Nghiên cứu các đặc điểm hóa lý của nước ngầm tại hai mặt THUỘC HUYỆN PHÚC THỌ, PHÍA NAM SÔNG HỒNG - HÀ NỘI GÓP PHẦN GIẢI THÍCH NGUYÊN NHÂN HÌNH THÀNH Ô NHIỄM ASEN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------ Trần Thị Mai NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC ĐIỂM HÓA LÝ CỦA NƯỚC NGẦM TẠI HAI MẶT CẮT THUỘC HUYỆN PHÚC THỌ, PHÍA NAM SÔNG HỒ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

- -

Trần Thị Mai

NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC ĐIỂM HÓA LÝ CỦA NƯỚC NGẦM

TẠI HAI MẶT CẮT THUỘC HUYỆN PHÚC THỌ,

PHÍA NAM SÔNG HỒNG - HÀ NỘI GÓP PHẦN GIẢI THÍCH NGUYÊN NHÂN HÌNH THÀNH

Ô NHIỄM ASEN

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Trần Thị Mai

NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC ĐIỂM HÓA LÝ CỦA NƯỚC NGẦM

TẠI HAI MẶT CẮT THUỘC HUYỆN PHÚC THỌ,

PHÍA NAM SÔNG HỒNG – HÀ NỘI GÓP PHẦN GIẢI THÍCH NGUYÊN NHÂN HÌNH THÀNH

Ô NHIỄM ASEN

Chuyên ngành: Khoa học Môi trường

Mã số: 60440301

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Phạm Thị Kim Trang

Hà Nội - 2015

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Họ và tên học viên: Trần Thị Mai

Giới tính: Nữ

Ngày sinh: 16/02/1991

Nơi sinh: Hải Dương

Chuyên ngành: Khoa học Môi trường

Mã số: 60440301

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Phạm Thị Kim Trang

Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu đặc tính hóa lý của nước ngầm tại hai mặt cắt

thuộc huyện Phúc Thọ, phía nam sông Hồng - Hà Nội, góp phần giải thích nguyên nhân hình thành ô nhiễm Asen”

MỞ ĐẦU

Ngày nay, khi nguồn nước mặt ngày càng ô nhiễm, nước ngầm được coi là nguồn nước đóng vai trò quan trọng cho sự phát triển con người cũng như sự phát triển kinh tế xã hội của mỗi quốc gia Việc khai thác và sử dụng nước ngầm cho các mục đích sinh hoạt, sản xuất, trồng trọt, chăn nuôi… làm cho tình trạng ô nhiễm nước ngầm ngày càng trầm trọng hơn

Ở Việt Nam, trong vài chục năm trở lại đây, nước ngầm được sử dụng rất phổ biến (chiếm tới 35-50% lượng nước cấp) cho nhu cầu ăn uống, sinh hoạt của người dân, đặc biệt tại các vùng đồng bằng, đô thị đông dân cư Vì nước ngầm thường được coi

là sạch hơn nước mặt do không tiếp xúc trực tiếp với các nguồn thải con người tạo

ra Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu đã cho thấy nước ngầm tại một số vùng có hàm lượng asen, sắt, amoni, mangan,… cao hơn tiêu chuẩn cho phép rất nhiều lần Khi nước ngầm này được sử dụng cho mục đích ăn uống thì mức độ vượt tiêu chuẩn lại càng nghiêm trọng

