-----------------------

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

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

rầ

ả l ậ vă

ị Ma


MỤ


ước ngầm khu vực nghiên cứu .................... 28
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


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

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

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

1


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

tồ tạ của

tro

ước

ầm

sen là một á kim màu xám trắng, mùi tỏi, khối lượng riêng d=5,7g/cm3, nhiệt
độ nóng chảy là 810o (p = 30 atm) và nhiệt độ sôi là 613oC [7].

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

3


Dạng tồn tại của asen phụ thuộc chủ yếu vào p
trong môi trường mang tính oxi hóa,
trong khi ở p

cao hơn,

2AsO4

-

và thế oxy hóa khử, ví dụ

chiếm ưu thế ở p


và có hại cho môi trường và sức khỏe con người. Trong đó asen được xem là một
chất có độc tính cao hàng đầu. sen rất khó bị phá hủy và chỉ có thể chuyển nó thành
các dạng khác hoặc chuyển thành hợp chất không tan trong liên kết với các nguyên tố
khác như sắt, lưu huỳnh. goài ra, canxi, magie, bicacbonat, clo, và sunfat cũng được
tìm thấy có liên kết với asen trong nước ngầm.

ộc tố và các chất gây ung thư của

asen phụ thuộc vào trạng thái oxi hóa và dạng hóa học của nó.

sen vô cơ thường

độc hơn asen hữu cơ (trừ MM ( ) và DM (V)), các dạng hóa trị 3 nguy hiểm hơn
so với dạng hóa trị 5 [41]. senit được xem là độc hơn asenat gấp 10 lần và 70 lần so
với MM (V) và DM (V). ộc tính của các dạng asen được sắp xếp theo thứ tự sau:
asenit > asenat > mono-metyl-asenat (MMA) > dimetyl-asenat (DMA) [15].
ộc tính của

s đối với động vật có vú liên quan đến sự hấp thụ và thời gian

tích lũy của nó trong cơ thể, và độc tính này biến đổi tùy theo dạng tồn tại của asen.
ộc tính của asen cũng liên quan đến độ tan của các hợp chất chứa asen trong nước.
s( ) thường độc hơn s(V) rất nhiều. senat được hấp thụ dễ dàng và cũng bị loại
bỏ nhanh chóng, chủ yếu qua đường nước tiểu.

4

senit cũng được hấp thụ dễ dàng



đường), ảnh hưởng đến thần kinh, sinh sản và sự phát triển.

hững tác động này tùy

thuộc vào thời gian phơi nhiễm và liều lượng đáp ứng của từng người.
ơ chế gây độc của

s( ) là tác dụng lên nhóm Sulphydryl (-S ), làm ức

chế hoạt động của enzym trong chu trình axit citric.

5


ác enzym sản sinh năng lượng của tế bào trong chu trình axit citric bị ảnh
hưởng rất lớn. Enzym bị ức chế do việc tạo phức với
sinh phân tử

s( ), làm ngăn cản sự sản

TP. Do asen có tính chất hóa học tương tự với photpho, nên chất này

có thể thay thế photpho ở một số quá trình hóa sinh. Trong quá trình tạo thành

TP

(ademosine triphoglyphate) Sự có mặt của s sẽ gây trở ngại cho sự hình thành 1,3 –
diphotphoglycerate và cho ra sản phẩm 1 – arseno – 3 – photphoglycerate gây hiệu
ứng xấu cho cơ thể.
uá trình tạo TP bình thường theo phương trình:


Tiểu đường
Tăng huyết áp
Rối loạn
tiêu hóa

1.2. ì

ì

1.2.1. Ô

ễm

ô

Ô nhiễm

ễm

ô

p ơ

ễm

Có

Không


2,9%
9
7,9%
13
10,5%

829
97,1%
105
92.1%
111
89,5%

854
100%
114
100%
124
100%

ễm
tro

ở
ước

ệt am v
ầm tr

ế

Sự ô nhiễm

s trong nước ngầm quy mô lớn có nguồn gốc tự nhiên, thường

được tìm thấy ở hai loại môi trường: nội địa hoặc lưu vực kín ở các khu vực khô cằn
hoặc bán khô cằn; trong các tầng chứa nước có tính khử mạnh. Cả hai môi trường
đều có chứa trầm tích trẻ và ở các vùng đồng bằng thấp trũng, nơi có lưu lượng dòng
chảy ngầm thấp. Về mặt lịch sử, đây là tầng nước ít bị rửa trôi và s được giải phóng
từ trầm tích có thể được tích lũy ngay tại tầng nước này.

