ồ thị biểu diễn hàm lượng các thành phần đặc trưng cho mơi trường oxi hóa (hình 3.9) cho thấy cả bốn địa điểm (Cẩm Yên, Phúc Hòa, Tân Hội, Tam Thuấn) nằm trên hai mặt cắt có nồng độ oxy hịa tan (DO) và NO3- rất thấp, gần như bằng 0, thể hiện nước ngầm ở cả hai mặt cắt đều có tính khử. Nồng độ SO42- ở Tân Hội, Tam Thuấn nhỏ hơn ở Cẩm Yên, Phúc Hòa và sự phân bố của SO42- giống với đã phân tích ở phần trên trong các mẫu giếng khoan nhà dân (bờ trái sơng áy có nồng độ SO42-
phân bố của asen trong nước ngầm. Mối tương quan nghịch còn được thể hiện rõ hơn ở hình 3.10, nồng độ SO42-
thấp thì nồng độ As cao (Tam Thuấn, Tân Hội), khi nồng độ SO42- tăng thì nồng độ As giảm hoặc khơng thay đổi (Cẩm n, Phúc Hịa).
Hình 3.10. Mối tương quan của As(III) và SO42-
Khi độ sâu các giếng tăng thì nồng độ SO42-
ở mặt cắt A giảm, cho thấy càng xuống sâu mơi trường càng thể hiện tính khử. Nồng độ SO42- ở mặt cắt B rất thấp, chỉ dưới 0,5mg/L và khá ổn định khi độ sâu tăng lên. Sự phân bố của SO42- ở mặt cắt A theo độ sâu ngược với sự phân bố của s( ) trong nước ngầm (hình 3.7). Khi độ sâu thay đổi từ 5 đến -12m thì hàm lượng SO42- giảm dần, do khi xuống sâu thì khả năng khuếch tán oxi giảm làm cho hàm lượng oxi thấp, khi ấy vi sinh vật sẽ sử dụng SO42- để phân hủy các chất hữu cơ trong các tầng chứa nước và làm cho nồng độ của SO42-
giảm xuống theo phản ứng:
(CH2O là công thức của chất hữu cơ) 2CH2O + SO42– → 2 O3– + H2S
Nồng độ của PO43- trong nước ngầm tại mặt cắt B bên bờ phải sông áy lớn hơn so với mặt cắt A bên bờ trái, giống với sự phân bố trong nước giếng khoan đã mô tả bên trên. Tại Phúc Hòa, Tam Thuấn và Tân Hội, ở độ sâu từ 5 đến -5m, nồng độ photphat khá ổn định khoảng 0,8mg/L, khi độ sâu tăng trên -5m đến -13m thì nồng độ PO43- có xu hướng tăng lên khá giống với sự phân bố của As bên trên trong
hình 3.7. Do PO43- có cấu trúc tương tự như asen nhưng linh động hơn nên với nồng độ cao PO43- cạnh tranh vị trí hấp phụ của asen trên bề mặt khoáng canxit, tạo mối tương quan thuận giữa As và PO43- trong nước ngầm [21, 22]. Tức là khu vực có PO43- cao thì hàm lượng s cao và điều này được quan sát thấy trong kết quả phân tích As của các mẫu giếng khoan đã trình bày trong phần trên cũng như kết quả phân tích nước ngầm thuộc hai mặt cắt (hình 3.8).
Hình 3.11. Mối tương quan của As(III) và PO43-
Hình 3.11 thể hiện mối tương quan của As và PO43- trong nước ngầm thuộc hai mặt cắt. Tại Cẩm Yên nồng độ As và PO43- đều rất thấp. ước ngầm ở Phúc Hòa và Tân Hội thể hiện rõ mối tương quan thuận giữa hai thành phần này, riêng ở Tam Thuấn mối tương quan giữa As và PO43- là mối tương quan nghịch, tức là nồng độ PO43- tăng thì nồng độ As giảm. Do Tam Thuấn là khu vực có nồng độ Ca2+ trung bình là 97.5mg/L, cao nhất so với ba vị trí cịn lại (bảng 3.2), vì thế khi nồng độ PO43- trong nước cao, PO43- có thể kết hợp với Ca2+ tạo kết tủa và tái hấp phụ As trên bề mặt làm giảm nồng độ As trong nước ngầm [22].
