Nghiên cứu đánh giá mức độ lan truyền ô nhiễm trong môi trường đất nền khu vực quận long biên hà nội

Tính cấp thiết của đề tài Trong công cuộc công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, cùng với sự tăng trưởng, phát triển của kinh tế - xã hội, văn hóa, chính trị là sự khai thác các nguồ

LỜI CẢM ƠN

Đây là bản thuyết minh luận văn thạc sĩ của tôi với đề tài: “Nghiên cứu đánh giá mức

độ lan truyền ô nhiễm trong môi trường đất nền khu vực quận Long Biên - Hà Nội” Là

thành quả của tôi sau 2 năm học tập và nghiên cứu tại Bộ môn Địa kỹ thuật, Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy lợi Hà Nội Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy trong

bộ môn, đặc biệt là thầy TS Phạm Quang Tú là người định hướng, hướng dẫn và chỉ

bảo tận tình tôi trong suốt thời gian làm luận văn Thầy không chỉ hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn mà còn cho tôi tiếp cận với lĩnh vực khoa học mới mà trước đây tôi chưa

có cơ hội tiếp cận và là cơ hội để tôi được nghiên cứu và vận dụng đưa các giải pháp vào quá trình thực hiện Với tinh thần trách nhiệm, niềm say mê nghiên cứu khoa học,

tận tụy của các thầy tới mọi người tôi nhận thấy mình cần phải phát huy hơn nữa

Tôi chân thành cảm ơn tới Ban giám hiệu, các cán bộ Phòng Đại học và Sau Đại học, Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy lợi đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại Trường

Tôi chân thành cảm ơn tới các thầy cô giảng dạy lớp Cao học 24 ĐKT 11đã truyền dạy kiến thức cho chúng tôi trong quá trình học tập

Nhân đây tôi cũng bày tỏ sự cảm ơn chân thành tới các bạn trong lớp, các bạn đồng nghiệp nơi tôi công tác đã hỗ trợ tôi tài liệu liên quan đến đề tài mà tôi đang nghiên cứu

Đặc biệt cảm ơn sâu sắc tới thầy TS Phạm Quang Tú đã dành nhiều thời gian để cùng

đồng hành và hướng dẫn cho tôi trong thời gian qua

Long biên,ngày tháng 3 năm 2018

Tác giả luận văn

Hoàng Thị Thuý

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN CAM KẾT Kính gửi: - Ban Giám hiệu Trường Đại học Thủy lợi;

- Phòng Đào tạo ĐH và Sau ĐH – Trường Đại học Thủy lợi

Tên tôi là: Hoàng Thị Thúy

của thầy TS Phạm Quang Tú

Tôi xin cam đoan luận văn là kết quả nghiên cứu của tôi, không sao chép của ai Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải trên các tài liệu và các trang website theo danh mục tài liệu tham khảo của luận văn

Hà Nội, tháng 3 năm 2018

Tác giả luận văn

Hoàng Thị Thuý

MỤC LỤC

1 MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích của đề tài 2

3 Nội dung nghiên cứu 2

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

5 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 2

6 Cấu trúc của luận văn 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LAN TRUYỀN CHẤT Ô NHIỄM TRONG MÔI TRƯỜNG ĐỊA KỸ THUẬT 4

1.1 Các khái niệm chung 4

1.1.1 Nước 4

1.1.1.1 Nước ở trạng thái hơi 4

1.1.1.2 Nước liên kết vật lý 4

1.1.1.3 Nước mao dẫn 4

1.1.1.4 Nước trọng lực 5

1.1.1.5 Nước ở trạng thái rắn 5

1.1.1.6 Nước liên kết hoá học 5

1.1.1.7 Nước kết tinh 5

1.1.2 Ô nhiễm đất, nước và các dạng ô nhiễm trong đất và nước 5

1.1.2.1 Khái niệm 5

1.1.2.2 Các dạng ô nhiễm trong đất, nước 6

1.2 Nguồn gây ô nhiễm môi trường đất, nước 6

1.3 Cơ chế vận chuyển, lan truyền ô nhiễm 9

1.3.1 Cơ cấu vận chuyển chất ô nhiễm 11

1.3.2 Cơ cấu lan tuyền chất ô nhiễm 12

1.4 Các tác động của con người tới môi trường 12

1.4.1 Tác động tiêu cực 12

1.4.1.1 Quá trình công nghiệp hóa và đô thị hóa 12

1.4.1.2 Ảnh hưởng của quá trình bùng nổ dân số 14

1.4.2 Những hành động mang tính tích cực của con người 14

1.5 Thực trạng ô nhiễm môi trường đất nước ở Việt Nam 14

1.6 Các giải pháp xử lý chất thải 16

1.7 Kết luận Chương 1 18

CHƯƠNG 2: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ THỰC TRẠNG Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG ĐẤT VÀ NƯỚC KHU VỰC QUẬN LONG BIÊN 20

2.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên 20

2.1.1 Vị trí địa lý 20

2.1.2 Đặc điểm khí hậu 21

2.1.2.1 Nhiệt độ 22

2.1.2.2 Độ ẩm không khí 22

2.1.2.3 Nắng và bức xạ 23

2.1.2.4 Mưa 23

2.1.2.5 Bốc hơi 24

2.1.3 Chế độ thủy văn 24

2.1.3.1 Hệ thống sông Hồng 24

2.1.3.2 Hệ thống sông Đuống 25

2.2 Đặc điểm địa chất, địa chất thủy văn 25

2.2.1 Đặc điểm địa chất 25

2.2.2 Đặc điểm địa chất thủy văn 27

2.2.2.1 Các thành tạo chứa nước 27

2.2.2.2 Các thành tạo nghèo nước hoặc không chứa nước 34

2.3 Đặc điểm kinh tế xã hội 35

2.3.1 Kinh tế 35

2.3.1.1 Phát triển công nghiệp 35

2.3.1.2 Phát triển xây dựng 37

2.3.1.3 Phát triển nông nghiệp 39

2.3.2 Giao thông 40

2.3.3 Dân cư 41

2.4 Thực trạng môi trường quận Long Biên 42

2.4.1 Nguồn nước mặt 42

2.4.1.1 Thực trạng nguồn nước mặt 42

2.4.1.2 Các nguồn gây ô nhiễm nước mặt 43

2.4.1.3 Đánh giá ô nhiễm nguồn nước mặt 47

2.4.2 Nước dưới đất 55

2.4.2.1 Tài nguyên nước dưới đất 55

2.4.2.2 Các nguồn gây ô nhiễm 55

2.4.2.3 Đánh giá chất lượng nguồn nước ngầm 56

2.4.3 Môi trường đất 58

2.4.3.1 Các nguồn gây ô nhiễm đất 58

2.4.3.2 Hiện trạng ô nhiễm đất 59

2.4.4 Quản lý chất thải rắn 60

2.4.4.1 Nguồn phát sinh chất thải rắn đô thị và công nghiệp 60

2.4.4.2 Thu gom, vận chuyển và xử lý chất thải rắn đô thị, công nghiệp 62

2.5 Hiện trạng ô nhiễm trên sông Cầu Bây 63

2.6 Tác động của ô nhiễm môi trường trên sông Cầu Bây 64

2.6.1 Tác động đến sức khỏe con người 64

2.6.2 Tác động đến kinh tế-xã hội 65

2.6.3 Tác động đến các hệ sinh thái 66

2.7 Thực trạng công tác quản lý môi trường trên sông Cầu Bây 66

2.7.1 Cơ quan quản lý sông Cầu Bây 66

2.7.2 Công tác duy trì nạo vét sông Cầu Bây 66

2.7.3 Các nội dung về bảo vệ môi trường đã và đang thực hiện 66

2.7.3.1 Công tác tuyên truyền 66

2.7.3.2 Công tác quản lý nước thải công nghiệp 67

2.7.3.3 Công tác quản lý nước thải sinh hoạt 68

2.7.3.4 Công tác đầu tư hạ tầng 68

2.7.3.5 Tổ chức nạo vét lòng sông 69

2.8 Kết luận Chương 2 69

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH LAN TRUYỀN Ô NHIỄM VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU Ô NHIỄM TRONG MÔI TRƯỜNG ĐỊA KỸ THUẬT DỌC SÔNG CẦU BÂY 70

