Các phần mềm xử lí số liệu được sử dụng trong luận văn bao gồm: Google Maps, Excel, Aqua Chem và Surfer trong đó:
Google Maps dùng để lập bản đồ (theo giá trị GPS đo được) thể hiện chính xác vị trí từng điểm giếng khoan lấy mẫu thuộc khu vực nghiên cứu.
Sử dụng phần mền thông dụng Microsoft Office Excel để xử lý các số liệu thu được và vẽ một số biểu đồ
Aqua Chem là một phần mềm chuyên dụng để biểu diễn cho các số liệu về nước ngầm với các dạng biểu đồ như piper, stiff, histogram … Nhìn vào các biểu đồ đó có thể biết được một phần nguồn gốc nước ngầm hoặc kiểu của nước ngầm. Phần mềm sử dụng trong luận văn này là Aqua Chem 3.70.
Surfer là phần mềm chuyên dụng dùng để biểu diễn số liệu. Một trong các ứng dụng của phần mềm là sử dụng các giá trị đo đạc rời rạc để nội suy kết quả theo dạng 2 chiều (2D) hoặc 3 chiều (3D). Phần mềm sử dụng trong luận văn này là Golden Sorfware Surfer 9.
2.4. Thiết bị, dụng cụ và hoá chất
Thiết bị và dụng cụ
Hình 2.5.a. Máy AA-6800, Shimadzu. Hình 2.5.b. Máy HIC-20A, Shimadzu.
Hình 2.5.c.Máy UV/Vis-3101 PC, Shimadzu Hình 2.5.d.Máy TOC – VCSH, shimadzu Hình 2.5 Một số thiết bị phân tích trong phòng thí nghiệm
- 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, ôxi hòa 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.
Hoá 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
- Muối NaHCO3, NaBr, KCl, Na2SO4, NaNO3, NaNO2, NaF, Na3PO4.12H2O, Merck, dùng cho sắc kí lỏng phân tích anion
- 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 - Khí axetylen 99.5%.
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 sông Hồng. Còn phía bờ Đông có khoảng 7 mẫu nước lại có hàm lượng lớn các cation Na+ + K+ (60 – 80%), số lượng này chiếm tỉ lệ rất nhỏ (5%) so với tổng số mẫu thu được.
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 công 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 Đông 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 hòa tan các khoáng canxit và đolomit thì còn 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 Đông Nam Hà Nội
Nhìn chung, nồng độ các cation chính phân bố không 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 sông Hồng thì nồng độ Ca2+ càng thấp, trong khi đó nồng độ Na+ lại tập trung cao. Nồng độ Na+ cao nhất ở các điểm
thuộc vùng từ xã Tam Hiệp, huyện Thanh Trì (97,6 – 99,7 mg/l) và dải nồng độ cao còn trải dài đến Hoàng Liệt, Quận Hoàng Mai (khu vực này có con sông 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 Xuân (có con sông Tô 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. Còn 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 quá 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 sông. Na+ và K+ lại tập trung theo xu hướng ở những vùng có mật độ dân cư đông, nơi có các ao hồ đầm lớn, đặc biệt là những vùng có con sông Tô 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 ngoài quá trình hòa tan khoáng từ trầm tích ra nước ngầm còn 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 sông 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 sông Tô 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 ngoài sự hòa tan các khoáng canxit và đolomit thì còn 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 sông 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 Đông 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 Đông sông Hồng môi trường oxy hóa cao hơn. Trong khi đó, khu vực dọc sông Hồng cho đến phía Tây sông Hồng, môi trường khử xảy ra mạnh mẽ kèm theo đó là quá trình hòa tan khoáng. 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 sông Hồng sang đến phía bờ Tây sẽ biểu hiện chất lượng kém hơn so với khu vực về phía bờ Đông. 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 Đông Nam Hà Nội
Trong nước ngầm, ngoài 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 hòa 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 không 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 ô nhiễm). Đây là con số đáng báo động khi hàm lượng asen cao lại được tìm thấy phần lớn trên toàn 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 sông Hồng và ở phía bờ Tây sông Hồng. Khu vực bờ Đông 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 môi 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 còn được tìm thấy ở một số vùng khác như: xã Ngọc Hồi, Tam Hiệp, Đông Mỹ, Ngũ Hiệp, Vĩnh Quỳnh (huyện Thanh Trì), Vũ Hữu (Thanh Xuân), Giáp Nhị, Trương Định, Định Công Thượng (Hoàng Mai), Khương Thượng (Đống Đa) và thị trấn Văn Giang (Hưng Yên). Nồng độ cao tương ứng của asen và sắt