ĐỊA kỹ THUẬT và địa kỹ THUẬT môi TRƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI BỘ MÔN ĐỊA KỸ THUẬT BÀI GIẢNG ĐỊA KỸ THUẬT VÀ ĐỊA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Trịnh Minh Thụ, Hoàng Việt Hùng Bùi Văn Trường NĂM 2012 MỤC LỤC: CHƯƠNG THẤM TRONG MÔI TRƯỜNG ĐẤT VÀ KHẢ NĂNG LAN TRUYỀN CHẤT Ô NHIỄM 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Vấn đề Địa chất thủy văn Error! Bookmark not defined 1.3 Phân tích yếu tố thấm môi trường đất 13 1.4 Điều kiện dòng chảy ngầm 23 1.5 Vận chuyển lan truyền khối đất 30 1.6 Các chất lỏng nước đất 44 CHƯƠNG CÁC VẤN ĐỀ ĐỊA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG 60 2.1 Giới thiệu chung 60 2.2 Các dạng ô nhiễm đất 61 2.3 Nguồn gây ô nhiễm đất 63 2.4 Cơ chế phóng thích chất ô nhiễm 65 2.5 Đánh giá điểm ô nhiễm 73 2.6 Phương pháp, thiết bị khảo sát, đánh giá ô nhiễm 76 2.7 Kỹ thuật xử lý trường bị ô nhiễm 83 CHƯƠNG ĐỒ ÁN THIẾT KẾ GIẢM THIỂU Ô NHIỄMERROR! BOOKMARK NOT DEFINED 3.1 Đánh giá chung 116 3.2 Phân tích số liệu địa chất địa chất thủy văn 116 3.3 Ứng dụng phần mềm CTRAN/W 117 LỜI GIỚI THIỆU Bài giảng “Địa kỹ thuật Địa kỹ thuật môi trường” cung cấp kiến thức đặc tính thấm nước, khả năng, quy luật vận chuyển lan truyền ô nhiễm, dạng nguồn gây ô nhiễm, nguyên lý kỹ thuật xử lý ô nhiễm nhằm giúp cho học viên cao học chuyên ngành Địa kỹ thuật nhận thức ô nhiễm môi trường đất, tính toán, dự báo giải pháp giảm thiểu ô nhiễm đất Nội dung giảng gồm chương : Chương 1: Thấm môi trường đất khả lan truyền ô nhiễm Giới thiệu kiến thức địa chất thủy văn, bao gồm dạng tồn nước đất, đới thủy động lực, hình thành thành phần hóa học, đặc điểm tầng chứa nước vận động nước đất; phân tích yếu tố thấm môi trường đất bão hòa không bão hòa; điều kiện dòng chảy ngầm; cấu vận chuyển lan truyền khối đất; chế vận chuyển chất lỏng nước Chương 2: Các vấn đề địa kỹ thuật môi trường Chương trình bày đặc điểm, tính chất dạng, nguồn gây ô nhiễm; phương thức phóng thích ô nhiễm; nội dung, phương pháp, thiết bị khảo sát đánh giá ô nhiễm đất nguyên lý, kỹ thuật xử lý trường bị ô nhiễm Chương 3: Đồ án thiết kế giảm thiểu ô nhiễm Đề cập nội dung cần phân tích, đánh giá thiết kế giảm thiểu ô nhiễm; nội dung phân tích đánh giá số liệu địa chất, địa chất thủy văn; ứng dụng phương pháp số để phân tích, dự báo lan truyền ô nhiễm đất Bài giảng biên soạn sở sách “Địa kỹ thuật môi trường” tác giả Nguyễn Uyên biên dịch sách “Geotechnical Engineering Principles and Pratisces” Donald P.Coduto Do nguồn tài liệu hạn chế lần biên soạn cho lớp cao học nên giảng chắn không tránh khỏi thiết sót Chúng mong nhận ý kiến đóng góp nhà khoa học đồng nghiệp Trường Đại học Thủy lợi Bộ môn Địa kỹ thuật Chương THẤM TRONG MÔI TRƯỜNG ĐẤT VÀ KHẢ NĂNG LAN TRUYỀN Ô NHIỄM 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG Trong môi trường đất đá, nước hợp phần có vai trò quan trọng việc vận chuyển, lan truyền chất ô nhiễm Do vấn đề điều kiện địa chất thủy văn bao gồm phân bố không gian, thành phần, tính chất tầng chứa nước, thấm nước yếu, trạng thái tồn tại,… đặc biệt tính thấm chế độ thủy động lực dòng chảy yếu tố quan trọng định khả năng, phương thức, tốc độ vận chuyển, lan truyền chất ô nhiễm trình biến đổi hóa, lí, sinh học chúng Đó vấn đề cần để hiểu chất ô nhiễm vận chuyển, lan truyền mặt đất Quá trình vận chuyển, lan truyền khối tham gia vào việc tiêu thụ hay sản sinh khối môi trường lỗ rỗng tuân theo nguyên lí bảo toàn khối lượng Tuy nhiên, phương thức vận chuyển, chất ô nhiễm hòa tan nước có quan hệ chặt chẽ với dòng thấm nước lỗ rỗng chất ô nhiễm không hòa tan, bị khống chế cấu, quy mô lỗ rỗng yếu tố bên Vậy, cấu vận chuyển, lan truyền khối đất nào; di chuyển, quan hệ với nước lỗ rỗng tương tác lẫn chất ô nhiễm sao, vấn đề cần để hiểu chất trình vận chuyển, lan truyền chất ô nhiễm Chất ô nhiễm dạng chất lỏng nước (NAPL - nonaqueous-phase liquid) trộn lẫn với nước hòa tan nước lan truyền khối qua mặt phân cách Mặc dù tính hòa tan thấp với lượng nhỏ NAPL hòa tan nước sinh hoạt có tác động tổn hại đến sức khỏe người làm cho nguồn nước đất bị ô nhiễm kéo dài Điều cho thấy cần thiết phải nghiên cứu tốc độ vận chuyển NAPL mặt đất Về nguyên lí vận chuyển lưu trữ NAPL đất tương tự với nguyên lí cho dòng không bão hòa Lượng tương đối pha đất lúc cân bị khống chế nguyên lí mao dẫn, nguyên lí khống chế hành vi đất không bão hòa Các nguyên lí cho phép phân tích, luận giải trình vận chuyển lan truyền khối NAPL Chương chủ yếu nghiên cứu số nội dung vấn đề nêu 1.2 VẤN ĐỀ ĐỊA CHẤT THỦY VĂN 1.2.1 CÁC DẠNG NƯỚC TỒN TẠI TRONG ĐẤT ĐÁ Nước đất đá tồn dạng : nước, nước liên kết vật lý, nước mao dẫn, nước trọng lực, nước trạng thái rắn, nước mạng tinh thể khoáng vật Nước trạng thái Nước trạng thái tồn lỗ hổng khe nứt rỗng Hơi nước dễ di chuyển, chúng vận động từ nơi có áp lực lớn đến nơi có áp lực nhỏ, từ nơi có độ ẩm lớn đến nơi có độ ẩm nhỏ hơn, vận động từ khí vào lỗ rỗng đất ngược lại Nước liên kết vật lý Nước liên