Nghiên cứu đánh giá sự phân bố asen trong nước ngầm khu vực hà nội bằng mô hình số thăm dò đề xuất các phương pháp hữu hiệu xử lý asen

Thêm vào đó, các hoạt động phát triển sản xuất, thải chất thải của các nhà máy, xí nghiệp, các khu công nghiệp, khu đô thịR Rvà sản xuất nông nghiệp trong vùng cùng với sự phát triển tự

trường đại học bách khoa hà nội

-

luận văn thạc sĩ khoa học

nghiên cứu đánh giá sự phân bố asen trong nước ngầm khu vực hà nội bằng mô hình số, thăm dò đề xuất các phương pháp hữu hiệu xử lý asen

ngành : kỹ thuật môi trường

kiều thị vân anh

Người hướng dẫn khoa học : TS Đặng Xuân Hiển

hà nội 2006

Trang

1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên, kinh tế – xã hội 6

1.5 Hiện trạng chất lượng nước ngầm khu vực Hà Nội 22

khu vực hà nội

28

2.1 Tổng quan về Asen và tình hình nghiên cứu Asen 28 2.1.1 Đặc điểm địa hoá của Asen và sự di chuyển của chúng trong nước ngầm 28 2.1.2 Mối quan hệ giữa Asen với các yếu tố liên quan tới sự hình thành 30

2.2 Hiện trạng phân bố Asen trong nước ngầm khu vực Hà Nội 45 2.2.1 Phương pháp luận nghiên cứu xác định quy luật phân bố Asen trong

nước ngầm

45

2.2.2 Hiện trạng về hàm lượng Asen trong nước ngầm khu vực Hà Nội 47

2.3 Một số nhận định bước đầu về nguồn gốc nhiễm bẩn Asen khu vực

Hà Nội

54

chất lượng nước ngầm khu vực phía nam Hà nội

3.1.5 Lỗ khoan hút nước hoặc ép nước (Well) 64 3.1.6 Chỉnh lý các thông số và đầu vào của mô hình bằng giải bài toán ngược 65 3.1.7 Các số liệu đầu vào và đầu ra của mô hình 66

3.2 Mô hình lan truyền Asen trong nước ngầm khu vực phía Nam Hà Nội 67

3.2.2 Phân lớp và các thông số của trường thấm 68

3.2.5 Chạy mô hình dự báo sự dịch chuyển của các chất nhiễm bẩn 73

4.1 Những ảnh hưởng của việc dùng nước có chứa Asen đến sức khoẻ con người

82

4.1.1 Các biểu hiện tổn thương do bị ô nhiễm Asen 82

4.2 Các con đường của Asen gây ảnh hưởng tới sức khoẻ con người 84

4.3 Thăm dò, đề xuất các phương pháp hữu hiệu xử lý Asen 87

mở đầu

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hà Nội có nguồn nước ngầm phong phú, chất lượng nước tốt và là nguồn nước quan trọng cấp cho ăn uống sinh hoạt cũng như các hoạt động kinh tế - xã hội của thủ đô Hiện tại, 100% nước cấp cho thủ đô Hà Nội là nước ngầm, trong đó riêng Công ty Kinh doanh nước sạch Hà Nội đang quản lý khai thác khoảng 572.240 mP

3

P/ngày

Những năm gần đây do dân số đô thị tăng nhanh, đô thị hoá và các hoạt

động kinh tế của thủ đô phát triển mạnh làm cho nhu cầu nước của thủ đô ngày càng lớn, vì vậy khai thác nước ngầm ngày càng mở rộng cả về quy mô

và phạm vi Thêm vào đó, các hoạt động phát triển sản xuất, thải chất thải của các nhà máy, xí nghiệp, các khu công nghiệp, khu đô thịR Rvà sản xuất nông nghiệp trong vùng cùng với sự phát triển tự phát của khai thác nước ngầm bằng hệ thống giếng khoan tay đã làm ảnh hưởng đến chất lượng nguồn nước ngầm khu vực Hà Nội Một số kết quả điều tra nghiên cứu về hiện trạng khai thác, sử dụng và hiện trạng chất lượng nước trong vùng cho thấy nước ngầm khu vực Hà Nội đã có hiện tượng nhiễm bẩn cục bộ bởi các hợp chất Amoni, thành phần vi sinh và một số yếu tố kim loại nặng như thành phần Asen, thuỷ ngân Đặc biệtR Rnhất trong một vài năm gần đây, điều tra chất lượng nước của một số cơ quan chuyên môn cho thấy nước ngầm khu vực Hà Nội đã có hiện tượng nhiễm bẩn bởi Asen, với hàm lượng Asen vượt quá tiêu chuẩn cho phép

đối với nước cấp cho ăn uống sinh hoạt Việc nhiễm bẩn Asen trong nước ngầm xuất hiện cả ở tầng trên và tầng dưới, đặc biệt phổ biến ở khu vực phía Nam Hà Nội

Để bảo vệ nước ngầm, đặc biệt là các công trình khai thác nước ngầm trong suốt thời gian khai thác chất lượng nước luôn nằm trong giới hạn cho phép, một nhiệm vụ rất quan trong là phải tính toán dự báo được sự lan truyền

của vật chất đặc biệt của các chất bẩn để có các biện pháp ngăn ngừa, thiết kế các công trình khai thác nước một cách hợp lý

Cho tới nay ở nước ta việc tính toán dự báo biến đổi chất lượng nước còn rất ít được nghiên cứu, chủ yếu là dùng các công thức toán học đơn giản để tính toán thời gian xâm nhập mặn tới các công trình khai thác nước Thực tế

điều kiện địa chất thuỷ văn ở nước ta rất phức tạp, việc sử dụng các công thức toán học đơn giản không hoàn toàn thích hợp mà đòi hỏi các phương pháp tính toán chính xác hơn như phương pháp mô ứng dụng hình số

Xuất phát từ nhu cầu thực tế đề tài : "Nghiên cứu đánh giá sự phân bố

Asen trong nước ngầm khu vực Hà Nội bằng mô hình số, thăm dò đề xuất các phương pháp hữu hiệu xử lý Asen" được chọn là nội dung nghiên cứu

của luận văn tốt nghiệp

2 Đối tượng và giới hạn phạm vi nghiên cứu

* Đối tượng nghiên cứu : Chất lượng nước khu vực Hà Nội, đặc biệt là ô

nhiễm Asen trong nước ngầm

* Phạm vi nghiên cứu : Việc nghiên cứu một cách toàn diện về quy luật

phân bố Asen trong nước ngầm trên phạm vi thành phố Hà Nội là vấn đề rất khó khăn và phức tạp, đòi hỏi phải có số liệu quan trắc liên tục, các trang thiết

bị hiện đại, có kinh phí và phải có quỹ thời gian đủ lớn mới có thể hoàn thành

được Vì vậy, trong khuôn khổ nghiên cứu của luận văn tác giả chỉ tập trung nghiên cứu một số nội dung như sau :

- Hiện trạng về chất lượng nguồn nước ngầm khu vực Hà Nội hiện nay

đang được sử dụng làm nước sinh hoạt, đặc biệt đánh giá sự phân bố Asen trong phạm vi các quận, huyện thuộc khu vực Hà Nội

- Hiện trạng phân bố Asen trong nước ngầm khu vực Hà Nội

- ứng dụng mô hình lan truyền vật chất trong nước ngầm để xác định và

dự báo biến đổi hàm lượng Asen trong nước ngầm khu vực phía Nam thành phố Hà Nội

- Thăm dò, đề xuất các phương pháp xử lý Asen

3 Mục đích của đề tài

- Sơ bộ khoanh vùng phân bố Asen trong nước ngầm khu vực Hà Nội

- Bước đầu dự báo sự lan truyền chất nhiễm bẩn dưới tác dụng của phân tán thuỷ lực

- Đề xuất một số phương pháp hữu hiệu xử lý Asen phù hợp với điều kiện Việt Nam

4 Nội dung nghiên cứu của đề tài

Nội dung nghiên cứu của đề tài gồm :

- Nghiên cứu đặc điểm Địa chất - Địa chất thuỷ văn thành phố Hà Nội

- Nghiên cứu, tổng hợp xác định một số quy luật phân bố Asen trong nước ngầm khu vực Hà Nội

- Nghiên cứu mối quan hệ của Asen với các yếu tố liên quan đến sự hình thành của nó trong nước ngầm

- áp dụng mô hình lan truyền vật chất để nghiên cứu bài toán nhiễm bẩn

- Nghiên cứu đề xuất các phương pháp hữu hiệu xử lý Asen

5 Các phương pháp nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu của đề tài, tác giả đã sử dụng tổng hợp các phương pháp nghiên cứu sau :

- Phương pháp thu thập tài liệu :

Thu thập các tài liệu về địa hình, địa chất, địa chất thuỷ văn, hiện trạng khai thác và sử dụng nước ; vị trí, địa tầng, kết cấu giếng khoan ; các tài liệu kết quả nghiên cứu về chất lượng nước ngầm tại Hà Nội, về sự ô nhiễm Asen tại khu vực Hà Nội ; các tài liệu lý thuyết về Asen, kết quả nghiên cứu, bài báo về Asen đã được công bố của các tác giả trong và ngoài nước

