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

Em xin chân thành cảm ơn tới các thầy cô trong khoa Môi trường – Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên – Đại học Quốc Gia Hà Nội đã giảng dạy và truyền đạt những kiến thức bổ ích cần thiết

-

Trần Thị Mai

NGHIÊN CỨU Á Ặ ỂM HÓA LÝ CỦ ỚC NGẦM

T I HAI MẶT CẮT THUỘC HUYỆN PHÚC TH ,

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

Ô NHIỄM ASEN

U

- 2015

U Ộ

-

Trần Thị Mai

NGHIÊN CỨU Á Ặ ỂM HÓA LÝ CỦ ỚC NGẦM

T I HAI MẶT CẮT THUỘC HUYỆN PHÚC TH ,

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

Ô NHIỄM ASEN

: Khoa học Mô trường

M : 60440301

U

Ớ :

TS Phạm Thị Kim Trang

– 2015

L I CẢM Ơ

Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn tới Tiến sĩ Phạm Thị Kim

Trang đã giao đề tài, tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong

suốt quá trình làm luận văn

Em xin trân trọng cảm ơn Giáo sư, Tiến sĩ Dieke Postma, Viện Khảo sát Địa

chất Đan Mạch và Greenland (GEUS), người đã trực tiếp giảng dạy các khóa học

hữu ích và truyền đạt những kiến thức chuyên ngành quý báu sử dụng trong luận

văn này

Em xin cảm ơn thầy Phạm Hùng Việt và các anh chị, các bạn trong nhóm

Nghiên cứu Kim loại nặng và nhóm Hóa Môi trường đã nhiệt tình giúp đỡ em trong

suốt quá trình làm việc, nghiên cứu tại Trung tâm Công nghệ Môi trường và Phát

triển Bền vững (CETASD)

Em xin chân thành cảm ơn tới các thầy cô trong khoa Môi trường – Trường

Đại học Khoa học Tự Nhiên – Đại học Quốc Gia Hà Nội đã giảng dạy và truyền

đạt những kiến thức bổ ích cần thiết để sử dụng trong luận văn cũng như trong các

nghiên cứu và công việc sau này

Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới những người thân trong gia đình, luôn luôn chia

sẻ, thấu hiểu và là điểm tựa vữngchắc về tinh thần trong toàn bộ thời gian thực hiện

luận văn

Em xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ quý báu về kinh phí của dự án PREAs và

