Địa kỹ thuật và địa kỹ thuật môi trường

Error!. Bookmark not defined... Chúng có th ho t đ ng trong môi tr ng ôxi hoá ho c môi tr ng kh... Các ph ng trình này nh th ch là cách gián ti p.

M C L C:

CH NG 1 TH M TRONG MÔI TR NG T

VÀ KH N NG LAN TRUY N CH T Ô NHI M 4

1.1 Gi i thi u chung 4

1.2 V n đ a ch t th y v n Error! Bookmark not defined 1.3 Phân tích y u t th m trong môi tr ng đ t 13

1.4 i u ki n dòng ch y ng m 23

1.5 V n chuy n và lan truy n kh i trong đ t 30

1.6 Các ch t l ng không ph i là n c trong đ t 44

CH NG 2 CÁC V N A K THU T MÔI TR NG 60

2.1 Gi i thi u chung 60

2.2 Các d ng ô nhi m d i đ t 61

2.3 Ngu n gây ô nhi m d i đ t 63

2.4 C ch phóng thích ch t ô nhi m 65

2.5 ánh giá đi m ô nhi m 73

2.6 Ph ng pháp, thi t b kh o sát, đánh giá ô nhi m 76

2.7 K thu t x lý hi n tr ng b ô nhi m 83

CH NG 3 ÁN THI T K GI M THI U Ô NHI MERROR! BOOKMARK NOT DEFINED 3.1 ánh giá chung 116

3.2 Phân tích s li u đ a ch t và đ a ch t th y v n 116

3.3 ng d ng ph n m m CTRAN/W 117

L I GI I THI U

Bài gi ng “ a k thu t và a k thu t môi tr ng” cung c p nh ng ki n th c c

b n v đ c tính th m n c, kh n ng, quy lu t v n chuy n lan truy n ô nhi m, các d ng và ngu n gây ô nhi m, các nguyên lý k thu t x lý ô nhi m nh m giúp cho h c viên cao h c chuyên ngành a k thu t nh ng nh n th c v ô nhi m môi tr ng đ t, tính toán, d báo

và gi i pháp gi m thi u ô nhi m d i đ t N i dung bài gi ng g m 3 ch ng :

Ch ng 1: Th m trong môi tr ng đ t và kh n ng lan truy n ô nhi m

Gi i thi u nh ng ki n th c c b n v đ a ch t th y v n, bao g m các d ng t n t i c a

n c d i đ t, các đ i th y đ ng l c, s hình thành thành ph n hóa h c, đ c đi m các t ng

ch a n c và s v n đ ng c a n c d i đ t; phân tích y u t th m trong môi tr ng đ t bão hòa và không bão hòa; đi u ki n dòng ch y ng m; c c u v n chuy n và lan truy n kh i trong đ t; c ch v n chuy n các ch t l ng không ph i là n c

Ch ng 2: Các v n đ đ a k thu t môi tr ng

Ch ng này trình bày đ c đi m, tính ch t các d ng, ngu n gây ô nhi m; ph ng th c phóng thích ô nhi m; n i dung, ph ng pháp, thi t b kh o sát đánh giá ô nhi m đ t và nguyên lý, k thu t x lý hi n tr ng b ô nhi m

Ch ng 3: án thi t k gi m thi u ô nhi m

c p nh ng n i dung c n phân tích, đánh giá khi thi t k gi m thi u ô nhi m; n i dung phân tích đánh giá các s li u đ a ch t, đ a ch t th y v n; và ng d ng ph ng pháp s

đ phân tích, d báo lan truy n ô nhi m d i đ t

Bài gi ng đ c biên so n trên c s cu n sách “ a k thu t môi tr ng” tác gi Nguy n Uyên biên d ch và cu n sách “Geotechnical Engineering Principles and Pratisces”

c a Donald P.Coduto Do ngu n tài li u còn h n ch và l n đ u tiên biên so n cho l p cao

h c nên bài gi ng ch c ch n s không tránh kh i nh ng thi t sót Chúng tôi r t mong nh n

đ c nh ng ý ki n đóng góp c a các nhà khoa h c và các đ ng nghi p

B môn a k thu t

c n đ hi u ch t ô nhi m v n chuy n, lan truy n nh th nào d i m t đ t

Quá trình v n chuy n, lan truy n kh i tham gia vào vi c tiêu th hay s n sinh

kh i trong môi tr ng l r ng và tuân theo nguyên lí b o toàn kh i l ng Tuy nhiên,

v ph ng th c v n chuy n, các ch t ô nhi m hòa tan trong n c có quan h ch t ch

v i dòng th m n c l r ng h n là các ch t ô nhi m không hòa tan, nó b kh ng ch

b i c c u, quy mô l r ng và các y u t bên ngoài V y, c c u v n chuy n, lan truy n kh i trong đ t nh th nào; s di chuy n, quan h v i n c l r ng và s t ng tác l n nhau c a các ch t ô nhi m ra sao, đó là nh ng v n đ c n đ hi u b n ch t c a quá trình v n chuy n, lan truy n ch t ô nhi m

Ch t ô nhi m d ng ch t l ng không ph i n c (NAPL - nonaqueous-phase liquid) không th tr n l n v i n c nh ng có th hòa tan trong n c và lan truy n kh i qua các m t phân cách M c dù tính hòa tan r t th p nh ng ch v i m t l ng nh NAPL hòa tan trong

n c sinh ho t thì c ng có các tác đ ng t n h i đ n s c kh e con ng i và làm cho ngu n

n c d i đ t b ô nhi m kéo dài i u đó cho th y s c n thi t ph i nghiên c u t c đ và

Ch ng 1 ch y u nghiên c u m t s n i dung chính c a nh ng v n đ nêu trên

1.2 V N A CH T TH Y V N

1.2.1 CÁC D NG N C T N T I TRONG T Á

N c trong đ t đá t n t i d i nh ng d ng : h i n c, n c liên k t v t lý, n c mao

d n, n c tr ng l c, n c tr ng thái r n, n c trong m ng tinh th khoáng v t

- N c liên k t y u (n c màng m ng) phân b ngay trên l p n c liên k t ch t b ng

m i liên k t phân t L c liên k t gi a các phân t n c và b m t h t y u đi nhi u N c liên k t y u t n t i trong đ t đá khi đ m trong đ t đá l n h n đ m h p ph l n nh t

5 N c tr ng thái r n

N c tr ng thái r n khi nhi t đ th p d i 0° n c tr ng l c và m t ph n n c liên

k t đóng b ng bi n thành n c tr ng thái r n

6 N c liên k t hoá h c

N c liên k t hoá h c tham gia vào m ng tinh th các khoáng v t d i d ng các ion

OH-ho c H3O+ Nó đ c tách ra kh i m ng tinh th khi nung nóng khoáng v t đ n nhi t đ

t 300°C - 1.300°C và khi m ng tinh th hoàn toàn b phá h y

7 N c k t tinh

N c k t tinh là n c n m trong m ng tinh th các khoáng v t d i d ng phân t

n c H20 ho c nhóm các phân t n c Nó có th tách ra kh i khoáng v t khi nung nóng chúng đ n nhi t đ t 250°C - 300°C

1.2.2 CÁC I TH Y NG L C N C D I T

Ph n trên c a v qu đ t có th chia làm hai đ i chính: đ i thông khí và đ i bão hoà Trong đ i thông khí n c t n t i d i d ng h i, li n k t v t lý, liên k t hoá h c Trong đ i bão hoà l r ng, các khe rãnh đ t đá đ u ch a đ y n c tr ng l c Gi a hai đ i này th ng

t n t i m t đ i n c mao d n Theo c ng đ và đi u ki n trao đ i n c, có th chia làm 3

đ i th y đ ng l c (b ng 1.1) :

