Luận văn thạc sĩ HUS khảo sát sự phân bố của một số thành phần hóa học trong nước ngầm khu vực đông nam hà nội

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƢ̣ NHIÊN - Bùi Văn Minh KHẢO SÁT SỰ PHÂN BỐ CỦA MỘT SỐ THÀNH PHẦN HÓA HỌC TRONG NƢỚC NGẦM KHU VỰC ĐÔNG NAM HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2015 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƢ̣ NHIÊN - Bùi Văn Minh KHẢO SÁT SỰ PHÂN BỐ CỦA MỘT SỐ THÀNH PHẦN HÓA HỌC TRONG NƢỚC NGẦM KHU VỰC ĐÔNG NAM HÀ NỘI Chuyên ngành: Khoa học Môi trƣờng Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Phạm Thị Kim Trang Hà Nội - 2015 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn TS Phạm Thị Kim Trang giao đề tài tận tình giúp đỡ, truyền đạt kiến thức để em hoàn thành luận văn Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS Phạm Hùng Việt ThS Vi Thị Mai Lan tận tụy hướng dẫn truyền đạt lại cho em kiến thức bổ ích suốt thời gian học tập nghiên cứu Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới GS.TS Benjamin Bostick (trường Đại học Tổng hợp Columbia, Mỹ), người trực tiếp giảng dạy khóa học hữu ích truyền đạt kiến thức chuyên ngành quý báu sử dụng luận văn Em xin cảm ơn anh chị bạn nhóm nghiên cứu kim loại nặng nhiệt tình giúp đỡ em suốt trình làm việc nghiên cứu trung tâm Công nghệ Môi trường Phát triển Bền vững (CETASD) Em xin chân thành cảm ơn tới thầy cô khoa Môi trường – Trường Đại học KHTN – Đại học Quốc Gia Hà Nội giảng dạy truyền đạt kiến thức bổ ích cần thiết để sử dụng luận văn nghiên cứu sau Xin cảm ơn hỗ trợ kinh phí đề tài hợp tác trường Đại học Tổng hợp Columbia, Mỹ với Trung tâm nghiên cứu Công nghệ Môi trường Phát triển Bền vững, trường Đại học Khoa học Tự nhiên vấn đề “Đánh giá bền vững nguồn nước ngầm: kết hợp đào tạo nghiên cứu (PEER Grant 544)” Việt Nam Học viên: Bùi Văn Minh LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG ii DANH MỤC HÌNH iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT iv MỞ ĐẦU CHƢƠNG - TỔNG QUAN 1.1 Một số trình thành tạo nước ngầm 1.2 Thành phần hóa học nước ngầm 1.3 Nguy ô nhiễm nước ngầm giới Việt Nam 13 1.3.1 Trên giới 13 1.3.2 Việt Nam 19 CHƢƠNG – MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25 2.1 Địa điểm thời gian nghiên cứu 25 2.2 Mục tiêu đối tượng nghiên cứu 26 2.3 Phương pháp nghiên cứu 27 2.3.1 Phương pháp lấy mẫu 27 2.3.2 Các phương pháp phân tích phịng thí nghiệm 30 2.3.3 Phương pháp xử lí số liệu 31 2.4 Thiết bị, dụng cụ hoá chất 32 CHƢƠNG – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 3.1 Khảo sát hàm lượng nguyên tố đa lượng nước ngầm khu vực Đông Nam Hà Nội 35 3.2 Khảo sát hàm lượng thành phần vi lượng nước ngầm khu vực Đông Nam Hà Nội 41 KẾT LUẬN 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 PHỤ LỤC i LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Giới hạn cho phép số thành phần vi lượng nước ngầm theo tiêu chuẩn Việt Nam 11 Bảng 1.2 Tiêu chuẩn số thành phần nước uống đóng góp nước uống cho lượng vào nguyên tố dinh dưỡng 12 ii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Bản đồ phân bố As nước ngầm giếng có độ sâu < 150m vùng Băng-la-đét 14 Hình 1.2 Ơ nhiễm asen nước giếng khoan đồng sơng Hồng 21 Hình 2.1 Sơ đồ điểm lấy mẫu khu vực phía Đơng Nam Hà Nội .25 Hình 2.2 Đo giá trị DO, Eh, Ec, T0, pH trường .27 Hình 2.3 Lọc mẫu nước phân tích cation trường 28 Hình 2.4 Lấy mẫu bảo quản lạnh mẫu DOC trường .29 Hình 2.5 Một số thiết bị phân tích phịng thí nghiệm 32 Hình 3.1 Biểu đồ Piper biểu diễn nồng độ cation anion nước ngầm