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

ùn thải đô thị có hàm lượng chất dinh dưỡng như nitơ, phốt pho khá cao (Nguyễn Việt Anh, 2015). 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. Ngày nay, trên thế giới bùn thải được tái sử dụng rất phổ biến. Sử dụng bùn thải làm phân bón cho nông nghiệp như là một trong những biện pháp xử lý, đổ thải, được áp dụng ở nhiều quốc gia. Với 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. Chính vì vậy, đề tài “Nghiên cứu đặc tính và khả năng sử dụng bùn thải đô thị Hà Nội làm phân bón" được nghiên cứu và thực hiện. 2. Mục tiêu nghiên cứu 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 khối lượng bùn thải đô thị Hà Nội. - 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 tiễn của luận án - Bổ sung thêm tư liệu đánh giá chi tiết đặc tính lý, hóa học và phát sinh bùn thải đô thị Hà Nội. - Tìm được các điều kiện thích hợp (về thời gian tương tác, nồng độ dung dịch axit, số lần chiết tách) để loại bỏ kim loại nặng trong bùn thải đô thị 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). - 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. 4. Những đóng góp mới của luận án - Đã đề xuất phương án chiết rút bằng dung dịch axit xitric để tiền 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 compost. - Đã đề xuất giải pháp sản xuất phân hữu cơ từ bùn thải trạm xử lý nước thải sinh hoạt sau tiền xử lý kim loại nặng phối trộn với phụ phẩm nông nghiệp (rơm, phân lợn) và chế phẩm sinh học (EMIC, Trichoderma spp.). 5. Giới thiệu bố cục luận án Luận án bao gồm 160 trang đánh máy A4 được cấu trúc gồm có 3 chương không kể phần mở đầu, kết luận, kiến nghị (Chương 1: Tổng quan tài liệu, chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu, chương 3: Kết quả nghiên cứu). Luận án có 60 bảng và 37 hình vẽ (không kể phần phụ lục minh họa). Tham khảo 119 tài liệu, trong đó 53 tài liệu tiếng Việt, 66 tài liệu tiếng nước ngoài. Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Khái quát về bùn thải đô thị Trong phần này, tác giả trình bày tổng quan các vấn đề như khái niệm, nguồn phát sinh, đặc tính, các phương pháp xử lý bùn thải đô thị, thực trạng công tác quản lý bùn thải đô thị ở Hà Nội. Các loại bùn thải phát sinh từ các nguồn khác nhau và các vùng miền khác nhau có đặc điểm hóa lý khác nhau. Điểm chung của các loại bùn thải là lượng phát sinh từ các đô thị ngày càng nhiều, trong bùn có chứa thành phần dinh dưỡng cho cây trồng như nitơ, phốt pho khá cao và bùn còn chứa nhiều KLN và vi sinh vật gây bệnh. 1.2. Phương pháp hóa học tách chiết KLN trong bùn thải đô thị Chiết hóa học là quá trình tách các chất ô nhiễm từ đất, bùn và trầm tích bằng cách sử dụng chất chiết xuất. Phương pháp này được sử dụng để xử lý đất bị nhiễm KLN. Các chất chiết xuất có thể là các axit vô cơ (HNO3, HCl, H2SO4), axit hữu cơ (axit xitric, axetic và axit oxalic), tác nhân tạo phức mạnh (NTA và EDTA) và một số hóa chất vô cơ khác (Marchioretto và cs, 2002). 