Xác định nguồn gốc arsenic trong nước dưới đất khu vực TP.HCM bằng kỹ thuật đồng vị và kỹ thuật thủy hóa

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1 Số liệu phân tích thành phần hóa nước ngầm qp Phụ lục Bảng 2 Số liệu phân tích thành phần hóa nước ngầm qp Phụ lục Bảng 3 Số liệu phân tích thành phần hóa nước

ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM

SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

BÁO CÁO NGHIỆM THU

(Đã chỉnh sửa theo góp ý của Hội đồng nghiệm thu)

ĐỀ TÀI

XÁC ĐỊNH NGUỒN GỐC ARSENIC TRONG NƯỚC DƯỚI ĐẤT

KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BẰNG KỸ THUẬT ĐỒNG VỊ VÀ KỸ THUẬT THỦY HÓA

(Ký tên/ đóng dấu xác nhận) (Ký tên/ đóng dấu xác nhận)

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

THÁNG 5 /2010

LỜI CẢM ƠN

Thay mặt nhóm cán bộ khoa học tham gia đề tài “Xác định nguồn gốc arsenic

trong nước dưới đất khu vực thành phố Hồ Chí Minh bằng kỹ thuật đồng vị và kỹ thuật thủy hóa” chân thành cảm ơn Sở Khoa học và Công gnhệ Tp.HCM đã hết

lòng hỗ trợ và tạo điều kiện thuận lợi cho việc triển khai và hòan thành đề tài

Chân thành cảm ơn tập thể phòng Thủy văn đồng vị, TT hạt nhân TP.HCM đã quyết tâm, khắc phục khó khăn để hoàn thành các nội dung của đề tài

Chân thành cảm ơn Trung tâm hạt nhân TP.HCM đã tạo điều kiện cho chúng tôi đăng ký và thực hiện đề tài

TỔ CHỨC THỰC HIỆN

Đề tài:

Xác định nguồn gốc arsenic trong nước ngầm khu vực thành phố Hồ Chí Minh bằng kỹ thuật đồng vị và kỹ thuật thủy hóa

Thời gian thực hiện: 4/2006 – 10/2007

Kinh phí thực hiện: 185.000.000 (một trăm tám mươi lăm triệu) đồng

Cơ quan quản lý: SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TP.HCM

Cơ quan chủ trì: TRUNG TÂM HẠT NHÂN TP.HCM

Chủ nhiệm đề tài: KS Nguyễn Kiên Chính

Đồng chủ nghiệm: CN Tống Viết Thành

Danh sách cán bộ tham gia thực hiện chính:

TT Họ và tên Học vị Chuyên ngành Đơn vị công tác

1 Nguyễn Kiên Chính KS Vật lý hạt nhân TT hạt nhân TP.HCM

2 Tống Viết Thành CN Địa chất MT Sở T.nguyên-M.trường

3 Huỳnh Long CN Vật lý hạt nhân TT hạt nhân TP.HCM

6 Nguyễn Văn Nhiên KS Địa chất MT -nt-

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

VIẾT TẮT THUẬT NGỮ TIẾNG VIỆT

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 Số liệu phân tích thành phần hóa nước ngầm qp Phụ lục

Bảng 2 Số liệu phân tích thành phần hóa nước ngầm qp Phụ lục

Bảng 3 Số liệu phân tích thành phần hóa nước ngầm qp Phụ lục

Bảng 4 Số liệu phân tích đồng vị nước tầng qp Phụ lục

Bảng 5 Số liệu phân tích đồng vị nước tầng m42 Phụ lục

Bảng 6 Số liệu phân tích đồng vị nước tầng m41 Phụ lục

Bảng 7 Kết quả khảo sát hàm lượng As trong nước ngầm 37

Bảng 8 Thay đổi hàm lượng As tổng số trong nước ngầm tại một số vị

trí lấy mẫu

41

Bảng 9 Hàm lượng As tổng số trong các mẫu nước bề mặt 42

Bảng 10 Tóm tắt thành phần hóa các mẫu nước ngầm khu vực nghiên

Bảng 11 Biến thiên hàm lượng đồng vị bền của nước ngầm tầng qp 53

Bảng

12: Thành phần đồng vị môi trường của nước rỉ rác và các mẫu nước ngầm quanh bãi rác Phước Hiệp 57

Bảng 13 Hàm lượng As trong nước ngầm quanh bãi rác Phước Hiệp 60

Bảng 14 Hàm lượng arsen các mẫu nước ngầm khu vực Q.2, Q.9 62

Bảng 15 Biến thiên hàm lượng đồng vị bền của nước ngầm tầng

Bảng 16 Thống kê các mẫu nước ngầm tầng m42 có hàm lượng As cao 75

Bảng 17 Biến thiên hàm lượng đồng vị bền của nước ngầm tầng

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 Vị trí khu vực nghiên cứu - TP Hồ Chí Minh 21

Hình 3 Bản đồ ĐCTV tầng Pliocene trên Phụ lục

Hình 4 Bản đồ ĐCTV tầng Pliocene dưới Phụ lục

Hình 5 Mặt cắt ĐCTV, tuyến I, II, IV Phụ lục

Hình 6 Mặt cắt ĐCTV, tuyến III, V, VI, VII, VIII Phụ lục

Hình 7 Vị trí các điểm lấy mẫu nghiên cứu ở cả 3 tầng nước ngầm 28

Hình 8 Vị trí các điểm lấy mẫu nghiên cứu tầng qp 29

Hình 9 Vị trí các điểm lấy mẫu nghiên cứu tầng m42 30 Hình 10 Vị trí các điểm lấy mẫu nghiên cứu tầng m41 31 Hình 11 Hàm lượng As tổng theo độ sâu trong các tầng nước ngầm

Hình 12 Thay đổi hàm lượng As trong nước ngầm theo độ sâu 40

Hình 13 Thay đổi hàm lượng trung bình của một số ion hòa tan trong

Hình 14 Quan hệ giữa hàm lượng As tổng số và hàm lượng Na 46

Hình 15 Tương quan giữa hàm lượng As tổng số và hàm lượng Ca 47

Hình 16 Quan hệ giữa hàm lượng As tổng số và tỷ số Na/Ca 48

Hình 17 Quan hệ giữa hàm lượng As tổng số và hàm lượng Mg 48

Hình 18 Quan hệ giữa hàm lượng As tổng số và hàm lượng SO4 49

Hình 19 Quan hệ giữa hàm lượng As tổng số và độ dẫn điện 49

Hình 20 Quan hệ giữa hàm lượng As tổng và hàm lượng sắt tổng 50

Hình 21 Quan hệ giữa hàm lượng As tổng và độ pH 51

Hình 22 Quan hệ giữa hàm lượng As tổng và điện thế 52 Hình 23 Quan hệ giữa δ2H và δ18O trong nước ngầm tầng qp 54

Hình 24 Quan hệ giữa δ2H và δ18O nước ngầm tầng qp, theo quận

huyện

56

Hình 25 Vị trí các mẫu nước ngầm xung quanh bãi rác Phước Hiệp 57

Hình 26 Quan hệ giữa δ2H và δ18O các mẫu nước ngầm khu vực quanh

bãi rác

58

Hình 27 Quan hệ giữa δ2H và δ18O của các loại nước sát khu vực bãi

Hình 29 Quan hệ giữa δ2H và δ18O của nước ngầm khu vực Q.2, Q.9 64

Hình 30 Quan hệ Độ dẫn điện - Hàm lượng 18O của nước ngầm Q.2 và

Hình 31 (a) Vị trí mẫu AS92; (b) Mặt cắt ĐCTV khu vực mẫu AS92 68

Hình 32 Quan hệ δ2H - δ18O của nước ngầm (mẫu AS92 và các mẫu

Hình 37 Quan hệ δ18O-δ2H các mẫu nước ngầm tầng m42 khu vực còn

Hình 38 Thành phần đồng vị bền của nước ngầm tầng m41 80

MỤC LỤC

Tóm tắt nội dung nghiên cứu - Abstract

Mở đầu 1

II Nội dung và phương pháp nghiên cứu 16

III.1 Đặc điểm khí tượng thủy văn, địa chất thủy văn khu vực nghiên cứu 21

IV Kết quả và thảo luận

IV.1 Arsen trong nước khu vực thành phố Hồ Chí Minh 37 IV.1.1 Hiện trạng As trong các tầng nước ngầm 37 I.V.1.2 Arsen trong nước bề mặt tại một số vị trí trong khu vực ng cứu 42 IV.2 Nguồn gốc arsen trong nước ngầm ở TP.HCM 43 I.V.2.1 Thành phần hóa học các mẫu nước ngầm 43 I.V.2.2 Quan hệ giữa hàm lượng As và hàm lượng một số ion trong

TÓM TẮT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Hệ thống các tầng nước ngầm khu vực TP.HCM tồn tại trong các trầm tích bở rời

có nguồn gốc từ vùng cao nguyên Tây Tạng có chứa sẵn các hợp chất arsenic Việc khai thác nước ngầm khu vực đã làm tác động nghiêm trọng tới động thái tự nhiên của hệ thống nước dưới đất khu vực và do vậy có thể làm gia tăng khả năng giải phóng arsenic có sẵn từ trầm tích vào nước ngầm Đồng thời, với lượng chất thải ngày càng lớn và chưa được quản lý tốt, nước ngầm khu vực còn có nguy cơ bị ô nhiễm As từ các nguồn chất thải trên mặt đất Việc làm rõ nguồn gốc tự nhiên (geogenic) và/ hoặc nhân tạo (anthropogenic) của arsen trong nước ngầm rất có ý nghĩa khoa học và thực tiễn trong qui hoạch khai thác và bảo vệ nguồn tài nguyên nước ngầm khu vực

Nghiên cứu này về nguồn gốc arsen trong nước ngầm sử dụng kỹ thuật đồng vị

và kỹ thuật thủy hóa dựa trên thành phần đồng vị (2H, 18O, 3H, 14C) và thủy hóa của

99 mẫu nước được lấy từ 3 tầng nước ngầm đang khai thác và một số mẫu nước mưa, nước bề mặt ở khu vực TP.HCM đã được hòan thành và thu được các thông tin sau:

- Về hàm lượng As: Trong 99 mẫu nước ngầm chỉ có một mẫu (chiếm 1%) có hàm lượng chất này vượt tiêu chuẩn cho phép khoảng 10 lần, có 8 mẫu (chiếm 8%) có hàm lượng As tổng trong khoảng 10-50 µg/l, các mẫu còn lại đều chưa vượt tiêu chuẩn cho phép về hàm lượng As tổng số đối với nước sinh hoạt Với hiện trạng như vậy, có thể kết luận rằng ở khu vực TP.HCM sự ô nhiễm arsen trong cả 3 tầng nước ngầm đang khai thác chưa phải là vấn đề nghiêm trọng Tuy vậy, khả năng bị ô nhiễm bởi kim loại này vẫn còn là mối đe dọa thường xuyên do các đặc điểm về thành tạo địa chất, đặc biệt là đất phèn, đối tượng hấp phụ và có khả năng giải phóng arsen ra nước ngầm trong các phản ứng khử các ôxít, hydroxit sắt, nhôm, khá phổ biến trong các trầm tích Holocene trên phạm vi thành phố Cùng với cấu trúc các tầng chứa nước, các lớp cách nước yếu giữa các tầng, động thái tự nhiên bị tác động nghiêm trọng, arsen trong các loại trầm tích Holocene có thể được phóng thích vào nước ngầm trong những điều kiện thích hợp

