Điều này giải thích rằng nguồn gốc của ion Ca2+ và Mg2+ trong nước dưới đất
được tạo ra từ sự phong hóa hóa học của các loại đá và khoáng vật bởi nước ngầm
chứa axit cacbonic (và các axit khác). Ví dụ như:
Đá vơi : CaCO3 + H2CO3→ Ca2+ + 2HCO3- (1)
Đolomit : [Ca,Mg] + 2H2CO3→ Ca2+ + Mg2+ + 4HCO3- (2)
Khoáng vật thuộc lớp Alumosilicat:
2CaAl2Si2O8 + H2SO4 + 4 H2O → 2 Al2Si2O5 + 2 Ca2++ SO42- + 2OH- (3) Canxit và Đolomit là các khoáng vật rất phổ biến trong đất đá, lại là các khoáng vật kém bền hóa học, dễ bị hịa tan. Mặt khác,kim loại kiềm thổ(trừ Be) là các kim loại thủy phân yếu,không bị kết tủa hydroxit ở điều kiện pH thấp và trung tính. Do đó hàm
Canxi hơn Magie, mặt khác khi Mg2+ trong nước đạt một hàm lượng nhất định nào đó thì nó có thể tạo với axit silicxit hòa tan và các thành phần khác nhiều loại khoáng thứ sinh như secpentin,các khoáng vật sét (mommorinolit,vecmiculit…)
3Mg2+ + 6 HCO3- + 2 H2SiO3 + 3H2O →H2CO3 + Mg3Si2O3(OH)4 ↓(secpentin) (4)
Tương tự như vậy, đối với ion Na+ và K+, chúng được hình thành do sự phong
hóa,hịa tan các khống vật silicat và Alumosilicat chứa K,Na(chủ yếu là nhóm fenspat):
Na(K)AlSi3O8 + 3 H2O→Al2 Si2O5(OH)4 + 2Na +(K+ ) + 2HSiO3- + 2SiO2(5)
Trong nước dưới đất, hàm lượng Na + thường lớn hơn hàm lượng K+ vì K+ tham
gia vào chu trình thực vật mạnh hơn và bị keo mùn hấp thụ. Mặt khác, trong mơi
trường nước, K+ cịn phản ứng với axit silicxit hịa tan để tạo thành khống vật sét thứ
sinh.
Trong các anion chính (Cl-, SO42-, HCO3- ), hàm lượng HCO3- chiếm ưu thế với giá trị trung bình đạt 356.13 mg/l và dao động trong một khoảng khá rộng từ
109.84mg/l – 964.12 mg/l. Hàm lượng trung bình của Cl- đạt 42.28 mg/l và hàm lượng
SO42- có giá trị thấp nhất với là 12.29 mg/l. Điều này được giải thích bởi nguồn gốc của
ion này trong nước theo phương trình (1) (2). Mặt khác, ion HCO3- còn được làm giàu
bởi sự bổ cập nước của nước mặt cho nước ngầm khi nước mặt chảy qua lớp thổ nhưỡng được làm giàu CO2.
4.1.2 Thành phần chính của nước dưới đất tầng Pleistocen
Nước dưới đất tầng Pleistocen có thành phần và tỉ lệ về mặt hàm lượng giữa các ion trong nước tương tự như nước dưới đất trong tầng Holocen. Cụ thể như sau:
Cation: Ca2+ > Na+ > Mg2+ > K+ Anion: HCO3- > Cl- > SO42-
Các thông số thống kê của hàm lượng các ion như: giá trị trung bình, trung vị,
độ lệch chuẩn, giá trị lớn nhất, nhỏ nhất được trình bày cụ thể ở bảng 10 sau đây
Na+ K+ Ca2+ Mg2+ Cl- SO42- HCO3- Mean(mg/l) 29,84 1,61 34,68 12,68 18,15 5,77 233,09 Median(mg/l) 29,90 1,21 24,93 10,31 11,26 1,50 177,88 SD(mg/l) 15,50 1,36 37,70 8,03 18,13 13,11 143,84 Min(mg/l) 3,50 0,16 8,52 4,10 0,40 0,00 6,40 Max(mg/l) 66,00 6,10 189,38 38,12 70,01 58,84 700,51 Bảng 10: Đặc trưng thống kê nồng độ các TPHH NDĐ tầng qp
Cũng như nước dưới đất tầng Holocen, trong thành phần hóa học nước dưới đất tầng Pleistocen, cation Ca2+ chiếm ưu thế trong các cation chính với hàm lượng dao
động trong khoảng từ 8,52 mg/l – 189,38mg/l ,trung bình đạt 34,68 mg/l, sau đó lần
lượt là cation Na+, Mg2+ và K+ với hàm lượng trung bình là 29,84 mg/l, 12,68 mg/l và 1,61 mg/l. Trong các anion, HCO3- có hàm lượng lớn nhất với giá trị trung bình là 233.09mg/l và SO42- nhỏ nhất với hàm lượng trung bình 5,77/l, hàm lượng anion Cl- trong nước trung bình đạt 18,15 mg/l. Đặc điểm này đã phản ánh nguồn gốc lục địa của nước dưới đất khu vực nghiên cứu.