1.3. Phương pháp ủ phân compost Trong phần này, tác giả trình bày tổng quan về khái niệm, các yếu tố ảnh hưởng và các phương pháp ủ phân compost. Với các ưu điểm như thời gian phân hủy nhanh, hầu hết cỏ dại, mầm bệnh bị tiêu diệt và dễ thực hiện, phương pháp ủ nóng được ưu tiên lựa chọn. 1.4. Một số nghiên cứu ủ phân compost từ bùn thải đô thị ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp Trong phần này, tác giả đã trình bày tóm tắt một số kết quả nghiên cứu về ủ phân compost từ bùn thải đô thị và ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp trên thế giới và ở Việt Nam. Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Bùn thải đô thị; vật liệu phối trộn ủ phân: rơm, phân lợn, chế phẩm EMIC, nấm Trichoderma spp; cây trồng thử nghiệm hiệu lực của phân bón là cây cải bẹ (Brassica campestris L.) và cây xác pháo (Salvia splendens ker. Gawl). 2.2. Nội dung nghiên cứu - Hiện trạng phát sinh và đặc tính bùn thải đô thị Hà Nội. - Nghiên cứu khả năng tách chiết một số kim loại nặng (Cd, Cu, Zn, Pb, Cr) trong bùn thải. - Nghiên cứu tận dụng bùn thải nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt sau xử lý KLN làm phân hữu cơ. - Nghiên cứu thử nghiệm phân hữu cơ sản xuất từ bùn thải sau xử lý KLN đối với cây trồng. 2.3. Phương pháp nghiên cứu Để thực hiện được các nội dung nghiên cứu đề tài đã sử dụng các phương pháp như: Phương pháp điều tra 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, phương pháp thực nghiệm, phương pháp xử lý số liệu. Các thí nghiệm trong nghiên cứu: * Thí nghiệm chiết tách một số kim loại nặng (Cd, Cu, Zn, Pb, Cr) trong bùn thải của trạm XLNTSH Kim Liên bằng axit: Các thí nghiệm thực hiện song song giữa 3 axit: xitric, axetic và nitric (Lựa chọn thời gian tương tác, lựa chọn nồng độ axit tối ưu và lựa chọn số lần chiết tách KLN) * Thí nghiệm ủ phân hữu cơ bùn thải (HCBT): Các công thức thí nghiệm: CT1: Bùn, CT2: Bùn - Rơm, CT3: Bùn - Rơm - Phân lợn, CT4: Bùn - Trichoderma, CT5: Bùn - Rơm - Trichoderma, CT6: Bùn - Rơm - Phân lợn - Trichoderma, CT7: Bùn - EMIC, CT8: Bùn - Rơm - EMIC, CT9: Bùn - Rơm - Phân lợn - EMIC, CT10: Bùn - EMIC - Trichoderma, CT11: Bùn - Rơm - EMIC - Trichoderma, CT12: Bùn - Rơm - Phân lợn - EMIC - Trichoderma. * Thí nghiệm thử nghiệm hiệu lực của phân HCBT đối với cây cải bẹ (Brassica campestris L.) Các công thức bón phân: CT1 (ĐC1): 70 kg N + 50 kg P2O5 + 40 kg K2O (nền); CT2 (ĐC2): Nền + 15 tấn phân chuồng hoai, CT3: Nền + 5,6 tấn phân HCBT; CT4: Nền + 6,4 tấn phân HCBT, CT5: Nền + 7,2 tấn phân HCBT. * Thí nghiệm thử nghiệm hiệu lực của phân HCBT đối với cây xác pháo (Salvia splendens) Các công thức bón phân: CT1 (ĐC1): 70 kg N + 60 kg P2O5 + 80 kg K2O (nền); CT2 (ĐC2): Nền + 15 tấn phân chuồng hoai, CT3: Nền + 5,6 tấn phân HCBT; CT4: Nền + 6,4 tấn phân HCBT, CT5: Nền + 7,2 tấn phân HCBT. CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Hiện trạng phát sinh và đặc tính bùn thải đô thị Hà Nội 3.1.1. Hiện trạng và dự báo lượng phát sinh