- i trao đ i n c mãnh li t phân b ph n trên cùng c a v qu đ t, chúng liên hê

ch t ch v i n c m t i này phân b đ n đ sâu xâm th c c a các thung l ng sông l n

nh t Chi u dày c a nó dao đ ng trong kho ng 100 ÷ l.000m và l n h n i này đ c tr ng

b ng v n t c th m n c t ng đ i l n V n t c th c t 1mét đ n hàng tr m mét trong m t

n m), h s trao đ i n c (t s gi a l ng n c ch y qua b n ch a n c d i đ t sau 1

n m v i loàn b l ng n c ch a trong b n đó) dao đ ng trong kh ang 0,1 - 1

- i trao đ i n c ch m ch p th ng sâu h n g c thoát n c đ a ph ng c a các

t ng và các ph c h ch a n c Chi u sâu gi i h n c a đ i này có th đ c xác đ nh b ng chi u sâu xâm th c các b n bi n i này đ c tr ng b ng v n t c th m nh h n r t nhi u so

v i đ i trên H s trao đ i n c thay đ i trong m t kho ng r t r ng t 1.10-2

- 1.10-9

- i trao đ i n c r t ch m ch p chi m nh ng ph n sâu nh t c a các h ch a n c

có áp (sâu h n 2 - 3km) V n t c th m th c th ng kho ng vài ph n ch c đ n vài % cm trong 1 n m, h s trao đ i n c th ng kh ng v t quá 1.10-9 i này đ c tr ng b i nhi t

đ và áp su t cao

t p, trong đó nh ng quá trình chính có nh h ng quy t đ nh là:

1 Quá trình r a l a và hoà tan

R a l a là quá trình chuy n vào dung d ch m t nguyên t nào đó t khoáng v t c a

đ t đá mà không phá h y m ng tinh th c a chúng Hoà tan là quá trình đ a vào dung d ch các nguyên t c a khoáng v t và làm m ng tinh th c a chúng b phá h y N c d i đ t có

kh n ng hoà tan, r a l a hàng tr m ch t khác nhau và là m t ch t hoà tan t ng h p

2 Quá trình t o h n h p n c

S h n h p các lo i n c có thành ph n khác nhau th ng r t ph bi n trong t nhiên Nó có th t o nên các h n h p n c ph c t p S h n h p n c t o nên thành ph n hoá h c h n h p và th ng x y ra cùng v i quá trình tr m đ ng mu i cacbonat canxi,

magiê, s t, th ch cao

3 Quá trình l ng đ ng mu i

Quá trình này có th x y ra trong quá trình h n h p mu i hay khi đi u ki n nhi t

đ ng thay đ i S l ng đ ng mu i x y ra làm gi m n ng đ mu i hoà tan trong n c và nh

v y s làm thay đ i thành ph n hoá h c c a n c

4 Quá trình cô đ c n c

S cô đ c n c là quá trình làm t ng l ng các ch t d hoà tan trong n c do n c

b b c h i, phát tán hay đóng b ng Quá trình cô đ c n c d i đ t b ng quá trình b c h i

th ng r t ph bi n trong đi u ki n khí h u khô khi m c n c ng m n m không sâu (nh

h n 3m) Khi n c b c h i, các mu i hoà tan trong n c s đ c gi l i trong đ t đá và

trong n c d i đ t làm t ng đ mu i c a đ t đá và n c S t ng đ khoáng hoá c a n c

ng m n m không sâu c ng có th x y ra do s phát tán c a th c v t

5 Quá trình khu ch tán

Khu ch tán là quá trình d ch chuy n v t ch t t môi tr ng có n ng đ cao đ n n i

th p h n S khu ch tán trorg đi u ki n t nhiên s d n đ n quá trình làm đ ng đ u n ng đ

và thành ph n hoá h c n c d i đ t

6 Quá trình trao đ i cation

S trao đ i cation có liên quan đ n kh n ng h p ph hoá lý c a đ t đá phân tán h t m n (sét, á sét) v i đ ng kính h t nh h n 0,02 mm Quá trình trao đ i cation có ý ngh a quan tr ng

đ i v i các tr m tích lo i sét và á sét và tu thu c vào nhi u y u t khi trao đ i, x y ra các lo i

n c có ngu n g c khác nhau, làm thay đ i mãnh li t thành ph n hoá h c n c d i đ t

7 Các quá trình vi sinh v t

Các quá trình này có ý ngh a to l n đ i v i s bi n đ i thành ph n hoá h c n c d i

đ t Vi sinh v t có th t n t i, ho t đ ng trong nh ng đi u ki n r t khác nhau, trong n c

đ i thông khí và c trong các t ng ch a n c d i sâu hàng nghìn mét Chúng có th ho t

đ ng trong môi tr ng ôxi hoá ho c môi tr ng kh Trong đi u ki n ôxi hoá thì các lo i vi khu n có vai trò quan tr ng nh t Còn trong đi u ki n kh thì các vi khu n hi m khí ho t

đ ng K t qu các quá trình ôxy hoá và kh c a các vi sinh v t làm cho thành ph n c a

- N c l y : Theo H.D ubac, n c l y có th xem nh là v ng n c mà trong đó

n c không thoát h t đ c ho c có th xem nh là m t khu đ t ch a g n 90% n c N c

l y có m t hình d ng tàng tr đ c bi t, m t m t nó liên h r t m t thi t v i n c m t và

n c m a, m t khác có th xem nó là m t kh i th ng nh t v i các d ng n c th ng t ng

khác và n c ng m

- N c th nh ng : bao g m t t c các d ng n c t n t i trong th nh ng (l p trên

cùng c a v qu đ t) Trong n c th nh ng có m t l ng l n v t ch t h u c và vi sinh

v t N c th nh ng ch y u do n c m a th m xu ng cung c p Ngoài ra, n c th

nh ng còn đ c h i n c ng ng t l i và n c mao d n dâng cung c p (khi n c ng m

nông) N c th nh ng ph n l n b tiêu hao do b c h i và phát tán

- N c trên th u kính cách n c, th m n c y u : n c ng m t trên m t đ t vào

trong đ t đá đ i thông khí g p th u kính đ t đá cách n c ho c th m n c y u b gi l i t o thành l p n c có b dày không l n ngay trên th u kính đó M c n c, thành ph n hoá h c

và tr l ng n c ph thu c vào l ng m a, n c th i, n c rò r th m xu ng c ng nh thành ph n h t, đ dày, kích th c c a đ t đá ch a n c và th u kính cách n c Kích

th c và đ dày nh , đi u ki n cung c p n c c c b , không n đ nh mà l ng n c trên

th u kính th ng ít và đ ng thái c a nó thay đ i r t mãnh li t c bi t do phân b g n m t

đ t nó th ng b nhi m b n

2 T ng ch a n c ng m có m t thoáng t do

N c ng m có m t thoáng t do là n c tr ng l c t do, là t ng ch a n c th ng xuyên th nh t tính t m t đ t Phía trên, n c ng m không b l p cách n c che ph và nó

không chi m toàn b b dày v a đ t đá th m n c nên b m t n c ng m là m t m t thoáng

Mi n cung c p cho n c ng m th ng trùng v i mi n phân b N c ng m liên h

v i n c m a, n c m t và n c th ng t ng S phân b c a n c ng m ph thu c vào

đi u ki n đ a lý t nhiên, đ a hình, đ a m o và đ a ch t c a khu v c ng thái c a n c

