Nghiên ứu đánh giá sự phân bố asen trong nướ ngầm khu vự hà nội bằng mô hình số, thăm dò đề xuất á phương pháp hữu hiệu xử lý asen

bộ giáo dục đào tạo trờng đại học bách khoa hµ néi luận văn thạc sĩ khoa học nghiên cứu đánh giá phân bố asen nớc ngầm khu vực hà nội mô hình số, thăm dò đề xuất phơng pháp hữu hiệu xử lý asen ngành : kỹ thuật môi trờng kiều thị vân anh Ngời hớng dẫn khoa học : TS Đặng Xuân Hiển hà néi 2006 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131502221000000 mục lục Trang mở đầu Tính cấp thiết đề tài Đối tợng giới hạn phạm vi nghiên cứu Mục đích đề tài Nội dung nghiên cứu đề tài Các phơng pháp nghiên cứu ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Bố cục luận văn Chơng Khái quát chung vùng nghiên cứu 1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên, kinh tế xà hội 1.1.1 Vị trí địa lý 1.1.2 Địa hình 1.1.3 Khí hậu 1.1.4 Thuỷ văn 1.1.5 Dân sinh - kinh tế 1.1.6 Giao thông 1.2 Đặc điểm địa chÊt 1.2.1 HƯ Neogen 1.2.2 HƯ §Ư tø 1.3 §iỊu kiện Địa chất Thuỷ văn 1.3.1 Tầng chứa nớc trầm tích Holocen (qh) 1.3.2 Tầng chứa nớc Pleistocen - (qp1-2) 1.3.3 Phức hệ chứa nớc trớc Đệ tứ 1.3.4 Các thành tạo nghèo nớc 1.4 Hiện trạng khai thác nớc ngầm 1.5 Hiện trạng chất lợng nớc ngầm khu vực Hà Nội Chơng trạng phân bố asen nớc ngầm khu vực hà nội 2.1 Tổng quan Asen tình hình nghiên cứu Asen 2.1.1 Đặc điểm địa hoá Asen di chuyển chúng nớc ngầm 2.1.2 Mối quan hệ Asen với yếu tố liên quan tới hình thµnh 3 6 6 6 7 8 11 11 12 14 15 16 22 28 28 28 30 cña nớc ngầm 2.1.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu Asen nớc giới 2.2 Hiện trạng phân bố Asen nớc ngầm khu vực Hà Nội 2.2.1 Phơng pháp luận nghiên cứu xác định quy luật phân bố Asen nớc ngầm 2.2.2 Hiện trạng hàm lợng Asen nớc ngầm khu vực Hà Nội 2.3 Một số nhận định bớc đầu nguồn gèc nhiƠm bÈn Asen khu vùc Hµ Néi 39 45 45 47 54 Chơng mô hình lan truyền vật chất nghiên cứu chất lợng nớc ngầm khu vực phía nam Hà nội 3.1 Cơ sở lý thuyết mô hình 3.1.1 Mô hình toán học 3.1.2 Phơng pháp giải 3.1.3 Phơng trình sai phân 3.1.4 Điều kiện biên mô hình 3.1.5 Lỗ khoan hút nớc ép nớc (Well) 3.1.6 Chỉnh lý thông số đầu vào mô hình giải toán ngợc 3.1.7 Các số liệu đầu vào đầu mô hình 3.2 Mô hình lan truyền Asen nớc ngầm khu vực phía Nam Hà Nội 3.2.1 Mô mô hình 3.2.2 Phân lớp thông số trờng thấm 3.2.3 Thông số trờng thấm 3.2.4 Biên điều kiện biên 3.2.5 Chạy mô hình dự báo dịch chuyển chất nhiễm bẩn 59 Chơng thăm dò, đề xuất giải pháp hữu hiệu xử lý asen 4.1 Những ảnh hởng việc dùng nớc có chứa Asen đến sức khoẻ ngời 4.1.1 Các biểu tổn thơng bị ô nhiễm Asen 4.1.2 Các ảnh hởng ung th 4.1.3 Các ảnh hởng gây ung th 4.2 Các đờng