3.1 Đặt vấn đề 70

3.2 Phân tích lan truyền ô nhiễm nguồn nước mặt trên sông Cầu Bây khu vực quận

Long Biên tới nước dưới đất 70

3.2.1 Các số liệu điều tra cơ bản 70

3.2.1.1 Số liệu địa chất – địa chất thủy văn 70

3.2.1.2 Các đặc trưng cơ lý dùng trong phân tích lan truyền chất ô nhiễm 74

3.2.1.3 Đặc điểm thủy văn trên sông Cầu Bây 75

3.2.2 Vị trí nghiên cứu và các trường hợp tính toán 75

3.2.3 Phân tích vận chuyển, lan truyền ô nhiễm 76

3.2.3.1 Giới thiệu về phần mềm GEO-STUDIO và module CTRAN/W 76

3.2.3.2 Các bước cơ bản để giải bài toán bằng Modul CTRAN/W 77

3.2.3.3 Kết quả tính cho bài toán phân tích sự dịch chuyển của chất ô nhiễm bằng Module CTRAN/W 79

3.3 Các giải pháp bảo vệ nước dưới đất 86

3.3.1 Giải pháp công trình 86

3.3.1.1 Thi công tường chống thấm 86

3.3.1.2 Thi công màng chống thấm 88

3.3.2 Giải pháp phi công trình 89

3.3.2.1 Các giải pháp tổng thể 89

3.3.2.2 Các giải pháp cụ thể 89

3.4 Kết luận Chương 3 90

4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 92

1 Kết luận và kiến nghị 92

2 Một số điểm còn tồn tại 93

3 Hướng nghiên cứu tiếp theo 93

5 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94

6 CÁC PHỤ LỤC 95

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Kết quả hút nước thí nghiệm lớp chứa nước qp2vùng Hà Nội [10] 31

Bảng 2.2: Kết quả hút nước thí nghiệm lớp chứa nước qp1vùng Hà Nội [10] 33

Bảng 2.3: Kết quả hút nước thí nghiệm lớp chứa nước qp1khu vực nghiên cứu [10] 34

Bảng 2.4: Số lượng cơ sở, lao động và giá trị sản xuất của ngành xây dựng trên địa bàn quận [7] 38

Bảng 2.5: Tỷ lệ gia tăng dân số theo các năm [7] 41

Bảng 2.6: Chất lượng nước(*) các sông trên địa bàn quận Long Biên [12] 49

Bảng 2.7: Kết quả phân tích chất lượng nước hồ trên địa bàn quận Long Biên [12] 53

Bảng 2.8: Kết quả phân tích chất lượng nước ngầm trên địa bàn Quận Long Biên [12] 57

Bảng 3.1: Giá trị trung bình các chỉ tiêu cơ lý của lớp 1 71

Bảng 3.2: Giá trị trung bình các chỉ tiêu cơ lý của Lớp 2 72

Bảng 3.3: Giá trị trung bình các chỉ tiêu cơ lý của Lớp 3 73

Bảng 3.4: Giá trị trung bình các chỉ tiêu cơ lý của lớp 4 74

Bảng 3.5: Các mặt cắt và trường hợp tính toán 76

Bảng 3.6: Bảng tổng hợp kết quả tính toán lan truyền ô nhiễm CN- 84

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Các trường hợp khu vực ô nhiễm [1] 8

Hình 1.2: Vùng ô nhiễm phân bố không đều 9

Hình 1.3: Chất ô nhiễm lan truyền từ một nguồn ô nhiễm (liên tục) [2] 11

Hình 1.4: Hóa chất vận chuyển trong nước ngầm [1] 12

Hình 1.5: Sơ đồ chôn lấp chất thải rắn [3] 17

Hình 1.6: Mặt cắt ngang thiết kế điển hình bãi chôn lấp [3] 17

Hình 1.7: Tổng thể nhà máy xử lý nước thải [4] 18

Hình 1.8: Mặt cắt ngang dây chuyền xử lý nước thải [5] 18

Hình 2.1: Bản đồ quy hoạch dân cư quận Long Biên đến 2030 [6] 21

Hình 2.2: Nhiệt độ trung bình tháng giai đoạn 2014 – 2016 [7] 22

Hình 2.3: Biểu đồ thể hiện độ ẩm trung bình tháng qua các năm giai đoạn 2014-2016 [7] 23

Hình 2.4: Lượng mưa trung bình tháng của các năm 2014 – 2016 [7] 24

Hình 2.5: Mặt cắt địa chất – địa chất thủy văn khu vực quận Long Biên [10] 36

Hình 2.6: Giá trị sản xuất ngành công nghiệp khu vực kinh tế ngoài nhà nước phân theo ngành kinh tế ( giá hiện hành) quận Long Biên giai đoạn 2010 – 2013 [7] 36

Hình 2.7: Giá trị sản xuất nông, lâm nghiệp và thủy sản theo giá hiện hành quận Long Biên [7] 40

Hình 2.8: Một số chỉ tiêu BOD, COD, SS, Coliform trong nước sông của quận Long Biên so với QCVN [12] 51

Hình 2.9: Chất lượng nước hồ trên địa bàn quận Long Biên [12] 54

Hình 2.10: Sơ đồ sông Cầu Bây trên địa bàn quận Long Biên 64

Hình 3.1: Vị trí các mặt cắt khảo sát trên sông Cầu Bây – Long Biên 75

Hình 3.2: Quy trình mô hình hóa và xuất kết quả bằng module CTRAN/W 79

Hình 3.3: Sự dịch chuyển của chất rắn lơ lửng (SS) từ phía sông về khu vực đồng ruộng, dân cư 79

Hình 3.4: Phân bổ nồng độ chất rắn lơ lửng (SS) theo không gian 80

Hình 3.5: Sự rò rỉ và lan truyền chất rắn lơ lửng (SS) do dòng thấm và hoạt động của phân tử chất ô nhiễm trong đất (sau 365 ngày) 80Hình 3.6: Sự rò rỉ và lan truyền chất rắn lơ lửng (SS) do dòng thấm và hoạt động của phân tử chất ô nhiễm trong đất (sau 730 ngày) 81Hình 3.7: Sự lan truyền chất rắn lơ lửng (SS) 81Hình 3.8: Phân bổ nồng độ chất rắn lơ lửng (SS) theo không gian có xét đến ảnh hưởng

củ hạ thấp mực nước ngầm 82Hình 3.9: Sự rò rỉ và lan truyền chất rắn lơ lửng (SS) do dòng thấm và hoạt động của phân tử chất ô nhiễm trong đất (sau 3 năm) 82Hình 3.10: Biểu đồ phân tích sự phân bổ nồng độ chất rắn lơ lửng (SS) theo khoảng cách

từ nguồn rò rỉ (phía sông) của các mốc thời gian 83Hình 3.11: Hạn chế việc di chuyển của chất ô nhiễm bằng giải pháp tường chống thấm 87Hình 3.12: Sự lan truyền chất ô nhiễm giảm theo không gian sử dụng giải pháp tường chống thấm 87Hình 3.13: Lan truyền ô nhiễm chất rắn lơ lửng (SS) (particle tracking) 87Hình 3.14: Biểu đồ phân tích sự phân bổ nồng độ chất rắn lơ lửng (SS) theo không gian

sử dụng giải pháp tường chống thấm 88

1 MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong công cuộc công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, cùng với sự tăng trưởng, phát triển của kinh tế - xã hội, văn hóa, chính trị là sự khai thác các nguồn tài nguyên thiên nhiên, xả thải các chất thải rắn, lỏng, khí vào môi trường đất, nước, không khí, tăng các nguy cơ ô nhiễm môi trường

Quận Long Biên có vị trí chiến lược quan trọng về chính trị, kinh tế, văn hoá xã hội của thành phố Hà Nội Nơi đây có các tuyến đường giao thông quan trọng như đường sắt, đường bộ, đường thuỷ nối liền với các tỉnh phía Bắc, Đông Bắc; có sân bay Gia Lâm, khu vực quân sự, nhiều khu công nghiệp liên doanh với nước ngoài như: khu công nghiệp kỹ thuật cao Sài Đồng B, khu công nghiệp Sài Đồng A, Đức Giang, Đài Tư; nhiều công trình kinh tế, văn hoá, khoa học kỹ thuật, cơ quan nhà máy, đơn vị sản xuất kinh doanh của Trung ương, Thành phố và địa phương Đặc biệt với lợi thế vị trí cửa ngõ phía Đông Bắc của thành phố Hà Nội, nối liền với trục tam giác kinh tế Hà Nội- Hải Phòng- Quảng Ninh, đồng thời cũng là trục kinh tế sôi động hội nhập nền kinh tế trong khu vực và thế giới Đó là những yếu tố cơ bản thuận lợi cho quận Long Biên phát triển nhanh, mạnh và bền vững về kinh tế- xã hội

Một vấn đề nóng bỏng, gây bức xúc trong dư luận xã hội cả nước nói chung và quận Long Biên hiện nay là tình trạng ô nhiễm môi trường nước dưới đất do các hoạt động sản xuất và sinh hoạt của con người trên địa bàn gây ra Vấn đề này ngày càng trầm trọng, đe doạ trực tiếp sự phát triển kinh tế - xã hội bền vững, sự tồn tại, phát triển của các thế hệ hiện tại và tương lai Giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường trong thời kỳ đẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa hiện nay không chỉ là đòi hỏi cấp thiết đối với các cấp quản lí, các doanh nghiệp mà đó còn là trách nhiệm của cả hệ thống chính trị và của toàn xã hội

