IV. GIỚI THIỆU MỘT SỐ TIÊU CHUẨN, QUY CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MÔ
1.1.Đặc điểm của nước ngầm
1. ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN CỦA MÔI TRƯỜNG NƯỚC
1.1.Đặc điểm của nước ngầm
Việt Nam là quốc gia có nguồn nước ngầm khá phong phú về trữ lượng và khá tốt về chất lượng. Nước ngầm tồn tại trong các lỗ hỏng và các khe nứt của đất đá, được tạo thành trong giai đoạn trầm tích hoặc do thẩm thấu, thấm của nguồn nước mặt, nước mưa… nước ngầm có thể tồn tại cách mặt đất vài trăm mét. Nước ngầm là nước có trong các lớp thấm dưới mặt đất. Hình dưới đây mơ phỏng q trình lưu trữ nước dưới các lớp đất sau mưa. Nước dưới đất tồn tại ở hai tầng: tầng khơng bão hồ và tầng bão hồ (phần lấp đầy các khe rỗng), nước ngầm tồn tại ở trạng thái tự do. Tốc độ thấm khác nhau tuỳ theo loại vật chất của lớp đất dưới tầng đất mặt: tốc độ dòng chảy qua các hạt cát là thường từ 1 đến 5 m/ngày, qua sỏi 6 – 10 m/ngày và qua đất thịt và sét tốc độ thấm chỉ khoảng vài mm hoặc cm/ngày. Chất lượng nước ngầm ví dụ như loại và hàm lượng chất hoà tan được xác định bằng một số tính chất của đất, tốc độ thấm cũng như thời gian và độ sâu.
1.1.1. Thành phần của nước ngầm
Đo đạc chất lượng nước ngầm đóng vai trị quan trọng trong việc xác định chất lượng nước. Yêu cầu chất lượng phụ thuộc vào dự định và các mục đích sử dụng như nước uống, nước công nghiệp, nước tưới. Mở rộng ra có thể sử dụng nguồn nước ngầm cho các mục đích khác hoặc các hoạt động phụ thuộc vào thành phần tự nhiên của nước ngầm và từ các ảnh hưởng do hoạt động sản xuất của con người. Trạng thái vốn có của nước ngầm trong tự nhiên chứa các dạng khí bị hồ tan như O2, CO2, CH4, các ion vơ cơ như Ca, Mg, Na, K, Cl, NO3, SO4, HCO3, các thành phần hữu cơ như humic, fulvic và amino axít, và khoảng rộng các dạng chất vô cơ khác tồn tại dưới dạng vết. Nói chung, các tính chất hố học của nước ngầm sẽ phản ánh tính chất khống vật học của lớp đá
Bài giảng: Ơ nhiễm mơi trường, 2012Bộ mơn: Cơng nghệ mơi trường
trong địa tầng. Khí CO2 bị hoà tan trong nước mưa và thâm nhập qua đất, hình thành một axít yếu phản ứng với các khống trong các lớp địa tầng dưới sâu. Trong các địa tầng có chứa các khống cacbonát (đá vơi hoặc đá cát cácbonát) những khống này sẽ bị hồ tan để giải phóng ra Ca, Mg và HCO3- trong nước ngầm. Nước ngầm trong các địa tầng ở hơi chua không chứa các khống cacbonát, lượng oxy hồ tan ban đầu tồn tại trong lớp nước ngầm phía trên có thể bị loại bỏ bằng sự xuất hiện các phản ứng sinh hoá dưới các tầng sâu, điều này dẫn đến các địa tầng thiếu khí một cách tự nhiên. Các q trình này có thể ảnh hưởng đến nồng độ của Ca, Mg, K, Na và SO42- thông qua các phản ứng như: trao đổi ion b, sự khử SO42- của vi khuẩn, sự ơxi hố FeS, và sự hoà tan của CaSO4 trong địa tầng. Nước ngầm cũng bao gồm nhiều thành phần muối, nồng độ tăng theo chiều sâu và nồng độ của các thành phần bị hồ tan tăng khơng đổi bởi sự hồ tan khống liên tục.
