VII. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
3.3. Khảo sá tơ nhiễm kim loại nặng trong đất bãi chơn lấp Kiêu Kỵ
3.3.1. Đặc điểm mẫu đất tại lỗ khoan LK4 và LK5
Nghiên cứu đã thực hiện lấy mẫu đất tại bãi chơn lấp Kiêu Kỵ để xác định khả năng ơ nhiễm KLN từ bãi chơn lấp. Các mẫu đất được lấy bằng phương pháp khoan tay tại các vị trí L4 và L5 nằm bên rìa ơ chơn lấp đã kết thúc chơn lấp. Lỗ khoan L4 cách L5 5m (giữa lỗ khoan L4 và L5 là đường bê tơng nội bộ). Vị trí khoan mẫu trên hình 3.19. Ngày khoan mẫu 8-9/4/2016. Chiều sâu lấy mẫu lớn nhất là 6m. Trên cùng lỗ khoan lấy mẫu, các mẫu với khối lượng khoảng 500g được lấy ở khoảng cách độ sâu 0,3m.
Hình 3.19. Vị trí bãi chơn lấp và vị trí khoan lấy mẫu
Các mẫu đất được phân tích hàm lượng các KLN bằng phương pháp phổ khối Plasma (ICP-MS- Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer) thuộc nhĩm phân tích
AES, phương pháp này cĩ độ chính xác cao, cĩ thể phân tích được kết quả tới giới hạn ppb hay ppt (tức là 1x10-12).
Hình 3.20. Khoan mẫu tại bãi chơn lấp Kiêu Kỵ tháng 4.2016 Bảng 3.9. Mơ tả mẫu đất khoan trong lỗ khoan L4 và L5 STT Độ sâu Đặc điểm mẫu đất
khoan Lấy mẫu
Lỗ Khoan L4
1 0-0,3 Sét nâu đen xốp cĩ rễ cây và rác
2 0,3 - 0,6 Sét nâu đen xốp cĩ rễ cây và rác * 3 0,6 - 0,9 Sét nâu đen xốp cĩ rễ cây và rác
4 0,9 -1,2 Sét nâu đen xốp cĩ rễ cây và rác * 5 1,2 -1,5 Sét nâu đen xốp cĩ rễ cây và rác
6 1,5 -1,8 Sét nâu đen, mịn, dẻo dính, tanh * 7 1,8 - 2,1 Sét nâu đen, mịn, dẻo dính, tanh
8 2,1 - 2,4 Sét pha, nâu đen lẫn sạn * 9 2,4 - 2,7 Sét pha, nâu đen lẫn sạn
10 2,7 -3,0 Sét nâu đen dẻo dính , tanh * 11 3,0 - 3,3 Sét nâu đen dẻo dính , tanh, mịn
12 3,3 - 3,6 Sét nâu đen (đậm) dẻo dính * 13 3,6 - 3,9 Sét nâu đen (đậm) dẻo dính
14 3,9- 4,2 Sét bột đen lẫn cát , mịn * Lỗ khoan L5
STT Độ sâu Đặc điểm mẫu đất
khoan Lấy mẫu
1 0-0,3 Sét bột lẫn rác , nâu đen, rời
2 0,3 - 0,6 Sét bột lẫn rác , nâu đen, rời * 3 0,6 - 0,9 Sét vàng, dẻo dính
STT Độ sâu Đặc điểm mẫu đất
khoan Lấy mẫu
4 0,9 -1,2 Sét vàng, dẻo dính *
5 1,2 -1,5 Sét vàng, dẻo dính, lẫn gạch
6 1,5 -1,8 Cát pha *
7 1,8 - 2,1 Cát pha
8 2,1 - 2,4 Cát pha, nâu đen, mịn dẻo * 9 2,4 - 2,7 Cát pha, nâu đen, mịn dẻo
10 2,7 -3,0 Cát pha, nâu đen *
11 3,0 - 3,3 Cát pha, nâu đen
12 3,3 - 3,6 Sét xám xanh, mịn dẻo * 13 3,6 - 3,9 Sét xám xanh, mịn dẻo
14 3,9- 4,2 Sét xanh đen lẫn cát hạt mịn * 15 4,2-4,5 Sét xanh đen lẫn cát hạt mịn
16 4,5- 4,8 Bột sét, cát min, nâu đen * 17 4,8-5,2 Bột sét lẫn cát, mịn, xám
18 5,2-5,5 Bột sét, cát min, nâu đen *
Hình 3.21. Mẫu đất khoan tại bãi chơn lấp Kiêu Kỵ 3.3.2. Kết quả phân tích mẫu đất
8 chỉ tiêu kim loại nặng được phân tích trong các mẫu đất theo độ sâu bao gồm: As, Cd, Cu, Cr, Fe, Hg, Pb, Zn. kết quả phân tích được trình bày trong bảng 3.10 và các biểu đồ trên các hình 3.22-3.26 thể hiện sự biến thiên theo độ sâu của hàm lượng các kim loại nặng được phân tích trong lỗ khoan L4 và L5.
Bảng 3.10. Hàm lượng các kim loại nặng trong mẫu đất tại lỗ khoan L4 và L5 STT Số hiệu Chiều sâu
mẫu mẫu (m-m) 1 L4/1 0,3-0,6 2 L4/2 0,9-1,2 3 L4/3 1,5-1,8 4 L4/4 2,1-2,4 5 L4/5 2,7-3,0 6 L4/6 3,3-3,6 7 L4/7 3,9-4,2 8 L5/1 0,3-0,6 9 L5/2 0,9-1,2 10 L5/3 1,5-1,8 11 L5/4 2,1-2,4 12 L5/5 2,7-3,0 13 L5/6 3,3-3,6 14 L5/7 3,9-4,2 15 L5/8 4,5-4,8 16 L5/9 5,2-5,5 Trung bình: Độ lệch chuẩn: QC 03-MT:2015/BTNMT Đơn vị: mg/kg Hàm lượng chỉ tiêu phân tích (mg/kg)
As Cd Cr Cu Fe Pb Zn Hg 28 0,0 154 66 36575 77 145 0,03 21 0,1 107 42 30279 62 95 0,02 27 0,1 116 66 34006 47 122 0,01 30 0,1 112 31 30051 59 108 0,02 19 0,3 107 40 28634 64 99 0,04 29 0,3 105 41 30835 64 94 0,01 16 0,4 119 33 33173 50 114 0,01 30 0,3 293 94 38710 134 259 0,02 24 0,1 182 71 38080 103 163 0,03 33 0,7 134 65 40320 99 144 0,01 26 0,3 109 29 33768 82 103 0,02 25 0,1 108 48 31357 60 113 0,00 21 0,3 106 42 31903 66 106 0,02 23 0,0 106 38 32575 64 105 0,03 22 0,4 110 45 32456 71 113 0,04 20 0,5 108 42 30475 45 119 0,03 24 0,25 130 50 33325 72 125 0,02 4,47 0,19 48,41 17,79 3419 23,29 40,57 0,01 15 1.5 150 100 70 200
Hình 3.22. Sự biến thiên của hàm lượng As theo độ sâu lỗ khoan L4 và L5
Hình 3.24. Sự biến thiên của hàm lượng Cu theo độ sâu lỗ khoan L4 và L5
Hình 3.26. Sự biến thiên của hàm lượng Zn theo độ sâu lỗ khoan L4 và L5 3.3.3. Nhận xét kết quả khảo sát ơ nhiễm mơi trường đất khu vực bãi chơn lấp a. Về mức độ ơ nhiễm đất bởi kim loại nặng tại khu vực nghiên cứu
Theo kết quả phân tích các mẫu kim loại nặng trong mẫu đất khoan tại bãi chơn lấp Kiêu Kỵ được trình bày trong bảng 3.10 và các hình 3.22-3.26 cĩ thể thấy rằng hàm lượng của một số kim loại nặng vượt quá QCVN 03-MT:2015/BTNMT như As và Cr. Hàm lượng cao nhất của As là 30mg/kg và 28mg/kg tương ứng trong L5 và L4 so sánh với QCVN cho phép trong đất nơng nghiệp là 15mg/kg. Tuy nhiên với đặc trưng đường cong phân bố hàm lượng các kim loại nặng trong đất theo độ sâu ở đây thì chiều sâu ảnh hưởng ơ nhiễm khoảng 4-5m, tức là hàm lượng các kim loại nặng nền là ở độ sâu 5-6m thì hàm lượng As nền là khoảng 22mg/kg.
