3.1. Đặc điểm của môi trường nước ngầm và sự phân bố asen trong nước ngầm tại các địa điểm nghiên cứu
3.1.3. Mối tương quan của As với một số thành phần chỉ thị cho môi trường khử trong nước ngầm
Mối tương quan mà hầu hết các nghiên cứu về As đều đề cập đến là mối tương quan của As với Fe. Cơ chế giải phóng As trong môi trường khử là quá trình khử hòa tan các khoáng Fe oxit đồng thời giải phóng As liên kết trên khoáng đó ra nước ngầm [20, 39]. Vậy theo giả thuyết về cơ chế này thì As sẽ có mối tương quan thuận với Fe. Tuy nhiên, trong thực tế, mối tương quan thuận này không phải bao giờ cũng có thể quan sát được. Do trong tự nhiên, các tầng chứa nước thường chịu tác động bởi nhiều yếu tố địa chất, thủy văn phức tạp cũng như các hoạt động của vi khuẩn nên thành phần hóa học nước ngầm cũng bị ảnh hưởng theo.
Từ hình 3.9 có thể thấy mối tương quan giữa Fe tổng và As tổng ở Vân Cốc là tỉ lệ thuận với nhau, cụ thể cả nồng độ Fe tổng và As tổng đều có xu hướng tăng theo độ sâu và đạt cực đại ở -5m, và giảm khi xuống sâu hơn. Một tương quan tương tự cũng được nhìn thấy ở Phú Kim, cả lượng Fe tổng và As tổng đều tăng theo độ sâu sau đó đạt cực đại rồi lại có xu hướng giảm. Trường hợp này chỉ khác với Vân Cốc ở chỗ Fe và As ở Vân Cốc đạt cực đại tại độ sâu tương đương nhau (đều là -5m) thì ở Phú Kim độ sâu đạt tới giá trị cực đại trong nồng độ Fe tổng và As tổng lại hơi khác nhau. As tổng trong nước đạt giá trị cực đại tại -5m trong khi Fe tổng đạt cực đại tại -1m. Trái ngược với Vân Cốc, Phú Kim là Vân Phúc, tại đây Fe tổng và As tổng lại có mối tương quan nghịch với nhau. Trong khi lượng As tổng tăng theo độ sâu thì Fe lại giảm dần theo độ sâu. Còn đối với trường hợp tại Phúc Hòa và Phùng thì mối tương quan này lại không rõ ràng như các vị trí còn lại. Tại Phúc Hòa As tổng có xu hướng tăng nhẹ theo độ sâu nhưng Fe tổng lại hầu như không thay đổi (xung quanh giá trị 15 mg/l). Còn tại Phùng thì lượng As tổng lại có xu hướng giảm theo độ sâu trong khi Fe tổng lại không mấy thay đổi.
58
Vân Cốc Vân Phúc Phúc Hòa Phùng Phú Kim
Độ sâu (m)
Hình 3.9. Mối tương quan giữa As tổng với Mn2+ và Fe tổng trong nước ngầm theo độ sâu
Kết quả ở hình 3.9 có thể thấy được sự phân bố As tổng, Fe tổng cũng như mối tương quan giữa hai thông số này là không tuân theo bất kì trật tự nào. Tuy nhiên, sự tăng nồng độ As tổng và Fe tổng theo độ sâu dường như phù hợp với lý thuyết về nguyên nhân giải phóng As từ trầm tích vào nước ngầm là do phản ứng khử hòa tan các khoáng oxit Fe kéo theo sự giải phóng As trên các oxit đó. Nồng độ của As tổng tăng theo độ sâu đạt tới giá trị cực đại sau đó lại giảm có thể là do lượng As trên các
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
0 150 300 As(T) (àg/l)
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
0 150 300
As(T) (àg/l)
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
0 150 300
As(T) (àg/l)
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
0 150 300
As(T) (àg/l)
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
0 150 300
As(T) (àg/l)
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
0 1 2 3
Mn2+ (mg/l)
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
0 1 2 3
Mn2+(mg/l)
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
0 1 2 3
Mn2+(mg/l)
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
0 1 2 3
Mn2+(mg/l)
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
0 1 2 3
Mn2+ (mg/l)
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
0 20 40
Fe(T) (mg/l)
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
0 20 40
Fe(T) (mg/l)
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
0 20 40
Fe(T) (mg/l)
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
0 20 40
Fe(T) (mg/l)
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
0 20 40
Fe(T) (mg/l)
59
