- Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AA-6800 kết hợp thiết bị sinh khí hydrua HVG, Shimadzu (Hình 2.5.a)
- Máy sắc ký ion HIC-20A super, Shimadzu, sử dụng cột tách IC-A2 (Hình 2.5.b)
- Máy quang phổ hấp thụ phân tử UV/Vis-3101 PC, Shimadzu (Hình 2.5.c)
- Máy phân tích TOC – VCSH shimadzu (Hình 2.5.d)
- Thiết bị đo các chỉ tiêu hiện trường: điện cực đo pH, thế oxi hóa - khử, ơxi hịa
tan, độ dẫn điện.
- Bom khí sạch và van điều chỉnh
- Lọ 25 mL làm bằng borosilicate có nắp gồm septum
- Cân điện tử 4 số.
- Tủ sấy, tủ hút.
- Bộ chuẩn độ alkalinity, Merck.
- Màng lọc cellulose acetate 0,45 , 47 mm và màng lọc nylon 0,45
- Filter Holder dùng để đỡ màng lọc
- Chai nhựa 250 ml (PET) đựng mẫu.
- Cuvét nhựa loại 4 mL
- Lọ thủy tinh 24 mL, nắp có septa kín.
- Đá muối, thùng bảo quản
- GPS định vị, bản đồ, Template ghi chép hiện trường
- Pipet Paster nhựa, pipet Paster thủy tinh đã nung + quả bóp
- Các bình định mức, ống nghiệm, găng tay cao su, xi lanh polypropylen .v.v.
- Micro pipet, Socorex và Eppendorf, đầu típ nhựa (200, 1000, 5000 µL),
Eppendorf.
Hố chất
- Axít HCl 37%, HNO3 65%, axit formic 99 - 100%, axit sunfuric 96%, Merck.
- Nước deion, đá khô (CO2 rắn)
- Dung dịch pH chuẩn (pH 4, pH 7), Merk
- Muối Na2CO3, Amoni oxalate, axit ascorbic, Merk
- Dung dịch kiểm chứng đa nguyên tố ICP, Merck
- Dung dịch kiểm chứng trên nền nước ngầm ARS, Eawag
- NaOH, NaBH4, NaI, axít ascorbic, Merck, dùng để phân tích quang phổ hấp thụ
nguyên tử
- Na2(NO)Fe(CN)5 (Natri nitropruside), NaOCl, Merck
- (NH4)6Mo7O24.4H2O, axit oxalic, 4-(Methylamino) phenolsulphate
- Potassiumantimon (III) tartrate, Ammoniumheptanmolybdate, Merk
Chƣơng 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Khảo sát hàm lƣợng các nguyên tố đa lƣợng trong nƣớc ngầm khu vực Đông Nam Hà Nội
Kết quả phân tích các cation và anion hòa tan chính trong 137 mẫu nước ngầm khu vực Đông Nam Hà Nội được biểu diễn bằng giản đồ piper như hình 3.1.
Hình 3.1. Biểu đồ Piper biểu diễn nồng độ của các cation và anion chính trong nước ngầm khu vực nghiên cứu.
Anion HCO3- + CO32- chiếm tỉ lệ lớn ở hầu hết các mẫu, khoảng 60 - 90%.
Anion SO42- và Cl- chiếm tỉ lệ nhỏ, dưới 40%. Hàm lượng Ca2+ + Mg2+ chiếm tỉ lệ
lớn hơn (trên 60%) so với Na+ + K+, thể hiện rõ ở các mẫu phía bờ Tây sơng Hồng.