- Phương pháp kế thừa : Trong đề tài nghiên cứu, tác giả đã sử dụng một

số kết quả nghiên cứu về Asen trong đất, nước của nhiều tác giả trong và

ngoài nước đã được công bố từ trước đến nay

- Phương pháp xử lý số liệu : Trên cơ sở, nền tảng các số liệu thu thập,

tài liệu thực địa Các tài liệu được tiến hành xử lý bằng các chương trình

chuyên dụng, các phần mềm máy tính như Mapinfor để lập bản đồ, xử lý số

liệu bằng các phương pháp thống kê toán học, trung bình hoá các số liệu phân

tích và đặc biệt là sử dụng mô hình MODFLOW MT3D để tính toán dịch

chuyển vật chất trong nước ngầm

6 ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Sơ bộ đánh giá về chất lượng nước ngầm khu vực Hà Nội

- Bước đầu đánh giá hiện trạng, quy luật phân bố của Asen trong nước

ngầm khu vực Hà Nội, chỉ ra các khu vực có hàm lượng Asen cao, thấp phục

vụ cho công tác quản lý quy hoạch, khai thác, bảo vệ nguồn nước ngầm phục

vụ đời sống lâu dài và bền vững tại khu vực

- Bước đầu dự báo quy luật biến đổi hàm lượng chất nhiễm bẩn dưới tác

dụng của phân tán thủy lực

- Thăm dò, đề xuất phương pháp xử lý Asen phù hợp với điều kiện Việt Nam

8 Bố cục của luận văn

Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn được trình bày thành 4 chương

Chương 1 Tổng quan vùng nghiên cứu

Chương 2 Hiện trạng phân bố Asen trong nước ngầm khu vực Hà Nội

Chương 3 Mô hình lan truyền vật chất trong nghiên cứu chất lượng

nước ngầm khu vực phía Nam thành phố Hà Nội

Chương 4 Thăm dò, đề xuất các phương pháp hữu hiệu xử lý Asen

Kèm theo luận văn là các bản vẽ, bao gồm :

- Bản đồ Địa chất Thuỷ văn thành phố Hà Nội

- Sơ đồ vị trí lấy mẫu phân tích Asen khu vực Nam Hà Nội

- Sơ đồ phân vùng ô nhiễm Asen trong nước ngầm trầm tích Đệ tứ khu vực Nam Hà Nội

- Sơ đồ phân vùng ô nhiễm Asen trong nước ngầm tầng qh khu vực Nam

và Môi trường, Cục Thuỷ lợi - Bộ Nông nghiệp và phát triển Nông thôn ;

Được sự giúp đỡ nhiệt tình của tập thể cán bộ giảng dạy Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, và đặc biệt là của TS Đặng Xuân Hiển đã góp phần vào sự thành công của luận văn

Tác giả xin chân thành cảm ơn !

Chương 1

khái quát chung vùng nghiên cứu

1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên, kinh tế - xã hội

1.1.1 Vị trí địa lý

Hà Nội là trung tâm kinh tế, chính trị, xã hội, công nghiệp, văn hoá của cả nước Toàn bộ thành phố nằm trong đồng bằng Châu thổ sông Hồng Hiện nay diện tích Hà Nội là 932 kmP

2

P chiếm 0,3% diện tích cả nước Về vị trí địa

lý, Thủ đô Hà Nội tiếp giáp với tỉnh Thái Nguyên ở phía Bắc, tỉnh Bắc Ninh ở phía Đông Bắc, tỉnh Hưng Yên ở phía Đông Nam, tỉnh Vĩnh Phúc ở phía Tây Bắc và tỉnh Hà Tây ở phía Nam và Tây Nam

1.1.2 Địa hình

Thành phố có địa hình thấp dần từ Bắc xuống Nam và nghiêng dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam với độ nghiêng nhỏ, độ nghiêng trung bình khoảng 0,3 đến 0,5%

1.1.3 Khí hậu

Hà Nội có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, được chia làm 2 mùa rõ rệt Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10,mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau Lượng mưa trung bình năm đạt 1678mm, mưa nhiều nhất vào tháng 7- 8 và ít nhất vào tháng 1- 2 Nhiệt độ trung bình trong nhiều năm của thành phố khoảng từ 21- 24P

Tô Lịch Thủ đô Hà Nội có khoảng 111 hồ lớn nhỏ, trong đó lớn nhất là hồ Tây với diện tích là 535ha

1.1.5 Dân sinh - kinh tế

Hiện nay Hà Nội có 9 quận nội thành (quận Đống Đa, Hai Bà Trưng, Ba

Đình, Hoàn Kiếm, Tây Hồ, Thanh Xuân, Hoàng Mai, Long Biên và Cầu Giấy), 4 huyện ngoại thành (Từ Liêm, Thanh Trì, Đông Anh và Sóc Sơn) Các quận, huyện đều là đầu mối kinh tế trọng điểm của cả nước Dân số của Hà Nội hiện nay khoảng 2,7 triệu người, tỷ lệ gia tăng là 2,1%/năm Bình quân thu nhập của nhân dân các quận nội thành là 75% và các huyện ngoại thành là

65 - 70% đạt tỷ lệ cao trong cả nước

Hà Nội có rất nhiều trung tâm công nghiệp như Thượng Đình, Đông Anh, Long Biên, và hàng trăm các nhà máy xí nghiệp lớn nhỏ với nhiều lĩnh vực sản xuất

Văn hoá : Hà Nội là trung tâm văn hoá của cả nước Đóng trên địa bàn thành phố có hơn 40 trường đại học và cao đẳng đó là chưa kể đến mạng lưới các trường trung học chuyên nghiệp, phổ thông trung học và các trường dạy nghề Ngoài ra còn có các cơ quan chuyên trách về các lĩnh vực văn hoá, xã hội, nghệ thuật, Trình độ dân trí của thủ đô cao Đây là một yếu tố rất thuận lợi cho sự phát triển mọi mặt của xã hội

1.1.6 Giao thông

Có thể nói ít có nơi nào trên cả nước giao thông phát triển mạnh và thuận tiện như Hà Nội Do vị trí địa lý nằm ở trung tâm đồng bằng Bắc Bộ, tiếp giáp với nhiều tỉnh nên Hà Nội rất thuận tiện trong việc giao thông vận tải Hà Nội

có mạng lưới giao thông đường bộ, đường thuỷ và đường sông có thể chuyển giao nhanh chóng mọi vấn đề của cuộc sống trong và ngoài nước Đáng kể nhất là hệ thống đường bộ, đường sắt nối liền Hà Nội với tất cả các tỉnh trong cả nước Đường hàng không là một đầu mối giao thông rất quan trọng và nhanh chóng nối liền Hà Nội với các nước trên thế giới cũng như trong phạm

vi nội địa Mạng giao thông đường thuỷ cũng rất phát triển Quan trọng nhất là

sông Hồng và sông Đuống, tham gia tích cực vào việc vận tải hàng hoá và

du lịch

1.2 Đặc điểm địa chất

Vùng Hà Nội phát triển mạnh các đất đá trầm tích Kainozoi (KZ) Đây là

vùng đã được nghiên cứu khá chi tiết về điều kiện địa chất Theo các kết quả

nghiên cứu có thể tóm tắt đặc điểm địa tầng trầm tích Kainozoi (KZ) khu vực

Hà Nội như sau :

1.2.1 Hệ Neogen

Trong phạm vi vùng Hà Nội, hệ tầng Neogen chỉ gồm đất đá của thống

Pliocen tầng Vĩnh Bảo (NR 2 Rvb) Chúng phân bố ở độ sâu từ 67 m trở xuống và

bị phủ hoàn toàn bởi trầm tích Đệ tứ Thành phần thạch học chủ yếu của hệ

tầng này là bột kết, cát kết, cuội kết gắn kết yếu, màu xám vàng Tại lỗ khoan

thăm dò nước khoáng khu vực Định Công của Liên đoàn Địa chất thuỷ văn -

Địa chất Công trình Miền Bắc (gần sát khu vực bãi giếng thăm dò Đại Kim -

Định Công) đã bắt gặp hệ tầng này ở độ sâu từ 81 - 150m ; thành phần của

lớp này gồm bột kết và cuội kết gắn kết yếu

1.2.2 Hệ Đệ tứ

1.2.2.1 Thống Pleistocen

a Trầm tích Pleistocen dưới hệ tầng Lệ Chi (aQ I lc)

Trầm tích Pleistocen dưới hệ tầng Lệ Chi QR I Rlc có độ sâu mái từ 45m đến

69.5m Trầm tích của tầng Lệ chi phủ bất chỉnh hợp lên trầm tích Pliocen Bề

dày của hệ tầng này thay đổi từ 2.5m đến 24.5m Dựa theo thành phần thạch

học chia ra 3 tập :