Một trong các nguyên nhân là do quận Long Biên đang chịu áp lực mạnh mẽ của sự gia tăng dân số, quá trình đô thị hoá quá nhanh, các hoạt động kinh tế xã hội, đặc biệt là của các khu công nghiệp, khu khai thác và chế biến Sự ra đời và hoạt động của hàng loạt các khu công nghiệp, các hoạt động tiểu thủ công nghiệp, các làng nghề, các xí nghiệp kinh tế quốc phòng cùng với các hoạt động khai thác, chế biến khoáng sản, canh tác trên

hành lang thoát lũ làm cho môi trường nói chung và môi trường nước và đất nói riêng ngày càng xấu đi, nhiều khu vực đã bị ô nhiễm tới mức đáng báo động đặc biệt là dọc khu vực sông Cầu Bây

Việc nghiên cứu hiện trạng cũng như mức độ lan truyền ô nhiễm môi trường đất và nước, làm cơ sở khoa học đề xuất điều chỉnh quy hoạch phát triển kinh tế xã hội, đô thị cũng như đưa ra các giải pháp giảm thiểu ảnh hưởng của ô nhiễm trên địa bàn quận Long Biên là yêu cầu cấp thiết, góp phần phát triển bền vững quận Long Biên nói riêng và thủ

đô Hà Nội nói chung

2 Mục đích của đề tài

Đánh giá hiện trạng và phân tích mức độ lan truyền ô nhiễm môi trường đất và nước trên địa bàn quận Long Biên và đề xuất, kiến nghị giải pháp giảm thiểu tác động

3 Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu của đề tài là:

- Tổng quan về lan truyền ô nhiễm trong môi trường đất và nước;

- Điều tra khảo sát ô nhiễm môi trường đất, nước và các yếu tố khác ngoài thực địa, từ

đó tổng hợp, đánh giá thực trạng ô nhiễm môi trường đất, nước trên địa bàn Quận Long Biên;

- Phân tích đánh giá sự lan truyền ô nhiễm trong môi trường nước dưới đất tại các vị trí trí điển hình;

- Đề xuất giải pháp công trình bảo vệ ảnh hưởng của ô nhiễm tác động tới môi trường nước dưới đất

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Môi trường đất và nước dọc hệ thống sông cầu Bây thuộc địa bàn Quận Long Biên và phương pháp đánh giá, nghiên cứu lan truyền ô nhiễm từ hệ thống sông đến tầng chứa nước ngầm Holocen

5 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp điều tra, thu thập số liệu hiện trường cùng các mô hình số để mô phỏng, dự báo lan truyền ô nhiễm trong môi trường đất nền

6 Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm 03 chương và phần mở đầu và kết luận với tổng số 100 trang, bảng, hình

vẽ chưa bao gồm phụ lục tính toán

1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LAN TRUYỀN CHẤT Ô NHIỄM

TRONG MÔI TRƯỜNG ĐỊA KỸ THUẬT 1.1 Các khái niệm chung

Trong môi trường đất đá, nước là hợp phần có vai trò quan trọng ảnh hưởng đến đặc tính địa kỹ thuật trong đó có việc vận chuyển, lan truyền chất ô nhiễm Do vậy những vấn đề về điều kiện địa chất thủy văn bao gồm sự phân bố không gian, thành phần, tính chất của các tầng chứa nước, thấm nước yếu, trạng thái tồn tại,… đặc biệt là tính thấm

và chế độ thủy động lực của dòng chảy là những yếu tố quan trọng quyết định khả năng, phương thức, tốc độ vận chuyển, lan truyền chất ô nhiễm và cả các quá trình biến đổi hóa, lí, sinh học của chúng Đó là những vấn đề cơ bản cần để hiểu chất ô nhiễm vận chuyển, lan truyền như thế nào dưới mặt đất

1.1.1 Nước

Nước trong đất đá tồn tại dưới những dạng: hơi nước, nước liên kết vật lý, nước mao dẫn, nước trọng lực, nước ở trạng thái rắn, nước trong mạng tinh thể khoáng vật

1.1.1.1 Nước ở trạng thái hơi

Nước ở trạng thái hơi tồn tại trong lỗ hổng và khe nứt rỗng Hơi nước rất dễ di chuyển, chúng vận động từ nơi có áp lực lớn đến nơi có áp lực nhỏ, đi từ nơi có độ ẩm lớn đến nơi có độ ẩm nhỏ hơn, có thể vận động từ khí quyển vào lỗ rỗng của đất hoặc ngược lại

1.1.1.2 Nước liên kết vật lý

Nước liên kết vật lý bị giữ trên bề mặt các hạt cứng bởi những lực liên kết lớn hơn trọng lực, vận động chậm chạp hơn rất nhiều so với nước tự do

Nước liên kết chặt (nước hấp phụ) được thành lạo do sự hấp phụ các phân tử nước trên

bề mặt của các hạt, tạo thành một lớp rất mỏng sát ngay trên bé mặt các hạt - Nước liên kết yếu (nước màng mỏng) phân bố ngay trên lớp nước liên kết chặt bằng mối liên kết phân tử Lực liên kết giữa các phân tử nước và bể mặt hạt yếu đi nhiều Nước liên kết yếu tồn tại trong đất đá khi độ ẩm trong đất đá lớn hơn độ ẩm hấp phụ lớn nhất

1.1.1.3 Nước mao dẫn

Nước mao dẫn là nước chứa trong các lỗ hổng và các khe rãnh mao dẫn, chủ yếu do tác dụng của lực mao dẫn phát sinh ở phần tiếp xúc giữa nước với không khí trong đất đá

1.1.1.4 Nước trọng lực

Nước trọng lực (nước lỏng) được thành tạo trong đất đá khi độ ẩm của chúng lớn hơn

độ ẩm phân tử tối đa hay khi các lỗ hổng đất đá bão hoà nước Vận động của nước trọng lực diễn ra chủ yếu dưới tác dụng của trọng lực và của gradien áp lực Nước trọng lực còn được gọi là nước tự do có khả năng truyền áp lực thủy tĩnh Khi vận động trong đất

đá nước trạng thái lỏng có những tác dụng khác nhau lên chúng Nó có thể phá hủy cơ học, hoà tan và rữa lũa đất đá Nước lỏng được thành tạo ở phần trên của vỏ quả đất Vận động của nước lỏng trong đất đá có thể chia làm 2 dạng: ngấm và thấm Khi nước vận động trong đất đá mà chỉ một phần các lỗ rỗng chứa đầy nước và nước vận động qua các lỗ rỗng đó thôi thì vận động của chúng được gọi là ngấm Quá trình thấm xảy

ra trên những diện rộng với dòng thấm lớn; lúc đó tất cả các lỗ rỗng của tầng đất đá đều bão hoà nước và nước thấm dưới tác dụng của áp lực mao dẫn, građien áp lực và trọng lực

1.1.1.5 Nước ở trạng thái rắn

Nước ở trạng thái rắn khi nhiệt độ thấp dưới 0° nước trọng lực và một phần nước liên kết đóng băng biến thành nước ở trạng thái rắn

1.1.1.6 Nước liên kết hoá học

Nước liên kết hoá học tham gia vào mạng tinh thể các khoáng vật dưới dạng các ion OH-

hoặc H3O+.Nó được tách ra khỏi mạng tinh thể khi nung nóng khoáng vật đến nhiệt độ

từ 300°C - 1.300°C và khi mạng tinh thể hoàn toàn bị phá hủy

1.1.1.7 Nước kết tinh

Nước kết tinh là nước nằm trong mạng tinh thể các khoáng vật dưới dạng phân tử nước H20 hoặc nhóm các phân tử nước Nó có thể tách ra khỏi khoáng vật khi nung nóng chúng đến nhiệt độ từ 250°C - 300°C

1.1.2 Ô nhiễm đất, nước và các dạng ô nhiễm trong đất và nước

1.1.2.1 Khái niệm

Đất ô nhiễm bị gây ra bởi sự có mặt của hóa chất xenobiotic (sản phẩm của con người) hoặc do các sự thay đổi trong môi trường đất tự nhiên Nó được đặc trưng gây nên bởi các hoạt động công nghiệp, các hóa chất nông nghiệp, hoặc do vứt rác thải không đúng nơi quy định Các hóa chất phổ biến bao gồm hydrocacbon dầu, hydrocacbon thơm

nhiều vòng (như là naphthalene and benzo(a)pyrene), dung môi, thuốc trừ sâu, chì, và các kim loại nặng Mức độ ô nhiễm có mối tương quan với mức độ công nghiệp hóa và cường độ sử dụng hóa chất

Ô nhiễm nước là sự thay đổi thành phần và chất lượng nước không đáp ứng được cho các mục đích sử dụng khác nhau, vượt quá tiêu chuẩn cho phép và có ảnh hưởng xấu đến đời sống con người và sinh vật

1.1.2.2 Các dạng ô nhiễm trong đất, nước

a) Ô nhiễm sinh học

Ô nhiễm sinh học là kết quả của các hoạt động sản sinh ra lượng lớn các vi sinh vật có hại trong đất Những vi sinh vật này bao gồm cả các vi khuẩn và vi rút, cả hai loại này đều có thể gây hại cho sức khỏe