Nhìn chung, các thành phần đặc trưng cho tính oxy hóa DO, O3- có nồng độ rất thấp trong nước ngầm của cả 4 vị trí thuộc hai mặt cắt, riêng SO42- tại mặt cắt A có nồng độ cao hơn so với mặt cắt B và phân bố ngược lại với sự phân bố của As trong nước ngầm trên hai mặt cắt (hình 3.8). Nồng độ thấp của các thành phần oxy
hóa này trong nước ngầm là do chúng được vi sinh vật sử dụng để phân hủy các chất hữu cơ và tạo ra các sản phẩm khử, làm giảm tính oxy hóa của mơi trường và hình thành mơi trường có tính khử hơn, dẫn đến q trình hịa tan các khống sắt oxit đồng thời giải phóng As. Tóm lại, kết quả phân tích cho thấy mối tương quan thuận giữa As với thành phần oxi hóa SO42- và thành phần cạnh tranh hấp phụ PO43- trong sự phân bố ở khu vực nghiên cứu theo cả không gian rộng và độ sâu.
3.2.2. M tươ q a ữa m t t p ầ ma tí k ử và As trong ước ầm tạ a mặt cắt
Các biểu đồ sự phân bố của những chất đặc trưng cho môi trường khử Fe2+, NH4+ và CH4 (hình 3.12) cho thấy khu vực Cẩm Yên và Phúc òa có hàm lượng các thành phần này thấp hơn so với Tam Thuấn và Tân Hội. Nồng độ Mn2+ đều thấp ở ba vị trí Tân Hội, Tam Thuấn và Phúc Hòa. Riêng ở Cẩm Yên, nước ngầm có hàm lượng Mn2+ cao nhất, ngược lại với sự phân bố của asen, do Mn2+ trong môi trường nước ngầm chứa nhiều bicacbonat sẽ tạo thành MnCO3 kết tủa làm giảm nồng độ Mn2+ trong nước [32]. Theo chiều sâu của các giếng, nồng độ Mn2+ ở Cẩm Yên và Phúc Hòa giảm dần khi độ sâu giếng tăng lên, cịn ở Tam Thuấn và Tân Hội thì nồng độ Mn2+ trong nước ngầm có hàm lượng khá ổn định khi tăng độ sâu, ngược với sự phân bố của s đã nêu trên. Mối tương quan giữa asen và Mn2+ được thể hiện khá rõ ở hình 3.12. Khi nồng độ Mn2+ thấp thì nồng độ s cao như quan sát thấy ở Tam Thuấn và Tân Hội. Tuy nhiên, khi nồng độ Mn2+ tăng thì nồng độ Asen giảm hoặc gần như không thay đổi ở khu vực Cẩm n và Phúc Hịa.
Hình 3.13. Mối tương quan của As(III) và Mn2+
gược lại với sự phân bố của mangan, amoni trong nước ngầm thuộc mặt cắt có nồng độ khá thấp và thấp hơn so với mặt cắt B, do trầm tích tại mặt cắt già hơn so với mặt cắt B, hơn nữa mặt cắt có vị trí xa sơng hơn nên hàm lượng chất hữu trong trầm tích tại mặt cắt cũng thấp hơn. Tại mặt cắt B, nồng độ amoni cao là
do quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ của vi sinh vật sử dụng O3- và hình thành NH4+ theo phản ứng:
(CH2O là công thức biểu diễn cho vật chất hữu cơ) 5CH2O + 4NO3– → 2 2 + 4HCO3– + CO2 + 3H2O CH2O + H2O + N2 + H+ → moni ( 4+) + CO2
Theo độ sâu, 4+ tại 3 vị trí ẩm n, Phúc ịa và Tam Thuấn có nồng độ khá ổn định khi độ sâu tăng, duy chỉ có tại Tân ội, nồng độ amoni tăng khi độ sâu tăng. hư đã giải thích bên trên, độ sâu tăng đồng nghĩa với việc nồng độ oxi trong nước giảm, khi vi sinh vật sử dụng hết oxi hòa tan trong nước ngầm, nó sẽ sử dụng các thành phần chứa oxi như O3-
để phân hủy chất hữu cơ và hình thành 4+. Do đó, khi độ sâu tăng thì hàm lượng amoni cũng tăng. iều này giống với sự biến đổi của asen trong nước ngầm (hình 3.8). Biểu đồ mối tương quan giữa s( ) và NH4+
cho thấy có mối tương quan thuận khá rõ của hai thành phần này tại cả ba vị trí Phúc ịa, Tam Thuấn và Tân ội thuộc hai mặt cắt. Tại ẩm Yên, khi nồng độ amoni tăng, nồng độ s không thay đổi do nồng độ s gần như bằng 0.