Tập dưới : bao gồm cuội, sỏi, cát, sét Kích thước cuội từ 3- 5cm Cuội

mài tròn tốt Bề dày trung bình là 10m

Tập giữa: bao gồm cát hạt nhỏ, cát bột màu vàng xám Bề dày trung bình

là 3.5m

Tập trên: bao gồm cát, bột, sét màu xám Bề dày trung bình từ 0.2 m

đến 1.5m

b Trầm tích Pleistocen giữa - trên hệ tầng Hà Nội (aQII-IIIhn)

Trầm tích Pleistocen giữa - trên hệ tầng Hà Nội (aQR II-III Rhn) phân bố rất

rộng rãi trong khu vực Hà Nội ở độ sâu từ 33.0m đến 78.0m Bề dày của tầng

thay đổi từ 33.0m đến 40.0m Theo thành phần thạch học, hệ tầng này được

chia ra làm 2 tập:

- Tập dưới (aQR II-III RhnR1R): Gồm cuội, sỏi, sạn lẫn cát bột Thành phần cuội

là thạch anh, silic và các đá phun trào Độ mài tròn từ kém đến trung bình Bề

dày thay đổi từ 32.0 m đến 35.0 m

- Tập trên (aQR II-III RhnR2R): Gồm bột sét, bột cát màu xám vàng lẫn sỏi nhỏ và

lẫn cát Thành phần cát, sỏi chủ yếu là thạch anh Bề dày thay đổi từ 3.8 đến 5.0 m

c Trầm tích Pleistocen trên hệ tầng Vĩnh Phúc (aQIIIvp)

Đất đá của trầm tích Pleistocen trên hệ tầng Vĩnh Phúc xuất lộ trên mặt

đất ở phía Tây - Bắc khu vực nghiên cứu, thuộc xã Cổ Nhuế, Xuân Đỉnh Còn

các khu vực khác chúng bị phủ bởi các trầm tích trẻ hơn Bề dày của hệ tầng

này thay đổi từ 9.0m đến 23.5m Dựa theo thành phần thạch học chia đất đá

của hệ tầng ra thành 2 tập:

- Tập dưới (aQR III RvpR1R): Bao gồm cuội, sỏi lẫn bột, sét màu vàng xám Bề

dày thay đổi từ 4.0m đến 13.5m

- Tập trên (aQR III RvpR2R): Bao gồm các trầm tích thành tạo từ nhiều nguồn

gốc khác nhau như: hồ, đầm lầy, biển, hồ đầm lầy Thành phần thạch học

chủ yếu là: cát sét, cát bột, sét màu nâu, đỏ loang lổ và có chứa than bùn, mùn

thực vật Bề dày của tập thay đổi từ 5.0 đến 10.0m

hh), tích

tụ biển (m QR IV RP

1-2

Phh) Được xếp vào hai phụ hệ tầng

+ Phụ tầng dưới - Trầm tích hồ - đầm lầy (lb QIV1-2 hh)

Các trầm tích này phân bố rộng rãi phần lớn bị các trầm tích Holocen muộn phủ lên được phát hiện qua các lỗ khoan LK6HN, LK7HN, SĐ1, LKSĐ3A, QT13 Thành phần thạch học của phụ tầng gồm sét, sét cát, bột sét lẫn tàn tích thực vậtR Rthan bùn đen, xám đen mềm nhão Tại LK6HN ở độ sâu 12,6-18m phát hiện bào tử phấn hoa Polyapodia ceae, Alsophium, Pterix, Quercus, và tảo nước ngọt, nước lợ, nước mặn: Aulacoira, Granulata, Cosanodicus, Lacuxtris, Coconei

Chiều dày trung bình của phụ hệ tầng 4,6m Phụ tầng dưới nằm trên bề mặt phong hoá loang lổ của tầng Vĩnh Phúc (aQR III Rvp)

+ Phụ tầng trên - Trầm tích biển (m QIV1-2 hh):

Có mặt ở hầu hết vùng nghiên cứu, bị các trần tích Holocen muộn phủ bất chỉnh hợp lên và được phát hiện qua các lỗ khoan LK6HN, LK7HN, SĐ1, LKSĐ3A, QT13, Thành phần thạch học của phụ tầng gồm sét, sét bộtR Rmàu xám xanh, xám xanh lơ, xám xanh rất đặc trưng, phần dưới lẫn ít mùn thực vật hoặc kết vón oxit sắt Chiều dày trung bình của phụ tầng 6,0m

b Hệ tầng Thái Bình

Thuộc đất đá của thống Holocen có hệ tầng Thái Bình (QR IV Rtb) Trong khu

vực nghiên cứu đất đá của hệ tầng Thái bình lộ ra ở hầu khắp trên mặt Bề dày thay đổi 0 - 26.0m, trung bình là 6.15m Theo thành phần thạch học có thể phân chia hệ tầng Thái Bình làm 2 tập :

- Tập dưới có thành phần gồm: cuội nhỏ, sỏi, cát, bột lẫn sét Bề dày thay

đổi từ 1.0m đến 9.0 m

- Tập trên có thành phần là cát bột màu nâu, bột sét, sét cát lẫn mùn thực vật Bề dày của tập thay đổi từ 3m đến 19.0m

Theo tài liệu khoan thăm dò tại hiện trường bãi giếng Khu đô thị Đại Kim - Định Công thì các mẫu trong hệ tầng này có xuất hiện khá nhiều các thân thực vật, đôi chỗ có thân gỗ còn khá chắc (nằm ở độ sâu từ 20 - 25m)

1.3 Điều kiện địa chất thuỷ văn

Khu vực Hà Nội đã được nghiên cứu khá tỉ mỉ về điều kiện địa chất thuỷ văn và có nhiều công trình công bố trong thời gian qua và hầu hết đều thống nhất phân chia thành các đơn vị địa chất thuỷ văn từ cổ đến trẻ như sau:

- Tầng chứa nước Holocen

- Tầng chứa nước Pleistocen

- Phức hệ chứa nước khe nứt Neogen

- Đới chứa nước khe nứt lục nguyên phun trào Triat (T)

Xen kẹp giữa các lớp chứa nước còn tồn tại một số lớp cách nước, thành phần gồm sét, sét pha, sét pha cát

Dựa vào tài liệu tham khảo và tài liệu khảo sát thực địa có thể nêu những nét chính về đặc điểm địa chất thuỷ văn các tầng chứa nước chính vùng nghiên cứu như sau:

1.3.1 Tầng chứa nước trầm tích Holocen (qh)

Đây là tầng chứa nước phân bố rộng khắp khu vực nghiên cứu ở phần phía Bắc sông Hồng, tầng này bị bào mòn nên diện tích phân bố chỉ còn ở phía Đông Hà Nội, các nơi khác phân bố không liên tục

Thành phần thạch học của tầng chứa nước qh bao gồm cát pha, sét pha, sét, cát có lẫn bùn hữu cơ và thực vật ở phần trên cùng có lớp sét, sét pha cách nước yếu, phân bố không liên tục, diện phân bố chủ yếu ở phía bờ hữu

sông Hồng, chiều sâu phân bố của lớp cách nước này cũng thay đổi trong

phạm vi lớn, có nơi 0 đến 0,5m song có nơi đến gần 20m Phía dưới lớp sét,

sét pha thường là các lớp bùn, bùn sét, cát và cát pha chứa nước Chiều dầy

tầng qh thay đổi từ 0,0 đến 15,5m, trung bình 14,0m

Kết quả thí nghiệm địa chất thuỷ văn ở một số lỗ khoan trong tầng này

cho thấy:

- Mực nước tĩnh thay đổi từ 0.5 đến 4.0m

- Lưu lượng lỗ khoan thay đổi 0.4 đến 29.0l/s, trung bình 7-8l/s

- Trị số hạ thấp mực nước dao động từ 1.12 đến 8.08m, trung bình 2.9m

- Tỷ lưu lượng lỗ khoan dao động 0.08 đến 20.9l/s.m, trung bình 3.1l/sm

Nước ngầm của tầng qh chủ yếu là nước ngầm, ở phía Hữu sông Hồng

đôi nơi có áp lực cục bộ Nước có độ tổng khoáng hoá nhỏ dao động từ 0.1g/l - 0.5g/l Lớp chứa nước chủ yếu của tầng qh phân bố chủ yếu ở độ sâu

15 - 25m nên có chất lượng tốt Loại hình hoá học chủ yếu là Bicacbonat -

Clorua Canxi

Nguồn cung cấp cho nước ngầm tầng chứa nước qh chủ yếu là nước mưa,

nước mặt và một phần là nước tưới cho nông nghiệp Miền cung cấp và phân bố

trùng nhau Miền thoát là sông, hồ ao vào mùa khô và một phần thấm xuống cung

cấp cho tầng chứa nước phía dưới (tầng qp), còn một phần nhỏ bốc hơi

Động thái nước ngầm trong tầng qh có liên hệ chặt chẽ với nước sông

như sông Hồng, sông Đuống,

Trữ lượng nước ngầm trong tầng chứa nước qh không lớn nhưng có thể

cung cấp nước với qui mô nhỏ cho ăn uống và sinh hoạt Nhiều giếng cấp

nước gia đình khai thác nước trong tầng này

1.3.2 Tầng chứa nước Pleistocen giữa - trên (qp 2-3 )

Tầng chứa nước này phân bố rộng khắp vùng nghiên cứu, chỉ trừ một

diện tích nhỏ ở phía Bắc thành phố trên địa bàn huyện Sóc Sơn Tầng chứa

Kết quả thí nghiệm địa chất thuỷ văn trong tầng này cho thấy :