Các quá trình tự nhiên như mưa, các dòng chảy nước mặt và các quá trình vận động của địa chất thủy văn cũng như những hoạt động kinh tế của con người làm cho đặc tính hóa lý của nước ngầm biến đổi rất phức tạp Để góp phần đánh giá chất lượng nước ngầm cung cấp cho sinh hoạt và sản xuất, rất nhiều tác giả đã tiến hành nghiên cứu các đặc tính hóa lý nước ngầm ở các khu vực có đặc điểm địa chất thủy văn khác nhau Địa điểm nghiên cứu mà đề tài lựa chọn là khu vực phía Nam sông Hồng nằm trong vùng đồng bằng bồi tích sông Hồng được hình thành bởi các trầm tích Đệ Tứ cách đây khoảng 20 nghìn năm do sự kết hợp ảnh hưởng của nhiều hoạt động địa chất trong quá khứ, có cấu trúc địa chất phức tạp được biến đổi từ một khu vực tích tụ trầm tích dưới mực nước biển thành khu vực chịu sự phong hóa, sói mòn nằm trên mực nước biển Với đối tượng nghiên cứu là các thành phần hóa lý của nước ngầm như các nguyên tố đa lượng, vi lượng, các chất hữu cơ, pH, nhiệt độ, độ dẫn, hàm lượng ôxi hòa tan và mối quan hệ giữa các thành phần này trong môi trường nước ngầm của khu vực nghiên cứu Từ đó, tìm hiểu nguyên nhân hình thành ô nhiễm As trong nước ngầm tại khu vực này

Xuất phát từ lý do trên, luận văn được thực hiện với đề tài: “Nghiên cứu đặc

tính hóa lý của nước ngầm tại hai mặt cắt thuộc huyện Phúc Thọ, phía nam sông Hồng - Hà Nội, góp phần giải thích nguyên nhân hình thành ô nhiễm Asen”

Mục tiêu nghiên cứu

Tìm hiểu nguyên nhân hình thành ô nhiễm As dựa vào mối tương quan với các thành phần khác trong nước ngầm

Nội dung nghiên cứu

 Khảo sát hàm lượng các thành phần đa lượng và vi lượng trong nước ngầm

từ đó nhận xét xu hướng biến đổi các thành phần này

 Phân tích đánh giá mối tương quan giữa các thành phần hóa học với As trong nước ngầm

 Dự đoán nguyên nhân hình thành ô nhiễm Asen tại khu vực nghiên cứu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về Asen

1.1.1 Dạng tồn tại của As trong nước ngầm

1.1.2 Độc tính của Asen

1.2 Tình hình ô nhiễm As ở Việt Nam và Thế giới

1.2.1 Ô nhiễm As trong nước ngầm trên Thế giới

1.2.2 Hiện trạng ô nhiễm As ở Việt Nam

1.3 Đặc điểm hóa lý của nước ngầm liên quan đến sự ô nhiễm As

1.3.1 Đặc điểm hóa lý của nước ngầm

1.3.2 Các giả thiết về sự hình thành As trong nước ngầm

1.4 Đặc điểm dân số, địa chất và nước ngầm khu vực nghiên cứu

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Địa điểm nghiên cứu

Để nghiên cứu một hiện tượng tự nhiên cần phải chon khu vực ít chịu tác động của con người, chính vì vậy mà luận văn chọn một địa điểm nghiên cứu cụ thể

là khu vực thuộc huyện Phúc Thọ, Hà Nội, cách Hà Nội khoảng 30km Khu vực nghiên cứu nằm nằm giữa núi Ba Vì và sông Hồng và bao gồm một phần sông Đáy Diện tích khu vực nghiên cứu khoảng 300km2

và hai mặt cắt nằm cách nhau khoảng 15km có vị trí ở hai bên sông Đáy Khu vực này có mật độ dân cư thấp (khoảng 100 người/km2) nên các hoạt động khai thác nước ngầm cho các mục đích sinh hoạt, tưới tiêu tương đối thấp, và không có các nhà máy nước cấp sử dụng nước ngầm

Do đó nước ngầm ở khu vực này ít bị ảnh hưởng bởi các hoạt động khai thác và sử dụng nước ngầm của con người

2.2 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là nguồn nước ngầm thuộc một số huyện phía Tây Bắc Hà Nội với 50 mẫu nước giếng khoan nhà dân và hai mặt cắt A, B thuộc huyện Phúc Thọ, Hà Nội với 51 giếng khoan quan trắc

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Phương pháp tổng quan tài liệu

2.3.2 Phương pháp lấy mẫu nước ngầm

2.3.3 Phương pháp lập bản đồ

2.4 Phương pháp phân tích hóa học

2.4.1 Các chỉ số phân tích tại hiện trường

- Độ kiềm được xác định bằng phương pháp chuẩn độ GRAN với dung dịch HCl 0,05M ngay tại hiện trường