- Các số liệu thủy hóa thu được chưa thể lý giải được nguồn gốc As trong nước ngầm do tương quan giữa hàm lượng As và một số ion khác đều là các tương quan yếu

- Bằng kỹ thuật thủy văn đồng vị, dựa trên các số liệu đồng vị bền (2H, 18O) và đồng vị phóng xạ tự nhiên (3H, 14C), đã lý giải thành công về mối quan hệ giữa nước ngầm với nước bề mặt, nước mưa là những nguồn có thể bổ cấp cho nước ngầm khu vực và đồng thời cũng là “phương tiện” để tải chất ô nhiễm có nguồn gốc nhân tạo, như As, từ trên bề mặt xuống nước ngầm Kết quả thu được cho thấy ở một số khu vực nước ngầm có quan hệ động lực với nước mưa, nước bề mặt, hoặc với nước ngầm tầng chứa khác nhưng arsen có trong nước ngầm chỉ

có nguồn từ các hợp chất chứa As có sẵn trong các thành tạo địa chất

ABSTRACT

The system of groundwater aquifers in Hochiminh City has been formed in porous sediments which originated from the Tibet Highland and already containing arsenic compounds Groundwater exploitation in this area has strongly influenced the natural dynamics and therefore increases the releasing availability of arsenic to groundwater from sediments At the same time, with the increasing of waste which has still not enough well management, groundwater in the area is also facing the risk of pollution from arsenic in the waste Definition the origin (geogenic or/and anthropogenic) of arsenic in groundwater, therefore, is important not only for groundwater exploitation but also for protecting this water resources in the area

A study on the origin of arsenic in groundwater in Hochiminh City using environmental isotopes and hydro-chemical techniques based on the isotopic (2H,

18O, 3H, 14C) and chemical compositions of 99 groundwater samples (taken from all three exploiting aquifers on the study area) and some rain and surface water samples has been performed and obtained the following information:

- Among 99 groundwater samples there is only one sample (1%) having As concentration of 10 times in comparison with the National Standard of Arsenic for Drinking Water; there are 8 samples (8%) of which As content ranges from 10-50 µg/l and the others have less than 10 µg/l of arsenic This shows that groundwater in the area is still not contaminated by arsenic seriously However the risk of contamination by arsenic is high due to geologic characteristic, especially the widespread of alkaline soil in Holocene sediments existing in the area which adsorbed arsenic and is able to release it into groundwater under redox reactions of oxide/hydroxide of ion and aluminum And due to structure of aquifers, uncontinuous aquitars as well as strongly effected groundwater system dynamics are reasons which can lead arsenic released from Holocene sediments coming into groundwater

- Because of the weak relations between ions concentration, chemical data of water samples obtained can not explain on the origin of arsenic in groundwater

in the study area

- Based on the isotopic compositions of water samples (groundwater, surface water and rain water), the relationship between groundwater and/or surface water, rain water has been defined The isotopic results show that although groundwater in some regions in the study area has direct dynamic relation with rain water (Pleistocene aquifer) or between aquifers (Holocene- Pleistocene and Pleistocene-Upper Pliocene) but the origin of arsenic in groundwater is only geogenic

MỞ ĐẦU

Arsenic là một trong những kim loại nặng phân bố rộng rãi trên bề mặt trái đất Theo đánh giá của Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (EPA - Environment Protection Agency), arsenic là một trong những chất PBT (Persistent - bền bỉ; Bioaccumulative

- sinh tụ; và Toxic - độc hại) có khả năng kết tụ bền vững trong không khí, đất và nước Arsenic đã bị liệt kê là một trong các chất gây ra ung thư (carcinogen) và nằm trong số 20 chất độc nhất do Cơ quan phụ trách các Chất độc và Bệnh tật Hoa Kỳ (ATSDR) ghi nhận Hàm lượng arsenic trong nước uống theo tiêu chuẩn của Cơ quan Y tế thế giới (WHO) là không quá 10 µg/l Ở một số quốc gia, mứcqui định này là 50 µg/l Tuy nhiên, tiêu chuẩn cho phép hàm lượng arsenic trong nước uống đều có xu hướng giảm do ước tính mức độ tác hại trầm trọng của kim loại này lên

cơ thể con người (5/2000, EPA Mỹ đề nghị hạ thấp tiêu chuẩn quốc gia về arsenic trong nước uống từ 50 µg/l xuống chỉ còn 5,0 µg/l)

Ít tồn tại ở dạng nguyên chất, arsenic kết hợp với các nguyên tố khác tạo thành các hợp chất có độc tính cao đối với con người Arsenic kết hợp với Cl, S và ô-xy thành các hợp chất arsenic vô cơ dạng arsenite (As3+) và arsenate (As5+); trong cơ thể động vật và cây cối, arsenic kết hợp với hydro, carbon thành các phức hữu cơ

Về mức độ độc hại, các hợp chất arsenic vô cơ có độc tính cao hơn nhiều so với các phức chất hữu cơ, arsenite có độc tính cao hơn so với arsenate

Cùng với Thái Lan, Myanma, các quốc gia thuộc vùng châu thổ sông Mê Kông vốn được hình thành nên bởi sự lắng đọng các trầm tích có nguồn gốc từ vùng cao nguyên Tây Tạng, đồng bằng Nam bộ đang phải đối mặt với nguy cơ nước ngầm bị

ô nhiễm bởi arsenic Những phát hiện về nước ngầm có hàm lượng arsenic cao ở miền Tây Nam bộ cho thấy nguy cơ có thật về sự ô nhiễm của nước ngầm bởi nguyên tố độc hại này

Tại thành phố Hồ Chí Minh cũng đã phát hiện thấy nước ngầm với hàm lượng arsenic cao ở một số khu vực Là một trong những trung tâm chính trị, kinh tế và văn hóa quan trọng bậc nhất của cả nước, việc phát triển sản xuất, đô thị và mức độ tập trung dân cư tại đây thời gian qua đã làm tăng nhanh chóng lượng nước khai thác từ các tầng nước ngầm nhằm đáp ứng các nhu cầu về nước và việc khai thác

này đã gây những tác động tiêu cực đối với hệ thống các tầng chứa nước trong khu vực mà trước hết là sự tụt giảm mực nước tĩnh và suy giảm chất lượng nguồn nước

Về vấn đề nước ngầm bị ô nhiễm arsenic, ngoài những nguy cơ tiềm ẩn do đặc điểm thành tạo địa chất (đã là hiện thực như ở Bangladesh, Ấn Độ những năm 80 thế kỷ trước hay Thái Lan, Myanma thời gian gần đây vốn thuộc hai vùng châu thổ khác nhau nhưng lại có những đặc điểm thành tạo địa chất tương tự) thì tại TP.HCM, các loại chất thải (chủ yếu từ các hoạt động sản xuất) cũng có thể là một nguồn gây nên sự ô nhiễm arsenic trong nước ngầm

Một số nghiên cứu về arsenic tại TP.HCM đã được thực hiện trong thời gian qua

mà chủ yếu là nhằm điều tra, khảo sát hàm lượng arsenic có trong nước ngầm Kết quả cho thấy tuy chưa tới mức độ gay gắt nhưng arsenic trong nước ngầm ở TP.HCM thực sự là một trong những vấn đề cần quan tâm đặc biệt do động thái tự nhiên của hệ thống nước ngầm có trong các thành tạo địa chất có nguy cơ cao đã bị tác động nghiêm trọng, do lượng chất thải ngày càng lớn chưa được quản lý tốt có thể sẽ làm tăng nhanh quá trình ô nhiễm nước ngầm bởi kim loại độc hại này cùng với sự gia tăng việc khai thác nước từ các tầng chứa ngầm

Do vậy, việc xác định rõ nguồn gốc địa chất tự nhiên (geogenic), nhân tạo (antropogenic) hay cả hai của arsenic trong nước ngầm khu vực có ý nghĩa thực tiễn lớn trong qui hoạch khai thác và bảo vệ tài nguyên nước ngầm tại chỗ Với ý nghĩa

đó, đề tài “Ứng dụng kỹ thuật đồng vị và kỹ thuật thủy hóa xác định nguồn gốc arsenic trong nước ngầm khu vực TP.HCM” được đề xuất thực hiện với mục đích bước đầu xác định nguồn gốc của arsenic có trong nước ngầm, đồng thời góp phần hiểu biết hơn nữa về hệ thống nước dưới đất khu vực TP.HCM giúp quản lý, khai thác hiệu quả nguồn tài nguyên này

I TỔNG QUAN

Nguyên tố arsen đã được tìm thấy từ thế kỷ thứ 13 (năm 1250) bởi Albertus Magnus Đây là một nguyên tố kim loại nặng, tương đối hiếm (tổng lượng không nhiều) nhưng lại có độ phổ biến lớn trong vỏ trái đất

Arsen nguyên chất là một kim loại màu xám nhưng dạng này ít tồn tại trong thiên nhiên và rất độc Người ta thường tìm thấy arsen kết hợp với các nguyên tố như oxy, lưu huỳnh, sắt dưới dạng các hợp chất vô cơ như đá thiên thạch, khoáng realgar (As4S4), orpiment (As2O3), arsenopyrite (FeAs2, FeAsS, AsSb…) và với hydro, carbon dưới dạng hợp chất hữu cơ Các hợp chất arsen, cả vô cơ và hữu cơ, đều có nguồn gốc cả tự nhiên và nhân tạo

Arsen có thể được phát tán vào môi trường từ các quá trình tự nhiên như quá trình phong hóa, quá trình phân rã các chất hữu cơ, vô cơ; và từ các hoạt động của con người như trong sản xuất công nghiệp (lọc hóa dầu, luyện kim, hóa chất, dược phẩm, nhuộm, thuộc da…), nông nghiệp (sử dụng phân bón, hóa chất bảo vệ thực vật), năng lượng (đốt nhiên liệu hóa thạch)…

Các loại hợp chất chứa arsen khác nhau có độc tính khác nhau Hợp chất arsen vô

cơ độc hơn các hợp chất hữu cơ Trong các hợp chất vô cơ, hợp chất As hóa trị 3 độc hơn nhiều so với hợp chất As hóa trị 5

Khi xâm nhập vào cơ thể (con người hay động vật) arsen có thể gây nên nhiều chứng bệnh nguy hiểm như các bệnh về dạ dày, da hay rối loạn chức năng và nhất

là bệnh ung thư Với độc tính cao và độ phổ biến rộng nên khả năng bị nhiễm độc

do arsen là rất cao Do vậy, thế giới có xu hướng hạ thấp giới hạn và qui định nghiêm ngặt hàm lượng cho phép của arsen trong môi trường, thực phẩm

Trong môi trường nước, arsen thường có nhiều ở những nơi có các hoạt động địa nhiệt cao, sự xói mòn và rửa trôi đất, trong chất thải lỏng của các ngành sản xuất sử dụng các loại nguyên, vật liệu có chứa arsen để rồi từ đó arsen trong chất thải xâm nhập vào và gây ô nhiễm các nguồn nước (nước mặt, nước ngầm)

Trong nước dưới đất, hàm lượng arsen phụ thuộc nhiều vào tính chất và trạng thái môi trường địa hóa Dạng arsen phổ biến trong nước dưới đất là H3AsO4-1