các loại bùn thải đô thị Hà Nội * Bùn thải từ bể phốt: Tính riêng trong năm 2015, lượng phân bùn bể phốt phát sinh từ 12 quận nội thành Hà Nội là khoảng 250.020 tấn/năm. Bảng 3.1. Dự báo phát sinh lượng bùn từ bể phốt đô thị Hà Nội Lượng phân bùn bể phốt khu vực đô thị Hà Nội được dự báo tăng lên khoảng 345.450 tấn/năm vào năm 2030. * Bùn thải hệ thống thoát nước: Hình 3.1. Biểu đồ tăng trưởng công tác nạo vét bùn thải từ HTTN của Công ty Thoát nước Hà Nội qua các năm Dự báo phát sinh khối lượng bùn thải HTTN được xác định theo tiêu chuẩn thải và số liệu dự báo dân số theo Quy hoạch chung Thủ đô Hà Nội đến năm 2030 tầm nhìn đến năm 2050 được trình bày ở các bảng 3.2. Bảng 3.2. Dự báo phát sinh khối lượng bùn thải HTTN khu vực đô thị trung tâm thành phố Hà Nội năm 2020, 2030 * Bùn thải từ các trạm XLNT tập trung: Bảng 3.3. Lượng bùn phát sinh từ các trạm XLNT tập trung Theo đó, hệ số phát thải bùn bình quân của các nhà máy xử lý nước thải hiện nay ở Hà Nội là 0,58 ± 0,01 kg bùn/m3 nước thải. Dự báo lượng bùn thải phát sinh từ các nhà máy XLNT tập trung ở khu vực đô thị trung tâm vào năm 2030 sẽ là 304.699,81 tấn/năm, lớn hơn rất nhiều lượng bùn phát sinh từ các trạm XLNT tập trung trong giai đoạn hiện nay. Điều này hoàn toàn phù hợp với xu hướng phát triển của các quốc gia trên Thế giới. 3.1.2. Đặc tính các loại bùn thải đô thị Hà Nội 3.1.2.1. Một số tính chất lý học - Đối với bùn trầm tích sông và cống thải thì cấp hạt thô >0,02 mm chiếm tỷ lệ lớn. Thành phần cấp hạt ở bùn thải từ hệ thống xử lý nước thải chủ yếu là các vật liệu hữu cơ và khoáng chất có kích thước nhỏ (< 0,02 mm). - Độ ẩm: Dao động trong khoảng 71% - 93%, cao nhất là bùn nạo vét từ sông hồ và cống thải, dao động từ 80% - 91%. - Tổng hàm lượng cặn (TS) trong các mẫu bùn chênh lệch khá lớn, dao động từ 0,99% đến 25,4%, cao nhất là ở các mẫu bùn trầm tích sông hồ (trung bình đạt 17,37%), thấp nhất ở các mẫu bùn bể phốt và bùn từ trạm XLNT tập trung. TS của các mẫu bùn cặn từ hệ thống cống thoát nước dao động 12,83% - 17,24%. - Tổng chất rắn bay hơi (VS) trong các mẫu bùn chên lệch khá lớn, dao động 15,55 - 84 (%TS), cao nhất là ở các mẫu phân bùn bể phốt và bùn từ trạm XLNT tập trung. 3.1.2.2. Một số tính chất hóa học - Giá trị pH: pH của các mẫu bùn thải đô thị tương đối ổn định và dao động 6,8 đến 7,7. - Hàm lượng chất hữu cơ: Cao nhất trong bùn thải từ bể phốt, hố gas (trung bình 50,2% chất khô, cao nhất đạt 69,5% chất khô ở các bể tự hoại hoạt động dưới 3 năm), thấp nhất là hàm lượng chất hữu cơ trong bùn cống rãnh (trung bình đạt 9,95%). Theo thang đánh giá của I. V. Chiurin (1972), chất hữu cơ trong đất > 8% chứng tỏ đất giàu chất hữu cơ thì hầu hết các mẫu bùn thải đô thị đều có hàm lượng chất hữu cơ rất giàu. Đây là cơ sở quan trọng để định hướng tái sử dụng bùn thải, thu hồi tài nguyên có ích. - Hàm lượng nitơ và phốt pho tổng số (%) Hình 3.2: Hàm lượng Nts và hình 3.3: Hàm lượng P2O5ts trong các mẫu bùn thải Hàm lượng Nts trong các