Nước dưới đất tầng Pleistocen có hàm lượng các ion thấp hơn so với nước trong tầng Holocen (Hình 11) . Điều này được giải thích bởi sự bổ sung mạnh mẽ và thường xuyên hàm lượng các ion từ nước mặt đối với nước dưới đất tầng Holocen.
Hình 11: Tương quan thành phần các ion chính trong NDĐ tầng Holocen và Pleistocen
4.2 Thành phần các nguyên tố vi lượng
4.2.1 Thành phần nguyên tố vi lượng trong tầng chứa nước qh
Kết quả phân tích các kim loại nặng trong nước dưới đất tầng Holocen năm 2012
được cho bởi bảng sau:
Fe Mn As Mean (mg/l) 14,83 0,62 0,03 Median (mg/l) 12,76 0,46 0,02 Min (mg/l) 0,14 0,03 0,00 Max (mg/l) 65,96 3,06 0,19 QCVN 09:2008(mg/l) 5 0,50 0,05 Số mẫu phân tích 106 106 106 Số mẫu nhiễm bẩn 80 48 19 % số mẫu ô nhiễm 75,47 45,28 17,92
Trong các kim loại nặng được phân tích, sắt là ngun tố có biểu hiện mức độ ô
nhiễm phổ biến với 75,47% số mẫu phân tích vượt quá giới han tiêu chuẩn cho phép. Hàm lượng Fe trong các mẫu nước trong tầng này dao động trong khoảng rộng, từ 0.14 mg/l – 65,96 mg/l, trung bình đạt 14,83 mg/l, gấp 2,97 lần giá trị quy chuẩn. Tương tự như sắt, mangan cũng là kim loại thể hiện sự ô nhiễm khá phổ biến trong các kết quả
phân tích nước dưới đất thu được với 45,28% số mẫu bị ô nhiễm theo QCVN
09:2008/BTNMT. Hàm lượng Mn dao động trong khoảng từ 0,03 mg/l – 3,06 mg/l ,
trung bình đạt 0,62 mg/l. Đối với chỉ tiêu As, Giá trị trung bình của As trong các mẫu nước dưới đất khu vực nghiên cứu thay đổi trong khoảng 0 mg/l – 0,19mg/l, trung bình là 0,03 mg/l. Kết quả tính tốn cho thấy, 17,92% số mẫu nước thu được vượt qua giá trị giới hạn cho phép theo QCVN 09:2008/BTNMT là 0,05 mg/l. Tuy nhiên, theo QCVN 01:2009 BYT, với giá trị As giới hạn là 0.01mg/l thì có 60,38% số mẫu phân tích bị ơ
nhiễm. As là một nguyên tố vi lượng cần thiết cho cơ thể, nhưng ở hàm lượng cao thì
lại gây ra những tác hại vô cùng nghiêm trọng và lâu dài cho sức khỏe con người. Thực
trạng ô nhiễm Asen phổ biến ở một loạt các mẫu nước dưới đất trong khu vực nghiên
cứu đã nêu ở trên đã và đang đặt ra yêu cầu về các giải pháp xử lý và giảm thiểu ô
nhiễm As trong nước ngầm để đảm bảo sức khỏe cho người dân.