- Mực nước tĩnh trong điều kiện tự nhiên vào mùa khô thay đổi từ 2,0 đến 4,0m còn mùa mưa thay đổi từ 0,0 đến 1,0m, có nơi dọc ven sông Hồng nước

tự phun cao hơn mặt đất

- Lưu lượng các lỗ khoan Q thay đổi từ 1,9 đến 9,09l/s

- Trị số hạ thấp mực nước S thay đổi từ 1,28 đến 8,61m

- Tỷ lưu lượng q thay đổi 0,32 đến 4,94l/s.m, có nơi trên 5l/sm

- Hệ số dẫn nước km thay đổi tuỳ theo từng khu vực cụ thể, ở khu vực Bắc sông Hồng km thường thay đổi từ 400 đến 1600mP

2 P

đoạn Lĩnh Nam - Hà Đông, từ 6,7 đến 8,0 ở đoạn Hà Đông - Văn Điển

Nước ngầm trong tầng qpP

2-3

P và tầng qh có quan hệ chặt chẽ với nhau, ngay khi giữa hai tầng có lớp bùn và sét ngăn cách Đồng thời nước ngầm trong tầng chứa nước qpP

2-3 P

cũng có quan hệ thuỷ lực với nước sông Hồng, đặc biệt ở những nơi lớp sét ngăn cách bị bào mòn Như vậy, nguồn cung cấp cho

tầng chứa nước qpP

2-3

P là nước mưa, nước mặt (mà sông Hồng là nguồn bổ cập quan trọng)

1.3.3 Phức hệ chứa nước trước Đệ Tứ

1.3.3.1 Phức hệ chứa nước Neogen

Trầm tích Neogen phân bố rộng rãi trong khu vực nghiên cứu, không lộ

ra trên mặt đất, bị tầng chứa nước lỗ hổng vỉa trầm tích sông biển Pleistocen (qp) phủ trực tiếp lên trên Thành phần của tầng bao gồm cuội kết, sét kết, cát kết

Kết quả nghiên cứu 29 lỗ khoan trong phức hệ chứa này cho thấy: phần trên của phức hệ có mực nước thay đổi thường từ 2- 4m, tỷ lưu lượng lỗ khoan thay đổi từ 0,00005l/s.m (LK 116-62) đến 1,63l/s.m (LK809) Các lỗ khoan

có tỷ lưu lượng q < 0,11 l/s.m chiếm 5,28%, các lỗ khoan có tỷ lưu lượng

q biến đổi từ 0,1 l/s.m đến 0,5 l/s.m chiếm 17,2%, các lỗ khoan có tỷ lưu lượng 0,5 l/s.m đến 11 l/s.m chiếm 13,79% và q > 11 l/sm chỉ có 2 lỗ khoan

(LK 4-63 và 809-64)

Chất lượng nước ngầm phức hệ chứa nước này chủ yếu là nước nhạt (M<0,5g/l) loại hình hoá học chủ yếu là Bicacbonat - Canxi, cụ thể kết quả thí nghiệm tại ba lỗ khoan trong phạm vi đới chứa nước đều thấy nước hoàn toàn nhạt nước ngầm trong phức hệ chứa nước này cũng có thể cung cấp nước cho

ăn uống và sinh hoạt quy mô nhỏ, chiều sâu phân bố lớn nên không tiện cho việc khai thác

1.3.3.2 Đới chứa nước khe nứt các thành tạo lục nguyên phun trào Triat (T)

Đới chứa nước này phân bố tương đối rộng và lộ ra ở phần phía Bắc thành phố Hà Nội, trên địa bàn các xã Nam Sơn, Bắc Sơn, Hồng Kỳ, Phù Linh, Một phần xã Trung Dã, Minh Trí, Minh Phú, Xuân Thu

1.3.4 Các thành tạo nghèo nước

1.3.4.1 Lớp cách nước trên

Tầng cách nước phía trên phân bố rộng rãi trong khu vực Đất đá tạo nên tầng cách nước bao gồm sét, sét pha, sét bột, sét bùn màu xám nâu, xám đem Chiều dày từ 2,5 đến 34,5m (LK48) Hệ số thấm trung bình của tầng nhỏ, đạt 0,049 mP

2

P/ngày Vai trò của tầng cách nước này rất quan trọng trong việc bảo

vệ tầng chứa nước Holocen khỏi bị nhiễm bẩn do các tác nhân ngoại sinh

1.3.4.2 Lớp cách nước Pleistocen - Holocen

Đất đá cấu thành nên tầng chứa nước này chủ yếu là sét, sét pha có màu loang lổ, đôi chỗ là sét pha bột sét, sét bùn lẫn thực vật màu xám đen đến đen Tầng cách nước này có diện phân bố rộng, chúng chỉ vắng mặt ở các đới ven sông Tại đây chúng có thể đã bị bào mòn do tác dụng đào lòng của các dòng chảy Chiều dày tầng cách nước này thay đổi mạnh từ 3 - 37,3m (LKLY) Bằng thí nghiệm ngoài thực địa (thí nghiệm thấm nhanh) trong 12 lỗ khoan cho thấy hệ số thấm thay đổi từ 0,0036 - 0,065 m/ngày

Xem sơ đồ Địa chất Thuỷ văn thành phố Hà Nội (Bản vẽ số 1)

1.3 Hiện trạng khai thác nước ngầm

Hiện nay trên địa bàn thành phố Hà Nội nguồn nước cung cấp cho ăn

uống, sinh hoạt và dùng cho các mục đích khác đều lấy từ nước ngầm, chủ

yếu khai thác từ hai tầng chứa nước chính là tầng chứa nước Holocen (qh) và

Pleistocen (qp) Việc khai thác nước với nhiều quy mô và hình thức khác nhau

: khai thác nước tập trung ở các nhà máy nước và một số lỗ khoan lẻ ở các cơ

quan, xí nghiệp, với tổng lượng khai thác trên toàn thành phố khoảng 710.574 mP

3

P/ngày ; và cấp nước quy mô nhỏ cho hộ gia đình bằng các lỗ khoan

đường kính nhỏ với tổng lượng khai thác khoảng 100.000 mP

3

P/ngày, với khoảng 70.000 giếng khoan Cụ thể như sau :

- Các công trình khai thác tập trung

Để đáp ứng cho nhu cầu sử dụng của nền kinh tế thủ đô, nước ngầm đã

được khai thác với lưu lượng ngày càng lớn : năm 1978 các trạm khai thác

nước Hà Nội khai thác khoảng 164.000 mP

3 P

/ngày, đến năm 1983 khai thác khoảng 199.000 mP

tầng chứa nước Pleistocen, trong đó có 20 Trạm do Công ty kinh doanh nước sạch

Hà Nội quản lý, một trạm Hà Đông do tỉnh Hà Tây quản lý

Một số nhà máy khai thác công suất lớn, nên số lượng giếng tương đối

nhiều, ví dụ như : Trạm Yên Phụ có tới 31 giếng, Mai Dịch 22 giếng, Hạ Đình,

Tương Mai 20 giếng, Lương Yên 18 giếng, trạm Khương Trung mới nâng cấp

sửa chữa từ 2 giếng khai thác nên 6 giếng khai thác trong năm 2000 Hiện nay

Công ty kinh doanh nước sạch Hà Nội cũng luôn nâng cấp sửa chữa và tăng số

lượng giếng đang khai thác khoảng 572.240 mP

3 P

/ngày, dưới sự quản lý của Công

ty kinh doanh nước sạch Hà Nội và một trạm do tỉnh Hà Tây quản lý

Một số trạm khai thác nước ngầm của Hà Nội được khai thác từ những

năm 1900, đến nay một số trạm khai thác lớn công suất khai thác đạt 20.000 ữ

/ngày Xem chi tiết trong bảng tổng hợp số liệu khai thác của các trạm khai thác nước trong khu vực Hà Nội (Bảng 2.1)

- Các công trình khai thác lẻ

Hiện nay các con số thống kê cũng chưa đầy đủ, theo các con số thống kê năm 1994 và các số liệu điều tra thu thập được thì hiện nay trong khu vực Hà Nội các công trình khai thác nước riêng lẻ có khoảng 257 giếng khoan và chủ yếu khai thác trong tầng chứa nước Pleistocen, tổng lưu lượng khai thác của các công trình khai thác lẻ khoảng 150.000 mP

3

P/ngày, chế độ khai thác của các giếng lẻ thông thường 3 đến 4 giờ/ngày, hoặc có thể tới 10 giờ/ngày khai thác bằng giếng khoan đường kính nhỏ kiểu UNICEF phục vụ cấp nước gia đình