Asen gây ảnh hởng tới sức khoẻ ngời 4.2.1 Asen m«i trêng níc 4.2.2 Asen thùc phẩm 4.3 Thăm dò, đề xuất phơng pháp hữu hiƯu xư lý Asen 4.3.1 T¹o kÕt tđa 82 59 59 60 62 64 64 65 66 67 67 68 69 70 73 82 82 82 83 84 84 86 87 87 4.3.2 Keo tơ – l¾ng – läc 4.3.3 Làm mềm vôi 4.3.4 Hấp phụ 4.3.5 Phơng pháp oxy hoá 4.3.6 Các phơng pháp khác 87 89 91 92 95 kết luận 98 Tài liệu tham khảo 100 mở đầu Tính cấp thiết đề tài Hà Nội có nguồn nớc ngầm phong phú, chất lợng níc tèt vµ lµ ngn níc quan träng cÊp cho ăn uống sinh hoạt nh hoạt động kinh tế xà hội thủ đô Hiện tại, 100% nớc cấp cho thủ đô Hà Nội nớc ngầm, riêng Công ty Kinh doanh nớc Hà Nội quản lý khai thác khoảng 572.240 m3 /ngày P P Những năm gần dân số đô thị tăng nhanh, đô thị hoá hoạt động kinh tế thủ đô phát triển mạnh làm cho nhu cầu nớc thủ đô ngày lớn, khai thác nớc ngầm ngày mở rộng quy mô phạm vi Thêm vào đó, hoạt động phát triển sản xuất, thải chất thải nhà máy, xí nghiệp, khu công nghiệp, khu đô thị sản xuất nông R R nghiệp vùng cïng víi sù ph¸t triĨn tù ph¸t cđa khai th¸c nớc ngầm hệ thống giếng khoan tay đà làm ảnh hởng đến chất lợng nguồn nớc ngầm khu vực Hà Nội Một số kết điều tra nghiên cứu trạng khai thác, sử dụng trạng chất lợng nớc vùng cho thấy nớc ngầm khu vực Hà Nội đà có tợng nhiễm bẩn cục hợp chất Amoni, thành phần vi sinh số yếu tố kim loại nặng nh thành phần Asen, thuỷ ngân Đặc biệt vài năm gần đây, điều tra chất lợng nớc R R số quan chuyên môn cho thấy nớc ngầm khu vực Hà Nội đà có tợng nhiễm bẩn Asen, với hàm lợng Asen vợt tiêu chuẩn cho phép nớc cấp cho ăn uống sinh hoạt Việc nhiễm bẩn Asen nớc ngầm xuất tầng tầng dới, đặc biệt phổ biến khu vực phía Nam Hà Nội Để bảo vệ nớc ngầm, đặc biệt công trình khai thác nớc ngầm suốt thời gian khai thác chất lợng nớc nằm giới hạn cho phép, nhiệm vụ quan phải tính toán dự báo đợc lan truyền vật chất đặc biệt chất bẩn để có biện pháp ngăn ngừa, thiết kế công trình khai thác nớc cách hợp lý Cho tới nớc ta việc tính toán dự báo biến đổi chất lợng nớc đợc nghiên cứu, chủ yếu dùng công thức toán học đơn giản để tính toán thời gian xâm nhập mặn tới công trình khai thác nớc Thực tế điều kiện địa chất thuỷ văn nớc ta phức tạp, việc sử dụng công thức toán học đơn giản không hoàn toàn thích hợp mà đòi hỏi phơng pháp tính toán xác nh phơng pháp mô ứng dụng hình số Xuất phát từ nhu cầu thực tế đề tài : "Nghiên cứu đánh giá phân bố Asen nớc ngầm khu vực Hà Nội mô hình số, thăm dò đề xuất phơng pháp hữu hiệu xử lý Asen" đợc chọn nội dung nghiên cứu luận văn tốt nghiệp Đối tợng giới hạn phạm vi nghiên cứu * Đối tợng nghiên cứu : Chất lợng nớc khu vực Hà Nội, đặc biệt ô nhiễm Asen nớc ngầm * Phạm