ước ngầm giàu

s cũng

được tìm thấy ở các vùng địa nhiệt, một số vùng có hoạt động khai thác khoáng sản
và nơi xảy ra quá trình oxy hóa khoáng sunfua [35].
Xét về số lượng người bị phơi nhiễm, vấn đề As ở Bangladesh và Tây Bengal
trong các tầng ngậm nước và bồi tích phù sa châu thổ được phát hiện là nghiêm trọng
nhất trên toàn cầu.

àm lượng

s trong nước ngầm dao động trong khoảng rộng từ



Achentina

2.000.000

100–1000

50

Bangladesh

50.000.000



50

ài Loan

200.000

10–1820

10

Việt Nam

>10.000.000

1–3050

10

Tây Bengan, Ấn ộ

Tại

ài Loan hàm lượng

các vùng ven biển phía Tây

s cao trong nước được ghi nhận ở hai khu vực:

am và

Romania.

9


Trong khoảng thời gian từ 2003 đến 2005, Trung Quốc đã có khoảng 10,000
người bị nhiễm độc As mãn tính do sử dụng nước uống từ nước ngầm có nồng độ As
cao và do đốt than giàu As. Vụ nhiễm độc

s đầu tiên ở Trung Quốc được ghi nhận

tại thành phố Kuitun, vào năm 1983. ác cuộc điều tra đã ghi nhận ở lưu vực sông
thuộc miền Bắc Trung Quốc có nồng độ As trong các tầng chứa nước ngầm thường
trên 10µg/L.
guyên nhân người dân Mỹ Latinh bị phơi nhiễm As trong nhiều năm qua là
do sử dụng thực phẩm và nước uống có chứa

s. ầu thế kỷ 21 đến nay, có 15 trong

số 20 quốc gia Mỹ Latinh đã phát hiện trong nguồn nước mặt và nước ngầm có hàm
lượng s cao. Ước tính khoảng 4,5 triệu người Mỹ Latinh tiếp xúc với nước uống có
hàm lượng As trên 50µg/L và 14 triệu người sử dụng nước có hàm lượng 10µg/L
[45].
1.2.2.

ệ trạ

ô

ễm

đồng bằng sông Mê Kông, tác giả Johanna (2008) đã tiến hành lấy mẫu phân tích ở
112 giếng. Kết quả cho thấy 22% mẫu có nồng độ As trên 10µg/L và 69% mẫu có
nồng độ Mn vượt tiêu chuẩn (0,4mg/L) [29]. Một cuộc khảo sát khác của Merola
(2015) ở tỉnh

ồng Tháp cho thấy 53% số giếng nghiên cứu (36/68 giếng) có hàm

lượng As lớn hơn tiêu chuẩn của WHO (10µg/L) [40, 49].
Vùng đồng bằng sông Hồng là khu vực bằng phẳng trên mực nước biển 5-8m.
Nó có một lịch sử phát triển địa chất khá phức tạp với sự di chuyển lên xuống, hiện
tượng biển tiến, sự xói mòn và hoạt động của các dòng chảy mà hình thành đồng
bằng bồi tích phù sa. Kết quả của những quá trình địa chất là lớp trầm tích

ệ Tứ

tương đối dày (50 - 90m tại Hà Nội), chứa nhiều chất hữu cơ, tạo điều kiện cho quá
trình giải phóng As từ trầm tích ra nước ngầm [13]. Trung tâm nghiên cứu Công nghệ
Môi trường và Phát triển Bền Vững, trường
khoa học thuộc Viện Khoa học và Công nghệ