Hình 2.1. Cấu trúc và đặc tính của tầng nước ngầm
Chất lượng nước ngầm được đánh giá thông qua đo đạc các thành phần của nước, kết quả sẽ thể hiện tính bền vững đối với các hoạt động của con người và các mục đích sử dụng khác. Các chỉ tiêu phân tích bao gồm xác định các chỉ tiêu pH, tổng chất rắn hoà tan, độ dẫn điện, các muối vơ cơ như đã được đề cập trước đó. Phân tích các thành phần hố học có thể kiểm tra tính chính xác thơng qua cân bằng ion, bằng cách so sánh nồng độ của các cation và anion biểu diễn bằng li đương lượng trên lít (meq l-1). Thành phần của mẫu nước được đo đạc trên cơ sở cân bằng hố học, tính bằng số lượng và dấu điện tích của các cation và anion. Mẫu nước nên được trung hoà và nồng độ đương lượng meq l-1 của các cation và anion cũng nên cân bằng. Sự sai lệch trong khi cân bằng ion có thể cho thấy sai số trong q trình lấy mẫu hoặc trong q trình phân tích.
Khu vực khơng bão hồ Mao quản
Mặt nước ngầm Nước không bị giữ
Nước bị giữ Lớp không thấm
Lớp không thấm Nền đá cứng
Bài giảng: Ơ nhiễm mơi trường, 2012Bộ mơn: Cơng nghệ môi trường
Đồ thị để diễn tả các thành phần của nước ngầm nên sử dụng các dạng đồ thị dạng thanh đứng, dạng mảng, và dạng tam giác. Đồ thị dạng tam giác đặc biệt hữu ích đối với sự phân loại chất lượng nước ngầm. Đối với các nghiên cứu đầy đủ về chất lượng nước ngầm liên qua đến sự quan trắc chất lượng và biện pháp khắc phục các địa tầng bị nhiễm bẩn, cần yêu cầu bổ xung thêm một số phân tích đặc biệt, chú trọng vào việc xác định các dạng bị hoà tan bao gồm một khoảng rộng các chất hữu cơ tự nhiên hay tổng hợp, vi khuẩn, xạ khuẩn, các sản phẩm hữu cơ và vô cơ từ qúa trình phân huỷ của vi sinh vật có thể tồn tại trong các địa tầng bị nhiễm bẩn.
Bảng 2.2. Nồng độ một số ngun tố chính trong nước ngầm (mg/l)
Thơng số
Loại nước ngầm tồn tại trong một số loại đá
Đá biến chất Đá cát kết Đá cacbonát Đá thạch cao Đá cát mặn
Na+ 5-15 3-30 2-100 10-40 - 1000 K+ 0,2-1,5 0,2-5 - 1 5-10 - 100 Ca2+ 4-30 5-40 40-90 - 100 - 1000 Mg2+ 2-6 0-30 10-50 - 70 - 1000 Fe2+ - 3 0,1-5 - 0,1 - 0,1 - 2 Cl- 3-30 5-20 5-15 10-50 - 1000 NO3- 0,5-5 0,5-10 1-20 10-40 - 1000 HCO3- 10-60 2-25 150-300 50-200 - 1000 SO42- 1-20 10-30 5-50 - 100 - 1000 SiO3 - 40 10-20 3-8 10-30 - 30
Ghi chú: a-b: giá trị dao động trong khoảng từ a đến b -a: giá trị dao động từ 0 đến a
Nước ngầm dưới các tầng đất chứa ít cation kiềm thường tồn tại dưới các dạng sau: a. Chủ yếu ở dạng CO32-
b. HCO3- và SO42- c. Chủ yếu ở dạng SO42-
Nước ngầm dưới các tầng đất chứa nhiều cation kiềm d. Chủ yếu ở dạng HCO3-
e. Chủ yếu ở dạng SO42- Nước có tính kiềm
f. Chủ yếu ở dạng HCO3- g. Chủ yếu ở dạng SO42- và Cl-
Bài giảng: Ơ nhiễm mơi trường, 2012Bộ mơn: Cơng nghệ mơi trường
Hình 2.2. Giản đồ Piper để phân loại nước dựa trên cơ sở thành phần hóa học 1.1.2. Sự nhiễm bẩn nước ngầm
Sự nhiểm bẩn các địa tầng bởi các chất vô cơ và hữu cơ gây ảnh hưởng tới chất lượng nguồn nước ngầm trong một thời gian dài. Các chất bẩn đi vào nước ngầm từ các hoạt động của con người và có thể thay đổi nồng độ từ nguồn nước ngầm này sang nguồn nước ngầm khác phụ thuộc vào mật độ của các nguồn gây ơ nhiễm. Các chất nhiễm bẩn được phân nhóm như sau: nhóm nuclit phóng xạ, các nguyên tố vết, các chất dinh dưỡng, các dạng chất vô cơ khác, các chất nhiễm bẩn hữu cơ, các chất nhiễm bẩn vi sinh vật. Một khoảng rộng các chất nhiễm bẩn đi vào nước ngầm từ các nguồn thải đô thị từ các cống thải và chảy tràn. Từ các hoạt động sản xuất nơng nghiệp như sử dụng phân bón, hố chất bảo vệ thực vật, phế thải là những nguồn chính khuếch tán NO3- và các thành phần hữu cơ vào nước ngầm. Các chất nhiễm bẩn ở dạng hoá chất hữu cơ tổng hợp, phụ thuộc vào các nguồn thải khác nhau mà thành phần các chất có thể khác nhau đến hàng nghìn lần.