- Giếng khơi

Trong khu vực Hà Nội ở các huyện ngoại thành còn một số hộ gia đình còn đang sử dụng nước giếng khoan song song với giếng UNICEF, theo kết quả điều tra năm 2001, thấy rằng ở một số thôn xã thuộc huyện Thanh trì, Từ Liêm ngoài giếng UNICEF một số hộ còn sử dụng nước giếng khơiR Rví dụ như

ở xã Yên Sở, Lĩnh Nam, Liên Mạc, Cổ Nhuế…, số lượng giếng khơi còn đang

sử dụng chưa có số liệu thống kê đầy đủ

Tóm lại, trong khu vực Hà Nội nước sử dụng cho ăn uống sinh hoạt hầu hết là nước ngầm, được khai thác từ tầng chứa nước holocen, với dạng công trình khai thác dạng giếng UNICEF, và giếng khơi và tầng chứa nước Pleistocen, với dạng khai thác tập trung qui mô 60 ữ 90.000 m3/ngày, bằng các giếng khoan sâu từ 40.0 ữ 80.0m

Lưu lượng khai thác của các giếng khai thác trong tầng chứa nước Pleistocen đạt khoảng 710.574 mP

3

P/ngày Lưu lượng các giếng kiểu UNICEF và giếng khơi đạt khoảng 100.000 mP

3 P

/ngày

Bảng 1.1 Bảng tổng hợp số liệu khai thác của các trạm khai thác nước trong khu vực Hà Nội

(m) (m Q P

3

P/ ngày)

3

P

/ ngày)

Hđ

(m) (m Q P

3

P/ ngày)

Hđ

(m) (m Q P

3

P/ ngày)

Hđ

(m) (m Q P

3

P/ ngày)

Hđ

(m) (m Q P

3

P/ ngày)

Hđ

(m) (m Q P

3

P/ ngày)

Mực nước động của tầng chứa nước khai thác (tầng chứa nước

Pleistocen) hiện nay sâu nhất là phễu hạ thấp của Hạ Đình và Yên Phụ khoảng 33.0 ữ 34.0m, nông nhất là phễu Gia Lâm khoảng 6.0 ữ 8.0m Do quá trình

khai thác nên mực nước của tầng chứa nước Pleistocen giữa - trên tầng Hà Nội

đã hình thành nên phễu hạ thấp mực nước khu vực Theo kết quả quan trắc

động thái của Liên đoàn ĐCTV- ĐCCT Miền Bắc phễu hạ thấp mực nước

(phía Nam Sông Hồng) có hình elíp trục dài gần song song với Sông Hồng từ

Nhổn đến Ngọc Hồi, trục ngắn vuông góc với sông Hồng từ Yên phụ đến Hà

Đông, trong phễu hạ thấp chung còn hàng loạt các phễu hạ thấp nhỏ liên quan

1.4 Hiện trạng chất lượng nước ngầm khu vực hà nội

Trong những năm gần đây, ngoài việc khai thác nước ngầm tăng lên ồ ạt khó kiểm soát cùng với các hoạt động kinh tế khác, đặc biệt là tốc độ đôR Rthị hoá và tốc độ gia tăng dân số nhanh đã có tác động đến nước ngầm thành phố

Hà Nội Qua một số nghiên cứu gần đây đã thấy nước ngầm Hà Nội đã có nhiều dấu hiệu suy thoái cả chất và lượng, đặc biệt là khu vực phía nam Thành phố Hà Nội nước ngầm Hà Nội có hàm lượng sắt, Mangan cao, đặc biệt là Amoni tại những vùng phía Nam, một số nơi có dấu hiệu của nhiễm bẩn Asen Nhiều khu vực bị ô nhiễm cục bộ gây ảnh hưởng xấu đến đời sống và tâm lý người dân Từ năm 1990, cùng với mạng quan trắc nước ngầm và theo dõi chế

độ khai thác trong các giếng khai thác, đã có một số công trình đi sâu nghiên cứu hiện tượng suy thoái các giếng khoan khai thác, cho phép nghiên cứu sâu hơn về khả năng và mức độ ô nhiễm của nước ngầm cũng như dự báo chất lượng nước ngầm trong khu vực Qua nghiên cứu các tài liệu có thể nhận xét

về chất lượng nước ngầm khu vực Hà Nội như sau :

* Trước năm 1990 nước ngầm tầng chứa nước QpP

2-3 P

trong khu vực Hà Nội có chất lượng đáp ứng các yêu cầu cấp nước cho ăn uống, sinh hoạt, chỉ cần xử lý lọc sắt Các chỉ tiêu về độ pH, hàm lượng các ion Clo, SOR 4 R,R RCa, Mg,

độ cứng, các hợp chất Nitơ, các chất độc hại và các nguyên tố vi lượng, vi khuẩn, độ tổng khoáng hoá đều nhỏ hơn giới hạn cho phép

Vào cuối những năm 70, các tác giả của đề tài cấp nhà nước 44A-05-02

đã nhận định nước ngầm trong tầng chứa nước Pleistocen (Qp) có chất lượng tốt

đáp ứng được nhu cầu làm nguồn cấp cho ăn uống sinh hoạt chỉ cần tiến hành xử

lý sắt Tuy nhiên, một số hợp chất Nitơ đặc biệt là NHR 4 Rtrong một số giếng khai thác nước đã tăng lên cao hơn so với thời điểm trước đó

* Từ năm 1990 đến nay đã có rất nhiều đề tài, dự án kết hợp trong và ngoài nước đã nghiên cứu về chất lượng nước ngầm khu vực Hà Nội Qua các

kết quả nghiên cứu có thể nhận định chất lượng nước ngầm thành phố Hà Nội

như sau :

+ Chất lượng nước ngầm trong tầng chứa nước Holocen (qh) : Nước tàng

trữ trong tầng chứa nước Holocen, ở khu vực Hà Nội là nước nhạt, không áp

hoặc có áp yếu cục bộ, loại hình chủ yếu là Bicacbonat - Canxi hoặc

Bicacbonat - Natri, tổng khoáng hoá thay đổi từ 0.142 ữ 0.584g/l, độ pH thay

đổi từ 3.2 (mùa mưa) đến 8.0 (mùa khô), không có mẫu nào vượt quá tiêu

chuẩn cho phép

- Hàm lượng NHR 4 RP

+ P

trung bình là 8,49 mg/l và biến đổi trong giới hạn rộng, nhiều vùng như khu vực Thanh Trì, Hai Bà Trưng, Thanh Xuân vượt quá

tiêu chuẩn cho phép cần xử lý hàm lượng NOR 3 RP

-P thay đổi từ 0.0 đến 22.0 mg/l (mùa khô, năm 1999) Các điểm có hàm lượng hợp chất chứa Nitơ cao phần

lớn ở khu vực phía nam Hà Nội Tổng hàm lượng sắt thay đổi từ 0.0 ữ 54.89

mg/l, trung bình 19.39 mg/l, nhìn chung khu vực xa sông Hồng có hàm lượng

sắt vượt tiêu chuẩn cho phép, như ở lỗ khoan Q65 (xã Thịnh Liệt - Thanh Trì),

đạt 54.89mg/l, lỗ khoan Q33 (Đông Anh), đạt 45mg/l

- Hàm lượng các Ion như : Cl, SOR 4 , RCa, độ cứng đều nhỏ hơn chỉ tiêu cho phép

- Các nguyên tố vi lượng nhìn chung nằm trong giới hạn cho phép, một

số điểm cục bộ hàm lượng Hg vượt tiêu chuẩn cho phép, đặc biệt tầng bị

nhiễm bẩn cục bộ, đặc biệt nhiều vùng có hàm lượng As vượt quá tiêu chuẩn

cho phép, tuy nhiên nước sau khi lọc hàm lượng As giảm rõ rệt.R

Chất lượng nước, tầng Holocen ở khu vực Hà Nội đều biến đổi theo mùa,

mùa mưa tổng khoáng hoá giảm so với mùa khô lượng biến đổi đó khoảng

440 mg/l Xem chi tiết trong bảng tổng hợp kết quả quan trắc chất lượng nước

tầng chứa nước Holocen khu vực Hà Nội, từ năm 1998 đến năm 1999 (Bảng 1.2)

Bảng 1.2 Bảng tổng hợp kết quả quan trắc chất lượng nước

tầng chứa nước Holocen khu vực Hà Nội

Năm 1998 SHLK Mùa (mg/l) Na (mg/l) K (mg/l) Ca (mg/l) Mg (mg/l) Fe2+ (mg/l) Fe3+ (mg/l) NH (mg/l) Al ClR

R(mg/l) (mg/l) SO4 HCO3 (mg/l) (mg/l) CO3 (mg/l) NO2 (mg/l) NO3 (mg/l) PO4 (mg/l) TĐC (mg/l) SiO2 (mg/l) TDS pH

- Về mặt vi sinh tầng chứa nướcR Rnhìn chung có chất lượng tốt Nhưng đôi

nơi tầng chứa nước này bị ô nhiễm nặng bởi các hợp chất nitơ và vi sinh như ở

khu vực nghĩa trang Văn Điển (hàm lượng Coliform trên

660.000MPN/100ml), có một số nơi gần các bãi rác như bãi rác Tam Hiệp,

Mễ Trì, Bồ Đề có dấu hiệu ô nhiễm bởi kim loại nặng như Hg (hàm lượng

0,4mg/l)