ại học Quốc gia Hà Nội cùng các nhà
ước, Thụy Sĩ đã phối hợp tiến hành

khảo sát trên toàn bộ khu vực đồng bằng sông Hồng với tổng số 512 mẫu nước giếng
khoan và kết quả phân tích cho thấy hàm lượng As nằm trong khoảng rất rộng, từ
dưới 0,5µg/L cho tới trên 800µg/L. Khu vực có nồng độ As cao tập trung chủ yếu tại
vùng bờ trái sông Hồng, xuyên qua một số tỉnh đông dân như
Nội,

am


s trong nước ngầm từ 1-330µg/L, khoảng 40% những

mẫu này có chứa nồng độ s cao hơn hướng dẫn của WHO (10µg/L) [38].
Ngoài ra, Nguyễn Vân Anh và cộng sự (2009) đã tiến hành nghiên cứu ở tỉnh
Hà Nam và phát hiện sự ô nhiễm

s trong nước ngầm ở bốn xã (Vĩnh Trụ, Bồ

ề,

Hòa Hậu, hân ạo) nơi mà người dân sử dụng nước ngầm làm nguồn nước ăn uống
chính. Nồng độ As ở ba xã Vĩnh Trụ, Bồ

ề, Hòa Hậu được xác định vượt quá tiêu

chuẩn nhiều lần với hàm lượng trung bình tương ứng là 348; 211 và 325µg/L. Mặc
dù đã loại bỏ được 90% As bởi hệ thống lọc cát nhưng hàm lượng As sau lọc vẫn cao
hơn tiêu chuẩn (10µg/L). Các kết quả điều tra đánh giá rủi ro của việc sử dụng nước
ngầm ô nhiễm As cho thấy hơn 40% số người sử dụng nước ngầm đã qua xử lý (lọc
cát) vẫn có nguy cơ nhiễm độc mãn tính và ung thư cao [48].
Kết quả tổng hợp của UNICEF từ 2001–2004 ở một số tỉnh thuộc khu vực
đồng bằng sông Hồng được thể hiện trong bảng dưới đây:

12


Bảng 1.3. Kết quả phân tích As do UNICEF hỗ trợ (2001–2004) [7]

ịa đ ểm


Hà Tây

180891

1368

338

24,7

147933

3384

310

9,2

Nam ịnh

42933

605

104

7,2

Hải Dương

1.3.

ặc đ ểm óa lý của ước

1.3.1. ặc đ ểm óa lý của ước

ầm l

q a đế

ựô

ễm

ầm

ước ngầm được tạo nên do nước mưa và hơi nước thấm vào trong lòng đất
và được giữ lại trong các tầng chứa nước nằm xen kẽ với các tầng không thấm nước.
Do nước thấm qua các tầng đất đá, cát sỏi giống như quá trình lọc qua các vật liệu lọc
nước nên nước ngầm có hàm lượng chất lơ lửng thấp. Các tầng chứa nước thường có
chứa các khoáng chất và quá trình rửa lũa hòa tan các khoáng này làm bổ sung các
nguyên tố kim loại, đặc biệt là sắt và mangan vào nước ngầm.

àm lượng các

nguyên tố kim loại trong nước ngầm phụ thuộc vào đặc điểm địa chất của từng khu
vực. Có những nơi nước ngầm rất sạch, hàm lượng các kim loại không vượt quá tiêu

13



Chứa nhiều chất khoáng hoà tan, chủ yếu là sắt, mangan, canxi, magie, flo.
ể đánh giá chất lượng của nước ngầm cần dựa vào một số tính chất cơ bản

của nước ngầm như:
 Tính chất vật lý
Nhiệt độ nước ngầm thường tương đối thấp, đặc biệt là nhiệt độ nước ngầm
tầng sâu trong khoảng 7 - 120C. Trong một số trường hợp, nước ngầm có nhiệt độ
cao tới 70 - 800 (nước khoáng) chỉ thích hợp sử dụng cho những mục đích đặc biệt.
Nhìn chung nhiệt độ của nước ngầm không thích hợp với mục đích cấp nước sinh
hoạt và cung cấp cho cây trồng. Nếu nhiệt độ nước ngầm thấp hơn 300C hoặc cao
hơn 350C khi sử dụng cần phải thông qua xử lý.

