MỞ ĐẦU I. Lý do lựa chọn đề tài Việt Nam đang đối mặt với vấn đề ô nhiễm môi trường, tồn tại trong cả 3 thành phần môi trường đất, nước và không khí. Công tác quản lý chất thải rắn chưa hiệu quả, ô nhiễm từ chất thải rắn đã ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe cộng đồng, nghiêm trọng nhất là đối với dân cư khu vực làng nghề, gần khu công nghiệp, bãi chôn lấp chất thải và vùng nông thôn. Phần lớn CTR chưa được phân loại tại nguồn, thu gom chung để vận chuyển đến bãi chôn lấp.
Chính vì vậy mà thành phần nước rỉ rác từ các bãi chôn lấp ở Việt Nam phức tạp, khó kiểm soát và xử lý triệt để. Với tốc độ tăng trưởng dự báo về phát sinh chất thải rắn sinh hoạt là 8,4%/ năm đối với khu vực đô thị và tổng mức độ tăng dự báo khoảng 5% mỗi năm, tổng lượng chất thải trên cả nước ước tính tăng lên 54 triệu tấn vào năm 2030. Đối với chất thải được thu gom phần lớn vẫn được xử lý trong các bãi chôn lấp với thiết kế không hợp vệ sinh và quản lý yếu kém, gây ra các vấn đề môi trường nghiêm trọng. Hầu hết các bãi chôn lấp không có máy đầm nén, hệ thống thu gom khí, xử lý nước rỉ rác, hoặc hệ thống quan trắc môi trường [113].
Các công trình xử lí nước thải trong bãi chôn lấp chưa đạt qui chuẩn xả thải gây ảnh hưởng đáng kể đến cuộc sống của người dân trong khu vực. Khi chất thải rắn được chôn lấp không thực hiện đúng qui trình thì bãi chôn lấp sẽ lại trở thành nơi phát sinh ô nhiễm thứ cấp, có thể gây tác hại nghiêm trọng hơn so với chất thải rắn ban đầu thải ban đầu. Tại Việt nam việc thiết kế thi công và vận hành bãi chôn lấp chất thải rắn vẫn còn nhiều bất cập đặc biệt là bãi chôn lấp đã đóng cửa. Vì vậy các chất ô nhiễm lan truyền từ bãi chôn lấp đã có những ảnh hưởng nhất định tới môi trường đất và nước dưới đất.
Theo nhiều nghiên cứu đã và đang thực hiện, nước rỉ rác từ các bãi chôn lấp chất thải rắn có hàm lượng cao các chất hữu cơ, nitơ, lưu huỳnh,. có nhiều chất, hợp chất ô nhiễm hữu cơ mang tính bền vững và kim loại nặng tồn tại trong nước rỉ rác, khi lan truyền từ bãi chôn lấp ra môi trường sẽ gây ô nhiễm trầm trọng cho đất và nước dưới đất. Sự ô nhiễm môi trường đất và nước có nguồn gốc từ bãi chôn lấp đã trực tiếp hoặc gián tiếp ảnh hưởng tới sức khỏe của con người, đó là các bệnh nan y ngày càng gia tăng, môi trường sống ngày càng suy thoái. Có thể nói, nghiên cứu ảnh hưởng của nước rỉ rác từ bãi chôn lấp đến môi trường đất khu vực bãi chôn lấp hợp vệ sinh còn ít được quan tâm và hầu như chưa được thực hiện.
Chính vì vậy, trong khuôn khổ nghiên cứu của đề tài, tác giả đề cập vấn đề liên quan đến sự lan truyền của chất ô nhiễm từ bãi chôn lấp chất thải hợp vệ sinh, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lan truyền phát sinh từ hoạt động chôn lấp chất thải rắn và sử dụng các mô hình toán để dự báo mức độ lan truyền của chất ô nhiễm từ bãi chôn lấp tới môi trường đất. Đề tài tiến hành lựa chọn nghiên cứu đặc điểm lan truyền kim loại nặng từ bãi chôn lấp chất thải rắn tại Kiêu Kỵ, Gia Lâm, Hà nội là cần thiết nhằm nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lan truyền chất ô nhiễm của bãi chôn lấp để đánh giá và dự báo mức độ ảnh hưởng ô nhiễm từ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2 bãi chôn lấp làm cơ sở cho việc đề xuất các giải pháp khắc phục, phòng ngừa ô nhiễm, đồng thời tạo thành cơ sở dữ liệu cho công tác quản lý chất thải rắn nói riêng cũng như quản lý môi trường nói chung. Mục đích và nội dung nghiên cứu Nghiên cứu và đánh giá được đặc điểm ô nhiễm - nguồn ô nhiễm xuất phát từ nước rỉ rác của bãi chôn lấp chất thải rắn hợp vệ sinh nhằm thấy rõ sự ảnh hưởng đến quá trình lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường đất bãi chôn lấp. Đánh giá và dự báo được mức độ lan truyền ô nhiễm kim loại nặng bằng phương pháp định lượng để xây dựng dữ liệu phục vụ công tác quản lý môi trường liên quan đến bãi chôn lấp.