(trong môi trường axít đến gần trung tính); HAsO4-2 (trong môi trường kiềm,

thường là trong nước ngầm mặn, lợ); và ở dạng H3AsO3 trong môi trường ôxi khử yếu Nước dưới đất trong các thành tạo hạt mịn, tồn tại nhiều tàn dư thực vật, than bùn hoặc sắt thường có hàm lượng As cao do các loại vật chất này có khả năng hấp phụ arsen tốt Trong các thành tạo như vậy, cũng thường phát hiện thấy arsen

hóa-có hàm lượng cao trong nước dưới đất thuộc loại hình hóa học bicarbonate như bicarbonate calcium, magesium…

Cho tới nay, khoa học đã biết một số cơ chế phóng thích As vào nước ngầm trong các thành tạo địa chất là:

i Oxy hóa hòa tan các khoáng vật chứa arsen như arsenopyrite (FeAsS) và

giải phóng As [Smedly et al., 2002] Cơ chế này là chủ yếu trong điều kiện mực nước ngầm bị hạ thấp do nguồn cấp bị suy giảm hay do khai thác quá mức

ii Khử hòa tan oxít, hydroxit sắt (Hfo - Hydrous ferric oxides) hấp phụ

arsen [Ravencroft et al., 2001] bởi các hợp chất hữu cơ tự nhiên (NOM) trong môi trường pH thấp Khi đó Fe3+ sẽ bị khử thành Fe2+ và giải phóng

As (chủ yếu là As5+) Cơ chế này thường là chủ đạo trong các loại đất phèn (chứa oxít sắt và oxít nhôm)

iii Khử hòa tan sinh học Hfo dưới tác động của vi sinh vật như Geospirillum

Barnersii [Mac Arthur et al., 2001],

iv Và cơ chế thay thế As hấp phụ trên Hfo bằng bicarbonate [Appello et al.,

2002] Cơ chế này thường chiếm ưu thế trong nước dưới đất có loại hình hóa học nước thuộc loại bicarbonate

Arsen có nguồn gốc nhân tạo (nguyên, vật liệu trong sản xuất, trồng trọt; chất thải công, nông nghiệp) có thể xâm nhập vào nước dưới đất trong những điều kiện thích hợp: trực tiếp qua những vùng lộ của tầng chứa, qua các cửa sổ địa chất thủy văn, chênh lệch áp suất giữa các tầng chứa… hoặc từ các nguồn nước bề mặt (đã bị

ô nhiễm arsen) có thể bổ cấp cho nước ngầm

Trên thế giới các trường hợp nhiễm độc do sử dụng nước ngầm bị ô nhiễm arsen lần đầu tiên được ghi nhận tại Đài Loan vào năm 1961 Cho tới nay, ở hầu hết các châu lục đều đã ghi nhận những trường hợp bị nhiễm độc hoặc ảnh hưởng sức khỏe

do sử dụng nước ngầm ô nhiễm arsen Chính do có độ phổ biến cao nên As là một trong những chất dễ làm ô nhiễm các nguồn nước

Ở khu vực Nam Á, vùng Tây Bengan thuộc Ấn Độ (1980) và Bangladesh (1990)

là những khu vực có nước ngầm bị ô nhiễm arsen trầm trọng Đây là những khu vực thuộc châu thổ sông Ganges được hình thành từ sự lắng đọng phù sa và các khoáng chất đến từ vùng cao nguyên Tây Tạng Việc khai thác nước ngầm ồ ạt nhằm thay thế các nguồn nước mặt không đảm bảo chất lượng vô hình chung đã tạo ra những điều kiện thuận lợi cho việc giải phóng arsen có sẵn trong các thành tạo địa chất Cùng bắt nguồn tại khu vực cao nguyên Tây Tạng này còn có sông Mê Công, một trong các sông lớn ở châu Á và thế giới Sông Mê Công tải phù sa và khoáng chất làm hình thành nên đồng bằng châu thổ sông Mê Công mà đồng bằng sông Nam bộ của Việt Nam là một phần của vùng châu thổ rộng lớn này Nguồn gốc trầm tích và lịch sử hình thành tương đồng của hai vùng châu thổ (Ganges và Mê Công) cùng với sự ô nhiễm arsen trong nước ngầm ở đồng bằng sông Ganges cho thấy khả năng bị ô nhiễm bởi kim loại này trong nước ngầm ở vùng đồng bằng châu thổ sông Mê Công và vấn đề này đã được cộng đồng các nhà khoa học quốc tế khuyến cáo và quan tâm sâu sắc trong Hội thảo về triển khai các công cụ ra quyết định và quản lý hiệu quả nhằm giảm nhẹ ô nhiễm đất, mùa vụ và nước do UNESCAP tài trợ tổ chức từ 16-18/6/2004 tại Bangkok, Thái Lan Cho tới nay, hầu hết các quốc gia Đông Nam Á, thuộc phụ vùng sông Mê Công như Myanma, Thái Lan, Campuchia và Việt Nam đều đã công bố về hiện tượng nước ngầm bị ô nhiễm arsen với mức độ khác nhau Chỉ có Lào, quốc gia duy nhất thuộc phụ vùng này, là chưa có công bố chính thức nào về tình trạng arsen trong nước ngầm

Ở Việt Nam, nước dưới đất ô nhiễm arsen đang ngày càng được phát hiện Các

số liệu khảo sát và kết quả nghiên cứu thu được cho thấy rằng nước ngầm nhiễm arsen mới chủ yếu được tìm thấy ở đồng bằng Bắc bộ và đồng bằng Nam bộ Ở những nơi này, nước ngầm có hàm lượng arsen cao lại thường thấy trong các thành tạo Holocene và Pleistocene

Nhiều chuyên gia đã nghiên cứu arsen như PGS-TS Nguyễn Kim Ngọc (Đại học Mỏ-Địa chất), GS-TS Phạm Hùng Việt (Đại học quốc gia Hà Nội), TS Đỗ Trọng

Sự (Bộ Tài nguyên - Môi trường), TS Nguyễn Văn Đản (Liên đoàn ĐCTV-ĐCCT

miền Bắc), KS Phạm Thuần Công (Liên đoàn ĐCTV-ĐCCT miền Nam), GS.TS Lâm Minh Triết (Viện tài nguyên - Môi trường), …

Trên cơ sở phân tích tài liệu địa chất, địa chất thủy văn, mức độ tương quan giữa các yếu tố và kết quả điều tra khảo sát, các nhà khoa học đã đưa ra một số vấn đề như sau:

- Vùng núi địa hình cao, nguồn ô nhiễm chủ yếu là các vùng mỏ, điểm quặng, các đất đá được hình thành do quá trình nhiệt dịch, tạo quặng sunfur, vàng,

đa kim, núi lửa, quá trình phong hóa rửa trôi làm giàu arsen trong đất và nước Hiện đã phát hiện hang trăm điểm dị thường arsen cao tập trung ở các vùng núi Tây Bắc, Đông Bắc (Bắc bộ), cao nguyên Trung bộ và Tây Nguyên, miền Đông Nam bộ đã phát hiện ô nhiễm arsen trong nước dưới đất Tại các vùng mỏ, do quá trình khai thác, nước thải giàu arsenopyrit thấm vào gây ô nhiễm nước dưới đất

- Tại các vùng đồng bằng châu thổ, các trầm tích bở rời hạt mịn thường là sét, sét pha, than bùn, đất đá lẫn hợp chất hữu cơ chứa các kim loại nặng với hàm lượng cao trong đó có arsen (ở khu vực Hà Nội, lượng arsen đạt tới 33,0 mg/kg trong đất, 6,3 mg/kg trong sét nâu, 12,0 mg/kg trong sét xám và 5,0 mg/kg trong cát vàng nâu xám) Trong điều kiện khai thác mạnh nước dưới đất, sự phân hủy chất hữu cơ trong than bùn giải phóng khí metan, chúng tạo hợp chất metyl dễ tan với arsen và đi vào nước ngầm Kết quả điều tra ở khu vực Hà Nội cho thấy nguồn arsen trong nước ngầm là từ các lớp sét, sét bùn chứa vật chất hữu cơ và sét chứa than bùn xuất hiện nhiều từ mặt đất tới độ sâu 40 mét

- Về nguyên nhân do tác động của con người, các khu vực đồng bằng, các thành phố lớn và các khu đô thị, tập trung nhiều nhà máy, xí nghiệp, khu dân

cư hàng ngày thải ra lượng rất lớn các chất thải rắn, lỏng và rác Các chất ô nhiễm, trong đó có thể có arsen, từ chất thải thấm xuống làm nhiễm bẩn nước ngầm

Khảo sát cho thấy mức độ bị ô nhiễm arsen ở miền Bắc cao hơn khu vực phía Nam Đáng quan ngại là toàn bộ vùng đồng bằng sông Hồng đều đang trong tình trạng báo động về mức ô nhiễm này

Do những lý do khác nhau, ô nhiễm arsen trong nước ở Hà Nội và khu vực phía Bắc được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước nghiên cứu Số liệu điều tra khảo sát cho thấy các tỉnh Hà Nam, Hưng Yên, Hà Tây và Tp Hà Nội là các địa phương Bắc bộ nằm trong số 10 tỉnh, thành trong cả nước có nguồn nước ngầm nhiễm asen vượt mức cho phép và ảnh hưởng đến sức khỏe người dân

Hà Nam là tỉnh có địa hình trũng, nhiều ao, hồ và các con sông như Sông Đáy, sông Nhuệ, sông Sắt, sông Châu chảy qua Nguồn nước ngầm trên địa bàn khá phong phú Tuy nhiên, chất lượng nước ngầm ở nhiều địa phương trên địa bàn tỉnh

đã và đang có chiều hướng bị nhiễm bẩn khá cao Nghiên cứu đánh giá chất lượng nước ngầm tại các huyện Bình Lục, Lý Nhân, Duy Tiên, Kim Bảng, Thanh Liêm của Viện Địa lý cho thấy ô nhiễm arsen trong nước ngầm ở những nơi này rất cao UNICEF khẳng định mức độ ô nhiễm arsen của Hà Nam nghiêm trọng như ở Bangladesh - nơi được đánh giá là có độ ô nhiễm arsen cao trên thế giới Điển hình tại thôn Trung Hòa, xã Tiên Nội, huyện Duy Tiên hàm lượng As là 2.978 µg/l, gấp khoảng 60 lần so với tiêu chuẩn cho phép; tại xã Hòa Hậu, huyện Lý Nhân hàm lượng As lên tới 2.433 µg/l, vượt 49 lần tiêu chuẩn cho phép Điều đáng quan tâm qua phân tích ở 7069 giếng khoan trong tỉnh, có tới 3609 giếng (chiếm 51%) bị nhiễm asen từ 2 đến 62 lần tiêu chuẩn cho phép (Tiêu chuẩn TCVN 5501-1991) Ngoài nguyên nhân về cấu tạo địa chất thì còn có thể có nguyên nhân do nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp không qua xử lý ô nhiễm nặng từ các tỉnh, thành, nhất là Hà Nội đổ về Hà Nam với lưu lượng quá lớn Trong khi đó, các ao, hồ, sông, kênh ở tỉnh quá sức chịu đựng và mất khả năng tự làm sạch Vì vậy, nước ô nhiễm

dễ dàng thẩm thấu xuống lòng đất?