khu vực nghiên cứu 35 Hình 3.2 Biểu đồ surfer biểu diễn phân bố cation nước ngầm khu vực Đơng Nam Hà Nội Error! Bookmark not defined Hình 3.3 Biểu đồ surfer biểu diễn phân bố anion nước ngầm khu vực Đông Nam Hà Nội Error! Bookmark not defined Hình 3.4 Biểu đồ surfer biểu diễn Độ dẫn điện (Ec) Thế oxy hóa – khử (Eh) khu vực Đông Nam Hà Nội Error! Bookmark not defined Hình 3.5 Biểu đồ surfer biểu diễn phân bố As, Fe, Mn, PO4 nước ngầm khu vực Đông Nam Hà Nội Error! Bookmark not defined Hình 3.6 Biểu đồ surfer biểu diễn phân bố amoni DOC nước ngầm khu vực Đông Nam Hà Nội Error! Bookmark not defined Hình 3.7 Sự phân hủy hợp chất hữu trình xảy điều kiện khử 49 iii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT Asen : As Amoni : NH4 Ascorbic : C6H8O4 Ascorbate : C6H7NaO6 Axit formic : HCOOH Amonium oxalate : (NH4)2C2O4 As (T) : Asen tổng DOC : Cacbon hữu hòa tan Fe (T) : Sắt tổng GC – 2014 : Sắc kí khí TOC : Tổng cacbon hữu hòa tan UV-Vis : Quang phổ hấp thụ phân tử vùng tử ngoại khả kiến WHO : Tổ chức y tế giới iv LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỞ ĐẦU Nước ngầm nguồn cung cấp nước sinh hoạt chủ yếu nhiều quốc gia vùng dân cư giới Nhưng tình trạng nhiễm nước ngầm vấn đề đáng báo động cho toàn nhân loại, vấn đề mang tính thời quốc gia, tổ chức bảo vệ môi trường toàn giới Vấn đề nước số vấn đề lớn tài nguyên toàn cầu thập niên tới Một tỷ người khơng có nước uống từ nguồn cơng cộng năm 2003 Khoảng 2-7 tỷ người sống đất nước khan nước vào năm kỉ Gần đây, theo ước tính thay đổi khí hậu làm tăng vấn đề thiếu nước toàn cầu lên khoảng 20% Sự thiếu nước đưa vấn đề toàn cầu đòi hỏi nhiều nỗ lực để đảm bảo chất lượng nước uống tốt cho toàn nhân loại Nhiều nguồn nước uống lấy từ nước bề mặt nước phát triển nước ngầm thường ưa dùng cần xử lý có chất lượng mặt vi sinh tốt hơn, điều hạn chế lây lan bệnh từ nước dịch tả [20] Ở Việt Nam nay, nguồn nước ngầm chiếm 35-50% tổng lượng nước cấp sinh hoạt cho thị tồn quốc, suy giảm trữ lượng đồng thời bị ô nhiễm nghiêm trọng Nhiều nơi, nguồn nước ngầm phải đối mặt với vấn đề xâm nhập mặn diện rộng, ô nhiễm vi sinh, ô nhiễm kim loại nặng Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh khoan nước đất thiếu quy hoạch khơng có kế hoạch bảo vệ nguồn nước Vấn đề đáng báo động nguồn nước đất Việt Nam đối mặt với dấu hiệu ô nhiễm coliform vượt quy chuẩn cho phép từ hàng trăm đến hàng nghìn lần Tình trạng nhiễm photphat, kim loại nặng Fe, As, Mn, Pb, có xu hướng tăng nhanh theo thời gian [7] Đồng sông Hồng hai đồng lớn quan trọng Việt Nam Khai thác nước ngầm đồng sông Hồng tiến hành cách hàng trăm năm Hiện tại, với phát triển bùng nổ dân số kinh tế, hàng triệu m3 nước ngầm khai thác ngày đồng sông Hồng để cung cấp nước ăn uống sinh hoạt cho hàng triệu người dân với hai hình thức khai thác chính: khai thác tập trung nhà máy nước với số lượng lớn khai thác đơn lẻ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com hộ dân Lưu lượng khai thác tập trung nước ngầm bình quân tăng nhanh theo thời gian Mặt khác, việc khai thác nước đơn lẻ hộ dân tồn phổ biến Chính mà nước ngầm ngày suy giảm mạnh số lượng lẫn chất lượng Khu vực phía Đơng Nam Hà Nội nằm hạ lưu sông Hồng, nơi tập trung dân cư đông đúc, việc khai thác nước ngầm diễn cách ạt gây nhiều tác hại Nhất làm hạ thấp mực nước nhiễm bẩn nguồn nước [6] Hiện có số cơng trình nghiên cứu khả ô nhiễm kim loại (Hg, As, Mn, Ni, Cr…), yếu tố độc hại, dư lượng thuốc trừ sâu, nhiễm bẩn vi sinh vùng Nhưng trạng ô nhiễm nước ngầm chưa nghiên cứu