Hành vi địa hóa của asen trong nước dưới đất

khu vực phía Tây Hà Nội

Tống Thị Thu Hà

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

Luận văn Thạc sĩ ngành: Thạch học, khoáng vật học và địa hóa học

Mã số: 60 44 57

Người hướng dẫn: PGS.TS. Đặng Mai

Năm bảo vệ: 2011

Abstract: Nghiên cứu hàm lượng và dạng tồn tại của As trong nước dưới đất và trong

trầm tích Đệ tứ. Tìm hiểu các đặc trưng thủy địa hóa của nước dưới đất khu vực

nghiên cứu. Đánh giá hiện trạng ô nhiễm As trong nước dưới đất khu vực phía tây Hà

Nội. Trình bày mối tương quan của As và các thành phần hóa học khác trong nước

dưới đất khu vực phia tây Hà Nội. Xác định nguyên nhân ô nhiễm As trong nước dưới

đất khu vực phía tây Hà Nội và đề xuất các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm.

Keywords: Thạch học; Địa hóa; Asen; Khoáng vật học; Trầm tích đệ tứ; Hà Nội

Content

MỞ ĐẦU

Ô nhiễm asen (As) trong nước dưới đất đã trở thành một hiểm họa môi trường với quy

mô rộng lớn trên thế giới. Một số quốc gia, ô nhiễm As trong nước dưới đất đã trở thành một

quốc nạn như Bangladesh, Tây Bengal Ấn Độ, Thái Lan, Trung Quốc… Đến nay trên thế giới

đã có hàng trăm triệu người bị ảnh hưởng của việc sử dụng nước có hàm lượng As cao. Hàng

nghìn người bị nhiễm bệnh đã mất hoặc giảm khả năng lao động. Hàng trăm người chết vì bị

bệnh nặng do sử dụng nước với hàm lượng As cao. As trong nước đã gây ra các bệnh hiểm

nghèo như: ung thư da, ung thư thận, ung thư bàng quang, …gây nên các tổn thương nội tạng,

hủy hoại hoặc rụng các chi, các ngón tay, ngón chân…thậm chí dẫn đến tử vong.

Ở Việt Nam, từ năm 1994 khi phát hiện các mẫu nước dưới đất chứa As nồng độ cao,

các công trình khoa học đã bắt đầu được tiến hành nghiên cứu hiện trạng, nguồn gốc, quy luật

phân bố của As để tìm ra các giải pháp phòng ngừa và xử lí nhằm đảm bảo chất lượng nước

sử dụng cho người dân. Tuy nhiên, việc nghiên cứu As có hệ thống và quy mô mới thực sự

được chú ý trong vòng gần 10 năm trở lại đây. Các kết quả nghiên cứu bước đầu cho thấy, As

nồng độ cao trong nước dưới đất phân bố trên diện rộng trên lãnh thổ Việt Nam. Nhiều địa

2

phương như Hà Nội, Hà Nam, Phú Thọ, Long An, Đồng Tháp… đã phát hiện có hàm lượng

As cao trong nước dưới đất, vượt quá nhiều lần tiêu chuẩn cho phép theo quy định của tổ

chức Y tế Thế giới (WHO: World Health Organization) đối với ăn uống và sinh hoạt (As < 10

g/l). Riêng đối với thủ đô Hà Nội, từ năm 2000 đến nay đã có một số công trình nghiên cứu

của các tác giả trong và ngoài nước (Berg M. và nnk, 2001; Đỗ Trọng Sự, 2000; Nguyễn Văn

Đản, 2004; Tống Ngọc Thanh, 2004; Berg M. và nnk, 2008, v.v...). Tuy nhiên, các nghiên cứu

đó chủ yếu tập trung vào khu vực nội thành và phía đông Hà Nội; khu vực phía tây còn ít

được quan tâm. Mặt khác, nếu như vấn đề hiện trạng ô nhiễm As trong nước dưới đất đã được

nghiên cứu khá chi tiết, thì vấn đề về nguyên nhân và cơ chế ô nhiễm còn chưa được giải

quyết thỏa đáng và còn nhiều ý kiến chưa thống nhất. Xuất phát từ thực trạng trên, đề tài

“Hành vi địa hóa của asen trong nước dưới đất khu vực phía tây Hà Nội” đã được đặt ra và

lựa chọn nhằm giải quyết các mục tiêu sau đây:

1) Đánh giá hiện trạng ô nhiễm As trong nước dưới đất khu vực phía tây Hà Nội

2) Xác định nguyên nhân ô nhiễm As trong nước dưới đất khu vực phía tây Hà Nội và

đề xuất các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm.

Để giải quyết được các mục tiêu đó nội dung nghiên cứu của luận văn bao gồm:

+ Nghiên cứu hàm lượng và dạng tồn tại của As trong nước dưới đất và trong trầm

tích Đệ tứ.

+ Nghiên cứu các đặc trưng thủy địa hóa của nước dưới đất khu vực nghiên cứu.

+ Nghiên cứu mối tương quan của As và các thành phần hóa học khác trong nước dưới

đất.

