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

Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu của luận án - Mục tiêu nghiên cứu: Luận án nghiên cứu về đặc điểm ô nhiễm, nguồn ô nhiễm, xuất phát từ nước rỉ rác của bãi chôn lấp (BCL) chất thải rắn (CTR) hợp vệ sinh nhằm thấy rõ sự ảnh hưởng đến quá trình lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường đất bãi chôn lấp. Đánh giá và dự báo được mức độ lan truyền ô nhiễm kim loại nặng (KLN) bằng phương pháp định lượng để xây dựng dữ liệu phục vụ công tác quản lý môi trường liên quan đến bãi chôn lấp. - Đối tượng nghiên cứu: Luận án tiến hành lựa chọn đối tượng nghiên cứu là ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường đất bãi chôn lấp chất thải rắn hợp vệ sinh - ô chôn lấp đã đóng tại Kiêu Kỵ, huyện Gia lâm, Hà Nội. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lan truyền chất ô nhiễm của bãi chôn lấp để đánh giá và dự báo mức độ ảnh hưởng ô nhiễm từ bãi chôn lấp đến môi trường đất xung quanh bãi chôn lấp theo không gian và thời gian. b) Các phương pháp nghiên cứu đã sử dụng Do tính chất của đối tượng nghiên cứu là ô nhiễm phát sinh từ nước rỉ rác tại BCL, luận án đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu như nghiên cứu lý thuyết để tìm hiểu những dấu hiệu đặc thù, bản chất, cấu trúc của phương pháp số trong cách tính toán lan truyền ô nhiễm qua đó tiến hành phân tích nội suy khái niệm, xây dựng phương trình toán học mới xác định mức độ lan truyền ô nhiễm với điều kiện biên phức tạp; sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để tính toán lan truyền chất ô nhiễm. Nghiên cứu đã sử dụng phương pháp phần tử hữa hạn là phương pháp số gần đúng để giải các bài toán được mô tả bởi các phương trình vi phân đạo hàm riêng trên miền xác định có hình dạng và điều kiện biên bất kỳ mà nghiệm chính xác không thể tìm được bằng phương pháp giải tích, bằng phương pháp này có thể tính toán và mô phỏng sự thay đổi nồng độ của kim loại nặng theo thời gian trong không gian một cách định lượng và rõ ràng. c) Kết quả chính và kết luận - Kết quả chính: Luận án đã tổng hợp và đề xuất phương pháp tính toán nước rỉ rác phát sinh phù hợp điều kiện khí hậu khu vực và qui trình vận hành chôn lấp chất thải rắn hợp vệ sinh. Đánh giá và dự báo được mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường đất từ khu vực ô chôn lấp đã đóng của bãi chôn lấp hợp vệ sinh với mô hình mô phỏng 3D. Bằng việc sử dụng các khái niệm về trường vectơ gradient ∇C (x, y, z, t), và các phép toán gradient có liên quan (∇⋅), ⊙, cơ chế khuếch tán - đối lưu của chất gây ô nhiễm trong nước rỉ rác được mô hình hóa một cách cụ thể và ngắn gọn, thấy được bản chất vật lý của quá trình lan truyền một cách trực quan hơn. Biến đổi phương trình lan truyền về dạng thức phương trình vi phân đạo hàm riêng, thuật toán PTHH đã được xây dựng để giải phương trình bằng phương pháp số một cách hiệu quả. Khai thác thuật toán và sử dụng phần mềm MATLAB để tính toán, dự báo được khả năng lan truyền nồng độ chất ô nhiễm theo thời gian và trong không gian lòng đất. - Kết luận: Từ các kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm luận án rút ra được các kết luận như sau: Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường bãi chôn lấp chất thải rắn tại Kiêu Kỵ Gia Lâm bao gồm: 1) nguồn gây ô nhiễm KLN từ nước rỉ rác, 2) nồng độ KLN As trong nước rỉ rác và hàm lượng KLN As trong đất bãi chôn lấp đều vượt quá qui định cho phép QCVN 40:2011/BTNMT và QCVN 03:2015/BTNMT, 3) thời gian tích lũy chất ô nhiễm KLN do bãi chôn lấp đã tồn tại hơn 10 năm. Các kim loại nặng khác được phát hiện trong nước rỉ rác là Cr, Pb, Hg, Cd…đều có hàm lượng cao hơn qui chuẩn cho phép do chất thải rắn được chôn lấp không phân loại tại nguồn. Nước rỉ rác là yếu tố gây ô nhiễm môi trường BCL rất nghiêm trọng. Nước rỉ rác được tính toán theo phương pháp đề xuất trong luận án bao gồm các yếu tố ảnh hưởng đến lượng phát sinh từ khi vận hành chôn lấp (lượng mưa, độ bốc hơi, độ ẩm của CTR, thiết bị đầm nén, qui trình vận hành…) đến khi đóng ô và thời gian sau đó (lớp che phủ không trồng cây, có trồng cây, lớp che phủ bị suy thoái…). Các yếu tố này là phù hợp với điều kiện thực tế để tính toán lượng nước rỉ rác khi vận hành BCL tại Việt Nam nói chung và tại BCL Kiêu Kỵ, Gia Lâm nói riêng. Vành đai an toàn đối với nguy cơ ô nhiễm KLN As đã được xác định dựa theo kết quả tính toán của mô hình 1D và 3D. Theo chiều sâu, kết quả mô hình 1D đã khẳng định cụ thể tại các vị trí dễ gây tổn thương tới tầng chứa nước là đáy ô chôn lấp (cách 1,5m đến tầng chứa nước), đáy hồ chứa nước rỉ rác (4,5m), thời gian lan truyền xảy ra rất nhanh nếu không tính đến khả năng hấp phụ đất đá thời gian tương ứng sẽ là 40 ngày và 105 ngày. Vành đai an toàn theo phương x và z tại bất kỳ vị trí nào xung quanh ô chôn lấp tính theo mô hình 3D là 3m và 3,5m sau 8 tháng nếu hàm lượng As ban đầu là không đổi, sau khoảng giá trị này, hàm lượng As tính toán được mới đạt được qui định cho phép của QCVN 03:2015/BTNMT. Kết quả trên 2 mô hình đều thấy kim loại nặng As có xu hướng di chuyển từ lớp đất trên xuống tầng chứa nước sâu hơn, tốc độ lan truyền theo phương z nhanh hơn phương x (mô hình 3D). Các kết quả nghiên cứu đạt được của luận án có thể được sử dụng như một bộ số liệu để làm cơ sở đánh giá và phát triển các giải pháp, chính sách hiệu quả trong việc phân loại, quản lý chất thải rắn nhằm giảm thiểu các tác động tiêu cực từ nguy cơ ô nhiễm kim loại nặng tới môi trường đất và ô nhiễm nước dưới đất tại các khu vực bãi chôn lấp CTR cũng như các trường hợp không kiểm soát chặt chẽ qui trình vận hành các bãi chôn lấp CTR.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI

Hoàng Ngọc Hà

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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI

Hoàng Ngọc Hà

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

1 GS.TS Nguyễn Thị Kim Thái

2 PGS.TS Nguyễn Văn Hoàng

Hà Nội – 2022

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 tại Kiêu Kỵ, Gia Lâm, Hà Nội” là công trình do tôi nghiên cứu và thực hiện Các kết quả, số liệu của luận án hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận án

Hoàng Ngọc Hà

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên 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 của Trường đã tạo điều kiện hỗ trợ và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc, sự kính trọng nhất đến GS.TS Nguyễn Thị Kim Thái

và PGS.TS Nguyễn Văn Hoàng đã tận tình hướng dẫn, động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất trong thời gian tôi hoàn thành luận án

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy, các nhà khoa học, chuyên gia đã có những ý kiến đóng góp cho luận án trong quá trình thực hiện

Cuối cùng, Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, động viên, chia sẻ của gia đình, bạn

bè và đồng nghiệp trong quá trình thực hiện nghiên cứu

Tác giả luận án

Hoàng Ngọc Hà

MỤC LỤC

Lời cam đoan……… i

Lời cám ơn ……… ii

Danh mục các chữ viết tắt vii

Danh mục các bảng viii

Danh mục các hình vẽ, đồ thị ix

MỞ ĐẦU 1

I Lý do lựa chọn đề tài 1

II Mục đích và nội dung nghiên cứu 2

III Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

IV Cơ sở khoa học 2

V Phương pháp nghiên cứu 3

VI Những đóng góp mới của luận án 3

VII Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án 4

Chương 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 5

1.1 Tổng quan về chôn lấp chất thải rắn 5

1.1.1 Các khái niệm liên quan 5

1.1.2 Hiện trạng chôn lấp chất thải rắn tại 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 của bãi chôn lấp 16

1.3 Tổng quan sự hình thành chất ô nhiễm trong nước rỉ rác 17

1.3.1 Nguồn gốc phát sinh kim loại nặng trong chất thải rắn 17

1.3.2 Sự hình thành nước rỉ rác 21

1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần và tính chất nước rỉ rác 22

1.3.4 Lượng phát sinh và thành phần nước rỉ rác 25

1.4 Sự ảnh hưởng của nước rỉ rác đến môi trường đất và nước dưới đất 38

1.4.1 Nguy cơ ô nhiễm từ nước rỉ rác 38

1.4.2 Các tác động của kim loại nặng trong môi trường đất 39

1.5 Tổng quan nghiên cứu về lan truyền kim loại nặng từ bãi chôn lấp 42

1.5.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài 42

1.5.2 Các nghiên cứu tại Việt Nam 49

1.6 Lựa chọn hướng nghiên cứu của luận án 51

Chương 2 LÝ THUYẾT LAN TRUYỀN Ô NHIỄM VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN NGHIÊN CỨU 52

2.1 Chất ô nhiễm lan truyền trong đất 52

2.1.1 Nước trong đất và hiện tượng mao dẫn 53

2.1.2 Nước di chuyển xuống do trọng lực 54

2.2 Quá trình lan truyền chất ô nhiễm và các yếu tố ảnh hưởng 55

2.2.1 Lưu lượng dòng thấm 55

2.2.2 Hệ số khuếch tán của chất ô nhiễm 56

2.3 Quá trình thấm nước và vận chuyển chất ô 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 và khuếch tán 62

2.4 Các phương pháp nghiên cứu xác định lan truyền ô nhiễm 64

2.4.1 Xác định thành phần và tính chất nước rỉ rác 64

2.4.2 Phương pháp xác định thành phần và tính chất của đất 66

2.4.3 Lời giải giải tích – phương trình vi phân xác định lan truyền ô nhiễm 68

2.4.4 Phương pháp phần tử hữu hạn 70

2.4.5 Ưu điểm của phương pháp PTHH 72

2.4.6 Phương pháp xây dựng mô hình mô phỏng lan truyền chất ô nhiễm trong không gian 3D 73

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 78

3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự lan truyền của 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 bằng nước 78