kết vật lý bị giữ bề mặt hạt cứng lực liên kết lớn trọng lực, vận động chậm chạp nhiều so với nước tự - Nước liên kết chặt (nước hấp phụ) thành lạo hấp phụ phân tử nước bề mặt hạt, tạo thành lớp mỏng sát bé mặt hạt - Nước liên kết yếu (nước màng mỏng) phân bố lớp nước liên kết chặt mối liên kết phân tử Lực liên kết phân tử nước bể mặt hạt yếu nhiều Nước liên kết yếu tồn đất đá độ ẩm đất đá lớn độ ẩm hấp phụ lớn Nước mao dẫn Nước mao dẫn nước chứa lỗ hổng khe rãnh mao dẫn, chủ yếu tác dụng lực mao dẫn phát sinh phần tiếp xúc nước với không khí đất đá Nước trọng lực Nước trọng lực (nước lỏng) thành tạo đất đá độ ẩm chúng lớn độ ẩm phân tử tối đa hay lỗ hổng đất đá bão hoà nước Vận động nước trọng lực diễn chủ yếu tác dụng trọng lực gradien áp lực Nước trọng lực gọi nước tự có khả truyền áp lực thủy tĩnh Khi vận động đất đá nước trạng thái lỏng có tác dụng khác lên chúng Nó phá hủy học, hoà tan rữa lũa đất đá Nước lỏng thành tạo phần vỏ đất Vận động nước lỏng đất đá chia làm dạng: ngấm thấm Khi nước vận động đất đá mà phần lỗ rỗng chứa đầy nước nước vận động qua lỗ rỗng vận động chúng gọi ngấm Quá trình thấm xảy diện rộng với dòng thấm lớn; lúc tất lỗ rỗng tầng đất đá bão hoà nước nước thấm tác dụng áp lực mao dẫn, građien áp lực trọng lực 5 Nước trạng thái rắn Nước trạng thái rắn nhiệt độ thấp 0° nước trọng lực phần nước liên kết đóng băng biến thành nước trạng thái rắn Nước liên kết hoá học Nước liên kết hoá học tham gia vào mạng tinh thể khoáng vật dạng ion OH- H O+ Nó tách khỏi mạng tinh thể nung nóng khoáng vật đến nhiệt độ từ 300°C - 1.300°C mạng tinh thể hoàn toàn bị phá hủy Nước kết tinh Nước kết tinh nước nằm mạng tinh thể khoáng vật dạng phân tử nước H nhóm phân tử nước Nó tách khỏi khoáng vật nung nóng chúng đến nhiệt độ từ 250°C - 300°C 1.2.2 CÁC ĐỚI THỦY ĐỘNG LỰC NƯỚC DƯỚI ĐẤT Phần vỏ đất chia làm hai đới chính: đới thông khí đới bão hoà Trong đới thông khí nước tồn dạng hơi, liền kết vật lý, liên kết hoá học Trong đới bão hoà lỗ rỗng, khe rãnh đất đá chứa đầy nước trọng lực Giữa hai đới thường tồn đới nước mao dẫn Theo cường độ điều kiện trao đổi nước, chia làm đới thủy động lực (bảng 1.1) : - Đới trao đổi nước mãnh liệt phân bố phần vỏ đất, chúng liên chặt chẽ với nước mặt Đới phân bố đến độ sâu xâm thực thung lũng sông lớn Chiều dày dao động khoảng 100 ÷ l.000m lớn Đới đặc trưng vận tốc thấm nước tương đối lớn Vận tốc thực từ 1mét đến hàng trăm mét năm), hệ số trao đổi nước (tỉ số lượng nước chảy qua bồn chứa nước đất sau năm với loàn lượng nước chứa bồn đó) dao động khỏang 0,1 - - Đới trao đổi nước chậm chạp thường sâu gốc thoát nước địa phương tầng phức hệ chứa nước Chiều sâu giới hạn đới xác định chiều sâu xâm thực bổn biển Đới đặc trưng vận tốc thấm nhỏ nhiều so với đới Hệ số trao đổi nước thay đổi khoảng rộng từ 1.10-2 - 1.10-9 - Đới trao đổi nước chậm chạp chiếm phần sâu hệ chứa nước có áp (sâu - 3km) Vận tốc thấm thực thường khoảng vài phần chục đến vài % cm năm, hệ số trao đổi nước thường khổng vượt 1.10-9 Đới đặc trưng nhiệt độ áp suất cao Bảng 1.1 Phân đới nước vỏ đất Vận tốc thấm >1m/năm < lm/năm Hệ số trao đổi nước Môi trường tồn Nhiệt độ Thành phần hoá học 0,01 ÷ Oxi hoá < 25°C Đa dạng l.l0-2 - 1.l0-9 Ôxi hoá - khử 10 ÷ 40°C Đa dạng Đới trao đổi nước chậm Vài chục đến vài phần trăm cm/năm < 1.10-9 Khử ôxi 40 ÷ 150°C Clorua Độ khoáng hóa Nhạt, mặn ÷ 50g/l 50 ÷ 500g/1 Đặc trưng Đới trao đổi nước Đới trao đổi nước mãnh liệt chậm 1.2.3 SỰ HÌNH THÀNH THÀNH PHẦN HOÁ HỌC NƯỚC DƯỚI ĐẤT Thành phần hoá học nước đất hình thành trình xảy phức tạp, trình có ảnh hưởng định là: Quá trình rữa lũa hoà tan Rữa lũa trình chuyển vào dung dịch nguyên tố từ khoáng vật đất đá mà không phá hủy mạng tinh thể chúng Hoà tan trình đưa vào dung dịch nguyên tố khoáng vật làm mạng tinh thể chúng bị phá hủy Nước đất có khả hoà tan, rữa lũa hàng trăm chất khác chất hoà tan tổng hợp Quá trình tạo hỗn hợp nước Sự hỗn hợp loại nước có thành phần khác thường phổ biến tự nhiên Nó tạo nên hỗn hợp nước phức tạp Sự hỗn hợp nước tạo nên thành phần hoá học hỗn hợp thường xảy với trình trầm đọng muối cacbonat canxi, magiê, sắt, thạch cao Quá trình lắng đọng muối Quá trình xảy trình hỗn hợp muối hay điều kiện nhiệt động thay đổi Sự lắng đọng muối xảy làm giảm nồng độ muối hoà tan nước làm thay đổi thành phần hoá học nước Quá trình cô đặc nước Sự cô đặc nước trình làm tăng lượng chất dễ hoà tan nước nước bị bốc hơi, phát tán hay đóng băng Quá trình cô đặc nước đất trình bốc thường phổ biến điều kiện khí hậu khô mực nước ngầm nằm không sâu (nhỏ 3m) Khi nước bốc hơi, muối hoà tan nước giữ lại đất đá nước đất làm tăng độ muối đất đá nước Sự tăng độ khoáng hoá nước ngầm nằm không sâu xảy phát tán thực vật Quá trình khuếch tán Khuếch tán trình dịch chuyển vật chất từ môi trường có nồng độ cao đến nơi thấp Sự khuếch tán trorg điều kiện tự nhiên dẫn đến trình làm đồng nồng độ thành phần hoá học nước đất Quá trình trao đổi cation Sự trao đổi cation