Chứng tỏ nước ngầm khu vực nghiên cứu chủ yếu thuộc kiểu Ca-Mg-HCO3 và kiểu
Ca-(Na)-Mg-HCO3. Đây cũng là đặc điểm phổ biến của nước ngầm đồng bằng châu
thổ sông Hồng. Điều này khá phù hợp với một số nghiên cứu trước đây về nước ngầm vùng này. Kết quả của Dieke và cộng sự (2007) nghiên cứu nước ngầm tại
huyện Đan Phượng, tỉnh Hà Tây cho thấy nước ngầm thuộc kiểu CaHCO3-
MgHCO3 [29]. Một nghiên cứu khác của tác giả Elisabeth Eiche (2008) tại Vạn
Phúc, Thanh Trì cũng phát hiện thấy rằng nước ngầm thuộc kiểu Ca-HCO3 và Ca-
(Na)-Mg-HCO3 [24]. Tiếp đó là nhiều cơng trình nghiên cứu khác như ở Nam Dư,
quận Hoàng Mai [13], ở xã Vạn Phúc, huyện Thanh Trì [11], ở xã Vân Cốc, huyện Đan Phượng và xã Phú Kim, huyện Thạch Thất, Hà Nội [15]
HCO3– là anion có nồng độ cao nhất trong hầu hết các mẫu nước, nằm trong
khoảng 66 đến 1310 mg/L (trung bình 358 mg/L, n=137). Hàm lượng HCO3– cao được cho là xuất phát từ các khoáng canxit và đolomit và chứng tỏ nước ngầm ở
khu vực Đơng Nam Hà Nội có nguồn gốc chung. Tuy nhiên, tỷ lệ mol của HCO3–
/[Mg + Ca] lớn hơn 2 lần và nồng độ cao của Na+ tìm thấy ở khu vực nghiên cứu
cho thấy rằng ngoài sự hịa tan các khống canxit và đolomit thì cịn có các nguồn
khác đóng góp một lượng đáng kể lượng HCO3– có trong nước ngầm. Tương quan
thuận giữa HCO3– với DOC (r = ~0,6) và HCO3- với NH4+ (r = ~0,7) gợi ý HCO3–
có thể xuất phát từ sự phân hủy các hợp chất hữu cơ có mặt trong tầng ngậm nước. Để hiểu rõ hơn về sự phân bố cũng như nguyên nhân dẫn đến sự phức tạp trong cấu trúc nước ngầm ở khu vực nghiên cứu chúng ta xét lần lượt từng thông số chính.
Na+ (mg/l) K+(mg/l)
Ca2+(mg/l) Mg2+(mg/l)
Hình 3.2. Biểu đồ surfer thể hiện sự phân bố của các cation chính trong nước ngầm khu vực Đơng Nam Hà Nội
Nhìn chung, nồng độ các cation chính phân bố khơng đồng đều tại các vị trí.
Ca2+ và Na+ chiếm hàm lượng cao trên hầu hết khu vực nghiên cứu (màu càng đậm
càng thể hiện nồng độ cao), K+ và Mg2+ lại chiếm hàm lượng rất nhỏ (hình 3.2). Đối
với Ca2+ sự phân bố tập trung chủ yếu theo chiều dọc bờ sông Hồng, nồng độ cao
thuộc về các điểm lấy mẫu thuộc phường Cự Khối, quận Long Biên (111,3-147,3 mg/l) đến điểm xã Văn Đức, huyện Gia Lâm (171,2mg/l) và cao nhất là các điểm thuộc xã Vạn Phúc, huyện Thanh Trì (181,1mg/l). Các vị trí này đều nằm sát hai bên bờ sông Hồng. Đối với các vùng càng xa sơng Hồng thì nồng độ Ca2+ càng
thuộc vùng từ xã Tam Hiệp, huyện Thanh Trì (97,6 – 99,7 mg/l) và dải nồng độ cao cịn trải dài đến Hồng Liệt, Quận Hồng Mai (khu vực này có con sơng Tô Lịch chảy qua và gần các hồ lớn như hồ Linh Đàm, hồ Yên Sở và Đầm Lớn). Một số
điểm khác cũng có hàm lượng Na+ tương đối cao như ở Kim Giang, Thanh Xn (có
con sơng Tơ Lịch chảy qua), ở bờ Đông Na+ cũng tương đối cao khu vực xã Liên
Nghĩa, xã Thắng Lợi (huyện Văn Giang) - các vùng nông nghiệp lâu đời. Đối với K+
hầu hết nồng độ đều rất thấp, điểm có nồng độ cao nhất thuộc xã Tứ Hiệp, huyện
Thanh Trì (58,36 mg/l) gần với các điểm có nồng độ Na+
cao. Cịn nồng độ Mg2+ hầu
như đều rất thấp trên toàn bộ khu vực, điểm duy nhất cao hơn so với toàn bộ khu vực
là ở xã Vạn Phúc, Thanh Trì (60 mg/l). Đây cũng là khu vực có hàm lượng Ca2+ tìm
thấy có nồng độ cao nhất.