3.1.2 Xây dựng phương pháp mô hình hóa tính toán nước rỉ rác 85

3.2 Khảo sát hàm lượng chất ô nhiễm trong nước rỉ rác tại bãi chôn lấp Kiêu Kỵ 97

3.2.1 Các hợp chất hữu cơ trong nước rỉ rác 98

3.2.2 Hàm lượng kim loại nặng trong nước rỉ rác 102

3.2.3 Các chất ô nhiễm khác 104

3.3 Khảo sát ô nhiễm kim loại nặng trong đất bãi chôn lấp Kiêu Kỵ 109

3.3.1 Đặc điểm mẫu đất tại lỗ khoan LK4 và LK5 109

3.3.2 Kết quả phân tích mẫu đất 111

3.3.3 Nhận xét kết quả khảo sát ô nhiễm môi trường đất khu vực bãi chôn lấp 115

3.4 Đánh giá về các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình lan truyền kim loại nặng từ bãi chôn lấp 116

3.5 Dự báo nồng độ kim loại nặng lan truyền trong môi trường bãi chôn lấp bằng phương pháp phần tử hữu hạn 117

3.5.1 Các nguy cơ ô nhiễm môi trường đất phát sinh từ bãi chôn lấp chất thải rắn Kiêu Kỵ, Gia Lâm 118

3.5.2 Dự báo và đánh giá nồng độ kim loại nặng lan truyền bằng mô hình 1D 121

3.5.3 Xây dựng phương trình đánh giá lan truyền kim loại nặng với mô hình 3D 133

3.6 Ý nghĩa của mô hình tính toán lan truyền KLN từ bãi chôn lấp chất thải rắn 140

KẾT LUẬN 142

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 144

TÀI LIỆU THAM KHẢO 145

PHỤ LỤC 1 1

PHỤ LỤC 2 16

TOC Total organic carbon Tổng lượng cacbon hữu cơ

US EPA United State Environmental

Protection Agency

Cơ quan bảo vệ Môi trường Hoa kỳ

WBM Water Balance Method Phương pháp cân bằng nước

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Tổng hợp khối lượng, số lượng bãi chôn lấp CTR tại Việt Nam 8

Bảng 1.2 Mô tả đặc điểm các lớp đất khu vực bãi chôn lấp chất thải rắn Kiêu Kỵ 11

Bảng 1.3 Chú giải - Các tầng chứa nước 14

Bảng 1.4 Độ ẩm, lượng mưa và lượng bốc hơi trung bình 15

Bảng 1.5 Hàm lượng kim loại nặng trong rác thải 19

Bảng 1.6 Hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước rỉ rác theo thời gian 22

Bảng 1.7 Tóm tắt so sánh các phương pháp tính toán nước rỉ rác 28

Bảng 1.8 Thành phần nước rỉ rác với các khoảng giá trị nồng độ 30

Bảng 1.9 Nồng độ kim loại nặng trong nước rỉ rác tại các nước đang phát triển 32

Bảng 1.10 Hàm lượng kim loại nặng trong nước rỉ rác 34

Bảng 1.11 Thành phần nước rỉ rác ở một số BCL ở Châu Mỹ và Châu Âu 35

Bảng 1.12 Thành phần nước rỉ rác một số BCL ở Châu Á 37

Bảng 1.13 Thành phần nước rỉ rác một số BCL ở Châu Phi 38

Bảng 1.14 Khả năng linh động của một số nguyên tố kim loại nặng trong đất 40

Bảng 2.1 Hệ số thấm của các thành phần đất 55

Bảng 2.2 Chất ô nhiễm và hệ số khuếch tán trong đất 57

Bảng 3.1 Thành phần chất thải rắn sinh hoạt tại huyện Gia Lâm 81

Bảng 3.2 Tính toán nước rỉ rác phát sinh theo thời gian 83

Bảng 3.3 Mối quan hệ của lớp che phủ ô chôn lấp và xâm nhập nước mưa 89

Bảng 3.4 Tỷ trọng rác sau khi đầm nén 95

Bảng 3.5 Hàm lượng chất ô nhiễm hữu cơ trong nước rỉ rác tại bãi chôn lấp Kiêu Kỵ từ 2008-2017 99

Bảng 3.6 Kết quả phân tích mẫu kim loại nặng trong nước rỉ rác 103

Bảng 3.7 Hàm lượng Nitơ trong nước rỉ rác tại bãi chôn lấp Kiêu Kỵ từ 2008-2017 104

Bảng 3.8 Hàm lượng tổng P, tổng Coliform, dầu mỡ trong nước rỉ rác tại bãi chôn lấp Kiêu Kỵ từ 2008-2017 107

Bảng 3.9 Mô tả mẫu đất khoan trong lỗ khoan L4 và L5 110

Bảng 3.10 Hàm lượng các kim loại nặng trong mẫu đất tại lỗ khoan L4 và L5 112

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Cấu tạo ô chôn lấp chất thải 6

Hình 1.2 Vị trí bãi chôn lấp Kiêu Kỵ, Gia Lâm, Hà nội 10

Hình 1.3 Cấu tạo địa chất khu vực bãi chôn lấp Kiêu Kỵ 12

Hình 1.4 Bản đồ địa chất thủy văn khu vực nghiên cứu 12

Hình 1.5 Mặt cắt địa chất thủy văn tuyến 93-93' 13

Hình 1.6 Mặt cắt địa chất thủy văn tuyến 103-103' 13

Hình 1.7 Nguồn gốc hình thành kim loại nặng trong chất thải rắn 18

Hình 1.8 Các yếu tố ảnh hưởng tới thành phần và tính chất nước rỉ rác 23

Hình 1.9 Đồ thị biểu diễn lượng nước rỉ rác phát sinh theo thời gian 26

Hình 2.1 Chất ô nhiễm lan truyền trong đất 52

Hình 2.2 Quá trình lan truyền và các yếu tố ảnh hưởng 58

Hình 2.3 Vị trí lấy mẫu đất và nước rỉ rác 66

Hình 2.4 Trường gradient của hàm nồng độ C (x, y, z, t) trong hệ tọa độ Oxyz 73

Hình 2.5 Sơ đồ nghiên cứu xây dựng mô hình dự báo lan truyền KLN trong đất 76

Hình 3.1 Sơ đồ tổng quát về cân bằng nước trong ô chôn lấp 79

Hình 3.2 Sự biến thiên của nước rỉ rác ô 9AB theo thời gian 85

Hình 3.3 Sơ đồ mô tả dòng nước trong ô chôn lấp 87

Hình 3.4 Kết cấu ô chôn lấp rác theo chiều dọc 90

Hình 3.5 Kết cấu lớp che phủ cuối cùng 91

Hình 3.6 Sự biến đổi của lượng nước trong rác khi chôn lấp 93

Hình 3.7 Sự biến thiên hàm lượng BOD5 theo thời gian 99

Hình 3.8 Sự biến thiên hàm lượng COD theo thời gian 100

Hình 3.9 Sự biến thiên tỉ lệ BOD/COD theo thời gian 100

Hình 3.10 Sự biến thiên pH theo thời gian 101

Hình 3.11 Nồng độ của kim loại nặng trong nước rỉ rác tại bãi chôn lấp Kiêu Kỵ 103

Hình 3.12 Sự biến thiên của amoni theo thời gian 105

Hình 3.13 Sự biến thiên Nitrat theo thời gian 105

Hình 3.14 Sự biến thiên Nitrit theo thời gian 106

Hình 3.15 Sự biến thiên tổng Nitơ theo thời gian 106

Hình 3.16 Sự biến thiên hàm lượng tổng P theo thời gian 107

Hình 3.17 Sự biến thiên hàm lượng Coliform theo thời gian 108

Hình 3.18 Sự biến thiên dầu mỡ theo thời gian 108

Hình 3.19 Vị trí bãi chôn lấp và vị trí khoan lấy mẫu 109

Hình 3.20 Khoan mẫu tại bãi chôn lấp Kiêu Kỵ tháng 4.2016 110

Hình 3.21 Mẫu đất khoan tại bãi chôn lấp Kiêu Kỵ 111

Hình 3.22 Sự biến thiên của hàm lượng As theo độ sâu lỗ khoan L4 và L5 113

Hình 3.23 Sự biến thiên của hàm lượng Cr theo độ sâu lỗ khoan L4 và L5 113

Hình 3.24 Sự biến thiên của hàm lượng Cu theo độ sâu lỗ khoan L4 và L5 114

Hình 3.25 Sự biến thiên của hàm lượng Pb theo độ sâu lỗ khoan L4 và L5 114

Hình 3.26 Sự biến thiên của hàm lượng Zn theo độ sâu lỗ khoan L4 và L5 115

Hình 3.27 Sơ đồ các hạng mục công trình xử lý chất thải rắn Kiêu Kỵ 122

Hình 3.28 Mặt cắt các lớp đất qua các lỗ khoan K2-K5-K3 122

Hình 3.29 Các miền mô hình tính toán lan truyền kim loại nặng 124

Hình 3.30 Hàm lượng Cd lan truyền trong nước theo thời gian 126

Hình 3.31 Kết quả lan truyền KLN trong nước MH1 với R=1 127

Hình 3.32 Kết quả lan truyền kim loại nặng As và Cd trong nước MH2 với R=1 128

Hình 3.33 Kết quả lan truyền kim nặng As và Cd trong nước MH3 với R=1 129

Hình 3.34 Kết quả lan truyền As và Cd trong MH3 có hấp phụ kim loại nặng 130

Hình 3.35 Hàm lượng As trong nước với R=1 và R=2 131

Hình 3.36 Đường cong phân bố hàm lượng Cd với hệ số R khác nhau 131

Hình 3.37 Phân bố nồng độ As ở tháng thứ 10 theo phương X và Z 137

Hình 3.38 (a) Sự thay đổi nồng độ asen theo Z và t (b) Sự thay đổi nồng độ asen theo X và t (ở độ sâu Z = 2,0 m) 138