Trung tâm CETASD, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia

Hà Nội

ác ả l ậ vă

rầ ị Ma

MỤ Ụ

MỞ ẦU 1

ươ 1- TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan về Asen 3

1.1.1 Dạng tồn tại của As trong nước ngầm 3

1.1.2 Độc tính của Asen 4

1.2 Tình hình ô nhiễm As ở Việt Nam và Thế giới 7

1.2.1 Ô nhiễm As trong nước ngầm trên Thế giới 7

1.2.2 Hiện trạng ô nhiễm As ở Việt Nam 10

1.3 ặc đ ểm hóa lý của ước ngầm l q a đến sự ô nhiễm As 13

1.3.1 Đặc điểm hóa lý của nước ngầm 13

1.3.2 Các giả thiết về sự hình thành As trong nước ngầm 21

1.4 ặc đ ểm dân s , địa chất v ước ngầm khu vực nghiên cứu 28

ươ 2 – Ợ P Ơ P ÁP ỨU 31

2.1 ịa đ ểm nghiên cứu 31

2.2 tượng nghiên cứu 32

2.3 P ươ p áp cứu 33

2.3.1 Phương pháp tổng quan tài liệu 33

2.3.2 Phương pháp lấy mẫu nước ngầm 33

2.3.3 Phương pháp lập bản đồ 35

2.4 P ươ p áp p â tíc óa ọc 35

2.4.1 Các chỉ số phân tích tại hiện trường 35

2.4.2 Các thông số phân tích trong phòng thí nghiệm 36

2.5 Thiết bị, dụng cụ và hóa chất nghiên cứu 38

2.5.1 Thiết bị và dụng cụ 38

2.5.2 Hóa chất 38

ươ 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LU N 40

3.1 ặc đ ểm óa lý ước ngầm giếng nhà dân thu c khu vực nghiên cứu 40

3.1.1 Các thành phần đa lượng 42

3.1.2 Các thành phần vi lượng 46

3.2 M tươ q a ữa m t s thành phần hóa học tro ước ngầm với As tại hai mặt cắt 51

3.2.1 Mối tương quan giữa một số thành phần mang tính oxi hóa và As trong nước ngầm tại hai mặt cắt 58

3.2.2 Mối tương quan giữa một số thành phần mang tính khử và As trong nước ngầm tại hai mặt cắt 61

KẾT LU N 67

KIẾN NGHỊ 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

MỤ Ì Ả

Hình 1.1 Giản đồ phân bố các dạng tồn tại của asen theo Eh-pH 3

Hình 1.2 Sự phân bố của các vùng bị ô nhiễm As trong khu vực am và ông am Á 8

Hình 1.3 Sự phân bố nồng độ s và độ sâu tương ứng trong các giếng khoan ở đồng bằng sông Hồng, các mẫu được thu thập từ năm 2005 – 2007 12

Hình 1.4 Quá trình oxi hóa các chất hữu cơ hình thành môi trường khử 23

Hình 1.5 Sự cạnh tranh hấp phụ của các anion trên bề mặt khoáng 25

Hình 2.1 Vị trí các giếng nhà dân và hai mặt cắt A và B thuộc huyện Phúc Thọ 32

ình 2.2 o các thông số hiện trường sử dụng bộ dẫn dòng chảy kín 34

Hình 2.3 Sục khí itơ các dụng cụ trước khi lấy mẫu 34

Hình 3.1 Sự phân bố của E trong nước ngầm khu vực nghiên cứu 42

Hình 3.2 Bản đồ sự phân bố hàm lượng của các cation chính trong nước ngầm 43

Hình 3.3 Sự phân bố nồng độ của anion chính trong nước 45

Hình 3.4 Sự phân bố của một số thành phân vi lượng trong nước ngầm 47

Hình 3.5 Sự phân bố của NH4+ trong nước ngầm khu vực nghiên cứu 49

Hình 3.6 Lát cắt địa chất của hai mặt cắt A và B 52

Hình 3.7 Giản đồ Piper cho nước ngầm thuộc hai mặt cắt A và B 54

Hình 3.8 Sự phân bố của s( ) trong nước ngầm tại hai mặt cắt 56

Hình 3.9 Sự phân bố NO3-, SO42 -, DOvà PO43- trong nước ngầm ở hai mặt cắt 58

Hình 3.10 Mối tương quan của As(III) và SO42- 59

Hình 3.11 Mối tương quan của As(III) và PO43- 60

Hình 3.12 Sự phân bố Mn2+, NH4+, Fe2+ và CH4 trong nước ngầm tại hai mặt cắt 61 Hình 3.13 Mối tương quan của As(III) và Mn2+ 62

Hình 3.14 Mối tương quan giữa As(III) và NH4+ 63

Hình 3.15 Sự phân bố của s( ) và Fe( ) trong nước ngầm ở hai mặt cắt 65 Hình 3.16 Biểu đồ khả năng bão hòa khoáng Siderit và Vivianit trong nước ngầm66

MỤ BẢ B ỂU

Bảng 1.1 Sự phổ biến của một số bệnh khi phơi nhiễm As và không bị phơi nhiễm 7

Bảng 1.2 Ô nhiễm asen trong nước ngầm ở một số nước trên thế giới 9

Bảng 1.3 Kết quả phân tích As do UNICEF hỗ trợ (2001–2004) 13

Bảng 1.4 ác quá trình địa hóa tự nhiên giải phóng s vào nước ngầm 22

Bảng 3.1 Một số thành phần hóa học nước ngầm tại các giếng nhà dân 40

Bảng 3.2 Giá trị trung bình của một số thành phần hóa học trong nước ngầm tại hai mặt cắt 53