4.2.2 Thành phần các nguyên tố vi lượng trong tầng chứa nước Pleistocen
Nước dưới đất tầng Pleistocen cũng thể hiện sự ô nhiễm phổ biến ở cả ba nguyên
tố vi lượng Fe, Mn và As trong các mẫu phân tích tương tự như nước dưới đất tầng
Holocen. Tuy nhiên, khoảng biến thiên về hàm lương của các nguyên tố hẹp hơn, giá trị trung bình hàm lượng cũng thấp hơn. Hàm lượng Fe thay đổi trong khoảng từ 0.06
mg/l – 47,54 mg/l, trung bình đạt 10,88 mg/l. Hàm lượng Mn dao động trong khoảng
0,02 mg/l – 5,93 mg/l, trung bình là 0,58 mg/l. Hàm lượng As biến đổi từ 0 mg/l – 0,26
mg/l, trung bình là 0,028 mg/l. Kết quả phân tích trên 138 mẫu nước thu được, theo
68,84 %, 36,96 % và 18,12 % (Bảng 13). Đặc biệt, với nguyên tố As, với giá trị giới hạn là 0.01 mg/l theo QCVN 01:2009 BYT thì mức độ ơ nhiễm của nước dưới đất tầng Pleistocen khu vực này là 50%.
Fe Mn As Mean (mg/l) 10,88 0,58 0,028 Median (mg/l) 9,55 0,38 0,01 Min (mg/l) 0,06 0,02 0,00 Max (mg/l) 47,54 5,93 0,26 QCVN 09:2008(mg/l) 5,00 0,50 0,05 Số mẫu phân tích 138,0 138,0 138,0 Số mẫu nhiễm bẩn 95,0 51,0 25,0 % số mẫu ô nhiễm % 68,84 36,96 18,12
Bảng 13: Kết quả phân tích các nguyên tố vi lượng NDĐ tầng Pleistocen
4.3 Độ tổng khống hóa
Hình 12 : Đồ thị biểu diễn các tham số thống kê hàm lượng TDS NDĐ tầng Holocen và Pleistocen
Nước dưới đất tầng Pleistocen chủ yếu là nước nhạt với độ tổng khống hóa dao
dưới sự bổ cập nước mạnh mẽ của nước mặt và các nguồn cung cấp nước khác, nước
dưới đất trong tầng Holocen có độ tổng khống hóa cao hơn trong tầng Pleistocen với
hàm lượng dao động trong khoảng từ 104 mg/l đến 970 mg/l, trung bình đạt khoảng
423,5 mg/l. Nước ở tầng này chủ yếu cũng là nước nhạt. Nhìn chung, ở hai tầng chứa
nước quan trọng này, chỉ tiêu TDS của nước đáp ứng phù hợp cho việc ăn uống và sinh hoạt của người dân.
4.4 Kiểu hóa học của nước dưới đất
Kiểu hóa học của nước dưới đất được xác định bằng công thức Kurlov
4.4.1 Kiểu hóa học của nước tầng Holocen
Với sự chiếm ưu thế của cation Ca2+ và anion HCO3- trong thành phần hóa học
của nước, theo công thức Kurlov, nước trong tầng Holocen là kiểu nước Bicacbonat Canxi, Bicacbonat Canxi-Magie chiếm 85 % trong tổng số các mẫu nước. Cơng thức loại hình hóa học của nước tại điểm các điểm khảo sát trong khu vực nghiên cứu như sau:
Tại điểm Q33a Đông Anh: M0,39 pH7,2
Tại điểm Q64 ở quận Đống Đa : M0,7 pH7,0
Tại điểm Q60a Thanh Trì : M0,27 pH7,7
Một số điểm trong khu vực nghiên cứu còn tồn tại các kiểu nước như