cách đầy đủ chi tiết Chính lý mà tiến hành nghiên cứu đề tài “Khảo sát phân bố số thành phần hóa học nước ngầm khu vực Đông Nam Hà Nội” Các nội dung tiến hành: Khảo sát hàm lượng thành phần đa lượng như: Ca, Mg, Na, K, HCO3-, Cl, SO42-, NO3- từ nhận xét cấu trúc, nguồn gốc chủ yếu nước ngầm khu vực nghiên cứu Khảo sát hàm lượng thành phần vi lượng: Fe, As, Mn, PO43-, NH4+, DOC, từ nhận xét trạng nguyên nhân liên quan đến hình thành nhiễm Luận văn thực khuôn khổ đề tài hợp tác trường Đại học Tổng hợp Columbia, Mỹ với Trung tâm CETASD vấn đề “Đánh giá bền vững nguồn nước ngầm: kết hợp đào tạo nghiên cứu (PEER Grant 544)” Các kết luận văn trình bày poster hội nghị Khoa học lần thứ 8, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội, tháng 9/2014 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng - TỔNG QUAN 1.1 Mợt sớ q trình thành tạo nƣớc ngầm Nước ngầm (nước đất) loại nước chảy mạch kín đất kiến tạo địa chất tạo nên, túi nước liên thông mạch nước chảy sát với tầng đá mẹ Đây loại nước tự nhiên có hệ thống hố lý phức tạp, biến đổi tuỳ thuộc vào thành phần, mức độ hoạt động hợp chất tham gia điều kiện nhiệt động học Người ta phân chia thành phần nước ngầm theo nhóm nguyên tố đa lượng, vi lượng nguyên tố phóng xạ, chất hữu cơ, vi sinh vật, chất khí hoà tan chất keo hỗn hợp học khác [9] Hiện nay, người ta chia nước ngầm theo nguồn gốc điều kiện hình thành thành phần hóa học q trình phát triển địa chất vỏ Trái Đất, thường gồm số loại sau:  Nước có nguồn gốc khí (nước ngấm, nước rửa lũa)  Nước có nguồn gốc biển (nước trầm tích)  Nước nguồn gốc macma (nước nguyên sinh)  Nước có nguồn gốc biến chất (nước tái sinh, nước khử Hyđrat) Sự hình thành thành phần hố học nước ngầm kết trình dịch chuyển vật chất vỏ Trái Đất điều kiện địa chất cụ thể Các nhân tố trình gây dịch chuyển ngun tố hóa học vỏ Quả Đất chia thành hai nhóm khác bản, nhân tố bên nhân tố bên Các nhân tố bên trong, hay nhân tố hóa lý, có liên quan đến chất hóa học nguyên tử, phân tử, ion nguyên tố Đó tính chất: Hóa trị, bán kính ion, ion, lượng mang tinh thể, … nhân tố bên định tính phổ biến nguyên tố vỏ Trái Đất tồn quy luật chung hình thành thành phần nước ngầm Các nhân tố bên ảnh hưởng đến thành tạo thành phần hóa học nước đất Thuộc nhóm nhân tố bao gồm: Các nhân tố địa lý tự nhiên, địa chất, địa mạo, địa chất thủy văn, địa nhiệt, địa sinh vật [8] LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com quy chuẩn nước ngầm (TCVN 09:2008/BTNMT) quy định COD mgO2/l, xem giá trị DOC tương ứng 1,5 mgC/l để làm mức độ đánh giá ô nhiễm Hàm lượng DOC tìm thấy mẫu nước nằm khoảng rộng lớn, từ nhỏ 0,5 mgC/l đến 29 mgC/l Trong có tới 58% số mẫu thu có hàm lượng DOC vượt mức 1,5 mgC/l Chứng tỏ mức độ ô nhiễm DOC ở mức cao, chiếm phần lớn diện tích khu vực Qua hình 3.6 thấy được, hàm lượng cao DOC tập trung chủ yếu phía bờ Tây sơng Hồng Khu vực cao xã Tân Triều, Tả Thanh Oai, Vĩnh Quỳnh (Thanh Trì), tiếp đến xã Yên Sở, Đại Kim, Thịnh Liệt (Hoàng Mai) Điều đáng ngạc nhiên hàm lượng DOC cao lại trùng với khu vực có hàm lượng NH4+ PO43- cao nhất, tương tự xảy với hàm lượng HCO3- Như vậy, hàm lượng HCO3- cao tìm vị trí xa sơng nồng độ cao số thành phần hóa học khác liên quan trực tiếp đến phân hủy chất hữu có trầm tích Ngun nhân làm cho nồng độ hợp hữu hòa tan cao khơng rõ ràng, phù hợp với hòa tan hợp chất humic từ trầm tích bị chơn vùi Sự có mặt hợp chất hữu trẻ, dễ phân hủy trầm tích đóng góp quan trọng dẫn tới điều kiện khử tầng ngậm nước Sự có mặt với nồng độ cao tương