Các cation có sự phân bố theo các chiều hướng trái ngược nhau có thể liên
quan đến nhiều yếu tố. Ca2+
và Mg2+ có xu hướng phân bố chủ yếu theo dọc sát hai
bên bờ sông Hồng. Nồng độ Ca2+ tập trung cao ở đây có thể là do kết quả của q
trình phong hóa đá xâm nhập, đặc biệt là sự rửa lũa đá vôi, đôlomit, thạch cao và anhydrite. Sự hòa tan của Ca2+ trong tầm tích theo dòng chảy của các mạch nước
ngầm từ khu vực nội địa dẫn đến sự cuốn trôi Ca2+ ra bờ sông, đồng thời khu vực
này ít chịu tác động thường xuyên của con người làm cho hàm lượng Ca2+
ở khu
vực dọc bờ sông Hồng cao hơn hẳn so với phía xa bờ sơng. Na+ và K+ lại tập trung
theo xu hướng ở những vùng có mật độ dân cư đơng, nơi có các ao hồ đầm lớn, đặc biệt là những vùng có con sơng Tơ Lịch chảy qua và những vùng nông nghiệp lâu
đời. Nồng độ Na+ cao ở đây gợi ý nguyên nhân của sự xâm nhập nguồn nước thấm
từ các sông, hồ nhiễm bẩn bởi chất thải từ sinh hoạt của con người như các chất tẩy rửa; nước từ quá trình hoạt động nông nghiệp hoặc nước được chuyển từ tầng sâu lên do sự thúc đẩy của quá trình khai thác và sử dụng mạnh mẽ nguồn nước ngầm.
Tuy nhiên, hàm lượng Na+
cao nhất ở đây vẫn nằm trong quy chuẩn cho phép của bộ y tế về nước ăn uống (200mg/l), chính vì vậy hàm lượng Na+ trong khu vực nghiên cứu không phải là mối lo ngại cho sức khỏe con người. Nó cho chúng ta thấy được ngồi q trình hịa tan khống từ trầm tích ra nước ngầm cịn có dấu hiệu của sự xâm nhập của nước mặt.
Sự phức tạp trong cấu trúc nước ngầm khu vực nghiên cứu không chỉ thể hiện ở sự phân bố của các cation chính mà còn được thể hiện ở sự phân bố của các anion chính.
Cl- (mg/l) SO42-(mg/l)
HCO3- (mg/l) NO3-(mg/l)
Hình 3.3. Biểu đồ surfer thể hiện sự phân bố của các anion chính trong nước ngầm khu vực Đông Nam Hà Nội
Khi xét về tỉ lệ phần trăm của các anion chính có mặt trong nước chúng ta
thấy HCO3- là thành phần chủ yếu của nước ngầm trên toàn bộ khu vực nghiên cứu
(hình 3.1). Nhưng khi xét chi tiết từng anion trong nước ngầm tại các điểm lấy mẫu
chúng ta thấy sự phân bố các anion rất khác nhau. Đối với HCO3-, nồng độ cao chủ
yếu tập trung theo dọc sông Hồng, xuất hiện từ phường Cự Khối, quận Long Biên cho tới xã Vạn Phúc huyện Thanh Trì (trên 700 mg/l), đặc điểm này tương tự với sự
phân bố của Ca2+ và Mg2+, trong khi đó Cl- có nồng độ cao tập trung chủ yếu ở các
điểm thuộc khu vực xa sông Hồng hơn, xu hướng tương tự với Na+. Điều này cũng
xảy ra tương tự với SO42-. Từ đó chúng ta có thể thấy được, xu hướng tập trung của
các thành phần chính trong nước ngầm theo một quy luật nhất định. Nồng độ Ca2+
và HCO3- tương đối cao trên toàn bộ khu vực, nhưng đều được tìm thấy chủ yếu theo dọc sơng Hồng, nơi có trầm tích trẻ và ít bị tác động của con người. Mặt khác,
Na+, Cl- và SO42- được cho là những yếu tố có mặt trong nước ngầm do nguồn gốc
từ nước biển, nước ở tầng sâu hoặc bởi sự xâm lấn từ nước mặt lại được tìm thấy nhiều ở các khu vực kể trên là những vùng không nằm sát sông Hồng, nồng độ cao tập trung ở các vùng có địa hình trũng, có con sơng Tơ Lịch chảy qua và vùng nông nghiệp lâu đời. Điều này gợi ý từ sự ảnh hưởng của việc khai thác và sử dụng nước ngầm đã thúc đẩy quá trình vận chuyển các hợp chất có từ nước tầng mặt xuống hoặc nước ở tầng sâu được vận chuyển lên nhiều hơn, kết quả các vùng này xuất hiện các ion Na+, Cl- và SO42- cao hơn ở khu vực dọc bờ sông.