Tại Hà Nội, nước ngầm bị nhiễm arsen đã được phát hiện từ năm 1996, đặc biệt tại một số khu vực như Quỳnh Lôi (quận Hai Bà Trưng) Các nhà khoa học nhận thấy rằng, hàm lượng arsen đo được trong nguồn nước ở khu vực Hà Nội đang có

xu hướng tăng cao so với những năm trước

Kết quả nghiên cứu mới đây của Liên đoàn Quy hoạch và Điều tra tài nguyên nước miền Bắc cho thấy việc khai thác đã làm suy giảm chất lượng nước ngầm ở

Hà Nội Tại nhiều khu vực chất lượng nước đã ở mức đáng báo động Điều đáng quan tâm nhất hiện nay về vấn đề nước nhiễm bẩn ở Hà Nội là hàm lượng arsen,

amôni (NH4), sinh ra từ các vật chất hữu cơ, xác động vật, chất thải lỏng và rắn trong nước quá cao Những điểm ô nhiễm arsen đáng lưu ý mà Liên đoàn ghi nhận được là ở Đan Phượng (Hà Tây cũ) với mức 400 µg/lít - cao hơn 40 lần so với tiêu chuẩn cho phép (tiêu chuẩn cho phép là 10 µg/lít) Một số khu vực khác ở Hà Nội cũng bị xếp vào diện phải báo động như khu vực Nam Dư thuộc huyện Thanh Trì với những điểm ô nhiễm Hoàng Mai, Quỳnh Lôi ở mức 100 đến 200 µg/l (cao gấp

10 đến 20 lần so với mức cho phép) Một số điểm khác mức ô nhiễm chừng 10 lần

so với mức cho phép cũng được ghi nhận như khu vực ven sông Khu vực phía bắc

Hà Nội chưa có ghi nhận hiện tượng nhiễm arsen

Ở đồng bằng Nam bộ và một số địa phương khác thuộc khu vực phía Nam chưa

có những đánh giá chuyên sâu về ô nhiễm arsen trong nước dưới đất Thời gian gần đây, với những cảnh báo của các nhà khoa học trong và ngoài nước vấn đề ô nhiễm arsen trong nước ngầm khu vực phía Nam đã nhận được sự quan tâm thích đáng từ các cơ quan hữu quan

Kết quả khảo sát bước đầu về tình hình ô nhiễm arsen trong nước ngầm tại bốn tỉnh An Giang, Đồng Tháp, Kiên Giang và Long An của Viện Vệ Sinh - Y Tế Công Cộng vào năm 2005 cho thấy An Giang là địa phương có tỷ lệ nước ngầm bị ô nhiễm As cao nhất với 20,2 % số giếng khoan được khảo sát có hàm lượng arsen vượt quá tiêu chuẩn cho phép trong khi tại Đồng Tháp là 12,5 %, Long An là 8,6 %

và Kiên Giang là 3,8 %

Tại An Giang, trong tổng số 2.699 mẫu khảo sát, có 545 mẫu (20,2%) có hàm lượng Arsen cao hơn 10 µg/l (Tiêu chuẩn Vệ sinh nước ăn uống, ban hành kèm theo quyết định số: 1329/2002/BYT-QĐ) Hầu hết các mẫu xét nghiệm phát hiện nhiễm arsen đều tập trung tại bốn huyện cù lao An Phú, Tân Châu, Phú Tân và Chợ Mới Trong đó, huyện An Phú có tỷ lệ mẫu nhiễm cao nhất: 253/260 mẫu kiểm bị nhiễm

ở mức >100 µg/l (mức ô nhiễm nặng và nguy hiểm), kế đến là Phú Tân (210/235)

và Tân Châu (37/189)

Tại Long An, trong tổng số 4.876 mẫu nước ngầm được khảo sát có 56% số mẫu

có phát hiện thấy arsen Kết quả phân tích của Trung tâm Y tế dự phòng tỉnh Long

An mới đây cho biết: trong số hơn 4.800 mẫu nước ngầm kiểm tra có khoảng 10% mẫu nước giếng có dấu hiệu bị ô nhiễm arsen với nồng độ từ 11-50 µg/l, không đạt

tiêu chuẩn vệ sinh khi sử dụng ăn uống, sinh hoạt Trước đó, kết quả phân tích của Viện Kỹ thuật nhiệt đới và bảo vệ môi trường cho thấy nồng độ arsen trong nước giếng tại thị xã Tân An từ 20-40 µg/l, các huyện Tân Trụ và Vĩnh Hưng có mức độ

ô nhiễm arsen khá cao, trung bình 20 µg/l Nguyên nhân nhiều vùng thuộc tỉnh Long An nhiễm arsen là do cấu tạo địa chất, một phần do yếu tố con người gây nên? Tại Đồng Tháp, tình hình cũng đáng báo động khi có trên 67% số mẫu trong tổng

số 2.960 mẫu nước ngầm được khảo sát đã phát hiện nhiễm asen Trong đó, huyện Thanh Bình có tỷ lệ nhiễm arsen cao với 85% số mẫu thử có hàm lượng trên 50µg/l Tại thị xã Cao Lãnh cũng đã phát hiện một số giếng khoan với hàm lượng arsen khá cao (lớn hơn khoảng 100 lần so với Tiêu chuẩn của Bộ Y tế năm 2002 về As trong nước uống)

Tại Kiên Giang, trên 51% số mẫu thử trong tổng số hơn 3.000 mẫu được khảo sát được phát hiện đã nhiễm arsen

Với những số liệu thu được có thể nói nước dưới đất bị ô nhiễm arsenic ở đồng bằng sông Cửu Long đã là một thực tế và ở một số khu vực sự ô nhiễm là nghiêm trọng Do vậy, cần thiết phải có những điều tra chi tiết hơn về arsenic trong nước dưới đất trên toàn vùng để khoanh vùng ô nhiễm và có các biện pháp khắc phục giảm thiểu tác hại của việc sử dụng nước đối với cộng đồng dân cư

Tại thành phố Hồ Chí Minh, nghiên cứu về arsenic trong nước ngầm đã được bắt đầu từ năm 1985 và đã quan sát thấy hàm lượng As trong nước ngầm tới 20 ppm (giếng ở Công ty VIFON) Đã có một số điều tra, nghiên cứu (trực tiếp hoặc kết hợp) về arsenic trong nước ngầm khu vực TP.HCM như sau:

1) Các Đề án tìm kiếm, thăm dò nước dưới đất các vùng Củ Chi, Hóc Môn, Bình Chánh; Lập bản đồ địa chất thủy văn vùng TP.HCM tỷ lệ 1/50.000; Điều tra địa chất đô thị vùng TP.HCM do Liên đoàn Địa chất thủy văn-Địa chất công trình Miền Nam thực hiện Kết quả phân tích vi lượng các mẫu nước ngầm thu được

từ các đề án này từ năm 1985 tới năm 1995 bằng phương pháp quang phổ hấp phụ nguyên tử cho thấy hàm lượng As (chủ yếu là As5+) trong nước dưới đất ở tất cả các tầng chứa đều nằm trong khoảng từ vài µg/l tới 15 µg/l, chưa vượt quá mức cho phép về hàm lượng nguyên tố này trong nước sinh hoạt là 50 µg/l trong tiêu chuẩn TCVN 5501-1991

2) Dự án VIE/96/023 về Quản lý môi trường khu vực TP.HCM thuộc Sở Khoa học, Công nghệ TP.HCM do UNDP tài trợ (2000) Nhằm giám sát sự nhiễm bẩn nước ngầm dự án đã thiết lập một mạng gồm 11 điểm quan trắc tại những vùng, khu vực mà nước ngầm có nguy cơ bị ô nhiễm cao như tại những bãi rác, kênh thải và vùng nước ngầm bị khai thác mạnh Kết quả quan trắc trong năm 2000 (3 tháng/lần) cho thấy tại một số trạm nước ngầm các tầng qp và m42 bị ô nhiễm do kim loại nặng, hợp chất nitơ (nitrate, amonium), vi khuẩn nhưng hàm lượng As chưa vượt tiêu chuẩn cho phép

3) Đề tài “Nghiên cứu sơ bộ nồng độ arsenic trong những nguồn nước khác nhau ở

TP Hồ Chí Minh và các tỉnh phía Nam” của PGS.TS Bùi Cách Tuyến, Trường Đại học Nông Lâm tiến hành năm 2001 Kết quả phân tích 57 mẫu nước giếng lấy ở khu vực Tp Hồ Chí Minh (khu vực bình thường 26 mẫu, khu vực gần các bãi rác 31 mẫu) bằng máy quang phổ hấp phụ nguyên tử (phương pháp HG-AAS) cho thấy hàm lượng As trung bình chỉ là 2,27 µg/l (trong khoảng từ 0,12 đến 5,1 µg/l), không có mẫu nước nào có hàm lượng As vượt quá tiêu chuẩn cho phép

4) Đề tài “Khảo sát đánh giá mức độ nhiễm As (As III và As V) trong nước ngầm, nước đóng chai, nước cấp nông thôn, trong đất ở TP.HCM Xác định nguồn gốc

ô nhiễm và đề xuất biện pháp giải quyết” của GS.TS Lâm Minh Triết, Viện Môi trường và Tài nguyên, Đại học quốc gia TP.HCM tiến hành năm 2004 Kết quả nghiên cứu về As trong nước ngầm của đề tài cho thấy: Trong 39 mẫu lấy từ tầng chứa nước Pleistocene, đại bộ phận đều nằm trong khoảng từ 0,1 đến 3,0 µg/l; chỉ có 2 mẫu (ở quận 12 và Củ Chi) có hàm lượng As tổng khá cao (20 và

33 µg/l) nên nhìn chung tầng chứa nước này chưa bị ô nhiễm arsen Tầng Pliocene trên, kết quả phân tích 16 mẫu nước của tầng này cho thấy phần lớn các mẫu có hàm lượng As tổng là từ 0,1 đến 3,6 µg/l; chỉ có 2 vị trí ở Củ Chi (tại Bình Mỹ, gần sông Sài Gòn và bãi rác Phước Hiệp) là có hàm lượng tổng tới 18

và 32 µg/l nên cũng có thể xem như tầng chứa nước này chưa bị nhiễm bẩn arsen Trong 10 mẫu lấy ở tầng Pliocene dưới, hầu hết các mẫu có hàm lượng As tổng từ 0,1 đến 2,5 µg/l; Có 3 vị trí ở quận 12, Bình Chánh (lấy ở các giếng cấp nước nông thôn) có hàm lượng As tổng tương đối cao từ 13 đến 43 µg/l; Cá biệt

có giếng G13 của Công ty khai thác nước ngầm có hàm lượng As tổng vào mùa mưa tới 66 µg/l, vượt quá giới hạn cho phép trong TCVN 5944-1995; tuy cần thiết phải có theo dõi định kỳ, nhất là trường hợp giếng G13, nhưng vẫn có thể kết luận rằng tầng chứa này vẫn chưa bị ô nhiễm arsen Và do vậy, đề tài cũng không đặt vấn đề nghiên cứu về nguồn gốc As trong nước dưới đất khu vực 5) Cùng thời gian này, đề tài nghiên cứu “Ứng dụng kỹ thuật phân tích kích hoạt neutron xác định hàm lượng As trong nước ngầm khu vực TP.HCM” của KS Phan Thanh Tòng, Trung tâm hạt nhân Tp.HCM cũng được tiến hành Kết quả thu được cho thấy chưa phát hiện nước ngầm ở khu vực nghiên cứu có biểu hiện

bị nhiễm bẩn arsen

Các nghiên cứu về As ở khu vực TP.HCM, cho tới nay, đều có chung nhận định

là mức độ ô nhiễm nước dưới đất bởi kim loại này đều chưa tới mức đáng báo động

và cũng chưa có ảnh hưởng (được ghi nhận) tới sức khỏe người dân do sử dụng nước nhiễm bẩn arsen Do vậy, mặc dù cũng đã phát hiện tại một số vị trí có hàm lượng As tương đối cao, cũng chưa có nghiên cứu nào đặt vấn đề xác định nguồn gốc arsen trong nước dưới đất khu vực