Hàm lượng Cr cao nhất trong mẫu của lỗ khoan L5 là 294mg/kg (tại bề mặt L5) và 154mg/kg (tại bề mặt L4) so với QCVN cho phép trong đất nơng nghiệp là 150mg/kg. Hàm lượng Cr cao trong mẫu đất bề mặt cho thấy các chất thải trong ơ chơn lấp cĩ chứa thành phần cĩ Cr chẳng hạn như: Cr cĩ trong chất thải đồ da, Cr sử dụng trong chất bảo quản gỗ, chất thải của ngành hội họa, các loại sơn, thực phẩm cơng nghiệp…Như vậy bước đầu cĩ thể đánh giá khu vực bãi chơn lấp đã bị ơ nhiễm kim loại nặng. Một điều đáng phải lưu ý là các ơ chơn lấp trong bãi Kiêu Kỵ đều được thiết kế và thi cơng theo phương pháp hợp
vệ sinh cĩ lớp lĩt đáy và thành ơ chơn lấp. Tính đến thời điểm lấy mẫu tháng 4 năm 2016 bãi chơn lấp đã đi vào hoạt động 16 năm.
Bên cạnh đĩ xem xét biểu đồ kết quả biểu diễn sự biến thiên của tất cả các kim loại nặng được phân tích chúng ta đều thấy rằng hàm lượng kim loại nặng cĩ xu hướng giảm dần theo độ sâu. Lớp đất trên bề mặt tại khu vực bãi chơn lấp Kiêu Kỵ cĩ hàm lượng kim loại nặng gia tăng (mặc dù chưa tới mức độ ơ nhiễm theo Quy chuẩn về đất nơng nghiệp) do sự xâm nhập từ chất thải rắn và nước rỉ rác. Theo xu thế thay đổi hàm lượng các kim loại nặng theo độ sâu nêu trên thì chiều sâu xâm nhập kim loại nặng là khoảng 4-5m. Việc dịch chuyển của các kim loại nặng trong đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thời gian, tính chất hĩa học của nước rỉ rác rị rỉ, chế độ thủy lực của nước dưới đất…
b. Về phân bố hàm lượng theo khoảng cách từ bãi chơn lấp
Theo kết quả phân tích trình bày trong bảng 3.15, so sánh kết quả ở 2 lỗ khoan thấy rõ sự khác biệt về hàm lượng kim loại nặng. Lỗ khoan L5 sát rìa ơ chơn lấp cĩ hàm lượng các kim loại được phân tích lớn hơn nhiều so với hàm lượng kim loại được phân tích trong lỗ khoan L4 (cách ơ chơn lấp và lỗ khoan L5 là 5m), cĩ nhiều chỉ tiêu cao hơn gấp 2 lần như Cr, Pb và Zn. Các số liệu này khẳng định thêm lần nữa càng gần nơi chơn lấp chất thải rắn thì khả năng ơ nhiễm mơi trường đất từ ơ chơn lấp càng lớn.
Từ các kết quả thu thập nêu trên, cĩ thể nhận định rằng nước rỉ rác chưa được xử lý cĩ chứa nhiều KLN với hàm lượng cao là nguồn gây ơ nhiễm nước mặt một cách trực tiếp rõ rệt nhất. Chất thải rắn và nước rỉ rác từ các bãi chơn lấp chất thải rắn cĩ nguy cơ gây ơ nhiễm mơi trường đất và nước dưới đất nếu khơng cĩ các biện pháp thu gom xử lý và ngăn ngừa phát tán ra mơi trường xung quanh. Hầu hết các nghiên cứu đều cho thấy chất thải rắn và nước rỉ rác cĩ vai trị gây ơ nhiễm làm gia tăng hàm lượng KLN trong đất và nước dưới đất dựa trên các phân tích đánh giá theo khơng gian và giá trị hàm lượng KLN nền trong mơi trường.
