Επίδραση της διαρροής στερεών αστικών αποβλήτων στην ποιότητα των υπόγειων υδάτων στο Βαρανάσι, Ινδία
Από RemoteSensing Wiki
(Νέα σελίδα με 'Πρωτότυπος τίτλος: Impact of Municipal Solid Waste Landfill leachate on groundwater quality in Varanasi, India Συγγραφείς: Sachin Mishra, Dhane...') |
|||
| Γραμμή 77: | Γραμμή 77: | ||
'''3.8. Αποτελέσματα της μοντελοποίησης της ροής των υπόγειων υδάτων''' | '''3.8. Αποτελέσματα της μοντελοποίησης της ροής των υπόγειων υδάτων''' | ||
| - | Η μοντελοποίηση της ροής των υπόγειων υδάτων πραγματοποιήθηκε για την κατανόηση των υδρογεωλογικών διεργασιών και την πρόβλεψη της ρύπανσης από τα στραγγισμένα. Η προσομοίωση έδειξε ροή νερού από υψηλά σημεία κοντά στον χώρο ταφής προς χαμηλότερα σημεία κοντά στον ποταμό Γάγγη, με ταχύτητα ροής 5,7 × 10-3 m/s. Η αύξηση της υδραυλικής πίεσης κατά την περίοδο μετά τον μουσώνα αυξάνει την εκφόρτιση και τη μεταφορά ρύπων. Η μελέτη ανέδειξε ξεχωριστά πρότυπα ροής, υποδεικνύοντας ότι η εγγύτητα στον χώρο ταφής αυξάνει σημαντικά τους κινδύνους ρύπανσης. | + | Η μοντελοποίηση της ροής των υπόγειων υδάτων πραγματοποιήθηκε για την κατανόηση των υδρογεωλογικών διεργασιών και την πρόβλεψη της ρύπανσης από τα στραγγισμένα. Η προσομοίωση έδειξε ροή νερού από υψηλά σημεία κοντά στον χώρο ταφής προς χαμηλότερα σημεία κοντά στον ποταμό Γάγγη, με ταχύτητα ροής 5,7 × 10-3 m/s. Η αύξηση της υδραυλικής πίεσης κατά την περίοδο μετά τον μουσώνα αυξάνει την εκφόρτιση και τη μεταφορά ρύπων. Η μελέτη ανέδειξε ξεχωριστά πρότυπα ροής, υποδεικνύοντας ότι η εγγύτητα στον χώρο ταφής αυξάνει σημαντικά τους κινδύνους ρύπανσης . |
'''3.9. Γράφημα βαθμονόμησης''' | '''3.9. Γράφημα βαθμονόμησης''' | ||
Αναθεώρηση της 10:59, 10 Φεβρουαρίου 2025
Πρωτότυπος τίτλος: Impact of Municipal Solid Waste Landfill leachate on groundwater quality in Varanasi, India
Συγγραφείς: Sachin Mishra, Dhanesh Tiwary, Anurag Ohri, Ashwani Kumar Agnihotri
Δημοσιεύθηκε: 23 Μαίου 2019
Λέξεις κλειδιά: Στερεά αστικά αποβλήτα, Ρύπανση υπόγειων υδάτων, Διαρροή, ΧΥΤΑ, GIS, μοντέλο MODFLOW
Αντικείμενο εφαρμογής: Επίδραση αποβλήτων σε υπόγεια ύδατα
DOI: https://doi.org/10.1016/j.gsd.2019.100230
1. Εισαγωγή
Στις αναπτυσσόμενες χώρες, η διαχείριση των αποβλήτων, όπως τα αστικά στερεά απόβλητα (ΑΣΑ), έχει γίνει δύσκολη, καθώς αυτά συχνά απορρίπτονται ανεπαρκώς σε ανοικτούς χώρους, προκαλώντας περιβαλλοντικούς κινδύνους, ιδίως ρύπανση του εδάφους, των υπόγειων και των επιφανειακών υδάτων. Τα ΑΣΑ στις ασιατικές πόλεις αποτελούνται κυρίως από οργανικά υλικά, ενώ μη βιοδιασπώμενα όπως πλαστικά περιπλέκουν τη βιώσιμη διαχείριση αποβλήτων. Παράγοντες όπως οι βροχοπτώσεις, τα χαρακτηριστικά του εδάφους και οι ανθρώπινες δραστηριότητες συμβάλλουν στη ρύπανση. Πιο συγκεκριμένα, η διασπορά των ρύπων στα υπόγεια ύδατα επηρεάζεται από τις φυσικοχημικές ιδιότητες των ΑΣΑ, με ακτίνα επιρροής 200 έως 1000 μέτρων, με αποτέλεσμα τα υπόγεια ύδατα κοντά σε χώρους απόρριψης συχνά υπερβαίνουν τα ασφαλή πρότυπα. Χημικά δεδομένα έδειξαν ότι η περιοχή επηρεάζεται από βαρέα μέταλλα, με το κάδμιο και το άζωτο να κατατάσσονται πρώτα ως προς την τοξικότητα.
Χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα πεδίου, δεδομένα GPS, φυσικοχημικά δεδομένα για το δείκτη ρύπανσης από τα στραγγίσματα (LPI) και του δείκτη ποιότητας νερού (WQI), αλλά και προηγμένα εργαλεία, όπως το GIS και το μοντέλο MODFLOW, που χρησιμοποιούνται για την παρακολούθηση και αξιολόγηση των επιπτώσεων. Η αποτελεσματική διαχείριση αποβλήτων, για την προστασία των υπόγειων υδάτινων πόρων, είναι κρίσιμη για την αποτροπή περαιτέρω περιβαλλοντικής ζημιάς και την προστασίας της ανθρώπινης υγείας.
2. Δεδομένα και Μεθοδολογία
2.1. Περιοχή Μελέτης
Η μελέτη επικεντρώνεται στον χώρο απόρριψης αποβλήτων Ramna στο Varanasi της Ινδίας, μια περιοχή με υγρό υποτροπικό κλίμα, σημαντικές εποχικές διακυμάνσεις θερμοκρασίας (32-46°C το καλοκαίρι και 5-15°C τον χειμώνα) και ετήσια βροχόπτωση 1.100 mm. Ο μη οργανωμένος χώρος υγειονομικής ταφής, που βρίσκεται 2,64 χλμ. δυτικά του ποταμού Γάγγη, περιβάλλεται από γεωργικές εκτάσεις και οικιστικές περιοχές. Παρά τις συχνές διαμαρτυρίες των κατοίκων για τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις, οι αρχές δεν έχουν λάβει μέτρα. Ο χώρος, μόλις 500 μ. από το χωριό Ramana, παραβιάζει τους Κανονισμούς Διαχείρισης Αστικών Αποβλήτων του 2000, που απαιτούν απόσταση από κατοικημένες περιοχές. Οι τοπικές πηγές νερού, όπως ανοιχτά και γεωτρημένα πηγάδια, είναι ιδιαίτερα ευάλωτες στη ρύπανση λόγω της αμμώδους γεωλογίας της περιοχής. Από το 2012, ο χώρος δέχεται απόβλητα χωρίς διαλογή ή επεξεργασία, ενώ η πλημμυροπαθής περιοχή συσσωρεύει ιλύ, άργιλο και αργιλώδες έδαφος κατά την περίοδο των βροχών. Η περιοχή έχει υψόμετρο 76 μ. πάνω από τη στάθμη της θάλασσας και χαρακτηρίζεται από επίπεδη τοπογραφία
2.2. Μέθοδος Δειγματοληψίας και Ανάλυσης
Η δειγματοληψία πραγματοποιήθηκε στο χωριό Ramna μεταξύ συγκεκριμένων γεωγραφικών συντεταγμένων, με τα πηγάδια δειγματοληψίας να βρίσκονται 480-790 μέτρα από τον χώρο απόρριψης. Τα δείγματα υπόγειων υδάτων και στραγγισμάτων συλλέχθηκαν μετά την περίοδο των βροχών και αναλύθηκαν με διεθνώς αποδεκτές μεθόδους. Οι κύριες παράμετροι που μετρήθηκαν περιλάμβαναν το pΗ, την ηλεκτρική αγωγιμότητα (EC), τα διαλυμένα στερεά (TDS) και βαρέα μέταλλα (π.χ. Fe, Cr, Ζn). Η ανάλυση έδειξε σημαντικά επίπεδα ρύπων στο στραγγισμένο υγρό, με μέταλλα όπως το Cd και το Pb να προσδιορίζονται με εξειδικευμένες τεχνικές.
2.3. Υπολογισμός του Δείκτη Ρύπανσης από Στραγγίσματα (LPI) των Στραγγισμάτων του ΧΥΤΑ
Ο Δείκτης Ρύπανσης από Στραγγίσματα (LPI) ποσοτικοποιεί τη δυνατότητα ρύπανσης από χώρους υγειονομικής ταφής. Υπολογίζεται με μια φόρμουλα που περιλαμβάνει συντελεστές βαρύτητας και συγκεντρώσεις ρύπων. Ο δείκτης αυτός, που αναπτύχθηκε από τους Kumar και Alappat, παρέχει έναν μοναδικό αριθμητικό δείκτη για την τοξικότητα των στραγγισμένων με βάση πολλαπλές παραμέτρους.
2.4. Υπολογισμός του Δείκτη Ποιότητας Νερού (WQI) των Στραγγισμάτων του ΧΥΤΑ
Ο Δείκτης Ποιότητας Νερού (WQI) αξιολογεί την ποιότητα των υπόγειων υδάτων μέσω μιας αριθμητικής μεθόδου βαρών. Καθορίζονται συντελεστές βαρύτητας για κάθε παράμετρο ανάλογα με τη σημασία τους, και η τελική βαθμολογία WQI κατατάσσει την ποιότητα του νερού σε διαφορετικές κατηγορίες. Αυτή η προσέγγιση παρέχει ένα τυποποιημένο μέτρο καταλληλότητας νερού για διάφορες χρήσεις.
2.5. Προσομοίωση της μοντελοποίησης των υπόγειων υδάτων
Η μοντελοποίηση ροής υπόγειων υδάτων ενσωματώνει τον νόμο του Darcy και την εξίσωση συνέχειας για τη προσομοίωση της κίνησης νερού μέσω υδροφορέων. Η υδραυλική αγωγιμότητα, η ειδική αποθήκευση και η πορώδης υφή καθορίζουν τη ροή, επιτρέποντας την πρόβλεψη της μεταφοράς ρύπων και την υποστήριξη της διαχείρισης υπόγειων υδάτων.
3. Αποτελέσματα και Συζήτηση
Το τμήμα αυτό παρουσιάζει τα αποτελέσματα αναλύσεων των στραγγισμένων υγρών και των δειγμάτων υπόγειων υδάτων, τα οποία εξετάστηκαν στατιστικά και χωρικά με τη χρήση του λογισμικού SPSS και GIS. Τα ευρήματα παρέχουν πληροφορίες για τα επίπεδα ρύπανσης γύρω από τον χώρο απόρριψης.
3.1. Φυσικοχημικά χαρακτηριστικά δειγμάτων στραγγισμάτων
Η φυσικοχημική ανάλυση των δειγμάτων στραγγισμένων (L1 και 12) αποκάλυψε θερμοκρασίες κατάλληλες για μικροβιακή δραστηριότητα και χημικές αντιδράσεις. Οι τιμές pH κυμαίνονταν μεταξύ 8,3-9,3, υποδεικνύοντας αλκαλικό χαρακτήρα. Υψηλά επίπεδα EC (5,65 mS/cm), TDS (2825 mg/L), χλωριούχων (1420 mg/L), νιτρικών (72 mg/L) και μαγνησίου (275 mg/L) παρατηρήθηκαν, ειδικά στο 12. Επίσης, υψηλές συγκεντρώσεις BOD (1344 mg/L), COD (8386 mg/L) και PO₄³⁻ (42,3 mg/L) υποδεικνύουν έντονη ρυπαντική δυναμική των στραγγισμένων. Ανιχνεύτηκαν βαρέα μέταλλα όπως χρώμιο, χαλκός και σίδηρος, επιβεβαιώνοντας την παρουσία βιομηχανικών και μεταλλικών αποβλήτων. Τα ευρήματα τονίζουν τον επικίνδυνο χαρακτήρα του χώρου υγειονομικής ταφής, με σημαντικούς κινδύνους για τα υπόγεια ύδατα λόγω διήθησης ρύπων.
3.2. Υπολογισμός του Δείκτη Ρύπανσης από Στραγγίσματα (LPI)
Ο Δείκτης Ρύπανσης από Στραγγίσματα (LPI) του χώρου ταφής Ramna υπολογίστηκε σε 15,62, υποδεικνύοντας υψηλή δυναμική ρύπανσης. Η τιμή αυτή δείχνει ότι τα στραγγισμένα υγρά δεν έχουν σταθεροποιηθεί και βρίσκονται σε διαδικασία αποσύνθεσης, θέτοντας σημαντικούς κινδύνους ρύπανσης για τα γύρω υπόγεια ύδατα. Τα βαρέα μέταλλα παραμένουν στα στραγγισμένα για μεγάλο διάστημα, επηρεάζοντας την αθροιστική αξιολόγηση ρύπανσης. Ο υψηλός LPI αναδεικνύει τον επικίνδυνο χαρακτήρα του χώρου ταφής και τη δυνατότητά του να ρυπαίνει σοβαρά τις κοντινές υπόγειες υδάτινες πηγές.
3.3. Φυσικοχημικά χαρακτηριστικά των υπόγειων υδάτων γύρω από τον ΧΥΤΑ
Η ποιότητα των υπόγειων υδάτων γύρω από τον χώρο υγειονομικής ταφής αναλύθηκε κατά τις περιόδους προ-και μετα-μουσώνα, αποκαλύπτοντας σημαντική ρύπανση. Η θερμοκρασία κυμάνθηκε από 27°C έως 33,9°C (μέσος όρος 31,1°C) στον προ-μουσώνα και από 21,1°C έως 23,6°C (μέσος όρος 22,2°C) στον μετα-μουσώνα, επηρεάζοντας τις χημικές αντιδράσεις και την ποιότητα του νερού. Το ρΗ κυμάνθηκε από 6,4 έως 7,3 (μέσος όρος 6,9) στον προ-μουσώνα και από 6,4 έως 8,1 (μέσος όρος 7,67) στον μετα-μουσώνα. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα (EC) και τα διαλυμένα στερεά (TDS) ξεπέρασαν τα πρότυπα πόσιμου νερού, με τα TDS να φτάνουν μέσο όρο 723 mg/L στον προ-μουσώνα και 1006 mg/L στον μετα-μουσώνα.
Τα επίπεδα νιτρικών ήταν ιδιαίτερα υψηλά, κυμαινόμενα από 9,2 έως 142,6 mg/L στον προ-μουσώνα και 17 έως 110 mg/L στον μετα-μουσώνα, λόγω της διήθησης διασταλαζόντων και της χρήσης γεωργικών λιπασμάτων. Η αλκαλικότητα (233-715 mg/L στον προ-μουσώνα, 66-126 mg/L στον μετα-μουσώνα), τα χλωριούχα (μέσος όρος 130 mg/L στον προ-μουσώνα, 156,92 mg/L στον μετα-μουσώνα) και η σκληρότητα (μέσος όρος 416,35 mg/L στον μετα-μουσώνα) έδειξαν επιδείνωση της ποιότητας του νερού μετά τον μουσώνα.