mẫu bùn dao động 0,17% - 3,64%, phân bùn bể phốt và bùn thải từ các trạm xử lý nước thải có Nts thuộc loại rất giàu (>1%) theo thang đánh giá nitơ trong đất. Hàm lượng P2O5ts dao động 0,68% - 2,45%, ở mức giàu so với thang đánh giá phốt pho trong đất. - Hàm lượng một số kim loại nặng trong bùn thải (Bảng 3.4). Bảng 3.4. Hàm lượng một số KLN trong bùn thải đô thị Hà Nội Đơn vị: mg/kg Kết quả phân tích ở bảng 3.4 cho thấy, hàm lượng KLN trong các loại bùn chênh lệch khá lớn. Nhìn chung, phân bùn bể phốt có hàm lượng các KLN thấp nhất trong số các loại bùn thải đô thị khảo sát và đều đạt ngưỡng cho phép đối với KLN trong đất (QCVN 03-MT:2015/BTNMT). Trong số các KLN khảo sát, Zn là kim loại có hàm lượng tổng số trong các mẫu bùn cao hơn cả. 3.1.2.3. Một số chỉ tiêu sinh học của bùn thải đô thị Hà Nội Bảng 3.5. Mật độ một số vi sinh vật trong mẫu bùn thải Đơn vị: CFU/g Ghi chú: n: Số mẫu, Min: Giá trị nhỏ nhất, Max: Giá trị lớn nhất Kết quả phân tích ở bảng 3.5 cho thấy, hàm lượng một số chỉ tiêu vi sinh vật gây bệnh như E.coli và Salmonella của các mẫu bùn thải đô thị Hà Nội khá lớn, vượt tiêu chuẩn cho phép đối với hàm lượng VSV có trong phân bón theo thông tư 41/2014 của Bộ NN&PTNT, đặc biệt là các mẫu phân bùn bể phốt. 3.1.3. Đánh giá khả năng tái sử dụng bùn thải đô thị Hà Nội cho mục đích nông nghiệp Từ các kết quả đánh giá hiện trạng và dự báo phát sinh bùn thải cũng như đặc tính lý, hóa, sinh học của bùn thải đô thị, bùn thải từ trạm XLNTSH Kim Liên được ưu tiên lựa chọn để nghiên cứu các giải pháp tách chiết KLN trong bùn và nghiên cứu ủ phân hữu cơ từ bùn thải sau xử lý KLN phục vụ cho mục đích nông nghiệp. 3.2. Nghiên cứu tách chiết một số KLN (Cu, Zn, Pb, Cr, Cd) trong bùn thải trạm XLNTSH bằng dung dịch axit 3.2.1. Đặc điểm các dạng KLN Hình 3.4. Thành phần (%) các dạng tồn tại của các KLN trong bùn thải trạm một số trạm XLNT tập trung ở Hà Nội Theo đó, hầu hết các KLN trong các mẫu bùn thải tồn tại nhiều ở dạng liên kết hữu cơ (F4), cao nhất là Cu (trên 70%) và Pb (từ 60-80%). Dạng ion trao đổi (F1) gần như không tìm thấy đối với Cr, Cu, Cd. Cr tồn tại nhiều nhất ở dạng cặn dư (F5) (chiếm từ 52,7 - 65,37%), Zn và Pb tồn tại ở dạng cặn dư ít nhất. Dạng liên kết cacbonat (F2) và dạng liên kết Fe-Mn oxit (F3) trong các mẫu bùn thải chủ yếu được thấy nhiều là ở các nguyên tố Zn, Cd, Cr và Pb. 3.2.2. Nghiên cứu tách chiết một số KLN trong bùn thải trạm XLNT Kim Liên bằng dung dịch axit 3.2.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất loại bỏ KLN trong bùn thải Bảng 3.6. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất chiết KLN Ghi chú: Theo hàng, trong từng thí nghiệm, các số mang chữ cái (a, b, c, d) khác nhau thì sai khác có ý nghĩa thống kê ở độ tin cậy 95%. Kết quả Bảng 3.6 cho thấy, hiệu suất chiết tách các KLN của axit hữu cơ (citric và axetic) đạt cao và ổn định ở 120 phút, của axit nitric là 60 phút. 3.2.