MỤ Ữ Ế Ắ

AAS : Atom Absorption Spectrophotometer- Máy quang phổ hấp

thụ nguyên tử BTNMT : Bộ Tài nguyên Môi Trường

DO : Dissolved oxygen – Nồng độ oxi hòa tan

HVG : Hydride Vapor Generator - Bộ tạo khí hydrua

ICP : Inductively Coupled Plasma - Plasma cảm ứng cao tần

PHREEQ : Phần mềm mô hình hóa chuyên dụng cho các quá trình thủy

địa hóa diễn ra trong trầm tích và nước ngầm QCVN : Quy chuẩn Việt Nam

UNICEF : United Nations Children's Fund - Quỹ hi đồng Liên Hiệp

Quốc WHO : World Health Organization – Tổ chức Y tế Thế giới

1

MỞ ẦU

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 ể 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 ịa 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 ệ 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, p , nhiệt độ, độ dẫn, hàm lượng ôxi hòa tan và mối quan hệ giữa các thành phần này trong môi

2

trường nước ngầm của khu vực nghiên cứu Từ đó, tìm hiểu nguyên nhân hình thành

ô nhiễm s trong nước ngầm tại khu vực này

Xuất phát từ lý do trên, luận văn được thực hiện với đề tài: “Nghiên cứ đặc tính hóa lý của ước ngầm tại hai mặt cắt thu c huyện Phúc Thọ, phía nam sông Hồng - Hà N i, góp phần giải thích nguyên nhân hình thành ô nhiễm Asen” Với các nội dung cụ thể như sau:

1 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

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

3 Dự đoán nguyên nhân hình thành ô nhiễm sen tại khu vực nghiên cứu

69

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

1 Phạm Ngọc Hải, Phạm Việt Hòa (2004), Kỹ thuật khai thác nước ngầm, NXB

Nông Nghiệp, Hà Nội

2 Nguyễn Mạnh Khải, Nguyễn Quốc Việt, Hoàng Thị Quỳnh Trang, Lê Viết Cao, Nguyễn Tiến Trung, Nguyễn uang Minh (2011), “Ô nhiễm asen trong nước ngầm và khả năng xử lý tại chỗ quy mô hộ gia đình tại xã Trung hâu, an

Phượng, Hà Nội”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công

nghệ, 27, tr.22-29

3 Vũ gọc Kỷ, Nguyễn Thượng ùng, Tôn Sĩ Kinh, guyễn Kim Ngọc (2008),

Địa chất thuỷ văn đại cương, Nhà xuất bản Giao Thông Vận Tải

4 Bùi Văn Minh (2015), “Khảo sát sự phân bố của một số thành phần hóa học trong nước ngầm khu vực ông am à ội”, Luận văn thạc sĩ khoa học, Trường đại học Khoa học Tự nhiên, ại học Quốc gia Hà Nội

5 ào Mạnh Phú, Phạm Thị Kim Trang, Vi Thị Mai Lan, Bùi Văn Minh, guyễn

Thị Duyên, Phạm Hùng Việt, Benjamin Bostick (2014), Đánh giá chất lượng

nước ngầm tầng nông tại khu vực Đông Nam Hà Nội, Hội nghị Khoa học lần thứ

8, Trường ại học Khoa học Tự nhiên

6 Trịnh Thị Thanh (2000), Độc học Môi trường và sức khỏe con người, XB ại

học Quốc gia Hà Nội

7 UNICEF (2004), Ô nhiễm thạch tín trong nguồn nước sinh hoạt ở Việt Nam-Khái

quát tình hình & các biện pháp giảm thiểu cần thiết, UNICEF Việt Nam, Hà Nội

8 Vi Thị Mai Lan (2005), “Xác định asen trong mẫu sinh học bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ( S) trên cơ sở xử lý mẫu bằng lò vi sóng”, Luận văn thạc sĩ khoa học, Trường đại học Khoa học Tự nhiên, ại học Quốc gia Hà Nội

70

Tiếng Anh

9 Abhijit Mukherjee, Alan E Fryar (2008), “Deeper groundwater chemistry and geochemical modeling of the arsenic affected western Bengal basin, West