- Phân tích các ion Fe2+, PO4

3-Nồng độ Fe(II), photphat, được đo bằng quang phổ hấp thụ phân tử tại hiện trường bằng thiết bị Hach DR2800 Fe(II) được đo bằng phương pháp Ferrozin, photphat sử dụng phương pháp xanh molypdat

2.4.2 Các thông số phân tích trong phòng thí nghiệm

 Xác định hàm lượng asen bằng HVG-AAS

Nguyên tắc của phương pháp: trong nước ngầm tồn tại cả 2 dạng As(III) và As(V) và hiệu suất hydrua của 2 dạng này là khác nhau nên cần khử tất cả As(V) về As(III) bằng tác nhân khử là dung dịch NaI trước khi tạo hydrua asen Sau đó, As(III) sẽ phản ứng với hydro mới sinh (tạo thành khi tác nhân khử NaBH4 phản ứng với axít HCl) tạo ra khí asin (AsH3) Nhờ dòng khí argon, khí asin sinh ra được dẫn tới bộ phận nguyên tử hoá mẫu để tạo ra các đám hơi nguyên tử tự do (hình 2.4) Asen nguyên tử sẽ hấp thụ bước sóng đặc trưng (193,7 nm) từ đèn catốt rỗng asen và tạo ra phổ hấp thụ Cường độ phổ hấp thụ được xác định bằng detectơ và nó

tỉ lệ với hàm lượng As trong mẫu

- Phương trình phản ứng khử As(V) thành As(III):

As(V) + 2NaI + 2HCl → As(III) + I2 +2NaCl +H2O

- Phương trình phản ứng tạo khí asin:

NaBH4 + HCl + As(III) + H2O → H3BO3 + NaCl + AsH 3 ↑ +1/2 H2 ↑

 Xác định hàm lượng sắt tổng và các cation khác

Tổng hàm lượng sắt có trong nước ngầm Fe(T), và các cation khác trong nước như Ca2+

, Mg2+, Na+, K+, Mn2+ được xác định bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử

 Xác định hàm lượng amoni (NH4+)

Hàm lượng amoni trong mẫu nước ngầm được xác định bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử Amoni được cho phản ứng với nitroprusside tạo ra phức màu xanh

 Xác định hàm lượng các anion (NO3-, NO2-, SO42-, F-,Cl- , Br-)

Nồng độ các anion trong nước ngầm thường được xác định bằng phương pháp sắc ký ion Nguyên tắc của phương pháp này là các anion trong mẫu nước được tách khỏi các thành phần khác sau khi đi qua cột tách và được phát hiện bởi detector độ dẫn (CDD) và các anion được định lượng dựa vào giá trị độ dẫn

 Xác định hàm lượng metan (CH4)

Khí metan trong nước ngầm được xác định bằng phương pháp sắc ký khí, sử dụng cột thủy tinh nhồi chất hấp phụ (Porapak T) và detectơ dẫn nhiệt (TCD) 2.5 Thiết bị, dụng cụ và hóa chất nghiên cứu

2.5.1 Thiết bị và dụng cụ

2.5.2 Hóa chất

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Đặc điểm hóa lý nước ngầm giếng nhà dân thuộc khu vực nghiên cứu

Bảng kết quả phân tích một số thành phần hóa lý trong nước ngầm tại các giếng nhà dân

Hồng (Postma, 2007) (mg/L)

QCVN 09:

2008/BTNMT (mg/L)

Phần trăm mẫu vượt quá tiêu chuẩn (%)

Khoảng nồng

độ (mg/L)

Trung vị (mg/L)

Trung bình (mg/L)

NO 3

SO 4

NH 4

+

PO 4

3.1.1 Các thành phần đa lượng

Các cation chính trong nước ngầm trong các giếng khoan được nghiên cứu

có nồng độ khá biến động, giếng nồng độ cao nhất gấp từ 60 đến 80 lần so với giếng

có nồng độ thấp nhất Nhìn chung, nước ngầm khu vực này có nồng độ Ca2+

, Mg2+ khá cao, phân bố chủ yếu ở bờ phải sông Đáy, ngược lại nồng độ Na+ cao tập trung

hầu hết ở phía bờ trái sông Đáy Nồng độ K+ trong nước tương đối thấp trên toàn bộ khu vực nghiên cứu và có một mẫu bị nhiễm bẩn do nước mặt xâm nhập