Ô nhiễm sinh học là vấn đề quan trọng đối với nước mặt, như sông và hồ, một phần bởi

vì những nguồn nước này vận động nhanh hơn và do đó lây lan ô nhiễm ra diện rộng

b) Ô nhiễm hóa học

Ô nhiễm hóa học có nguồn gốc từ sự tập trung với quy mô lớn của các chất hóa học có hại trong nước ngầm Ô nhiễm hóa học thường gặp hơn và khó giải quyết hơn ô nhiễm sinh học bởi các chất hóa học không bị mất đi, do đó nó có thể di chuyển đi với khoảng cách khá xa Dòng ô nhiễm có thể được tìm thấy cách xa đến vài kilomet xuống hạ lưu

kể từ nguồn Sự có mặt của các chất hóa học trong nước ngầm có thể gây hại cho con người và môi trường Một vài chất gây ung thư, những chất khác gây ra các vấn đề khác nhau cho sức khỏe

1.2 Nguồn gây ô nhiễm môi trường đất, nước

Những chất gây ô nhiễm dưới đất có thể đến từ nhiều nguồn khác nhau Các điểm ô nhiễm được giới hạn trong một diện tích nhỏ, ví dụ như một lỗ thủng của tầng nước ngầm hoặc vị trí chỗ xả thải ngẫu nhiên, khi các nguồn không ở dạng “điểm ô nhiễm” thì thâm nhập vào nền qua một diện tích lớn, ví dụ như các chất học dùng trong nông nghiệp thâm nhập qua diện tích ruộng trồng Các nguồn gây ô nhiễm phổ biến nhất gồm

- Các nơi quản lý chất thải rắn;

- Các nơi xử lý đất;

- Các chuồng trại ở trên mặt đất;

cả hai trường hợp mô tả, các chất ô nhiễm pha lỏng được phóng thích Trong Hình 1.1f,

sự di chuyển chất ô nhiễm ra xa địa điểm được tăng cường khi nó vào môi trường có tính thấm tương đối cao ở dưới mực nước ngầm Chất ô nhiễm lỏng phóng thích từ các

bể chữa chôn sâu một phần được mô tả trong các Hình 1.1f và Hình 1.1g Ở Hình 1.1f chất ô nhiễm được lưu giữ trong các khe nứt Trong Hình 1.1g chất lỏng phóng thích ra

là bay hơi, vì thế các khí được bốc ra Sự rò rỉ của bể chứa thường phổ biến tại các nhà máy xử lý hóa chất, các lò sấy

Hình 1.1: Các trường hợp khu vực ô nhiễm [1]

Hình 1.2: Vùng ô nhiễm phân bố không đều

1.3 Cơ chế vận chuyển, lan truyền ô nhiễm

Quá trình vận chuyển, lan truyền khối tham gia vào việc tiêu thụ hay sản sinh khối trong môi trường lỗ rỗng và tuân theo nguyên lí bảo toàn khối lượng :

Lưu lượng

khối vào -

Lưu lượng khối ra

Lưu lượng +/- khối sinh ra hay tiêu thụ

Lưu lượng

= khối tích lũy

(dấu + hay - dùng cho lưu lượng khối sinh ra hay tiêu thụ)

Định luật Fick [1] diễn tả quá trình khuếch tán của chất lỏng tương tự định luật thấm Darcy (đã được dùng phổ biến trong các bài tính thấm) như sau:

Phương trình lan truyền ô nhiễm được thể hiện cơ bản bởi hai thành phần phân tán và khuếch tán cơ học như sau:

Trong đó: r là khối lượng chất được sinh ra hoặc mất đi do các phản ứng động học; n là

độ lỗ rỗng của môi trường đất đá

Khi không xét tới các phản ứng hóa học, nồng độ khuếch tán đơn giản được thể hiện theo phương trình sau:

2 2

Erfc(x) là phần bù của hàm sai số được tra trong các bảng tra toán học

Hình 1.3 thể hiện sự lan truyền của chất ô nhiễm với các mốc thời gian khác nhau

và được thể hiện tương quan tại các khoảng cách cách xa nguồn gây ô nhiếm

Tuy nhiên, về phương thức vận chuyển, các chất ô nhiễm hòa tan trong nước có quan hệ chặt chẽ với dòng thấm nước lỗ rỗng hơn là các chất ô nhiễm không hòa tan, nó

bị khống chế bởi cơ cấu, quy mô lỗ rỗng và các yếu tố bên ngoài

Trong mục này chúng ta sẽ tìm hiểu các chất ô nhiễm di chuyển như thế nào ở dưới mặt đất, quan hệ với nước lỗ rỗng và sự tương tác lẫn nhau như thế nào

Hình 1.3: Chất ô nhiễm lan truyền từ một nguồn ô nhiễm (liên tục) [2]

1.3.1 Cơ cấu vận chuyển chất ô nhiễm

Sự vận chuyển các chất ô nhiễm hòa tan theo con đường bình lưu và liê n quan với vận tốc dòng nước thấm Hướng của gradien thủy lực khống chế phạm vi, hướng vận chuyển chất ô nhiễm được hòa tan Vận tốc lỗ rỗng (vận tốc Darcy chia cho độ rỗng) là một thông số quan trọng đối với sự vận chuyển các chất ô nhiễm được hòa tan Khi một hóa chất có nồng độ C0 được đưa vào hệ đất bão hòa nước như thấy ở Hình 1.4a, nó di chuyển như một frown nhọn với vận tốc bằng vận tốc rỗng Va Tuy nhiên, trong thực tế

có các cơ cấu khác làm tăng thêm sự vận chuyển

Khi hệ đất bão hòa có gradien nồng độ do sự có mặt cục bộ của hóa chất hòa tan Các gradien nồng độ này thực hiện hoạt động động lực và vận chuyển theo cơ chế khuếch tán (Hình 1.4b) Khuếch tán làm cho chất ô nhiễm trải rộng ra theo tất cả các phương Trong các hệ có vận tốc thấp (do hệ số thấm nhỏ như trong trường hợp các công trình chắn giữ chất thải) chủ yếu quá trình khuếch tán khống chế Còn trong các hệ có vận tốc dòng thấm cao như trong đất hạt thô thì phân tán là chủ yếu

Hình 1.4: Hóa chất vận chuyển trong nước ngầm [1]

a) Bằng phân tán; b) Bằng phân tán và khuếch tán

1.3.2 Cơ cấu lan tuyền chất ô nhiễm

Một nguyên tố hay hợp chất hóa học riêng biệt có thể tồn tại trong nước (Ag 2S, BaSO4, Al(OH)2+, …) Các hóa chất khác nhau tồn tại ở một hay nhiều dạng này khi tham gia các phản ứng với nhau để đạt cân bằng có thể truyền từ một pha sang pha khác trong ba pha: rắn, lỏng và hơi Nói cách khác, các phản ứng có thể đồng nhất (xảy ra chỉ trong một pha) hoặc không đồng nhất (liên quan sự lan truyền pha) Sự biến đổi hóa chất từ trạng thái ban đầu là một quá trình phức tạp, nó diễn ra không ngừng và chịu ảnh hưởng bởi cơ cấu lan truyền Ngoài ra, sự biến đổi trạng thái của một nhóm có thể thay đổi cơ cấu lan truyền khối của các nhóm khác Cần tìm một mô hình vận chuyển khối cùng với một mô hình địa hóa có xét đến khá nhiều biến đổi mà một hóa chất ở dưới mặt đất trải qua trong quá trình di chuyển Nhiều quá trình có tốc độ phản ứng lớn hơn nhiều tốc độ của dòng nước ngầm

1.4 Các tác động của con người tới môi trường

Trong quá trình sống và sinh hoạt, con người đã tác động vào tự nhiên làm cho môi trường tự nhiên bị biến đổi

1.4.1 Tác động tiêu cực

1.4.1.1 Quá trình công nghiệp hóa và đô thị hóa

Quá trình này mới xuất hiện cách đây chưa lâu, vào khoảng giữa thế kỉ XVIII với sự ra đời của đầu máy hơi nước Tiếp theo đó là việc chế tạo được hàng loạt các loại máy móc

khác sử dụng cho nhiều ngành sản xuất công nghiệp và giao thông vận tải Sản xuất phát triển, nhu cầu sử dụng các nguồn nguyên liệu, nhiên liệu ngày càng nhiều, đòi hỏi việc khai thác các nguồn tài nguyên ngày càng mở rộng, các nhà máy mọc lên ngày một nhiều, lượng khí thải và các chất thải công nghiệp thải ra môi trường ngày càng lớn Đó

là nguồn gốc gây ra những tác động to lớn đối với môi trường

Việc khai thác các mỏ quặng là tác nhân gây phá hủy các cảnh quan tự nhiên, đất đai, cây rừng và hệ động vật sống trong các khu vực đó Việc tăng cường sử dụng các nguồn nhiên liệu mà chủ yếu là nguyên liệu truyền thống không những làm cho tài nguyên bị cạn kiệt mà còn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Hàng năm các ngành sản xuất công nghiệp thải ra khí quyển một lượng lớn các chất gây hiệu ứng nhà kính, trong đó chủ yếu là hàm lượng CO2, ngoài ra sự phát thải các khí khác như metan, CFC (clorofluorocacbon), oxit nitơ…cũng góp phần làm tăng hiệu ứng nhà kính Trong các hoạt động kinh tế làm tăng hiệu ứng nhà kính thì việc sử dụng năng lượng chiếm 49%, công nghiệp 24%, nông nghiệp 13% và phá rừng là 14% Trong đó các nước công nghiệp phát triển chính là những nước phát thải CO2 nhiều nhất thế giới

