội dung 1: Đặc tính bùn thải đô thị Hà Nội. Nội dung 2: Nghiên cứu loại bỏ một số kim loại nặng (Cd, Cu, Zn, Pb, Cr) trong bùn thải. Nội dung 3: Nghiên cứu tận dụng bùn thải trạm XLNTSH sau xử lý KLN làm phân hữu cơ.

Nội dung 4: Nghiên cứu thử nghiệm phân HCBT đối với cây trồng. Phương pháp nghiên cứu. Phương pháp thu thập tài liệu. Phương pháp dự báo phát sinh lượng bùn thải đô thị Hà Nội.

Phương pháp lấy mẫu, bảo quản và phân tích mẫu. Vị trí lấy mẫu bùn. Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu. Phương pháp phân tích phòng thí nghiệm.

Phương pháp thực nghiệm. Thí nghiệm chiết tách một số kim loại nặng (Cd, Cu, Zn, Pb, Cr) trong bùn thải của trạm XLNTSH Kim Liên bằng axit. Thí nghiệm ủ phân HCBT. Thí nghiệm thử nghiệm hiệu lực của phân HCBT đối với cây trồng.

Phương pháp xử lý số liệu.66 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN. Đặc tính bùn thải đô thị Hà Nội. Dự báo phát sinh số lượng các loại bùn thải đô thị Hà Nội. Dự báo phát sinh số lượng bùn từ bể phốt ở đô thị Hà Nội.

Dự báo phát sinh bùn thải HTTN. Dự báo phát sinh số lượng bùn thải từ các trạm XLNT tập trung. Đặc tính các loại bùn thải đô thị Hà Nội. Một số tính chất lý học.

Một số tính chất hóa học. Một số chỉ tiêu sinh học của bùn thải đô thị Hà Nội. Đánh giá khả năng tái sử dụng bùn thải đô thị Hà Nội cho mục đích nông nghiệp. Nghiên cứu loại bỏ một số KLN (Cu, Zn, Pb, Cr, Cd) trong bùn thải trạm XLNTSH bằng dung dịch axit.

Đặc điểm các dạng KLN trong bùn thải một số trạm XLNT tập trung ở Hà Nội. Nghiên cứu loại bỏ một số KLN trong bùn thải của trạm XLNTSH Kim Liên bằng dung dịch axit. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất loại bỏ KLN trong bùn thải92 3. Ảnh hưởng của nồng độ axit đến hiệu suất loại bỏ KLN.

Ảnh hưởng của số bậc chiết đến hiệu quả loại bỏ KLN trong bùn thải. Thành phần một số chất trong bùn thải sau quá trình chiết tách bằng axit. Nghiên cứu tận dụng bùn thải trạm XLNTSH sau xử lý KLN làm phân hữu cơ. Biến động các yếu tố trong quá trình ủ phân.

Giá trị pH. Sự thay đổi thể tích khối ủ. Hàm lượng các bon tổng số. Hàm lượng đạm.

Hàm lượng lân. Hàm lượng kali tổng số (%).coli và Salmonella. Hàm lượng một số kim loại nặng (As, Pb, Hg, Cd) sau 75 ngày ủ. Đánh giá chất lượng phân hữu cơ sản xuất từ bùn thải sau xử lý KLN.

Quy trình sản xuất phân hữu cơ từ bùn thải sau xử lý KLN. Quy trình sản xuất phân HCBT. Chi phí sản xuất phân HCBT. Thử nghiệm hiệu lực phân HCBT đối với cây trồng.

Thử nghiệm hiệu lực phân HCBT đối với cây rau cải bẹ. Ảnh hưởng của các công thức bón phân đến thời gian qua các thời kỳ sinh trưởng của cây rau cải bẹ. Ảnh hưởng của các công thức bón phân đến một số chỉ tiêu sinh trưởng của cây cải bẹ. Ảnh hưởng của các công thức bón phân đến năng suất, chất lượng và hiệu quả kinh tế của cây cải bẹ.

Thử nghiệm hiệu lực của phân HCBT trên cây hoa xác pháo. Ảnh hưởng của các công thức bón phân đến các giai đoạn sinh trưởng của cây trong các công thức. Ảnh hưởng của các công thức bón phân đến tăng trưởng chiều cao cây. Ảnh hưởng của các công thức bón phân đến động thái ra lá.

Ảnh hưởng của các công thức bón phân đến tăng trưởng đường kính thân. Ảnh hưởng của các công thức bón phân đến khả năng phân cành. Ảnh hưởng của các công thức bón phân đến chất lượng hoa. Ảnh hưởng của các công thức bón phân đến tỷ lệ hoa thương phẩm.

Hiệu quả kinh tế của việc sử dụng phân bón HCBT trên cây hoa xác pháo. Một số tính chất đất trước và sau khi bón phân HCBT.147 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 150 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN. 152 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

158 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 (Cation 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. Thành phần một số chất của bùn từ các công trình vệ sinh khác nhau. Thành phần của bùn từ bể tự hoại. Thành phần cơ giới của các loại bùn cặn.

Thành phần hữu cơ, Nts và P2O5ts của bùn từ hệ thống thoát nước đô thị.