Nghiên cứu đặc điểm lan truyền kim loại nặng từ bãi chôn lấp chất thải rắn hợp vệ sinh tại kiêu kỵ, gia lâm, hà nội

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM LAN TRUYỀN KIM LOẠI NẶNG TỪ BÃI CHÔN LẤP CHẤT THẢI RẮN HỢP VỆ SINH TẠI KIÊU KỴ, GIA LÂM, HÀ NỘI Chuyên ngành Công nghệ môi trường - Chất thải rắn Mã số 9520320-1 LUẬN ÁN TIẾN SỸ Hà Nội – 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM LAN TRUYỀN KIM LOẠI NẶNG TỪ BÃI CHÔN LẤP CHẤT THẢI RẮN HỢP VỆ SINH TẠI KIÊU KỴ, GIA LÂM, HÀ NỘI Chuyên ngành Công nghệ môi trường - Chất thải rắn Mã số 9520320-1 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC Hà Nội – 2022 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án Tiến sĩ “ Nghiên cứu đặc điểm lan truyền kim loại nặng từ bãi chôn lấp chất thải rắn hợp vệ sinh Kiêu Kỵ, Gia Lâm, Hà Nội” cơng trình tơi nghiên cứu thực Các kết quả, số liệu luận án hoàn toàn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận án ii LỜI CẢM ƠN Lời Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trường Đại học Xây Dựng Hà nội, Phòng Quản lý Đào tạo, Khoa Kỹ thuật Môi trường Trường tạo điều kiện hỗ trợ giúp đỡ tơi suốt q trình học tập nghiên cứu Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc, kính trọng đến GS.TS Nguyễn Thị Kim Thái PGS.TS Nguyễn Văn Hoàng tận tình hướng dẫn, động viên, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi thời gian tơi hồn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn thầy, nhà khoa học, chuyên gia có ý kiến đóng góp cho luận án trình thực Cuối cùng, Tơi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ, động viên, chia sẻ gia đình, bạn bè đồng nghiệp trình thực nghiên cứu Tác giả luận án iii MỤC LỤC Lời cam đoan……………… i Lời cám ơn ……… ii Danh mục chữ viết tắt vii Danh mục bảng viii Danh mục hình vẽ, đồ thị ix MỞ ĐẦU I Lý lựa chọn đề tài II Mục đích nội dung nghiên cứu III Đối tượng phạm vi nghiên cứu .2 IV Cơ sở khoa học V Phương pháp nghiên cứu VI Những đóng góp luận án .3 VII Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Chương TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .5 1.1 Tổng quan chôn lấp chất thải rắn .5 1.1.1 Các khái niệm liên quan 1.1.2 Hiện trạng chôn lấp chất thải rắn Việt Nam .6 1.2 Tổng quan khu vực nghiên cứu 10 1.2.1 Điều kiện tự nhiên khu vực bãi chôn lấp Kiêu Kỵ 10 1.2.2 Hoạt động bãi chôn lấp 16 1.3 Tổng quan hình thành chất nhiễm nước rỉ rác .17 1.3.1 Nguồn gốc phát sinh kim loại nặng chất thải rắn 17 1.3.2 Sự hình thành nước rỉ rác 21 iv 1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần tính chất nước rỉ rác 22 1.3.4 Lượng phát sinh thành phần nước rỉ rác 25 1.4 Sự ảnh hưởng nước rỉ rác đến môi trường đất nước đất .38 1.4.1 Nguy ô