ứng thơng số hóa học NH4+, PO43–, DOC, CH4, As, Fe vị trí giống gần gợi ý khử hợp chất hữu vi sinh vật diễn mạnh mẽ tầng ngậm nước khu vực Mặt khác, nồng độ cao Na+, Cl- khu vực phía tây sơng Hồng cho thấy xâm lấn nước mặt nước biển sâu chôn vùi vào nước ngầm khu vực nghiên cứu Điều phù hợp với số nghiên cứu trước [19],[27], [18] Từ mối liên quan phân bố thành phần thành phần vi lượng nước ngầm, suy đoán nguyên nhân lớn dẫn đến kết q trình oxy hóa khử chất diễn tầng ngậm nước có tính khử, xuất phát từ phân hủy hợp chất hữu tầng ngậm nước Đây q trình phức tạp, nhiên q trình xảy theo chiều hướng ưu tiên sau: 47 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đầu tiên tiêu thụ O2 tăng lượng CO2 hòa tan từ phân hủy hợp chất hữu Tiếp đến NO3– giảm bị khử NO2– khí N2O N2 Kèm theo q trình khử số oxit, tạo nên nhiều chất vơ hịa tan nước Ca2+, Na+, Mg2+, K+, HCO3-, SO42–, làm Ec nước lúc tăng lên đáng kể Mangan oxit hòa tan thành Mn2+ hòa tan hidroxit Fe khử thành Fe2+ Q trình khống Fe2(CO3)3, Fe2(SO4)3 bị khử giải phóng HCO3– PO43– vào tầng ngậm nước Tiếp theo trình khử SO42– thành S2–, sau sản phẩm CH4 từ q trình lên men metan hóa, cuối sản phẩm khử N2 thành NH4+ Trong trình khử SO42–, hậu S2– phản ứng với Fe có sẵn mơi trường thành sản phẩm FeS cuối pyrit FeS2 Fe thường nhiều S mà thường dư sau tạo thành pyrit Sự khử As (V) thường cho xảy sau khử Fe (III) trước khử SO42- Thành phần C hữu trầm tích bị chơn vùi quy định tốc độ nơi mà điều kiện khử tạo Vật chất hữu tạo đất phân hủy khơng cần nhiều để sử dụng hết tất O2 hòa tan, NO3– SO42– Điều kiện khử trì khuếch tán đối lưu O2 hịa tan chất oxy hóa khác từ bề mặt chậm so với tiêu thụ chúng [26] Tính khử tầng ngậm nước khu vực nghiên cứu kết phân hủy hợp chất hữu Đây q trình hơ hấp hiếu khí vi sinh vật có mặt tầng ngậm nước, chúng tiêu thụ oxy chuyển hoá vật chất hữu thành CO2 H2O theo phương trình phản ứng: CH2O + O2 → CO2 + H2O Trong CH2O cơng thức hố học biểu diễn cho dạng tồn vật chất hữu 48 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Vi sinh vật khử oxit sắt Vật chất hữu Vi khuẩn khử sunfat Vi khuẩn lên men Vi khuẩn Methanogenic Hình 3.7 Sự phân hủy hợp chất hữu trình xảy điều kiện khử [26] Khi môi trường trở nên thiếu oxy vi sinh vật lấy oxy từ chất oxy hóa khác mà trước tiên NO3– CH2O + 4NO3– → 2N2 + 4HCO3– + CO2 + 3H2O Nồng độ NO3– hầu hết thấp nước ngầm khu vực nghiên cứu (dưới 15mg/l), điều chứng tỏ phản ứng xảy hầu hết tầng ngậm nước khu vực nghiên cứu Kết nghiên cứu hình 3.5 cho thấy tương quan phân bố Fe, As, minh chứng cho vai trò quan trọng khử hòa tan oxit Fe q trình giải phóng As từ trầm tích vào nước ngầm khu vực nghiên cứu Tuy nhiên, nghiên cứu cho thấy dường có tương quan nghịch As Mn Fe Mn Sự khử ôxit (MnO2) tồn vật chất hữu Mn2+ xảy sau khử nitrat kết thúc, lúc ôxi không cịn, nước ngầm có mơi trường hồn tồn khử: CH2O + 2MnO2 + 3CO2 + H2O → 2Mn2+ + 4HCO3– Q trình khử hồ tan ơxit sắt xảy sau MnO2 bị khử Mn2+, lúc chất nhận electron sắt ơxit Fe trầm tích tồn khống Fe oxit vơ định hình (ferrihydrite hay HFO), Fe oxit tinh thể (geothite (α–FeOOH), 49 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com hematite (α–Fe2O3)), hay Fe oxit đa hóa trị (magnetite Fe3O4) Trong điều kiện khử mạnh oxit bị khử Fe2+ với xúc tác vi sinh vật Hoạt động vi sinh vật đóng vai trị quan trọng khử giải phóng sắt asen khỏi trầm tích Một số loại vi khuẩn “ăn sắt oxit” mơi trường khử, As theo ly khỏi bề mặt lớp trầm tích bị khử Sắt oxit bị khử tương tác trực tiếp với hợp chất