Cùng với quá trình công nghiệp hóa, thì đô thi hóa cũng phát triển nhanh chóng Đô thị hóa là hiện tượng nổi bật của nền văn minh hiện đại do sự phát triển của công nghiệp và

sự bùng nổ dân số trên toàn thế giới Tại các vùng đô thị, thiên nhiên hầu như bị biến đỏi hoàn toàn và thay thế vào đó là các công trình nhân tạo Các thành phố không những

là nơi tập trung dân cư đông, mà cũng là nơi tập chung nhiều nhà máy, xí nghiệp công nghiệp, vì thế một mặt đây là nơi tiêu thụ lương thực, thực phẩm, vật liệu xây dựng, nguồn nước và năng lượng rất cao Mặt khác, đây là nơi tập chung các chất thải công nghiệp, sinh hoạt và tiếng ồn, nguồn gốc gây ô nhễm mạnh cho môi trường không khí, đất và nước

Sự ra tăng sử dụng các loại chất bảo vệ thực vật như: thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, …thêm vào đó là chất thải không được sử lí, chính điều đó đã gây nên tình trạng ô nhiễm không khí, ô nhiễm nguồn nước tại các vùng nông thôn, một số loại thiên địch bị suy giảm, sức khỏe của người dân bị ảnh hưởng, tình trạng bệnh tật gia tăng, các chất này sử dụng lâu dài sẽ làm giảm chất lượng của đất, nước, năng suất, chất lượng cây trồng sẽ dần bị ảnh hưởng

Như vậy trải qua các quá trình phát triển của xã hội, nhất là trong giai đoạn công nghiệp

và hậu nông nghiệp, những tác động tiêu cực của con người đến môi trường hết sức mạnh mẽ Con người làm cho các nguồn tài nguyên không tái tạo bị cạn kiệt dần, nguồn tài nguyên sinh học và đất bị suy thoái, các hệ sinh thái tự nhiên bị biến đổi, tính đa dạng sinh học bị suy giảm, môi trường bị ô nhiễm và từ đó suy giảm chính cuộc sống của mình

1.4.1.2 Ảnh hưởng của quá trình bùng nổ dân số

Khi dân số tăng lên, các nhu cầu về ăn, mặc, nơi ở, việc đi lại, học hành, vui chơi giải trí…đều tăng lên Để đáp ứng các nhu cầu đó, con người phải tăng cường khai thác tài nguyên thiên nhiên, cùng với nó là việc phát triển sản xuất và đô thị hóa cũng được mở rộng, làm cho lượng chất thải đổ vào môi trường ngày càng tăng

1.4.2 Những hành động mang tính tích cực của con người

Con người đang ngày càng nhận ra những biến đổi của tự nhiên theo hướng bất lợi, và cũng nhận ra được nguyên nhân chủ yếu là do chính con người, vì vậy chúng ta đã và đang có những hành động tích cực

Với sự phát triển của khoa học kĩ thuật và những nghiên cứu mới giúp chúng ta tìm ra được các giải pháp nhằm hạn chế sự thay đổi của môi trường Chúng ta đã biết cách tận dụng các dạng năng lượng tự nhiên mới thay thế cho các năng lượng truyền thống như: năng lượng gió, mặt trời, thủy triều, điều này góp phần hạn chế việc khai thác sử dụng các năng lượng cũ, giảm sự phát thải các chất khí gây hiệu ứng nhà kính Các nước ứng dụng các công nghệ này chủ yếu là các nước phương Tây có nền kinh tế phát triển, khoa học kĩ thuật tiên tiến

Một diện tích rừng bị mất trước kia nay đang được phục hồi dần dần,tuy các diện tích rừng trồng lại không có nhiều giá trị như rừng nguyên sinh, song nó cũng góp một phần vào việc phục hồi dần dần chất lượng của môi trường hiện nay Các nước trên thế giới

đã và đang tích cực trong việc phục hồi lại diện tích rừng đã mất ở mỗi nước

1.5 Thực trạng ô nhiễm môi trường đất nước ở Việt Nam

Một vấn đề nóng bỏng, gây bức xúc trong dư luận xã hội cả nước hiện nay là tình trạng

ô nhiễm môi trường sinh thái do các hoạt động sản xuất và sinh hoạt của con người gây

ra Vấn đề này ngày càng trầm trọng, đe doạ trực tiếp sự phát triển kinh tế - xã hội bền

vững, sự tồn tại, phát triển của các thế hệ hiện tại và tương lai Đối tượng gây ô nhiễm môi trường chủ yếu là hoạt động sản xuất của nhà máy trong các khu công nghiệp, hoạt động làng nghề và sinh hoạt tại các đô thị lớn

Ô nhiễm môi trường bao gồm 2 loại chính là: ô nhiễm đất, ô nhiễm nước Trong ba loại

ô nhiễm đó thì ô nhiễm không khí tại các đô thị lớn, khu công nghiệp và làng nghề là nghiêm trọng nhất, mức độ ô nhiễm vượt nhiều lần tiêu chuẩn cho phép

Theo báo cáo giám sát của Uỷ ban Khoa học, Công nghệ và Môi trường của Quốc hội,

tỉ lệ các khu công nghiệp có hệ thống xử lí nước thải tập trung ở một số địa phương rất thấp, có nơi chỉ đạt 15 - 20%, như tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu, Vĩnh Phúc Một số khu công nghiệp có xây dựng hệ thống xử lí nước thải tập trung nhưng hầu như không vận hành

vì để giảm chi phí Đến nay, mới có 60 khu công nghiệp đã hoạt động có trạm xử lí nước thải tập trung (chiếm 42% số khu công nghiệp đã vận hành) và 20 khu công nghiệp đang xây dựng trạm xử lí nước thải Bình quân mỗi ngày, các khu, cụm, điểm công nghiệp thải ra khoảng 30.000 tấn chất thải rắn, lỏng, khí và chất thải độc hại khác Dọc lưu vực sông Đồng Nai, có 56 khu công nghiệp, khu chế xuất đang hoạt động nhưng chỉ có 21 khu có hệ thống xử lý nước thải tập trung, số còn lại đều xả trực tiếp vào nguồn nước, gây tác động xấu đến chất lượng nước của các nguồn tiếp nhận Có nơi, hoạt động của các nhà máy trong khu công nghiệp đã phá vỡ hệ thống thuỷ lợi, tạo ra những cánh đồng hạn hán, ngập úng và ô nhiễm nguồn nước tưới, gây trở ngại rất lớn cho sản xuất nông nghiệp của bà con nông dân

Bên cạnh các khu công nghiệp và các làng nghề gây ô nhiễm môi trường, tại các đô thị lớn, tình trạng ô nhiễm cũng ở mức báo động Đó là các ô nhiễm về nước thải, rác thải sinh hoạt, rác thải y tế, không khí, tiếng ồn Những năm gần đây, dân số ở các đô thị tăng nhanh khiến hệ thống cấp thoát nước không đáp ứng nổi và xuống cấp nhanh chóng Nước thải, rác thải sinh hoạt (vô cơ và hữu cơ) ở đô thị hầu hết đều trực tiếp xả ra môi trường mà không có bất kỳ một biện pháp xử lí môi trường nào nào ngoài việc vận chuyển đến bãi chôn lấp Theo thống kê của cơ quan chức năng, mỗi ngày người dân ở các thành phố lớn thải ra hàng nghìn tấn rác; các cơ sở sản xuất thải ra hàng trăm nghìn mét khối nước thải độc hại; các phương tiện giao thông thải ra hàng trăm tấn bụi, khí độc Trong tổng số khoảng 34 tấn rác thải rắn y tế mỗi ngày, thành phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh chiếm đến 1/3 Theo một kết quả nghiên cứu mới công bố năm 2008

của Ngân hàng Thế giới (WB), trên 10 tỉnh thành phố Việt Nam, xếp theo thứ hạng về

ô nhiễm đất, nước, không khí, thành phố Hồ Chí Minh và Hà Nội là những địa bàn ô nhiễm đất nặng nhất

1.6 Các giải pháp xử lý chất thải

Nhờ các tiến bộ vượt bậc trong khoa học và công nghệ đã phát triển rất nhiều các biện pháp để xử lý rác thải, nhưng sau đây là ba cách phổ biến nhất được dùng để xử lý rác thải:

Thu gom rác thải vào bãi rác đã quy hoạch từ trước rồi đem đi xử lý: Đây là phương pháp truyền thống, có thể tiêu hủy được lượng lớn rác thải Rác sinh hoạt từ mọi nhà được thu gom mang đến bãi rác để xử lý Hiện tại, nước ta có khá nhiều bãi chứa và xử

lý rác thải Tuy nhiên, thực trạng các bãi rác chưa được đầu tư, xây dựng đúng mức gây