Τα επίπεδα COD κυμάνθηκαν από 17 έως 181 mg/L, ενώ το BOD παρέμεινε σχετικά χαμηλό αλλά υπαρκτό. Οι συγκεντρώσεις σιδήρου ξεπέρασαν το ασφαλές όριο των 0,3 mg/L, με μέσο όρο 1,06 mg/L στον μετα-μουσώνα, επηρεάζοντας τη γεύση και την εμφάνιση του νερού. Οι φωσφορικές ενώσεις (PO₄³⁻) αυξήθηκαν σημαντικά στον μετα-μουσώνα, λόγω απορροής γεωργικών και οργανικών αποβλήτων. Η συγκέντρωση φθορίου παρέμεινε χαμηλή, υποδεικνύοντας ελάχιστη επίδραση από λιθογενή παράγοντα. Αυτά τα ευρήματα υπογραμμίζουν σοβαρή ρύπανση των υπόγειων υδάτων κοντά στον χώρο ταφής, ιδιαίτερα μετά τον μουσώνα, εξαιτίας της διήθησης των στραγγισμένων υγρών και των ανθρωπογενών δραστηριοτήτων
3.4. Στατιστική ανάλυση της ποιότητας των υπόγειων υδάτων γύρω από τον ΧΥΤΑ
Η στατιστική ανάλυση της ποιότητας των υπόγειων υδάτων έδειξε ότι το 84,18% της συνολικής διακύμανσης κατά τον προ-μουσώνα και το 84,56% κατά τον μετα-μουσώνα εξηγείται από έξι συνιστώσες. Η πρώτη συνιστώσα έχει τη μεγαλύτερη επιρροή, επηρεαζόμενη από παραμέτρους όπως το pΗ, η ηλεκτρική αγωγιμότητα (EC), τα διαλυμένα στερεά (TDS), τα χλωριούχα και το COD, αντικατοπτρίζοντας την επίδραση ιόντων από τα στραγγισμένα του χώρου ταφής. Η δεύτερη συνιστώσα σχετίζεται με τα επίπεδα ασβεστίου και νατρίου, ενώ η τρίτη επικεντρώνεται στον σίδηρο, τις φωσφορικές ενώσεις και το διαλυμένο οξυγόνο. Η τέταρτη συνιστώσα κυριαρχείται από τα νιτρικά, πιθανώς λόγω γεωργικών λιπασμάτων. Οι πέμπτη και έκτη συνιστώσες έχουν μικρότερη επιρροή, αλλά τονίζουν σημαντικές αλλαγές στην ποιότητα των υπόγειων υδάτων λόγω διήθησης στραγγισμένων και εξωτερικών ρύπων.
3.5. Ιεραρχική ανάλυση σε ομάδες
Η ιεραρχική ανάλυση σε ομάδες χρησιμοποιήθηκε για την αξιολόγηση της ποιότητας των υπόγειων υδάτων και την ομαδοποίηση δειγμάτων με παρόμοιες πηγές ρύπανσης. Τα αποτελέσματα παρουσιάστηκαν σε δενδρόγραμμα, όπου η απόσταση μεταξύ των ομάδων δείχνει τον βαθμό ομοιότητας. Εντοπίστηκαν τρεις διακριτές ομάδες: Η Ομάδα 3 περιλαμβάνει δείγματα με υψηλή ρύπανση από τον χώρο ταφής, η Ομάδα 2 δείγματα με μέτρια ρύπανση, και η Ομάδα 1 δείγματα με χαμηλά επίπεδα ρύπανσης χωρίς σημαντική επιρροή από τον χώρο ταφής.
3.6. Χωρική κατανομή των παρατηρούμενων ρύπων στα υπόγεια ύδατα γύρω από τον ΧΥΤΑ
Χαρτογραφήσεις της χωρικής κατανομής ρύπων όπως EC, TDS, NO₃⁻, Fe και PO₄³⁻ δημιουργήθηκαν με τη χρήση GIS για την ανάλυση της ρύπανσης των υπόγειων υδάτων κοντά στον χώρο ταφής. Τα δεδομένα μετά τον μουσώνα έδειξαν εκτεταμένη ρύπανση, με τα νιτρικά (NO₃⁻) και τις φωσφορικές ενώσεις (PO₄³⁻) να ξεπερνούν τα ασφαλή όρια στις περισσότερες περιοχές λόγω διήθησης στραγγισμένων και γεωργικής απορροής. Οι υψηλές συγκεντρώσεις σιδήρου αποδόθηκαν σε αντιδράσεις οξειδοαναγωγής και ανταλλαγής ιόντων στο έδαφος του χώρου ταφής. Αν και τα επίπεδα φωσφορικών βελτιώθηκαν σε ορισμένες περιοχές μετά τον μουσώνα, η συνολική ρύπανση από EC, TDS, NO₃⁻ και Fe αυξήθηκε κοντά στον χώρο ταφής. Τα ευρήματα επιβεβαιώνουν τη σημαντική επίδραση του χώρου ταφής στην ποιότητα των υπόγειων υδάτων, ειδικά κατά την περίοδο μετά τον μουσώνα.