pha khoáng Fe oxit trong trầm tích giảm đi và dẫn đến lượng As giải phóng ra nước ngầm ít hơn. Còn nồng độ Fe tổng giảm là do sự tái kết tủa của Fe dưới dạng các khoáng siderite (FeCO3) và vivianite (Fe3(PO4)2), do nước ngầm ở cả 5 địa điểm này đạt trạng thái quá bão hòa đối với hai khoáng này như đã chỉ ra ở trên. Còn đối với trường hợp Fe tổng không mấy biến đổi theo độ sâu (như ở Phúc Hòa và Phùng) có thể là do hai quá trình hòa tan và tái kết tủa khoáng Fe này diễn ra đồng thời và liên tục, điều này kiểm soát nồng độ Fe trong nước và giữ cho lượng Fe này không biến đổi nhiều theo độ sâu. Và quá trình tái kết tủa các khoáng Fe thứ cấp này không kéo theo sự tái kết tủa của As. Tóm lại, từ mối tương quan giữa As tổng và Fe tổng trong nước ngầm có thể nói sự có mặt của As trong nước ngầm có liên quan đến sự có mặt của Fe, mặc dù mối tương quan này không phải lúc nào cũng là thuận và chặt chẽ tại các địa điểm. Ngoài ra, điều này còn chứng minh độ phức tạp trong hệ thống thủy địa hóa nước ngầm ở điểm nghiên cứu.
Mối tương quan thứ hai được xem xét là giữa As tổng và Mn2+. Từ hình 3.9 có thể thấy là giữa As tổng và Mn2+ có mối tương quan nghịch ở 4 địa điểm Vân Cốc, Vân Phúc, Phúc Hòa và Phú Kim, riêng tại Phùng lại có mối tương quan thuận giữa hai đại lượng này. Như đã mô tả ở trên thì hàm lượng Mn2+ ở cả 5 địa điểm đều giảm theo độ sâu trong khi tính khử của môi trường tăng lên. Điều này trái ngược với giả thuyết lượng Mn2+ đáng nhẽ cũng phải tăng theo chiều tăng của tính khử do Mn2+ là một trong những sản phẩm khử của quá trình phân hủy hợp chất hữu cơ và giải phóng As. Vậy mối tương quan nghịch này của As tổng và Mn2+ cho thấy quá trình khử các oxit Mn không gây ra sự có mặt của As trong nước ngầm.
Ngoài chỉ thị cho môi trưởng khử như Mn2+ và Fe2+ thì còn có NH4+ và CH4. Theo như thứ tự dãy các phản ứng oxi hóa khử xảy ra trong nước ngầm thì có thể nói NH4+ là sản phẩm đầu tiên và CH4 là sản phẩm cuối cùng của quá trình khử theo phương trình:
5CH2O + 4NO3- → 2N2 + 4HCO3- + CO2 + 2H2O CH2O + H2O + N2 + H+ → NH4+ + CO2
60
Và 2CH2O → CH4 + CO2 (phản ứng này xảy ra sau khi kết thúc toàn bộ các quá trình khử các oxit Mn và oxit Fe. Thứ tự các phản ứng trong oxi hóa khử xảy ra trong nước ngầm theo độ sâu này đã được đề cập đến ở phần tổng quan, mục 1.3.1)
Vân Cốc Vân Phúc Phúc Hòa Phùng Phú Kim
Độ sâu (m)
Hình 3.10. Mối tương quan giữa As tổng với NH4+ và CH4 trong nước ngầm theo độ sâu
Do đó, về mặt lý thuyết thì giữa As tổng với NH4+ và CH4 sẽ có mối tương quan thuận theo giả thuyết môi trưởng khử càng tăng càng thuận lợi cho quá trình giải
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
0 150 300 As(T) (àg/l)
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
0 150 300
As(T) (àg/l)
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
0 150 300
As(T) (àg/l)
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
0 150 300
As(T) (àg/l)
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
0 150 300
As(T) (àg/l)
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
0 15 30
NH4+(mg/l)
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
0 15 30
NH4+(mg/l)
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
0 15 30
NH4+(mg/l)
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
0 15 30
NH4+(mg/l)
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
0 15 30
NH4+(mg/l)
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
0 30 60
CH4(mg/l)
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
0 30 60
CH4(mg/l)
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
0 30 60
CH4(mg/l)
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
0 30 60
CH4(mg/l)
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
0 30 60
CH4(mg/l)
61
phóng các thành phần này vào nước ngầm. Thật vậy, từ hình 3.10 có thể thấy giữa As tổng với NH4+ và CH4 ở cả 5 địa điểm đều có mối tương quan thuận và khá chặt chẽ với nhau.