ô nhiễm môi trường nghiêm trọng quanh bãi rác đó Có thể đến như khu liên hợp xử lý chất thải Nam Sơn là bãi rác lớn nhất Hà Nội là một ví dụ Mặt khác, để xây dựng một bãi rác đúng tiêu chuẩn rất lớn, tiêu tốn ngân sách hàng trăm tỷ đồng/bãi, cho nên giải pháp này chưa phải là tối ưu Mặt cắt điển hình bãi rác thể hiện ở Hình 1.5 và 1.6

Sử dụng hóa chất để xử lý rác thải : Hiện nay, trên thị trường xuất hiện một số loại chế phẩm hóa chất có thể khử sạch mùi hôi rác thải Môt số hóa chất có thể kể đến BioStreme 9442F, hóa chất xử lý mùi hôi nước thải, bãi rác ô nhiễm GEM-K, sản phẩm hóa chất

EM WAT-1, hóa chất khử mùi Clean Air, Tiến hành sử dụng bình phun hóa chất này lên bãi rác là có thể tiêu hủy được mùi hôi thối từ bãi rác Tuy nhiên, đôi khi sử dụng các loại hóa chất này có thể gây hại trực tiếp đến sức khỏe con người Chính vì vây, biện pháp xử lý rác thải này cũng chưa triệt để hoàn toàn

Sử dụng lò đốt rác thải rắn: Sử dụng lò đốt rác rắn là công nghệ tiến tiến bậc nhất hiện nay trong việc xử lý rác thải Có 2 loại lò đốt rác đó là lò đốt công suất lớn có sử dụng năng lượng lò đốt rác gia đình công suất nhỏ không có sử dụng năng lượng

Hình 1.5: Sơ đồ chôn lấp chất thải rắn [3]

Hình 1.6: Mặt cắt ngang thiết kế điển hình bãi chôn lấp [3]

Công nghệ xử lý nước thải đang được quan tâm nhiều hiện nay trong đó trọng tâm vào các công nghệ thân thiện với môi trường, tạo ra nước sạch có thể tái sử dụng với các mục đích khác nhau Thông thường gồm các bộ phận tiếp nhận nước thải, loại bỏ các chất thải thô, phân ủ hiếm khí, sục thổi hóa chất và khử trùng, và cuối cùng là kiểm tra

và xả nước ra môi trường bên ngoài, xem Hình 1.7 và 1.8

Hình 1.7: Tổng thể nhà máy xử lý nước thải [4]

Hình 1.8: Mặt cắt ngang dây chuyền xử lý nước thải [5]

1.7 Kết luận Chương 1

Chương 1 đã đề cập đến tổng quan lý thuyết về lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường địa kỹ thuật bao gồm các quá trình phân tán, khuếch tán cơ học và phân rã, bán rã hoặc phản ứng hóa học Trong phân tích đơn giản, phương trình khuếch tán chất lỏng được thể hiện tương tự như phương trình thấm của nước dưới đất với các tham số đặc trưng cho khả năng khuếch tán trong môi trường cũng như nồng độ các chất khuếch tán Các vấn đề liên quan ô nhiễm môi trường đất, nước… đã được đề cập thông qua tổng hợp kết quả nghiên cứu và tài liệu của nhiều công trình khoa học Công nghệ xử lý chất

thải nói chung và nước thải nói riêng rất phong phú và đang được quan tâm nghiên cứu cũng như triển khai ứng dụng nhiều ngoài thực tế

Cơ sở lý thuyết và hiểu biết cơ bản giúp tác giả có thể nghiên cứu chi tiết hơn về nội dung lan truyền ô nhiềm trong các chương tiếp theo

2 CHƯƠNG 2: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ THỰC TRẠNG Ô NHIỄM MÔI

TRƯỜNG ĐẤT VÀ NƯỚC KHU VỰC QUẬN LONG BIÊN

2.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên

2.1.1 Vị trí địa lý

Quận Long Biên được thành lập theo Nghị định 132/2003/NĐ-CP ngày 06-11-2003 trên

cơ sở điều chỉnh địa giới hành chính của huyện Gia Lâm với 14 đơn vị hành chính trực thuộc, gồm các phường Gia Thụy, Ngọc Lâm, Bồ Đề, Phúc Đồng, Phúc Lợi, Thượng Thanh, Giang Biên, Ngọc Thụy, Việt Hưng, Long Biên, Thạch Bàn, Cự Khối, Đức Giang, Sài Đồng Quận Long Biên có tổng diện tích đất là 5.993 ha, với số dân là 283.500 người, mật độ dân số là 4.840 người/km2 [6]

Quận Long Biên nằm ở bờ Bắc sông Hồng, là cửa ngõ phía Đông Bắc của thủ đô Hà Nội, có ý nghĩa quan trọng về kinh tế, chính trị, an ninh, quốc phòng

Địa giới hành chính quận Long Biên như sau:

+ Phía Đông: giáp huyện Gia Lâm;

+ Phía Tây: giáp quận Hoàn Kiếm;

+ Phía Nam: giáp huyện Thanh Trì;

+ Phía Bắc: giáp các huyện Đông Anh, Gia Lâm

Vị trí địa lý đặc thù của quận, nằm giữa hai con sông lớn là sông Hồng và sông Đuống, tạo cho Long Biên có tiềm năng quan trọng cho phát triển các cụm công nghiệp kỹ thuật cao, cho quá trình phát triển đô thị hiện đại, đồng thời tạo được sự giao lưu trong hoạt động kinh tế Quận Long Biên cũng là nơi tập trung nhiều đầu mối giao thông quan trọng với nhiều đường giao thông lớn như đường sắt, quốc lộ, đườngthủy nối liền các tỉnh phía Bắc (Lạng Sơn, Bắc Ninh, Bắc Giang), các tỉnh phía Đông Bắc (Hải Dương, Hải Phòng, Quảng Ninh) Đây là điều kiện thuận lợi cho sự liên kết kinh tế giữa quận với các tỉnh và thành phố lân cận, mở rộng thị trường kinh doanh và dịch vụ

Hình 2.1: Bản đồ quy hoạch dân cư quận Long Biên đến 2030 [7]

2.1.2 Đặc điểm khí hậu

Quận Long Biên nằm trong vùng khí hậu Hà Nội có vị trí từ 2015 đến 2123 vĩ độ Bắc,

từ 10515 đến 10603 vĩ độ Đông, quận Long Biên mang sắc thái đặc trưng của vùng khí hậu nhiệt đới ẩm, gió mùa, với 4 mùa đặc trưng : Xuân, Hạ, Thu, Đông

Mùa Xuân: từ tháng 2, 3, 4; khí hậu mát kèm theo mưa phùn, có mưa rào từ giữa mùa

Mùa Hạ: từ tháng 5 đến tháng 7; có đặc điểm mưa rào nhiều, nhiệt độ cao

Mùa Thu: từ tháng 8 đến tháng 10; mưa không to, độ ẩm thấp

Mùa Đông: từ tháng 11 đến tháng 1; Khí hậu lạnh, có mưa phùn, mây mù

2.1.2.1 Nhiệt độ

Nhiệt độ trung bình hàng năm đạt 250C, biên độ dao động nhiệt giữa ngày và đêm khoảng 6-70C Tại khu vực nghiên cứu, từ tháng V đến tháng X, khí hậu nóng và ẩm, nhiệt độ trung bình là 28,4oC Từ tháng XI đến tháng IV năm sau, khí hậu lạnh với nhiệt

80%, ít thay đổi theo các tháng, thường dao động trong khoảng 78 - 87%

Hình 2.3: Biểu đồ thể hiện độ ẩm trung bình tháng qua các năm giai đoạn 2014-2016 [6]

2.1.2.3 Nắng và bức xạ

Tổng số giờ nắng năm 2016 đo được là 1.339,8 giờ/năm Chế độ nắng liên quan chặt chẽ tới chế độ bức xạ và tình trạng mây Từ tháng XII đến tháng IV bầu trời u ám nhiều mây nên số giờ nắng ít nhất trong năm, chỉ từ 34,2 đến 94,2 giờ/tháng Sang tháng V, trời ấm lên số giờ nắng tăng lên tới 180,5 giờ/tháng Số giờ nắng các tháng và năm ở khu vực dự án được thể hiện trong bảng và hình dưới đây:

Hình 2.4: Lượng mưa trung bình tháng của các năm 2014 – 2016 [6]

Hà Nội, sông Hồng phân lưu theo sông Đuống, đưa khoảng 28 đến 30% lưu lượng nước sang sông Thái Bình

Theo tài liệu của trạm thủy văn Hà Nội, từ tháng I/2000 đến X/2016 các giá trị mực nước, lưu lượng của sông Hồng cụ thể như sau:

- Mực nước: Mực nước trung bình tháng của sông Hồng vào mùa khô dao động từ: 245,4cm (tháng 2) đến 339,1 cm (tháng 10) Tháng có mực nước trung bình cao nhất vào mùa khô thay đổi từ 507cm (tháng 11/2001), thấp nhất 183cm (12/2006) Mực nước

