ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
----------***---------

NGUYỄN THỊ HOA MAI

NGHIÊN CỨU SỰ VẬN ĐỘNG CỦA ASEN TRONG NƢỚC
NGẦM TẠI KHU VỰC NAM DƢ – HOÀNG MAI – HÀ NỘI
TRÊN CƠ SỞ PHÂN TÍCH ASEN TRONG CÁC PHA LIÊN
KẾT CỦA TRẦM TÍCH

CHUYÊN NGÀNH: HÓA PHÂN TÍCH
MÃ SỐ

: 62440118

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
1. GS. TS. PHẠM HÙNG VIỆT
2. TS. PHẠM THỊ KIM TRANG

HÀ NỘI – 2014


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong luận án là trung thực và nội dung này chưa từng được công bố trong
bất kỳ công trình nghiên cứu nào trước đó.

Hà nội, tháng 02 năm 2014


not defined.
1.3.3.2. Quá trình vận động của As giữa các tầng chứa nước và ảnh hưởng của việc
khai thác nước. ......................................................... Error! Bookmark not defined.
1.2. Phƣơng pháp chiết .............................................. Error! Bookmark not defined.
1.2.1. Phương pháp chiết kim loại trong các pha liên kết của trầm tích .......... Error!
Bookmark not defined.
1.2.2. Phương pháp chiết As trong các pha liên kết của trầm tíchError! Bookmark
not defined.
1.3. Phƣơng pháp nghiên cứu quá trình hấp phụ và giải hấp phụ As trên các
khoáng, trầm tích ........................................................ Error! Bookmark not defined.

iii


1.3.1. Quá trình hấp phụ của As(III), As(V) trên các khoáng, trầm tích ......... Error!
Bookmark not defined.
1.3.2. Quá trình giải hấp phụ của As(III) và As(V) trên các khoáng và trầm tích
Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................ Error!
Bookmark not defined.
2.1. Nội dung, đối tƣợng nghiên cứu.......................... Error! Bookmark not defined.
2.1.1. Nội dung nghiên cứu ....................................... Error! Bookmark not defined.
2.1.2. Địa điểm, đối tượng nghiên cứu...................... Error! Bookmark not defined.
2.1.2.1. Địa điểm nghiên cứu .................................... Error! Bookmark not defined.
2.1.2.2. Đối tượng nghiên cứu................................... Error! Bookmark not defined.
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu..................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.1. Phương pháp lấy mẫu trầm tích, nước ngầm . Error! Bookmark not defined.
2.2.1.1. Phương pháp lấy mẫu trầm tích ................... Error! Bookmark not defined.
2.2.1.2. Phương pháp lấy mẫu nước ngầm ................ Error! Bookmark not defined.


defined.
2.2.3.3. Khảo sát dung dịch nền sử dụng trong thí nghiệm hấp phụ và giải hấp phụ
As(III), As(V) trên trầm tích ..................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.3.4. Khảo sát thời gian hấp phụ cân bằng ........... Error! Bookmark not defined.
2.2.4. Phương pháp phân tích thành phần hóa học của nước ngầm và dịch chiết
Error! Bookmark not defined.
2.2.4.1. Phân tích thành phần hóa học của mẫu nước ngầmError! Bookmark not
defined.
2.2.4.2. Phân tích thành phần hóa học dịch chiết ...... Error! Bookmark not defined.
2.2.5. Phương pháp xử lí số liệu................................ Error! Bookmark not defined.
2.3. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất .............................. Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............. Error! Bookmark not defined.
3.1. Tối ƣu quy trình chiết As trên các pha liên kết trong trầm tích ........... Error!
Bookmark not defined.
3.1.1. Lựa chọn tác nhân chiết .................................. Error! Bookmark not defined.
3.1.1.1. Lựa chọn tác nhân chiết As trong pha hấp phụ (pha I)Error!