Nguồn cung cấp cho tầng chứa nước Holocen chủ yếu là nước mặt nước

mưa thấm xuống Miền thoát chủ yếu là thoát ra sông hồ, khai thác bằng các

giếng kiểu UNICEF Do đặc tính nằm nông nên tầng chứa nước Holocen dễ bị nhiễm bẩn do tác động của con người

UTóm lạiU : Nước tàng trữ trong tầng chứa nước Holocen, có tổng khoáng hoá và nồng độ các chất trong nước biến đổi theo mùa, độ tổng khoáng hoá

đạt giá trị lớn nhất vào thời kỳ chuyển tiếp giữa mùa khô sang mùa mưa (tháng 3-4) Đó là thời kỳ đầu tiên của quá trình phân huỷ vật chất thuộc chu

kỳ hàng năm Nhưng hàm lượng sắt trong nước có nồng độ cao nhất vào mùa khô, đặc trưng cho quá trình ôxy hoá mạnh mẽ nhất ở tầng nông Như vậy chất lượng nước tốt nhất vào mùa mưa Cần lưu ý bảo vệ nguồn nước khai thác khi làm các công trình khoan đào vào tầng chứa nước

+ Chất lượng nước ngầm trong tầng chứa nước Pleistocen : Tầng chứa nước Pleistocene (qp) là tầng chứa nước quan trọng, không chỉ ở khu vực Hà Nội mà cả khu vực đồng bằng bắc bộ Đây là tầng chứa nước phong phú, diện phân bố rộng, chất lượng tốt, ở khu vực Hà Nội nó bị tầng chứa nước Holocen phủ lên trên Thành phần thạch học chủ yếu là cát cuội sỏi, dựa vào thành phần thạch học và mức độ chứa nước người ta lại chia ra làm 2 tầng nhỏ là

qp1(nằm dưới) và qp2(nằm trên), giữa 2 tầng qp1 và qp2 có 1 lớp sét không liên tục ngăn cách Nước tàng trữ trong 2 tầng chứa nước này có thành phần hoá học tương tự như nhau, do đó có thể xếp chúng thành một tầng chứa nước Tầng chứa nước qp có một số các thông số ĐCTV đặc trưng sau : Nước có áp, lưu lượng khai thác 1.7 ữ9.09l/s, có khi đạt 20.00 ữ 25.0l/s Trị số hạ thấp mực nước S = 1.28 ữ8.61m, có khi tới 12.0 ữ 14.0m Tỷ lưu lượng q = 0.32 ữ4.94 l/s.m có khi đạt 5 - 6l/s.m Hệ số dẫn nước T = 260 ữ1500 m2/ngày

Do nằm sâu và thuộc đới địa hoá khử nên độ tổng khoáng hoá (M) có giá trị lớn nhất vào mùa khô và tiếp tục giảm dần theo chu kỳ hàng năm, nhưng hàm lượng sắt lại tăng vào mùa mưa, khi lưu lượng và mực nước ngầm đạt giá trị lớn nhất, nên chất lượng nước tầng qp tốt nhất vào mùa khô và thời kỳ chuyển tiếp giữa 2 mùa

- Hàm lượng Mangan trung khu vực nhìn chung còn nhỏ hơn giá trị cho

phép (<0.1mg/l), riêng bãi giếng Ngọc Hà, Ngô Sỹ Liên có hàm lượng cao

hơn, đạt 0.9mg/l

- Hàm lượng các nguyên tố vi lượng nhì chung nằm trong dưới hạn cho

phép Tuy nhiên tầng bị nhiễm bẩn cục bộ bởi As có nồng độ As biến đổi từ

0,0015 tới 0,24 mg/l, trung bình là 0,034 mg/l

Bảng 1.3 Bảng tổng hợp kết quả phân tích thành phần hoá học nước ngầm tầng qp khu vực Hà Nội năm 1998-1999

Năm 1998 SHLK Mùa (mg/l) Na (mg/l) K (mg/l) Ca (mg/l) Mg (mg/l) Fe2+ (mg/l) Fe3+ (mg/l) NH (mg/l) Al (mg/l) Cl (mg/l) SO4 HCO3 (mg/l) (mg/l) CO3 (mg/l) NO2 (mg/l) NO3 (mg/l) PO4 (mg/l) TĐC (mg/l) SiO2 (mg/l) pH TDS

Năm 1998 SHLK Mùa (mg/l) Na (mg/l) K (mg/l) Ca (mg/l) Mg (mg/l) Fe2+ (mg/l) Fe3+ (mg/l) NH (mg/l) Al (mg/l) Cl (mg/l) SO4 HCO3 (mg/l) (mg/l) CO3 (mg/l) NO2 (mg/l) NO3 (mg/l) PO4 (mg/l) TĐC (mg/l) SiO2 (mg/l) TDS pH

là vấn đề mang tính thời sự hiện nay

Chương 2

hiện trạng phân bố asen trong nước ngầm

khu vực hà nội

2.1 Tổng quan về Asen và tình hình nghiên cứu asen

2.1.1 Đặc điểm địa hoá của Asen và sự di chuyển của chúng trong

nước ngầm

Trong bảng hệ thống tuần hoàn của Mendeleep, Asen có số thứ tự là 33,

thuộc phân nhóm 5, trọng lượng nguyên tử là 74,91 Khi ở nhiệt độ 25oC,

Asen có tỷ trọng 5,73 g/cm3 Đây là nguyên tố chuyển tiếp gần giống như

Phosphor nhưng tính kim loại mạnh hơn tính á kim Asen có 2 đồng vị là :

Asen 75 (đồng vị bền) và Asen 78 (đồng vị phóng xạ) với chu kỳ bán huỷ rất

ngắn (T1/2 = 26,8 giờ) Thông thường Asen tồn tại ở 4 dạng biến thể kết tinh và

2 biến thể ẩn tinh Trong đó, bền vững là các biến thể kết tinh còn gọi là Asen

kim loại hay Asen xám

Asen kim loại có đặc tính là khi bị đốt nóng đến 615,5P

PC dưới áp suất cao là 35,8 at

Trong khí trời Asen kim loại dễ bị ôxy hoá tạo thành Anhydrit Asen theo

phương trình : As + OR 2 R = AsR 2 ROR 5

Asen trắng tồn tại dưới dạng một chất bột màu trắng, mịn và có mùi tỏi

sặc sụa, độc mạnh đối với sự sống

Khi tồn tại ở dạng hợp chất axit Asen nic (HR 3 RAsOR 4 R) thì chúng có thể

được dùng trong y tế với một liều lượng nhất định như một loại thuốc trị bệnh

Còn khi tồn tại ở dạng Hydro Asenua AsR 2 RHR 3 R (Asin) thì nó lại thể hiện là một

chất khí không màu, không mùi, không vị nhưng rất độc cho sự sống Asenit

và Asenat Canxi là chất bột màu trắng hay xám chứa 40 - 62% AsR 2 ROR 3 R chúng

gần như không tan trong nước và cũng là một chất độc mạnh Chúng được dùng làm thuốc bảo vệ cây ăn quả

Trong tự nhiên, Asen tồn tại dưới dạng hợp chất Hiện nay, người ta đã tìm thấy hơn 1500 hợp chất có chứa Asen, trong đó có gần 400 hợp chất khá bền vững trong tự nhiên Khi kết hợp với các nguyên tố khác Asen có thể mang hoá trị +5, +3, +2 và -3 Trong nước ngầm thường gặp Asen có hoá trị +3 và hoá trị +5 Theo "Environmental protect of America" thì nhiều hợp chất

của Asen có khả năng kết tụ bền vững trong không khí, đất và nước

Trong nước ngầm, Asen chủ yếu dịch chuyển dưới dạng ion mang hoá trị +3 và +5 mà điển hình là các ion HAsOR 4 RP

-2

P và HAsOR 4 RP

-3

P Hàm lượng của các ion đó phụ thuộc vào loại hình quặng, điều kiện nhiệt động, điều kiện địa hoá cảnh quan (thế ôxy hoá - khử, độ pH)

Nồng độ Asen trong nước ngầm nói chung không quá 0,1 mg/l Trong nước ngầm ở địa tầng nguồn núi lửa và của đá sét, hàm lượng Asen có thể đạt 0,1 - 0,2 mg/l, trong nước ở các mỏ có tính axit và trong nước tầng sâu của đới dập vỡ cấu tạo khu vực chảy ra thì nồng độ Asen có thể tới mấy chục mg/l Asen là nguyên tố thay đổi hoá trị trong các môi trường oxy hoá khử khác nhau, Asen có 4 trạng thái hoá trị +5, +2, 0, -3 Chất AsR 2 RSR 5 R và AsR 2 ROR 3 R đều có thể tan trong nước tự nhiên và có thể hình thành nồng độ vượt tiêu chuẩn Trong môi trường oxy hoá, Asen ở trạng thái hoà tan ổn định là HR 2 RAsOR 4 RP