Đề tài được thực hiện tại Khoa Địa Chất, Đại học Quốc Gia Hà Nội dưới sự hướng

dẫn khoa học của PGS.TS. Đặng Mai. Trong quá trình hoàn thành luận văn học viên đã được

sự hỗ trợ kinh phí của đề tài QG.TĐ 10.03, sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo khác

trong khoa Địa chất và các đồng nghiệp trong Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản. Nhân

dịp này học viên xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn, các

thầy cô giáo khác và các đồng nghiệp.

CHƢƠNG 1: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN HÀNH VI ASEN TRONG NƢỚC

DƢỚI ĐẤT KHU VỰC PHÍA TÂY HÀ NỘI

Trong khu vực này, các yếu tố chính ảnh hưởng đến hành vi As trong nước dưới đất

bao gồm địa hình, khí hậu, thủy văn, trầm tích Đệ tứ, địa chất thủy văn và hoạt động kinh tế

xã hội. Dưới đây là mô tả khái quát các yếu tố đó.

3

1.1. Vị trí địa lý

Khu vực nghiên cứu nằm ở phía tây Hà Nội, trọn vẹn trong địa giới hành chính của

tỉnh Hà Tây cũ bao gồm các huyện thị: Ba Vì, Sơn Tây, Phúc Thọ, Đan Phượng, Thạch Thất,

Quốc Oai, Hoài Đức, Chương Mỹ, Thanh Oai, Thường Tín, Mỹ Đức, Ứng Hòa và Phú Xuyên

(hình 1.1). Khu vực này nằm ở phía hữu ngạn sông Đà và sông Hồng, thuộc châu thổ sông

Hồng, có toạ độ địa lý 20033’47” - 21

048’16” vĩ độ bắc và 105

017’17” - 106

00’25” kinh độ

đông. Phía bắc giáp tỉnh Vĩnh Phúc, phía tây giáp tỉnh Phú Thọ và tỉnh Hoà Bình, phía nam

giáp tỉnh Hà Nam, phía đông giáp tỉnh Hưng Yên và vùng nội thành Hà Nội. Vùng nghiên

cứu có diện tích 2.198km2, dân số 2.543.500 người với mật độ dân số 1.157 người/km

2.

Hình 1.1. Sơ đồ vị trí khu vực phía tây Hà Nội

4

1.2. Địa hình

Địa hình khu vực này khá đa dạng: vùng đồi núi nằm dọc theo địa giới phía tây và

vùng đồng bằng nằm ở phía đông, độ cao giảm dần từ tây bắc xuống đông nam. Vùng đồi núi

có độ cao từ 300m trở lên, diện tích khoảng 170km2, địa hình dốc trên 25

0, các núi đá vôi tập

trung ở phía tây nam, địa hình bị chia cắt rất phức tạp, có nhiều hang động lớn. Vùng bao gồm

phần lớn huyện Ba Vì, thị xã Sơn Tây và rìa phía tây các huyện Thạch Thất, Quốc Oai,

Chương Mỹ và Mỹ Đức, liên kết với nhau thành một dải chạy theo hướng tây bắc - đông nam.

Vùng đồi núi có thể chia thành các khu vực: núi Ba Vì, đồi cao Ba Vì, đồng bằng đồi và khu

vực núi đá vôi Chương Mỹ - Mỹ Đức.

1.3. Khí hậu

Khí hậu khu vực là nhiệt đới gió mùa có mùa đông lạnh. Mặt khác, khu vực nghiên

cứu nằm ở sườn đông của phần nam dãy Hoàng Liên Sơn, nên khí hậu ở đây chịu ảnh hưởng

trực tiếp của gió mùa Đông Bắc. Vì vậy, do đặc điểm địa hình nên khu vực nghiên cứu có các

vùng tiểu khí hậu khác nhau: Vùng đồng bằng có khí hậu nóng ẩm, nhiệt độ trung bình năm

23,6oC, lượng mưa trung bình 1500-1600mm. Vùng đồi gò: khí hậu lục địa có nhiệt độ trung

bình 23,5oC, lượng mưa trung bình 2.300-2.400mm. Vùng núi Ba Vì: khí hậu mát mẻ, nhiệt

độ trung bình 18oC, lượng mưa trung bình trên 2.300mm. Số giờ nắng hàng năm 1300-1700

giờ, độ ẩm không khí trung bình 84-86% (bảng 1.1).

Bảng 1.1: Một số đặc trƣng khí hậu khu vực phía tây Hà Nội

Yếu tố

khí hậu

Tháng Trung

bình 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Lượng mưa (mm) 16,0 28,3 45,0 82,4 249,

8

243,

4

290,

7

270,

7

160,

8

114,

2 26,4 23,4 1551,2

Độ ẩm (%) 82 82 85 89 82 86 83 88 86 88 86 79 85

Nhiệt độ (oC) 17,3 19,4 21,2 24,6 25,5 28,8 29,6 28 27,3 25 21,5 15,6 23,6

1.4. Thủy văn

Về mặt thủy văn, khu vực nghiên cứu có nhiều sông suối chảy qua, hệ thống sông suối

khá phát triển và đa dạng, tạo thành hệ thống giao thông thủy bộ thuận lợi, trong số đó đáng

kể là 4 con sông lớn có ý nghĩa quan trọng trong đời sống xã hội là sông Đà, sông Hồng, sông

Đáy và sông Nhuệ. Ngoài ra, khu vực còn có nhiều hồ lớn như Đồng Mô, