VII. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
1.5. Tổng quan nghiên cứu về lan truyền kim loại nặng từ bãi chơn lấp
1.5.1. Các nghiên cứu ở nước ngồi
a. Các nghiên cứu về lan truyền của kim loại nặng từ bãi chơn lấp tới mơi trường đất
Sự di chuyển của nước rỉ rác từ các bãi chơn lấp xuống đất dẫn đến suy thối mơi trường đất, ơ nhiễm khơng khí và ơ nhiễm nguồn nước dưới đất ở các khu vực gần bãi chơn lấp. Điều quan trọng hơn là nước rỉ rác từ các bãi chơn lấp CTR chứa nhiều chất gây ơ nhiễm mơi trường nguy hiểm [78]. Khi nước rỉ rác thấm qua các lớp đất bên dưới đáy ơ chơn lấp, sẽ ảnh hưởng đến các tính chất lý - hĩa của nguồn nước dưới đất và xảy ra hiện tượng nhiễm bẩn nước dưới đất. Sabour và Amiri [91] chỉ ra rằng chỉ một lượng nhỏ nước rỉ rác xâm nhập vào nước dưới đất hoặc nước mặt sẽ dẫn đến một lượng lớn tài nguyên nước cĩ thể bị ơ nhiễm. Hơn nữa, trong số các chất ơ nhiễm khác nhau trong nước rỉ rác xâm nhập vào đất, kim loại nặng cần quan tâm hơn cả nếu gây ra ơ nhiễm nguồn nước dưới đất. Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng các kim loại nặng bị giữ lại trong đất bên dưới các bãi chơn lấp dẫn đến sự ơ nhiễm lâu dài của lớp đất bên dưới [61]; các kim loại nặng được xác định là các chất ơ nhiễm và là yếu tố gĩp phần chủ đạo cĩ nguyên nhân tiềm tàng từ rỉ rác. Gao và cộng sự [55] cho rằng các tác động mơi trường chính của ơ nhiễm nước rỉ rác là các ion kim loại nặng và các nguyên tố tồn tại trong nước rỉ rác đi qua các tầng đất đến mạch nước dưới đất. Ơ nhiễm mơi trường do kim loại nặng cần được xem xét cẩn trọng trong việc quản lý chất thải rắn, vì sự tồn tại của các ion và nguyên tố kim loại nặng trong nước dưới đất ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng, thực vật, rau và động vật sử dụng chính nguồn nước bị ơ nhiễm đĩ.
Nghiên cứu tại Malaysia của Agamuthu và Fauziah [19] cho rằng hàm lượng kim loại nặng trong mơi trường đất là mối quan tâm lớn từ quan điểm sinh thái. Nghiên cứu này thực hiện lấy mẫu đất tại các vị trí khác nhau của hai bãi chơn lấp chất thải rắn ở Malaysia, để nghiên cứu sự ơ nhiễm kim loại nặng trong mơi trường bãi chơn lấp. Các mẫu đất được khoan ở các độ sâu khác nhau từ 2m đến 35m để tìm ra khả năng di chuyển kim loại nặng từ ơ chơn lấp chất thải rắn đến các tầng đất sâu bên dưới. Kết quả phân tích các mẫu ở bãi chơn lấp Panchang Bedena cho thấy rằng tất cả kim loại nặng được phân tích cĩ hàm lượng dưới tiêu chuẩn của Hà Lan. Pb cĩ nồng độ cao nhất ở lớp đất trên cùng; thể hiện hàm lượng kim loại cĩ xu hướng giảm ở tầng đất sâu hơn. Mặt khác, Fe và Zn lại cĩ xu hướng ngày càng gia tăng khi hàm lượng cao nhất là ở các mẫu đất sâu nhất, trong khi hàm lượng thấp nhất là ở bề mặt đất. Mặc dù hàm lượng kim loại nặng ở mức ơ nhiễm thấp hơn nguy cơ tác động đến sức khỏe của con người, các giải pháp phịng ngừa vẫn cần được thực hiện ngay vì lượng chất thải rắn phát sinh gia tăng trong tương lai cĩ thể làm tăng cường hàm lượng của các kim loại nặng này trong đất của bãi chơn lấp.