bicacbonat –Natri, Bicacbonat Natri - Canxi chiếm 15% tổng số mẫu phân tích, tập trung chủ yếu ở quận Hồng Mai. Cơng thức loại nước này trên các mẫu phân tích thu
được trong khu vực như sau:
4.4.2 Kiểu hóa học của nước tầng Pleistocen
Nước dưới đất trong tầng Pleitocen khu vực nghiên cứu có kiểu hóa học phổ
biến là Bicacbonat Canxi, Bicacbonat Canxi-Magie. Loại hình này chiếm 70% số mẫu nước phân tích. Một trong những mẫu nước thể hiện rõ loại hình hóa học này được
biểu diễn bởi công thức Kurlov như sau:
M0,2 pH8,0
Mẫu Q.67a – Quận Tây Hồ- Hà Nội)
M0,18 pH7,3
(Mẫu Q.58 – Quận Cầu Giấy – Hà Nội)
M0,1 pH8,19
(Mẫu Q.120 – huyện Đông Anh – Hà Nội)
Ngoài các kiểu nước phổ biến như trên, trong khu vực nghiên cứu cịn có một số kiểu nước khác như Bicacbonat Natri, Bicacbonat Natri – Canxi và Bicacbonat
Magie. Cơng thức hóa học của những kiểu nước này được biểu diễn bằng công thức
Kurlov như sau:
Tại điểm Q.66 – Huyện Thanh Trì : M0,35 pH8,1
Tại điểm Q.62a – Huyện Từ Liêm: M0,19 pH7,8
Tại điểm Q.60 – Huyện Thanh Trì : M0,39 pH7,6
Nhận xét chung : Nước dưới đất khu vực nghiên cứu chủ yếu là nước nhạt với độ
nước dưới đất tầng qh cao hơn qp. Kiểu hóa học phổ biến của nước dưới đất khu vực
nghiên cứu là Bicacbonat – Canxi và Bicacbonat. Ngoài ra, tại một số điểm cá biệt còn ghi nhận một số kiểu nước khác như Bicacbonat – Natri hay Bicacbonat – Natri Canxi. Ô nhiễm các nguyên tố vi lượng như Fe, Mn và As được ghi nhận trên diện rộng với tỉ
lệ số mẫu nhiễm bẩn cao, phổ biến nhất là ô nhiễm Fe, sau đó lần lượt là là ơ nhiễm
CHƯƠNG 5: NGUỒN GỐC VÀ CƠ CHẾ Ô NHIỄM CÁC HỢP CHẤT NITO TRONG NƯỚC DƯỚI ĐẤT KHU VỰC HÀ NỘI
5.1 Đánh giá về tình hình ơ nhiễm các hợp chất Nito trong NDĐ khu vực Hà Nội
5.1.1 Những vấn đề chung 5.1.1.1 Khái niệm
Ô nhiễm các hợp chất Nito là sự tăng lên hàm lượng của chúng so với trạng thái ban đầu hoặc so với thời kì quan trắc trước đó.
Tiến trình ơ nhiễm xảy ra theo hai giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Các hợp chất Nito tăng hàm lượng nhưng không vượt quá tiêu
chuẩn cho phép
- Giai đoạn 2: Các hợp chất Nito tăng hàm lượng và vượt quá tiêu chuẩn cho
phép.
5.1.1.2 Các tiêu chuẩn, quy chuẩn để đánh giá ô nhiễm
Có nhiều tiêu chuẩn, quy chuẩn để đánh giá chất lượng nước ngầm nói chung, và
quy định các giá trị giới hạn cho phép của các hợp chất Nito trong nước dưới đất nói
riêng, trong đó quan trọng nhất phải kể đến các quy chuẩn quốc gia được ban hành bởi Bộ Tài nguyên và Môi trường và Bộ Y tế mà tác giả thống kê cụ thể trong bảng 14 sau
đây.