N c gi a t ng có áp th ng n m sâu h n n c ng m và gi a hai l p cách n c

ho c t ng đ i cách n c liên t c; Mi n cung c p, mi n phân b , mi n thoát c a chúng không trùng nhau (hình 1.3); Khi khoan vào t ng ch a n c gi a t ng có áp n c dâng lên cao h n mái cách n c; ng thái n c gi a t ng có áp n đ nh h n so v i đ ng thái n c

ng m; các nhân t th y v n, khí t ng ít nh h ng h n đ n đ ng thái c a chúng Do có l p cách n c trên chúng ít b nhi m b n h n so v i n c ng m

Hình 1.3. S đ t ng ch a n c gi a t ng có áp

5 N c trong đ t đá n t n

N c d i đ t t n t i trong các khe n t c a đá g c c ng nút n đ c g i là n c khe

n t N c khe n t có th là n c ng m, n c gi a v a không áp ho c có áp, áp l c n c gây nên do áp l c th y t nh c a n c trong các khe n t giao nhau, m t s n i, do áp l c c a khí đi lên t d i sâu, m t s n i khác do áp l c h i n c sinh ra khi núi l a tr ho t đ ng

Chúng đ c thành t o do n c m a và m t ph n do n c m t ng m xu ng cung c p

N c khe n t th ng v n đ ng tuân theo qui lu t ch y t ng

6 N c cast

N c ch a trong các hình thái cast ng m đ c g i là n c cast

i u ki n đ a ch t th y v n trong các kh i cast , nói chung gi ng nh nh ng đi u

ki n v n có trong các đ t đá th m n c khác, nh ng n c d i đ t trong kh i cast , đ c

bi t trong t ng trên có m t s đ c tính riêng N c cast ch u tác d ng c a các nhân t ng u

nhiên c a đ ng thái (m a rào, l , tuy t tan) đ ng th i ph n ng v i các tác đ ng đó r t nhanh ng thái c a chúng dao đ ng theo mùa, hàng n m và nhi u n m c a các nhân t

đó Tính hút n c t t c a các kh i cast t o nên nh ng đi u ki n thu n l i đ n c m a,

n c m t ng m xu ng, t o thành các h n n c cast l n

S v n đ ng c a n c tr ng l c trong môi tr ng l r ng c a đ t đá g i là th m Môi

tr ng th m bao g m các l r ng và các khe n t có kích th c khác nhau và liên h ch t ch v i nhau Khác v i s v n đ ng c a n c trong đ ng ng, kênh h th m trong môi tr ng l r ng không nh ng ph thu c vào kích th c các l r ng, khe n t mà còn ph thu c vào hình d ng, s

liên h gi a chúng v i nhau và đ c đ c tr ng b i t c đ khá bé c a quá trình v n đ ng V n

đ ng c a n c trong đ t đá có th n đ nh ho c không n đ nh V n đ ng n đ nh đ c tr ng b i

s n đ nh c a các y u t dòng th m (t c đ , l u l ng, m c n c, građien th y l c ) theo th i gian Trong v n đ ng không n đ nh các y u t dòng th m thay đ i theo thòi gian S thay đ i này th ng do các nhân t t nhiên và nhân t o gây nên

V n đ ng n c d i đ t trong đ t đá có th là ch y t ng ho c ch y r i Khi ch y t ng các tia riêng bi t c a n c v n đ ng v i m t t c đ không l n và song song v i nhau, t o thành m t dòng liên k t Khi ch y r i n c v n đ ng v i m t t c đ r t l n, nhi u ch dòng

ch y b xáo tr n lung tung và tính liên k t c a dòng b phá h y Ph n l n các tr ng h p

n c d i đ t v n đ ng trong đ t đá theo qui lu t ch y t ng

1.3 PHÂN TÍCH Y U T TH M TRONG MÔI TR NG T

Dòng n c th m trong đ t đ c hình thành do s bi n đ i n ng l ng (th n ng và đ ng

n ng) c a n c t v trí này đ n v trí khác Th n ng ph thu c v trí và tr ng thái c a n c so

v i m t chu n còn đ ng n ng liên h v i s chuy n đ ng c a n c Tuy nhiên, v n t c dòng

n c th m trong đ t không đ l n nên n ng l ng s n sinh ra dòng th m trong đ t ch y u là

ψo – th th m th u (do s khác nhau v thành ph n hóa h c c a n c)

- Th tr ng l c ψg (hình 1.5) không ph thu c các đi u ki n áp l c c a n c trong

đ t và đ t có đ c bão hòa hay không mà ch ph thu c vào cao trình t ng đ i z1 c a kh i

n c và m t chu n, đ c xác đ nh b ng bi u th c:

Trong đó: γw - tr ng l ng đ n v c a n c

Hình 1.5: Các th tr ng l c và áp l c

- Th áp l c ψp ph thu c vào đi m đang xem xét trong đ t t i áp l c th y t nh l n

h n hay nh h n áp l c khí quy n (hình 1.5) Giá tr ψp d ng khi đi m xem xét phía

d i b m t n c t do và th ng đ c coi là th ng p

Trong đó: z2 – chênh l ch cao trình đi m đang xét và m c n c ng m

Khi áp l c t i đi m đang xem xét th p h n áp l c khí quy n, n ng l ng c n đ v n chuy n m t th tích đ n v n c t các đi u ki n khí quy n đ c xem xét b i nguyên lí mao

d n (hình 1.6) Th trong tr ng h p này đ c xem là th mao d n hay hút m Th trong

tr ng h p này đ c xem là th mao d n hay hút m

m p

R

cos 2

Tuy có các h n ch khi xét đ n b n ch t c a đ t nh thành ph n, c u trúc c a đ t, , song nguyên lí mao d n cho ta hi u các y u t t o ra th âm và hi u d ng c a nó xem xét tr ng h p các l r ng đ t đ c các ch t l ng không ph i n c, là không khí chi m ch (b y ch t l ng),

Khi áp l c khí tr ng thái chu n (khí quy n) khác áp l c khí trong đ t t i đi m đang xét, s khác nhau t áp l c (g i là th khí) ph i đ c t ng thêm cho th áp l c ho c là d ng ho c là âm

- Th th m th u ph thu c vào n ng đ ch t hòa tan và nhi t đ , v i các dung d ch pha loãng có th tính g n đúng (Slatyer, 1967):

ψo = MCT Trong đó: M – n ng đ molarcuar h t hòa tan; T- nhi t đ tuy t đ i;

C- h ng s h i t ng quát (8,32 x 107 egr/mol đ )

1.3.2 Các đ nh lu t th m trong đ t bão hòa

Khi nghiên c u, phân tích các đ c tr ng dòng th m, có s khác nhau l n gi a đ t bão hòa

và không bão hòa Trong đ t bão hòa, th ng gi thi t là dòng th m chi m toàn b kho ng tr ng

l r ng (tr đ t sét đ m ch t và đ t h t m n khác thì ch có kho ng r ng m i d n n c) Còn đ i

v i đ t không bão hòa thì ch có kho ng r ng đ c n c chi m ch là có s tham gia dòng n c

th m Do v y c n nghiên c u tách bi t dòng th m bão hòa và không bão hòa

Khi xem xét dòng th m qua m t ng mao qu n đ n (hình 1.7) do đ chênh th áp l c

∆P gi a hai đ u ng (l c truy n đ ng cho dòng th m đ ch ng l i ma sát do đ nh t η c a

n c) cho phép xác l p ph ng trình quan h gi a l u l ng qua ng mao qu n và đ chênh

th áp l c ∆P, chi u dài c a ng L và bán kính R c a ng theo đ nh lu t Poiseuille:

Hình 1.6: Cân b ng áp l c trong ng mao qu n

PR2

Rq

4 2

P8

RA

qV

P k

V i dòng th m ch y t ng có th dùng đ nh lu t Darcy cho các lo i đ t

P k

Khi nghiên c u s v n chuy n ch t ô nhi m c n phân bi t V và v n t c th c Va

H s th m xác đ nh b ng cách thông th ng là quan sát l u l ng qua h đ t d i gradien áp l c ∆P/L và s d ng (1-10) Các ph ng trình này nh th ch là cách gián ti p