Để xác định nguồn gốc arsen trong nước ngầm các kỹ thuật địa hóa thường hay được sử dụng Với kỹ thuật này, đặc điểm thạch học, thành phần hóa học của trầm tích phải được khảo sát đầu tiên và sự có mặt các hợp chất chứa arsen trong trầm tích là điều kiện cần Tiếp theo, các điều kiện môi trường nước ngầm thích hợp (điện thế oxi hóa - khử) có thể diễn ra các phản ứng oxi hóa hay khử các hợp chất

và giải phóng arsen vào nước ngầm; vi sinh vật hay một số ion hòa tan trong nước

có liên quan như Ca, Mg, HCO3, NH4, CH4… phải được khảo sát để xác định những

cơ chế (đã trình bày trên đây) phóng thích As vào nước ngầm Trường hợp các cơ chế giải phóng arsen vào nước ngầm không thỏa mãn hoặc không rõ ràng thì nguyên nhân do các hoạt động của con người phải được tính đến

Những nghiên cứu về nước ngầm bị ô nhiễm arsen ở khu vực Hà Nội, do nguyên nhân tự nhiên, đều sử dụng kỹ thuật này Tại Đan Phượng (Hà tây cũ), Dieke Postma, Pham Hung Viet và nnk [1] chỉ rõ mối quan hệ giữa sự giảm dần hàm lượng oxi hòa tan trong nước ngầm và sự thay đổi đồng biến tăng của hàm lượng

NH4, CH4 và As theo chiều sâu tầng chứa cho thấy cơ chế giải hấp phụ arsen trong

các tầm tích vào nước ngầm với sự trợ giúp của các loại vi khuẩn yếm khí Cũng tại khu vực này, khi nghiên cứu khả năng nhả As từ trầm tích chứa nước ngầm ở những

độ sâu khác nhau, Mai Thanh Đức, F, Larson và nnk [1] đã phát hiện rằng lượng Fe

và As nhả ra từ trầm tích có quan hệ đồng biến, điều đó chứng tỏ As được hấp phụ trên hydroxit sắt, và trong quá trình giải hấp phụ có vai trò rất lớn của vi khuẩn yếm khí thể hiện ở môi trường khử mạnh Đồng thời, các tác giả trên cũng xác định As

có nhiều trong lớp bùn đáy của sông Hồng cũng là một nguồn mà từ đó As xâm nhập vào gây ô nhiễm nước ngầm ở những điều kiện thuận lợi (phản ứng khử) Tại huyện Thanh Trì (Hà Nội), Đặng Đức Nhận và nnk [1] cũng áp dụng kỹ thuật địa hóa nghiên cứu ô nhiễm nước ngầm khu vực bởi arsen Kết quả nghiên cứu cho thấy ở khu vực này arsen được phóng thích vào nước ngầm là do quá trình thay thế arsenate và arsenite hấp phụ trên Hfo bởi bicarbonate được tạo ra từ quá trình hòa tan calcite và/hoặc biotite bởi CO2 được hydrat hóa Nguồn CO2 trong nước ngầm

là từ CO2 trong không khí được hấp thụ trong nước bổ cấp và/hoặc được tạo ra khi

vi khuẩn chủng Geospirillum barnesii khoáng hóa các vật chất hữu cơ tự nhiên (NOM) có sẵn trong trầm tích

Ngoài kỹ thuật địa hóa, kỹ thuật thủy văn đồng vị (gọi tắt là kỹ thuật đồng vị) cũng đã được dùng để xác định nguồn gốc As trong nước ngầm Dựa trên nguồn gốc hình thành, mối quan hệ giữa nước ngầm và các nguồn nước bề mặt (nước sông, hồ…) được xác định qua thành phần đồng vị bền, nặng của các loại nước này (đồng vị deuterium hay 2H của hydro; 18O hay oxi-18 của ôxy) cũng như các quá trình, hiệu ứng ảnh hưởng tới hàm lượng của chúng và hàm lượng As có trong các loại nước này cùng với các nguồn có thể chứa As thực tế trên bề mặt mặt đất khu vực khảo sát có thể kết luận về nguồn gốc As có trong nước ngầm Nếu nước ngầm không có quan hệ động lực trực tiếp với các nguồn nước bề mặt thì As trong nước ngầm chỉ có thể là có nguồn gốc tự nhiên, được phóng thích vào nước ngầm từ các hợp chất chứa arsen có sẵn trong môi trường vật chất chứa nước bất kể hàm lượng

As trong nước bề mặt thế nào Nếu nước ngầm có quan hệ động lực với nước bề mặt thì có thể xảy ra ba khả năng: i) Nước bề mặt đã bị ô nhiễm As thấm xuống, mang theo và làm ô nhiễm nước ngầm; ii) Nước bề mặt có hàm lượng As không đáng kể, trong quá trình thấm xuống nước ngầm có thể hòa tan As từ các nguồn có

chứa As như chất thải, các loại hóa chất, thuốc trừ sâu… và làm tăng hàm lượng chất này trong nước ngầm; hoặc iii) trong quá trình thấm vào nước ngầm, nước bề mặt hòa tan As có sẵn trong các lớp đất phía trên tầng nước ngầm và làm ô nhiễm nước ngầm Nếu hai khả năng đầu xảy ra, As trong nước ngầm cũng còn có cả nguồn gốc nhân tạo nhưng trong khả năng thứ ba thì As trong nước ngầm cũng chỉ

có nguồn gốc tự nhiên Để xác định mối quan hệ động lực giữa nước ngầm và nước

bề mặt, ngoài các công cụ chính là các đồng vị bền, nặng của nước đã kể trên thì một số đồng vị môi trường khác như tritium (3H, đồng vị phóng xạ của hydro), carbon phóng xạ (14C) cũng được dùng khi xác định tuổi của nước ngầm Trong một

số trường hợp, một số đồng vị môi trường hòa tan trong nước khác như 15N, 34S… cũng được sử dụng

So với phương pháp dùng kỹ thuật địa hóa, phương pháp dùng kỹ thuật thủy văn đồng vị có một số ưu điểm là các đồng vị được sử dụng đều là các đồng vị của các nguyên tố thành tạo của nước hoặc hòa tan trong nước, phản ánh trung thực các quá trình động học của nước; thứ hai, các đồng vị sử dụng là các đồng vị mà sự thay đổi hàm lượng của chúng trong tự nhiên không bị ảnh hưởng do tác động của con người

mà chỉ chịu tác động của các quá trình tự nhiên gọi là các hiệu ứng đồng vị; thứ ba, các đồng vị không tham gia các phản ứng hóa học nên hầu như không bị chi phối bởi các quá trình hóa học; thứ tư, hàm lượng các đồng vị có thể xác định với độ chính xác cao bằng các thiết bị chuyên dụng Do vậy ít có các quá trình có thể tác động làm sai khác kết quả hơn Chính vì những ưu điểm đó mà kỹ thuật đồng vị được sử dụng ngày càng rộng rãi

Tại khu vực Châu Á, một số nghiên cứu ô nhiễm nước ngầm bởi As tại Bangladesh, Ấn Độ, Pakistan… thời gian gần đây cũng đã áp dụng kỹ thuật này trong khuôn khổ dự án RAS/8/097 về ứng dụng kỹ thuật đồng vị nghiên cứu ô nhiễm nước ngầm khu vực đô thị và các khu công nghiệp Tại Bangladesh, arsen thường xuất hiện trong nước ngầm có hàm lượng sắt hoặc amonium cao Kỹ thuật đồng vị được sử dụng để xác định nguồn gốc thành tạo cũng như khả năng bổ cấp cho nước ngầm, từ đó đánh giá nguồn gốc của As trong nước ngầm chỉ có nguồn gốc tự nhiên và/hoặc có cả nguyên nhân nhân tạo Bước đầu, các số liệu đồng vị (2H, 18O, 3H, 14C) thu được cho thấy rằng trong khi nước ngầm sâu có nguồn gốc

thành tạo từ nước mưa và được bổ cấp từ xa thì nước ngầm nông (30-40m) lại được

bổ cấp cả từ nước bề mặt tại chỗ Và mặc dù nước ngầm nông đã bị ô nhiễm bởi hợp chất nitơ và một số kim loại nặng (Pb, Cr) từ các nguồn nước thải trên bề mặt mặt đất thấm xuống nhưng cũng chưa thể khẳng định ô nhiễm As từ các hoạt động nhân sinh do hàm lượng chất này trong các nguồn ô nhiễm trên mặt đất không đủ để tạo nên hàm lượng As cao trong nước ngầm qua lượng bổ cập từ nước bề mặt Tương tự, tại Trung quốc, Pakistan, Ấn Độ và Thái Lan các nghiên cứu nước ngầm

ô nhiễm As trong khuôn khổ dự án này cũng mới chỉ cho thấy As trong nước ngầm đều có nguồn gốc tự nhiên Các nghiên cứu chi tiết hơn cho từng khu vực cụ thể đang tiếp tục được thực hiện để làm rõ khả năng ô nhiễm nước ngầm bởi As từ các nguồn nhân tạo [2]

Cũng trong dự án này, Đ.Đ Nhận và nnk [1] cũng đã sử dụng các đồng vị 2H, 3H,

18O để khẳng định nguồn hình thành nước ngầm là từ nước mưa và nước sông Hồng

từ đó khẳng định As trong nước ngầm là không có nguồn gốc từ các hoạt động nhân sinh Đồng thời đồng vị 13C cũng được dùng để làm rõ nguồn gốc bicarbonate trong nước ngầm khu vực Thanh Trì (Hà Nội), tác nhân thay thế arsenite hấp phụ trên Hfo, là do hòa tan calcite và/hoặc biotite

Các tiêu chuẩn chính thức của Việt Nam về hàm lượng cho phép của kim loại này trong nước uống (TCVN 5501-1991) và nước ngầm (TCVN 5944-1995) đều qui định hàm lượng As tổng không vượt quá 50 µg/l Hàm lượng arsen tổng số như vậy cũng còn được qui định trong Qui chuẩn Việt Nam về chất lượng nước ngầm QCVN 09:2008/BTNMT của Bộ Tài nguyên - Môi trường Tuy nhiên, mức qui định này đang được khuyến cáo hạ xuống Theo Tiêu chuẩn TCVN 5502:2003 về nước sinh hoạt và Qui chuẩn kỹ thuật quốc gia về Chất lượng nước ăn uống, ban hành kèm theo Thông tư số 04/2009/TT-BYT (QCVN 01:2009/BYT) thì hàm lượng