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ axit đến hiệu suất tách chiết KLN Bảng 3.7. Hiệu suất loại bỏ KLN của các axit ở các nồng độ Ghi chú: Theo hàng, trong từng thí nghiệm, các số mang chữ cái (a, b, c, d) khác nhau thì sai khác có ý nghĩa thống kê ở độ tin cậy 95%. Kết quả bảng 3.7 cho thấy, đối với các axit hữu cơ (citric và axetic), hiệu quả loại bỏ KLN cao nhất ở nồng độ 0,3 - 0,5 M (với thời gian phản ứng 120 phút); đối với axit nitric hiệu quả loại bỏ các KLN cao nhất ở nồng độ 0,5 - 0,65 M (với thời gian phản ứng 60 phút). 3.2.2.3. Ảnh hưởng của số lần chiết đến hiệu quả loại bỏ KLN Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng số lần chiết tách KLN cho thấy, ngoại trừ Cr, các KLN khác (Cu, Zn, Pb, Cd) đạt cao và ổn định sau 5 lần chiết. Đối với Cr, sau 7 lần chiết lượng Cr tách ra đạt ổn định, khác biệt không có ý nghĩa thống kê 5% so với sau 8 lần chiết. Như vậy, hiệu quả loại bỏ hầu hết các KLN của cả 3 axit là sau 5 lần chiết tách. Axit citric có nhiều ưu thế hơn trong tách chiết các KLN, quá trình tách chiết có thể được thực hiện ở điều kiện có tính axit nhẹ (pH = 3 - 5). Do vậy, axit citric được lựa chọn để thực hiện tách chiết các KLN trong bùn thải đô thị. 3.2.3. Thành phần một số chất trong bùn thải sau quá trình chiết tách bằng axit Bảng 3.8. Thành phần một số chất trong bùn trước và sau loại bỏ KLN Như vậy, sau khi sử dụng các axit để loại bỏ các KLN, hàm lượng chất hữu cơ, nitơ, phốt pho trong bùn giảm so với ban đầu nhưng vẫn ở mức giàu so với thang đánh giá dinh dưỡng trong đất. Sau xử lý bằng dung dịch axit, hàm lượng các KLN giảm khác biệt qua phép thử T-test và đều đạt ngưỡng cho phép đối với KLN trong đất nông nghiệp. Bùn thải sau xử lý KLN cần được điều chỉnh pH bằng vôi bột đến pH trung tính (pH = 6,8 - 7,3), nghiên cứu thêm giải pháp bổ sung chất hữu cơ (phân gà, phân lợn), cacbon (rơm, cỏ,) để tận dụng theo hướng làm phân compost cho nông nghiệp. Trong số các axit thử nghiệm để loại bỏ một số KLN trong bùn thải, axit xitric được lựa chọn. Theo tính toán, lượng axit xitric dùng để loại bỏ KLN trong 1 tấn bùn (khô không khí - Độ ẩm của bùn khô không khí là 25%) khoảng 7,5 kg. Bùn trạm XLNT có độ ẩm khoảng 90,2% (bảng 3.10), lượng axit xitric cần dùng để loại bỏ KLN trong 1 tấn bùn tươi là 1 kg. 3.3. Nghiên cứu tận dụng bùn thải trạm XLNTSH sau xử lý KLN làm phân hữu cơ 3.3.1. Biến động các yếu tố trong quá trình ủ phân - Nhiệt độ: Nhiệt độ của các công thức thí nghiệm có bổ sung thêm vật liệu hữu cơ (rơm, phân lợn) dao động trong khoảng 28oC - 64,3oC, cao hơn hẳn các công thức không bổ sung vật liệu hữu cơ. Nhiệt độ tăng cao nhất ở CT12, đạt 64,3oC vào ngày thứ 16 - 17 sau ủ. - Độ ẩm: Sau 75 ngày ủ, độ ẩm của các khối ủ ở các công thức thí nghiệm có bổ sung vật liệu hữu cơ đạt 25% - 34%. - Hàm lượng các bon tổng số: Tổng các bon ngày đầu ở các công thức thí nghiệm dao động trong khoảng 15,89 - 33,37%. Sau 75 ngày ủ của các công thức thí nghiệm có bổ sung chế phẩm EMIC và nấm Trichoderma spp. thấp khác biệt có ý nghĩa so với công