Khu vực nghiên cứu khác tại Kelana Jaya lại đưa ra một kết quả ngược lại. Đất khu vực xung quanh của Kelana Jaya đã bị ơ nhiễm nặng với hàm lượng các nguyên tố kim loại vượt quá giá trị cho phép của tiêu chuẩn Hà Lan. Trong số đĩ hàm lượng cĩ giá trị cao nhất là asen (64,4 mg/kg) và thuỷ ngân (11,5 mg/kg). Do đĩ cần cĩ các biện pháp khắc phục cụ thể hoặc biện pháp ứng phĩ nhằm ngăn chặn rủi ro đối với con người và mơi trường.
Theo nghiên cứu của Fatima và Rafiq [48] để đánh giá ảnh hưởng của nước rỉ rác tới mơi trường đất và nước dưới đất họ đã thực hiện quan trắc định kỳ chất lượng nước rỉ rác ở độ sâu các độ sâu (0,3, 2, 5 và 60m) tại bảy vị trí khác nhau trong một khoảng thời gian hai năm ở bãi chơn lấp Achan Ấn Độ, một bãi chơn lấp đã và đang vận hành từ hai mươi năm qua. Các thơng số trong nước rỉ được quan trắc theo dõi thay đổi về độ pH, EC, TDS, TSS, HCO3-, clorua, Ca2 +, Mg 2+, Na +, K +, phốt pho, nitơ, BOD, COD, và các kim loại nặng (Cu, Cr, Ni, Zn, Pb, Cd). So sánh kết quả nồng độ ở độ sâu 2m cho thấy sự khác biệt đáng kể giữa các vị trí được quan trắc. Các thơng số như NO2, NO3, NH4 cĩ tỉ lệ thuận với chiều sâu từ 0,3m đến 5m trong khi như các thơng số khác như pH, EC, TDS, HCO3 -, clorua, Ca2 +, Mg 2 +, Na +, K +, BOD, COD, cho thấy mối tương quan nghịch đối với độ sâu với 2m và các độ sâu khác trừ nước rỉ rác trên bề mặt thu thập ở độ sâu 0,3 m.
Nghiên cứu của Kanmani và Gandhimathi [67], hàm lượng của kim loại nặng đã được nghiên cứu trong các mẫu đất thu thập được xung quanh bãi chơn lấp chất thải rắn khơng hợp vệ sinh ở Tamilnadu, Ấn Độ cho thấy sự ơ nhiễm kim loại nặng do nước rỉ rác đã lan truyền từ bãi chơn lấp. Hàng ngày bãi chơn lấp tiếp nhận khoảng 400-470 tấn
chất thải rắn. Tính chất của chất thải rắn được tiến hành nghiên cứu để biết được thành phần cơ bản của chất thải rắn được chơn trong bãi chơn lấp. Phân tích nồng độ kim loại nặng được tiến hành trong mẫu chất thải rắn và mẫu đất. Nồng độ kim loại nặng trong mẫu đất thu thập được tìm thấy theo các trình tự sau: Mn >Pb >Cu >Cd. Sự hiện diện của kim loại nặng trong mẫu đất cho thấy cĩ sự ơ nhiễm đáng kể của đất do sự lan truyền của nước rỉ rác rị rỉ từ bãi chơn lấp. Tuy nhiên, những chất gây ơ nhiễm sẽ liên tục di chuyển và giảm độc lực qua các tầng đất và sau thời gian nhất định cĩ thể làm ơ nhiễm tầng nước dưới đất nếu khơng cĩ biện pháp ngăn chặn sự lan truyền này.