vi nghiên cứu : Việc nghiên cứu cách toàn diện quy luật phân bố Asen nớc ngầm phạm vi thành phố Hà Nội vấn đề khó khăn phức tạp, đòi hỏi phải có số liệu quan trắc liên tục, trang thiết bị đại, có kinh phí phải có quỹ thời gian đủ lớn hoàn thành đợc Vì vậy, khuôn khổ nghiên cứu luận văn tác giả tËp trung nghiªn cøu mét sè néi dung nh sau : - Hiện trạng chất lợng nguồn nớc ngầm khu vực Hà Nội đợc sử dụng làm nớc sinh hoạt, đặc biệt đánh giá phân bố Asen phạm vi quận, huyện thuộc khu vực Hà Nội - Hiện trạng phân bố Asen nớc ngầm khu vực Hà Nội - ứng dụng mô hình lan truyền vật chất nớc ngầm để xác định dự báo biến đổi hàm lợng Asen nớc ngầm khu vực phía Nam thành phố Hà Nội - Thăm dò, đề xuất phơng pháp xử lý Asen Mục đích đề tài - Sơ khoanh vùng phân bố Asen nớc ngầm khu vực Hà Nội - Bớc đầu dự báo lan truyền chất nhiễm bẩn dới tác dụng phân tán thuỷ lực - Đề xuất số phơng pháp hữu hiệu xử lý Asen phù hợp với điều kiện Việt Nam Nội dung nghiên cứu đề tài Nội dung nghiên cứu đề tài gồm : - Nghiên cứu đặc điểm Địa chất - Địa chất thuỷ văn thành phố Hà Nội - Nghiên cứu, tổng hợp xác định số quy luật phân bố Asen nớc ngầm khu vực Hà Nội - Nghiên cứu mối quan hệ Asen với yếu tố liên quan đến hình thành nớc ngầm - áp dụng mô hình lan truyền vật chất để nghiên cứu toán nhiễm bẩn - Nghiên cứu đề xuất phơng pháp hữu hiệu xử lý Asen Các phơng pháp nghiên cứu Để đạt đợc mục tiêu đề tài, tác giả đà sử dụng tổng hợp phơng pháp nghiên cứu sau : - Phơng pháp thu thập tài liệu : Thu thập tài liệu địa hình, địa chất, địa chất thuỷ văn, trạng khai thác sử dụng nớc ; vị trí, địa tầng, kết cấu giếng khoan ; tài liệu kết nghiên cứu chất lợng nớc ngầm Hà Nội, ô nhiễm Asen khu vực Hà Nội ; tài liệu lý thuyết Asen, kết nghiên cứu, báo Asen đà đợc công bố tác giả nớc - Phơng pháp kế thừa : Trong đề tài nghiên cứu, tác giả đà sử dụng số kết nghiên cứu Asen đất, nớc nhiều tác giả nớc đà đợc công bố từ trớc đến - Phơng pháp xử lý số liệu : Trên sở, tảng số liệu thu thập, tài liệu thực địa Các tài liệu đợc tiến hành xử lý chơng trình chuyên dụng, phần mềm máy tính nh Mapinfor để lập đồ, xử lý số liệu phơng pháp thống kê toán học, trung bình hoá số liệu phân tích đặc biệt sử dụng mô hình MODFLOW MT3D để tính toán dịch chuyển vật chất nớc ngầm ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Sơ đánh giá chất lợng nớc ngầm khu vực Hà Nội - Bớc đầu đánh giá trạng, quy luật phân bố Asen nớc ngầm khu vực Hà Nội, khu vực có hàm lợng Asen cao, thấp phục vụ cho công tác quản lý quy hoạch, khai thác, bảo vệ nguồn nớc ngầm phục vụ đời sống lâu dài bền vững khu vực - Bớc đầu dự báo quy luật biến đổi hàm lợng chất nhiễm bẩn dới tác