có liên quan đến khả hấp phụ hoá lý đất đá phân tán hạt mịn (sét, sét) với đường kính hạt nhỏ 0,02 mm Quá trình trao đổi cation có ý nghĩa quan trọng trầm tích loại sét sét tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố trao đổi, xảy loại nước có nguồn gốc khác nhau, làm thay đổi mãnh liệt thành phần hoá học nước đất Các trình vi sinh vật Các trình có ý nghĩa to lớn biến đổi thành phần hoá học nước đất Vi sinh vật tồn tại, hoạt động điều kiện khác nhau, nước đới thông khí tầng chứa nước sâu hàng nghìn mét Chúng hoạt động môi trường ôxi hoá môi trường khử Trong điều kiện ôxi hoá loại vi khuẩn có vai trò quan trọng Còn điều kiện khử vi khuẩn khí hoạt động Kết trình ôxy hoá khử vi sinh vật làm cho thành phần nước đất bị biến đổi 1.2.4 CÁC TẦNG CHỨA NƯỚC DƯỚI ĐẤT Nước đới thông khí (nước thượng tầng) Nước đất nằm đới thông khí (nước thượng tầng) tầng nước phân bố sát mặt đất Loại nước chịu tác động mãnh liệt điều kiện thủy văn, khí tượng Nước thượng tầng thành tạo tất loại đất đá dạng khác Dưới số dạng phổ biến - Nước lầy : Theo H.D Đubac, nước lầy xem vũng nước mà nước không thoát hết xem khu đất chứa gần 90% nước Nước lầy có hình dạng tàng trữ đặc biệt, mặt liên hệ mật thiết với nước mặt nước mưa, mặt khác xem khối thống với dạng nước thượng tầng khác nước ngầm - Nước thổ nhưỡng : bao gồm tất dạng nước tổn thổ nhưỡng (lớp vỏ đất) Trong nước thổ nhưỡng có lượng lớn vật chất hữu vi sinh vật Nước thổ nhưỡng chủ yếu nước mưa thấm xuống cung cấp Ngoài ra, nước thổ nhưỡng nước ngưng tụ lại nước mao dẫn dâng cung cấp (khi nước ngầm nông) Nước thổ nhưỡng phần lớn bị tiêu hao bốc phát tán - Nước thấu kính cách nước, thấm nước yếu : nước ngấm từ mặt đất vào đất đá đới thông khí gặp thấu kính đất đá cách nước thấm nước yếu bị giữ lại tạo thành lớp nước có bề dày không lớn thấu kính Mực nước, thành phần hoá học trữ lượng nước phụ thuộc vào lượng mưa, nước thải, nước rò rỉ thấm xuống thành phần hạt, độ dày, kích thước đất đá chứa nước thấu kính cách nước Kích thước độ dày nhỏ, điều kiện cung cấp nước cục bộ, không ổn định mà lượng nước thấu kính thường động thái thay đổi mãnh liệt Đặc biệt phân bố gần mặt đất thường bị nhiễm bẩn Tầng chứa nước ngầm có mặt thoáng tự Nước ngầm có mặt thoáng tự nước trọng lực tự do, tầng chứa nước thường xuyên thứ tính từ mặt đất Phía trên, nước ngầm không bị lớp cách nước che phủ không chiếm toàn bề dày vỉa đất đá thấm nước nên bề mặt nước ngầm mặt thoáng có áp lực áp lực khí tầng chứa nước ngầm gọi tầng nước áp lực (hình 1.1) Hình 1.1 Sơ đồ tầng chứa nước ngầm Đất đá thấm nước; Đất đá chứa nước; Đất đá cách nước; Mực nước; Hướng nước chảy; Mưa Miền cung cấp cho nước ngầm thường trùng với miền phân bố Nước ngầm liên hệ với nước mưa, nước mặt nước thượng tầng Sự phân bố nước ngầm phụ thuộc vào điều kiện địa lý tự nhiên, địa hình, địa mạo địa chất khu vực Động thái nước ngầm chịu ảnh hưởng trực tiếp nhân tố khí tượng, đặc trưng dao động mực nước, lưu lượng thành phấn hóa học theo mùa Tầng chứa tầng không áp Nước tầng không áp loại nước tàng trữ tầng chứa nước tầng cách nước có mực nước thấp mái cách nước, tầng đất đá chứa nước không hoàn toàn hão hoà nước (hình 1.2) Hình 1.2 Sơ đồ tầng chứa nước tầng không áp Cát; Cát chứa nước; Sét; Mực nước không áp Do điều kiện nằm mà nước tầng không áp vừa có số tính chất nước ngầm vừa có số tính chất nước áp Miền cung cấp miền thoát không trùng Chúng cung cấp hởi nước mưa, nước mặt qua miền cung cấp nước tầng chứa nước khác qua “ ô cửa sổ” qua mái, đáy thấm nước yếu Do có mái cách nước nên chúng bị nhân tố khí tượng, nhân tạo, tác động so với nước ngầm Tầng chứa tầng có áp Nước tầng có áp nước đất nằm tầng chứa nước (hoặc phức hệ chứa nước) tầng cách nước hay tương đối cách nước có cột nước áp lực khoan hay đào vào tầng chứa nước mực nước dâng lên mái cách nước Nước tầng có áp thường nằm sâu nước ngầm hai lớp cách nước tương đối cách nước liên tục; Miền cung cấp, miền phân bố, miền thoát chúng không trùng (hình 1.3); Khi khoan vào tầng chứa nước tầng có áp nước dâng lên cao mái cách nước; Động thái nước tầng có áp ổn định so với động thái nước ngầm; nhân tố thủy văn, khí tượng ảnh hưởng đến động thái chúng Do có lớp cách nước chúng bị nhiễm bẩn so với nước ngầm 10 chuyển dễ dàng hơn, loại trừ chất lỏng tự từ chất thải, hệ số thấm nhỏ tăng độ bền hỗn hợp chất thải Các nhược điểm làm không khí bị ô nhiễm cao, nhạy cảm lớn với chất hữu lượng muối cần phải sử dụng thiết bị đắt tiền Phân tích chất thải ổn định/ cứng hóa Các vật liệu ổn định hóa/ cứng hóa thường cần phân tích độ bền khả phóng thích chất ô nhiễm vào môi trường Điều nảy sinh ý nghĩa nước (do mưa hay nước ngầm) không khí cuối có hội tiếp xúc môi trường ổn định hóa/ cứng hóa tiến hành phóng thích vật liệu trình rửa lũa Mặc dù độ bền môi trường ổn định độ bền đánh giá, khả rửa lũa chất ô nhiễm kết việc đánh giá vận hành chất thải S/S Khả rửa lũa phóng thích chất ô nhiễm từ hỗn hợp chất thải vào pha nước