ể xử lý tăng nhiệt độ, nước ngầm

từ giếng bơm lên được trữ lại trong bể để hâm nóng dưới ánh mặt trời. ể giảm nhiệt
độ nước ngầm chỉ cần trữ trong các bể ở nhiệt độ thường để nước ngầm tỏa nhiệt [3].

14


ộ đục của nước ngầm tùy thuộc vào chất khoáng hòa tan trong nước, hàm
lượng các hỗn hợp cơ học, các chất hữu cơ và các chất keo.

ộ đục nước ngầm nhìn

chung rất nhỏ và thường thuộc loại nước trong suốt.
Màu của nước ngầm phụ thuộc vào thành phần hóa học và sự có mặt của các
chất hòa tan. Phần lớn nước dưới đất đều không có màu nhưng trong một số trường
hợp như nước cứng thường có màu phớt xanh da trời, các hợp chất humic hữu cơ làm

oxy và ánh sáng nên vi sinh vật yếm khí hoạt động mạnh, chi phối nhiều đến thành

15


phần hóa học của nước ngầm. Vì vậy thành phần hóa học của nước ngầm chứa nhiều
chất có nguồn gốc vi sinh vật.
Kiểu hoá học và tính chất cơ bản của nước do các hợp phần sau quyết định:
Cl–, SO42–, HCO3–, CO32–, Na+, Ca2+, Mg2+. ác hợp chất của nitơ và các nguyên tố
khác như K, Si, Fe, Al, đây là những nguyên tố phổ biến rộng rãi trong vỏ Trái đất và
trong những điều kiện thiên nhiên nhất định. Sự có mặt với nồng độ khác nhau của
các thành phần này sẽ hình thành những kiểu nước ngầm đặc trưng khác nhau như
nước nhạt, nước lợ và nước khoáng hóa.
ác khí phổ biến nhất trong nước ngầm là oxy (O2) và cacbonic (CO2),
sunfuahydro (H2S), hydro (H2), metan (CH4), cacbua hydro nặng, nitơ (N2) và các khí
hiếm. Oxy trong nước ngầm chủ yếu có nguồn gốc khí quyển.

àm lượng oxy hòa

tan trong nước ngầm từ 0 đến 15mg/L và được phát hiện chủ yếu trong nước ngầm
của đới thông khí. Khi p

< 5,5, trong nước ngầm thường chứa nhiều khí O2.

là khí có tính ăn mòn kim loại và ngăn cản việc tăng p

ây

của nước. Thường nước


16


đất – nước – khí – vật chất sống. Yếu tố tác động quan trọng dẫn đến sự phá hủy các
cân bằng của hệ thống trên là các nhân tố bên ngoài đặc biệt là các vận động kiến tạo.
Một số loại môi trường thủy địa hóa thành tạo thành phần hóa học của nước dưới đất
là: môi trường oxy hóa, môi trường khử và môi trường biến chất.
Môi trường oxy hóa thường có mặt của các khí hòa tan có nguồn gốc khí
quyển:

2,

O2, CO2 và các khí trơ. Trong môi trường oxi hóa, trị số thế oxy hóa khử

biến đổi tỷ lệ thuận với hàm lượng của oxy hòa tan. Trong điều kiện tự nhiên thì quan
hệ này thường bị phá vỡ do sự thay đổi của p

và do sự có mặt của một số chất hữu

cơ. Mặc dù vậy, giới hạn dưới và giới hạn trên của đới oxy hóa cũng được phân biệt
khá rõ ràng.

iới hạn dưới được đặc trưng bởi các thông số: Eh= +250mV khi pH =

5,5 – 8,5 và hàm lượng trung bình của oxy hòa tan trong nước khoảng 3,5mg/L. Còn
giới hạn trên có thể xác định gần đúng như sau: Eh = +1000mV khi pH < 3 và hàm
lượng oxy hòa tan lớn nhất khoảng 5mg/L.

ước của môi trường oxy hóa thường có


Môi trường khử thường chứa các khí là sản phẩm của các quá trình sinh hóa:
CH4, CO2, N2, H2S, H2. Trong môi trường khử oxy, hàm lượng của khí
nước ngầm tỷ lệ nghịch với độ Eh. Tùy theo hàm lượng của

17

2S

2S

trong

mà chia ra: môi