MỞ ĐẦU

I Lý do lựa chọn đề tài

Việt Nam đang đối mặt với vấn đề ô nhiễm môi trường, tồn tại trong cả 3 thành phần môi trường đất, nước và không khí Công tác quản lý chất thải rắn chưa hiệu quả, ô nhiễm từ chất thải rắn đã ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe cộng đồng, nghiêm trọng nhất là đối với dân cư khu vực làng nghề, gần khu công nghiệp, bãi chôn lấp chất thải và vùng nông thôn Phần lớn CTR chưa được phân loại tại nguồn, thu gom chung để vận chuyển đến bãi chôn lấp Chính

vì vậy mà thành phần nước rỉ rác từ các bãi chôn lấp ở Việt Nam phức tạp, khó kiểm soát và

xử lý triệt để

Với tốc độ tăng trưởng dự báo về phát sinh chất thải rắn sinh hoạt là 8,4%/ năm đối với khu vực đô thị và tổng mức độ tăng dự báo khoảng 5% mỗi năm, tổng lượng chất thải trên cả nước ước tính tăng lên 54 triệu tấn vào năm 2030 Đối với chất thải được thu gom phần lớn vẫn được xử lý trong các bãi chôn lấp với thiết kế không hợp vệ sinh và quản lý yếu kém, gây

ra các vấn đề môi trường nghiêm trọng Hầu hết các bãi chôn lấp không có máy đầm nén, hệ thống thu gom khí, xử lý nước rỉ rác, hoặc hệ thống quan trắc môi trường [113] Các công trình xử lí nước thải trong bãi chôn lấp chưa đạt qui chuẩn xả thải gây ảnh hưởng đáng kể đến cuộc sống của người dân trong khu vực Khi chất thải rắn được chôn lấp không thực hiện đúng qui trình thì bãi chôn lấp sẽ lại trở thành nơi phát sinh ô nhiễm thứ cấp, có thể gây tác hại nghiêm trọng hơn so với chất thải rắn ban đầu thải ban đầu

Tại Việt nam việc thiết kế thi công và vận hành bãi chôn lấp chất thải rắn vẫn còn nhiều bất cập đặc biệt là bãi chôn lấp đã đóng cửa Vì vậy các chất ô nhiễm lan truyền từ bãi chôn lấp đã có những ảnh hưởng nhất định tới môi trường đất và nước dưới đất

Theo nhiều nghiên cứu đã và đang thực hiện, nước rỉ rác từ các bãi chôn lấp chất thải rắn

có hàm lượng cao các chất hữu cơ, nitơ, lưu huỳnh, có nhiều chất, hợp chất ô nhiễm hữu cơ mang tính bền vững và kim loại nặng tồn tại trong nước rỉ rác, khi lan truyền từ bãi chôn lấp

ra môi trường sẽ gây ô nhiễm trầm trọng cho đất và nước dưới đất Sự ô nhiễm môi trường đất và nước có nguồn gốc từ bãi chôn lấp đã trực tiếp hoặc gián tiếp ảnh hưởng tới sức khỏe của con người, đó là các bệnh nan y ngày càng gia tăng, môi trường sống ngày càng suy thoái

Có thể nói, nghiên cứu ảnh hưởng của nước rỉ rác từ bãi chôn lấp đến môi trường đất khu vực bãi chôn lấp hợp vệ sinh còn ít được quan tâm và hầu như chưa được thực hiện Chính vì vậy, trong khuôn khổ nghiên cứu của đề tài, tác giả đề cập vấn đề liên quan đến sự lan truyền của chất ô nhiễm từ bãi chôn lấp chất thải hợp vệ sinh, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lan truyền phát sinh từ hoạt động chôn lấp chất thải rắn và sử dụng các mô hình toán để dự báo mức độ lan truyền của chất ô nhiễm từ bãi chôn lấp tới môi trường đất Đề tài tiến hành lựa chọn nghiên cứu đặc điểm lan truyền kim loại nặng từ bãi chôn lấp chất thải rắn tại Kiêu

Kỵ, Gia Lâm, Hà nội là cần thiết nhằm nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lan

bãi chôn lấp làm cơ sở cho việc đề xuất các giải pháp khắc phục, phòng ngừa ô nhiễm, đồng thời tạo thành cơ sở dữ liệu cho công tác quản lý chất thải rắn nói riêng cũng như quản lý môi trường nói chung

II Mục đích và nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu và đánh giá được đặc điểm ô nhiễm - nguồn ô nhiễm xuất phát từ nước rỉ rác của bãi chôn lấp chất thải rắn hợp vệ sinh nhằm thấy rõ sự ảnh hưởng đến quá trình lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường đất bãi chôn lấp

Đánh giá và dự báo được mức độ lan truyền ô nhiễm kim loại nặng bằng phương pháp định lượng để xây dựng dữ liệu phục vụ công tác quản lý môi trường liên quan đến bãi chôn lấp

Để đạt được các mục đích nêu trên luận án thực hiện nghiên cứu các nội dung sau: 1) Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến việc hình thành lượng và tính chất của nước rỉ rác, khảo sát sự biến thiên nồng độ chất ô nhiễm trong nước rỉ rác và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình này;

2) Xây dựng mô hình tính toán nước rỉ rác phù hợp với đối tượng và điều kiện khu vực nghiên cứu;

3) Nghiên cứu lý thuyết về lan truyền chất ô nhiễm bằng mô hình toán học Áp dụng phương pháp số để giải phương trình đã thiết lập nhằm dự báo nồng độ kim loại nặng trong nước

rỉ rác lan truyền trong đất bãi chôn lấp;

4) Nghiên cứu các nguy cơ ô nhiễm môi trường đất phát sinh từ bãi chôn lấp chất thải rắn hợp vệ sinh và đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng môi trường đất bãi chôn lấp

III Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường đất bãi chôn lấp chất thải rắn hợp vệ sinh - ô chôn lấp đã đóng tại Kiêu Kỵ, huyện Gia Lâm, Hà Nội

Phạm vi nghiên cứu: Bãi chôn lấp chất thải rắn hợp vệ sinh

IV Cơ sở khoa học

Để thực hiện nghiên cứu, đề tài khảo sát và đánh giá thực tế bãi chôn lấp Kiêu Kỵ tại huyện Gia Lâm, thành phố Hà Nội Nghiên cứu ảnh hưởng phát sinh từ bãi chôn lấp đến môi trường đất một cách cụ thể bao gồm định lượng các quá trình liên quan, sự hình thành các chất ô nhiễm trong nước rỉ rác theo thời gian dưới ảnh hưởng của các yếu tố môi trường bãi chôn lấp Trên cơ sở toán học, bằng phương pháp phần tử hữu hạn đề tài xây dựng các mô hình mô phỏng và định lượng các thành phần lan truyền trong cơ chế lan truyền đối với nguy

cơ ô nhiễm môi trường đất theo không gian và thời gian tại khu vực nghiên cứu

V Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp tổng hợp, kế thừa và nghiên cứu lý thuyết: Tổng hợp số liệu thu thập thông tin, kế thừa các kết quả nghiên cứu đã thực hiện cũng như nghiên cứu tổng quan thành phần tính chất nước rỉ rác, các phương pháp tính toán dự báo lượng nước rỉ rác phát sinh, các phương pháp mô hình lan truyền chất, cơ chế vận chuyển và lan truyền chất ô nhiễm trong đất khi có rò rỉ từ ô chôn lấp

Nghiên cứu lý thuyết để tìm hiểu những dấu hiệu đặc thù, bản chất, cấu trúc của phương pháp số trong cách tính toán lan truyền ô nhiễm qua đó tiến hành phân tích nội suy khái niệm, xây dựng phương trình toán học mới xác định mức độ lan truyền ô nhiễm với điều kiện biên phức tạp

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Khảo sát phân tích số liệu thu thập từ hiện trường

và phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm Nghiên cứu đã thực hiện lấy mẫu nước rỉ rác với các thời điểm trong năm, theo đặc điểm của mùa Khoan lấy mẫu đất tại ô chôn lấp đã đóng

để xác định nồng độ KLN lan truyền ra môi trường đất Phân tích mẫu nước rỉ rác và đất bằng các phương pháp thích hợp tại phòng thí nghiệm của Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Viện Khoa học và Kỹ thuật Môi trường trường ĐH Xây dựng Hà nội để xác định nồng độ KLN, sử dụng các số liệu này để phân tích và đánh giá nguy cơ lan truyền ô nhiễm

VI Những đóng góp mới của luận án

- Luận án đã tổng hợp và đề xuất phương pháp tính toán nước rỉ rác phát sinh phù hợp điều kiện khí hậu khu vực và qui trình vận hành chôn lấp chất thải rắn hợp vệ sinh

- Đánh giá và dự báo được mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường đất từ khu vực ô chôn lấp đã đóng của bãi chôn lấp hợp vệ sinh với mô hình mô phỏng 3D Bằng việc sử dụng các khái niệm về trường vectơ gradient ∇C (x, y, z, t), và các phép toán gradient có liên quan

hóa một cách cụ thể và ngắn gọn, thấy được bản chất vật lý của quá trình lan truyền một cách trực quan hơn Biến đổi phương trình lan truyền về dạng thức phương trình vi phân đạo hàm riêng, thuật toán PTHH đã được xây dựng để giải phương trình bằng phương pháp số một cách hiệu quả Khai thác thuật toán và sử dụng phần mềm MATLAB để tính toán, dự báo được khả năng lan truyền nồng độ chất ô nhiễm theo thời gian và trong không gian lòng đất

VII Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

Ý nghĩa khoa học:

Luận án đã tổng quan được các thông tin về nguy cơ ô nhiễm KLN tại bãi chôn lấp với nguồn phát sinh từ chất thải rắn sinh hoạt bao gồm cả thành phần và hàm lượng các KLN tồn tại trong chất thải rắn đưa đến BCL

Luận án đã đề xuất phương pháp tính nước rỉ rác phát sinh phù hợp với điều kiện Việt Nam bằng công thức LLC = IC + WGC + WD + WEM tính toán chi tiết nước rỉ rác phát sinh trong thời gian vận hành (sự xâm nhập nước mưa, lớp che phủ hàng ngày, thiết bị đầm nén, dung dịch sinh học bổ sung) và khi sau khi đóng ô chôn lấp (lớp che phủ cuối cùng không trồng cây, có trồng cây và khả năng suy thoái lớp che phủ cuối cùng)

Luận án đã xác định As, Cr, Pb, trong đất BCL Kiêu Kỵ có hàm lượng cao hơn qui chuẩn cho phép và tính toán được nguy cơ lan truyền ô nhiễm As bằng mô hình mô phỏng toán học 1D và 3D

Xây dựng mô phỏng phạm vi lan truyền của kim loại nặng từ bãi chôn lấp chất thải rắn trong môi trường đất theo không gian 3D

Ý nghĩa thực tiễn:

Các kết quả nghiên cứu của luận án là nguồn tài liệu tham khảo giúp các nhà nghiên cứu, nhà quản lý có những định hướng, giải pháp trong việc quản lý các BCL đã đóng cũng như góp phần trong việc đề xuất phương án thiết kế xây dựng bãi chôn lấp phù hợp với điều kiện thực tế của Việt Nam

Xác định vành đai an toàn của bãi chôn lấp theo thời gian, cung cấp thông tin cần thiết cho việc giảm thiểu lan truyền ô nhiễm xảy ra phát sinh từ BCL cũng như cải tạo và phục hồi các bãi chôn lấp chất thải rắn ở Việt Nam

1 Chương 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về chôn lấp chất thải rắn

1.1.1 Các khái niệm liên quan

- Khái niệm về chất thải rắn

Theo Nghị định 38/2015/NĐ-CP ngày 24 tháng 4 năm 2015 của Chính phủ về quản lý chất thải và phế liệu (Điều 3) các từ ngữ được hiểu như sau:

 Chất thải rắn là chất thải ở thể rắn hoặc sệt (còn gọi là bùn thải) được thải ra từ sản xuất, kinh doanh, dịch vụ, sinh hoạt hoặc các hoạt động khác

 Chất thải thông thường là chất thải không thuộc danh mục chất thải nguy hại hoặc thuộc danh mục chất thải nguy hại nhưng có yếu tố nguy hại dưới ngưỡng chất thải nguy hại

 Chất thải rắn sinh hoạt (còn gọi là rác sinh hoạt) là chất thải rắn phát sinh trong sinh hoạt thường ngày của con người

- Khái niệm về bãi chôn lấp

Theo quy định của TCVN 6696 - 2009, bãi chôn lấp chất thải rắn hợp vệ sinh (sau đây gọi là bãi chôn lấp) là: Bãi chôn lấp được quy hoạch về địa điểm, có kết cấu và xây dựng đúng với quy định và công năng để chôn lấp gồm các ô để chôn lấp các chất thải rắn thông thường phát sinh từ các khu dân cư và các khu công nghiệp Bãi chôn lấp gồm các ô để chôn lấp chất thải, vùng đệm, các công trình phụ trợ như: Trạm xử lý nước, trạm xử lý khí thải, trạm cung cấp điện và nước, trạm cân, văn phòng điều hành và các hạng mục khác

Theo TCXDVN 261:2001 về bãi chôn lấp chất thải rắn – tiêu chuẩn thiết kế do Bộ Xây dựng ban hành, tùy đặc thù từng loại chất thải được chôn lấp, đặc điểm địa hình và điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn, có thể có mô hình bãi chôn lấp như sau:

 Bãi chôn lấp khô: là bãi chôn lấp các loại chất thải thông thường (rác sinh hoạt, rác đường phố và chất thải công nghiệp ở dạng rắn)

 Bãi chôn lấp ướt: là bãi chôn lấp dùng để chôn lấp các chất thải có dạng bùn nhão (chất thải dạng bùn nhão chiếm trên 60%)

 Bãi chôn lấp hỗn hợp khô – ướt: là bãi chôn lấp dùng để chôn lấp các chất thải thông thường và chất thải dạng bùn nhão (chất thải bùn nhão chiếm tỷ lệ 20-60%)

 Bãi chôn lấp nổi: là bãi chôn lấp nổi trên mặt đất ở những nơi có địa hình bằng phẳng hoặc độ dốc nhỏ, xung quanh bãi được xây tường hoặc đắp đê bao nổi lên

 Bãi chôn lấp chìm: là bãi chôn lấp chìm dưới mặt đất như các hố đào, moong khai thác

cũ, hào, mương, khe núi ở các vùng đồi, núi thấp …

 Bãi chôn lấp hỗn hợp kết hợp nổi – chìm: là bãi chôn lấp xây dựng ở dạng nửa chìm, nửa nổi Chất thải sau khi lấp đầy hố chôn, được tiếp tục chất đống lên trên, thường

được sử dụng ở vùng đồng bằng, đào hố lấy đất để đắp đê bao quanh tạo thành ô chôn lấp

Hình 1.1 Cấu tạo ô chôn lấp chất thải Nguồn: UNEP, (2005) [106]

- Khái niệm về nước rỉ rác từ bãi chôn lấp

Theo qui định của TCVN 6696-2009, nước rỉ rác từ bãi chôn lấp định nghĩa như sau:

 Tất cả các chất lỏng, kể cả các thành phần lơ lửng trong chất lỏng đó, được thấm qua hoặc chảy ra từ chất thải được chôn lấp trong ô chôn lấp của một bãi chôn lấp chất thải rắn

Trong các phương pháp xử lý chất thải rắn, chôn lấp là biện pháp phổ biến nhất, mặc dù diện tích dành cho chôn lấp ngày càng khan hiếm nhưng đây vẫn là phương pháp trước mắt

và dễ được chấp nhận hơn cả đối với một quốc gia đang phát triển như Việt Nam

1.1.2 Hiện trạng chôn lấp chất thải rắn tại Việt Nam

Hiên nay, trên cả nước có 1.322 cơ sở xử lý CTRSH, gồm 381 lò đốt CTRSH, 37 dây chuyền chế biến phân compost, 904 bãi chôn lấp, trong đó có nhiều bãi chôn lấp không hợp

vệ sinh [4] Một số cơ sở áp dụng phương pháp đốt CTRSH có thu hồi năng lượng để phát điện hoặc có kết hợp nhiều phương pháp xử lý Trong các cơ sở xử lý CTRSH, có 78 cơ sở cấp tỉnh, còn lại là các cơ sở xử lý cấp huyện, cấp xã, liên xã

Trên tổng khối lượng CTRSH được thu gom, khoảng 71% (tương đương 34.000 tấn/ngày) được xử lý bằng phương pháp chôn lấp Đây là phương pháp đang được áp dụng phổ biến tại

Việt Nam Trong số các bãi chôn lấp hiện nay chỉ có khoảng 20% là bãi chôn lấp hợp vệ sinh, còn lại là các bãi chôn lấp không hợp vệ sinh hoặc các bãi tập kết chất thải cấp xã

Khác biệt về đặc điểm giữa bãi chôn lấp hợp vệ sinh và bãi chôn lấp hở, không hợp vệ sinh được trình bày trong báo cáo hiện trạng Môi trường quốc gia năm 2019 như sau [4]:

 Bãi chôn lấp hở: không thu gom, xử lý khí thải và nước rỉ rác Phương pháp này chiếm diện tích lớn, thời gian phân hủy kéo dài, gây ô nhiễm môi trường không khí, nước và đất khu vực xung quanh do phát tán các khí thải, mùi, nước rỉ rác

 Bãi chôn lấp hợp vệ sinh: được thiết kế đảm bảo yêu cầu về vệ sinh môi trường, có hệ thống thu gom khí thải, nước rỉ rác để xử lý và bổ sung chất khử mùi Bãi chôn lấp hợp vệ sinh có thể thu hồi khí biogas và sử dụng để phát điện

Việt Nam đã có hệ thống tiêu chuẩn, qui chuẩn liên quan đến hoạt động chôn lấp chất thải rắn từ khá lâu, có thể kể đến như TCXDVN 261:2001 Bãi chôn lấp chất thải rắn – tiêu chuẩn thiết kế; Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6696 : 2009 Chất thải rắn - Bãi chôn lấp hợp vệ sinh - Yêu cầu chung về bảo vệ môi trường; QCVN 25 :2009/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia

về nước thải bãi chôn lấp; Nghị định 38/2015/NĐ-CP ngày 24 tháng 4 năm 2015 của Chính phủ về quản lý chất thải và phế liệu…Mặc dù đã có hệ thống pháp lý và hoạt động chôn lấp chất thải rắn đã thực hiện các biện pháp ngăn ngừa ô nhiễm nhưng chưa hợp lý và đầy đủ, vì vậy nguy cơ ô nhiễm phát sinh từ bãi chôn lấp là không nhỏ, cần phải giám sát một cách chặt chẽ hoạt động của BCL chất thải rắn hợp vệ sinh

Nước rỉ rác được tạo thành khi chôn lấp chất thải rắn thường được thu gom và tiến hành

xử lý bằng một số phương pháp xử lý nước thải Vì lý do tài chính nước rỉ rác thường được

xử lý gần giống với nước thải đô thị Với cách xử lý này, một số lượng đáng kể của các kim loại nặng có trong nước rỉ rác sẽ được giữ lại trong bùn thải, trong khi phần còn lại sẽ được phát tán vào môi trường nước Lượng kim loại được giữ lại trong bùn cặn sẽ được sử dụng trực tiếp trong nông nghiệp, đốt hoặc thải bỏ trở lại vào bãi chôn lấp Do đó, chu kỳ được tạo

ra trong qui trình sẽ cho phép tất cả các kim loại nặng trong nước rỉ rác được thải ra môi trường Thời gian vận hành của bãi chôn lấp được tính từ khi chất thải được đưa đến bãi chôn lấp cho đến khi lượng chất thải được chôn lấp đủ công suất thiết kế và lớp che phủ cuối cùng được thiết lập, nước rỉ rác được thu gom để xử lý

Nguy cơ ô nhiễm kim loại nặng từ bãi chôn lấp vào môi trường là rất cao vì 2/3 bãi chôn lấp ở Việt Nam không hợp vệ sinh, nước rỉ rác không được kiểm soát Con đường chính của

sự lan truyền kim loại nặng từ chất thải rắn là nước rỉ rác chứa kim loại nặng bị rò rỉ từ bãi chôn lấp vào môi trường xung quanh

Bảng 1.1 Tổng hợp khối lượng, số lượng bãi chôn lấp CTR tại Việt Nam

TT Tỉnh lượng Số

BCL

Số lượng BCL hợp vệ sinh

Số lượng BCL không hợp

vệ sinh

Tổng khối lượng CTR được tiếp nhận (tấn/năm)

Số lượng BCL

Từ 20

ha trở lên

Từ 1ha <

1.2 Tổng quan khu vực nghiên cứu

1.2.1 Điều kiện tự nhiên khu vực bãi chôn lấp Kiêu Kỵ

Vị trí: Bãi chôn lấp nằm trên tuyến đường liên Xã Kiêu Kỵ, Đa Tốn, cách ga Phú Thụy

2,5 km cách Thị Trấn Gia Lâm về phía Đông Bắc Theo yêu cầu của ủy ban nhân dân huyện

Gia lâm, Viện Quy hoạch thành phố và văn phòng kiến trúc sư trưởng đã đồng ý cho sử dụng

khu đất xí nghiệp gạch Kiêu Kỵ để xây dựng bãi xử lý chôn lấp chất thải sinh hoạt cho khu

vực Gia Lâm Khu đất này đã khai thác đất làm gạch đến giai đoạn cuối Vị trí khu đất như

sau :

Phía bắc giáp đường liên xã đi Đa Tốn

Phía Tây và Nam giáp tuyến mương tưới tiêu nông nghiệp

Phía Đông là phần ao hồ còn lại của xí nghiệp gạch Kiêu Kỵ

Khu đất được Công ty Địa chính Hà nội cắm mốc tại hiện trường giới hạn với diện tích

đo được S = 5,4ha [2,3]

Hình 1.2 Vị trí bãi chôn lấp Kiêu Kỵ, Gia Lâm, Hà nội

Địa hình: Khu đất được cấp có địa hình không bằng phẳng, xen lẫn các gò nổi, lò gạch, nhà tạm, cây xanh mọc tự nhiên

 Tuyến đường liên xã đi Đa Tốn là đường cấp phối b= 3,5m, lề mỗi bên 1- 1,5m có cao

về phía Tây Nam

Địa chất thủy văn: Kết quả phân tích của một số giếng khoan ở các khu vực lân cận như nhà máy Ladoda, trường cán bộ Hợp tác xã trung ương, trạm cấp nước Sài Đồng khu vực có nước dưới đất tương đối sâu, lớp cuội sỏi cát cách mặt đất 45-60m Nguồn bổ cập chủ yếu là Sông Hồng, sông Cầu Bây có mực nước tối đa +3,4 - +3,6m, trung bình +2,8m- +2,9m và thấp nhất ở cốt +2m

Địa chất: Khu vực nằm trên vùng phù sa có bề dày các lớp sét và sét pha đến độ trung bình 6m, bên dưới là các tầng hạt cát mịn và cát thô Mực nước dưới đất cách mặt đất tự nhiên khoảng 2m

Bảng 1.2 Mô tả đặc điểm các lớp đất khu vực bãi chôn lấp chất thải rắn Kiêu Kỵ

trung bình (m)

Độ ẩm

tự nhiên (%)

Dung tích tự nhiên (g/cm3)

Sức chịu tải

I(kg/cm2)

0-Mô đun biến dạng E-

Hình 1.3 Cấu tạo địa chất khu vực bãi chôn lấp Kiêu Kỵ

Hình 1.4 Bản đồ địa chất thủy văn khu vực nghiên cứu

Hình 1.5 Mặt cắt địa chất thủy văn tuyến 93-93'

Hình 1.6 Mặt cắt địa chất thủy văn tuyến 103-103'

Bảng 1.3 Chú giải - Các tầng chứa nước

Bề dày (m)

Gồm các địa tầng Thành phần đất đá

Nguồn: TRUNG TÂM QUY HOẠCH VÀ ĐIỀU TRA TÀI NGUYÊN NƯỚC QUỐC GIA thuộc

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG, 2017 Đề án: “Bảo vệ nước dưới đất ở các đô thị lớn” - Giai đoạn I; Báo cáo Bảo vệ nước dưới đất ở các đô thị lớn: Đô thị Hà Nội [16]

Điều kiện khí hậu

Địa điểm xây dựng bãi chôn lấp Kiêu Kỵ thuộc địa bàn Gia Lâm và nằm ở đồng bằng Bắc

bộ có khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng và ẩm

 Tổng giờ nắng trung bình trong năm rất cao, trung bình 1700 giờ, năm nhỏ nhất cũng

1200 giờ

 Nhiệt độ trung bình năm là 23oC – 23,5oC Trung bình tháng nóng nhất 29oC Tháng lạnh nhất là 16oC Nhiệt độ cao tuyệt đối là 42oC Nhiệt độ thấp tuyệt đối là 2,5oC Nhiệt

độ chênh lệch các tháng trong năm trung bình là 6,1oC

 Lượng mưa trung bình năm từ năm 2006 đến 2019 là 1612mm với lượng mưa thấp nhất

là 1240mm (2006) và cao nhất là 2268mm (2008) Lượng mưa trung bình tháng mưa nhiều nhất là 318mm, nhỏ nhất là 19mm Lượng mưa lớn nhất trong 24h đạt 556mm

Số ngày mưa khá cao kể cả về mùa khô Vào mùa đông mưa phùn đạt 30 đến 40 ngày (trung bình 10 – 5 ngày/tháng)

 Độ ẩm không khí trung bình 84,5%, lượng bay hơi trung bình năm 936 – 989mm

 Gió thịnh hành nhất về mùa hè là gió Đông Nam, về mùa đông là gió Đông Bắc Ngoài

ra còn có giông bão Trung bình có tới 60 ngày trong năm Bão có tốc độ gió đến 34m/s

và kèm theo mưa to Vận tốc gió trung bình năm 2,4m/s Vận tốc gió trung bình 3 tháng mùa nóng là 2,4m/s, vận tốc gió trung bình 3 tháng mùa lạnh là 2,5m/s, vận tốc gió cực đại có thể xảy ra với chu kỳ lặp 50 năm của Gia Lâm là 4,3m/s

Khí hậu chia làm hai mùa rõ rệt, mùa khô và mùa lạnh, kéo dài từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau Mùa từ tháng 5 đến tháng 10 là nóng và cũng là mùa mưa Các yếu tố khí hậu từng tháng trong năm của khu vực Gia Lâm được phản ánh ở bảng 1.4

Bảng 1.4 Độ ẩm, lượng mưa và lượng bốc hơi trung bình Thông

số

bình năm

1.2.2 Hoạt động của bãi chôn lấp

Nhà máy xử lý chất thải rắn Kiêu Kỵ gồm 2 khu vực chính: Khu vực chôn lấp rác và khu vực phân loại và xử lý chất thải rắn làm mùn hữu cơ sinh học

Khu vực chôn lấp rác bao gồm 5 ô chôn lấp, mỗi ô đều được lót lớp vải địa kỹ thuật chống thấm và trang bị một số hệ thống thoát khí ga vào không khí Ô chôn lấp lần lượt được vận hành chôn lấp từ năm 1999, ô số 1 và 2 vận hành năm 2012 và kết thúc chôn lấp năm 2017 Một phần diện tích bãi chôn lấp không được sử dụng vì bị thu hồi do dự án xây dựng đường Quốc lộ

Ô chôn rác: Theo dự án được duyệt, khu chôn lấp có tổng diện tích 31190 m2 chia thành

5 ô chôn lấp rác Để đảm bảo chống thấm theo chiều đứng và ngang, đáy và thành các ô chôn lấp có cấu tạo như sau:

Độ dốc đáy theo chiều dọc i= 0.005 Dốc đáy theo chiều ngang i=0,01 nghiêng về phía rãnh và ga thu nước rỉ rác Đầm chặt lớp sét pha và trải lớp nhựa HDPE chống thấm cao phân

tử, trên đắp và đầm 0,2m đất sét, bề mặt được rải 5cm đá 1x2 tạo thành nhám và bảo vệ lớp chống thấm

Bố trí hào lọc thu nước rỉ rác, hào lọc xếp sỏi 6-8cm dốc về phía ga thu nước rỉ rác

Bố trí chống tràn ở vị trí hợp lý nhằm đảm bảo thu nước tràn nếu có nhanh chóng thoát

về hồ sinh học

Đối với các ô khi chưa thực hiện chôn lấp rác phải cho nước vào bằng mực nước với hồ sinh học, khi xả nước rỉ rác ở đang ô chôn lấp vào để làm tăng diện tích, dung tích, thời gian lưu nước nâng cao hiệu quả xử lý

Để bảo đảm nguyên tắc chôn trong điều kiện khô có màng chống thấm chống ô nhiễm môi trường xung quanh lớp đáy ô chôn lấp rác có cấu tạo khi hoàn thiện từ trên xuống dưới như sau:

Thực tế lớp rác nhanh chóng đạt chiều cao trung bình từ 1-1,5m trên diện tích đáy các ô chôn lấp, lúc đó hướng thoát nước sẽ tập trung sẽ cùng hướng dốc bề mặt lớp rác

Tổ chức đầm nén rác bằng máy móc chuyên dụng thành từng lớp riêng rẽ chiều dày từ 0.6-0.8m và thực hiện phủ 1 lớp đất 0,15-0,2m lên bề mặt lớp rác đã đầm nén vào cuối ngày Thu gom và xử lý nước rỉ rác:

Sử dụng máy bơm để bơm nước rỉ rác phát sinh chảy về hồ sinh học trong giai đoạn chôn lấp Để thực hiện được vấn đề quan trọng này có thực hiện việc tổ chức thu gom, bơm và vận chuyển nước rỉ rác về hồ sinh học bằng nhiều giải pháp khác phụ thuộc vào yếu tố sau:

 Thành phần, tính chất, số lượng của chất thải rắn và nước thải

 Chế độ thủy văn của sông hồ bên cạnh và nguồn xả

 Biện pháp tăng cường qua trình phân hủy rác và khử mùi

 Chiều cao mức nước làm việc ổn định HTB=1,35m

Xuất phát từ điều kiện thủy văn của Kiêu Kỵ :

 Mương tưới phía Tây sát hàng cột cao thế 6kv có cốt đáy trung bình bằng cốt mức nước trung bình =3,8-3,9m

 Mương phía Nam có cốt đáy trung bình = 2,6-2,25m

 Hố nước sát bãi về phía Đông có cốt đáy trung bình =2-1,5m Cốt mực nước trung bình 3,2-3,4m

 Sông Cầu Bây cách bãi chôn về phía Tây khoảng 120m có cốt mực nước max là 3,6m, trung bình 2,8-2,9m, và thấp nhất là cốt 2m

3,4-Xử lý nước rỉ rác: với cấu tạo các ô chôn có lớp chống thấm ở thành và đáy ô, nước rỉ rác chủ yếu phát sinh do quá trình lên men phân hủy các chất hữu cơ trong rác, phế thải và do mưa thấm qua bề mặt Nước rỉ rác sẽ có độ đậm đặc và ô nhiễm cao đặc biệt trong 2-3 năm đầu khi đóng ô nhưng lúc này lưu lượng lại rất thấp Trong quá trình đang chôn lấp, khi mưa

to, mưa lâu, nước rỉ rác phát sinh trên 1m2 là lớn nhất song về mặt chất lượng và hàm lượng

lý hóa lại thấp (lúc chưa kịp phân hủy chủ yếu là nước rửa trôi) Công nghệ xử lý nước rỉ rác được thực hiện bằng hồ sinh học

Hồ sinh học được duy trì ở mực nước trung bình 3,0m hoàn toàn bảo đảm tự chảy từ hồ lắng cuối ra sông Cầu Bây khi nước sông này ở cao độ TB 2,6-2,8m hoặc thấp hơn (min=2,0m) Khi mực nước sông Cầu Bây ở độ cao max (3,4-3,6m) có thể chảy ngược về hồ sinh học bằng cửa xả tràn sau hồ lắng cuối

1.3 Tổng quan sự hình thành chất ô nhiễm trong nước rỉ rác

1.3.1 Nguồn gốc phát sinh kim loại nặng trong chất thải rắn

Kim loại nặng là những nguyên tố kim loại có tỷ trọng lớn hơn 5 lần tỷ trọng của nước Các nguyên tố kim loại nặng có thể kể đến như: asen, chì, sắt, đồng, cadimi, crom, ….Chúng

có thời gian tồn lưu trong môi trường rất lâu, có nguy cơ tăng tính độc và độ bền vững cao tuỳ vào điều kiện của môi trường, nó gây độc đối với con người và hệ sinh thái ở các mức độ khác nhau tuỳ thuộc vào nồng độ, ranh giới giữa mức đủ và độc là rất hẹp

Kim loại nặng được ứng dụng nhiều trong công nghiệp, nông nghiệp, y tế và khoa học kĩ thuật dẫn đến việc phát thải ra môi trường sẽ làm tăng những nguy cơ về tác động tiềm ẩn của chúng đối với sức khỏe con người và hệ sinh thái Độc tính của kim loại nặng phụ thuộc vào

tuổi, giới tính, di truyền học, và tình trạng sức khỏe của cá nhân khi tiếp xúc Do mức độ độc tính cao mà asen, cadimi, crom, chì, thủy ngân thường được xem xét hàng đầu, chúng gây ra tổn thương cho đa cơ quan, và được phân loại là chất gây ung thư cho con người [107] Kim loại nặng có thể tồn tại trong chất thải rắn ở tất cả các giai đoạn vòng đời sản phẩm,

sơ đồ trình bày nguồn gốc của kim loại nặng trong chất thải rắn như minh họa ở Hình 1.7

Hình 1.7 Nguồn gốc hình thành kim loại nặng trong chất thải rắn

Nguồn: Vitalii Ishchenko, (2019) [111]

Trong những năm gần đây, chất thải từ thiết bị điện và điện tử gia dụng đã trở thành một nguồn chủ yếu phát sinh kim loại nặng trong bãi chôn lấp bao gồm: Pb, Hg, Cd, Cr(VI), và

Cu Đặc biệt, bảng mạch điện tử là nguồn chứa các kim loại nặng như: Pb, Cr, Zn, Ni, và As Nhựa cũng là một nguồn đáng kể chứa kim loại nặng trong chất thải rắn sinh hoạt Nhựa dùng trong điện thoại di động (chất màu, chất làm chậm cháy, chất độn, chất ổn định) có chứa Pb,

Cd, Cr và Hg Chì và Cd (0,7–2%) là được thêm vào làm chất ổn định trong các sản phẩm polyvinyl clorua (PVC) cứng Tất cả các sản phẩm nhựa màu đều chứa kim loại nặng Chẳng hạn, chì cromat cung cấp màu vàng và màu đỏ, các thuốc nhuộm khác bao gồm oxit crom, các hợp chất thủy ngân, cadimi và selen [46] Nhựa cũng chứa các hợp chất chì làm chất hóa dẻo, các hợp chất thiếc hữu cơ (mercaptit, metyl- và butyl-thiếc), cadimi và kẽm làm chất ổn định Tuy nhiên, nhiều hợp chất kim loại hầu hết trơ trong các sản phẩm nhựa và chỉ phân rã trong điều kiện nhất định

Hầu hết các loại sơn gia dụng thường chứa đến 90 ppm chì Mặc dù việc sử dụng chì trong sơn trang trí đã giảm đáng kể nhưng chì lưu huỳnh và chì cromat vẫn được sử dụng

thải rắn sinh hoạt hoặc trực tiếp trong sơn còn sót lại hoặc cùng với chất thải sửa nhà, chất thải trong quá trình xử lý tường Chì naphthenate và oxit chì Pb3O4 được sử dụng trong sơn alkyd để tăng tốc độ khô và trong sơn lót để chống ăn mòn Nhiều hợp chất chì như chì asenat AsHO4Pb vẫn dùng trong thuốc trừ sâu Thủy tinh thải là một nguồn khác chứa chì: chì (II) oxit được sử dụng để tăng cường màu sắc và độ sáng của thủy tinh Bên cạnh đó, pin chì-antimon và pin axit-chì chứa nhiều chì, vì chì được thêm vào cực dương kẽm của pin gia dụng

để giảm ăn mòn Ngoài ra, chì-silicat được sử dụng trong đèn huỳnh quang, màn hình hoặc ti

vi cũ có ống tia âm cực chứa chì chiếm tới 10% tổng lượng chì trong chất thải hộ gia đình Một số hợp chất chì được sử dụng trong bóng bán dẫn của các thiết bị điện, cũng như trong một số sản phẩm mỹ phẩm [23], [46], [111]

Bảng 1.5 Hàm lượng kim loại nặng trong rác thải Thành phần chất

Nguồn: Vitalii Ishchenko, (2019) [111]

Do hiệu suất kỹ thuật cao, cadimi thường được sử dụng rộng rãi được sử dụng trong ắc quy và chiếm khoảng 75% tổng lượng cadimi được tìm thấy trong chất thải rắn sinh hoạt Cadimi được sử dụng trong các thiết bị khác nhau như: bàn chải đánh răng điện và dao cạo râu, dụng cụ gia dụng dùng điện, thiết bị y tế, điện thoại di động Pin niken-cadimi chứa cadimi hoặc cadimi hydroxit làm cực dương Có nhiều sản phẩm được phủ hợp chất chứa cadimi để cung cấp độ bóng hoặc để chống ăn mòn: thiết bị vô tuyến và truyền hình, thiết bị gia dụng và các sản phẩm kim loại [23] Một trong những nguồn chính của cadmium là phân bón, cadimi cũng được sử dụng rộng rãi trong bao bì (trừ thực phẩm) Cadimi sulfua và cadimi sulfoselenit được sử dụng làm thuốc nhuộm (màu vàng cam, màu hồng-đỏ và màu hạt dẻ) trong nhựa, gốm sứ và sơn Chất ổn định nhựa PVC bao gồm cadimi stearat (ngoại trừ nhựa gốc PVC dùng để đóng gói thực phẩm để ngăn ngừa ô nhiễm) [92] Cadimi cũng được tìm thấy trong một số mỹ phẩm, ví dụ: các loại kem dưỡng da Trong khi nhiều hợp chất cadimi

không hòa tan trong nước, một số hòa tan trong axit và các hợp chất hữu cơ, do đó nguy cơ gây ô nhiễm môi trường từ cadimi là không nhỏ

Một lượng đáng kể thủy ngân đã được tìm thấy trong nhiệt kế và đèn huỳnh quang thải Khoảng 500–600 mg thủy ngân được sử dụng trong một nhiệt kế gia dụng Thuốc nhuộm có chứa thủy ngân được tìm thấy trong hầu hết các sản phẩm nhựa màu [99]

Asen được sử dụng rộng rãi trong thuốc trừ sâu dưới dạng canxi, natri, và arsenat chì, hoặc acetoarsenit đồng (chủ yếu là trong thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu, thuốc diệt nấm và chất hút ẩm) Các nguồn chính của các hợp chất asen được tìm thấy trong chất thải rắn sinh hoạt là: thuốc quá hạn, chất bổ sung dinh dưỡng và chất tẩy rửa [46] Trong một số pin lithium-ion, lithium hexafluoroarsenate được sử dụng làm chất điện phân Các hợp chất asen thường ứng dụng làm chất bán dẫn trong các thiết bị gia dụng, đặc biệt là trong màn hình tinh thể lỏng Hầu hết các hợp chất asen đều không tan trong nước

Kim loại nặng có mặt hoặc tồn tại có thể là các nguyên tố vi lượng trong sinh vật, trong nhiên liệu hóa thạch, vật liệu, khoáng sản thô, thực phẩm, …và kim loại nặng có mặt ở gần như tất cả các sản phẩm phục vụ cho đời sống của con người Kim loại nặng được biết đến có nhiều ảnh hưởng độc hại nghiêm trọng đối với hệ sinh thái, và việc sử dụng và thải bỏ chúng

đã được tiến hành theo các cách khác nhau Tuy nhiên, vì tính chất lý hoá hữu ích, các kim loại nặng được cố ý thêm vào các sản phẩm tiêu dùng và công nghiệp

Kim loại nặng được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực công nghệ tuy nhiên việc sử dụng và thải bỏ các sản phẩm có chứa kim loại nặng lại rất khác nhau Điều này rất khó cho việc đưa

ra một mô tả thống nhất và chi tiết về quá trình hình thành cũng như nguồn gốc tạo thành kim loại nặng trong chất thải rắn Tuy nhiên dù con đường di chuyển của kim loại nặng là dài hay ngắn, tổng quát hay cụ thể thì bãi chôn lấp hay môi trường đất vẫn là nơi lưu chứa cuối cùng của kim loại nặng

Kim loại nặng không bị phân hủy sinh học, không độc khi ở dạng nguyên tố tự do nhưng nguy hiểm đối với sinh vật sống khi ở dạng cation do khả năng gắn kết với các chuỗi cacbon ngắn dẫn đến sự tích tụ trong cơ thể sinh vật sau nhiều năm [98] Đối với con người, có khoảng

12 nguyên tố kim loại nặng gây độc như chì, thủy ngân, nhôm, asen, cadimi, niken… Một số kim loại nặng được tìm thấy trong cơ thể và thiết yếu cho sức khỏe con người, chẳng hạn như sắt, kẽm, magiê, coban, mangan và đồng mặc dù với lượng rất ít nhưng nó hiện diện trong quá trình chuyển hóa Tuy nhiên, ở mức thừa của các nguyên tố thiết yếu có thể nguy hại đến đời sống của sinh vật Các nguyên tố kim loại còn lại là các nguyên tố không thiết yếu và có thể gây độc tính cao khi hiện diện trong cơ thể, tuy nhiên tính độc chỉ thể hiện khi chúng đi vào chuỗi thức ăn Các nguyên tố này bao gồm thủy ngân, nickel, chì, arsenic, cadmium, nhôm, platinum và đồng ở dạng ion kim loại Chúng đi vào cơ thể qua các con đường hấp thụ của cơ thể như hô hấp, tiêu hóa và qua da Nếu kim loại nặng đi vào cơ thể và tích lũy bên trong tế bào lớn hơn sự phân giải của chúng thì hàm lượng sẽ tăng dần và sự ngộ độc sẽ xuất

hiện Do vậy người ta bị ngộ độc không những với hàm lượng cao của kim loại nặng mà cả khi với hàm lượng thấp và thời gian kéo dài sẽ đạt đến hàm lượng gây độc

Trong một số trường hợp, sự phóng thích từng phần của kim loại nặng đến môi trường trong suốt vòng đời của sản phẩm sẽ xảy ra Sự phóng thích KLN từ hoạt động chôn lấp chất thải rắn là do quá trình phân hủy và rò rỉ, lan truyền nước rỉ rác vào môi trường xung quanh BCL Thành phần của chất thải được chôn lấp có ảnh hưởng rất lớn tới hàm lượng KLN trong nước rỉ rác và chất thải rắn thay đổi theo tình trạng kinh tế xã hội, vị trí địa lý, theo mùa, và các mô hình thu gom

Các hoạt động tiêu hủy chất thải rắn (bãi đổ rác, bãi chôn lấp rác, hoặc lò đốt rác) là một nguồn quan trọng phát thải kim loại ra môi trường [107] Nước rỉ rác được hình thành chủ yếu cùng với lượng mưa đã thấm vào các lớp rác được chôn lấp và thường dẫn đến sự di chuyển của nước rỉ rác vào các tầng nước dưới đất gây ra ô nhiễm Môi trường đất và nước dưới đất bị ô nhiễm do sự lan truyền chất ô nhiễm trong nước rỉ rác, cùng với các kim loại nặng như chì, đồng, kẽm, sắt, mangan, crôm, và cadimi …có nguồn gốc từ chất thải rắn Vấn

đề ô nhiễm trở nên nghiêm trọng hơn bởi kim loại nặng không thể phân hủy sinh học [58] Nguồn gốc kim loại nặng có trong các bãi chôn lấp chủ yếu là do đồng thời chôn lấp chất thải công nghiệp, tro lò đốt rác, chất thải từ khai thác mỏ và chất thải gia dụng có chứa thành phần nguy hại như pin, sơn, thuốc nhuộm, mực in, …[58] Ô nhiễm đất bởi kim loại nặng có nguồn gốc từ các bãi chôn lấp chất thải là một vấn đề nghiêm trọng liên quan đến sự phát triển đô thị và công nghiệp Các tầng đất là được coi là nơi lưu giữ cuối cùng của kim loại nặng thải ra môi trường và cả các kim loại nặng đang tồn tại trong đất Do đó khi xem xét các chất ô nhiễm trong đất và nước rỉ rác tại các vị trí bị ô nhiễm, hàm lượng chất ô nhiễm cần phải đo đạc trực tiếp và cụ thể, bởi vì việc xác định tính chất của đất là cần thiết trước khi khuyến nghị các giải pháp kỹ thuật để khắc phục

1.3.2 Sự hình thành nước rỉ rác

Nước rỉ rác có thể được định nghĩa là nước bẩn thấm qua lớp rác của ô chôn lấp, kéo theo các chất ô nhiễm từ rác chảy vào tầng đất ở dưới bãi chôn lấp Nước rỉ rác của bãi chôn lấp được tạo thành chủ yếu do các nguồn nước đưa vào ô chôn lấp như nước mặt, nước mưa, nước có trong chất thải

Thành phần nước rỉ rác chịu tác động của nhiều yếu tố: thời gian chôn lấp, khí hậu, mùa,

độ ẩm của bãi chôn lấp, mức độ pha loãng với nước mặt và nước dưới đất, loại rác chôn lấp Ngoài ra độ nén, loại và độ dày của nguyên liệu phủ trên cùng cũng tác động lên thành phần của nước rỉ rác

Qua bảng 1.6 cho thấy giá trị các thành phần nước rỉ rác thay đổi trong phạm vi tương đối rộng đặc biệt là ở bãi mới

Thành phần hoá học của nước rỉ rác phụ thuộc lớn vào tuổi của bãi chôn lấp, các giai

loại nặng cao Nước rỉ rác ở pha metan hoá có giá trị pH từ 6,5  7,5, BOD5, COD, TOC, dinh dưỡng thấp đồng thời nồng độ kim loại nặng cũng thấp hơn vì hầu hết kim loại nặng ít hoà tan ở giá trị pH cao

Bảng 1.6 Hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước rỉ rác theo thời gian

Thành phần

Giá trị Bãi chôn lấp mới (dưới 2 năm) Bãi chôn lấp

cũ (trên 10 năm)

1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần và tính chất nước rỉ rác

Rác được chôn trong bãi chôn lấp chịu hàng loạt các biến đổi lý, hóa, sinh xảy ra đồng thời Khi nước chảy qua sẽ mang theo các chất hóa học đã được phân hủy từ rác

Thành phần chất ô nhiễm trong nước rỉ rác phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: thành phần chất thải rắn, độ ẩm, thời gian chôn lấp, khí hậu, các mùa trong năm, chiều sâu bãi chôn lấp,

độ nén, loại và độ dày của nguyên liệu phủ trên cùng, tốc độ di chuyển của nước trong bãi

chất dinh dưỡng đa lượng và vi lượng, việc thiết kế và hoạt động của bãi chôn lấp, việc chôn lấp chất thải rắn, chất thải độc hại, bùn từ trạm xử lý nước thải… Ta sẽ lần lược xét qua các yếu tố chính ảnh hưởng đến thành phần và tính chất nước rỉ rác

Hình 1.8 Các yếu tố ảnh hưởng tới thành phần và tính chất nước rỉ rác

a Thời gian chôn lấp

Tính chất nước rỉ rác thay đổi theo thời gian chôn lấp Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rỉ rác là một hàm theo thời gian Theo thời gian nồng

độ các chất ô nhiễm trong nước rỉ rác giảm dần Thành phần của nước rỉ rác thay đổi tùy thuộc vào các giai đoạn khác nhau của quá trình phân hủy sinh học đang diễn ra Sau giai đoạn hiếu khí ngắn (một vài tuần hoặc kéo dài đến vài tháng), thì giai đoạn phân hủy yếm khí tạo ra axit xảy ra và cuối cùng là quá trình tạo ra khí metan Trong giai đoạn axit, các hợp chất đơn giản được hình thành như các axit dễ bay hơi, amino axit và một phần fulvic với nồng độ nhỏ Trong giai đọan này, khi rác mới được chôn hoặc có thể kéo dài vài năm, nước rỉ rác có những đặc điểm sau [13]:

 Nồng độ các axit béo dễ bay hơi (VFA) cao

 Nồng độ các chất vô cơ hòa tan và kim loại nặng cao

Khi rác được chôn càng lâu, quá trình metan hóa xảy ra Khi đó chất thải rắn trong bãi chôn lấp được ổn định dần, nồng độ ô nhiễm cũng giảm dần theo thời gian Giai đoạn tạo thành khí metan có thể kéo dài đến hàng trăm năm hoặc lâu hơn nữa Đặc điểm nước rỉ rác ở giai đoạn này :

 Nồng độ các axit béo dễ bay hơi thấp

 pH trung tính hoặc kiềm

 BOD thấp

 Tỷ lệ BOD/COD thấp

 Nồng độ NH4+ thấp

 Vi sinh vật có số lượng nhỏ

 Nồng độ các chất vô cơ hòa tan và kim loại nặng thấp

Theo thời gian chôn lấp thì các chất hữu cơ trong nước rỉ rác cũng có sự thay đổi Ban đầu, khi mới chôn lấp, nước rỉ rác chủ yếu axit béo bay hơi Các axit thường là acetic, propionic, butyric Tiếp theo đó là axit fulvic với nhiều cacboxyl và nhân vòng thơm Cả axit béo bay hơi và axit fulvic làm cho pH của nước rỉ rác nghiên về tính axit Rác chôn lấp lâu thì thành phần chất hữu cơ trong nước rỉ rác có sự biến đổi thể hiện ở sự giảm xuống của các axit béo bay hơi và sự tăng lên của axit fulvic và humic Khi bãi chôn lấp đã đóng cửa trong thời gian dài thì hầu như nước rỉ rác chỉ chứa một phần rất nhỏ các chất hữu cơ, mà thường

là chất hữu cơ khó phân hủy sinh học

b Thành phần và các biện pháp xử lý sơ bộ chất thải rắn

Rõ ràng thành phần chất thải rắn là yếu tố quan trọng nhất tác động đến tính chất nước rỉ rác Khi các phản ứng trong bãi chôn lấp diễn ra thì chất thải rắn sẽ bị phân hủy Do đó, chất thải rắn có những đặc tính gì thì nước rỉ rác cũng có các đặc tính tương tự Chẳng hạn như, chất thải có chứa nhiều chất độc hại thì nước rỉ rác cũng chứa nhiều thành phần độc hại… Các biện pháp xử lý hoặc chế biến chất thải rắn cũng có những tác động đến tính chất nước rỉ rác Chẳng hạn như, các bãi chôn lấp chôn rác không được nghiền nhỏ, khi rác được nghiền nhỏ thì tốc độ phân hủy tăng lên đáng kể so với khi không nghiền nhỏ rác Tuy nhiên, sau một thời gian dài thì tổng lượng chất ô nhiễm bị trôi ra từ chất thải rắn là như nhau bất kể

là rác có được xử lý sơ bộ hay không

c Chiều sâu bãi chôn lấp

Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng bãi chôn lấp có chiều sâu chôn lấp càng lớn thì nồng độ chất ô nhiễm càng cao so với các bãi chôn lấp khác trong cùng điều kiện về lượng mưa và quá trình thấm Bãi chôn lấp càng sâu thì cần nhiều nước để đạt trạng thái bão hòa, cần nhiều thời gian để phân hủy

Do vậy, bãi chôn lấp càng sâu thì thời gian tiếp xúc giữa nước và rác sẽ lớn hơn và khoảng cách di chuyển của nước sẽ tăng Từ đó quá trình phân hủy sẽ xảy ra hoàn toàn hơn nên nước

rỉ rác chứa một hàm lượng lớn các chất ô nhiễm

d Các quá trình thấm, chảy tràn, bay hơi

Độ dày và khả năng chống thấm của vật liệu phủ có vai trò rất quan trọng trong ngăn ngừa nước thấm vào bãi chôn lấp làm tăng nhanh thời gian tạo nước rỉ rác cũng như tăng lưu lượng và pha loãng các chất ô nhiễm từ rác vào trong nước Khi quá trình thấm xảy ra nhanh

thì nước rỉ rác sẽ có lưu lượng lớn và nồng độ các chất ô nhiễm nhỏ Quá trình bay hơi làm

cô đặc nước rỉ rác và tăng nồng độ ô nhiễm Nhìn chung các quá trình thấm, chảy tràn, bay hơi diễn ra rất phức tạp và phụ thuộc vào các điều kiện thời tiết, địa hình, vật liệu phủ, thực vật phủ …

e Độ ẩm rác và nhiệt độ

Độ ẩm của rác phù hợp sẽ tạo điều kiện cho các phản ứng sinh học xảy ra tốt hơn Khi bãi chôn lấp đạt trạng thái bão hòa, đạt tới khả năng giữ nước, thì độ ẩm trong rác là không thay đổi nhiều Độ ẩm là một trong những yếu tố quyết định thời gian nước rỉ rác được hình thành nhanh hay chậm sau khi rác được chôn lấp Độ ẩm trong rác cao thì nước rỉ rác sẽ hình thành nhanh hơn