hữu cơ, phổ biến tác dụng xúc tác vi sinh vật sử dụng chất hữu làm chất Sự tương quan phân bố As Fe cho thấy liên quan đến q trình giải phóng As từ trầm tích nước ngầm khu vực nghiên cứu CH2O + 8H+ + 4Fe(OH)3 → 4Fe2+ + 8HCO3– + 3H2O 2Fe2O3.xH3AsO3+CH2O+7H+→4Fe2++HCO3–+4H2O+2xH3AsO3 Fe2+ sinh sau trình phản ứng, tồn trạng thái hồ tan dung dịch Khi đạt đến nồng độ định, lượng Fe2+ phản ứng với HCO3– tạo khoáng siderite (FeCO3) kết tủa Khoáng tương tác liên kết với asen phần asen hoà tan dung dịch bị lưu giữ bề mặt khoáng Nhưng khả lưu giữ lượng nhỏ asen bám bề mặt khống, cịn lại hầu hết lượng asen tồn trạng thái hoà tan nước ngầm Trong tầng ngậm nước phản ứng khơng phải ln xảy theo trình tự nói trên, nhiều chúng xảy đồng thời, chí ngược lại với trình tự tùy vào điều kiện thích hợp cho phản ứng Khi Mangan tồn nước ngầm dạng MnO2 chưa bị khử hết thành Mn2+, MnO2 xúc tác cho phản ứng ơxi hố Fe2+ thành Fe3+ theo phương trình sau: 4H+ + 2Fe2+ + MnO2 → 2H2O + Mn2+ + 2Fe3+ Đây có lẽ nguyên nhân dẫn đến tương quan nghịch phân bố hàm lượng As, Fe với Mn nước ngầm tìm thấy khu vực nghiên cứu Tương quan nghịch phân bố As, Fe với SO42–, NO3- nước ngầm rõ ràng, khu vực có As, Fe hàm lượng cao SO42–, NO3- lại thấp ngược lại Đây có lẽ liên quan đến điều kiện khử mạnh tầng ngậm nước dẫn đến khử SO42– theo phương trình sau: 2CH2O + SO42– → 2HCO3– + H2S 50 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trong môi trường nhiều Fe2+ phản ứng xảy sau: 9Fe2+ + SO42– + 20H2O → 8Fe(OH)3 + FeS + 16H+ Pyrite hình thành sau theo phương trình phản ứng: FeS + H2S → FeS2 + H2 Hầu hết mẫu có nồng độ As cao (> 150 µg/L) có nồng độ SO42– thấp mg/L Mối tương quan ngược gợi ý As, Fe giải phóng từ trầm tích vào tầng ngậm nước điều kiện khử mạnh, mà kết q trình oxy hóa sulphite Sự phân hủy hợp chất hữu trình quan trọng tạo điều kiện khử nước ngầm Đồng thời trình làm xuất amoni (NH4+) HCO3–, hợp chất hữu hòa tan (DOC) CH4 nước ngầm Điều có nghĩa nồng độ chất thị cho mức độ phân hủy chất hữu mức độ khử môi trường Sự tương quan phân bố As, Fe DOC, NH4+, HCO3– PO43- chứng tỏ giải phóng asen, sắt gắn liền với trình phân hủy chất hữu Sự phân hủy chất hữu tạo môi trương khử tầng ngậm nước, tiếp q trình khử hịa tan Fe oxit làm asen bị giải phóng từ trầm tích vào nước ngầm Các phản ứng phân hủy hợp chất hữu tạo thành NH4+ cuối chuỗi phản ứng oxy hóa khử diễn sau: CH2O + H2O + N2 + 4H+ → 2NH4+ + CO2 Sự có mặt với nồng độ cao hợp chất hữu hòa tan khu vực nghiên cứu nhân tố quan trọng để trì điều kiện khử tầng ngậm nước Nồng độ cao Fe hịa tan có phân bố nồng độ cao PO43–, cho thấy PO43– ban đầu hấp phụ lên khoáng Fe oxit bị giải phóng q trình hịa tan khống giếng có hàm lượng As cao Sự có mặt anion PO43–, HCO3–, số anion khác với nồng độ cao nước ngầm minh chứng cho vấn đề phân bố nồng độ cao As, Fe khu vực này, khu vực phía bờ Tây sơng Hồng Trong đó, có tương quan thuận phân bố Fe, As với Ca, K Mg Điều khống canxit đơlơmit bị bào mịn rửa lũa từ thượng nguồn sơng, chúng trơi theo dịng nước phía hạ lưu 51 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com bồi tích tầng ngậm nước, điều kiện mơi trường có CO2 sinh từ phản ứng chuyển hoá vật chất hữu cơ, chúng phản ứng với theo phương trình sau: CaCO3 + CO2 + H2O = Ca2+ + 2HCO3– MgCO3 + CO2 + H2O = Mg2+ + 2HCO3– Tương quan thuận phân bố Ca Mg với HCO3– gợi ý phần lớn bicacbonat nước ngầm có nguồn gốc từ khống canxit đơlơmit Khi lượng Ca2+, Mg2+ có mặt với hàm lượng lớn nước ngầm, chúng tương tác với số ion có mặt nước hình