-P, HAsOR 3 RP

P

, BaP 2+

P vì muối Asenat của chúng là các hợp chất khó tan, ngoài ra muối Asenat có thể

bị hydroxit hoá sắt, hydroxit nhôm, sét hấp phụ, cùng muối photphat và

sunfua kim loại hình thành cùng lắng chìm, trong mỏ trầm tích hàm lượng

Asen có thể tới 300 mg/l

Nước ô nhiễm Asen được hiểu là nước có hàm lượng Asen cao hơn tiêu

chuẩn cho phép đối với mục đích sử dụng Nói cách khác, do hàm lượng Asen

cao nên chất lượng của nước bị xấu đi không đảm bảo yêu cầu sử dụng Từ

năm 2002 trở về trước, tiêu chuẩn Việt Nam quy định nước có hàm lượng

Asen lớn hơn 0,05 mg/l là ô nhiễm (nhiễm bẩn), còn có hàm lượng Asen <

0,05 mg/l là nước đảm bảo tiêu chuẩn ăn uống và sinh hoạt Song từ giữa năm

2002 trở lại đây, Việt Nam đã hạ ngưỡng giới hạn hàm lượng Asen trong nước

ăn uống, sinh hoạt xuống mức 0,01 mg/l, bằng tiêu chuẩn của WHO và một số

(FeAsS), AsR 2 ROR 3 R, FeAsR 2 R và khoáng vật CoAsR 2 R v.v Hàm lượng Asen trong đá

là 0,5 - 15 mg/kg Trong đó, hàm lượng Asen trong trầm tích sét là lớn nhất,

trong sét trầm tích biển sâu và trong đá sét, hàm lượng Asen có thể tới 10

mg/kg Sự phong hoá của đá và khoáng vật có thể giải thoát ra một lượng nhỏ

Asen vào môi trường Các hoạt động công nghiệp của con người thải vào môi

trường lượng Asen bằng khoảng 3 lần do phong hoá sinh ra Asen còn có

trong các loại thuốc nông dược như thuốc trừ sâu, diệt cỏ, diệt khuẩn, thuốc

bảo quản hạt giống, thuốc lấy màu trong sản xuất thuỷ tinh, chế tạo hợp kim,

nguyên liệu điện tử, chế tạo y dược v.v Các công nghệ kể trên và trong sản

xuất nông nghiệp đều thải ra môi trường, có thể gây ra ô nhiễm Asen Các

chất thải do hoạt động kỹ thuật của con người thải vào môi trường có thành

phần Asen, chúng có khả năng kết hợp với nhiều nguyên tố nên có thể gặp

Asen ở nhiều dạng, nhiều khoáng vật và ở nhiều nơi trong địa quyển cũng như

trong thuỷ quyển Chúng có khả năng tồn tại và chuyển trạng thái hoá trị từ dạng này sang dạng khác phụ thuộc vào điều kiện môi trường Mặt khác, các tầng đất

đá chứa nước cũng có thể là các tầng chứa các khoáng vật là các hợp chất của Asen Đây cũng là nơi luôn xảy ra các phản ứng hoá học có thể giải phóng Asen

và để từ đó đi vào môi trường nước khi điều kiện môi trường cho phép

Như vậy, vấn đề đặt ra là cần làm sáng tỏ mối quan hệ giữa Asen với thành phần khoáng vật của đất đá, với các đặc điểm về địa chất thuỷ văn để từ

đó chỉ ra mối quan hệ liên quan đến sự hình thành của nó trong nước ngầm

2.1.2.1 Mối quan hệ của Asen với cấu trúc và thành phần của đất đá

Như chúng ta đã biết, đá là một tập hợp các khoáng vật, còn khoáng vật lại là tập hợp của các nguyên tố hoá học Chính vì vậy, việc nghiên cứu mối quan hệ của Asen với cấu trúc và thành phần đất đá cũng có thể được bắt đầu

từ việc nghiên cứu về hàm lượng của nguyên tố Asen trong thành phần của các

đất đá và khoáng vật tạo đá trong tự nhiên

a Những khoáng vật chủ yếu chứa Asen

Theo Arehart và nnk, Asen có mặt trong nhiều khoáng vật, nhưng chủ yếu trong khoảng 200 khoáng vật chính có hàm lượng Asen cao Các khoáng vật khác ít gặp hoặc có hàm lượng thấp Trong các khoáng vật đó, Asen tồn tại dưới dạng Asen nguyên tố, Sunfua, Oxit, Asenat và Asenit

Danh sách một số khoáng vật thông thường có chứa Asen được thể hiện ở

bảng 2.1

Bảng 2.1 Các khoáng vật chứa Asen

(Theo Arehart và nnk)

vôi, cùng với suối nước nóng

nhiệt, suối nước nóng

TT Tên khoáng vật Công thức khoáng vật Nguồn xuất hiện

7 Tennantite (Cu,Fe) R 12 R As R 4 R S R 13 Mạch thuỷ địa nhiệt

hoá của khoáng vật Asenopyrite, As tự nhiên và các loại As khác

của khoáng vật Asenopyrite và các loại As khác

11 Scorodite FeAsO R 4 R 2H R 2 R O Khoáng vật thứ sinh

12 Annabergite (Ni,Co) R 3 R (AsO R 4 R ) R 2 R 8H R 2 R O Khoáng vật thứ sinh

13 Hoesnesite Mg R 3 R (AsO R 4 R ) R 2 R 8H R 2 R O Khoáng vật thứ sinh, sự nấu chảy của các chất thải

14 Hâemtolite (Mn,Mg) R 4 R Al(AsO)(OH) R 8

15 Conichalcite CaCu(AsO R 4 R )(OH) Khoáng vật thứ sinh

16 Pharmacosiderite Fe R 3 R (AsO R 4 R ) R 2 R (OH) R 3 R 5H R 2 R O Oxi hoá sản phẩm của Asenopyrite và các khoáng

vật As khác

b Hàm lượng Asen thường gặp trong một số khoáng vật hoặc loại đá

Không chỉ phụ thuộc vào những hợp chất chính nêu trên, Asen còn phụ

thuộc vào các khoáng vật tạo đá Asen hoá học hình thành có liên quan chặt

chẽ với khoáng vật Lưu huỳnh - một nguyên tố có hàm lượng lớn trong các

khoáng vật Sunfua, Pyrit Chúng thường có hàm lượng cao trong các khoáng

vật đó Trong khoáng vật Pyrit, có khi chúng đạt tới vài chục gam trong một

kilogam Các loại quặng Cacbonat, Silicat chứa Asen với hàm lượng thấp, chỉ

vài miligam trong một kilogam hoặc không đáng kể

Hàm lượng Asen trong một số loại đá và khoáng vật tham khảo tại

Tên tác giả

nghiên cứu

Thời gian (năm)

TT Tên đá hoặc

khoáng vật

Hàm lượng thường gặp (mg/kg)

Tên tác giả

nghiên cứu

Thời gian (năm)

(Nguồn : Báo cáo nghiên cứu xác định sự tồn tại, nguồn gốc, quy luật phân bố của Asen trong đất và trong nước của thành phố Hà Nội - Cục Quản

lý Tài nguyên nước - Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2004)

Theo bảng trên ta thấy hàm lượng Asen cao cũng tìm thấy trong các oxit khoáng vật và trong các hydroxit kim loại Chúng tham gia trong cấu trúc khoáng vật Khi khoáng vật Sắt oxit bị oxy hoá, chúng sẽ cung cấp một lượng sản phẩm giàu Asen Sự hấp thụ Asenat bởi các hydroxit Fe rất mạnh, chúng xảy ra cả khi hàm lượng Asen rất nhỏ (Goldberg, 1986) Asen cũng thường bị hấp thụ bởi các hạt sét và bề mặt của các khoáng vật Canxit (Goldberg và Claubig, 1998)

Hàm lượng Asen trong khoáng vật photphat cũng rất khác nhau, chúng

có thể đạt được giá trị cao đến 1000 mg/kg Mặt khác, khoáng vật photphat rất

giàu Asen nên có mặt phong phú trong các trầm tích

c Hàm lượng Asen trong một số loại đá chính

Trong đá macma hàm lượng Asen thường thấp Hàm lượng của chúng

trong đá này trung bình khoảng 1,5 mg/kg Trong đá khác nhau chúng có giá

trị khác nhau nhưng không lớn hơn 5 mg/kg

Trong đá biến chất hàm lượng Asen nằm trung gian giữa đá macma và đá

trầm tích Hầu hết các đá này chứa khoảng 5 mg/kg hoặc lớn hơn (trong

quaczit là 5,5 mg/kg ; trong aphibon và đá xanh là 6,3 mg/kg)