thoát chất ô nhiễm từ mặt biên khối chất thải Một số yếu tố trực tiếp gián tiếp ảnh hưởng khả rửa lũa chất ô nhiễm từ khối ổn định : diện tích bề mặt chất thải, kỹ thuật thiết bị xáo trộn (khuấy); khoảng thời gian tiếp xúc; điều kiện nhiệt độ; Số lượng phép tách rửa chất rửa lũa Tốc độ rửa lũa chất ô nhiễm Theo quan điểm lý thuyết, hai dạng rửa lũa nhận biết dựa dạng chất thải ổn định Rửa lũa môi trường dạng hạt phân tán Rửa lũa khối chất thải Với rửa lũa khối chất thải, lượng chất ô nhiễm loại bỏ từ khối sau khoảng thời gian rửa lũa cho :  S  D t  M tT =   c  md  v d  π  0.5 (2-52) Trong đó: M tT - khối lượng chất ô nhiễm rửa lũa qua toàn bề mặt bên khối khoảng thời gian cho (M); m d - khối lượng chất ô nhiễm vật liệu ổn định (M); S - tổng diện tích bề mặt bên khối (L2); v d phải thể tích khối có tổng diện tích bề mặt S; D e - hệ số phân tán hiệu chất ô nhiễm mục tiêu qua hỗn hợp chất thải (L2/T); t - thời gian (T) 2.7.10 Các nguyên lý xử lý hóa học 104 Xử lý hóa học dùng phản hóa học trực tiếp hay xúc tác để phá huỷ hay chuyển chất ô nhiễm từ dạng nguy hại sang dạng nguy hại Các phản ứng xúc tác có hiệu pha nước nên chất ô nhiễm bị hấp phụ chặt vào thành phần hỗn hợp rắn đất có hiệu xử lý thấp Mặt khác, phản ứng hóa học cần để phân huỷ chất ô nhiễm liên quan đến kết hợp hóa học với hàm lượng định tác nhân có mặt chất pha trộn (các hạt đất) cản trở ảnh hưởng hiệu phản ứng Hầu hết trình xử lý hoá học phát triển để xử lý nước chất ô nhiễm Sự tiếp xúc tác nhân hiệu nước đất bị ô nhiễm Do vậy, việc xử lý hóa học môi trường đất có nồng độ chất rắn cao biến thành bùn (vữa) pha trộn để tạo mức độ phân huỷ chất ô nhiễm thích hợp Song, có khó khăn liên quan với phân phối tác nhân cho vật liệu bị ô nhiễm chỗ tỷ lệ thoả mãn yêu cầu hóa học, khống chế điều kiện phản ứng pha trộn, yêu cầu việc xử lý hóa học trình xử lý chủ yếu khu vực Tuy nhiên phát triển gần liên quan với pha trộn đất sâu (với tác nhân phản ứng) bố trí tường phản ứng đất nhân tố phản ứng mạt giũa sắt, đá vôi mà nước thấm qua Các phương pháp xử lý hóa học phổ biến hiệu chỉnh pH, oxi hóa khử, khử halogen, thuỷ hóa oxi hóa nước siêu giới hạn Các nguyên lý hoá học oxi hóa - khử Cả hai trình hoá học oxi hóa khử diễn trình với tác nhân khác Thông thường, trạng thái oxi hóa hợp chất tăng lên (hợp chất bị oxi hoá) bị giảm cho hợp chất khác (hợp chất khử) Tác nhân oxi hoá cấp oxi, hợp chất nhận oxi gọi tác nhân khử Oxi hóa định nghĩa điện tử hợp chất bị oxi hóa, khử nhận điện tử hợp chất khử Nhóm chất ô nhiễm phổ biến xử lý oxi hóa phenol, chlorophenol, xyanua, số thuốc trừ vật hại aliphatic halogen hóa Có thể cải tạo tốc độ oxi hóa, cách dùng chất xúc tác, phóng xạ xử lý điện phân Một số tác nhân oxi hóa dùng phổ biến đề cập đây: - Hydro peroxit (H O ) chất lỏng axit yếu, không màu, Hydro peroxit oxi hóa chất thải phản ứng sau: H O + R → RO + H O Các chất xúc tác Fe (2-53) 3+ Fe 2+ phân huỷ H O thành gốc hóa học perhydroxin, chúng chất oxi hóa hiệu 105 - Ozôn (O ) khí phản ứng mạnh, màu xanh có khả oxi hóa nhiều hợp chất Khi đưa vào dung dịch nước có chứa chất pha trộn hạt đất chất ô nhiễm, ozôn phân huỷ nhanh tỷ lệ thuận với lượng chất pha trộn nước Masschelein (1982) cho biết cách mà ozôn oxi hóa hợp chất hữu sản phẩm phản ứng khác là: Oxi hóa trực tiếp; Oxi hóa hydroxin tạo thành ozôn phân huỷ nước; Oxi hóa tạo tương tác ozôn - chất hoà tan - Hypochlorit hình thành phản ứng clo với kiềm Hypochlorit Hypochlorit canxi (CaOCl ) Hypochlorit natri (NaOCl) tác nhân tố oxi hóa mạnh chủ yếu dùng phương pháp an toàn để phân phối clo Sự thêm clo vào môi trường bị ô nhiễm gây phản ứng thuộc ba dạng sau đây: Thêm ion clo vào cấu trúc phân tử hợp chất Thay đơn vị phân tử hợp chất clo Oxi hóa hợp chất clo Khử kỹ thuật có hiệu kinh tế nhằm khử chất ô nhiễm môi trường đất bị nhiễm bẩn Ví dụ tác nhân khử hợp chất sắt (như đề cập trước), kẽm natri nhôm Các dòng chất thải có chứa crôm, thuỷ ngân, hữu bị clo hóa chất hữu không bão hoà xử lý phương pháp khử Oxi hóa nước mức giới hạn Tại nhiệt độ áp suất gần điểm giới hạn nó, đặc trưng nước làm cho thành môi trường tuyệt vời cho oxi hóa hợp chất Tại điểm giới hạn nước 3740C 221atm, liên kết hydro nước có đặc trưng dung môi phân cực Tại giai đoạn này, oxi hầu hết hydrocacbon sẵn sàng hoà tan nước độ hoà tan hợp chất vô trở nên nhỏ Điều cho biết hợp chất hữu oxi hóa chất vô lắng đọng nước mức giới hạn Kỹ thuật xử lý đòi hỏi nguồn lượng đưa vào cao Sự phát xạ chất cặn bã bao gồm khí (N CO ), kết tủa vô dung dịch nước có hữu số muối: tốc độ oxi hóa tích đọng điển hình cao Các nguyên lý thuỷ hóa Thuỷ hóa phản ứng phức tạp, chất lỏng hydroxin (OH-) thay cho nhóm tách riêng phân tử cho hợp chất trở nên ổn định Nước thường nguồn chất lỏng OH- phản ứng thay biểu thị sau: RX + H O → ROH + HX (2-54) Trong đó: R- nửa hữu X nhóm hóa học tách phản ứng 106 Trong điều kiện tự nhiên, trình thuỷ hóa hợp chất hoá học diễn để khử chất ô nhiễm đất, nhằm tạo điều kiện