Điều đáng ngạc nhiên là nồng độ HCO3-
cao nhất lại được tìm thấy ở một vùng rộng lớn thuộc xã Tân Triều, huyện Thanh Trì (trên 1000 mg/l). Khu vực này không phải là khu vực xuất hiện nồng độ cao nhất của Na+, Ca2+, Mg2+ hay K+ nhưng chúng cũng có với hàm lượng tương đối cao. Chứng tỏ việc khẳng định ngồi sự hịa tan các khống canxit và đolomit thì cịn có các nguồn khác đóng góp
một lượng đáng kể lượng HCO3– trong nước ngầm là có cơ sở.
Xem xét sự phân bố của giá trị độ dẫn (Ec) đại diện cho tổng hàm lượng các ion chính và thế oxy hóa – khử (Eh) để hiểu rõ thêm quy luật dẫn đến sự phân bố của các thành phần chính nêu trên.
Ec ( S/cm) Eh (mV)
Hình 3.4. Biểu đồ surfer thể hiện độ dẫn điện (Ec) và Thế oxy hóa – khử (Eh) khu vực Đông Nam Hà Nội
Quan sát hình 3.3 ta thấy, giá trị độ dẫn Ec của nước ngầm chủ yếu tập trung nồng độ cao ở khu vực dọc bờ sông Hồng và cao nhất ở khu vực phía Tây sơng
Hồng. Nồng độ cao của Ec tương ứng với nồng độ cao của cả các cation chính Ca2+,
Na+, Mg2+, K+, HCO3-. Trong khi đó SO42-
và NO3- là đại diện cho môi trường oxy
hóa lại có nồng độ cao tập trung theo hướng về phía bờ Đơng nhiều hơn. Nồng độ cao của SO42- và NO3- tương ứng với nồng độ cao của Eh. Điều này khẳng định, khu vực phía bờ Đơng sơng Hồng mơi trường oxy hóa cao hơn. Trong khi đó, khu vực dọc sơng Hồng cho đến phía Tây sơng Hồng, mơi trường khử xảy ra mạnh mẽ kèm theo đó là q trình hịa tan khống. Gợi ý đến kết quả của sự phân hủy các hợp chất hữu cơ có mặt trong tầng ngậm nước. Như vậy, nước ngầm khu vực từ dọc sơng Hồng sang đến phía bờ Tây sẽ biểu hiện chất lượng kém hơn so với khu vực về phía bờ Đơng. Cụ thể về chất lượng nước ngầm ở từng vị trí trên địa bàn nghiên cứu sẽ được phản ánh qua sự phân bố các thành phần vi lượng.
3.2. Khảo sát hàm lƣợng các thành phần vi lƣợng trong nƣớc ngầm khu vực Đơng Nam Hà Nợi
Trong nước ngầm, ngồi các thành phần đa lượng còn phải kể đến rất nhiều thành phần vi lượng khác nhau. Ở đây, tác giả chỉ tập trung khảo sát hàm lượng của một số thành phần vi lượng trong nước ngầm được cho là có ảnh hưởng rất lớn đến
sức khỏe của con người và môi trường hiện nay trong mối liên quan sử dụng nước
như: Asen (As), Sắt (Fe), Mangan (Mn), Flo (F), Brom (Br), Amoni (NH4), Cacbon
hữu cơ hịa tan (DOC), Photphat (PO4).
As (µg/l) Fe (mg/l)
Mn (mg/l) PO4 (mgP/l)
Hình 3.5. Biểu đồ surfer thể hiện sự phân bố As, Fe, Mn, PO4 trong nước ngầm khu vực Đông Nam Hà Nội
Sự phân bố của các nguyên tố vi lượng trong nước ngầm khu vực nghiên cứu không đồng đều và thường theo nhiều hướng khác nhau.