Theo QCVN 09/BTNMT, hàm lượng NH4+ trong nước ngầm được lấy tiêu chuẩn
là 0,1mg/l tính theo N, tức là khoảng 0,13 mg NH4+. Hàm lượng Nitrit và Nitrat (tính
theo N) lần lượt là 1 mg/l và 15 mg/l. Trong khi đó, theo QCVN 01:2009/BYT quy định hàm lượng các hợp chất Nito trong nước ăn uống được như sau: hàm lượng
Amoni không vượt quá 3 mg/l, hàm lượng Nitrat và Nitrit lần lượt không vượt quá 50 mg/l và 3 mg/l. QCVN 01:2009/BYT cũng đưa ra giới hạn hàm lượng các hợp chất
Nito trong nước sinh hoạt giống như với nước ăn uống. Như vậy, chúng ta nhận thấy
rằng có một sự mâu thuẫn giữa các quy chuẩn nói trên, bởi lẽ, theo logic, giá trị giới
hạn của các hợp chất Nito trong nước ăn uống và sinh hoạt phải cao hơn trong nước
ngầm nói chung. Tuy nhiên, quy định trong thực tế thì ngược lại. Chỉ tiêu QCVN09:2008/BTNMT, mg/l QCVN 01:2009/BYT, mg/l QCVN 01:2009/BYT, mg/l NH4+ 0.1 tính theo N 3 3 NO2- 1.0 tính theo N 3 3 NO3- 15 tính theo N 50 50
Bảng 14: Cơ sở đánh giá ô nhiễm các hợp chất Nito trong nước dưới đất
5.1.1.3 Phân loại các mức độ ô nhiễm các hợp chất Nito trong nước dưới đất
Ô nhiễm các hợp chất Nito trong nước dưới đất khu vực nghiên cứu được biết đến trong nhiều năm song chưa thực sự đánh giá đúng mức độ nghiêm trọng và chưa được
đầu tư nghiên cứu một cách chi tiết, tỉ mỉ và thấu đáo. Cho tới thời điểm này chưa có
một văn bản pháp quy nào quy định chặt chẽ về việc phân loại mức độ ô nhiễm các
hợp chất Nito trong nước dưới đất. Việc đánh giá mức độ ô nhiễm của các đối tượng
này được đưa ra bởi một số các nhà khoa học nghiên cứu về đối tượng này, trong đó
tiêu biểu là Trần Thị Lan và Nguyễn Văn Đản .
Trần Thị Lan (13) không đưa ra các mức nhiễm bẩn đối với các dạng tồn tại khác nhau của các hợp chất Nito mà chỉ phân loại nhiễm bẩn Amoni. Theo đó, các mức độ nhiễm bẩn Amoni được tác giả đưa ra như sau:
Nước sạch, có hàm lượng NH4+ < 0,4mg/l;
Nước bẩn nhẹ, có hàm lượng NH4+ : 0,4-1,5mg/l ; Nước bẩn, có hàm lượng NH4+ : 1,5-3mg/l;
Nước bẩn nặng, có hàm lượng NH4+ : 3- 5mg/l; Nước rất bẩn nặng, có hàm lượng NH4+ : >5mg/l.
Nguyễn Văn Đản (4), khi nghiên cứu nhiễm bẩn các hợp chất Nito vùng Hà
Nội cũng đã đề xuất cách phân chia mức độ nhiễm bẩn của các đối tượng này. Theo đó, giới hạn hàm lượng của các dạng hợp chất Nito đối với các mức ô nhiễm khác nhau
được liệt kê chi tiết trong bảng 15 sau đây:
Chỉ tiêu nhiễm bẩn
Giới hạn hàm lượng theo các mức độ nhiễm bẩn, mg/l
Sạch Bẩn nhẹ Bẩn vừa Bẩn nặng
NH4+ <0,5 0.5– 3 3– 10 >10
NO2- <0,1 0,1 – 0,5 0,5 – 1 >1
NO3- <5 5 – 10 10 – 50 >50
Bảng 15: Phân loại mức độ nhiễm bẩn nước dưới đất bởi các hợp chất Nito
Hai cách phân loại mức độ nhiễm bẩn các hợp chất Nito trong nước dưới đất
nêu trên nhìn chung tương tự nhau, tuy nhiên tác giả lựa chọn cách phân chia của
Nguyễn Văn Đản vì đã đề cập đến đầy đủ các hợp chất Nito, hơn nữa điểm xuất phát
lại từ tình hình cụ thể của thành phố Hà Nội. Do đó, tác giả lựa chọn cách phân chia
này để đánh giá và phân loại mức độ ô nhiễm các hợp chất Nito trong nước dưới đất
trong luận văn.
5.1.2 Đánh giá tình hình ơ nhiễm các hợp chất Nito trong nước dưới đất khu vực Hà Nội
5.1.2.1 Đánh giá chung
Sự nhiễm bẩn các hợp chất Nito trong nước nưới đất khu vực nghiên cứu được
thuộc mạng lưới quan trắc quốc gia và mạng quan trắc Hà Nội. Hằng năm, mẫu được
lấy và phân tích vào mùa mưa ( tháng 8) và mùa khơ ( tháng 3), được lưu trữ đầy đủ