Ph ng trình tr c ti p xác đ nh h s th m theo Kozeny (1927) và Carman (1956) đã cho th y liên gi a h s th m c a đ t d ng h t v i hình d ng l r ng c a chúng :

eS

1Ck

3 2 o

nh t) và hình d ng kho ng r ng Thu n l i khi tách các hi u qu c a các thông s ch t l ng

và môi tr ng Ví d , có th ch quan tâm riêng các nh h ng c a hình d ng kho ng r ng

đ n h s th m c a m t ch t l ng đã cho Th ng dùng h s th m “th c” hay “tuy t đ i”

đ ch h s th m ch liên quan các tính ch t c a môi tr ng Khi lo i tr đ nh t ch t l ng

l r ng t ph ng trình (1-14), h s th m th c có th bi u hi n theo:

Ck

3 2 o

đ n h s th m (theo Lambe và Whitman, 1969)

1.3 4 Tính th m c a đ t sét đ m ch t

t sét đ m ch t có vai trò quan tr ng trong các công trình ch a ch t th i, song c u trúc c a đ t không ch kh ng ch các tính ch t hóa lí c a đ t mà c ki u chu n b đ t i u

đó cho th y, c n có nh ng phân tích đ y đ v tính th m c a lo i đ t này

M t s nghiên c u cho th y h s r ng c a đ t đ m ch t không ch là y u t kh ng ch tính th m V i m t h s r ng đã cho thì vi c u trúc không ph i là duy nh t Do v y d đoán tính th m c a đ t sét đ m ch t theo các bi n đ i c u trúc đ t là kh kh n

S ph c t p v hành vi th m c a đ t sét đ m ch t đ c minh h a trong hình 1.9 Ta

th y là tính th m bi n đ i đ l n vài b c m c dù b n đ t sét đ c chu n b g n nh cùng các đi u ki n đ m đ t đ m ch t và dung tr ng khô l n nh t K t qu nghiên c u cho th y,

là, nói chung là s gi m t hai đ n ba l n đ th m khi c u trúc đ t chuy n t phía khô đ n phía t c a đ th m t t nh t Tính th m th p nh t x y ra phía t c a đ m t t nh t, khi v t quá có kh n ng h i ph c ph n nào ó là c s cho quy trình k thu t hi n th i khi chu n b đ t sét đ m ch t phía t c a đ m t t nh t trong khi xây d ng l p sét lót cho bãi ch a ch t th i

Các nghiên c u g n đây c ng đã xác l p các nh h ng c a các bi n nh lo i và

n ng l ng đ m ch t và kích c các c c đ t dùng trong quá trình đ m ch t Có th tham

kh o s mô t chi ti t các v n đ này c a Day và Daniel (1985) và Daniel (1987) và mô hình chùm c a Olsen

S gi m kích th c c c đ t và lo i tr các l r ng gi a các c c s cho các l r ng vi

k t c u nh h n và d n đ n kh n ng th m nh h n (Benson và Daniel, 1990)

Không gi ng tr ng h p c a cát, hóa h c c a s th m th u (ngoài tính ch t v t lí c a

đ nh t) nh h ng tính th m đ t sét đ m ch t ó là do hóa b m t mà các h t sét bi u hi n khi t ng tác v i ch t l ng l r ng trong giai đo n ch b c ng nh trong giai đo n th m Lý thuy t l p kép khu ch tán là c s đ rút ra các k t lu n t ng quát v hóa th m th u bi n đ i

vi c u trúc c a đ t sét đ m ch t

D a trên s th m th u đang xúc ti n c u trúc k t bông hay phân tán, có kh n ng d đoán đ nh tính nh h ng đ n tính th m Các y u t làm gi m b dày l p kép hay chi u dài Debye, t o ra k t c u k t bông Nói chung, k t c u k t bông làm t ng tính th m còn k t c u phân tán làm gi m tính th m D a trên các nh h ng c a thành ph n ch t l ng l r ng đ n

b dày l p kép khu ch tán, có th ph ng đoán các bi n đ i gi ng nh th v tính th m Xu

h ng bi n đ i tính th m do s bi n đ i các thông s ch t l ng l r ng ph bi n đ c th y trong b ng 1.2 Các nh h ng c a m t s ch t ô nhi m th c, đa d ng đ n c u trúc đ t và k

ch a đ c thi t l p c n đ c ti p t c nghiên c u Theo Daniel (1989), kh n ng th m hi n

tr ng th ng l n h n 10 đ n 1000 l n b ng các ph ng pháp trong phòng

Hình 1.10: Bi n đ i h s th m theo đ m đ t ch b

và n ng l ng đ m ch t (theo Mitchell et al 1965)

B ng 1.2 Các xu h ng bi n đ i tính th m do t ng cao

các thông s ch t l ng l r ng ph bi n Các thông s

1.3.5 Các nguyên lí và đ c tr ng c a dòng th m trong đ t không bão hòa

a Các nguyên lí c a dòng th m trong đ t không bão hòa

V i các x lý nh trong đ t bão hòa, ch p nh n khái ni m ng mao qu n đ đ c tr ng cho dòng th m không bão hòa Chú ý ch t i c c u truy n đ ng, t c là th áp l c – đ c g i

là th hút dính khi xem xét đ i không bão hòa V i m t ng mao qu n đ n, th hút dính t l ngh ch v i bán kính ng Quan h ngh ch trong hình 1.11 cho th y là khi các l r ng trong

kh i đ t đ c lí t ng hóa nh các ng mao qu n, n c trong các l r ng nh h n có th hút dính cao h n các l r ng l n h n i u này có ngh a là khi đ t bão hòa b t đ u chuy n sang không bão hòa, các l r ng l n h n thoát n c tr c tiên sau đó là các l r ng nh h n Do

v y, đ m th tích θ t i tr ng thái không bão hòa c a đ t đã cho là s ph n ánh tr ng thái

n ng l ng hay th hút dính c a n c S ph thu c n i t i này gi a đ m và th hút dính là

m t y u t quan tr ng và làm cho dòng không bão hòa khó mô t đ c tr ng h n dòng bão hòa Khi th tích n c là h ng s b ng đ r ng đ c huy đ ng nh là k t qu c a đ chênh

th áp l c tác d ng trong đ i bão hòa, trong tr ng h p đ i không bão hòa thì đ m bi n đ i liên t c v i th áp l c

Hình 1.11: Quan h ngh ch gi a th hút dính và bán kính ng mao qu n

T nguyên lý trên k t h p v i quan h gi a kích c và kh n ng gi n c t ng ng

c a các l r ng đ t, ta nh n đ c các đ ng cong đ c tr ng đ m (hay đ t – n c) Các

đ ng cong này cho bi t quan h gi a đ m và th hút dính (hình 1.11) Nói chung, đ t h t thô ch a nhi u n c trong các l r ng l n, nó có th đ c thoát t i các đ hút dính t ng

đ i không l n Trong khi h t m n có n c đ c phân b trong ph m vi các l r ng t ng

đ i nh h n, nó c n đ hút dính cao đ thoát n c Trong tr ng h p khác, có đ m (đ c

hi u là đ m d hay đ m không th gi m b t) mà d i đ m này n c th c t không

r

c b

)(1

1n

n

f

n

/)

n

(

a

ψα+

Viser (1996)

Brooks và Corey (1966) Gardner et al (1970) Campbell (1974) Van Genuchten (1978)