môi trường làm tăng tốc độ phản ứng Các hợp chất hữu tự nhiên thuỷ hóa với tốc độ từ vài giây đến hàng triệu năm Các hợp chất hữu chấp nhận thuỷ hóa liệt kê theo thông tin Hội Bảo vệ môi trường Mỹ chấp nhận (1986) theo phương trình phản ứng đặc trưng đây: Halit alkyl: RX + H O → ROH + HX (2-55) Ester: R C(O)OR + H O → R C(O)OH + R OH (2-56) Amides: RC(O)NR R + H O → RC(O)OH + R R NH (2-57) Carbamates: ROC(O)NR R + H O → ROH + HNR R +CO (2-58) Photphoric este axit photphoric: ROPR R + H O → HOPR R + ROH (2-59) Như phương trình phản ứng trước, R biểu thị nửa hữu dạng hợp chất hữu gốc Trong số trường hợp nửa hợp chất thuỷ hóa, nửa không Ngoài thuỷ hóa nửa phần khác hay phần hợp chất phụ thuộc vào điều kiện pH, nhiệt độ khác tốc độ thuỷ hóa tăng theo nhiệt độ Nói chung, tốc độ thuỷ hoá hợp chất xem tổng số trình trung tính, xúc tác axit xúc tác bazơ sau: − ∂ (RX ) = k N (RX ) + k A (RX )(H + ) + k B (RX )(OH − ) ∂t (2-60) Trong đó: RX - nồng độ chất ô nhiễm hữu t - thời gian; k N - số phản ứng thuỷ hóa trung tính (cho pH = 7,0) k A - số phản ứng thuỷ hóa xúc tác axit (cho pH < 7,0) k B - số phản ứng thuỷ hóa xúc tác bazơ (cho pH < 7,0) k h = k n + k A (H+)+ K B (OH-) (2-61) Trong phương trình (2-61), k h số tốc độ phản ứng thuỷ hóa tổng Phương trình (2-60) viết lại thành: − ∂ (RX) = k h (RX) ∂t (2-62) 2.7.11 Các nguyên lý làm giảm tự nhiên nồng độ trường Sự làm giảm tự nhiên gọi chữa trị bị động, kỹ thuật trình tự nhiên hệ đất đáp ứng phân huỷ phân tán chất ô nhiễm Sự phân tán chất ô nhiễmcó thể xảy loại trừ hay vận chuyển Nếu điều kiện 107 hệ đất thuận lợi cho diễn trình giảm bớt tự nhiên, cần làm hệ đất tối thiểu đến nồng độ chất ô nhiễm dư thấp Hệ số có chứa vật liệu tự nhiên vi khuẩn, sắt chứa nước, khoáng vật sắt, sunfua khử vật chất hữu đất Sự tương tác vật liệu với chất ô nhiễm dẫn đến giảm bớt tự nhiên Nồng độ chất ô nhiễm giảm yếu tố sau đây: Sự hấp phụ chất ô nhiễm vật liệu đất chất ô nhiễm tiếp xúc Sự lắng đọng chất ô nhiễm dọc theo đường di chuyển điều kiện pH - Eh thành phần hóa học nước đất chủ yếu thuận lợi Sự phân huỷ, vận chuyển chất ô nhiễm vi khuẩn với khoáng vật đất Sự giảm tự nhiên thường xem chủ yếu yếu tố Hội Bảo vệ môi trường Mỹ (1995) mô tả trình giảm tự nhiên thuận lợi chất ô nhiễm hữu bảng 2.7 với trình sinh học, tốc độ phân huỷ vi sinh học ưa khí thường cao yếm khí Điển hình dải diễn suy giảm tự nhiên bao gồm lõi yếm khí bên bờ ưa khí bờ bên thấy hình 2.28 Sự phân huỷ vi sinh học ưa khí bờ bên tăng cường tiếp xúc oxi ngấm vào nhiều lõi bên Theo phân tích Kerfoot (1994) mô tả oxi hóa hydrocacbon (một loại hợp chất hữu cơ) sau:  y   ( x + y)   O = xCO +      2H O  CxH y +  (2-63) C x H y công thức kinh nghiệm hydrocacbon Coi cacbon có khối lượng nguyên tử 12amu hydroxin có khối lượng nguyên tử 1amu, mole C x H y có khối lượng (12x + y) gam bị phân huỷ [x + (y/4)] mole hay (32+8y) gam phân tử oxi để tạo 1mole hay (44x) gam CO Với hydrocacbon có giá trị x y sau đây: x < y < 2x < x < 12 Các chất ô nhiễm vô kim loại giảm tự nhiên hệ đất Các chất có điện tử Fe2+, khoáng vật sắt, vật chất hữu sunfua khử có mặt đất theo tỷ lệ khác làm giảm chất ô nhiễm Cr (VI) Phương trình phản ứng để khử Cr(VI) Fe2+như sau: 3Fe2+ + HCrO4- + 7H+ → Cr3+ + 3Fe3 + 4H O (2-64) Nhiều khoáng vật tạo đá bị phong hoá liên tục thành khoáng vật đất có chứa sắt Trong số khoáng vật có olivin, mica, smectit piroxen Các khoáng vật chứa sắt ilmenit, manhetit pirit khoáng vật tạo đất phổ biến khử chất ôxi hóa crôm hóa trị sáu 108 Bảng 2.7 Các cấu giảm tự nhiên chủ yếu (Hội Bảo vệ môi trường Mỹ, 1995) Cơ cấu Mô tả Khả để suy giảm BTEX Sinh học Ưa khí Các vi khuẩn dùng oxi Cơ cấu giảm quan trọng chất nhận điện tử để có oxi thích hợp Không chuyển ô nhiễm thành CO , khí đất (O ) > 1-2mg/l nước khối sinh học Hiếm khí Giảm nitrat Khử sunfat Các chất nhận điện tử lựa Tốc độ điển hình chậm chọn (NO- , SO 24− , Fe3+, CO ) nhiều cho phân huỷ sinh học Tạo rượu metanol Khử sắt vi khuẩn sử dụng để ưa khí; toluen thành phần BTEX có phân phân huỷ chất ô nhiễm huỷ hòa hợp Sự giảm oxi Chất nhận điện tử thứ hai yêu Không chứng minh cầu nồng độ oxi thấp để phân trời cho BTEX huỷ sinh học chất ô nhiễm Vật lý Bốc Các chất ô nhiễm loại bỏ khỏi nước ngầm bốc sang pha đới không bão hoà Thông thường đóng góp nhỏ so với phân huỷ sinh học Quan trọng cho nước nông hay dao động mạnh Phân tán Các trình pha trộn học Giảm nồng độ, không phân tán phân tử làm giảm tạo tổn thất thực khối nồng độ lượng Hấp phụ Phân chia chất ô nhiễm pha nước hỗn hợp đất Hấp phụ bị khống chế lượng cacbon hữu cơ, khoáng vật đất cỡ hạt Hấp phụ làm giảm di chuyển dải không loại bỏ vĩnh viễn BTEX khỏi đất hay nước ngầm xảy loại bỏ hấp phụ Vật chất hữu biết khử gốc kim loại crômat.Ví dụ phản ứng trình bày sau đây: 2Cr O 72+ +3C0 + 16H+ → 4Cr3++3CO + 8H O (2-65) Tóm lại, giảm tự nhiên chấp nhận nồng độ chất ô nhiễm đủ bé để phân tán trình tự nhiên đất Nồng độ lớn chất ô nhiễm cần dùng kỹ thuật xử