As tổng trong nước sinh hoạt và nước ăn uống chỉ là 10 µg/l

Mặc dù các số liệu hiện có cho đến nay cho thấy rằng nước ngầm tại TP.HCM chưa có biểu hiện thực sự bị ô nhiễm As nhưng khả năng bị ô nhiễm bởi kim loại này vẫn còn là mối đe dọa thường xuyên do các đặc điểm về thành tạo địa chất, đặc biệt là đất phèn, đối tượng hấp phụ và có khả năng giải phóng arsen ra nước ngầm trong các phản ứng khử các oxít, hydroxit sắt, nhôm, khá phổ biến trong các trầm

tích Holocene trên phạm vi thành phố Cùng với cấu trúc các tầng chứa nước, các lớp cách nước yếu giữa các tầng, động thái tự nhiên bị tác động nghiêm trọng, arsen trong các loại trầm tích có thể được phóng thích vào nước ngầm trong những điều kiện thích hợp Mặt khác, lượng chất thải ngày càng lớn chưa được quản lý tốt có thể sẽ làm tăng nhanh quá trình ô nhiễm nước ngầm bởi kim loại độc hại này cùng với sự gia tăng việc khai thác nước từ các tầng chứa ngầm Do vậy việc phân biệt nguồn gốc tự nghiên (geogenic), arsen được phóng thích vào nước ngầm từ các hợp chất chứa arsen tiềm tàng trong môi trường vật chất chứa nước hay có nguồn gốc nhân tạo (antropogenic), arsen xâm nhập vào nước ngầm do các hoạt động của con người, tại các điểm giếng khoan với hàm lượng As tổng lớn hơn 10 µg/l thực sự có

ý nghĩa khoa học và thực tiễn trong quản lý cũng như trong khai thác các nguồn nước ngầm

Do vậy, đề tài “Ứng dụng kỹ thuật đồng vị và kỹ thuật thủy hóa xác định nguồn gốc As trong nước ngầm khu vực TP.HCM” được đề xuất thực hiện với mục đích

để xác định nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo của As có trong nước ngầm khu vực thành phố Hồ Chí Minh

II NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Với mục tiêu xác định nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo của As trong nước ngầm khu vực TP.HCM, đề tài đã đề xuất thực hiện các nội dung chính như sau:

- Thu thập, biên hội tài liệu địa chất, địa chất thủy văn Thu thập và tổng hợp các số liệu phân tích As trong nước ngầm khu vực TP.HCM Nội dung này nhằm tìm hiểu về điều kiện địa chất thủy văn khu vực nghiên cứu trên cơ sở

đó xác định các đối tượng cần nghiên cứu (các tầng nước ngầm) của đề tài cũng như xác định các vị trí cần lấy các mẫu nước thích hợp với mục tiêu nghiên cứu

- Điều tra thực địa các khu vực cần quan tâm: Trên cơ sở phân tích các tài liệu,

số liệu đã thu thập, biên hội tiến hành thực hiện điều tra hiện trạng các khu vực, vị trí quan tâm về khả năng thu thập các mẫu nước cần thiết

- Tiến hành lấy các bộ mẫu nước (nước ngầm, nước sông rạch), mẫu đất (nếu cần và nếu có thể) phù hợp để phân tích hàm lượng đồng vị (bền, phóng xạ)

và thành phần hóa học phục vụ cho việc đánh giá tình trạng và giải đoán kết quả đồng vị

- Phân tích các mẫu đã lấy về thành phần hóa học, hàm lượng đồng vị (2H, 3H,

18O, 13C, 14C)

- Lấy mẫu định kỳ tại một số vị trí mà hàm lượng As trong nước ngầm tại các

vị trí đó là cao nhằm kiểm tra kết quả phân tích và theo dõi sự biến đổi theo thời gian

Sản phẩm chính của đề tài là:

- Bộ số liệu phân tích hàm lượng các đồng vị môi trường (2H, 18O, 3H, 14C) Kết quả phân tích hàm lượng các đồng vị này phải đảm bảo độ chính xác theo tiêu chuẩn quốc tế

- Bộ số liệu phân tích thành phần hóa gồm các ion macro (Na, K, Ca, Mg, HCO3, CO3), hàm lượng Fe, As Kết quả phân tích thành phần hóa phải đạt

độ chính xác theo tiêu chuẩn quốc gia

- Báo cáo tổng kết trình bày và lý giải các kết quả nghiên cứu, các biểu đồ, đồ thị quan hệ và các kết luận Trình bày các kiến nghị (nếu có)

- Sơ đồ, hình vẽ thể hiện kết quả nghiên cứu: Vị trí các điểm lấy mẫu được thể hiện trên bản đồ, đồng thời được thể hiện trong các Bảng thống kê kết quả phân tích với tọa độ rõ ràng, dễ dàng khi cần thiết phải lấy lại các mẫu

Để nghiên cứu, đề tài sử dụng nhiều phương pháp nhưng chủ yếu là dùng phương pháp thủy văn đồng vị

Phương pháp thủy văn đồng vị là phương pháp ứng dụng kỹ thuật đồng vị

(Isotope Technique) để nghiên cứu một số vấn đề địa chất thủy văn Đây là một kỹ thuật hiệu quả và đã được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực địa chất thủy văn từ những năm 60 của thế kỷ trước để nghiên cứu nguồn gốc thành tạo nước dưới đất;

bổ cấp cho nước ngầm; nguồn gốc, đặc trưng động học của một số chất ô nhiễm trong nước ngầm

Kỹ thuật đồng vị (đầy đủ là kỹ thuật thủy văn đồng vị môi trường) là kỹ thuật dựa

trên các đặc tính của các đồng vị bền, nặng (2H hay D - deuterium), đồng vị phóng

xạ (3H hay T - tritium) của hydro, đồng vị bền, nặng 18O (còn gọi là ôxi 18) của ôxi (hidro và ôxi là các thành tố của phân tử nước) cũng như một số đồng vị của các nguyên tố hòa tan trong nước như đồng vị 13C (bền), 14C (phóng xạ) của cacbon, đồng vị bền 15N của nitơ, đồng vị bền 34S của lưu huỳnh… và các quá trình tự nhiên tác động làm thay đổi hàm lượng các đồng vị trong nước gọi là các hiệu ứng đồng

vị Do độ phổ biến tự nhiên của các đồng vị này không bị ảnh hưởng do tác động của con người nên các đồng vị này đều là các đồng vị môi trường [3]

Trong các nghiên cứu địa chất thủy văn, các đồng vị 2H, 18O là công cụ chủ yếu

để phân biệt: nước ngầm có nguồn gốc nước mưa hay nước thành tạo; từ nước mưa hiện đại hay nước mưa từ lâu trong quá khứ; nước ngầm cổ bị chôn vùi hay nước có

bổ cấp hiện đại, nguồn bổ cấp (nước mưa và/hoặc nước bề mặt)

Tuổi của nước ngầm được xác định qua hàm lượng các đồng vị phóng xạ tự nhiên là 3H và 14C có trong nước do sự tự phân rã theo thời gian của các đồng vị này Sự hiện diện của tritium, với chu kỳ bán hủy 12,3 năm, trong nước ngầm là bằng chứng chắc chắn của việc nước ngầm là nước có nguồn bổ cấp hiện đại (nước trẻ có tuổi dưới 100 năm) trong khi 14C với chu kỳ bán hủy là 5.730 năm cho phép xác định tuổi của nước tới 40.000 năm

Kết hợp các số liệu 2H, 18O, 3H và 14C của các mẫu nước ngầm; các số liệu 2H,

18O và 3H của nước mưa, nước bề mặt cho phép rút ra những thông tin về nguồn gốc, khả năng và miền bổ cấp hiện đại của nước ngầm khu vực nghiên cứu

Quan hệ giữa hàm lượng 2H và 18O của nước khí tượng (mưa, tuyết, băng đá) đã được quan trắc trên toàn thế giới, phân tích và xây dựng thành đường nước khí tượng thế giới (Global Meteoric Water Line - GMWL) Ở phạm vi quốc gia hoặc từng vùng cụ thể người ta có thể xây dựng đường quan hệ 2H-18O cho quốc gia, vùng và gọi là đường nước khí tượng địa phương (Local Meteoric Water Line - LMWL) Và các nghiên cứu về nguồn gốc thành tạo, quan hệ nước ngầm và các bồn chứa nước khác như nước bề mặt (sông, hồ, kênh rạch) hay nước ngầm thuộc tầng khác đều dựa trên các đường nước khí tượng này Về nguyên tắc, nước ngầm chủ yếu có nguồn gốc từ nước khí tượng nên các mối quan hệ giữa 2H và 18O của nước ngầm cũng phải theo qui luật giống như mối quan hệ này của nước khí tượng,

có nghĩa là các điểm mẫu nước ngầm sẽ phải phân bố dọc theo đường nước khí tượng Tuy nhiên, các quá trình như bổ cấp, trao đổi đồng vị… làm thay đổi sự phân

bố các điểm mẫu nước ngầm so với đường nước khí tượng Và đây chính là một trong những cơ sở để xác định các mối quan hệ giữa nước ngầm và các “bồn” nước khác (nước mưa hiện đại; nước bề mặt; nước ngầm) Và qua đó có thể tìm hiểu được về nguồn gốc chất ô nhiễm trong nước ngầm

Nếu nước ngầm có nguồn gốc từ nước mưa hiện đại thì chúng sẽ phân bố dọc theo đường nước mưa thế giới GMWL (hoặc LMWL) Đồng thời, trong nước ngầm

sẽ giàu hàm lượng tritium (xấp xỉ hàm lượng tritium trong nước mưa) và 14C ở mức hiện đại Nếu nước ngầm cũng có nguồn gốc từ nước mưa nhưng là nước mưa trong quá khứ thì tương quan hàm lượng giữa 2H và 18O của nước ngầm sẽ khác so với mối tương quan này của nước mưa hiện đại Trên biểu đồ quan hệ 2H-18O, các mẫu nước ngầm thường sẽ phân bố ở phía nghèo đồng vị nặng (do hiệu ứng nhiệt độ) hoặc theo những đường thẳng song song với đường nước khí tượng, đồng thời tuổi của nước cao (hàm lượng 14C thấp) Cũng có trường hợp một số mẫu nước ngầm phân bố song song bên dưới đường nước khí tượng nhưng tuổi của nước lại “trẻ”,

đó là các mẫu nước ngầm không cổ nhưng do sự trao đổi đồng vị 2H giữa nước ngầm và khí metan (CH4) hòa tan trong nước ngầm làm cho các điểm nước ngầm dịch xuống bên dưới đường nước khí tượng [3, 4]

Nếu nước ngầm là nước có nguồn gốc từ nước thành tạo (Juvenien Water) thì thành phần đồng vị bền của các mẫu nước ngầm này sẽ phân bố ở một khu vực khác hẳn trên biểu đồ quan hệ 2H-18O và thường thấy là nằm cách xa, không có quan hệ với các đường GMWL và LMWL

Hàm lượng các đồng vị bền trong nước ngầm, nước khí tượng (trong trường hợp của nghiên cứu này chỉ là nước mưa) và mối tương quan giữa chúng, như đã trình bày trên đây, cho biết về nguồn gốc và khả năng bổ cấp cho nước ngầm từ nước mưa hiện đại Hàm lượng tritium và 14C trong nước ngầm cho thông tin bổ sung về tuổi của nước ngầm và làm rõ thêm các kết luận từ các số liệu đồng vị bền