Hình 1.12 cho th y bi u hi n t ng tr ,

t c là d ng đ ng cong ph thu c vào đ t

đang m hay khô nh th y trong Góc ti p

đ ng cong làm khô hay thoát n c khi đ t

đ c làm khô ngày càng t ng t tr ng thái

bão hòa và đ ng cong làm m hay h p

th khi đ t đ c m t t tr ng thái khô

ban đ u Hình 1.12 các đ ng cong đ c tr ng đ m : B n ch t hi n t ng tr trong

c Bi n đ i h s th m theo đ m

T i m t tr ng thái dòng không bão

hòa đã cho, không ph i toàn b các ng

mao qu n tham gia dòng th m H s

th m c a đ i không bão hòa ph thu c

vào s và kích c các ng r ng tham gia

Chúng ta có th hi n dòng th m trong m t ng mao qu n đ n và c ng các tham s

c a toàn b các ng d n đ nh n đ c quan h cho đ th m không bão hòa Già thi t là có

K bán kính ng mao qu n khác nhau có chi u dài L, t t c chúng đ u d n n c, l u l ng

π

l

4 i

i R N L

P 8

R

N π

θ

∆

Theo ph ng trình (1-20), bi u th s ng r ng Ni theo ∆θ và Ri, l u l ng t ng dòng th m t ng ng đ m θi đ c th hi n theo bi u th c:

=

2 i

2 i i

L

P 8

1 ) (

Hình 1.13 : Bi n đ i đ th m không bão hòa

theo đ m th tích

T ng t v i đ nh lu t Darcy, h s th m c a đ t không bão hòa xác đ nh theo:

2 i l

8 ) (

=

2 i 2 pi

2 p u

1 2

) ( k

Vì th v lí thuy t có th s d ng hi u bi t v đ ng cong đ c tr ng đ m đ nh n

đ c bi u th c cho h s th m không bão hòa

T ng t v i các quan h đ c tr ng đ m, m t s quan h kinh nghi m đ th hi n

s bi n đ i ku theo θ ho c ψ (b ng 1.4)

B ng 1.4 Các quan h kinh nghi m cho h s th m không bão hòa

2 m m / 1

r s r r

s

r s

u

n u

s u

u

n

r s

r s

u

2

c

s u

1 n u

1k

)

(

k

)(a

)

(

k

)aexp(

(

k

)b(a

−θ

θ

−θ

−θ

−θ

θ

−θ

−θ

θ

−θ

ψ+

=

ψ

ψ+

Van Genuchten (1980)

Ghi chú : k s – h s th m bão hòa; θs – đ m th tích lúc bão hòa (b ng đ r ng);

ψc – th hút dính cho k u = k s /2; θr – đ m d ; a, b, m và n – các h ng s kinh nghi m

Xét m t th tích nguyên t (hình 1.14) theo nguyên lí b o toàn kh i l ng ta có :

Hình 1.14: B o toàn kh i l ng trong th tích nguyên t giám sát

Khi bi u th b ng toán h c theo ba h ng, v trái c a ph ng trình (1-26) tr thành:

zVV

)V(yVV

Vx

∂

−ρ+ρ

z ) V ( y ) V

∂

∂

− ρ

∂

∂

Trong đó: ρ - dung tr ng ch t l ng;

Vx, Vy và Vz – các v n t c dòng th m theo các h ng x, y và z

tr trong th tích nguyên t đang xét bi n đ i do dung tr ng ch t l ng thay đ i gây ra

s dãn n hay ngót ch t l ng ho c do th tích l r ng c a nguyên t thay đ i do kh n ng ép co

c a đ t theo th i gian V i các đ t h t m n, đó là quá trình c k t Khi đánh giá hai y u t này

v ph i ph ng trình (1-26), theo nguyên lí b o toàn kh i l ng có th bi u di n d ng:

n)()V(z)V(y)V(

t z y

x x

ρ

∂

∂

=ρ

∂

∂

−ρ

∂

∂

−ρ

∂ρ

=ρ

∂

∂

−ρ

∂

∂

−ρ

hkzy

hkyx

hk

Khi gi thi t môi tr ng bão hòa là đ ng nh t và đ ng h ng (kx = ky = kz = k) có

th đ n gi n hóa ph ng trình (1-32) thành:

t

hk

Sz

hy

hx

2 2 2 2 2

∂

∂+

(1-D i dây s xem xét m t s tr ng h p đ hi u bi t h n v các bài toán cho dòng th m bão hòa

b Dòng th m bão hòa tr ng thái n đ nh

Trong các đi u ki n tr ng thái n đ nh, khi đ tr c a môi tr ng r ng không bi n

đ i, ph ng trình (1-33) rút g n thành ph ng trình Laplace :

0hz

hy

hx

2 2 2 2 2

∂

∂+

Trong đó: C1 và C2 – các h ng s tích phân

xác đ nh các h ng s này, ta s d ng các đi u ki n biên đ n gi n sau đây:

Khi h1 > h2, v i các đi u ki n này, l i gi i ph ng trình là:

x L

) h h ( h

hx

h

2 2 2

2

=

∂

∂+

k

1 ) y , x (

ph ng (x, y) Các đ ng này g i là các đ ng dòng, do đ d c các đ ng cong này trong m t

ph ng (x, y) cùng h ng nh v n t c t ng i u này tuân theo cách l y tích phân quy t c chu i

đ n gi n c a ψ(x, y) = h ng s

y

V

V dx

th m g m hai nhóm đ ng cong vuông góc nhau trong ph m vi dòng th m thích h p v i các đi u ki n biên L i th m là ph ng pháp h u ích đ đánh giá các th áp l c trong

l u l ng th m ∆q qua kênh th m I có th bi u th theo đ nh lu t Darcy:

d

N

h k h k ) b ( a

h k

q = ∆ = ∆ =

Hình 1.16: L i th m cho đ p (các đ ng li n và đ ng n t t ng ng các đ ng đ ng th và đ ng dòng)

N u s kênh t ng trong l i là Nf thì l u l ng th m t ng qua ph m vi xác đ nh là:

d

f

N

Nkh

Vi c xây d ng l i th m trong vùng đ ng nh t đ ng h ng là đ c l p v i h s

th m Tuy nhiên, đ i v i vùng d h ng, c n chuy n các tr c đ t ng ng v i các khác nhau theo các ph ng c a đ th m Hình 1.17 là m t vài ví d v l i th m trong đ a k thu t môi tr ng

Hình 1.17: Các ví d v l i th m trong các bài toán dòng th m n c d i đ t

a) Dòng th m v gi ng trong t ng ch a n c ng m;

b) Dòng th m trong t ng ch a n c v i m t dãy vô t n các gi ng;

c) Vùng có dòng th m đ ng nhát v i m t c p gi ng hút và ép n c (theo Bear, 1979)

T ng t nh đ i v i dòng th m bão hòa, ta s bi u th toán h c dòng không bão hòa

b ng cách k t h p đ nh lu t b o toàn kh i l ng và đ nh lu t Darcy Do đ d n th y l c không là h ng s và ph thu c l n vào đ m nên không th s d ng cách đ n gi n hóa đã

th c hi n nh cho dòng th m bão hòa Xem l i y u t kh ng ch th tích c a hình 1.14, đ

tr c a nó không thay đ i m c dù ch t l ng và môi tr ng có th không b nén Do v y, dòng không bão hòa luôn là dòng chuy n ti p Vì đ m luôn nh h n đ r ng t ng, có th

bi u th nh là tích c a đ bão hòa S và đ r ng n, v ph i c a ph ng trình (1-27) có th

c i bi n đ ph n ánh cho dòng không bão hòa:

t

Snt

Snt

nS)Sn(t)V(z)V(y)V(

∂ρ+

∂

ρ

∂+

∂

∂ρ

=ρ

∂

∂

=ρ

∂

∂

−ρ

∂

∂

−ρ

∂

∂+

∂

∂+

∂

∂+

∂

∂

(1-53) Không gi ng tr ng h p dòng th m bão hòa, ph ng trình (1-53) không có kh n ng