lý tích cực 109 Hình 2.28: Mô tả tác động tiếp xúc oxi đến phân huỷ sinh học dải ô nhiễm (Hội Bảo vệ môi trường Mỹ 1995) 2.7.12 Các nguyên lý xử lý thực vật trường Xử lý thực vật dùng cối để loại bỏ chất ô nhiễm khỏi hệ đất Xử lý thực vật trường loại bỏ trực tiếp hay vận chuyển chất ô nhiễm hệ đất thực vật sinh trưởng Kỹ thuật dùng để xử lý hệ đất bị ô nhiễm kim loại, dung môi dùng clo, dầu thô, thuốc trừ thực vật hại chất nổ trinitrotoluen (TNT) Có thể dùng hay kết hợp loại để trồng vùng bị ô nhiễm Trong lúc trưởng thành rễ loại bỏ chất ô nhiễm từ đất hay nhiều trình sau đây: hấp phụ trực tiếp, vận chuyển vi khuẩn vùng rễ cây; ổn định hóa qua trình thay đổi pha (Ví dụ: lắng đọng) giảm khả thấm đất Phần khối lượng chất ô nhiễm rễ hấp phụ chuyển vị trí phần khác (thân cây) tích luỹ để dùng trình trao đổi chất Một số chất ô nhiễm hấp phụ bị bốc hầu hết qua vào khí Các chất ô nhiễm tích luỹ thu với số đông cối tiến hành để xử lý thể tích giảm hay để tái sinh 110 Xử lý thực vật thích hợp nơi chất ô nhiễm tồn chủ yếu phạm vi độ sâu đới rễ có nồng độ từ thấp đến trung bình Sử dụng chịu đựng điều kiện môi trường đất ô nhiễm vi khí hậu đạt hiệu Các loại phải có tốc độ sinh trưởng nhanh phù hợp mật độ rễ đủ cao diện tích tiếp xúc bề mặt thích ứng với môi trường đất bị ô nhiễm Hầu hết thực vật có khả cao phytine mediator sinh trưởng vùng nhiệt đới cận Sahara Châu Phi, Trung Nam Mỹ bán đảo Caribe Các kỹ thuật khác dùng xử lý thực vật đề cập Tách thực vật Tách thực vật xem tích luỹ thực vật Đó chấp nhận chất ô nhiễm (thường kim loại) thực vật phân bố chất ô nhiễm cho thân Thực vật thu hoạch thường tạo thành phân trộn hay đốt cháy tro Sự đốt cháy thành tro làm giảm thể tích vật liệu tới khoảng 10% thể tích ban đầu Vùng bị ô nhiễm trồng lại loại lựa chọn nồng độ ô nhiễm đất giảm tới mức mong muốn Cây có khả tích luỹ kim loại mô tả hình 2.29 Hình 2.29: Mô tả chấp nhận niken trình xử lý thực vật (Hội bảo vệ môi trường Mỹ, 1996b) Sự phân huỷ thực vật Sự phân huỷ thực vật trình mà nhờ enzin tạo rễ phân giải chất ô nhiểm đất sang dạng nguy hại Quá trình dùng chủ yếu cho hợp chất hữu Các hợp chất hữu chuyển thành phân tử đơn giản hấp phụ thực vật sinh trưởng Nói chung, thuốc diệt cỏ, dung môi clo hóa chất thải đạn dược xử lý phân huỷ thực vật Phân huỷ sinh học rễ Trong phân huỷ sinh học rễ cây, vi sinh vật men bia nấm vi khuẩn tồn đới rễ cây, phân huỷ hợp chất có mặt đất Các hợp chất cho thêm chất dinh dưỡng cho vi khuẩn để bổ sung đường, axit rượu rễ tiết 111 Làm bốc thực vật Làm bốc thực vật trình mà nhờ thực vật dùng để tách chất ô nhiễm khỏi đất phóng thích chúng vào khí dạng Ví dụ đưa gen vi khuẩn gọi reduetaza thủy ngân vào số mù tạc giảm hấp thụ thuỷ ngân vào dạng Hg(O) dạng bay thực vật Ổn định hóa thực vật Ổn định hóa thực vật trình nhờ thực vật giữ cho chất ô nhiễm bất động đất cách hấp phụ liên hợp, lắng đọng biến đổi cấu trúc đất Không giống hầu hết trình xử lý thực vật khác, ổn định hóa thực vật liên quan trình bên tới cấu trúc bên thực vật Trong trình ổn định hóa thực vật, bổ sung đất tác nhân kiểm hóa, oxit khoáng vật, vật chất hữu chất rắn sinh học thêm vào cho đất chúng gieo trồng với chất ổn định hóa thực vật Các rễ có sợi loại giữ hạt đất với tạo trình nêu làm giảm khả rửa lũa chất ô nhiễm có mặt đất 2.7.13 Các nguyên lý xử lý sinh học trường Các kỹ thuật xử lý sinh học khác nhau, bao gồm biến thành đất trồng trọt, cải tạo sinh học kết hợp Tuy nhiên, mục đích mục cải tạo sinh học cách thêm chất dinh dưỡng oxi cho môi trường ô nhiễm đất nhằm tăng cường phân huỷ sinh học chất ô nhiễm vi khuẩn tồn tự nhiên vi khuản đưa vào mặt đất Có vi sinh vật tồn tự nhiên có khả phân huỷ hợp chất hữu cơ, số vi sinh vật khác di truyền tạo để phân huỷ chất ô nhiễm đặc biệt Hình 2.30 cho thấy cấu hệ cải tạo sinh học trời Chất ô nhiễm có mặt khối đất đới không khí xối xuống vào nước ngầm nước, thông khí chứa chất dinh dưỡng Ở phía gradien hạ thấp, nước xử lý hút để thông khí lại, bổ sung chất dinh dưỡng vi khuẩn, tái sinh vào đất Một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu hệ xử lý sinh học trường đề cập nét 112 Hình 2.30: Sơ đồ mô tả việc xử lý sinh học nước ngầm bị ô nhiễm (Hội Bảo vệ môi trường Mỹ, 1986) Bản chất khả phân huỷ sinh học chất ô nhiễm Bản chất khả phân huỷ sinh học hợp chất hóa học có quan hệ nhiều tới cấu trúc hoá học Kết đo đạc phòng thí nghiệm đưa thông số phổ biến tỷ số yêu cầu oxi sinh hóa ngày (BOD ) với yêu cầu oxi hóa học (COD) đưa : BOD ≥ 0,01 có khả phân huỷ sinh học COD BOD5 ≤ 0,01 khả phân huỷ sinh học COD Một đại lượng kinh nghiệm khác khả phân huỷ sinh học chất ô nhiễm số trơ (RI - refractory index), định nghĩa tỷ số yêu cầu oxi sinh hóa giới hạn (BOD u ) với yêu cầu oxi giới hạn (UOD) RI > 0,5 thường có khả phân huỷ sinh học RI > C k áp dụng giai đoạn xử lý sinh học ban đầu giả thiết (C k +C) = C phương trình (2-67) cải tiến đến dạng thuận lợi sau: (2-68) C f = C i e-k t Trong đó: C f - nồng độ cuối