0 100 200 300 400 500 600

L ư ợ n g

m ư a

trung bình tháng vào mùa mưa dao động từ 265,0cm (tháng 4) đến 735,3cm (tháng 7) Tháng có mực nước trung bình cao nhất vào mùa mưa: 979cm (8/2002), thấp nhất: 158cm (tháng 4/2007)

- Lưu lượng: Lưu lượng dòng chảy trung bình tháng vào mùa khô thay đổi từ 992,9m3/s (tháng 12) đến 1467,5m3/s (tháng 11) Tháng có lưu lượng trung bình thấp nhất vào mùa khô: 656 m3/s (3/2006), cao nhất: 2580 m3/s (11/2001) Vào mùa mưa lưu lượng dòng chảy sông Hồng rất lớn Lưu lượng dòng chảy trung bình tháng thay đổi từ: 1100,0m3/s (tháng 4) đến 5440,9 m3/s (tháng 7) Tháng có lưu lượng dòng chảy trung bình lớn nhất vào mùa mưa lên đến 8840m3/s (8/2002), thấp nhất: 831 m3/s (4/2006) Nhìn chung lưu lượng, mực nước của sông Hồng trong những năm gần đây biến đổi phức tạp do có sự điều tiết trực tiếp của đập Hòa Bình

- Hàm lượng phù sa sông Hồng rất cao vào mùa mưa do phù sa đưa từ thượng lưu về Mùa mưa lượng phù sa trung bình tháng dao động từ 218g/m3 (tháng 4) đến 3028 g/m3

(tháng 8) Tháng có lượng phù sa lớn nhất vào mùa mưa đạt 9480 g/m3 (8/2001), tháng nhỏ nhất 169 g/m3 (4/2000) Về mùa khô lượng phù sa trung bình tháng của sông Hồng thay đổi từ 210 g/m3 (tháng 2) đến 514 g/m3 (tháng 11), tháng có lượng phù sa trung bình nhỏ nhất vào mùa khô 90,3 g/m3 (12/2002) và lớn nhất: 938 g/m3 (11/2001) Hàm lượng phù sa đang có xu hướng giảm dần

2.1.3.2 Hệ thống sông Đuống

Sông Đuống là phân lưu của sông Hồng Đoạn chảy qua Hà Nội dài khoảng 23km kéo dài từ ngã ba sông Đuống – Hồng (phường Ngọc Thụy- Long Biên đến xã Trung Màu – Gia Lâm) Lượng nước sông Đuống cấp cho sông Thái Bình tại Phả Lại bằng 76% tổng lượng dòng chảy Trong mùa lũ, nước sông Đuống đã tiêu khoảng 73% nước lũ sông Hồng, hàng năm vận chuyển một lượng nước là 27,3 triệu m3 với lưu lượng trung bình 851m3/s

2.2 Đặc điểm địa chất, địa chất thủy văn

2.2.1 Đặc điểm địa chất

Theo [8,9], đặc điểm Địa chất trong khu vực nghiên cứu theo thứ tự từ dưới lên trên có

mặt các thành tạo sau:

Hệ Neogen- Tầng Vĩnh Bảo (N 2 vb)

Thành phần của các thành tạo này gồm cuội, cuội tảng kết, sỏi kết, cát bột kết, than linhit màu đen, bột kết, sét kết màu xám, phân lớp xiên chéo dày 250m Các thành tạo của tầng Vĩnh Bảo có mức độ gắn kết tốt

Hệ Đệ Tứ, thống Pleistocene tầng Lệ Chi (aQ1lc)

Tầng Lệ Chi là các thành tạo trầm tích sông (aQ1lc).gồm sét màu xám vàng, nâu xám,

chiều dày từ 1-5m Tiếp đến là các lớp bột cát, cát hạt nhỏ, màu xám dày trung bình khoảng 3,5 m Dưới cùng là các thành tạo cuội, sỏi, cát lẫn ít bột sét thành phần cuội chủ yếu là Thạch anh, silic Độ mài tròn của hạt tốt, bề dày trung bình khoảng 19,5m

Hệ Đệ Tứ, thống Pleistocene tầng Hà Nội (Q 1 2-3 hn)

Tầng Hà Nội là những trầm tích nguồn gốc sông, sông lũ Trên cùng là lớp bột sét màu

xám vàng, xám nâu, lẫn ít mùn thực vật, chiều dày 4 m Giữa là các lớp cát bột, cát hạt thô, sỏi sạn lẫn ít cuội nhỏ màu vàng xám , nâu xám Chiều dày của chúng khoảng 17 m Dưới cùng là lớp cuội, tảng , sạn , sỏi lẫn ít cát bột thành phần của cuội chủ yếu là thạch anh, silic, đá phun trào andezit, cuội tectit, kích thước cuổi trung bình từ 2-5 cm đôi khi đến 10 cm, độ mài tròn trung bình, chiều dày 37 m

Phần dưới cùng là cuội sỏi, cát lẫn ít sét bột màu vàng xám dày 10 m

Hệ Đệ Tứ, thống Holocene, tầng Hải Hưng (Q 2 hh)

Tầng Hải Hưng được chia làm 3 phụ tầng

-Phụ tầng trên bQ21-2hh 3: gồm các trầm tích đầm lầy sét bột lẫn ít cát màu nâu đen, xám đen, chứa than bùn chiều dày của chúng khoảng 2m

Phụ tầng giữa mQ21-2hh 2: gồm trầm tích biển chủ yếu là sét, sét bột màu xám xanh, lẫn

ít mùn thực vật Chiều dày của chúng từ 0,5 - 9 m

Phụ tầng dưới lbQ21-2hh 1: gồm các trầm tích hồ, đầm lầy, thành phần gồm sét bột lẫn mùn thực vật chiều dày của chúng từ 2-6 m

Hệ Đệ Tứ, thống Holocene, tầng Thái Bình (Q 2 tb)

Hệ tầng này bao gồm 2 phụ tầng là:

Phụ tầng trên aQ2 tb 2: gồm các thành tạo aluvi hiện đại gồm sét màu nâu nhạt chứa nhiều tàn tích thực vật Chiều dày 2-5m Phần dưới là cát, cuội, sỏi lẫn ít bột sét màu vàng xám, dày 3-10 m

Phụ tầng dưới aQ2 tb 1: gồm các thành tạo aluvi thành phần là bột sét lẫn mùn thực vật màu xám nâu chiều dày khoảng 1 m Phía dưới là bột sét lẫn ít mùn thực vật dày từ 1-3

m và bột màu xám nhạt lẫn ít mùn thực vật dày 3- 18 m Cuối cùng là các lớp cuội, cát, sỏi dày từ 1-9 m

Với đặc điểm cấu trúc địa chất như trên có thể nhận thấy tầng chứa nước qh thường nằm trong các thành tạo cát hạt mịn - trung của các hệ tầng Thái Bình và Hải Hưng, còn tầng chứa nước qp nằm trong các thành tạo cát trung - thô lẫn sạn sỏi của hệ tầng Vĩnh Phúc,

Hà Nội Tại những nơi có bề dày lớp cách nước mỏng hoặc đáy sông hồ cắt trực tiếp vào tầng chứa nước thì nguy cơ các chất ô nhiễm có thể di chuyển vào tầng chứa nước

là khá cao

2.2.2 Đặc điểm địa chất thủy văn

2.2.2.1 Các thành tạo chứa nước

a) Tầng chứa nước lỗ hổng không áp Holocene (qh)

Tầng chứa nước Holocene (TCNqh) là tầng chứa nước thứ nhất tính từ mặt đất được tạo thành từ các trầm tích có nguồn gốc khác nhau của hệ tầng Thái Bình (aQ2 tb) và hệ

tầng Hải Hưng (l,bQ21-2hh) Tầng chứa nước phân bố rộng rãi và liên tục tại khu vực nghiên cứu với bề dày thay đổi từ 21,7m đến 38,0m, trung bình 29,1m

Nước trong tầng Holocene chủ yếu là nước không áp hoặc có áp cục bộ

Với bề dày tầng chứa nước khá dày và tầng chứa nước thuộc loại không áp nên đây cũng

là nguy cơ cho phép sự tàng trữ và di chuyển chất bẩn trên phạm vi rộng

Mực nước tĩnh thay đổi từ 0,5 đến 4,0m Lưu lượng lỗ khoan thay đổi từ 0,4 đến 29,0l/s, trung bình 7- 8l/s Trị số hạ thấp mực nước dao động từ 1,12 đến 8,08m, trung bình 2,9m Trị số hạ thấp mực nước lớn ở khu vực trung tâm và giảm dần ra khu vực gần sông Hồng Yếu tố này thể hiện sự quan hệ chặt chẽ và tạo sự thuận lợi cho việc thâm

nhập chất ô nhiễm từ sông Hồng vào tầng chứa nước

Tỉ lưu lượng lỗ khoan (q) dao động 0,08 đến 20,9 l/s.m, trung bình 3,1 l/sm Qua trị số

q ta thấy khả năng chứa nước của tầng trong những khu vực khác nhau, trong đất đá khác nhau có sự chênh lệch nhau tương đối lớn