Bookmark

not defined.
3.1.1.2. Lựa chọn tác nhân chiết As trong pha khoáng dễ hòa tan (pha II) ...... Error!
Bookmark not defined.
3.1.1.3. Lựa chọn tác nhân chiết As trong pha khoáng sắt hoạt động (pha III) Error!
Bookmark not defined.
3.1.1.4. Lựa chọn tác nhân chiết As trong pha khoáng sắt hidroxit tinh thể (pha IV)
................................................................................... Error! Bookmark not defined.
3.1.1.5. Lựa chọn tác nhân chiết As trong pha khoáng sắt pyrit (pha V) ......... Error!
Bookmark not defined.
3.1.2. Tối ưu hóa thời gian chiết ............................... Error! Bookmark not defined.

Bookmark

not

defined.
3.3.1.4. Sự biến đổi của As, Fe trên pha khoáng sắt hidroxit tinh thể theo độ sâu
................................................................................... Error! Bookmark not defined.
3.3.2. Sự hấp phụ và giải hấp phụ của As(III) và As(V) trên trầm tích tại khu vực
Nam Dư ..................................................................... Error! Bookmark not defined.
3.3.2.1. Sự hấp phụ và giải hấp phụ của As(III) ....... Error! Bookmark not defined.
3.3.2.2. Sự hấp phụ và giải hấp phụ As(V) ............... Error! Bookmark not defined.
3.3.3. Cơ chế giải phóng As từ trầm tích vào nước ngầm ở tầng chứa nước Holocen
tại khu vực Nam Dư .................................................. Error! Bookmark not defined.
3.3.3.1. Sự phân bố của As và các thành phần hóa học trongnước ngầm ở tầng chứa
nước Holocen tại khu vực Nam Dư .......................... Error! Bookmark not defined.
3.3.3.2. Con đường rửa trôi As từ trầm tích vào nước ngầm ở tầng chứa nước
Holocen tại khu vực Nam Dư ................................... Error! Bookmark not defined.

vi


3.3.4. Sự dịch chuyển của As từ tầng chứa nước Holocen xuống tầng chứa nước
Pleistocen dưới tác động của hoạt động khai thác nước ở khu vực Nam Dư ... Error!
Bookmark not defined.
3.3.4.1. Sự phân bố As và các thành phần hóa học trong tầng chứa nước Pleistocen
ở khu vực có khai thác nước ..................................... Error! Bookmark not defined.
3.3.4.2. Sự dịch chuyển của As từ tầng chứa nước Holocen xuống tầng chứa nước
Pleistocen dưới tác động của khai thác nước ............ Error! Bookmark not defined.
KẾT LUẬN .................................................................. Error! Bookmark not defined.
DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢLIÊN QUAN ĐẾN

LOQ

: Giới hạn định lượng của phương pháp phân tích(Limit of quantitation)

PZC

: Điểm đẳng điện (Point of zero charge)

PIPES

:Axit1,4-piperazin dietan sunfonic(1,4- piperazinediethanesulfonicacid)

WHO

: Tổ chức y tế thế giới (World Health Organization)

SI

: Chỉ số bão hòa của khoáng (Saturation index)

TDS

: Tổng chất rắn hòa tan (Total dissolved solids)

UV-Vis
IF

: Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử vùng tử ngoại và khả kiến(UVVisible Spectroscopy)
: Hệ số ảnh hưởng của tạp chí (Impact factor)



thu

hồi

As(T),

Fe(T)

với

mẫu

CRM

…………........................Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.2. Năm tác nhân chiết được lựa chọn cho năm pha phân bố As trong mẫu trầm tích
........................................................................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.3. So sánh hàm lượng As chiết ra và giá trị pH tương ứng giữa hệ hở và hệ kín
........................................................................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.4. Độ lặp lại của quy trình chiết ................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.5. Thời gian đạt cân bằng hấp phụ của As(III) và As(V) trên trầm tích
........................................................................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.6. Hàm lượng As và Fe trên các pha phân bố trong trầm tích ởkhu vực Nam
Dư – Hoàng Mai –Hà Nội ......................................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.7. Hàm lượng As tổng trong các mẫu trầm tích ở Việt Nam và trên thế giới
........................................................................... Error! Bookmark not defined.

ix


Hình 1.12. Sự cạnh tranh hấp phụ của các anion trên bề mặt khoáng ............. Error!
Bookmark not defined.
Hình 1.13. Sự hấp phụ của As (III) và As(V) trên khoáng goethite phụ thuộc vào
pH ............................................................................. Error! Bookmark not defined.
Hình 1.14. Sự hấp phụ của As(V) trên sắt vô định hình và goethite. .............. Error!
Bookmark not defined.

xi


Hình 1.15. Quá trình hấp phụ và giải hấp phụ của As(V)Error!