Hình 3.14. Mối tương quan giữa As(III) và NH4+
CH4 là sản phẩm khử cuối cùng trong q trình phân hủy chất hữu cơ do đó những khu vực nào có hàm lượng cao của chúng thì thường thể hiện mơi trường nước
ngầm có tính khử mạnh. Q trình lên men chất hữu cơ tạo thành CH4 theo các phản ứng sau:
2CH2O → 4 + CO2
(CH2O là công thức biểu diễn cho vật chất hữu cơ)
hư vậy, nước ngầm ở mặt cắt bên bờ trái sơng áy có tính khử yếu hơn so với mặt cắt B bên bờ phải sơng do có nồng độ 4 thấp hơn. Sự phân bố này giống với sự phân bố nồng độ s trong nước ngầm ở hai mặt cắt thuộc hai bên sông áy đã nêu ở trên (hình 3.8) cũng như kết quả phân tích giếng khoan nhà dân. 4 trong nước ngầm của mặt cắt hầu như không đáng kể ở mọi độ sâu. Tại mặt cắt B, nồng độ 4 tăng nhanh khi độ sâu tăng từ -1m đến -15m, riêng với độ sâu từ -7m đến - 14m nồng độ metan trong nước ngầm tại Tân ội rất thấp gần như bằng 0 và khá ổn định. Sự gia tăng nồng độ của metan theo độ sâu cho thấy khi độ sâu tăng thì mơi trường càng thể hiện tính khử, và khi đó càng thuận lợi cho sự giải phóng asen. hính vì vậy những khu vực có hàm lượng metan cao thường có hàm lượng asen cao. Sự phân bố của metan cũng khá giống với xu hướng phân bố của asen theo cả không gian rộng và chiều sâu.
Một mối tương quan mà hầu hết các nghiên cứu về s đều nhắc đến đó là mối tương quan thuận giữa As và Fe. Theo giả thiết As giải phóng trong môi trường khử, tức là khi các vi sinh vật sử dụng oxi hòa tan và các hợp chất chứa oxi để hình thành mơi trường khử. Q trình khử hịa tan các khống sắt oxit đồng thời giải phóng As hấp phụ trên khống đó vào nước ngầm [16, 24]. Tuy nhiên, mối tương quan này không phải lúc nào cũng quan sát thấy trong thực tế do các tầng chứa nước thường xuyên xảy ra các quá trình thủy địa và các hoạt động của vi sinh vật, nên thành phần của nước thường rất phức tạp và không ổn định theo thời gian cũng như khơng gian.
Hình 3.15. Sự phân bố của As(III) và Fe(II) trong nước ngầm ở hai mặt cắt
Theo chiều tăng của độ sâu, tại Tam Thuấn và Tân Hội nồng độ s tăng dần cịn nồng độ Fe hầu như khơng đổi. Sự tăng nồng độ của asen trong nước ngầm ở độ sâu từ -2m đến -15m tại Tam Thuấn và Tân Hội khơng phải từ q trình khử hịa tan khống sắt mà có thể do sự cạnh tranh hấp phụ của photphat (nồng độ photphat tăng theo độ sâu (hình 3.9).
Nồng độ sắt và asen trong nước ngầm tại Cẩm Yên đều rất thấp và gần như bằng 0. Tại Phúc Hòa, Tam Thuấn và Tân Hội, nồng độ sắt trong nước ngầm gần như nhau và bằng khoảng 16mg/L. Tính tốn chỉ số bão hịa bằng PHREEQC cho thấy cả ba khu vực Phúc Hòa, Tam Thuấn và Tân Hội đều bão hịa các khống sắt như siderit và vivianit (SI>0) (hình 3.16 và phụ lục 3), nhưng nồng độ asen tại Tân Hội lại cao hơn hẳn so với hai vị trí kia. Nguyên nhân là do Fe ở hai khu vực Phúc Hòa, Tam Thuấn tái kết tủa do đạt trạng thái bão hòa và hấp phụ lại As làm giảm nồng độ asen trong nước ngầm hoặc As tái hấp phụ trên bề mặt khống Fe cịn lại sau quá trình khử. Tại Tân Hội, nồng độ các thành phần có tính khử như amoni và DO (bảng 3.2) cao hơn so với hai khu vực trên, nên mơi trường nước ngầm tại Tân Hội có tính khử mạnh hơn so với hai khu vực Phúc Hòa và Tam Thuấn, hạn chế sự tái hấp phụ của asen lên bề mặt khoáng sắt và làm cho nồng độ As ở Tân Hội cao hơn ở hai khu vực kia.
Hình 3.16. Biểu đồ khả năng bão hịa khoáng Siderit và Vivianit trong nước ngầm
Mối tương quan thuận giữa Fe và s cũng không được thấy rõ trong kết quả nghiên cứu của một số tác giả như Abhijit (2008) tại một khu vực phía Tây vịnh Bengal với hệ số tương quan r2 =0,26 [9]; Swartz (2004) cũng chỉ ra rằng As trong trầm tích của các tầng nước sâu ở Munshiganj, Bangladesh (~165m), khơng có tương quan tốt với Fe [46]. Sự khơng tương quan của As và Fe có thể do q trình khử của Fe và As khơng xảy ra đồng thời [28]. Tác giả McArthur (2004) cho rằng sự tương quan yếu giữa s và Fe là do s sau khi được giải phóng từ q trình khử hịa tan các khống sắt kim loại, As bị hấp phụ trở lại bề mặt của phần khống chưa tan [30].