Không giống như với nước mưa hiện đại, nước ngầm nếu được bổ cấp từ nước bề mặt sẽ có thành phần đồng vị bị thay đổi theo qui luật khác do thành phần đồng vị bền của nước bề mặt đã bị thay đổi do hiệu ứng bay hơi (nhất là ở những vùng khí hậu nhiệt đới nóng như Việt Nam) Do quá trình bay hơi, nước mặt sẽ dần trở nên giàu các đồng vị nặng (2H, 18O) hơn và khi thấm vào nước ngầm, nước mặt sẽ làm thay đổi thành phần đồng vị của nước ngầm Trên biểu đồ quan hệ 2H-18O, các mẫu nước ngầm đã bị pha trộn này sẽ phân bố dọc theo đường bay hơi (Evaporation Line

- EL) Đó là đường thẳng xuất phát từ một điểm trên đường nước khí tượng với hệ

số góc nhỏ hơn hệ số góc của đường nước khí tượng và có xu hướng ra xa dần khi

tỷ lệ pha trộn với nước đã bị bay hơi càng cao Đồng thời, các mẫu nước ngầm như vậy cũng có hàm lượng tritium và 14C cao hơn tùy thuộc vào tỷ lệ pha trộn của hai loại nước này Để xác định được tỷ lệ pha trộn của nước mặt trong nước ngầm, cần phải xác định được các chỉ số đồng vị đặc trưng của nước mặt, nước mưa - hai thành phần chính hình thành nên nước ngầm

Các đồng vị 15N, 34S cũng được dùng trong các nghiên cứu ĐCTV, chủ yếu là để xác định nguồn gốc các hợp chất nitơ, lưu huỳnh trong nước ngầm và một số quá trình hóa học xảy ra trong nước ngầm có sự tham dự của một số chủng vi khuẩn Trong đề tài này, để phân biệt nguồn gốc tự nhiên (do được phóng thích từ các hợp chất có chứa As sẵn có trong trầm tích) hay nguồn gốc nhân tạo (từ các nguồn chứa As do con người sử dụng thấm xuống) kỹ thuật đồng vị được sử dụng để xem xét quan hệ giữa nước ngầm với nước mưa và/hoặc với nước bề mặt Nếu không có quan hệ với các loại nước này thì As trong nước ngầm chỉ có thể có nguồn gốc tự

nhiên Nếu có quan hệ với nước mưa, nước mặt thì có thể có nguồn As từ bề mặt đưa xuống, nhưng nếu ở bề mặt không có các nguồn As đáng kể thì nguồn gốc nhân tạo cũng bị loại bỏ

III THỰC HIỆN CÁC NỘI DUNG

III.1 Đặc điểm khí tượng thủy văn, địa chất thủy văn khu vực nghiên cứu:

Khu vực nghiên cứu là toàn bộ diện tích phần địa giới hành chính của TP Hồ Chí Minh Nằm ở rìa đông bắc của đồng bằng sông Cửu Long, thành phố Hồ Chí Minh tiếp giáp với Bình Dương ở phía bắc; với Tây Ninh ở phía tây bắc; với Đồng Nai, Bà Rịa-Vũng Tàu ở phía đông bắc; với Long An ở phía nam, tây nam và phía đông nam tiếp giáp với biển ở khu vực huyện Cần Giờ (Hình 1)

Thuộc vùng tiếp nối giữa phần cực nam Trung bộ và vùng đồng bằng tây Nam

bộ, khu vực này có địa hình tương đối bằng phẳng và bị chia cắt bởi các sông suối thuộc hệ thống sông Đồng Nai Độ cao tuyệt đối đạt khoảng 20 mét ở phía tây bắc

và thấp dần về phía đông nam (độ cao từ 0,5 đến 1,0 mét)

Khí hậu trong vùng mang đặc tính chung của khí hậu vùng đồng bằng Nam bộ có đặc điểm nóng ẩm quanh năm với hai mùa rõ rệt Mùa mưa thường bắt đầu từ tháng

5 và kết thúc vào khoảng cuối tháng 10, mùa khô kéo dài từ tháng 11 đến hết tháng

4 năm sau Nhiệt độ trung bình năm vào khoảng 27-28 oC Lượng mưa trung bình khoảng 2.200 mm/năm (trạm khí tượng Tân Sơn Nhất) trong đó lượng mưa trong mùa mưa chiếm tới 90-94% lượng mưa cả năm [6]

Hình 1: Vị trí khu vực nghiên cứu – TP Hồ Chí Minh

Về mặt thủy văn trên khu vực nghiên cứu có các sông thuộc hệ thống sông Đồng Nai là sông Sài Gòn, sông Đồng Nai tạo thành ranh giới với các tỉnh xung quanh (Bình Dương, Đồng Nai, Bà Rịa-Vũng Tàu) Bắt nguồn từ vùng núi thuộc cao nguyên Trung bộ và đổ ra biển ở khu vực huyện Cần Giờ, các sông này đều tương đối ngắn và có chế độ bán nhật triều Đáy các dòng chảy này khá sâu, cắt vào một

số tầng chứa nước ngầm nên có khả năng nước sông thấm được xuống nước ngầm như một nguồn bổ cấp Mặt khác, do độ cao địa hình nên nước biển có thể xâm nhập khá sâu vào đất liền (vào mùa khô và triều cường) làm ảnh hưởng tới chất lượng nước cũng như làm mặn hóa nước ngầm hai bên bờ

Về mặt địa chất, khu vực nghiên cứu có cấu trúc địa chất đặc trưng với các trầm tích dạng bở rời có tuổi từ Holocene tới Pliocene phủ trên nền đá gốc có nguồn gốc

đá phun trào kỷ Jura, hệ tầng J3dl [6]

Về mặt địa chất thủy văn, quá trình dâng và hạ mực nước biển trong các giai đoạn biển tiến, biển lùi trong quá khứ và sự dịch chuyển các đường bờ biển đã làm hình thành một hệ thống các tầng chứa nước trong khu vực

Trừ tầng chứa nước khe nứt các trầm tích Mesozoi còn ít được nghiên cứu thì ở khu vực TP Hồ Chí Minh có 4 tầng nước ngầm chính Đặc điểm địa chất thủy văn (ĐCTV) các tầng chứa nước như sau [6]:

Tầng chứa nước lỗ hổng các trầm tích Holocene (qh)

Tầng chứa này thường phân bố trên vùng có độ cao địa hình thấp (từ nhỏ hơn 5 mét, và vài nơi ở độ cao địa hình từ 7-8 mét nhưng với bề dày tầng chứa nhỏ) Phân

bố chủ yếu ở các khu vực Cần Giờ, Bình Chánh, các vùng thấp ở Thủ Đức, Hóc Môn, Củ Chi và dọc theo các sông suối, kênh rạch

Bề dày tầng chứa chứa nước qh thay đổi nhiều từ khoảng 2-5 mét ở khu vực Củ Chi, Hóc Môn và Thủ Đức tới khoảng 40 mét ở khu vực Bình Chánh, Nhà Bè, Cần Giờ và dọc theo thung lũng sông Sài Gòn

Tầng chứa được cấu thành từ các trầm tích đa nguồn gốc (sông, sông biển và sông biển đầm lầy) với thành phần đất đá chủ yếu là bùn sét, bột sét, bột lẫn cát mịn

và thấu kính cát hạt mịn lẫn mùn thực vật có màu xám tro đến xám nâu với khả năng chứa nước không cao Mực nước tĩnh trong tầng thay đổi trong khoảng từ 0,5 đến khoảng 2,0 mét, ở một vài nơi mực nước tĩnh ngang bằng với bề mặt mặt đất

Loại hình hóa học nước thay đổi từ HCO3 - Na (nước nhạt) tới Cl-SO4 và Cl-Na (nước mặn, lợ) với tổng độ khoáng hóa thay đổi từ 0,05g/l tới khoảng 10,0g/l

Đây là tầng chứa nước không áp, mức độ chứa nước kém, ít có giá trị khai thác

do lưu lượng nhỏ và chất lượng không đảm bảo Tầng chứa được bổ cấp chủ yếu từ nước mưa và một phần từ nước mặt trong các sông và kênh rạch Đã quan sát thấy tầng chứa này có quan hệ thủy lực với tầng chứa nước bên dưới

Tầng chứa nước lỗ hổng các trầm tích Pleistocene (qp):

Diện phân bố của tầng chứa nước lỗ hổng các trầm tích Pleistocene (qp) rộng trên toàn bộ khu vực nghiên cứu Đây là tầng chứa hở, lộ ra ở một số khu vực thuộc

Củ Chi, Hóc Môn, Thủ Đức và trung tâm thành phố hình thành một số khu vực tiếp nhận nước mưa thấm vào tầng chứa [6] Phần còn lại bị che phủ bởi các trầm tích Holocene Do phân bố trên địa hình cao 5-20 mét (thềm bậc 2) tầng chứa này còn bị phân cắt bởi hệ thống sông suối nên có khả năng tiếp nhận bổ cấp trực tiếp từ các nguồn nước bề mặt này Mực nước tĩnh biến động trong khoảng từ 2 đến 5 mét; tại một số nơi mực nước tĩnh hạ thấp hơn nhiều do khai thác [6]

Cấu tạo tầng chứa gồm hai phần:

- Phần trên cách nước với chiều sâu mái từ 0 (tại các vùng lộ) tới khoảng 48,0 mét và chiều sâu đáy từ khoảng 4,0 đến 65 mét Bề dày của lớp cách nước này phổ biến là từ 5 đến 10 mét, ở một số khu vực như Cần Giờ, Củ Chi bề dày có thể đạt tới 15 mét Tuy nhiên lớp cách nước này không đều và bị gián đoạn ở một vài nơi ở Củ Chi, Hóc Môn, quận 9… Thành phần thạch học của lớp này là sét bột, bột đến bột cát lẫn cát mịn, màu xám xanh, xám vàng, hoặc nâu đỏ, nhiều nơi bị phong hóa có nhiều kết vón laterite Tùy vị trí mà các thành phần này thể hiện ở mức độ khác nhau

- Phần dưới là đất đá chứa nước với bề dày thay đổi từ khoảng 3 mét đến khoảng 70 mét Thành phần thạch học chủ yếu là cát hạt mịn đến trung và thô, nhiều nơi còn lẫn cả sạn sỏi, có màu xám tro, xám xanh, xám vàng trắng xen lẫn nhau Xen kẹp trong lớp vật chất chứa nước này là các lớp sét, bột và bột cát mỏng

Nước trong tầng chứa gồm hai loại là nước nhạt và nước mặn Nước ngầm mặn phân bố ở phía nam và tây nam khu vực nghiên cứu thuộc một phần Bình Chánh,

Nhà Bè, Cần Giờ và một khu vực nhỏ thuộc quận 2, quận 9 Loại hình hóa học chủ yếu của nước ngầm mặn là Cl-Na (ở Bình Chánh còn có loại hình hóa học SO4-Cl-Na) với tổng khoáng hóa của nước tới 23g/l (khu vực sát biển ở Cần Giờ) Nước ngầm nhạt phân bố ở toàn bộ phần diện tích còn lại với loại hình hóa học nước là HCO3-Na và tổng khoáng hóa trung bình là khoảng 0,1g/l Nước vận động trong tầng chứa chủ yếu theo các hướng bắc - nam và đông bắc - tây nam và có khả năng

có quan hệ thủy lực với nước ở tầng qh nằm trên và tầng chứa bên dưới do cấu trúc yếu (sét bột, bột, bột cát) của các lớp cách nước