đ n gi n h n do ku ph thu c l n vào ψ T ng t đ tr riêng trong bài toán dòng bão hòa,

kh n ng m riêng C (ψ) đ c dùng đ th hi n v ph i c a ph ng trình (1-53) Nó đ c

đ nh ngh a là s bi n đ i đ m cho m i bi n đ i đ n v c t áp l c, t c là:

θ

=ψd

d)(

ψ

∂ψ

∂

∂+

∂

∂+

ki n biên đ n gi n, l i gi i gi tích đ u tiên là c a Philip (1957)

Trong các bài toán xác đ nh, n i s ng m c a n c xu ng d i sâu quan tr ng h n

vi c d đoán các th hút dính trong su t đ i mao d n thì đ n gi n h n và không c n l i gi i theo ph ng trình (1-55)

Nh ng khe h đ n c đi qua t i b m t đ t b kh ng ch ch y u b i ph ng pháp đ a vào (s t o thành ao h , s phun t i…) và ngu n c p n c có kh n ng và các đi u ki n đ m tr c đây Ví d , l ng n c th m vào đ t khô ban đ u thì l n; tuy nhiên khi l p đ t trên m t tr nên bão hòa, gradien truy n đ ng dòng th m gi m và

l u l ng đ n g n đ d n th y l c bão hòa theo th i gian S đ bi n đ i l u l ng

ng m theo th i gian đ c th y trong hình 1.18

Hình 1.18 : S đ bi n đ i l ng ng m theo th i gian

1.5 V N CHUY N VÀ LAN TRUY N KH I TRONG T

Quá trình v n chuy n, lan truy n kh i tham gia vào vi c tiêu th hay s n sinh

kh i trong môi tr ng l r ng và tuân theo nguyên lí b o toàn kh i l ng :

=

L u l ng

kh i tích l y

Tuy nhiên, v ph ng th c v n chuy n, các ch t ô nhi m hòa tan trong n c có quan

h ch t ch v i dòng th m n c l r ng h n là các ch t ô nhi m không hòa tan, nó b kh ng

ch b i c c u, quy mô l r ng và các y u t bên ngoài

Trong m c này chúng ta s tìm hi u các ch t ô nhi m di chuy n nh th nào d i

m t đ t, quan h v i n c l r ng và s t ng tác l n nhau nh th nào

h ng v n chuy n ch t ô nhi m đ c hòa

tan V n t c l r ng (v n t c Darcy chia

cho đ r ng) là m t thông s quan tr ng

Trong các h có v n t c th p (do h s th m nh nh trong tr ng h p các công trình

ch n gi ch t th i) ch y u quá trình khu ch tán kh ng ch Còn trong các h có v n t c dòng th m cao nh trong đ t h t thô thì phân tán là ch y u

Hình 1.19: Hóa ch t v n chuy n trong n c ng m a) B ng bình l u; b) B ng hình l u và khu ch tán

(1-56)

Quá trình khu ch tán đ c mô t b ng nh lu t Fick th nh t, nó phát bi u là dòng hóa ch t khu ch tán J (kh i l ng ch t hòa tan cho m i di n tích đ n v , cho m i th i gian

đ n v , M/L2T) t l thu n v i gradien n ng đ :

dx

dC D

dC/dx – gradien n ng đ , là âm theo h ng khu ch tán

H s khu ch tán c a dung d ch t do (Do) th hi n đ linh đ ng (u) c a các ion, nó

ph thu c vào kh i l ng, bán kính và hóa tr c a chúng và b i các tính ch t c a ch t l ng

nh đ nh t (η), h ng s ch t đi n môi và nhi t đ tuy t đ i (T)

N

uRT

zF

RT

Do

ηπ

= ph ng trình Einstein – Stokes (1-60) Trong đó: R – h ng s khí ph bi n;

N – s Avogadro (6,022 x 1023

mol-1);

λo – đ d n ion gi i h n; F – h ng s Faraday (96500 C/Eg);

z  – giá tr tuy t đ i c a hóa tr ion;

r – bán kính phân t hay ion h p n c

tính đ n nh h ng k t h p c a khu ch tán và phân tán ta dùng h s phân tán D:

d i đ t d ng sau đây (Johnson et al 1989):

1 Nh là các ion “t do” bao quanh là các phân t n c

2 Nh là các nhóm không hòa tan, ch ng h n Ag2S, BaSO4

3 Nh là các ph c h p kim lo i, ch ng h n Al(OH)2+

4 Nh là các nhóm đ c h p ph

5 Nh là các nhóm đ c gi trên b m t b i s trao đ i ion

6 Nh là các nhóm khác nhau b i tr ng thái oxi hóa, ch ng Fe2+, Fe3+; Cr3+, Cr4+Các hóa ch t khác nhau t n t i m t hay nhi u d ng này khi tham gia các ph n ng v i nhau đ đ t cân b ng có th truy n t m t pha sang pha khác trong ba pha: r n, l ng và h i Nói cách khác, các ph n ng có th đ ng nh t (x y ra ch trong m t pha) ho c không đ ng nh t (liên quan s lan truy n pha) S bi n đ i hóa ch t t tr ng thái ban đ u là m t quá trình ph c t p, nó

Hình 1.20 : Các nh h ng t ng đ i c a s khu ch tán phân t và phân tán c h c đ n h s phân tán

D (theo Perkins và Johnston, 1963)

di n t không ng ng và ch u nh h ng b i c c u lan truy n Ngoài ra, s bi n đ i tr ng thái c a

m t nhóm có th thay đ i c c u lan truy n kh i c a các nhóm khác C n tìm m t mô hình v n chuy n kh i cùng v i m t mô hình đ a hóa có xét đ n khá nhi u bi n đ i mà m t hóa ch t d i

m t đ t tr i qua trong quá trình di chuy n Nhi u quá trình có t c đ ph n ng l n h n nhi u t c

đ c a dòng n c ng m, vì th ta c n đ c p chi ti t các quá trình này

thuân l i ta chia c c u lan truy n kh i thành hai nhóm:

1) Các quá trình vô sinh (quá trình không sinh h c trong t nhiên)

2) Các quá trình sinh h c

Quá trình sinh h c liên quan đ n s tiêu hao kh i l ng hóa ch t do vi khu n, th ng

đ c coi là s phân h y sinh h c S phát tri n/suy gi m qu n th (ch ng lo i) các vi khu n trong khi có m t các hóa ch t khác nhau là đi u quan tr ng đ u tiên trong các quá trình này Trong th c

t , c hai quá trình vô sinh và h u sinh di n ra đ ng th i Các vi khu n liên quan v i các quá trình

h u sinh có vai trò nh là các ch t xúc tác cho m t s ph n ng trong quá trình vô sinh

1.5.3 Các quá trình vô sinh

Các c c u ch y u trong nhóm này g m có: 1) Các ph n ng axit – baz ; 2) Th y hóa; 3) Các ph n ng oxi hóa - kh ; 4) Ph c h p; 5) K t t a và hòa tan; 6) Hòa tan ngoài

ng axit – baz này (thông qua các bi n đ i pH) là quan tr ng khi mô hình s v n chuy n

Do các bi n đ i pH, các hóa ch t tham gia các ph n ng này có th nh h ng s v n chuy n các ch t ô nhi m m c dù b n thân các hóa ch t có th không là các ch t ô nhi m

đ c quan tâm Sau đây là hai ví d c a các ph n ng này:

−

−

3 3

đây R là ph n ch y u c a ph n t h u c và X bi u th halogen, cacbon, photopho hay nit tham gia Vi c đ a hydroxin vào trong phân t h u c có th t o s n

ph m, ph n ng có kh n ng hòa tan nhi u h n và nh y c m v i s phân rã sinh h c

Vì th th y phân có th là m t c c u lan truy n quan tr ng trong x lý, b i vì nó có

th bi n đ i m t h p ch t h u c ban đ u có s c ch ng l i s phân h y sinh hóa thành

h p ch t có kh n ng phân h y Tuy nhiên, không ph i t t c các h p ch t h u c tham gia các quá trình th y phân Các h p ch t h u c nh y c m v i th y phân g m có alkyl halide, amit, cacbamat, este axit cacboxilic, epoxi và lacton, este axit photphoric và este axit sunfonic (Neely, 1985)

Ph ng trình (1-69) th hi n quá trình oxi hóa Fe2+

- cho m t đi n t , còn ph ng trình (1-70) th hi n quá trình kh c a Fe3+

- nh n m t đi n t Các ph n ng này làm bi n

đ i s nguyên t oxi hóa Ví d s oxi hóa c a s t thay đ i t 2 đ n 3

D i đây trình bày m t ph n ng kh hoàn toàn:

O2 + 4Fe2+ + 4H+ = 2H2O + 4Fe3+ (1-71) Khi mà s t và oxi tham gia nh là ch t cho đi n t (kh ) và ch t nh n đi n t (oxi hóa) t ng ng S oxi hóa c a các bi n đ i oxi t o đ n -2 và c a s t bi n đ i t 2 đ n 3 Nói chung, m t nguyên t b t kì có các hóa tr khác nhau có th giam gia các ph n ng kh

M t s nguyên t v t có các s oxi hóa bi n đ i Các nguyên t ph bi n th ng th y trong các tr ng thái oxi hóa bi n đ i

Các quá trình này x y ra ph bi n trong

t nhiên và d n đ n s lan truy n kh i l ng

l n d i đ t N c hòa tan m nh m t s ch t

hóa h c pha h i, pha r n c ng nh pha l ng

Có kh n ng hòa tan hoàn toàn m t nguyên t

đã cho trong n c ng m Các ch t ô nhi m có m t trong ch t l ng l r ng t i ngu n là do c

c u hòa tan này Các khoáng v t t nhiên hòa tan trong ch t l ng l r ng b ng quá trình

t ng t nh quá trình phong hóa

S hòa tan th ch cao và kaolinit di n ra nh sau:

Kaolinit + 5H2O = 2Al(OH)3 + 2H2SiO4 (1-75) Các thành ph n đ c hòa tan có th k t t a l i do các ph n ng v i các nhóm hòa tan khác M t s ví d c a các hóa ch t có th b gi m b t t i n ng đ th p h n trong ch t l ng

l r ng do s hình thành các k t t a nh chì và b c, chúng tham gia vào các ph n ng v i sunfit, cacbonat hay clorit Các ch t k t t a c ng có th hình thành nh là các s n ph m c a

ph n ng th y phân (k t t a s t, đ ng, crom và k m) hay các ph n ng kh (k t t a crom và acsenic) Có kh n ng trong các tr ng h p xác đ nh quá trình k t t a l n hòa tan ti p di n theo nhau khi d i ô nhi m di chuy n theo gradien h th p

Do pH ph thu c vào s hình thành các kim lo i (hình 1.21), kh n ng hòa tan c a oxit và hydoroxit kim lo i c ng ph thu c vào pH Hình 1.22 cho th y các ví d v kh

n ng hòa tan c a k m và đ ng nh là m t hàm c a pH

hòa tan c a các ch t tan h u c thì bi n đ i m nh Nói chung, các nhóm h p ch t

h u c tích đi n ho c ch a oxi hay nit thì d hòa tan nh t Ví d nh r u, tham gia liên

k t hydro v i n c và v a khít v i c u trúc c a nó Các phân t h u c l n h n thì kém hòa tan h n do chúng không th ch a trong c u trúc c a n c hòa tan nói chung t l ngh ch

v i kh i l ng c a các phân t h u c (Mackay và Leinonen, 1975) H s phân b octanol/n c (Kow) th ng đ c dùng đ bi u th đ hòa tan c a ch t tan h u c trong

n c Kowlà h ng s không th nguyên, bi u th ph n c a ch t tan h u c octanol và n c

Hình 1.21 : nh h ng c a pH đ n s

ph c h p hydroxit crom (theo Domenico và Schwartz, 1990)

Hình 1.22: hòa tan c a k m và đ ng là hàm s c a pH

(theo Stumm và Morgan, 1981)

- Hòa tan ngoài và b c h i

Các quá trình này bao hàm s lan truy n kh i gi a các pha h i ho c pha l ng hay

r n T ng t k t t a, các quá trình này chuy n kh i l ng t n c l r ng sang pha h i Chúng đ c kh ng ch b i áp l c h i – áp l c c a h i trong cân b ng v i pha l ng hay r n

t i m t nhi t đ đã cho Áp l c h i ph n ánh đ hòa tan c a m t h p ch t d ng h i và do

v y ch báo xu h ng c a h p ch t b b c h i Quá trình đ c kh ng ch b i hai đ nh lu t quen thu c, đ nh lu t Raoult và đ nh lu t Henry nh lu t Raoult đ c dùng đ liên h áp

l c c c b cân b ng c a ch t h u c bay h i trong khí quy n v i áp l c h i thành ph n tinh khi t Nói cách khác:

Trong đó: Pi – áp l c c c b c a h i trong pha khí;

xi – ph n mole c a dung môi h u c ;

Pio – áp l c h i c a dung môi h u c tinh khi t

Ph ng trình (1-76) ch dùng khi ph n mole c a dung môi l n h n 0,9 và do v y có giá tr đ bi u th kh n ng b c h i c a dung môi tinh khi t mô t kh n ng b c h i c a nhi u dung môi hòa tan trong n c thì thay b ng đ nh lu t Henry Nó liên h b c nh t áp l c

c c b cân b ng c a m t phân t v i ph n chi t mole c a ph n t trong pha n c theo bi u

th c sau:

Trong đó: Pi – áp l c c c b c a h i trong pha khí;

Xi – ph n mole c a phân t trong pha n c;

Hi – h ng s Henry đ c tr ng cho phân t

- Phân h y phóng x

Phân h y phóng x là quá trình các ch t đ ng v không n đ nh (các nguyên t c a cùng nguyên t khác nhau v kh i l ng) phân h y đ t o các ch t đ ng v m i Nó liên quan đ n s phát ra các h t t h t nhân nguyên t Quá trình phân h y α hay phân h y β

ph thu c vào nguyên t m t h t α (hê li) hay h t β (đi n t ) Phân h y là quá trình không thu n ng ch v i nguyên t m phân h y liên t c v i th i gian khi l ng ch t đ ng v con

t ng lên Quan trong tr ng k thu t đ a môi tr ng là các nhóm phóng x phóng thích vòa

n c ng m t các ho t đ ng nh khai m , xay nghi n và l u tr các ch t th i S chuy n

đ ng c a các ch t đ ng v phóng x nh uran, plutoni, xesi và selen ra kh i các ch ch a

ch t th i phóng x m c đ cao và các thi t b phòng v là vô cùng quan tr ng

- Hút th m b m t

Hút th m b m t là quá trình lan truy n pha, mô t s lan truy n các ch t ô nhi m t

tr ng thái l ng sang tr ng thái r n và là quá trình ch đ o tác đ ng h u h t các nhóm hòa tan trong n c Hút th m b m t là thu t ng đ c dùng đ ch t t c quá trình quy t đ nh s lan truy n kh i bao g m: thu hút, h p th và trao đ i ion Thu hút là quá trình hóa ch t đ c

h p ch t vào trong pha r n, trong khi h p th là quá trình hút các hóa ch t vào b m t Trao