Theo Kamarudin Samuding và cộng sự [66] đã nghiên cứu việc phân bố kim loại nặng trong nước dưới đất tại khu vực xử lý chất thải rắn ở Taiping, Perak. Trong nghiên cứu này, đã tiến hành khoan một số lỗ khoan trong khu vực chơn lấp chất thải rắn. Mẫu đất đã được lấy trong 6 lỗ khoan với các lớp đất lấy mẫu cách nhau 1m trong khoảng độ sâu 6m và 30 m. Một lượng nước trong lỗ khoan của các mẫu và nước dưới đất đã được chiết xuất để xác định nồng độ các kim loại nặng, như chì (Pb), mangan (Mn), crom (Cr), sắt (Fe), kẽm (Zn) và cadimi (Cd) bằng quang phổ Plasma Parductive Couple (ICP-MS). Từ kết quả phân tích, sự xâm nhập của các kim loại nặng vào hệ thống nước dưới đất đã được khẳng định. Một bộ số liệu đã được thiết lập về nồng độ kim loại nặng trong lỗ khoan của khu vực nghiên cứu, và nồng độ kim loại nặng trong nước dưới đất dưới các điều kiện khác nhau. Nồng độ kim loại nặng như Pb, Mn, Zn và Fe khảo sát được là khá cao. Những kim loại này cĩ nồng độ vượt quá nồng độ cho phép tối đa trong tiêu chuẩn nước uống. Dựa trên sơ đồ đường đồng mức, kim loại được phát hiện ở độ sâu 25 m về phía đơng nam của bãi chơn lấp và xuất hiện cục bộ.
Vitalii Ishchenko [110] nghiên cứu sự phân bố KLN (Cr, Pb, Cd và Ni) trong đất gần khu vực bãi chơn lấp rác Stadnytsia (vùng Vinnytsia, Ukraina) qua việc xác định nồng độ các KLN trong các mẫu đất ở các khoảng cách khác nhau từ vị trí thốt nước rỉ rác. Hàm lượng các KLN nặng này nằm trong giới hạn cho phép của quy chuẩn. Hàm lượng Cr và Pb là cao nhất và bằng khoảng 0.5mg/kg. Chỉ cĩ hàm lượng Cd là cĩ tương quan mật thiết với khoảng cách từ nơi nước rỉ chất thải rắn ra, cịn hàm lượng Pb và Cr cĩ tương quan khơng rõ ràng (cĩ lẽ là do khoảng cách giữa các vị trí lấy mẫu ngắn và do sự tồn tại một đới hẹp lan truyền KLN lớn mà xa hơn là khơng đáng kể). Tại nghiên cứu này cho thấy ảnh hưởng của chất thải rắn đến hàm lượng Ni trong đất là nhỏ nhất.
Để nghiên cứu ơ nhiễm KLN trong đất do nước rỉ rác của các bãi chơn lấp chơn lấp khơng hợp vệ sinh ở các trạng thái khác nhau Umm-kulthum và cộng sự [105] đã tiến hành phân tích các KLN Co, Cd, Cr, Pb, Ni, Zn, Mn và Cu trong đất ở khu vực 2 bãi chơn lấp Bukit Beruntung (BB) và Taman Beringin (TB) (Malassia) bằng máy ICP-MS. Kết quả phân tích cho thấy:
- Bãi chơn lấp BB: hàm lượng Zn, Mn và Pb pha hoạt động là cao nhất, trong khi hàm lượng Cu và Cr chủ yếu ở pha khơng hoạt động. Các KLN Co, Ni và Cd khơng phát hiện được;
- Bãi chơn lấp TB: hàm lượng Mn, Zn và Pb pha hoạt động là cao nhất, trong khi hàm lượng Ni, Cu, Cr và Co chủ yếu ở pha khơng hoạt động. Chỉ cĩ Cd khơng phát hiện được;
- Hàm lượng các KLN ở thể hoạt động trong đất ở khu vực bãi chơn lấp TB cao hơn so với bãi chơn lấp BB cho thấy mối đe dọa nghiêm trọng tới mơi trường;
- Kết quả của nghiên cứu chỉ ra tầm quan trọng của việc nghiên cứu một cách cần thiết các bãi chơn lấp trước khi tiến hành các cơng tác đĩng cửa, cải tạo và tái phát triển 246 bãi chơn lấp tới năm 2020 theo đề xuất trong chiến lược Quốc gia về đơ thị của Malaysia.