Trong đá trầm tích hàm lượng Asen thường đạt từ 5 - 10 mg/kg (Webster,

1999), đặc biệt trong thành phần đá phiến sét hàm lượng Asen có thể lên tới

174 mg/kg

Trong trầm tích bở rời (chưa gắn kết) hàm lượng Asen trong các thành

tạo rất khác nhau và đáng được lưu ý Bùn và sét thường có hàm lượng Asen

cao (khoảng 6,5 mg/kg) ; cát và cacbonat thường có hàm lượng nhỏ hơn 2,9

mg/kg Tuy nhiên, giá trị thường gặp khoảng từ 3 - 10 mg/kg

Tuỳ thuộc vào kích thước hạt và thành phần khoáng vật mà hàm lượng

Asen có sự thay đổi khác nhau Chúng thường có giá trị cao khi trong các trầm

tích đó có pyrit và oxyt sắt

Tham khảo bảng 2.3 về hàm lượng Asen trong một số loại đá điển hình

Bảng 2.3 Hàm lượng Asen trong một số loại đá điển hình

hướng tích tụ Asen trong quá trình phong hoá Trong môi trường khí hậu khô, các hợp chất Asen thường tồn tại ở dạng ít linh động Còn trong điều kiện khí hậu ẩm ướt, các khoáng chất của Asen Sunlfur hoà tan và bị rửa trôi Lượng Asen trong đất chuyển vào nước khoảng 5 - 10% tổng hàm lượng của nó trong đất

Từ những nghiên cứu trên ta có thể đi đến kết luận : Hàm lượng Asen

trong cấu trúc, thành phần của đất đá luôn có liên quan chặt chẽ đến sự hình thành của nó trong nước ngầm

2.1.2.2 Mối quan hệ của Asen với đặc điểm địa chất thuỷ văn

Cũng theo tác giả Đỗ Văn ái thì trong nước ngầm Asen tồn tại chủ yếu dưới dạng HR 3 RAsOR 4 RP

-1

P (trong môi trường pH axit đến gần trung tính) ; HAsOR 4 RP

-2 P

(trong môi trường kiềm) Hợp chất HR 3 RAsOR 3 R được hình thành chủ yếu trong

môi trường oxy hoá - khử yếu Các hợp chất của Asen với Na có tính hoà tan rất cao, còn những muối của Asen với Ca, Mg và các hợp chất Asen hữu cơ trong môi trường pH gần trung tính và nghèo Ca thì độ hoà tan kém hơn các hợp chất Asen hữu cơ, đặc biệt là Asen - Axit Fulvic rất bền vững, có xu thế tăng theo chiều tăng của độ pH và tỷ lệ Asen - Axit Fulvic Các hợp chất của

AsP

5+

P được hình thành theo phương thức này Phức chất Asen như vậy có thể chiếm tới 80% các dạng hợp chất Asen tồn tại trong nước ngầm Asen trong nước ngầm thường tập trung cao trong kiểu nước Bicacbonat, như Bicabonat

Cl, Na, B, Si Nước ngầm trong các vùng trầm tích núi lửa, một số khu vực quặng hoá nguồn gốc nhiệt dịch, mỏ dầu - khí, mỏ than thường giàu Asen

Từ những nghiên cứu trên cho ta thấy môi trường địa chất có liên quan và quyết định tới sự hình thành và dạng tồn tại của Asen trong nước ngầm, mà môi trường địa chất bao giờ cũng có quan hệ chặt chẽ với các đặc điểm về địa chất thuỷ văn

a Giả thuyết Asen bị oxy hoá

Trong các thành tạo địa chất từ trước, cùng với quá trình hình thành, phát triển và biến đổi của trầm tích, Asen cũng được tích luỹ và chứa một cách tự nhiên trong các đất đá đó Các vật chất giàu quặng Asen bị phá huỷ rửa trôi và lắng đọng cùng các thành tạo khác Chúng được các quá trình địa chất, địa chất thuỷ văn,

điều kiện địa hoá môi trường bảo tồn trong trầm tích Điều kiện bảo tồn các quặng này càng tốt nếu đất đá ngập nước càng lâu và nước càng ít có điều kiện trao đổi, vận động Lúc đó, nước trong các trầm tích này chưa có hàm lượng Asen cao vì các khoáng vật chứa Asen vẫn đang bền vững, chưa bị rửa lũa, hoà tan

Khi mực nước ngầm vì lý do nào đó bị hạ thấp (quá trình biển thoái, quá trình khai thác nước, hoạt động kiến tạo trẻ, quá trình ngăn chặn nguồn cung cấp của tầng chứa nước ) thì mực nước bị thay đổi Môi trường chứa khoáng vật đang là điều kiện khử trở thành môi trường oxy hoá Oxy có điều kiện tiếp

xúc với quặng và oxy hoá quặng giàu Asen tạo nên Asen ở dạng các ion dễ tan trong nước Lúc đó, hàm lượng Asen trong nước sẽ tăng lên

Điều này càng được khẳng định rõ ràng hơn tại khu vực phía Nam thành phố Hà Nội Hầu hết các mẫu có hàm lượng Asen đều nằm trong tầng chứa nước Holocen có chiều sâu phân bố từ 4 - 40m ; đặc biệt tập trung ở các mẫu nằm trong lớp cát hạt mịn đến hạt trung màu nâu vàng Thành phần hoá học các mẫu nước thường là Bicacbonat - Natri và Bicacbonat - Clorua Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy các tầng chứa nước trên hầu hết đều bị phủ bởi một lớp đất sét, sét pha, chúng lại phân bố ven sông và có quan hệ thuỷ lực với sông, do mực nước trong sông dao động kéo theo mực nước của các tầng chứa nước này bị dao động theo làm cho oxy có điều kiện tiếp xúc với các khoáng vật giàu Asen nằm trong lớp sét phía trên, các khoáng vật này bị oxy hoá giải phóng ra Asen, làm tăng cao hàm lượng Asen trong nước của tầng này

b Giả thuyết phản ứng khử

Giả thuyết Asen bị oxy hoá giải thích được sự tăng cao của Asen trong nước ngầm ở môi trường oxy hoá Tuy nhiên, nó không giải thích được sự tăng cao hàm lượng của Asen ở những chỗ có chiều sâu lớn và thiếu không khí

Để giải thích hiện tượng này nhà địa chất người Anh tên là Ross Nickson

đã đưa ra ý kiến cho rằng sự tăng cao của hàm lượng Asen không phải do oxy

từ không khí oxy hoá mà là do phản ứng khử tự nhiên xảy ra ngay trong lớp trầm tích Trong quá trình bị rửa trôi các hydroxit sắt trên thượng nguồn chứa nhiều thành phần Asen tích tụ thành trầm tích Trong điều kiện khử, chúng bị hoà tan dưới tác động của các chất hữu cơ có sẵn trong đất đá

c Giả thuyết sinh hoá vi khuẩn

Theo Le Blanc cho thấy nguồn nước mặt thoát ra từ các hầm mỏ có chứa các kim loại nặng, trong điều kiện môi trường có độ pH thấp (pH = 2,5 - 3,5) Trong nước đó có hàm lượng Asen rất cao từ 100 - 300 mg/l Do có mặt các vi khuẩn nhóm Stromatolytique chúng kết hợp với Asen

Quá trình đó làm cho Asen có mặt trong nước ngầm, trong đất với hàm lượng lớn Ông giải thích thêm, khi oxy hoá các quặng sulfua kim loại trong nước mặt tạo ra axit sunfuric và các kim loại Chính các sunfuric đó lại tác

động ngay lên kim loại để tạo nên các Sulphat Asen và Sulphat sắt hoà tan vào nước Điều này giải thích một cách thuyết phục sự ô nhiễm Asen trong các tầng chứa nước ngầm

2.1.2.3 Mối quan hệ với các nguyên tố khác

Ta biết rằng Asen tồn tại phụ thuộc vào nhiều yếu tố Trong đất và nước cũng vậy, nó tồn tại phụ thuộc không những vào điều kiện môi trường (Eh,

pH, chiều sâu, đặc điểm thạch học ) mà còn tương tác với các yếu tố khác Sự tương tác đó là có quy luật hoặc không rõ quy luật Để nghiên cứu các mối quan hệ đó, đồng thời với việc phân tích Asen, trong khuôn khổ của luận văn này chúng tôi mới chỉ tiến hành phân tích mối quan hệ với các chỉ tiêu : hàm lượng sắt, hàm lượng mangan và độ pH

2.1.2.4 Mối quan hệ với các hoạt động phát triển kinh tế - xã hội

Hiện nay, có một số ý kiến cho rằng hàm lượng Asen trong nước ngầm tăng cao là do hoạt động phát triển kinh tế - xã hội, hay nói cách khác là do quá trình hoạt động của con người Quá trình hoạt động của con người sẽ thải

ra môi trường những chất thải Những chất thải đó được đưa ra môi trường dưới nhiều hình thức, nhiều dạng như : khí thải, nước thải, chất thải rắn, rác thải, chất thải y tế, chất thải công nghiệp, dư lượng thuốc trừ sâu và bảo vệ thực vật trong các chất thải đó có Asen Asen từ các nguồn đó được nước hoà tan rửa trôi và xâm nhập vào các tầng chứa nước

Hiện nay, người ta đã chứng minh rằng nguồn gốc chủ yếu của Asen trong nước ngầm là tự nhiên Nghĩa là Asen trong các tầng chứa nước được hình thành chủ yếu do các khoáng vật chứa Asen có trong đất, khi có điều kiện thuận lợi sẽ đi vào trong nước làm ô nhiễm nguồn nước Các nhân tố