nhiễm từ nước rỉ rác 38 1.4.2 Các tác động kim loại nặng môi trường đất 39 1.5 Tổng quan nghiên cứu lan truyền kim loại nặng từ bãi chôn lấp 42 1.5.1 Các nghiên cứu nước 42 1.5.2 Các nghiên cứu Việt Nam 49 1.6 Lựa chọn hướng nghiên cứu luận án 51 Chương LÝ THUYẾT LAN TRUYỀN Ô NHIỄM VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN NGHIÊN CỨU 52 2.1 Chất ô nhiễm lan truyền đất 52 2.1.1 Nước đất tượng mao dẫn .53 2.1.2 Nước di chuyển xuống trọng lực 54 2.2 Quá trình lan truyền chất ô nhiễm yếu tố ảnh hưởng 55 2.2.1 Lưu lượng dòng thấm 55 2.2.2 Hệ số khuếch tán chất ô nhiễm .56 2.3 Q trình thấm nước vận chuyển chất nhiễm 59 2.3.1 Cơ chế đối lưu theo dòng hút mao dẫn 59 2.3.2 Cơ chế đối lưu theo dòng nước mao dẫn khuếch tán .62 2.4 Các phương pháp nghiên cứu xác định lan truyền ô nhiễm 64 2.4.1 Xác định thành phần tính chất nước rỉ rác 64 2.4.2 Phương pháp xác định thành phần tính chất đất 66 2.4.3 Lời giải giải tích – phương trình vi phân xác định lan truyền nhiễm .68 v 2.4.4 Phương pháp phần tử hữu hạn .70 2.4.5 Ưu điểm phương pháp PTHH .72 2.4.6 Phương pháp xây dựng mơ hình mơ lan truyền chất nhiễm không gian 3D Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .78 3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến lan truyền chất ô nhiễm từ nước rỉ rác phát sinh từ bãi chôn lấp 78 3.1.1 Lượng nước rỉ rác phát sinh theo thời gian – phương pháp cân nước 78 3.1.2 Xây dựng phương pháp mơ hình hóa tính tốn nước rỉ rác .85 3.2 Khảo sát hàm lượng chất ô nhiễm nước rỉ rác bãi chôn lấp Kiêu Kỵ 97 3.2.1 Các hợp chất hữu nước rỉ rác 98 3.2.2 Hàm lượng kim loại nặng nước rỉ rác 102 3.2.3 Các chất ô nhiễm khác .104 3.3 Khảo sát ô nhiễm kim loại nặng đất bãi chôn lấp Kiêu Kỵ 109 3.3.1 Đặc điểm mẫu đất lỗ khoan LK4 LK5 109 3.3.2 Kết phân tích mẫu đất 111 3.3.3 Nhận xét kết khảo sát ô nhiễm môi trường đất khu vực bãi chôn lấp 115 3.4 Đánh giá yếu tố ảnh hưởng tới trình lan truyền kim loại nặng từ bãi chôn lấp 11 3.5 Dự báo nồng độ kim loại nặng lan truyền môi trường bãi chôn lấp phương pháp phần tử hữu hạn 117 3.5.1 Các nguy ô nhiễm môi trường đất phát sinh từ bãi chôn lấp chất thải rắn Kiêu Kỵ, Gia Lâm 118 3.5.2 Dự báo đánh giá nồng độ kim loại nặng lan truyền mơ hình 1D .121 3.5.3 Xây dựng phương trình đánh giá lan truyền kim loại nặng với mơ hình 3D 133 PL5 Lượng mưa Lượng mưa Lượng mưa LỚP 10 LỚP 10 LỚP… LỚP … LỚP LỚP Lớp che phủ Lượng mưa LỚP Chất thải Lượng mưa LỚP LỚP Lượng mưa LỚP LỚP LỚP LỚP LỚP LỚP LỚP LỚP LỚP LỚP LỚP Nước rò rỉ Nước rò rỉ Nước rò rỉ Nước rò rỉ Nước rò rỉ Nước rò rỉ Naêm Naêm Naêm Naêm Naêm Năm Hình Sơ đồ lớp rác chơn lấp thời gian tính tốn Trong thời gian chơn lấp rác Trong thời gian chôn lấp rác lượng nước mưa xâm nhập