Bouzayani và cộng sự [32] tiến hành nghiên cứu Cr, Cu, Ni, Pb và Zn trong đất khu vực bãi chơn lấp chất thải rắn Jebel Chakir ở thành phố Tunis, Tunisia. 24 mẫu đất được phân tích các kim loại bằng phương pháp AAS. Kết quả cho nồng độ các kim loại như sau Cr: 54,4–129,9 mg/kg, Zn: 4,1–81,8 mg/kg, Ni: 15,1– 43,9 mg/kg , Pb: 5,6–16,1 mg/kg, và Cu: 0,2–1,84 mg/kg đều trong giới hạn cho phép theo qui chuẩn. Tuy nhiên các tác giả khuyến cáo rằng phải cĩ hệ thống xử lý nước rỉ rác, đất chưa bị ảnh hưởng bởi nước rỉ rác nhờ cĩ các lớp cách ly chất thải rắn khống chế việc lan truyền kim loại nặng ra mơi trường bên ngồi.
Adamcová và cộng sự [18] đã tiến hành nghiên cứu độc tố trong thực vật ảnh hưởng bởi KLN trong đất khu vực bãi chơn lấp chất thải rắn tại Cộng hịa Czech. Cây cải mù tạt được sử dụng để đánh giá. 8 mẫu đất lấy từ bãi chơn lấp, rìa bãi chơn lấp và lân cận bãi chơn lấp cĩ hàm lượng Co, Cd, Pb và Zn trong giới hạn của qui chuẩn. 2 mẫu cĩ Cr, Cu và Ni vượt quá giới hạn của qui chuẩn và là hàm lượng cao nhất trong các mẫu, trong đĩ Cr và Ni lớn gấp vài lần so với các mẫu khác. Hàm lượng Cr, Cu và Ni cao thứ 2 và lớn hơn giới hạn cho phép của qui chuẩn. Sinh khối tăng ở các cây cải mù tạt trồng trên các mẫu đất, nhưng khơng cĩ sự thay đổi diện mạo lá cây, khơng phát triển chậm, khơng bị thương tổn hoặc bị chết. Các phân tích đánh giá độc hại cho thấy tỷ lệ nẩy mầm cải mù tạt trên các mẫu đất lấy ở chính khu chơn lấp, rìa bãi chơn lấp và lân cận bãi chơn lấp là 50% số mẫu đất cĩ tỷ lệ nẩy mầm cao và 25% số mẫu cĩ tỷ lệ nẩy mầm thấp.
Barbara Gworek và cộng sự [26] nghiên cứu xác định hàm lượng các KLN Cd, Pb, Zn, Cu, và Cr trong nước dưới đất, đất và thực vật khu vực lân cận và bãi chơn lấp chất thải rắn Łubna, Ba Lan. Các kết quả cho thấy tại khu vực lân cận bãi chơn lấp hàm lượng các KLN này khơng cao, và ở mức tương đương với hàm lượng nền của đất rừng và đất nơng nghiệp ở trung tâm Ba Lan. Hàm lượng các KLN này trong cây European goldenrod (Solidago virgaurea L.- một loại chè dược phẩm) và cỏ (Poaceae) khơng lớn
hơn hàm lượng nền và cho thấy đất khơng bị ơ nhiễm mơi trường bởi các KLN. Hàm lượng các KLN nặng này trong nước dưới đất cũng khơng vượt quá qui chuẩn cho phép về nước ăn uống.
Fereshteh Ali Akbari [49] sử dụng chỉ số tích lũy địa chất (geoaccumulation-Igeo) và chỉ số ơ nhiễm (contamination factor-CF) trong đánh giá ơ nhiễm đất bởi KLN (Cr, Cd và Pb) tại khu vực bãi chơn lấp thành phố Meshgin tỉnh Ardabi (Iran). 10 mẫu đất lấy trong 2 mùa hè và mùa thu để phân tích các KLN này bằng phương pháp phổ. Kết quả với chỉ số tích lũy KNL bé hơn 0 cho thấy hàm lượng các KLN này là tương đương hàm lượng nền và chỉ số ơ nhiễm cho thấy đất khơng bị ơ nhiễm bởi các KLN này.