Như đã đề cập ở trên, nồng độ NH4+ và CH4 là một chỉ thị cho mức độ hoạt động của vi sinh vật, mức độ phân hủy chất hữu cơ và mức độ khử của môi trường.
Do đó, có thể nói với cùng một lượng hợp chất hữu cơ hoạt động như nhau trong nước ngầm, khu vực nào có nồng độ NH4+ và CH4 càng cao thì môi trường khử càng mạnh và ngược lại. Nhìn lại nồng độ NH4+ và CH4 trong nước ngầm ở cả 5 địa điểm nghiên cứu thấy nồng độ NH4+ và CH4 tại Vân Cốc, Phú Kim và Phùng là nhiều hơn so với Vân Phúc và Phúc Hòa. Điều này cho thấy môi trường nước ngầm ở Vân Cốc, Phú Kim và Phùng có tính khử mạnh hơn so với Vân Phúc và Phúc Hòa.
Tính khử của tầng chứa nước tại Vân Cốc, Phùng và Phú Kim mạnh hơn so với Vân Phúc và Phúc Hòa còn được thể hiện qua nồng độ DOC (C hữu cơ hòa tan trong nước) tại 5 địa điểm này. Như đã nêu ở trên, quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ đóng một vai trò quan trọng trong tầng chứa nước, quá trình này liên quan trực tiếp đến tính oxi hóa khử của môi trường nước xung quanh nó.
Nồng độ C hữu cơ hòa tan trong nước càng cao càng thuận lợi cho quá trình phân hủy chất hữu cơ bởi vi sinh vật xảy ra. Do đó, có thể nói nồng độ DOC trong nước cũng phản ánh tính oxi hóa khử của môi trường nước. Vậy từ hình 3.11 có thể dễ dàng nhận ra rằng nồng độ DOC trong nước ngầm tại Vân Cốc, Phú Kim và Phùng cao hơn so với nồng độ DOC tại Vân Phúc và Phúc Hòa. Điều này hoàn toàn phản ánh đúng nhận định đã nêu về tính khử của 5 địa điểm nghiên cứu.
Hình 3.11. Sự phân bố nồng độ DOC trong nước ngầm theo độ sâu
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
0 2 4 6 8 10
DOC (mg/l)
Vân Cốc Vân Phúc Phúc Hòa Phùng Phú Kim
62
Như vậy, sự phân bố của As tổng và mối liên hệ giữa nó và một số thành phần hóa học khác trong nước ngầm đã được phân tích. Có thể nói As khá tương quan với hàm lượng Fe trong nước ngầm. Vậy liệu rằng quá trình giải phóng As trong nước ngầm ở địa điểm nghiên cứu này có tuân theo giả thuyết từ quá trình khử hòa tan các khoáng Fe oxit trong điều kiện khử hay không. Trầm tích vùng này chứa As hay không và nếu có thì sự phân bố của nó trên trầm tích là như thế nào? Để trả lời cho các câu hỏi này, phần tiếp theo của luận văn sẽ trình bày về sự phân bố của As trong trầm tích tại điểm nghiên cứu.