Bookmark

not

defined.
Hình 2.1. Ảnh chụp khu vực Nam Dư và sơ đồ bãi giếng nghiên
cứu………………….Error! Bookmark not defined.
Hình 2.2. Bản đồ khu vực nghiên cứu Nam Dư (có khai thác nước) và khu vực đối
chứng Vạn Phúc (không có khai thác nước) ............. Error! Bookmark not defined.
Hình 2.3. Cấu tạo và nguyên lý phương pháp pistonError!

Bookmark

not

defined.
Hình 2.4. Quy trình lấy mẫu trầm tích ..................... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.5. Hình ảnh khảo sát các tác nhân chiết ứng với 4 pha chiết đầu .......... Error!


0,05M,

pH

=6,5…………………………..Error! Bookmark not defined.
Hình 3.2. Hàm lượng phốt phát chiết được với tác nhân NaHCO3, 0,5M, pH=8,5
................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3.3. Hàm lượng As(T), As(III), Fe(T), Fe(II) chiết được với tác nhân chiết
HCl 0,001M và HCOOH 0,5M, pH=3 (pha II) ......... Error! Bookmark not defined.

xii


Hình 3.4. Hàm lượng As(T), As(III), Fe(T), Fe(II) chiết được với tác nhân chiết
ascobic, pH=3 (pha III) ............................................. Error! Bookmark not defined.
Hình 3.5. Hàm lượng As(III), As(T), Fe(II), Fe(T) chiết được khi sử dụng tác nhân
chiết NH4 – oxalat 0,2M và axit ascobic 0,1M; pH =3Error!

Bookmark

not

Bookmark

not

defined.
Hình 3.6. Kết quả khảo sát tác nhân chiết cho pha VError!
defined.


Hình 3.17. Hấp phụ và giải hấp phụ As(V) .............. Error! Bookmark not defined.
Hình 3.18. So sánh sự hấp phụ và giải hấp phụ của As(III) và As(V) ............. Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.19. So sánh sự hấp phụ của As(III) và As(V) trên trầm tích Holocen và
Pleistocen ở Băng la đét và Việt Nam ...................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3.20. Sự phân bố As trong tầng chứa nước Holocen theo độ sâu .......... Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.21. Sự phân bố của các thành phần có tính oxi hóa khử trong nước ngầm
tầng chứa nước Holocen............................................ Error! Bookmark not defined.
Hình 3.22. Chuỗi phản ứng oxi hóa khử kinh điển và các quá trình khử ........ Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.23. Sự phân bố As trên pha khoáng sắt hidroxit tinh thểError!

Bookmark

not defined.
Hình 3.24. Mối tương quan giữa As(III) và Fe2+, NH4+, CH4, PO43-trong nước ngầm
................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3.25. Sự phân bố As và các thành phần hóa học trong nước ngầm ở tầng chứa
nước Holocen và Pleistocen ở khu vực Nam Dư (có khai thác nước) .............. Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.26. Sự phân bố As trong tầng chứa nước Holocen và Pleistocen ở khu vực
khai thác nước và không khai thác nước ................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3.27. Sự phân bố các ion chính trong nước sông, nước ngầm tầng chứa nước
Holocen vàPleistocen ................................................ Error! Bookmark not defined.
Hình 3.28. Sự phân bố As theo độ sâu và theo không gian trên mặt cắt từ bờ sông
Hồng đến Trạm bơm ở khu vực Nam Dư ................. Error! Bookmark not defined.