đ i ion di n ra do s thay th các cation trong pha r n nh đã đ c p trong ch ng 1, và do

v y có th đ c xem nh m t tr ng h p đ c bi t c a thu hút Nhi u ph n ng hút th m b

m t là thu n ngh ch toàn b hay m t ph n và không hút th m b m t đ c dùng đ ch quá trình ng c này

Các ph n ng hút th m b m t nói chung đ c phân chia ra ph n ng kh i đ ng ch t

h p ph và ph n ng kh i đ ng dung môi (Weber, 1972) Kh i đ ng ch t h p ph x y ra khi pha r n là pha ho t đ ng, hút hóa ch t do có các v trí trao đ i ion trên pha r n Kh i

đ ng dung môi x y ra khi các hóa ch t (th ng không có c c và h u c ) b n ch t không a

n c và do v y có xu h ng liên k t v i pha không c c nh l ng h u c c a môi tr ng

l r ng Vì th trong tr ng h p tr c thì ch ng l i l c hút, còn trong tr ng h p sau thì tác

đ ng qua l i v i nhau nh các v t cùng lo i Hai d ng này bao trùm toàn b các ph n ng hút th m b m t có kh n ng x y ra và cho ta bi t các thông s kh ng ch hi n t ng hút

Các quá trình đã đ c đ c p trong m c tr c di n ra v i t c đ khác nhau đ đ t cân

b ng hóa h c M t ph ng pháp đ n gi n gi thi t là các ph n ng s ngay l p t c đ c câng b ng i u này đ c bi u hi n trong tr ng h p các ph n ng axit-baz và m t s

ph n ng khác đ c g i là mô hình cân b ng c a ph n ng Tuy nhiên, khá nhi u ph n ng

di n ra là chuy n ti p t ng t nh quá trình phân tán và khu ch tán khi v n chuy n M t s

ph n ng nh phân h y phóng x và ph n ng kh do sinh h c có th di n ra vài tháng hay vài n m Trong các tr ng h p này c b n ch p nh n mô hình đ ng h c và x lý ph n ng

ph thu c vào th i gian Hình 1.23 cho th y bán th i gian (th i gian c n cho m t n a quá trình ph n ng) c a m t s ph n ng ph bi n di n ra d i đ t Phân h y phóng x , không

th y trong hình 1.23, co giá tr bán th i gian khá l n

Hình 1.23: Ph m vi bán th i gian c a các ph n ng ph bi n di n ra d i đ t

(theo Langmuir và Mahoney, 1984)

Mô hình cân b ng c a ph n ng d a trên đ nh lu t tác đ ng kh i l ng cho phép ta trình bày s phân b cân b ng v kh i l ng gi a các ch t ph n ng và các s n ph m Xem xét m t ph n ng thu n ngh ch có các ch t tham gia A và B đ t o ra ch t C và D:

Trong đó: a, b, c và d bi u th s mole c a các thành ph n riêng bi t Lúc cân b ng,

đ nh lu t kh i l ng phát bi u là:

[ ] [ ] [ ] [ ]a b

d c

BA

DC

Trong đó K là h ng s cân b ng và [] bi u th tính ch t nhi t đ ng cân b ng v i

n ng đ pha n c cho các nhóm b hòa tan hay cho áp l c c c b c a khí H ng s cân

b ng K là h ng s phân tách trong tr ng h p các ph n ng axit-baz , là h ng s hòa tan trong tr ng h p ph n ng hòa tan, là h ng s n đ nh hay ph c h p trong tr ng

h p ph n ng ph c h p, là h ng s thay th cho tr ng h p thay th /th y phân và h ng

Ph ng trình (1-80) cho thu t ng v ngu n suy gi m đ i v i m t thành ph n đã cho và có

th h p nh t tr c ti p trong ph ng trình v n chuy n kh i khi đ c p trong m c ti p sau

Trong m t s tr ng h p, các ph n ng có th bi u th b ng d ng đ n gi n c a đ nh lu t t c

đ nh đ c cho d i đây (Langmuir và Mahoney, 1984):

[ ]C k

Trong đó: rC và rFe là t c đ bi n đ i kh i c a phân h y thu n ngh ch c a 14C và c a

Fe2+trong ph n ng phân h y phóng x và oxi hóa sau đây:

2

FeOH O

H 2

1 O 4 1

H i đ ng nghiên c u qu c gia (1990) nh c nh là, nói chung mô hình cân b ng thi t

l p ch phù h p các ph n ng oxi hóa/kh và axit/baz Ph ng trình đ ng h c thích h p cho các ph n ng phóng x hòa tan, ph c h p và thay th /th y phân; tuy nhiên các h ng s

t c đ c n cho các mô hình này đ i v i m t s nhóm thích ng d i m t đ t thì khó xác

đ nh Do v y, ng i ta có th hi v ng các n l c nghiên c u t ng lên trong t ng l i v m t

s trong các c c u lan truy n kh i này

1.5.5 Các quá trình sinh h c

t là n i s ng cho r t nhi u lo i vi khu n i n hình, s vi khu n vào kho ng 1 x 106t bào cho m i gam tr ng l ng khô trong các h t nhiên Các vi khu n này ho t đ ng nh là các

ch t xúc tác cho các chuy n đ i vô sinh đã trình bày trên, đ c bi t là các ph n ng kh Các

ph n ng kh liên quan s phóng thích n ng l ng khi các đi n t đ c cho trong quá trình oxi hóa h p ch t hóa h c Khá gi ng s hô h p c a con ng i, ph n l n ch t h u c s d ng oxi trong khi hô h p, khi oxi hóa v t ch t h u c S oxi hóa v t ch t h u c đ t o dioxit cacbon là

m t ví d c a s hô h p sinh h c Tuy nhiên, oxi có th đ c h i cho m t s h u c , trong tr ng

h p sinh tr ng h u c di n ra trong các đi u ki n vô sinh V i các h u c này, oxi đ c thay th

b i h p ch t h u c khác M t ví d đi n hình v quá trình sinh h c liên quan v i các h u c này

là quá trình kh nit , trong đó nitrat đ c bi n đ i thành khí nit

Trong khi x lí s lan truy n kh i các ch t ô nhi m d i đ t, quan tâm c a chúng

ta là l ng tiêu th hóa ch t c a các vi khu n Liên quan v i các ph n ng sinh h c, chúng

ta c n n m b t v kh n ng t n t i và sinh tr ng/ suy gi m v s l ng vi khu n S l ng

vi khu n đ c kích thích trao đ i ch t nh th nào s ph thu c vào s có m t c a ngu n

n ng l ng, các ch t dinh d ng (ch y u là nit và photpho) và các đi u ki n môi tr ng thích h p (nhi t đ , pH,…) S sinh tr ng đ c kích thích c a h u c và s ch p nh n

ch t ô nhi m có liên quan các ch t h u c này t ng lên là đi u mong mu n n i ti n hành

x lí hi n t ng ó là k thu t x lí b ng ph ng pháp sinh h c ch t ô nhi m

Các giai đo n sinh tr ng khác nhau c a vi khu n đi n hình di n ra trong môi tr ng

đ c gi i h n b i s c p các ch t dinh d ng và kh n ng ch p nh n đi n t nh th y hình 1.24 Nói chung có 6 giai đo n phát tri n giai đo n th nhát – giai đo n tr , vi khu n ch p

nh n các đi u ki n môi tr ng s m và các đ a t ng có kh n ng cho ngu n n ng l ng và cacbon

Ti p theo là giai đo n gia t c khi s vi khu n sinh tr ng v i t c đ gia t ng T c đ sinh tr ng

l n nh t đ c duy trì trong giai đo n sinh tr ng theo hàm s m khi đ a t ng b h y ho i nhi u