3.4. Đánh giá về các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình lan truyền kim loại nặng từ bãi chơn lấp nặng từ bãi chơn lấp
- Thời gian ơ nhiễm - Lượng nước rỉ rác phát sinh: Các kết quả tính tốn về lượng nước rỉ rác sinh ra từ ơ chơn lấp cho biết nguồn ơ nhiễm vẫn tồn tại trong thời gian dài sau khi đĩng ơ chơn lấp. Ơ chơn lấp tính tốn đã đĩng đến thời điểm hiện tại là năm 21 năm, nước rỉ rác vẫn được tạo thành. Lượng nước rỉ rác tại thời điểm 6 tháng cuối năm thứ 21 sinh ra từ ơ chơn lấp cĩ diện tích 10.084m2 là 14m3/ngđ. Việc tính tốn dự báo lượng nước
rỉ rác vẫn phát sinh từ ơ chơn lấp đã đĩng khẳng định nguy cơ ơ nhiễm từ nước rỉ rác cịn kéo dài.
- Nồng độ các chất ơ nhiễm trong nước rỉ rác: Nồng độ các chất ơ nhiễm thu thập được đều vượt quy chuẩn cho phép nếu so sánh với các thơng số của quy chuẩn hiện hành về nước rỉ rác hoặc nước thải cơng nghiệp (QCVN 25:2009 và QCVN 40:2011). Trong thời gian quan trắc 10 năm, hàm lượng các chất ơ nhiễm biến động khơng theo quy luật vì nước rỉ rác cũ và mới luơn được trộn lẫn. Nồng độ ơ nhiễm hữu cơ, coliform và dầu mỡ cĩ xu hướng tăng cao hơn so với giai đoạn 5 năm trước trong cả kỳ quan sát. Tùy thời điểm lấy mẫu một số các kim loại nặng như Cr, As, Pb, Hg, Fe trong nước rỉ rác đều cĩ hàm lượng cao hơn quy chuẩn cho phép khi so sánh với QCVN 40:2011.
- Hàm lượng ơ nhiễm kim loại nặng trong đất: Kết quả khảo sát từ lỗ khoan trong bãi chơn lấp rác Kiêu Kỵ cho thấy đất bị ơ nhiễm kim loại nặng khi so sánh với QCVN 03: 2015 về hàm lượng KLN cho phép trong đất nơng nghiệp. Các KLN trong đất cĩ hàm lượng vượt quá quy chuẩn cho phép là As, Cr, Pb theo độ sâu và khoảng cách khoan mẫu so với ơ chơn lấp đã đĩng.
3.5. Dự báo nồng độ kim loại nặng lan truyền trong mơi trường bãi chơn lấp bằng phương pháp phần tử hữu hạn lấp bằng phương pháp phần tử hữu hạn
Nhằm khẳng định sự ảnh hưởng của bãi chơn lấp chất thải sinh hoạt cĩ nguy cơ gây ơ nhiễm mơi trường đất và nước dưới đất khu vực bãi chơn lấp, trong phần này trình bày phương pháp đánh giá và dự báo mức độ ơ nhiễm từ nước rỉ rác đến mơi trường đất trong bãi chơn lấp bằng mơ hình tốn học.
Việc khảo sát nồng độ các chất nĩi chung lan truyền theo nước rỉ rác trong lịng đất và nước dưới đất là bài tốn rất phức tạp, cho đến nay chưa cĩ lời giải tổng quát, chính xác tuyệt đối. Nhìn chung, vài thập kỷ trở lại đây, người ta thường sử dụng các phương pháp giải tích để thiết lập các phương trình vi phân đạo hàm riêng mơ tả quá trình thấm, lan truyền, khuếch tán, … của các phần tử vật chất trong nước rỉ rác lan truyền trong lịng đất, với một số điều kiện giả thiết. Nghiên cứu tập trung làm rõ cơ sở tốn – lý của việc thiết lập phương trình lan truyền nồng độ vật chất theo nước rỉ rác trong đất theo khơng gian và thời gian.