Để đạt được các mục đích nêu trên luận án thực hiện nghiên cứu các nội dung sau: 1) Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến việc hình thành lượng và tính chất của nước rỉ rác, khảo sát sự biến thiên nồng độ chất ô nhiễm trong nước rỉ rác và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình này; 2) Xây dựng mô hình tính toán nước rỉ rác phù hợp với đối tượng và điều kiện khu vực nghiên cứu; 3) Nghiên cứu lý thuyết về lan truyền chất ô nhiễm bằng mô hình toán học. Áp dụng phương pháp số để giải phương trình đã thiết lập nhằm dự báo nồng độ kim loại nặng trong nước rỉ rác lan truyền trong đất bãi chôn lấp; 4) Nghiên cứu các nguy cơ ô nhiễm môi trường đất phát sinh từ bãi chôn lấp chất thải rắn hợp vệ sinh và đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng môi trường đất bãi chôn lấp. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường đất bãi chôn lấp chất thải rắn hợp vệ sinh - ô chôn lấp đã đóng tại Kiêu Kỵ, huyện Gia Lâm, Hà Nội. Phạm vi nghiên cứu: Bãi chôn lấp chất thải rắn hợp vệ sinh.
Cơ sở khoa học Để thực hiện nghiên cứu, đề tài khảo sát và đánh giá thực tế bãi chôn lấp Kiêu Kỵ tại huyện Gia Lâm, thành phố Hà Nội. Nghiên cứu ảnh hưởng phát sinh từ bãi chôn lấp đến môi trường đất một cách cụ thể bao gồm định lượng các quá trình liên quan, sự hình thành các chất ô nhiễm trong nước rỉ rác theo thời gian dưới ảnh hưởng của các yếu tố môi trường bãi chôn lấp. Trên cơ sở toán học, bằng phương pháp phần tử hữu hạn đề tài xây dựng các mô hình mô phỏng và định lượng các thành phần lan truyền trong cơ chế lan truyền đối với nguy cơ ô nhiễm môi trường đất theo không gian và thời gian tại khu vực nghiên cứu. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp tổng hợp, kế thừa và nghiên cứu lý thuyết: Tổng hợp số liệu thu thập thông tin, kế thừa các kết quả nghiên cứu đã thực hiện cũng như nghiên cứu tổng quan thành phần tính chất nước rỉ rác, các phương pháp tính toán dự báo lượng nước rỉ rác phát sinh, các phương pháp mô hình lan truyền chất, cơ chế vận chuyển và lan truyền chất ô nhiễm trong đất khi có rò rỉ từ ô chôn lấp. Nghiên cứu lý thuyết để tìm hiểu những dấu hiệu đặc thù, bản chất, cấu trúc của phương pháp số trong cách tính toán lan truyền ô nhiễm qua đó tiến hành phân tích nội suy khái niệm, xây dựng phương trình toán học mới xác định mức độ lan truyền ô nhiễm với điều kiện biên phức tạp. - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Khảo sát phân tích số liệu thu thập từ hiện trường và phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm. Nghiên cứu đã thực hiện lấy mẫu nước rỉ rác với các thời điểm trong năm, theo đặc điểm của mùa.
Khoan lấy mẫu đất tại ô chôn lấp đã đóng để xác định nồng độ KLN lan truyền ra môi trường đất. Phân tích mẫu nước rỉ rác và đất bằng các phương pháp thích hợp tại phòng thí nghiệm của Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Viện Khoa học và Kỹ thuật Môi trường trường ĐH Xây dựng Hà nội để xác định nồng độ KLN, sử dụng các số liệu này để phân tích và đánh giá nguy cơ lan truyền ô nhiễm từ BCL. - Phương pháp mô hình hóa và mô phỏng, sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để tính toán lan truyền chất ô nhiễm. Phương pháp mô hình là cách mô tả toán học về một hệ vật lý, có thể nghiên cứu bằng nhiều mô hình khác nhau, sao cho phù hợp với bài toán đặt ra và phương pháp giải quyết bài toán.
Bản chất của phương pháp mô phỏng là xây dựng một mô hình, được thể hiện bằng các chương trình, thuật toán. Nghiên cứu đã sử dụng phương pháp phần tử hữa hạn là phương pháp số gần đúng để giải các bài toán được mô tả bởi các phương trình vi phân đạo hàm riêng trên miền xác định có hình dạng và điều kiện biên bất kỳ mà nghiệm chính xác không thể tìm được bằng phương pháp giải tích. Sự lan truyền của chất ô nhiễm được mô phỏng từ nước rỉ rác trong không gian 3D của môi trường đất. Sử dụng thuật toán và sự thay đổi nồng độ của kim loại nặng theo thời gian trong không gian có thể được tính toán và mô phỏng một cách định lượng và rõ ràng.
Những đóng góp mới của luận án - Luận án đã tổng hợp và đề xuất phương pháp tính toán nước rỉ rác phát sinh phù hợp điều kiện khí hậu khu vực và qui trình vận hành chôn lấp chất thải rắn hợp vệ sinh. - Đánh giá và dự báo được mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường đất từ khu vực ô chôn lấp đã đóng của bãi chôn lấp hợp vệ sinh với mô hình mô phỏng 3D. Bằng việc sử dụng các khái niệm về trường vectơ gradient ∇C (x, y, z, t), và các phép toán gradient có liên quan (∇⋅), ⊙, cơ chế khuếch tán - đối lưu của chất gây ô nhiễm trong nước rỉ rác được mô hình LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4 hóa một cách cụ thể và ngắn gọn, thấy được bản chất vật lý của quá trình lan truyền một cách trực quan hơn. Biến đổi phương trình lan truyền về dạng thức phương trình vi phân đạo hàm riêng, thuật toán PTHH đã được xây dựng để giải phương trình bằng phương pháp số một cách hiệu quả.
Khai thác thuật toán và sử dụng phần mềm MATLAB để tính toán, dự báo được khả năng lan truyền nồng độ chất ô nhiễm theo thời gian và trong không gian lòng đất.