thành nên số khoáng thứ cấp kết tủa, làm cho lượng ion nước ngầm giảm Như vậy, điều kiện môi trường khử mạnh tác động cách nhanh chóng đến q trình hịa tan khống hòa tan khử Kết làm gia tăng hàm lượng chất ô nhiễm vào nước ngầm, làm chất lượng nước ngầm giảm sút cách rõ rệt Thể rõ khu vực phía Tây bờ sơng Hồng thuộc địa bàn nghiên cứu Sự tác động mạnh việc khai thác nước ngầm để phục vụ sinh hoạt q trình hoạt động cơng nghiệp nguyên nhân dẫn đến trình gia tăng hàm lượng chất ô nhiễm vào nước ngầm Các chất nhiễm tìm thấy hầu hết khắp địa bàn nghiên cứu với hàm lượng vượt quy chuẩn Việt Nam nước ngầm nước uống, đặc biệt nồng độ cao lại có mặt khu vực tập trung đông dân cư, điều đáng báo động cho người dân nơi Đối với hộ gia đình sử dụng nước giếng khoan để sinh hoạt lời cảnh báo có ý nghĩa 52 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu thực nghiệm, luận văn đƣa một số kết luận sau: Nước ngầm khu vực phía Đơng Nam Hà Nội chủ yếu thuộc kiểu Ca-Mg-HCO3 Ca-(Na)-Mg-HCO3 Sự phân bố nồng độ cao giá trị Ec, Ca2+, Na+, Mg2+, K+, HCO3- phía bờ Tây nồng độ cao SO42- NO3-, giá trị Eh khu vực phía bờ Đơng sơng Hồng thể nước ngầm bờ Đơng có mơi trường oxy hóa ổn định hơn, cịn phía bờ Tây mang tính khử rõ rệt Sự có mặt với hàm lượng cao Na+, Cl- tập trung phía bờ Tây chứng tỏ khu vực có nhiễm nước ngầm từ nước mặt Sự phân bố nồng độ chất ô nhiễm xảy diện rộng: As (64%), Fe (78%), Mn (58%), PO43- (73%), NH4+ (93%) số mẫu vượt giới hạn quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước ăn uống Y tế DOC có tới 58% số mẫu vượt giá trị tương đương quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước ngầm, chứng tỏ tình trạng nhiễm nước ngầm ở mức báo động Các thông số có hàm lượng cao tập trung mẫu thuộc khu vực phía bờ Tây sơng Hồng, khu vực xã Tân Triều, Tả Thanh Oai, Vĩnh Quỳnh (Thanh Trì), xã Yên Sở, Đại Kim, Thịnh Liệt (Hồng Mai) Phía bờ Đơng nhiễm Mn nặng nề, vùng: Thị trấn Trâu Quỳ, xã Văn Đức (Gia Lâm), xã Xuân Quan (huyện Văn Giang), phường Trung Liệt (Đống Đa) KIẾN NGHỊ Kết thực nghiệm cho thấy phân bố cụ thể số thành phần ô nhiễm nước ngầm vị trí nghiên cứu Vì cần khuyến cáo hộ gia đình khu vực có nhiễm có giải pháp để phịng tránh ảnh hưởng đến sức khỏe người, khu vực có nồng độ nhiễm cao Cần có nghiên cứu sâu nguyên nhân gây nên ô nhiễm nước ngầm khu vực nghiên cứu 53 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Bộ Tài nguyên Môi trường (2008), Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước ngầm, QCVN 09: 2008/BTNMT Bộ Tài nguyên Môi trường (2013), Báo cáo trạng chất lượng Mơi trường thành phố Hồ Chí Minh năm 2013, Sở Tài ngun Mơi trường TP Hồ Chí Minh, tr 83-84 Bộ Y tế (2009), Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước ăn uống, QCVN 01:2009/BYT Lê Văn Cát (2003), Xử lý nước thải giàu hợp chất Nitơ Photpho, Nxb Khoa học Tự nhiên Công nghệ, tr 19-73 Quang Duy (2013), “Ô nhiễm amoni nước ngầm tỉnh Hà Nam”, Báo lao động, (số 162), tr 12 Phạm Ngọc Hải, Phạm Việt Hòa (2004), Kỹ thuật khai thác nước ngầm, Nxb Nông Nghiệp, Hà Nội Lê Văn Hiển (Chủ biên), 2000, Nước đất đồng Bắc Bộ, Cục Địa chất Khoáng sản Việt Nam, Hà Nội Vũ Ngọc Kỷ, Nguyễn Thượng Hùng, Tôn Sĩ Kinh, Nguyễn Kim Ngọc (2008), Địa chất thuỷ văn đại cương, Nxb Giao Thông Vận Tải Trần Ngọc Lan (2007), Hóa học nước tự nhiên, Nxb Đại học Quốc Gia Hà Nội 10 Nguyễn Đức Lượng (chủ biên), Nguyễn Thị Thùy Dương (2003), Công nghệ Sinh học Môi trường, tập 1: Công nghệ xử lý nước thải, Nxb Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh 11 Nguyễn Ngọc Mai (2011), Nghiên cứu phân bố không đồng hàm lượng As nước ngầm phạm vi hẹp Minh họa xã Vạn Phúc, Thanh Trì, Hà Nội, Luận văn thạc sĩ khoa học Môi Trường, Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên Hà Nội 12 Trịnh Thị Thanh (2000), Độc học Môi trường sức khỏe người, Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội 54 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 13 Cao Mai Trang (2011), Nghiên cứu phân bố As tầng Holocene Nam Dư, Hà Nội, Luận văn thạc sĩ khoa học Môi Trường , Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội 14 Phạm Thị Kim Trang cộng (2007), “Hiện trạng ô nhiễm thạch tín nước giếng khoan tỉnh đồng sơng Hồng”, Tạp chí nơng nghiệp phát triển nơng thơn, số 12+ 13 15 Hồng Thị Tươi (2011), Nghiên cứu phân bố Asen hạt trầm tích, Luận văn thạc sĩ khoa học Mơi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội 16 UNICEF Việt Nam (2002), “Hướng tới giảm nhẹ ô nhiễm arsen Việt Nam”, Báo cáo Hội thảo xây dựng chương trình hành động arsen, Bộ Nơng nghiệp Phát triển nông thôn, Hà Nội, tr.6-8 17 UNICEF Việt Nam (2004), Ơ nhiễm thạch tín nguồn nước sinh hoạt Việt Nam, Khái quát tình hình biện pháp giảm thiểu cần thiết, Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn, Hà Nội, tr.4 18 Nguyễn Trọng Uyển, Trần Hồng Cơn, Nguyễn Thị Chuyển, Hồng Văn Hà (2001), “Thực trạng ô nhiễm kim loại nặng nước ngầm khu vực Hà Nội”, Tạp chí hóa học, tập 42, tr 88 – 92 19 Phạm Hùng Việt, Trần Hồng Côn, Nguyễn Thị Chuyền, Michael Berg, Walter Giger, Roland Schertenleib (2001), “Bước đầu khảo sát nhằm đánh giá hàm lượng Asen nước ngầm nước cấp khu vực Hà Nội”, Tạp chí hóa phân tích, tập 45, tr 57 – 64 55 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tiếng Anh 20 Appelo C.A.J., Postma D (2005), Geochemistry, groundwater and pollution, 2nd edition, A.A Balkema Publishes, Great Britain 21 Baun, A., Jensen, S.D., Berg, P.L et al (2000), “Toxicity of organic chemical pollution in groundwater downgradient of a landfill (Grindsted, Denmark)”, Environmental Science and Technology 34, pp.1647-1652 22 Berg.M, Caroline Stengel, Pham Thi Kim Trang, Pham Hung Viet, Mickey L Sampson, Moniphea Leng, Sopheap Samreth, David Fredericks (2007), “Magnitude of arsenic pollution in the MeKông and Red River Deltas”, Science of the Total Environment, 372, pp 413– 425 23 D C Gooddy, K Hinsby (2007), Organic Quality of Groundwaters, A.A Balkema Publishes, Great Britain 24 Eiche.E, Thomas Neumann, Michael Berg, Beth Weinman, Alexander van Geen, Stefan Norra, Zsolt Berner, Pham Thi Kim Trang, Pham Hung Viet, Doris Stuben (2008), “Geochemical processes underlying a sharp contrast in groundwater arsenic concentrations in a village on the Red River delta, Vietnam”, Applied Geochemistry, (23), pp 3143 – 3154 25 Huaming Guo, Suzhen Yang, Xiaohui Tang, Yuan Li, Zhaoli Shen (2008), “Groundwater geochemistry and its implications for arsenicmobilization in shallow aquifers of the Hetao Basin,Inner Mongolia”, Science of the Total Environment, (393), pp.131-144 26 Kinniburgh D.G., Smedley P.L (2001), “Arsenic contaminetion of groundweter in Bangladesh”, Vol 1: Summary, Chapter 12, pp 213–230 27 Michael Berga, Pham Thi Kim Trang, Caroline Stengel, Johanna Buschmann, Pham Hung Viet, Nguyen Van Dan (2008), “Hydrological and sedimentary controls leading to arsenic contamination of groundwater in the Hanoi area”, Available online at www.sciencedirect.com, Chemical Geology (249), pp.91– 112 28 Orem, W.H., Feder, G.L and