Nhiệt độ có ảnh hưởng rất nhiều đến tính chất nước rỉ rác Khi nhiệt độ môi trường cao thì quá trình bay hơi sẽ xảy ra tốt hơn là giảm lưu lượng nước rỉ rác Đồng thời, nhiệt độ càng cao thì các phản ứng phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp càng diễn ra nhanh hơn làm cho nước rỉ rác có nồng độ ô nhiễm cao hơn

f Ảnh hưởng từ bùn cống rãnh và chất thải độc hại

Việc chôn lấp chất thải rắn sinh hoạt với bùn cống rãnh và bùn của trạm xử lý nước thải sinh hoạt có ảnh hưởng lớn đến tính chất nước rỉ rác Bùn sẽ làm tăng độ ẩm của rác và do

đó tăng khả năng tạo thành nước rỉ rác Đồng thời chất dinh dưỡng và vi sinh vật từ bùn được chôn lấp sẽ làm tăng khả năng phân hủy và ổn định chất thải rắn Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng, việc chôn lấp chất thải rắn cùng với bùn làm hoạt tính metan tăng lên, nước rỉ rác có pH thấp và BOD5 cao hơn

Việc chôn lấp chất thải rắn với các chất thải độc hại làm ảnh hưởng đến các quá trình phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp do các chất ức chế như kim loại nặng, các chất độc đối với vi sinh vật… Đồng thời, theo thời gian các chất độc hại sẽ bị phân hủy và theo nước

rỉ rác và khí thoát ra ngoài ảnh hưởng đến môi trường cũng như các công trình sinh học xử lý nước rỉ rác

1.3.4 Lượng phát sinh và thành phần nước rỉ rác

1.3.4.1 Các phương pháp tính toán nước rỉ rác phát sinh

Nước rỉ rác (nước rác) là nước bẩn thấm qua lớp rác của các ô chôn lấp, kéo theo các chất

ô nhiễm từ rác chảy vào tầng đất ở dưới bãi chôn lấp

Nguồn gốc hình thành nước rỉ rác lớn nhất là nước mưa rơi xuống bề mặt khu chôn lấp chất thải, tiếp đến là các dòng nước dưới đất xâm nhập, nước chảy tràn từ bề mặt các khu vực xung quanh, hơi ẩm tích trữ sẵn trong rác và từ quá trình phân huỷ sinh học

Những yếu tố ảnh hưởng tới lượng nước rỉ rác phát sinh bao gồm:

− Lượng mưa trong khu vực

− Loại đất

− Sự thẩm thấu của nước dưới đất, nước mặt

− Thành phần và độ ẩm của chất thải rắn

− Quá trình xử lý cơ học (cắt, nghiền và ép thành khối) trước khi đem chôn lấp

− Lớp phủ bề mặt

− Độ sâu của bãi chôn lấp

− Khí hậu tại khu vực

− Sự bốc hơi nước và sự thoát hơi nước tại bãi chôn lấp

− Sự hình thành khí sinh học tại ô chôn lấp

− Trọng lượng của chất thải rắn…

Quá trình nước rỉ rác xuất hiện khi độ ẩm trong chất thải rắn đạt mức bão hoà Lượng nước rỉ rác khác nhau ở từng bãi chôn lấp chất thải rắn và thay đổi từ 0% lượng nước mưa đối với vùng khí hậu khô đến 100% lượng nước mưa đối với vùng khí hậu ẩm ướt trong suốt quá trình vận hành bãi chôn lấp Sự xuất hiện nước rỉ rác đối với bãi chôn lấp mới thường nhỏ và tăng khi lượng rác đem chôn lấp tăng và mở rộng diện tích; đạt đến giá trị lớn nhất sau

đó giảm mạnh khi tiến hành san ủi và phủ lớp vật liệu phủ sau mỗi ngày đổ rác vào bãi hoặc lớp phủ cuối cùng che kín toàn bộ bãi chôn lấp khi đóng bãi

Quá trình biến đổi lượng nước rỉ rác theo thời gian đã được ước tính và đồ thị biểu diễn được trình bày trong hình 1.9 [47]

Hình 1.9 Đồ thị biểu diễn lượng nước rỉ rác phát sinh theo thời gian

Nguồn: Farquhar, G J.,(1989) [47]

Tính toán lượng nước rỉ rác là quan trọng cho công tác quản lý vận hành bãi chôn lấp Có nhiều phương pháp tính toán tuy nhiên tùy theo điều kiện thực tế của từng địa phương mà có

thể lựa chọn phương pháp phù hợp Thông thường phương pháp tính lượng nước rỉ rác phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện khí hậu thủy văn, đặc biệt là lượng mưa

Một số chương trình phần mềm máy tính để ước tính lượng nước rỉ rác đã được phát triển,

ví dụ như: HELP, FULLFILL, và SOILINER Tất cả các phương pháp đều dựa trên phương pháp cân bằng nước Các chương trình tính toán đều là giải bài toán một chiều bằng các công

cụ khác nhau Mỗi chương trình này đều có các ưu, nhược điểm Nhìn chung có hạn chế chủ yếu là chỉ dùng để tính toán cho duy nhất một mức mà không tính đến sự thay đổi của vật liệu phủ khi đóng bãi, hoặc cũng không tính đến khi thay đổi lượng chất thải rắn được chôn lấp với độ sâu hoặc chiều cao của bãi chôn lấp bị tăng lên

Trên thực tế các lớp trong ô chôn lấp không được xây dựng đồng thời, và cũng không phải trong cùng một mùa của năm, thêm vào đó là việc muốn tận dụng những vị trí có sẵn cho việc chôn lấp tại cùng khu vực, và cũng thường bỏ phủ hàng ngày bằng các lớp đất không tuân theo yêu cầu thiết kế vận hành [45]

a Phương pháp cân bằng nước – WBM

− Là phương pháp cổ điển, dễ sử dụng và áp dụng cho việc tính toán nước rỉ rác

− Có thể áp dụng tính toán cho nhiều loại bãi chôn lấp và các giai đoạn khác nhau của bãi

− Chỉ cần các số liệu về lượng mưa, lượng bốc hơi nước theo tháng

− Không tính được lượng nước rỉ rác phát sinh khác biệt trong thời gian vận hành ô chôn lấp

− Không dự báo được chính xác lượng nước rỉ rác vì phụ thuộc vào vào các thông số khó xác định độ chính xác như hệ số chảy tràn và mức độ đầm nén hoặc độ ẩm của rác

b Phương pháp định lượng thủy văn bãi chôn lấp – HELP

Phần mềm HELP là công cụ sử dụng công nghệ thông tin để giúp việc tính toán và phân tích cân bằng nước dễ dàng

− Kết quả thu được từ HELP có thể giúp các nhà thiết kế và các nhà quản lý đánh giá các thiết kế bãi chôn lấp được đề xuất

− Có thể sử dụng để tính toán cho các bãi đang vận hành, chưa vận hành và đã đóng

− Phục vụ cho công tác nghiên cứu giảng dạy và cấp phép vận hành bãi chôn lấp ở Mỹ

− HELP thường đưa ra dự báo lượng nước rỉ rác nhiều hơn so với thực tế

− Bắt buộc phải có số liệu đầu vào cho phần mềm

− Độ chính xác của kết quả phụ thuộc vào nhiều dữ liệu bao gồm: số liệu thời tiết, số liệu về đất và thiết kế, các giải pháp kỹ thuật

− Cần cài đặt phần mềm và hệ thống thiết bị máy tính để chạy chương trình HELP

c Phương pháp cân bằng nước theo trình tự - SWB

− Tính toán chi tiết lượng nước rỉ rác sinh ra trong một ô chôn lấp đang vận hành

− Vẫn tính được khi không có đầy đủ dữ liệu về khí hậu so với HELP

− Độ chính xác phụ thuộc phần lớn vào đặc tính vật lý của chất thải rắn

− Tính được lượng nước rỉ rác phát sinh chính xác hơn các phương pháp khác trong giai đoạn vận hành khi thay đổi thiết kế (tăng lượng rác cần chôn lấp)

− Cần tuân thủ nghiêm ngặt nguyên tắc vận hành như phủ rác hàng ngày bằng các vật liệu phủ quy định

− Phương pháp này chỉ tập trung tính toán lượng nước rỉ rác phát sinh vào thời gian vận hành ô chôn lấp chất thải rắn

Bảng 1.7 Tóm tắt so sánh các phương pháp tính toán nước rỉ rác

Phương pháp

Tiêu chí

Phương pháp cân bằng nước - WBM

Phương pháp định lượng thủy văn bãi chôn lấp - HELP

Phương pháp cân bằng theo chuỗi - SWB

Cơ sở tính toán Phương trình cân

bằng nước

Xây dựng mô hình phần mềm máy tính dựa vào phương trình cân bằng nước

Phương trình cân bằng nước

Yêu cầu số liệu đầu

vào

Số liệu địa chất thủy văn (đất, thời tiết khí hậu)

- Số liệu địa chất thủy văn

- Số liệu thiết kế BCL

Tính chất vật lý của chất thải rắn

Yêu cầu số liệu thời

tiết đầu vào

Dự báo Nhiều hơn thực tế Ít hơn so với WBM

d Đánh giá khả năng áp dụng tính toán lượng nước rỉ rác phát sinh tại Việt Nam Tại Việt Nam, việc tính toán lượng nước rỉ rác phát sinh tại BCL chưa được quan tâm thỏa đáng, dự báo nước rỉ rác theo cách tính đơn giản dựa vào lượng mưa và diện tích chôn lấp dẫn đến kết quả không chính xác hoặc không có số liệu về lượng nước rỉ rác phát sinh Trong các phương pháp tính lượng nước rỉ rác, phương pháp cân bằng nước theo trình tự SBW cho kết quả chính xác hơn phương pháp WBM trong giai đoạn vận hành vì nước rỉ rác