(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

(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(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(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(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(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(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(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(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(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(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(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(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(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(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(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(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(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(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(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(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(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(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(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(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(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(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(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(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(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

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

SWB Serial Water Balance Cân bằng nước nối tiếp

TOC Total organic carbon Tổng lượng cacbon hữu cơ

US EPA United State Environmental

Protection Agency

Cơ quan bảo vệ Môi trường Hoa kỳ

VFA Volatile Fatty Acid Axit béo dễ bay hơi

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

 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