dụng phân tán thủy lực - Thăm dò, đề xuất phơng pháp xử lý Asen phù hợp với điều kiện Việt Nam Bố cục luận văn Ngoài phần mở đầu kết luận, luận văn đợc trình bày thành chơng Chơng Tổng quan vùng nghiên cứu Chơng Hiện trạng phân bố Asen nớc ngầm khu vực Hà Nội Chơng Mô hình lan truyền vật chất nghiên cứu chất lợng nớc ngầm khu vực phía Nam thành phố Hà Nội Chơng Thăm dò, đề xuất phơng pháp hữu hiệu xử lý Asen Kèm theo luận văn vẽ, bao gồm : - Bản đồ Địa chất Thuỷ văn thành phố Hà Nội - Sơ đồ vị trí lấy mẫu phân tích Asen khu vực Nam Hà Nội - Sơ đồ phân vùng ô nhiễm Asen nớc ngầm trầm tích Đệ tứ khu vực Nam Hà Nội - Sơ đồ phân vùng ô nhiễm Asen nớc ngầm tầng qh khu vực Nam Hà Nội - Sơ đồ phân vùng ô nhiễm Asen nớc ngầm tâng qp1 khu vực Nam R R Hà Nội - Sơ đồ phân vùng ô nhiễm Asen nớc ngầm tầng qp2 khu vực Nam R R Hà Nội Luận văn đợc hoàn thành dới hớng dẫn khoa học TS Đặng Xuân Hiển, Viện Khoa học Công nghệ Môi trờng - Đại học Bách khoa Hà Nội Trong trình thu thập tài liệu viết luận văn, tác giả đà nhận đợc giúp đỡ quý báu đồng nghiệp Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội, Trờng Đại học Mỏ - Địa chất, Cục quản lý Tài nguyên nớc - Bộ Tài nguyên Môi trờng, Cục Thuỷ lợi - Bộ Nông nghiệp phát triển Nông thôn ; Đợc giúp đỡ nhiệt tình tập thể cán giảng dạy Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội, đặc biệt TS Đặng Xuân Hiển đà góp phần vào thành công luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn ! Chơng khái quát chung vùng nghiên cứu 1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên, kinh tế - xà hội 1.1.1 Vị trí địa lý Hà Nội trung tâm kinh tế, trị, xà hội, công nghiệp, văn hoá nớc Toàn thành phố nằm đồng Châu thổ sông Hồng Hiện diện tích Hà Nội 932 km chiếm 0,3% diện tích nớc Về vị trí địa P P lý, Thủ đô Hà Nội tiếp giáp với tỉnh Thái Nguyên phía Bắc, tỉnh Bắc Ninh phía Đông Bắc, tỉnh Hng Yên phía Đông Nam, tỉnh Vĩnh Phúc phía Tây Bắc tỉnh Hà Tây phía Nam Tây Nam 1.1.2 Địa hình Thành phố có địa hình thấp dần từ Bắc xuống Nam nghiêng dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam với độ nghiêng nhỏ, độ nghiêng trung bình khoảng 0,3 đến 0,5% 1.1.3 Khí hậu Hà Nội có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, đợc chia làm mùa rõ rệt Mùa ma từ tháng đến tháng 10,mùa khô từ tháng 11 đến tháng năm sau Lợng ma trung bình năm đạt 1678mm, ma nhiều vào tháng 7- vào tháng 1- Nhiệt độ trung bình nhiều năm thành kho¶ng tõ 21- 24o P P 1.1.4 Thủ văn Mạng lới thuỷ văn Hà Nội phát triển Các sông lớn chảy qua thành phố sông Hồng, sông Đuống, sông Cà Lồ, sông Nhuệ Ngoài ra, khu vực nội thành có hệ thống sông tiêu thoát nớc sông Lừ, sông Sét, sông