thức thí nghiệm còn lại. Hình 3.5. Hàm lượng tổng các bon hữu cơ ở các công thức thí nghiệm sau 75 ngày ủ - Hàm lượng nitơ tổng số: Hình 3.6. Hàm lượng Nts ở các công thức sau 75 ngày ủ Sau 75 ngày ủ, hàm lượng Nts ở các thí nghiệm dao động trong khoảng từ 0,94 % đến 2,52%, việc bổ sung thêm chế phẩm không có ý nghĩa trong việc làm tăng lượng Nts trong các vật liệu sau quá trình ủ. - Tỷ lệ C/N: Hình 3.7. Tỷ lệ C/N ở các công thức sau 75 ngày ủ Tỷ lệ C/N ở các công thức thí nghiệm giảm dần theo thời gian ủ giảm khác biệt theo thời gian ủ, trừ công thức bùn không phối trộn vật liệu hữu cơ. CT12 có tỷ lệ C/N giảm thấp nhất, khác biệt so với các công thức khác. - Hàm lượng lân tổng số và dễ tiêu Hình 3.8. Hàm lượng P2O5 tổng số (%) và hình 3.9. Hàm lượng P2O5 dễ tiêu (mg/kg) của các công thức sau 75 ngày ủ Hàm lượng phốt pho tổng số ở các công thức sau 75 ngày ủ biến động trong khoảng 0,84 - 2,65% P2O5. Khi bổ sung thêm chế phẩm sinh học EMIC và/hoặc nấm Trichoderma spp, hàm lượng phốt pho tổng số của các công thức khác biệt không có ý nghĩa thống kê, tuy nhiên hàm lượng phốt pho dễ tiêu cao khác biệt so với các công thức không bổ sung chế phẩm. - Hàm lượng kali tổng số (%) Hình 3.10. Hàm lượng K2O tổng số sau 75 ngày ủ Sau 75 ngày ủ, hàm lượng kali tổng số trong các công thức dao động từ 0,42 - 1,58%. Việc bổ sung chế phẩm EMIC và/hoặc nấm Trichoderma spp chưa cho kết quả khác biệt rõ ràng đối với tổng kali trong thời gian 75 ngày ủ phân. - Biến động E.coli và Salmonella Các công thức khi bắt đầu ủ đều nhiễm E.coli và dao động trong khoảng 1,27 - 1,85x102 CFU/g, công thức thí nghiệm có bổ sung phân lợn có Salmonella với mật độ 1,23 CFU/g. Sau 75 ngày ủ, không phát hiện E.coli và Salmonella trong hỗn hợp ủ. - Hàm lượng các KLN: Các KLN trong hỗn hợp ủ phân sau 75 ngày đều dưới ngưỡng cho phép đối với KLN trong đất nông nghiệp 3.3.3. Đánh giá chất lượng phân hữu cơ sản xuất từ bùn thải sau xử lý KLN Bảng 3.9. Đặc tính lý hóa của phân HCBT sau 75 ngày ủ 3.3.4. Quy trình sản xuất phân hữu cơ từ bùn thải sau xử lý KLN Quy trình sản xuất phân hữu cơ bùn thải (HCBT) được nêu ở Hình 3.26 Theo tính toán của đề tài, chi phí sản xuất 1 tấn phân HCBT là 25.000.000 đồng (2.500 đồng/kg). Hình 3.11. Quy trình sản xuất phân hữu cơ bùn thải 3.4. Thử nghiệm hiệu lực phân HCBT trên cây trồng 3.4.1. Thử nghiệm hiệu lực phân HCBT trên cây cải bẹ Bảng 3.10. Ảnh hưởng đến năng suất của cây cải bẹ Kết quả ở bảng 3.10 cho thấy, khi bón lượng phân khác nhau, năng suất cây cải bẹ khác nhau rõ rệt. Trong vụ Đông Xuân (chính vụ), năng suất lý thuyết và năng suất thực thu của cây cải bẹ cao hơn hẳn vụ Hè Thu. Công thức CT4 cho năng suất thực thu cao khác biệt không có ý nghĩa thống kê so với CT5. Kết quả ở bảng 3.11 cho thấy, tất cả các công thức phân bón ở có hàm lượng NO3- trong ngưỡng cho phép (< 500 mg/kg). Bảng 3.11. Hàm lượng nitrat và KLN trong cây cải bẹ ĐVT: mg/kg tươi Ghi chú: Giá trị hàm lượng trong cây là giá trị trung bình