Thử nghiệm với mơ hình VLEACH a. Sơ lược về mơ hình VLEACH

Mơ hình VLEACH (A One-Dimensional Finite Difference Vadose Zone Leaching Model), version 2.2 năm 1997 do Văn phịng Nghiên cứu và Phát triển, Phịng Thí nghiệm Nghiên cứu Mơi trường Robert S.Kerr-Trung tâm Cung ứng Mơ hình thuộc Cục Bảo vệ Mơi trường Hoa Kỳ phát triển.

Mơ hình tốn được áp dụng cho việc tính tốn và dự báo sự lan truyền, phân bố đối với chất ơ nhiễm như các chất hữu cơ, đặc biệt là các chất hữu cơ nguy hại và độc hại theo thời gian và theo độ sâu.

Tính tốn quá trình phân bố chất ơ nhiễm ở 3 dạng khác nhau:

ƒ Dạng rắn (bị giữ lại trong đất).

ƒ Dạng lỏng (thấm vào tầng nước ngầm).

ƒ Dạng khí (thất thốt bay vào mơi trường khơng khí).

Mơ hình tốn cĩ thể áp dụng cho cả 2 dạng nguồn thải:

ƒ Nguồn thải liên tục.

ƒ Nguồn thải gián đoạn – chỉ thải ra 1 lần (trường hợp cĩ sự cố xảy ra).

b. Cơ sở tốn học của mơ hình

Chất ơ nhiễm hữu cơ khi đưa vào mơi trường đất cĩ thể sẽ tồn tại ở 3 dạng: rắn, lỏng và khí. Quá trình lan truyền và vận động phụ thuộc vào tính chất lý hĩa của thuốc trừ sâu và điều kiện mơi trường nĩ tồn tại trong điều kiện vùng đất chưa bão hịa và đã bão hịa.

ƒ Vùng đất bão hịa (satuared zone): là vùng cĩ khoảng trống trong đất được lấp đầy nước, đĩ là những vùng đất bị ngập nước cĩ độ ẩm đất β = βbh.

ƒ Vùng đất chưa bão hịa (un satuared zone): là vùng cĩ khoảng trống trong đất chưa lấp đầy nước, vùng thống khí đĩ là những vùng đất bị khơng bị ngập nước cĩ độ ẩm đất β < βbh.

Ranh giới giữa hai vùng bão hịa và chưa bão hịa khơng cĩ một ranh giới rõ rệt vì nĩ cĩ thể thay đổi theo mùa khác nhau, nhất là đối với Long An là tỉnh thuộc đồng bằng sơng Cửu Long, hàng năm đều bị ngập nơng sâu khác nhau.

c. Quá trình vận động của chất ơ nhiễm trong đất chưa bão hịa Đối với vùng đất chưa bão hịa, quá trình vận động chất ơ nhiễm được xét theo thời gian và theo chiều sâu, dưới dạng các pha khí, lỏng và rắn:

Phương trình vi phân biểu diễn sự cân bằng của các pha:

Phương trình vi phân cân bằng pha khí:

2 2

z D C t

C_{g g}

δ δ δ

δ =

Phương trình vi phân cân bằng pha lỏng:

zl C q tl

C

δ δ θ δ

δ

_{= −}

Phương trình vi phân cân bằng pha rắn:

[

l g b s

]

T z t C C C

M ( , )= θ +(φ −θ) + ρ

Phương trình tính tốn, dự báo nồng độ chất ơ nhiễm theo độ sâu và thời gian

a) Pha khí

Khi chất ơ nhiễm được đưa vào mơi trường đất thì một phần cịn tồn tại trong mơi trường đất, một phần được vận động và khuếch tán sang mơi trường khơng khí qua các lỗ hổng đất dưới dạng pha khí. Phương trình phân bố nồng độ chất ơ nhiễm ở pha khí

b d H T H

g K K

t z M t K

z

C =θ + φ −θ + ρ )

(

) , ) (

, (

b) Pha lỏng

Khi chất ơ nhiễm hữu cơ được đưa vào mơi trường đất thường cĩ khuynh hướng vận động theo quá trình thấm xuyên xuống đất nước ngầm sau khi thực vật trên mơi trường đất hấp phụ thực hiện quá trình trao đổi chất.