chất ô nhiễm (M/L3); C i - nồng độ ban đầu chất ô nhiễm (M/L3); t - thời gian; e - số logarit tự nhiên; k max - tốc độ sinh trưởng lớn vi sinh vật dùng số tốc độ bậc (số/T) Với C < C k ,(C k + C) xấp xỉ C k Nên phương trình (2-67) trở thành: max − ∂C k max C m C = ∂t YC k (2-69) 2.7.14 Các kỹ thuật khác Một số kỹ thuật khác mà hầu hết dùng để xử lý khu vực môi trường bị ô nhiễm, phát triển Trong kỹ thuật có: xử lý điện động - dùng lượng điện để tạo chuyển động thành phần chất ô nhiễm tích điện theo hướng mong muốn, xử lý nhiệt, đốt thành tro tách dung môi, 115 Chương ĐỒ ÁN THIẾT KẾ GIẢM THIỂU Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG 1.1 ĐÁNH GIÁ CHUNG Với mục đích thiết kế giảm thiểu ô nhiễm môi trường, cần phân tích đánh giá chung với nội dung sau : Sự cần thiết việc thực giảm thiểu ô nhiễm môi trường; Tình hình, mức độ tin cậy tài liệu có làm sở để xác định mục đích, nhiệm vụ, nội dung phương pháp khảo sát, thu thập tài liệu phục vụ cho thiết kế giảm thiểu ô nhiễm môi trường; Điều kiện vị trí địa lý tự nhiên, tình hình dân sinh kinh tế - xã hội, khí tượng, thủy văn khu vực thực giảm thiểu ô nhiễm; Nguồn gốc gây ô nhiễm, phương thức, chế phóng thích, quy luật vận chuyển lan truyền ô nhiễm để lựa chọn kỹ thuật giảm thiểu ô nhiễm hợp lý; Phạm vi, tốc độ vận chuyển lan truyền ô nhiễm; Hiệu kinh tế - kỹ thuật phương án giảm thiểu ô nhiễm; Sự phù hợp, tính khả thi phương án giảm thiểu ô nhiễm; Tác động môi trường giải pháp giảm thiểu ô nhiễm thực hiện; Hiệu kinh tế - kỹ thuật - xã hội việc thực giảm thiểu ô nhiễm 1.2 PHÂN TÍCH SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT VÀ ĐỊA CHẤT THỦY VĂN Điều kiện địa chất địa chất thủy văn (ĐCTV) bao gồm số liệu quan trọng luận chứng cho việc thiết kế giảm thiểu ô nhiễm môi trường Để lựa chọn phương án với giải pháp tối ưu kinh tế - kỹ thuật - xã hội môi trường phải có phân tích khoa học môi trường địa chất ĐCTV khu vực thiết kế giảm thiểu ô nhiễm Những nội dung quan trọng cần phân tích, đánh giá gồm: Đặc điểm địa hình, địa mạo; Cấu trúc địa chất, đặc biệt phân bố không gian tầng chứa, thấm nước, tầng cách nước đới bão hòa đới không bão hòa; Thành phần hạt, thành phần hóa học, khoáng vật, độ rỗng, tính thấm, độ phân tán, tính chất nước (trương nở, co ngót, tan rã,…) trạng thái đất đá phân bố không gian địa chất khu vực cần thiết kế giảm thiểu ô nhiễm lân cận; 116 Điều kiện cung cấp thoát nước đất, nguồn bổ sung nước đất; Chế độ thủy động lực (động thái, chế độ, hướng tốc độ dòng chảy dòng chảy,…) tầng nước đất quy luật thay đổi nó; Quan hệ thủy lực tầng chứa nước nước mặt; hệ số thấm, hệ số trữ nước tầng chứa nước; Thành phần hóa học, nồng độ chất hòa tan, tính chất vật lý nước đất; Chế độ thủy động lực, quy mô khối dòng nước mặt; Các trình tượng địa chất nội sinh ngoại sinh có tác động đến khu vực thiết kế giảm thiểu ô nhiễm 1.3 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CTRAN/W Bài toán thấm - vận chuyển lan truyền ô nhiễm toán phức tạp tác động ảnh hưởng nhiều yếu tố Mô hình (MH) hóa phương pháp số coi phương pháp tin cậy sử dụng rộng rãi Hiện với phát triển máy tính điện tử, có nhiều chương trình phần mềm xây dựng ứng dụng để giải toán phức tạp Những MH sử dụng phổ biến mô hình MOC (Konikow & Bredehoeft, 1978), MH hai hướng dùng lưới sai phân kết hợp với đường đặc trưng để dự báo thay đổi nồng độ theo thời gian tác dụng mang theo, khuếch tán, thủy động hỗn hợp; MH vận chuyển bão hòa - không bão hòa SUTRA (Voss, 1984) MH phần tử hữu hạn (PTHH) mô chuyển động chất lỏng chất hòa tan phân hủy, truyền nhiệt; Mô hình RNDWALK MH vận chuyển chất hòa tan lần theo dấu vết; mô hình SEEP/W phần mềm PTHH dùng phân tích thấm; mô hình MODFLOW (Mc Donal & Harbaugh, 1984) MH sai phân 3D đa để mô nước đất điều kiện địa chất, ĐCTV phức tạp với loạt module để tính thấm, truyền nhiệt, vận chuyển chất ô nhiễm, ; CTRAN/W phần mềm PTHH mô hình hóa vận chuyển chất ô nhiễm CTRAN/W phân tích toán đơn giản theo dõi hạt nước vạn động toán phức tạp khuếch tán, phân tán, hấp phụ, phóng xạ SEEP/W & CTRAN/W module phần mềm GEO-SLOPE công ty Địa kỹ thuật Quốc tế GEO-SLOPE – Canada để giải toán địa kỹ thuật địa kỹ thuật môi trường sử dụng rộng rãi Việt Nam giới Để khai thác tính vượt trội nêu trên, nội dung môn học CTRAN/W nghiên cứu, ứng dụng để dự báo, thiết kế giảm thiểu ô nhiễm 117 1.3.1 GIỚI THIỆU CTRAN/W CTRAN/W phần mềm giao diện đồ hoạ, chạy hệ điều hành Wins XP,… dùng để mô hình hoá chuyển vận dung chất ô nhiễm qua vật liệu có tính rỗng đất đá Để thực điều đó, CTRAN/W tích hợp với SEEP/W để phân tích vận chuyển chất ô nhiểm từ đơn giản theo dõi hạt ô nhiễm theo dòng thấm, đến trình vận chuyển chất ô nhiễm phức tạp khuếch tán, phát tán, phân rã phóng xạ vào dòng thấm vận chuyển theo gradient mật độ Có ba toán phân tích CTRAN/W là: phân tích theo dõi hạt (Advective Contaminant Transport), phân tích Advec-Disper (Advective-Dispersive Contaminant Transport) phân tích theo mật độ (Density-Dependent Contaminant Transport) 1.3.2 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG CTRAN/W (xem tài liệu kèm theo) 1.3.3 BÀI TOÁN VÍ DỤ Hình 3.1 giới thiệu sơ đồ toán vận chuyển chất ô nhiễm Trên vùng cao có hố đào chứa dịch thể ô nhiễm có nồng độ tương đối 10 Phía phải hố đào thung lũng có mặt có nước ngang đáy Mục đích toán mô hình hoá chuyển động dịch thể ô nhiễm từ hố đào tới đáy thung lũng Trước tiên tiếp cận phân tích theo dõi hạt, sau mô hình hoá phân tích Advec-Disper Chỗ tiếp xúc dịch thể ô nhiễm với hố đào lấy nồng độ 10 Tại đáy thung lũng, điều kiện biên xác định biên tự tháo, cho phép lưu lượng Disper Advec chảy qua Độ phát tán dọc α L 2,0 độ phát tán ngang α T 1,0 Sự khuếch tán hoá học xem không quan trọng bỏ qua phân tích toán Thoát tự mét Hình 3.1 Ví dụ di trú chất ô nhiễm từ hố đào 118 [...]... loại và năng lượng đầm chặt và kích cỡ các cục đất dùng trong quá trình đầm chặt Có thể tham khảo sự mô tả chi tiết các vấn đề này của Day và Daniel (1985) và Daniel (1987) và mô hình chùm của Olsen Hình 1.10: Biến đổi hệ số thấm theo độ ẩm đất chế bị và năng lượng đầm chặt (theo Mitchell et al 1965) Sự giảm kích thước cục đất và loại trừ các lỗ rỗng giữa các cục sẽ cho các lỗ rỗng vi kết cấu nhỏ hơn và. .. động theo mùa, hàng năm và nhiều năm của các nhân tố đó Tính hút nước tốt của các khối castơ tạo nên những điều kiện thuận lợi để nước mưa, nước mặt ngấm xuống, tạo thành các hồn nước castơ lớn 1.2.5 VẬN ĐỘNG CỦA NƯỚC DƯỚI ĐẤT Sự vận động của nước trọng lực trong môi trường lỗ rỗng của đất đá gọi là thấm Môi trường thấm bao gồm các lỗ rỗng và các khe nứt có kích thước khác nhau và liên hệ chặt chẽ với... nồng độ chất hòa tan (M/L3); D* - hệ số khuếch tán cho môi trường đất (L2/T); dC/dx – gradien nồng độ, là âm theo hướng khuếch tán Hệ số khuếch tán của dung dịch tự do (D o ) thể hiện độ linh động (u) của các ion, nó phụ thuộc vào khối lượng, bán kính và hóa trị của chúng và bởi các tính chất của chất lỏng như độ nhớt (η), hằng số chất điện môi và nhiệt độ tuyệt đối (T) Trong đó: Do = uRT N phương trình... đồng, crom và kẽm) hay các phản ứng khử (kết tủa crom và acsenic) Có khả năng trong các trường hợp xác định quá trình kết tủa lẫn hòa tan tiếp diễn theo nhau khi dải ô nhiễm di chuyển theo gradien hạ thấp Do pH phụ thuộc vào sự hình thành các kim loại (hình 1.21), khả năng hòa tan của oxit và hydoroxit kim loại cũng phụ thuộc vào pH Hình 1.22 cho thấy các ví dụ về khả năng hòa tan của kẽm và đồng như... đơn vị tầng chứa nước phóng thích khi độ dốc cột nước thủy lực là đơn vị Thông số này có thể biểu thị bao trùm các ảnh hưởng của tính ép co của chất lỏng và môi trường (Freeze và Cherry, 1979): S s = ρg(α+nβ) (1-28) 24 Trong đó: α - hệ số nén của môi trường lỗ rỗng, được định nghĩa là sự biến đổi thể tích đất cho mỗi biến đổi đơn vị ứng suất hiệu quả; β - hệ số nén của chất lỏng khi biến đổi thể tích... Trong đó: k x , k y và k z – hệ số thấm theo các hướng x, y và z tương ứng Khi giả thiết môi trường bão hòa là đồng nhất và đẳng hướng (k x = k y = k z = k) có thể đơn giản hóa phương trình (1-32) thành: ∂ 2 h ∂ 2 h ∂ 2 h Ss ∂h + + = k ∂t ∂x 2 ∂y 2 ∂z 2 (1-33) Hầu hết các mô hình nước dưới đất có liên quan chặt chẽ với việc giải phương trình (133) Khi tồn tại các lời giải cho các trường hợp riêng xác... học dòng không bão hòa bằng cách kết hợp định luật bảo toàn khối lượng và định luật Darcy Do độ dẫn thủy lực không là hằng số và phụ thuộc lớn vào độ ẩm nên không thể sử dụng cách đơn giản hóa đã thực hiện như cho dòng thấm bão hòa Xem lại yếu tố khống chế thể tích của hình 1.14, độ trữ của nó không thay đổi mặc dù chất lỏng và môi trường có thể không bị nén Do vậy, dòng không bão hòa luôn là dòng chuyển... thì đơn giản hơn và không cần lời giải theo phương trình (1-55) Những khe hở để nước đi qua tại bề mặt đất bị khống chế chủ yếu bởi phương pháp đưa vào (sự tạo thành ao hồ, sự phun tưới…) và nguồn cấp nước có khả năng và các điều kiện độ ẩm trước đây Ví dụ, lượng nước thấm vào đất khô ban đầu thì lớn; tuy nhiên khi lớp đất trên mặt trở nên bão hòa, gradien truyền động dòng thấm giảm và lưu lượng đến... thời gian được thấy trong hình 1.18 Hình 1.18: Sơ đồ biến đổi lượng ngấm theo thời gian 29 1.5 VẬN CHUYỂN VÀ LAN TRUYỀN KHỐI TRONG ĐẤT Quá trình vận chuyển, lan truyền khối tham gia vào việc tiêu thụ hay sản sinh khối trong môi trường lỗ rỗng và tuân theo nguyên lí bảo toàn khối lượng : Lưu lượng khối vào - Lưu lượng khối ra Lưu lượng +/- khối sinh ra Lưu lượng = khối tích lũy (1-56) hay tiêu thụ (dấu... các tính chất chất lỏng (chủ yếu là độ nhớt) và hình dạng khoảng rỗng Thuận lợi khi tách các hiệu quả của các thông số chất lỏng và môi trường Ví dụ, có thể chỉ quan tâm riêng các ảnh hưởng của hình dạng khoảng rỗng đến hệ số thấm của một chất lỏng đã cho Thường dùng hệ số thấm “thực” hay “tuyệt đối” để chỉ hệ số thấm chỉ liên quan các tính chất của môi trường Khi loại trừ độ nhớt chất lỏng lỗ rỗng