của 2 vụ thí nghiệm. Về hiệu quả kinh tế: Năng suất vụ hè thu khá thấp (từ 10,64 - 18,54 tấn/ha). Năng suất cây cải bẹ Đông Dư lúc chính vụ (vụ đông xuân) cao, đạt 21,55 - 44,18 tấn/ha. Tuy nhiên, giá bán lúc chính vụ chỉ bằng 1/3 lúc trái vụ. Do vậy, vụ đông xuân mặc dù cây cho năng suất cao, nhưng lãi thuần lại thấp hơn vụ hè thu. Bảng 3.12. Hiệu quả kinh tế của các công thức bón phân Ghi chú: NSTT: Năng suất thực thu, : CPTT: Chi phí tăng thêm, GTSP: Giá trị sản phẩm, VCR: Tỷ số giữa giá trị sản phẩm tăng lên do sử dụng phân bón và Chi phí tăng thêm phân bón. Giá bán rau vụ hè thu: 9.000 đồng/kg, giá bán rau vụ đông xuân: 3.000 đồng/kg. Như vậy, khi thay thế phân chồng hoai mà nông dân địa phương sử dụng bằng phân HCBT, chi phí đầu tư không tăng nhưng năng suất cải thiện đáng kể, do vậy lãi suất cao hơn hẳn. Ở vụ hè thu, mức bón thêm phân hữu cơ tốt nhất cho cây cải bẹ là 7,2 tấn phân HCBT/ha (CT5). Ở vụ đông xuân, CT4 cho hiệu quả cao nhất (nền + 6,4 tấn phân HCBT/ha). Hàm lượng nitrat trong rau ở các công thức bón phân đều đạt ngưỡng an toàn. 3.4.2. Thử nghiệm hiệu lực của phân HCBT trên cây Xác pháo Bảng 3.13. Ảnh hưởng của các công thức bón phân đến chất lượng hoa Ghi chú: Các chữ cái khác nhau trên cùng một cột thể hiện sự sai khác có ý nghĩa ở mức P < 0,05. Kết quả ở bảng 3.13 cho thấy, các công thức bổ sung lượng phân HCBT khác nhau đã làm tăng chất lượng hoa xác pháo cũng như độ bền của cây hoa so với đối chứng không sử dụng phân hữu cơ. Ở công thức bổ sung lượng phân HCBT ở công thức 4 (nền + 6,2 tấn phân HCBT) cho kết quả phản ánh rõ nét nhất. Bảng 3.14. Hiệu quả kinh tế của việc sử dụng phân bón HCBT trên cây hoa xác pháo Ghi chú: CPTT: Chi phí tăng thêm, GTSP: Giá trị sản phẩm,VCR: Tỷ số giữa giá trị sản phẩm tăng lên do sử dụng phân bón và Chi phí tăng thêm phân bón. Giá bán cây loại I là 6.000 đồng/cây, cây loại II là 4.500 đồng/cây, cây loại III là 3.000 đồng/cây. Tóm lại, khi thay thế 15 tấn phân chuồng hoai ủ theo phương pháp truyền thống của người dân bằng 6,4 tấn phân HCBT thì năng suất, chất lượng và hiệu quả kinh tế của cây xác pháo cao hơn hẳn. 3.4.3. Một số tính chất của đất trước và sau khi bón phân HCBT Bảng 3.15. Một số tính chất của đất trước và sau khi bón phân Nhìn chung, các chỉ tiêu dinh dưỡng (N, P2O5, K2O) của đất sau khi trồng thử nghiệm cây cải bẹ Đông Dư và cây xác pháo đều cao hơn so với trước khi trồng. Như vậy, khi bón bổ sung các phân bón HCBT đã giúp duy trì và bước đầu cải thiện chất lượng đất trồng hơn so với đối chứng. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận 1.1. Bùn thải đô thị Hà Nội phát sinh với số lượng ngày càng lớn. Dự báo đến năm 2030, khu vực đô thị trung tâm thành phố Hà Nội phát sinh khoảng 345.450 tấn/năm bùn từ bể phốt, 161.210 tấn/năm bùn thải từ hệ thống thoát nước đô thị và 304.699,81 tấn/năm bùn thải từ các trạm xử lý nước thải tập trung. Về đặc tính lý hóa, sinh học của bùn thải đô thị: Bùn thải đô thị có độ ẩm lớn, dao động 71% - 