đơn vị bề mặt F xác định theo công thức Ln.mưa = (X-Z)xFx/1000 (tấn/ tháng) (1.5) Trong X Lượng mưa trung bình tháng (mm) Z Lượng bốc tháng (mm) F đơn vị diện tích bề mặt (m2) PL6  Khối lượng riêng nước 270C,  = 0,997tấn/m3 F Diện tích vận hành Thay vào cơng thức ta có Ln.mưa = (X-Z)x1x0,997/1000 (tấn/tháng)) Diện tích ô chôn lấp không đổi nên lượng nước không đổi theo chu kì tương ứng với đổi tuần hoàn lượng nước mưa bay Giá trị thể bảng sau Bảng Khối lượng nước mưa thời gian vận hành bãi chôn lấp Z Lượng 18 68.01 0.997 -0.0499 19 63.03 0.997 -0.0439 34 60.4 0.997 -0.0263 105 64 0.997 165 92.9 0.997 0.0407 0.0718 266 95.74 0.997 253 90 0.997 274 82.54 0.997 243 88.88 0.997 10 156 88 0.997 11 59 83.09 0.997 0.0675 6-0.024 12 20 86.47 0.997 -0.0663 Tháng p khối lượng F đơn nước mưa vị diện bốc TB riêng TB tích tháng(mm) nước(tấn/m3) tháng(mm) bm(m2) Lnmua ngấm vào chơn lấp X Lượng 0.1697 0.1620 0.1908 0.1536 Trong thời gian đóng bãi a Lượng nước mưa xâm nhập vào bãi tính theo cơng thức Gn.mưa = (X-Z-R-Gẩm)xFx/1000 (tấn/tháng) (1.6) Trong R Lượng nước hình thành dòng chảy mặt (mm) R = xX ( hệ số dòng chảy phụ thuộc vào mặt phủ, chọn  = 0,25) Gẩm Độ ẩm thiếu hụt lớp đất phủ (mm) PL7 Độ thiếu hụt lớp đất phủ phụ thuộc vào khả giữ nước lớp phủ Khả giữ nước lớp đất phủ xác định theo công thức Mn.giữ = (Dchứa - Dchứa giảm) x h (mm) (1.7) Trong Mn.giữ Lượng nước giữ lại lớp đất phủ(mm) Dchứa Hệ số dung tích chứa Dchứa giảm Hệ số chứa giảm dần theo thời gian h Độ cao lớp phủ (m) Lấy h = 0,8m Nếu dùng lớp phủ lớp đất sét pha, độ dốc lớp phủ 1,5% Dchứa =31%; Dchứa giảm = 15% Thay số ta có Mn.giữ = (0,31-0,15)x0,8 = 0,128m = 128mm Với độ ẩm chứa lớp đất phủ vào khoảng 60% dung tích chứa ta có độ thiếu hụt với lớp phủ Gẩm = (Dchứax0,6 - Dchứa giảm) xh = (0,31x0,6-0,15)x0,15 = 0,0288m Bảng Lượng nước mưa thấm vào thời gian đóng chơn lấp R Lượng X Lượng Z Lượng nước Tháng nước mưa bốc TB hình TB (1) tháng(mm) thành tháng(mm) dịng (3) (2) chảy mặt (mm) (4) 68,01 18 4,5 63,03 19 4,75 60,4 34 8,5 64,165 105 26,25 92,9 165 41,25 95,74 266 66,5 90,455 253 63,25 82,54 274 68,5 88,88 243 60,75 88,235 10 156 39 83,09 11 59 14,75 86,47 12 20 Cột số 4(dòng chảy mặt) (4) = 0,25x(2) Lượng ẩm (5) -54,51 -48,78 -34,9 14,59 30,85 103,76 99,3 122,96 93,37 28,77 -38,84 -71,47 ∆G ẩm Lượng độ ẩm thiếu hụt nước lớp thấm đất qua(mm) phủ(mm) (7) (6) -28,8 -77,58 -112,48 -97,89 -67,04 0 0 -38,84 -110,31 0 0 99,3 122,96 93,37 28,77 -38,84 0 Gnmua thời gian chơn lấp đóng(tấn) (8) 0 0 0,0990021 0,1225911 0,0930898 0,0286836 -9 0,03872348 0 PL8 Cột số (Lượng ẩm) (5) = (2) - (3) - (4) Cột số (Hao hụt ẩm lớp phủ) - Đối với tháng kể từ bãi chôn lấp đóng cửa lượng ẩm 0 hao hụt ẩm (6) 0,