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 thể hiện ở sự phân bố của các anion Nồng độ SO42- trong mẫu nước nghiên cứu thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn cho nước ngầm (400mg/L) Số mẫu nước có nồng độ NO3- vượt tiêu chuẩn nước ngầm (15mg/L) là 12% trong tổng số mẫu được phân tích Nồng độ nitrat trong các mẫu nước được nghiên cứu tương đối thấp, mẫu có nồng độ dưới 0,5mg/L chiếm đến 70% Nồng độ cao nhất tại các xã Tam Thuấn, Quốc Oai và Thạch Thất thuộc khu vực bờ trái và cách xa sông Đáy Nồng độ thấp của ion SO42- và NO3- trên hầu hết khu vực nghiên cứu cho thấy môi trường nước ngầm ở đây có tính khử

Nước ngầm khu vực nghiên cứu là loại nước khoáng hóa với nồng độ các thành phần Ca2+

, Mg2+ và giá trị EC cao chủ yếu ở bờ phải sông Đáy Nồng độ oxi hòa tan và các anion có tính oxy hóa như NO3-, SO42- thấp cho thấy nước ngầm có tính khử Những giếng có nồng độ thấp phân bố chủ yếu bên bờ phải sông Đáy thể hiện môi trường nước ngầm tại đây có tính khử hơn so với bờ trái

3.1.2 Các thành phần vi lượng

Kết quả phân tích cho thấy khu vực nghiên cứu bị ô nhiễm As, Fe, NH4+và

Mn2+ với tỉ lệ số mẫu vượt tiêu chuẩn lần lượt là 42%, 50%, 90% và 24% Vì vậy, nguy cơ ảnh hưởng tới sức khỏe là rất cao, khi sử dụng nguồn nước này làm nước

ăn uống mà không qua xử lý hoặc xử lý không triệt để

Mối tương quan thuận được phát hiện giữa hai thành phần As và Fe ở bờ phải sông Đáy khi những vị trí có nồng độ As cao thì Fe cũng cao Điều này phù hợp với giả thuyết về sự giải phóng As cùng với quá trình khử hòa tan khoáng sắt oxit Tuy nhiên, đối với bên bờ trái của sông Đáy thì giả thuyết này không còn đúng nữa, do nồng độ Fe trong nước cao còn As lại thấp Theo tác giả dự đoán, có thể khu vực đó không có As hấp phụ trên khoáng Fe mà liên kết bên trong cấu trúc

khoáng và môi trường có tính khử yếu nên không đủ để khử hòa tan hoàn toàn khoáng Fe để giải phóng As

Sự phân bố các thành phần đa lượng và vi lượng trong nước ngầm khu vực nghiên cứu khá phức tạp, nhưng nhìn chung, chúng biến đổi theo một số xu hướng nhất định Các thành phần khoáng Ca2+, Mg2+ trong nước ngầm chủ yếu nằm về phía bờ phải của sông Đáy, và có nồng độ cao hơn rất nhiều so với nước sông Hồng Những thành phần này xuất hiện do quá trình hòa tan các loại đá khoáng trong tầng chứa nước Hàm lượng của Na+, Cl-, SO42-, NO3- phân bố chủ yếu bên bờ trái của sông Đáy SO42- và NO3- thường chỉ thị cho môi trường khử khi nồng độ thấp (được vi sinh vật sử dụng trong quá trình phân giải chất hữu cơ hình thành môi trường khử) hoặc ngược lại chỉ thị cho môi trường oxi hóa khi ở nồng độ cao Vì vậy, môi trường nước ngầm có nồng độ các thành phần này cao thì quá trình giải phóng As sẽ bị hạn chế Mối tương quan nghịch được thể hiện bởi sự phân bố của chúng và As trên khu vực nghiên cứu Sự phân bố của thành phần mang tính khử như amoni, sắt (bờ phải sông Đáy) và thành phần có sự cạnh tranh hấp phụ như photphat khá tương đồng với sự phân bố của As