Oyegbile [80] với việc khơng xem xét tới nồng độ nền cho thấy Pb trong đất ở 2 bãi chơn lấp vùng ven đơ Ibadan, Nigeria vượt quá qui chuẩn của Đan Mạch: 1098 mg/kg và 233,20 mg/kg đối với khu vực bãi chơn lấp Aba-Eku, và 1205 mg/kg và 476,55 mg/kg ở khu vực bãi chơn lấp Lapite.
Fonge và cộng sự [53] nghiên cứu hàm lượng KLN trong đất trồng khu vực bãi chơn lấp ở cánh Đơng núi Cameroon. Thứ tự hàm lượng các KLN như sau: Cu > Zn > Cd > Hg > Pb > Ni với các giá trị (mg/kg) là Zn (14,15±0,73), Cu (14,15±1,59), Cd (6,57±1,71) và Hg (6,29±0,97) ở vị trí SS1. Igeo ở các vị trí SS3, SS4 và SS5 cho thấy đất khơng bị ơ nhiễm hoặc bị ơ nhiễm vừa bởi Zn (1< Igeo<3), ơ nhiễm vừa đến nặng bởi Cu và Cd (1< Igeo<3), đối với trầm tích (bùn): ơ nhiễm vừa đến nặng bởi Hg. Theo CF thì vị trí SS1 cĩ mức độ ơ nhiễm Cu và Cd cao (CF > 6) , trong khi trầm tích đáy hồ tại khu vực bãi chơn lấp cũ và trong sơng suối hạ lưu bị ơ nhiễm thấp (CF<1). Trong các nghiên cứu này hầu hết chỉ dừng lại ở việc khảo sát đo đạc mức độ ơ nhiễm KLN khu vực bãi chơn lấp, chưa tính tốn dự báo nguy cơ ơ nhiễm KLN. Mức độ ơ nhiễm là khác nhau vì phụ thuộc vào nhiều điều kiện như: thời gian phát sinh ơ nhiễm; cách thức vận hành bãi chơn lấp; đặc tính mơi trường nền…
b. Các nghiên cứu về tính tốn lan truyền của kim loại nặng từ bãi chơn lấp đến mơi trường đất
Trên thế giới đã cĩ một số cơng trình nghiên cứu tập trung vào ơ nhiễm hoặc cơ chế vận chuyển chất gây ơ nhiễm xảy ra trong các bãi chơn lấp và các ảnh hưởng liên quan đến ơ nhiễm nước dưới đất, với việc sử dụng mơ hình tốn học và mơ phỏng để nghiên cứu sự lan truyền của các chất gây ơ nhiễm trong các bãi chơn lấp chất thải rắn. Sharma và Lewis [94] đã nghiên cứu một mơ hình tốn học về sự lan truyền của nước rỉ rác bao gồm sự bốc hơi và phân tán của một chất gây ơ nhiễm. Varank và cộng sự [109] đã nghiên cứu sự di chuyển của các chất gây ơ nhiễm trong nước rỉ bãi chơn lấp thơng qua các lớp lĩt composite thay thế. Các vấn đề liên quan đến độ dẫn thủy lực tại bãi chơn lấp của các loại lớp lĩt đất sét gây ơ nhiễm khác nhau, khi nghiên cứu sự di chuyển của
nước rỉ rác từ một bãi chơn lấp, sự hút ẩm của lớp lĩt sét địa chất tổng hợp cũng được đánh giá bởi Hoor và Kerry Rowe [59].
Trong nghiên cứu của tác giả Sangam và Kerry Rowe [93] cĩ đề cập đến sự lan truyền của các chất ơ nhiễm hữu cơ thơng qua màng vải địa kỹ thuật tại các bãi chơn lấp hiện đại, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình và sử dụng các phương pháp trong phịng thí nghiệm để nội suy ra các thơng số khác nhau. Nghiên cứu này cũng đề xuất một số phương pháp bán thực nghiệm để ước lượng sự phân vùng, khuếch tán và hệ số thấm liên quan đến vấn đề ơ nhiễm mơi trường đất và nước dưới đất. XIE Haijian và cộng sự [57] chỉ ra rằng sự khuếch tán (định hướng dịch chuyển chất gây ơ nhiễm do sự khác biệt về nồng độ giữa mặt trên và dưới của lớp lĩt) thường là cơ chế thống trị của di