Finkelman, R.B (1999), “A possible link between Balkan endemic nephropathy and the leaching of toxic organic compounds from 56 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Pliocene lignite by groundwater, preliminary investigation”, International Journal of Coal Geology (40), pp 237-252 29 Postma.D, Flemming Larsen, Nguyen Thi Minh Hue, Mai Thanh Duc, Pham Hung Viet, Pham Quy Nhan, Soren Jessen (2007), “Arsenic in groundwater of the Red River floodplain, Vietnam: Controlling geochemical processes and reactive transport modeling”, Geochimica et Cosmochimica Acta, (71), pp 5054-5057 30 Roy Follansbee Spalding (2002), “Process for remediating ground water containing one or more nitrogen compounds”, U.S Provisional Patent Application, (No 60/373,911), filed April 19, pp 22 – 36 31 Sacchidananda Mukherjee and Prakash Nelliyat (2010), “Groundwater Pollution and Emerging Environmental Challenges of Industrial Effluent Irrigation in Mettupalayam Taluk, Tamil Nadu”, International Water Management Institute PO Box 2075, Colombo, Sri Lanka, pp.25 + 37 32 Smedley P.L., D.G.Kinniburgh (2002), “A review of the source, behaviour and distribution of arsenic in natural waters”, Applied Geochemistry, 17, pp 517-568 57 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PHỤ LỤC Một số ảnh chụp lấy mẫu LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bảng số liệu phân tích 137 giếng nƣớc ngầm sử dụng luận văn No Sample Depth T 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 ID PEER-001 PEER-002 PEER-003 PEER-004 PEER-005 PEER-006 PEER-007 PEER-008 PEER-009 PEER-010 PEER-011 PEER-012 PEER-013 PEER-014 PEER-015 PEER-016 PEER-017 PEER-018 PEER-019 PEER-020 PEER-021 PEER-022 PEER-023 PEER-024 PEER-025 PEER-026 PEER-027 PEER-028 PEER-029 PEER-030 PEER-031 PEER-032 PEER-033 PEER-034 PEER-035 PEER-036 PEER-037 PEER-038 PEER-039 PEER-040 PEER-041 PEER-042 PEER-043 PEER-044 PEER-045 PEER-046 PEER-047 PEER-048 PEER-049 PEER-050 PEER-051 m 45 45 42 30 42 30-40 42 40 27-28 40 20 18-20 20 50 25-27 43 18-20 40 30 40-50 40 30 18 25 40 30 20 40 22 25 60 35-40 30 26 25 30 25 50 40 25-30 28-30 40 20 40 20 35 16 °C 25.9 25.9 26.1 25.9 26.6 25.8 26.1 26.3 25.9 26.2 26.2 25.9 24.1 25.8 25.1 26.5 25.6 26.9 26.3 25.9 25.8 26.5 28.3 26.5 25.7 25.6 25.9 25.9 26.0 25.2 25.4 25.8 27.6 26.7 26.2 26.0 26.2 26.2 25.0 26.2 25.2 26.0 25.5 25.7 26.0 24.9 24.8 25.4 26.3 26.4 26.2 pH O2 Ec Eh As Fe Mn Na K Ca Mg NH4-N HCO3- Cl- SO4- NO3- 6.86 6.86 6.80 6.76 6.80 6.55 6.62 6.69 6.53 6.62 6.66 6.73 6.82 6.48 6.60 6.55 6.68 7.00 6.57 6.61 6.56 6.67 6.41 6.70 6.55 6.30 6.79 6.50 6.86 6.69 6.64 6.67 6.63 6.38 6.40 6.54 6.86 6.58 6.76 6.47 7.22 6.88 6.84 6.80 7.23 7.50 6.70 6.92 6.53 6.33 6.41 mg/L 0.22 0.68 0.25 0.24 0.05 0.83 0.14 0.11 0.26 0.25 4.45 0.13 0.30 0.23 0.18 0.18 0.26 0.14 0.33 0.19 2.97 0.18 1.55 0.87 0.10 0.17 0.59 0.22 0.18 0.15 0.79 0.34 0.23 0.18 0.17 0.30 0.17 0.17 1.7 ? 0.13 0.15 0.37 0.20 4.28 0.25 0.39 0.37 0.22 µS/cm 1194 675 847 220 196 233 307 650 1739 2040 551 595 902 567 639 1154 645 648 1373 661 643 485 580 421 872 879 624 389 510 554 451 568 653 674 534 667 645 561 347 509 174.9 175.1 187.1 177.6 806 204 522 666 939 648 810 mV -169.5 115.6 -21.6 19.5 -58.1 26.2 76.0 88.7 -137,6 -142.8 -131.8 -17.1 -140.5 -55.6 -137.1 -120.9 -115.3 -107.6 -113.7 -120.4 -91.3 -86.1 -107 -93.0 -102.0 -89.0 -125.1 -81.1 -54.2 -88.3 -105.4 -105.4 -86.4 59.2 140.0 -81.7 -109.3 -105.7 27.4 -84.7 -51.6 41.9 -84.5 -61.7 -51.2 -154.6 77.8 83.1 -74.5 -95.9 -80.0 µg/L 107