xiv


1


11. Boyle, R. and I.R. Jonasson (1973), "The geochemistry of arsenic and its use as
an indicator element in geochemical prospecting", Journal of Geochemical
Exploration, 2(3), pp. 251-296.
12. Brannon, James M. (1976). ―Distribution of Manganese, Nickel, Zinc,
Cadmium, and Arsenic in Sediments and in the Standard Elutriate‖. No. WESMP-D-76-18. Army engineer waterways experiment station vicksburg miss.
13. Chang, S. C., and Mo L. Jackson (1957. "Fractionation of soil phosphorus." Soil
science 84.2 pp. 133-144.
14. Chakraborty, S. (2007) "Adsorption of arsenite and arsenate onto muscovite and
biotite mica", J Colloid Interface Sci, 309(2), pp. 392-401.
15. Chao, T. T., and Liyi Zhou (1983). "Extraction techniques for selective
dissolution of amorphous iron oxides from soils and sediments." Soil Science
Society of America Journal 47.2, pp. 225-232.
16. Christl I., Brechbühl Y., Graf M. and Kretzschmar R. (2012) ―Polymerization of
Silicate on Hematite Surfaces and Its Influence on Arsenic Sorption‖. Environ.
Sci. Technol. 46, pp. 13235−13243.
17. Cynthia, Robert G.Ford, Richard T.Wilkin (2009), “Assessing the selectivity of
extractant solutions for recovering labile arsenic associated with iron (hydr)
oxides and sulfides in sediments”,Geoderma, 152, pp. 137 – 144.
18. Dixit, S. and J. G. Hering (2003) "Comparison of arsenic (V) and arsenic (III)
sorption onto iron oxide minerals: Implications for arsenic mobility",
Environmental science & technology, 37(18), pp. 4182-4189.
19. Dixit S. and Hering J. G. (2006) ― Sorption of Fe(II) and As(III) on goethite in
single- and dual-sorbate systems‖. Chem. Geol. 228, 6–15.
20. Dowling, C. B., et al. (2002) "Geochemical study of arsenic release mechanisms
in the Bengal Basin groundwater", Water Resources Research, 38(9), pp.12-18.
21. Eiche, E. (2008) "Geochemical processes underlying a sharp contrast in


rivers." Science180.4081, pp.71-73.
26. Gleyzes, Christine, Sylvaine Tellier, and Michel Astruc (2002). "Fractionation
studies of trace elements in contaminated soils and sediments: a review of
sequential extraction procedures." TrAC Trends in Analytical Chemistry 21.6,pp.
451-467.
27. Goldberg, S. (2002) "Competitive adsorption of arsenate and arsenite on oxides
and clay minerals", Soil Science Society of America Journal, 66(2), pp. 413-421.
28. Guo, H. (2008) "Groundwater geochemistry and its implications for arsenic
mobilization in shallow aquifers of the Hetao Basin, Inner Mongolia", Sci Total
Environ, 393(1), pp. 131-144.
29. Gupta, Shailandra K., and Kenneth Y. Chen (1975). "Partitioning of trace metals
in selective chemical fractions of nearshore sediments." Environmental
letters.10.2, pp. 129-158.
30. Harvey, C. F. (2002) "Arsenic mobility and groundwater extraction in
Bangladesh", Science, 298(5598), pp. 1602-1606.
31. Harvey, C. F. (2006) "Groundwater dynamics and arsenic contamination in
Bangladesh", Chemical Geology, 228(1), pp. 112-136.
32. Hanebuth, T. J. J., Stattegger, K., & Bojanowski, A. (2009). Termination of the
Last

Glacial

Maximum

sea-level

lowstand:

revisited.Global and Planetary Change, 66(1), 76-84.

Regional distribution, release, mobility and mitigation options, PhD. Thesis at
Technical University of Denmark, Department of Environmental Engineering.
41. Jusseret, S. (2010) "The stratigraphical architecture of the Quaternary deposits
as support for hydrogeological modelling of the Central Zone of Hanoi
(Vietnam)", Geologica Belgica, 13(1-2).
42. Juan Carlos (2007). "Arsenic fractionation in agricultural acid soils from NW
Spain using a sequential extraction procedure", Science of the total environment,
378(1), pp. 18-22.