3.5.1. Các nguy cơ ơ nhiễm mơi trường đất phát sinh từ bãi chơn lấp chất thải rắn Kiêu Kỵ, Gia Lâm chất thải rắn Kiêu Kỵ, Gia Lâm
a. Hư hỏng lớp che phủ cuối cùng của ơ chơn lấp
Tại bãi chơn lấp Kiêu kỵ nguy cơ hư hỏng lớp che phủ cuối cùng cĩ tác dụng để hạn chế nước mưa xâm nhập vào ơ chơn lấp với mục đích giảm thiểu tối đa lượng nước thâm nhập vào trong vào ơ chơn lấp là khĩ tránh khỏi. Thơng thường, lớp che phủ sẽ cĩ một độ dốc nhất định và được cấu tạo bởi lớp đất sét và lớp lĩt vải nhựa chống thấm. Lớp che phủ cuối cùng này thường bị hỏng hoặc bị rị rỉ bởi một vài lý do sau:
- Xĩi mịn do mưa, bão và giĩ;
- Rễ cây trồng trên bề mặt lớp che phủ đâm xuyên qua các tầng lớp lĩt làm thủng;
- Do động vật đào bới (chuột, chim, cơn trùng, sâu bọ và rắn);
- Do điều kiện khí hậu cùng với ánh sáng mặt trời sẽ gây nĩng trên bề mặt và làm khơ lớp che phủ đất sét dẫn đến nứt nẻ dẫn đến các lớp vải chống thấm sẽ thủng hoặc bị suy yếu dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời;
- Mặt của bãi chơn lấp cĩ thể bị lún xuống do tải trọng và phân hủy của các chất hữu cơ cĩ trong thành phần rác, hình thành các hố trũng trên bề mặt đồng thời xé rách các lớp màng ngăn nước của lớp bao phủ bề mặt;
- Do sự đẩy trồi của các vật liệu nhẹ bên trong hố chơn lấp ví dụ như cao su;
- Do hoạt động của con người bên trên bề mặt ơ chơn lấp.
Khi bề mặt lớp che phủ bị nứt nẻ, lớp lĩt chống thấm bị rách, nước mưa cĩ thể ngấm xuống và sinh ra một lượng nước lớn trong hố chơn lấp. Mực nước trong ơ chơn lấp lớn dễ gây tràn nước rỉ rác ra khỏi ơ chơn lấp hoặc vượt khả năng xử lý của các trạm xử lý nước thải. Đây là một trong các nguyên nhân gây ơ nhiễm đất/ nước ở những khu vực lân cận ơ chơn lấp rác.
b. Thối hĩa vật liệu của lớp lĩt đáy và thành ơ chơn lấp
Bãi chơn lấp Kiêu Kỵ được thiết kế và vận hành theo phương thức hợp vệ sinh, theo tiêu chuẩn khi tiến hành chơn lấp chất thải rắn phải sử dụng các lớp lĩt bằng các lớp vật liệu được trải trên tồn bộ bề mặt diện tích đáy và thành của ơ chơn lấp chất thải để ngăn ngừa nước rỉ từ bãi chơn lấp thấm vào mơi trường đất và nước dưới đất xung quanh. Trong đĩ lớp vật liệu quan trọng là lớp vải nhựa chống thấm HDPE. Tuy nhiên lớp lĩt bằng nhựa HDPE khơng phải là chất trơ. Các lớp lĩt bằng nhựa cĩ thể bị căng phồng và hư hỏng khi tiếp xúc với các thành phần chất thải cĩ trong rác được chơn lấp như: tinh dầu thơm hoặc
các chất tẩy rửa khử trùng cơng nghiệp như Hydrogen peroxid H2O2, aceton…lớp HDPE bị biến tính cứng giịn sau một khoảng thời gian. Các loại hợp chất, hĩa chất được thải bỏ từ chất thải sinh hoạt (băng phiến - sản phẩm cơng nghiệp tổng hợp từ Naphthalene hoặc Diclobenzen) hình thành trong nước rỉ rác sẽ làm hư hỏng các lớp nhựa chống thấm. Ngồi ra cịn rất nhiều hĩa chất gia dụng hoặc hợp chất nhân tạo