VII. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
2.4.2. Phương pháp xác định thành phần và tính chất của đất
Kim loại nặng xuất hiện trong chất thải rắn sinh hoạt từ pin, điện tử gia dụng, gốm sứ, bĩng đèn, bụi nhà và sơn, giấy bạc chứa chì dùng bọc nút rượu vang đĩng chai, dầu động cơ đã qua sử dụng, các loại nhựa, các loại mực và thủy tinh… Ở giai đoạn đầu nồng độ kim loại nặng trong bãi chơn lấp nhìn chung cao hơn vì sự hịa tan kim loại cao hơn do độ pH thấp ở giai đoạn tạo thành axít hữu cơ. Qua nhiều nghiên cứu cho đến nay đều nhận thấy rằng hầu hết dấu vết của các kim loại nặng đã được cố định và tích lũy trong đất, và vì quá trình này hầu như khơng thể đảo ngược, lặp đi lặp lại, nên hàm lượng vượt quá nhu cầu của thực vật cuối
cùng làm ơ nhiễm đất và cĩ thể làm cho đất khơng thể sản xuất hoặc sản xuất ra sản phẩm khơng sử dụng được. Mặc dù thực vật cần các nguyên tố vi lượng, với lượng nhỏ vừa đủ thực vật cĩ thể hấp thu một cách bình thường, tuy nhiên nếu kim loại nặng bị thải bỏ vào đất với hàm lượng vượt quá quy chuẩn cho phép thì thực vật khơng đủ khả năng hấp thu các nguyên tố vi lượng dư thừa và làm ơ nhiễm đất.
Để xác định sự lan truyền của chất ơ nhiễm, trên thực địa thường dùng biện pháp khoan lấy mẫu đất. Các lỗ khoan theo chiều sâu từ 0,3m, 0,6m, 0,9m,… 6m. Mẫu đất được lấy và đem đi phân tích.
- Vị trí lấy mẫu
Thời gian thực hiện lấy mẫu đất vào tháng 4 năm 2016. Vị trí lấy mẫu thể hiện trên hình 2.3. Tại thời điểm lấy mẫu đất, bãi chơn lấp vẫn đang hoạt động, cĩ 3 ơ chơn lấp đã đĩng bao gồm ơ 8AB, 9AB và 9CD. Ơ 9AB cĩ thời gian đã đĩng trên 10 năm. Ơ chơn lấp 9AB nằm ở vị trí trung tâm bãi được chọn để xác định vị trí lấy mẫu. Ơ 9AB tính đến thời điểm lấy mẫu đã đĩng ơ chơn lấp trên 10 năm, đây là lí do chính của việc lấy mẫu cho nguồn dự báo phát sinh lan truyền ơ nhiễm khi đã cĩ thời gian cho chất ơ nhiễm phát tán.
Nghiên cứu thực hiện lấy mẫu tại 5 vị trí bao gồm: LK1, LK2, LK3 tại phía Nam của ơ chơn lấp 9AB, bên ngồi tường bao khu xử lý Kiêu Kỵ; vị trí lấy mẫu LK5 sát rìa ơ chơn lấp 9AB, LK4 cách LK5 5m bên trong khu xử lý chất thải rắn Kiêu Kỵ. Vị trí lấy mẫu LK5 cĩ tọa độ 20°58'59.6"N 105°56'47.4"E và LK4 cĩ tọa độ 20°58'59.8"N 105°56'47.7"E
- Phương pháp khoan tay lấy mẫu đất
Lấy mẫu tại các điểm khác nhau trên mặt đất bãi chơn lấp chất thải rắn Kiêu Kỵ và độ sâu để đánh giá mức độ lan truyền ơ nhiễm KLN theo phương ngang và chiều sâu (phương x, y).
Để cĩ kết quả đánh giá chất lượng mơi trường đất BCL Kiêu Kỵ luận án đã tiến hành nghiên cứu và thấy rằng kỹ thuật khoan tay lấy mẫu đất bởi so với các kỹ thuật lấy mẫu đất khoan bằng máy là phù hợp tại thời điểm bãi chơn lấp đang vận hành.
Kỹ thuật khoan tay tiến hành được tiến hành để lấy mẫu đất tại BCL Kiêu Kỵ cĩ những đặc điểm sau:
+Phương pháp khoan tay cĩ thể sử dụng cho các loại đất và các điều kiện khác nhau. Việc sử dụng khoan phụ thuộc vào mục đích nghiên cứu của đất cần lấy mẫu. Với đất cát sử dụng khoan tay sẽ dễ hơn so với các nền đất khác nhất là khi gặp đá. Mẫu khoan tay thực hiện cĩ thể lấy mẫu ở độ sâu yêu cầu (đến 6 m).
68
+ Khi dùng khoan tay cần chú ý đến bảo đảm mẫu khơng bị nhiễm bẩn do vật liệu rơi từ trên xuống lỗ khoan cũng như khi đưa mẫu lên. Lĩt cẩn thận lỗ khoan bằng ống nhựa để ngăn ngừa nhiễm bẩn chéo.
+Dạng khoan tay được dùng để lấy mẫu đất là loại khoan lấy mẫu lõi. Các dạng khác cũng cĩ thể dùng để đạt độ sâu lấy mẫu yêu cầu, với điều kiện cĩ thể làm sạch lỗ khoan để tránh nhiễm bẩn chéo.
+Lấy mẫu bằng khoan tay cho phép quan sát nền đất theo chiều dọc và lấy được mẫu ở độ sâu định trước. Khi khoan mẫu cần lưu ý để lấy được mẫu đại diện nếu vùng đất lấy mẫu bị nhiễm bẩn cục bộ.
- Phương pháp phân tích mẫu đất
Phương pháp trong phịng thí nghiệm bao gồm: các phương pháp địa kỹ thuật (dung trọng, độ ẩm, khối lượng riêng, giới hạn chảy - dẻo, độ hạt, hệ số thấm) để đánh giá nền đất khu vực bãi chơn lấp; các phương pháp mơi trường (pH, DO, BOD5, COD và một số thành phần kim loại, theo tiêu chuẩn đánh giá nước thải các bãi thải rắn) để xác định mức độ của một số chất
ơ nhiễm cĩ thể lan truyền dưới đáy bãi chơn lấp. Các thí nghiệm được thực hiện tại phịng thí nghiệm của Viện địa chất-Viện Hàn lâm Khoa học và Cơng nghệ Việt Nam.
Các phương pháp phân tích kim loại nặng được thực hiện bằng thiết bị cơng nghệ tiên tiến cĩ độ chính xác cao. Hệ thống khối phổ – plasma cảm ứng (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry ICP-MS) là một cơng nghệ phân tích nguyên tố cĩ khả năng phát hiện hầu hết
các nguyên tố ở mức miligam đến mức nanogram tức là thấp đến một phần nghìn tỷ [10(-10)- (-12)]. Hệ thống ICP-MS là thiết bị phân tích mạnh mẽ, để cĩ được chất lượng dữ liệu tốt nhất các phương pháp chuẩn bị và bảo quản mẫu đã được thực hiện cẩn thận.
Cĩ thể nĩi phương pháp đo đạc thực địa sẽ mang lại kết quả chính xác khi xem xét sự lan truyền của kim loại nặng trong đất. Tuy nhiên chi phí thực hiện khoan mẫu và phân tích thường là quá cao. Nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là chỉ xác định được hiện trạng hàm lượng chất ơ nhiễm, và khơng đưa ra được bất kỳ thơng tin nào về dự báo lượng chất ơ nhiễm lan truyền trong đất trong tương lai.
2.4.3. Lời giải giải tích – phương trình vi phân xác định lan truyền ơ nhiễm
Phương trình lan truyền của chất ơ nhiễm trong đất cĩ thể được giải quyết thơng qua các lời giải giải tích hoặc bằng phương pháp số (sai phân hữu hạn hoặc phần tử hữu hạn). Phương pháp giải tích thường chỉ giải quyết được các bài tốn cĩ điều kiện biên và điều kiện đầu đơn giản và nền đất được coi là đồng nhất, đẳng hướng. Để cĩ thể đưa ra được lời giải duy nhất cho một phương trình vi phân thì điều kiện đầu và điều kiện biên cần phải được
chỉ định rõ ràng. Điều kiện đầu mơ tả các giá trị khởi điểm của một số biến trong bài tốn đặt ra, trong trường hợp này là nồng độ chất ơ nhiễm. Điều kiện biên mơ tả quan hệ hay tương tác giữa vùng được nghiên cứu và khu vực bên ngồi.
Cĩ 3 dạng điều kiện biên cơ bản cho bài tốn lan truyền của chất ơ nhiễm trong đất: 1) giá trị nồng độ khơng đổi; 2) giá trị gradient khơng đổi và 3) thay đổi của nồng độ theo thời gian theo một hàm đã định trước. Điều kiện đầu và điều kiện biên cĩ thể được mơ tả một cách ngắn gọn dưới dạng các biểu thức tốn học. Với bài tốn 1 chiều, ta cĩ thể mơ tả dưới dạng biểu thức sau:
C(x, t) = C(t) (2-40)
Trong đĩ:
C(t) = một hàm số đã xác định Ta cĩ thể lấy giả thiết như sau:
C(0, t) = C0 t≥ 0 C(x, 0) = 0 x≥ 0 C( , t) = 0 t≥ 0
Điều kiện thứ nhất mơ tả rằng nồng độ của chất ơ nhiễm luơn bằng C0 tại vị trí x = 0và tại mọi thời điểm. Điều kiện thứ 2 cĩ nghĩa là tại thời điểm t = 0 thì nồng độ C tại mọi vị trí là bằng 0. Điều kiện thứ 3 cĩ nghĩa là ở một vị trí rất xa với nguồn (x = 0) thì nồng độ C
= 0 tại mọi thời điểm. Trong một số trường hợp, nếu như trong đất, nồng độ chất ơ nhiễmđạt đến một giá trị Ci nào đĩ thì ta cĩ thể viết như sau:
C(x, 0) = Ci x≥ 0
Với điều kiện biên khi nguồn ơ nhiễm thay đổi theo thời gian theo một hàm mũ như sau:
C(0, t) = C0 t-i
Trường hợp thay đổi nồng độ tại nguồn với nồng độ = C0 trong khoảng
thời gian từ 0đến t0 và sau đĩ là bằng 0 kể từ thời điểm t0 như sau:
C(0, t) = C0 0 < t
C(0, t) = 0 t > t0
≤ t0 Điều kiện biên tại một vị trí cĩ thể mơ tả như sau:
70
Trong đĩ, f(t) = một hàm đã được xác định trước. Một hàm mơ tả điều kiện biên của bài tốn lan truyền hay được sử dụng là
tại biên này.
Phương trình tổng quát cho sự lan truyền của chất ơ nhiễm trong đất đã được trình bày ở trên, đây là một phương trình vi phân rất phức tạp. Hiện nay, các lời giải giải tích chỉ cĩ thể áp dụng cho trường hợp nền đồng nhất, đẳng hướng với các điều kiện đầu và biên đơn giản. Đểcĩ thể giải được các bài tốn cho sự lan truyền của chất ơ nhiễm trong thực tế, người ta phải sử dụng các phương pháp số để tính tốn (thường là phương pháp phần tử hữu hạn).