Hàm lượng asen của 137 mẫu nước nằm trong khoảng rất rộng, từ mức nhỏ hơn 1 g/l cho tới 550 g/l. Trong đó có tới 33% số mẫu khơng đạt mức quy chuẩn nước ngầm của bộ Tài nguyên và Môi trường (50 g/l) về asen, nếu xét theo quy chuẩn nước uống về asen của bộ Y tế Việt Nam (10 g/l) thì có tới 64% số mẫu
vượt quá mức cho phép (Màu càng đậm thì càng thể hiện ơ nhiễm). Đây là con số đáng báo động khi hàm lượng asen cao lại được tìm thấy phần lớn trên tồn bộ khu vực nghiên cứu. Nồng độ asen cao nhất thường tập trung ở các khu vực phường La Thành, Trung Liệt (quận Đống Đa), phường Lĩnh Nam, Yên Sở (quận Hoàng Mai), phường Cự Khối (Long Biên), xã Tứ Hiệp, Vạn Phúc (Thanh Trì). Các khu vực này đều nằm dọc bờ sơng Hồng và ở phía bờ Tây sơng Hồng. Khu vực bờ Đơng nồng độ cao ở làng Phụng Công (Văn Giang). Nồng độ asen cao ở những khu vực nêu trên là những vùng có điều kiện mơi trường khử cao.
Hàm lượng sắt cũng cao ở hầu hết địa bàn nghiên cứu khi có tới 56% số mẫu không đạt quy chuẩn về nước ngầm (5 mg/l), xét theo quy chuẩn nước ăn của bộ Y tế (0,3 mg/l) tỉ lệ này còn cao hơn nhiều (78% số mẫu không đạt). Sự phân bố nồng độ cao của sắt rộng hơn asen, nồng độ sắt cao phân bố hầu hết toàn bộ khu vực nghiên cứu. Đặc biệt, những vùng asen cao thì sắt cũng có hàm lượng cao. Ngoài ra, nồng độ sắt cao cịn được tìm thấy ở một số vùng khác như: xã Ngọc Hồi, Tam Hiệp, Đơng Mỹ, Ngũ Hiệp, Vĩnh Quỳnh (huyện Thanh Trì), Vũ Hữu (Thanh Xuân), Giáp Nhị, Trương Định, Định Cơng Thượng (Hồng Mai), Khương Thượng (Đống Đa) và thị trấn Văn Giang (Hưng Yên). Nồng độ cao tương ứng của asen và sắt trong nước ngầm có mối liên quan đến điều kiện khử của mơi trường, mối tương quan này đã được tìm thấy nhiều nghiên cứu ở các khu vực nước ngầm trên thế giới, nhưng nồng độ cao của sắt lại có cả ở những nơi mà asen có nồng độ khơng cao lắm. Đây là vấn đề chưa thể giải thích được ngay, chúng ta cần tìm hiểu vấn đề này thông qua mối quan hệ với các yếu tố khác.
Nồng độ PO43-
cũng tương tự như sắt và asen. Sự phân bố nồng độ cao ở hầu hết toàn bộ khu vực nghiên cứu. Hiện nay, các quy chuẩn Việt Nam chưa có quy
định cụ thể về nồng độ PO43- trong nước ngầm. Nhưng dựa theo kết quả bảng tiêu
chuẩn giới hạn nước uống của các nước Châu Âu [20] về tiêu chuẩn đối với một số thành phần nước uống và sự đóng góp của nước uống cho lượng đi vào của các
nguyên tố dinh dưỡng (đã nêu ở chương 1) thì nồng độ tối đa cho phép của PO43- là
đạt. Các mẫu có hàm lượng PO43- cao nhất thuộc địa bàn các xã Tân Triều, Tả Thanh Oai, Vĩnh Quỳnh, Tứ Hiệp (huyện Thanh Trì), xã n Sở, Đại Kim (Hồng Mai) và La Thành (Đống Đa). Các khu vực này cũng có hàm lượng asen cao tương tự. Điều này chứng tỏ rằng, ngồi Fe thì PO43- cũng góp phần thúc đẩy quá trình