Hệ số dẫn nước từ 200 m2/ng đến 790 m2/ng trung bình 432 m2/ng Kết quả thí nghiệm

ở các lỗ khoan cho thấy:

+ Loại giàu nước q > 1 l/s.m có 11 lỗ khoan chiếm 78,6%

+ Loại trung bình q = 0.1-1 l/s.m có 1 lỗ khoan chiếm 7,1%

+ Loại nghèo nước q < 0.2 l/s.m có 2 lỗ khoan chiếm 14,3%

Do đặc tính không đồng nhất về thành phần thạch học, nên mức độ phong phú nước cũng không đồng đều, khả năng di chuyển chất ô nhiễm không đồng nhất Ở những khoảnh, tầng chứa nước được cấu thành bởi cát trung thô lẫn sạn thì giàu nước Ngược lại, ở những khoảnh mà thành phần thạch học của tầng chứa nước chủ yếu là cát hạt mịn, cát pha lẫn sét pha thì lại nghèo nước

Về chất lượng nước, độ tổng khoáng hoá nhỏ dao động từ (0,463  0,524)g/l, độ pH thay đổi từ (7,26  7,51), trung bình 7,39, hàm lượng Mangan: Mn2+ = (0,1 0,25)mg/l, trung bình 0,18mg/l Hàm lượng Sắt: Fets = (12,5  14,4)mg/l, trung bình 13,45mg/l Hàm lượng As = (0,007  0,179)mg/l, trung bình 0,1126mg/l Hàm lượng Fenol thay đổi từ (0,0006 0,214)mg/l, trung bình 0,0005mg/l Hàm lượng các chỉ tiêu vi sinh Coliforms = (0  38)con/100ml trung bình 13 con/100ml, Ecoli = (0 20) con/100ml trung bình 6,7 con/100ml, Fecalcoliforms= (015)con/100ml trung bình 5 con/100ml, hàm lượng NO2- = (0,00  0,07)mg/l, trung bình 0,023mg/l; NO3-= (0,00  0,462)mg/l, trung bình 0,223 mg/l; NH4+ = (0,925  6,278) mg/l, trung bình 3,355 mg/l.; PO43- = (0,0419  1,571)mg/l, trung bình 0,938 mg/l Như vậy các chỉ tiêu Coliforms, Ecoli,

NH4+, trong khu vực đã vượt quá quy chuẩn quốc gia về giới hạn cho phép [10] Do vậy cần có giải pháp bảo vệ, hạn chế ô nhiễm

Tầng chứa nước lỗ hổng không áp Holocene có quan hệ thuỷ lực chặt chẽ với các tầng chứa nước qp2, qp1 và với nước mặt sông Hồng làm gia tăng khả năng thâm nhập chất

ô nhiễm từ sông vào các tầng và giữa các tầng với nhau Kết quả quan trắc lâu dài tại lỗ khoan P46B ở khu vực nghiên cứu cho thấy nước dưới đất TCNqh và nước mặt sông Hồng dao động cùng pha Tuy nhiên, do tồn tại lớp bùn lắng lòng sông Hồng nên quan

hệ thuỷ lực giữa nước sông Hồng và nước dưới đất TCNqh là quan hệ không hoàn chỉnh Kết quả tính toán giá trị sức cản lòng sông L theo tài liệu quan trắc động thái chùm ND12-C cho kết quả L = 91 m Mặt khác khi hút nước thí nghiệm từ tầng chứa nước qp1 ở chùm ND12 đã quan sát được sự hạ thấp mực nước trong các lỗ khoan quan sát

bố trí ở TCNqh Như vậy, giữa chúng có quan hệ thuỷ lực với nhau Kết quả phân tích các đồng vị phóng xạ: O18, H2, H3 của nước dưới đất TCN qh và nước mặt sông Hồng

có thể đi đến nhận định rằng: Sông Hồng là nguồn bổ cập trực tiếp cho nước dưới đất TCN qh, ngoài ra nó còn được bổ cập bởi nước mưa, nước tưới nông nghiệp và một phần nước từ các ao hồ nằm rải rác trong khu vực nhiên cứu là nguồn ô nhiễm gián tiếp thông qua nước sông thâm nhập vào tầng chứa nước

Do trữ lượng nước dưới đất trong tầng chứa nuớc qh không lớn nhưng có thể cung cấp nước với quy mô nhỏ cho ăn uống và sinh hoạt Đồng thời có thể khai thác đồng thời với tầng chứa nước Pleistocene (qp) nằm phía dưới để cấp nước cho Thành phố, cần có giải pháp bảo vệ, phòng chống ô nhiễm Thông thường nhân dân khoan giếng vào tầng

qh để lấy nước Số lượng các giếng khoan nhỏ của nhân dân trong các gia đình khá cao

và chưa thể thống kê chính xác

b) Tầng chứa nước Pleistocene giữa - trên hệ tầng Hà Nội (qp)

Diện phân bố của tầng chứa nước qp rất rộng rãi bao gồm các địa tầng aQ11-2vp1, Q1

2-3hn, aQ1lc có mặt ở hầu hết diện tích khu vực Tầng chứa nước qp có mức độ chứa nước

tốt và là đối tượng chính cung cấp nước cho nội, ngoại thành thành phố Hà Nội, cho sinh hoạt cũng như cho ăn uống, công nghiệp

Chiều dày của tầng chứa nước Pleistocene thay đổi trong phạm vi khá lớn, từ 9,97 đến 50,8m, trung bình từ 35 đến 45 m, có nơi trên 60 đến 70m Mực nước tĩnh vào mùa khô

thay đổi từ 2,0 - 4,0m còn mùa mưa thay đổi từ 0 - 1,0m Theo tài liệu hút nước thí nghiệm cho kết quả lưu lượng lỗ khoan thay đổi từ 1,9 đến 9,09l/s Hạ thấp mực nước

từ 1,28 đến 8,61m Tỉ lưu lượng lỗ khoan thay đổi 0,32 đến 4,94 l/s.m, có nơi đạt trên 5 l/sm

Hệ số dẫn nước Km thay đổi tuỳ theo từng khu vực cụ thể, thường thay đổi từ 1000 đến 1500m2/ng Về đặc tính thuỷ lực, nước dưới đất trong tầng qp chủ yếu là nước có áp lực Chất lượng nước trong các thành tạo Pleistocene nói chung khá tốt Nước thuộc loại nửa cứng, loại hình hoá học thường là bicacbonat - canxi, bicacbonat - natri Độ khoáng hoá thay đổi từ 0,15 đến 0,52g/l Hàm lượng các vi nguyên tố đều dưới tiêu chuẩn cho phép đối với mục đích ăn uống, sinh hoạt Riêng hàm lượng sắt và mangan cao cần phải xử

lý trước khi sử dụng Hàm lượng sắt khá lớn và biến đổi trong phạm vi từ 2,4mg/l đến 26,24mg/l Hàm lượng mangan thay đổi từ 0,1 đến 1,15mg/l Một số mẫu nước có hàm lượng phenol cao hơn tiêu chuẩn cho phép (0,0001 đến 0,011mg/l) nhưng không phải là phổ biến Đặc biệt sự phân bố của hàm lượng sắt và măng gan liên quan đến quy luật phân bố của Asen trong nước dưới đất

Kết quả thí nghiệm cho thấy, nước dưới đất trong tầng qp và tầng qh có quan hệ chặt chẽ với nhau, chúng quan hệ thuỷ lực cả khi giữa hai tầng đó có lớp bùn và sét ngăn cách Đồng thời nước dưới đất trong tầng chứa nước qp cũng có quan hệ thuỷ lực với nước sông Hồng, ở những nơi lớp sét ngăn cách bị bào mòn Như vậy, nguồn cung cấp cho tầng chứa nước qp là nước mưa, nước mặt (mà sông Hồng là nguồn bổ cập quan trọng)

Theo thành phần thạch học và đặc điểm vận động có thể chia tầng chứa nước Pleistocene

ra làm hai lớp có đặc điểm như sau:

Lớp chứa nước trên (qp 2 ): Lớp chứa nước qp2 nằm giữa tầng chứa nước qh và lớp chứa nước qp1 Trầm tích cấu thành chủ yếu của lớp này trầm tích thuộc tập dưới của tầng Vĩnh Phúc chủ yếu là cát từ mịn đến trung,thô đáy tầng lẫn sạn, sỏi Đôi chỗ lẫn sét, sét pha Tại khu vực nghiên cứu các lỗ khoan gặp ở độ sâu từ (26,0  47,2)m và bề dày thay đổi từ (3,3  27,0)m, trung bình 12,2m Trong giai đoạn trước đã tiến hành hút nước thí nghiệm tại một số lỗ khoan trong vùng Kết quả hút nước cho thấy: Q = (1,92  6,84) l/s; q = (0,18  2,41)l/s.m; Km = (96  437)m2/ngày