3.7. Αξιολόγηση του δείκτη ποιότητας του νερού (WQI)
Ο Δείκτης Ποιότητας Νερού (WQI) υπολογίστηκε βάσει των προτύπων του ΠΟΥ και της Ινδίας, κυμαινόμενος από 89,42 έως 99.97 πριν τον μουσώνα και από 88.25 έως 99,62 μετά τον μουσώνα Στον προ-μουσώνα, το 50% των δειγμάτων χαρακτηρίστηκε εξαιρετικής ποιότητας, το 43,75% καλής και το 6.25% μέτριας. Μετά τον μουσώνα, η ποιότητα του νερού μειώθηκε: 37,5% εξαιρετική, 25% καλή και 37,5% μέτρια. Η πτώση αυτή συνδέεται με την άνοδο της στάθμης των υπόγειων υδάτων και τη διείσδυση στραγγισμένων, ειδικά κοντά στον χώρο ταφής, όπου εντοπίστηκαν αυξημένα επίπεδα TDS, σκληρότητας, νιτρικών και βαρέων μετάλλων. Η εγγύτητα στον χώρο ταφής συνδέθηκε με χειρότερη ποιότητα νερού, υπογραμμίζοντας την επίδραση του χώρου ταφής κατά την περίοδο των μουσώνων.
3.8. Αποτελέσματα της μοντελοποίησης της ροής των υπόγειων υδάτων
Η μοντελοποίηση της ροής των υπόγειων υδάτων πραγματοποιήθηκε για την κατανόηση των υδρογεωλογικών διεργασιών και την πρόβλεψη της ρύπανσης από τα στραγγισμένα. Η προσομοίωση έδειξε ροή νερού από υψηλά σημεία κοντά στον χώρο ταφής προς χαμηλότερα σημεία κοντά στον ποταμό Γάγγη, με ταχύτητα ροής 5,7 × 10-3 m/s. Η αύξηση της υδραυλικής πίεσης κατά την περίοδο μετά τον μουσώνα αυξάνει την εκφόρτιση και τη μεταφορά ρύπων. Η μελέτη ανέδειξε ξεχωριστά πρότυπα ροής, υποδεικνύοντας ότι η εγγύτητα στον χώρο ταφής αυξάνει σημαντικά τους κινδύνους ρύπανσης .
3.9. Γράφημα βαθμονόμησης
Το γράφημα βαθμονόμησης δείχνει ότι τα περισσότερα παρατηρούμενα δεδομένα βρίσκονται εντός διαστήματος εμπιστοσύνης 95%, επιβεβαιώνοντας την αξιοπιστία των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης. Η ανάλυση ευαισθησίας έδειξε ότι τα αποτελέσματα του μοντέλου επηρεάστηκαν από παραμέτρους όπως η υδραυλική αγωγιμότητα, η ειδική αποθήκευση και η ειδική απόδοση των στρωμάτων. Ο συντελεστής συσχέτισης (12) μεταξύ παρατηρούμενων και προσομοιωμένων τιμών ήταν 0,714, υποδεικνύοντας ισχυρή συμφωνία και επιβεβαιώνοντας την ακρίβεια του μοντέλου στην απεικόνιση των συνθηκών ροής των υπόγειων υδάτων.
5. Συμπεράσματα
Η μελέτη καταλήγει ότι η ποιότητα των υπόγειων υδάτων γύρω από τον χώρο ταφής Ramna στο Varanasi επιδεινώνεται λόγω διήθησης διασταλαζόντων, καθιστώντας το νερό ακατάλληλο για πόση, καθώς οι περισσότερες παράμετροι υπερβαίνουν τα πρότυπα του ΠΟΥ και του BIS. Η ανάλυση παραγόντων αναδεικνύει τη σημαντική επίδραση ρύπων όπως τα TDS, τα νιτρικά, ο σίδηρος και οι φωσφορικές ενώσεις, ιδίως κατά τις περιόδους προ- και μετα-μουσώνα, αντανακλώντας ανθρωπογενείς επιπτώσεις. Ο Δείκτης Ποιότητας Νερού (WQI) δείχνει σταδιακή μετάβαση από καλή σε μέτρια ποιότητα νερού, αυξάνοντας τον κίνδυνο περαιτέρω επιδείνωσης. Τα ευρήματα υπογραμμίζουν τη σημασία της παρακολούθησης και της μοντελοποίησης για την προστασία των υπόγειων υδάτων και την αξιολόγηση των μακροπρόθεσμων εκπομπών ρύπων από τον χώρο ταφής.