4


43. Keon, N. (2001) "Validation of an arsenic sequential extraction method for
evaluating mobility in sediments", Environmental science & technology, 35(13),
pp. 2778-2784.
44. Klein, B., Kaufman, J. H., & Isaacs, J. (1967). Automated simultaneous calcium
and phosphorus analysis. Clinical Chemistry, 13(12), pp.1071-1078.
45. Kocar, B. D. (2008) "Integrated biogeochemical and hydrologic processes
driving arsenic release from shallow sediments to groundwaters of the Mekong
delta", Applied Geochemistry, 23(11), pp. 3059-3071.
46. Lan, N. T. (2007) "Charateristics of Quaternary sedimentary facies in relation to
water bearing capacity of aquifers and aquicludes in the Red River Delta,
Vietnam", VNU Journal of Science, Earth Sciences, 23, pp. 170-176.
47. Larsen, O. (2006) "The reactivity of iron oxides towards reductive dissolution
with ascobic acid in a shallow sandy aquifer (Rømø, Denmark)", Geochimica et
Cosmochimica Acta, 70(19), pp. 4827-4835.
48. Lenoble, V. (2005) "Arsenic removal by adsorption on iron(III) phosphate", J
Hazard Mater, 123(1-3), pp. 262-268.
49. Luxton, T. P. (2006) "Mobilization of Arsenite by Competitive Interaction with
Silicic Acid", Soil Science Society of America Journal, 70(1), pp. 204.


in

the

sub-surface

environment:

An

integrated

hydrogeochemical study and sorption model of the sandy aquifer materials. J.
Hydrol. 364, pp. 236–248.
59. Nickson, R. (2000) "Mechanism of arsenic release to groundwater, Bangladesh
and West Bengal", Applied Geochemistry, 15(4), pp. 403-413.
60. Nicolli, H. B. (1989) "Groundwater contamination with arsenic and other trace
elements in an area of the Pampa, Province of Córdoba, Argentina",
Environmental Geology and Water Sciences, 14(1), pp. 3-16.
61. Norrman, J. (2008) "Arsenic mobilisation in a new well field for drinking water
production along the Red River, Nam Du, Hanoi", Applied Geochemistry,
23(11), pp. 3127-3142.
62. Paul, C. J. (2009) "Assessing the selectivity of extractant solutions for
recovering labile arsenic associated with iron (hydr) oxides and sulfides in
sediments", Geoderma, 152(1), pp. 137-144.
63. Polizzotto, M. L. (2006) "Solid-phases and desorption processes of arsenic
within Bangladesh sediments", Chemical Geology, 228(1-3), pp. 97-111.

6

Geochemistry, 18(9), pp. 1453-1477.

7


74. Standard methods for examination of water and waste water, 19th Edition 1995,
pp. 4-114.
75. Stumm, W., & Morgan, J. J. (1981). Aquatic Chemistry, 780 pp.
76. Stollenwerk, K. G. (2007) "Arsenic attenuation by oxidized aquifer sediments in
Bangladesh", Sci Total Environ, 379(2-3), pp. 133-150.
77. Stookey, L. L. (1970). Ferrozine-a new spectrophotometric reagent for
iron.Analytical chemistry, 42(7), pp. 779-781.
78. Swartz, C. H. (2004) "Mobility of arsenic in a Bangladesh aquifer: Inferences
from geochemical profiles, leaching data, and mineralogical characterization",
Geochimica et Cosmochimica Acta, 68(22), pp. 4539-4557.
79. Szramek, K. (2004) "Arsenic mobility in groundwater/surface water systems in
carbonate-rich

Pleistocen

glacial

drift

aquifers

(Michigan)",

Applied


(2011) "Arsenic pollution of groundwater in Vietnam

exacerbated by deep aquifer exploitation for more than a century", Proceedings
of the National Academy of Sciences, 108(4), pp. 1246-1251.
91. Wenzel, W. W., Kirchbaumer, N., Prohaska, T., Stingeder, G., Lombi, E., &
Adriano, D. C. (2001). Arsenic fractionation in soils using an improved
sequential extraction procedure. Analytica Chimica Acta, 436(2), pp. 309-323.
92. Woolson, E. A., Axley, J. H., & Kearney, P. C. (1973). The chemistry and
phytotoxicity of arsenic in soils: II. Effects of time and phosphorus. Soil Science
Society of America Journal, 37(2), pp. 254-259.

9