Bengal, ndia”, Applied Geochemistry 23, pp 863–894

10 Alexander van Geen, Zheng Y., Versteeg R., Stute M., Horneman A., Dhar R., Steckler M., Gelman A., Small C., Ahsan H., Graziano J H., Hussain I and Ahmed K M (2003) Spatial variability of arsenic in 6000 tube wells in a 25 km2 area of Bangladesh Water Resources Reseach, 39, pp 1140

11 Alexander van Geen, Benjamin C Bostick, Pham Thi Kim Trang, Vi Mai Lan, Nguyen Ngoc Mai, Phu Dao Manh, Pham Hung Viet, Kathleen Radloff, Zahid Aziz, Jacob L Mey, Mason O Stahl, Charles F Harvey, Peter Oates, Beth Weinman, Caroline Stengel, Felix Frei, Rolf Kipfer, Michael Berg (2013),

“Retardation of arsenic transport through a Pleistocene aquifer”, Nature 501, pp

204–207

12 Appelo C.A.J., Postma D (2005), “Geochemistry, groundwater and pollution”,

2nd edition, A.A Balkema Publishers

13 Berg M., Caroline Stengel, Pham Thi Kim Trang, Pham Hung Viet, Mickey L Sampson, Moniphea Leng, Sopheap Samreth, David Fredericks

(2007) "Magnitude of arsenic pollution in the Mekong and Red River Deltas—

Cambodia and Vietnam", Science of the total environment, 372(2), pp 413-425

14 Bhattacharyya, P K.; Dasgupta, Somnath; Fukuoka, M.; Roy Supriya (1984)

“ eochemistry of braunite and associated phases in metamorphosed

non-calcareous manganese ores of ndia” Contributions to Mineralogy and Petrology

87 (1): 65–71

15 C.K Jain, li (2000), “ rsenic: occurrence, toxicity and speciation techniques”,

Water Research, Volume 34, Issue 17, pp 4304–4312

16 Dieke Postma, Flemming Larsen, Nguyen Thi Minh Hue, Mai Thanh Duc, Pham Hung Viet, Pham Quy Nha, Søren Jessen (2007), “ rsenic in groundweter

71

of the Red River floodplain, Vietnam: Controlling geochemical processes and

reactive transport modeling”, Geochimica et Cosmochimica Acta, 71(21), pp

5054–5071

17 Dieke Postma, Flemming Larsen, Nguyen Thi Thai, Pham Thi Kim Trang, Rasmus Jakobsen, Pham Quy Nhan, Tran Vu Long, Pham Hung Viet, Andrew

S Murray (2012), “ roundwater arsenic concentrations in Vietnam controlled

by sediment age”, Nature Geoscience 5, pp 656–661

18 Elisabeth Eiche, Thomas Neumann, Michael Berg, Beth Weinman, Alexander van Geen, Stefan Norra, Zsolt Berner, Pham Thi Kim Trang, Pham Hung Viet, Doris Stüben (2008), “ eochemical processes underlying a sharp contrast in groundwater arsenic concentrations in a village on the Red River delta,

Vietnam”, Applied Geochemistry 23, pp 3143–3154

19 Fendorf.S, olly Michael, lexander van een (2010), “Spatial and Temporal

Variation of roundwater rsenic in South and Southeast sia”, Science, Vol

328, pp 1123 - 1127

20 Harvey C F., K N Ashfaque, W Yu, A.B.M Badruzzaman, M Ashraf Ali, P

M Oates, H A Michael, R B Neumann, R Beckie, S Islam and M F Ahmed (2006), "Groundwater dynamics and arsenic contamination in Bangladesh",

Chemical Geology, 228, pp.112-136

21 Harald Neidhardt, Zsolt Attila Berner, Dominik Freikowski, Ashis Biswas, Santanu Majumder, Josef Winter, Claudia Gallert, Debashis Chatterjee, Stefan Norra (2014), “Organic carbon induced mobilization of iron and manganese in a West Bengal aquifer and the muted response of groundwater arsenic

concentrations”, Chemical Geology 367, pp.51-62

22 Helle Ugilt Sø, Dieke Postma, Rasmus Jakobsen, Flemming Larsen (2011),

"Sorption of phosphate onto calcite; results from batch experiments and surface

complexation modeling", Geochimica et Cosmochimica Acta 75, pp.2911–2923