93%, tổng hàm lượng cặn (TS) dao động từ 0,99% đến 25,4%, tổng chất rắn bay hơi (VS) dao động từ 15,55 - 84 (%TS), bùn có pH trung tính, dao động từ 6,8 đến 7,7. Hàm lượng chất hữu cơ trong bùn thải khá cao và chênh lệch nhiều giữa các loại bùn thải, chất hữu cơ trong bùn từ bể phốt và trạm XLNT rất cao, 26,71% - 69,51% khối lượng khô. Hàm lượng nitơ tổng số dao động từ 0,17% - 3,64% khối lượng khô; hàm lượng phốt pho tổng số dao động từ 0,68% - 2,45% khối lượng khô. Với lượng phát sinh lớn và hàm lượng các chất như hữu cơ, nitơ, phốt pho cao, bùn thải từ các trạm xử lý nước thải sinh hoạt tập trung được lựa chọn nghiên cứu định hướng xử lý để tái sử dụng cho mục đích nông nghiệp. Hàm lượng một số KLN (Cu, Cd, Pb, Cr, Zn) trong các mẫu bùn ở mức cao, đặc biệt là Cu và Zn ở nhiều mẫu vượt quy chuẩn cho phép trong đất nông nghiệp và quy chuẩn đối với chất lượng trầm tích. Mật độ vi sinh vật gây bệnh (E.coli và Salmonella) có trong hầu hết các loại bùn thải, đặc biệt là bùn từ bể phốt có mật độ vi sinh vật gây bệnh rất cao. 1.2. Các KLN tồn tại ở bùn thải ở các dạng khác nhau. Một số KLN tồn tại nhiều ở dạng liên kết hữu cơ và liên kết cacbonat như Zn, Cd, Pb, Cu. Trong khi đó, Cr tồn tại chủ yếu ở dạng bền vững. Tiền xử lý KLN trong bùn thải trạm XLNTSH Kim Liên bằng các dung dịch axit (nitric, xitric và axetic) cho hiệu quả xử lý cao. Zn là kim loại được tách chiết ra nhiều nhất (hiệu suất đạt 87 - 92%), Cr là kim loại tách chiết ra ít nhất (hiệu suất < 40%). Sau chiết tách, KLN trong bùn thải đạt ngưỡng cho phép đối với KLN trong đất nông nghiệp. Thời gian ngâm chiết 60 phút, nồng độ 0,65 M với 5 bậc chiết là điều kiện tối ưu để axit nitric loại bỏ hầu hết KLN thử nghiệm. Hiệu suất loại bỏ KLN cao nhất của axit xitric và axit axetic là ở khoảng thời gian ngâm chiết 60 - 120 phút, nồng độ 0,3 - 0,5 M với 5 bậc chiết. Với những ưu điểm về hiệu suất tách chiết KLN và có thể được thực hiện ở điều kiện có tính axit nhẹ (pH = 4 - 5), axit xitric được lựa chọn để thực hiện tách chiết các KLN trong bùn thải đô thị 1.3. Ủ phân compost từ hỗn hợp bùn thải sau xử lý KLN, rơm, phân lợn theo tỷ lệ khô lần lượt là 1: 0,7: 0,3 có bổ sung chế phẩm EMIC và nấm Trichoderma spp. trong quá trình ủ. Sau 75 ngày ủ, hỗn hợp sau ủ có thành phần đảm bảo chất lượng phân hữu cơ theo Thông tư 41/TT-BNNPTNT về quản lý phân bón. Phân HCBT có độ ẩm < 35%, pH = 7,5, hàm lượng OM = 29,36%, Nts = 2,56%, P2O5ts = 2,65%, K2Ots = 1,58%, hàm lượng các KLN và vi sinh vật gây bệnh đạt tiêu chuẩn cho phép. 1.4. Sử dụng phân HCBT trồng thử nghiệm trên cây cải bẹ (Brassica campestris L.) cho năng suất, chất lượng cây tốt và lãi suất cao hơn hẳn so với đối chứng (không sử dụng phân HCBT). Ở vụ hè thu, mức bón thêm phân hữu cơ tốt nhất cho cây cải bẹ là 7,2 tấn phân HCBT/ha (CT5: 70 kg N + 50 kg P2O5 + 40 kg K2O + 7,2 tấn phân HCBT). Ở vụ đông xuân, CT4 cho hiệu quả cao nhất (70 kg N + 50 kg P2O5 + 40 kg K2O + 6,4 tấn phân HCBT). Hàm lượng nitrat và