Sự thay đổi chất lượng nước có thể xem xét là do sự phụ thuộc vào các tính chất thổ nhưỡng và địa chất vốn có trong đất. Thay đổi các điều kiện tự nhiên của lớp đá dưới tầng sâu dẫn đến hình thành các vùng có chất lượng nước đặc biệt. Những nhóm này có thể dễ dàng nhận ra trong biểu đồ dạng tam giác dưới đây.
Có rất nhiều nguyên nhân gây nên nhiễm bẩn nước ngầm, đặc biệt là các lớp nước phía trên. Một trong nhưng nguyên chính gây nhiễm bẩn nước ngầm là thói quen sử dụng. Đối với hệ thống nước cấp cộng đồng thì nguồn nước ngầm ln ln là nguồn nước được ưa thích. Bởi vì, các nguồn nước mặt thường bị ơ nhiễm và lưu lượng khai thác phải phụ thuộc vào sự biến động theo mùa. Nguồn nước ngầm ít bị chịu ảnh hưởng bởi các tác động của môi trường và con người. Chất lượng nước ngầm tốt hơn nhiều so với nước mặt. Trong nước ngầm hầu như khơng có các hạt keo hay hạt lơ lửng , và vi sinh, vi trùng gây bệnh thấp.
Các nguồn nước ngầm hầu như không chứa rong tảo, một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước. Thành phần đáng quan tâm trong nước ngầm là các tạp chất hòa tan do ảnh hưởng của điều kiện địa tầng, thời tiết, nắng mưa, các q trình phong hóa và sinh hóa trong khu vực. Ở những vùng có điều kiện phong hóa tốt, có nhiều chất bẩn và lượng mưa lớn thì chất lượng nước ngầm dễ bị ơ nhiễm bởi các tạp chất hữu cơ
Chất lượng nước ngầm phụ thuộc vào cấu trúc địa tầng mà nước thấm qua. Do vậy nước chảy qua các tầng địa tầng chứa cát hoặc granit thường có tính axit và chứa ít chất khống. Khi
Bài giảng: Ơ nhiễm mơi trường, 2012Bộ mơn: Công nghệ mơi trường
chảy qua địa tầng chứa đá vơi thì nước thường có độ cứng và độ kiềm hydrocacbonat khá cao. Ngồi ra, các đặc trưng chung của nước ngầm là:
• Nước tầng nơng có trữ lượng thấp, khơng áp, dễ bị nhiễm bẩn. Và ngược lại đối với tầng sâu trữ lượng cao, có áp và khả năng bị nhiễm bẩn thấp hơn
• Độ đục thấp;
• Nhiệt độ và thành phần hố học tương đối ổn định;
•Nước ngầm thường khơng có ơxy hịa tan, nhưng có nhiều CO2 H2S, và các chất hịa tan (sắt, mangan, acsen, magie, flo...)
• pH nước ngầm khá thấp, thường dao động từ 3 – 6 • Khơng có sự hiện diện của vi sinh vật.
• Sự có mặt của một số thành phần ơ nhiễm của nguồn nước ngầm nơi đó (hàm lượng phốtpho, nitơ, E.coli….)