Tầng chứa nước Pleistocene là tầng chứa nước có giá trị do là tầng có khả năng chứa nước từ giàu đến trung bình, bề dày lớp chứa nước khá lớn, có diện tích nước nhạt phân bố rộng, mực nước tĩnh không sâu và do là tầng nước ngầm nông, dễ khai thác Vì vậy đây là tầng chứa nước bị khai thác nhiều nhất với khoảng 80.000 giếng các loại (số liệu năm 1999, Sở Công nghiệp) với tổng lưu lượng hơn 270.000

m3/ngày Thời gian gần đây, với chủ trương giảm khai thác nước ngầm và sự mở rộng của mạng nước cấp nên số giếng khai thác nước từ tầng này có giảm ở khu vực nội thành nhưng vẫn còn là nguồn nước sinh họat và sản xuất chủ yếu của nhân dân các huyện ngoại thành

Tầng chứa nước lỗ hổng các trầm tích Pliocene trên (m 4 2 )

Trong khu vực nghiên cứu, tầng chứa nước Pliocene trên phân bố trên toàn bộ diện tích khu vực và là tầng chứa kín, bị che phủ hoàn toàn bởi tầng Pleistocene bên trên

Phần cách nước phía trên của tầng chứa có cấu tạo chủ yếu từ bột, bột cát xen lẫn cát mịn màu xám tro, xám xanh, vàng và nâu đỏ Bề dày lớp cách nước này thay đổi

từ 0 đến khoảng 34 mét, phân bố không liên tục và có xu hướng tăng dần theo hướng đông bắc-tây nam Với cấu trúc lớp cách nước như vậy, tầng chứa này có khả năng có quan hệ thủy lực với tầng qp bên trên [6]

Phần chứa nước phía dưới cấu tạo từ cát hạt mịn đến thô, nhiều nơi lẫn sạn sỏi, cuội màu xám tro, xám vàng có khả năng chứa nước tốt Một số nơi có xen kẹp các lớp sét, bột, cát bột mỏng Lớp chứa nước này có bề dày khá lớn, thay đổi từ cỡ 20 đến 90 mét (có nơi dày tới 120 mét) hình thành một lớp liên tục, vát mỏng về phía đông bắc Nước cũng vận động theo các hướng bắc-nam và đông bắc-tây nam

Nước trong tầng cũng có hai loại:

- Nước ngầm mặn gặp ở quận 8, quận 5 và Bình Thạnh ở dạng đốm nhỏ; một phần quận 2, phần phía tây huyện Bình Chánh; phần đông nam Nhà Bè và toàn bộ huyện Cần Giờ Loại hình hóa học nước của nước ngầm mặn là loại Cl-Na với tổng khoáng hóa thay đổi tùy nơi và đạt tới 33g/l ở sát biển thuộc huyện Cần Giờ

- Nước ngầm nhạt phân bố ở nội thành, Hóc Môn và một phần Thủ Đức, quận

2 và quận 9 Ở một số nơi, nước ngầm nhạt thuộc loại nước siêu nhạt với độ khoáng hóa nhỏ hơn 0,1g/l và cao nhất cũng chỉ khoảng 0,6g/l Loại hình hóa học nước thường gặp là loại HCO3-Na-Ca

Đây là một tầng chứa nước có giá trị khai thác cao với khả năng chứa nước từ giàu tới trung bình, mực nước tĩnh nông, diện phân bố nước nhạt rộng, bề dày tầng chứa lớn Theo số liệu của Sở Công nghiệp (1999), có khoảng 17.000 giếng khai thác nước từ tầng chứa này với lưu lượng khoảng 245.000 m3/ngày Những khu khai thác mạnh và tập trung như Nhà máy nước ngầm Hóc Môn, Vĩnh Lộc A, Bình Hưng, Linh Xuân… đã tạo ra phễu hạ thấp lớn với độ sâu tới -24 mét làm thay đổi hướng dòng chảy cục bộ, hội tụ về nhà máy nước Hóc Môn đã và đang làm ảnh hưởng tới chất lượng nước nhạt trong tầng chứa Việc di dời một số cơ sở sản xuất

ra ngoại thành thời gian gần đây đã làm giảm phần nào lượng nước ngầm khai thác

từ tầng này Điều đó đã làm giảm bớt tốc độ hạ thấp mực nước tĩnh tại một số khu vực và đã có dấu hiệu hồi phục trong tầng chứa này

Tầng chứa nước lổ hổng các trầm tích Pliocene dưới (m 4 1 )

Ngoại trừ khu vực quận 2 và quận Thủ Đức, tầng chứa nước lỗ hổng Pliocene dưới (m41) phân bố hầu như trên toàn bộ diện tích khu vực nghiên cứu [6] Trong phạm vi này, tầng chứa m41 là tầng chứa kín bị che phủ toàn bộ bởi tầng m42 ở phía trên và nằm trên tầng chứa nước khe nứt các trầm tích Mesozoi (Mz)

Cấu trúc tầng chứa gồm hai phần: Phần trên là lớp cách nước với thành phần thạch học chủ yếu là sét, bột và bột cát Bề dày của lớp cách nước này thay đổi từ khoảng 3 mét tới dày nhất khoảng 20 mét Chiều sâu mái của lớp này tăng dần từ 50 mét ở khu vực Củ Chi tới 212 mét (ở Bình Chánh) Lớp cách nước này phân bố không liên tục, bị gián đoạn ở một số nơi; Phần dưới là lớp đất đá chứa nước có

thành phần chủ yếu là cát với kích cỡ hạt từ mịn đến thô, nhiều nơi có lẫn sạn sỏi, cuội màu xám tro, xám xanh pha vàng tạo thành lớp vật chất chứa nước liên tục có

bề dày thay đổi từ khoảng 8 mét tới khoảng 140 mét

Khả năng chứa nước từ giàu tới trung bình và phân thành các đới Đới giàu nước xuất hiện thành dải từ Củ Chi tới Hóc Môn, qua các quận nội thành và kéo dài xuống huyện Nhà Bè Đới trung bình phân bố chủ yếu từ khu vực phía đông huyện Nhà Bè cho tới Cần Giờ

Nước ngầm tầng này gồm hai loại:

- Nước mặn phân bố tại các khu vực quận 2, quận 8, nam Bình Chánh, huyên Nhà Bè, huyện Cần Giờ và phần rìa tây nam Củ Chi, Hóc Môn Tổng độ khoáng hóa cao nhất khoảng 28g/l với loại hình hóa học nước chủ yếu là SO4-Na-Mg và Cl-Na;

- Nước ngầm nhạt tồn tại ở phần diện tích còn lại của tầng chứa trên khu vực nghiên cứu với loại hình hóa học nước là HCO3-Na và độ khoáng hóa tới khoảng 0,8g/l

Tầng chứa có khả năng có quan hệ thủy lực với tầng m42 phía trên qua lớp cách nước yếu và không liên tục Hướng vận động của nước trong tầng là bắc-nam và đông bắc-tây nam

Tầng Pliocene dưới là tầng nước ngầm có ý nghĩa khai thác với diện phân bố khá rộng, bề dày lớp chứa nước lớn và khả năng chứa nước tốt có khả năng đáp ứng yêu cầu khai thác với qui mô trung bình đến lớn Hiện tại, có khoảng 60-70 giếng khai thác nước từ tầng chứa này, tập trung ở một số khu vực như Hóc Môn, Bình Hưng, Phú Mỹ Hưng với tổng lưu lượng vào khoảng 7.500m3/ngày

Trong số các tầng chứa nước dạng các trầm tích lỗ hổng hiện diện trong khu vực nghiên cứu, ngoại trừ tầng Holocene với khả năng chứa nước kém, chất lượng nước kém do nhiễm phèn và do ô nhiễm thì cả ba tầng chứa còn lại đều là các tầng nước ngầm có ý nghĩa cao về mặt khai thác, chất lượng nước tốt (nước nhạt) và là nguồn tài nguyên quí của khu vực

Các bản đồ địa chất thủy văn, mặt cắt ĐCTV (tỷ lệ 1:450.000) khu vực nghiên cứu đã thu thập từ Liên đoàn Điều tra và Qui hoạch tài nguyên nước Miền Namđược trình bày ở các Hình 2, 3, 4, 5 và 6 trong phần Phụ lục

III.2 Lập mạng lưới các điểm lấy mẫu:

Trên cơ sở tập hợp, biên hội tài liệu địa chất thủy văn như đã trình bày ở phần trên, đề tài xác định đối tượng và khu vực cần tập trung nghiên cứu

Khu vực cần quan tâm là các huyện ngoại thành do các khu vực này chưa có hệ thống nước cấp nên nguồn nước sinh hoạt chủ yếu vẫn là nước ngầm Tương tự, ở các quận huyện mà lượng nước cấp chưa đủ, một phần nước sử dụng vẫn phải lấy từ nước ngầm

Các tầng nước ngầm quan tâm là tầng Pleistocene (qp), tầng Pliocene trên (m42)

và tầng Pliocene dưới (m41) do là các tầng chứa có ý nghĩa khai thác với diện phân

bố khá rộng, bề dày lớp chứa nước lớn và khả năng chứa nước tốt có khả năng đáp ứng yêu cầu khai thác với qui mô trung bình đến lớn

Tầng nước ngầm cần quan tâm hơn là tầng Pleistocene vì đây là tầng nước ngầm nông, bị khai thác nhiều nhất do chi phí khai thác thấp và có chất lượng nước tương đối tốt so với các tiêu chuẩn cho nước sinh hoạt Một lý do nữa, tầng nước ngầm này nằm ngay dưới tầng chứa nước các trầm tích Holocene có nguy cơ cao về ô nhiễm As

Căn cứ vào các mặt cắt địa chất thủy văn đã thu thập được; căn cứ điều tra hiện trạng các giếng khoan hiện có (cả giếng thuộc mạng lưới quan trắc và giếng tư nhân) tại những khu vực này; và căn cứ mục tiêu, phương pháp nghiên cứu đề tài đã xác định các điểm lấy mẫu nước ngầm ở cả ba tầng chứa

Việc lựa chọn các giếng để lấy mẫu nghiên cứu tùy thuộc vào mức độ rõ ràng về thông tin: độ sâu giếng, tầng chứa Do vậy về nguyên tắc, các giếng thuộc các cụm quan trắc trong mạng quan trắc động thái nước ngầm quốc gia, mạng quan trắc chất lượng nước ngầm của thành phố là tốt nhất Nhưng do mật độ các giếng loại này còn thưa nên phải lấy mẫu cả ở các giếng của tư nhân với những thông tin tối thiểu

về độ sâu giếng, sau đó căn cứ trên các mặt cắt ĐCTV tương ứng xác định lại mẫu nước đó thuộc tầng chứa nào

Với các tầng qp và m42 thì tương đối thuận lợi vì số lượng giếng khai thác từ các tầng chứa này tương đối nhiều Với tầng m41, do có ít giếng, chỉ tập trung ở một số khu vực nên chủ yếu lấy mẫu từ các giếng cấp nước tập trung UNICEF

Vị trí các điểm lấy mẫu được sơ đồ hóa trên các Hình vẽ 7, 8, 9 và 10

Hình 7: Vị trí các điểm lấy mẫu nghiên cứu của đề tài ở cả 3 tầng nước ngầm