3.2 Mối tương quan giữa một số thành phần hóa học trong nước ngầm với As tại hai mặt cắt

Biểu đồ sự phân bố của As(III) trong nước ngầm tại hai mặt cắt

Theo kết quả phân tích các mẫu nước giếng khoan ở nước ngầm giếng nhà dân, As phân bố chủ yếu ở bờ phải sông Đáy, đây là khu vực có tính khử hơn bờ trái sông Phân tích As từ hai mặt cắt nằm hai bên sông Đáy cũng cho kết quả tương

tự, nồng độ As ở mặt cắt B (Tam Thuấn, Tân Hội) nằm bên bờ phải sông Đáy cao hơn so với mặt cắt A (Cẩm Yên, Phúc Hòa) nằm bên bờ trái

Khi độ sâu các giếng quan trắc tăng tại Phúc Hòa, Tam Thuấn nồng độ As tăng nhẹ và tại Tân Hội nồng độ As tăng nhanh Sự tăng nồng độ As theo chiều sâu

có thể do càng xuống sâu thì môi trường càng trở nên khử hơn, hạn chế sự khuếch tán của oxi không khí vào nước ngầm cũng như sự xâm nhập của nước mặt Môi trường càng khử thì quá trình hòa tan các loại đá khoáng trong tầng chứa nước càng diễn ra mạnh hơn Quá trình hòa tan các loại khoáng Fe oxit là quá trình đáng quan tâm nhất, do trong các tầng chứa nước asen chủ yếu hấp phụ trên bề mặt hoặc trong cấu trúc của các khoáng Fe oxit Quá trình hòa tan các khoáng, đặc biệt là khoáng oxit sắt sẽ giải phóng asen vào trong nước ngầm

3.2.1 Mối tương quan giữa một số thành phần mang tính oxi hóa và As trong nước ngầm tại hai mặt cắt

Các thành phần đặc trưng cho tính oxy hóa DO, NO3- có nồng độ rất thấp trong nước ngầm của cả 4 vị trí thuộc hai mặt cắt, riêng SO42- tại mặt cắt A có nồng

độ cao hơn so với mặt cắt B và phân bố ngược lại với sự phân bố của As trong nước ngầm trên hai mặt cắt Nồng độ thấp của các thành phần oxy hóa này trong nước ngầm là do chúng được vi sinh vật sử dụng để phân hủy các chất hữu cơ và tạo ra các sản phẩm khử, làm giảm tính oxy hóa của môi trường và hình thành môi trường

có tính khử hơn, dẫn đến quá trình hòa tan các khoáng sắt oxit đồng thời giải phóng

As Tóm lại, kết quả phân tích cho thấy mối tương quan thuận giữa As với thành phần oxi hóa SO42- và thành phần cạnh tranh hấp phụ PO43- trong sự phân bố ở khu vực nghiên cứu theo cả không gian rộng và độ sâu

3.2.2 Mối tương quan giữa một số thành phần mang tính khử và As trong nước ngầm tại hai mặt cắt

As trong nước ngầm tại hai mặt cắt thể hiện khá rõ mối tương quan thuận với các thành phần đặc trưng cho môi trường khử như amoni, metan và thành phần cạnh tranh hấp phụ PO43- Asen còn thể hiện mối tương quan nghịch với thành phần oxy hóa SO42- và Mn2+ Mối tương quan thuận của asen và sắt chỉ được quan sát thấy ở Cẩm Yên và Tân Hội, do đó không phải lúc nào sự hình thành asen trong nước ngầm cũng đều liên quan tới sự khử hòa tan khoáng sắt Vì vậy, quá trình hình thành ô nhiễm asen ở khu vực nghiên cứu không chỉ do một cơ chế gây ra mà bao gồm cả sự giải phóng asen trong môi trường khử và sự cạnh tranh hấp phụ trên bề mặt khoáng