Tóm lại, s trong nước ngầm tại hai mặt cắt thể hiện khá rõ mối tương quan thuận với các thành phần đặc trưng cho môi trường khử như amoni (hình 3.14), metan (hình 3.12) và thành phần cạnh tranh hấp phụ PO43- (hình 3.11). Asen cịn thể hiện mối tương quan nghịch với thành phần oxy hóa SO42- và Mn2+ (hình 3.10 và 3.13). Mối tương quan thuận của asen và sắt chỉ được quan sát thấy ở Cẩm Yên và Tân Hội, do đó khơng phải lúc nào sự hình thành asen trong nước ngầm cũng đều liên quan tới sự khử hịa tan khống sắt. Vì vậy, q trình hình thành ơ nhiễm asen ở khu vực nghiên cứu không chỉ do một cơ chế gây ra mà bao gồm cả sự giải phóng asen trong mơi trường khử và sự cạnh tranh hấp phụ trên bề mặt khoáng.
Ế U
Từ những kết quả nghiên cứu thực nghiệm, luận vă bước đầu đưa ra m t s kết luận sau:
1. Các thành phần hóa học trong nước ngầm phân bố rất phức tạp. Các quá trình khống hóa xảy ra nhiều bên bờ phải sơng áy thể hiện ở nồng độ cao các thành phần khoáng Ca2+, Mg2+ trong nước ngầm. Bờ trái của sơng áy có tính khử yếu hơn so với bờ phải do bờ trái có nồng độ các thành phần Na+, Cl-, SO42-, NO3- cao hơn so với bờ phải sơng.
2. Kết quả phân tích nước ngầm thuộc hai mặt cắt A và B cho thấy As có mối tương quan thuận với các thành phần có tính khử như NH4+, CH4 và thành phần có sự cạnh tranh hấp phụ như PO43- phía bờ phải sơng áy. Ở bờ trái sông áy, Asen tương quan nghịch với các thành phần có tính oxi hóa như Mn2+, SO42-. As và Fe(II) thể hiện mối tương quan thuận ở ẩm Yên và Tân ội. Mối tương quan nghịch được quan sát thấy ở Phúc òa và Tam Thuấn do ảnh hưởng của sự tái kết tủa thành Fe(III) trong nước ngầm.
3. Nồng độ As trong nước ngầm ở bờ phải sông áy cao hơn bờ trái là do bờ phải có mơi trường khống hóa và có nồng độ các thành phần mang tính khử, thành phần cạnh tranh hấp phụ cao hơn bờ trái. Bờ phải sơng áy có điều kiện thuận lợi cho q trình giải phóng As từ trầm tích vào nước ngầm. Như vậy, nguyên nhân hình thành ơ nhiễm asen khu vực nghiên cứu là do q trình khử hịa tan các khống oxit sắt đồng thời giải phóng asen vào nước ngầm và sự cạnh tranh hấp phụ của photphat với asen trên bề mặt khoáng trong tầng chứa nước.
Ế Ị
1. Tiếp tục nghiên cứu đặc điểm trầm tích và điều kiện thủy văn khu vực để làm rõ hơn mối tương quan thuận nghịch của asen với sắt và ngun nhân hình thành ơ nhiễm Asen. Từ đó, dự đốn khu vực ơ nhiễm s chính xác hơn để tránh sử dụng và khai thác nguồn nước ngầm bị ô nhiễm
2. Kết quả phân tích cho biết nước ngầm khu vực bờ phải sông áy bị ô nhiễm asen, mangan, amoni. Vì vậy cần khuyến cáo các hộ gia đình nằm trong khu vực ơ nhiễm có các biện pháp để hạn chế ảnh hưởng của các thành phần độc hại này tới sức khỏe, như xử lý bằng bể lọc cát hoặc sử dụng các thiết bị lọc khác có khả năng loại bỏ các thành ơ nhiễm trước khi sử dụng.
3. Vì tác nhân chính tạo điều kiện thuận lợi để giải phóng As là vậy chất hữu cơ nên cần hạn chế ô nhiễm s trong nước ngầm bằng cách giảm thiểu sự xâm nhập của chất hữu cơ xuống các tầng chứa nước. Và tránh khai thác nước ngầm ở các khu vực bị ô nhiễm hữu cơ.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Phạm Ngọc Hải, Phạm Việt Hòa (2004), Kỹ thuật khai thác nước ngầm, NXB Nông Nghiệp, Hà Nội.
2. Nguyễn Mạnh Khải, Nguyễn Quốc Việt, Hoàng Thị Quỳnh Trang, Lê Viết Cao, Nguyễn Tiến Trung, Nguyễn uang Minh (2011), “Ô nhiễm asen trong nước