Phương trình phân bố nồng độ chất ơ nhiễm ở pha lỏng

b d H l T

K K

t z t M

z

C =θ + φ−θ + ρ

) (

) , ) (

, ( c) Pha rắn

Quá trình ơ nhiễm chất hữu cơ được giữ lại trong đất thơng qua cơ chế hấp phụ của các chất ơ nhiễm vào thành phần chất hữu cơ cĩ trong đất, hạt keo đất. Phương trình phân bố nồng độ chất ơ nhiễm ở pha rắn

b d H T d

s K K

t z M C K

ρ θ

φ

θ + − +

= ( )

) , (

Trong đĩ:

Cg : nồng độ chất ơ nhiễm hữu cơ ở pha khí (mg/m³) Cl : nồng độ chất ơ nhiễm hữu cơ ở pha lỏng (mg/l) Cs : nồng độ chất ơ nhiễm hữu cơ ở pha rắn (mg/kg) t : thời gian (năm)

z : độ sâu (m)

D : hệ số khuếch tán của chất ơ nhiễm hữu cơ - hệ số khuếch tán của các phân tử khí do chuyển động Brownian (m²/ngày)

q : tốc độ phục hồi – chỉ tiêu để tính tốn cho nguồn thải liên tục (m/năm)

θ : tỉ số giữa thể tích nước chiếm chỗ trong đất so với thể tích tồn bộ của đất

φ : độ rỗng của đất

ρb : tỉ trọng của đất (g/cm³)

MT : tổng nồng độ chất ơ nhiễm hữu cơ đưa vào mơi trường đất (mg/l) KH : hằng số Henry (hệ số chuyển đổi giữa pha lỏng và pha khí)

Kd : hệ số chuyển đổi giữa pha lỏng và pha rắn (ml/g) d. Quá trình vận động của chất ơ nhiễm trong đất bão hịa

Đối với vùng đất bão hịa, quá trình vận động chất ơ nhiễm được xét theo ba chiều (chiều dọc, chiều ngang và chiều sâu (x, y, z) và thời gian).

Phương trình cân bằng chất ơ nhiễm trong vùng bão hịa λ φ δ

δ δ

δ δ

δ δ

δ δ

δ

B s qC R sC Rs t s C x R s C z V z C y D

y C x D

x C

D + + − = + +

2 2 2

2 2

2

Phương trình nồng độ chất ơ nhiễm trong vùng bão hịa như sau:

( )

2 1

t 2

s o o

o 3/ 2

x

x 0 y y

x(z z )t x V 1 y y y y C(x,y,z,t) C exp (t ) erfc erfc d

4B D 4D 2 D 2 D

⎡ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎤

⎡ ⎤

− − τ ⎢ ⎜ − ⎟ ⎜ + ⎟⎥

= π ∫ ⎢⎢⎣− τ − Α − τ − λτ⎥⎥⎦τ ⎢⎣ ⎜⎝ τ⎟⎠− ⎜⎝ τ⎟⎠⎥⎦ τ

( )

⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

− ⎛ +

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ −

⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡ − −Α − −

−

+ ∫ ^τ_τ ^{τ λτ} _{τ τ τ}

π erfc y Dyyo

Dyyo erfc y

t t

DVxs x Dx

o x

C 3 2 2 2

1

0 4

2

2 3 exp ( ) /

* ^{π π π π τ} _dτ

B Dz n B

z n B

z n B

z n

n n ⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛−

⎟⎠

⎜ ⎞

⎝

⎥ ⎛

⎦

⎢ ⎤

⎣

⎡ ⎟

⎠

⎜ ⎞

⎝

− ⎛

⎟⎠

⎜ ⎞

⎝

∞ ⎛

∑

= ^{2 1 2 2}₂ 1

1 sin sin cos exp ¹

Trong đĩ:

C : nồng độ chất ơ nhiễm trong vùng bão hịa (mg/l)

x,y,z : tọa độ khơng gian theo hướng ngang, dọc và thẳng đứng (m) Dz

Dy

Dx, , : hệ số phân tán của chất ơ nhiễm trong vùng bão hịa lần lượt theo các hướng ngang, dọc, và thẳng đứng (m²/năm) Vs : vận tốc thấm trung bình của dịng nước theo hướng thẳng

đứng (m/năm)

Rs : hệ số chậm trễ của chất ơ nhiễm trong vùng bão hịa t : thời gian (năm)

λs : hệ số phân hủy của chất ơ nhiễm trong vùng bão hịa (l/năm) q : vận tốc trung bình của dịng nước theo hướng ngang (m/năm) B : chiều dày (chiều sâu) của vùng bão hịa

φ : độ xốp của đất.

1 Nguồn VITTEP, Nghiên cứu báo cáo đánh giá tác động chất thải công nghiệp của khu cơng nghiệp tới môi trường đất.

Trong tài liệu NGHIÊN CỨU KHOA HỌC (Trang 170-175)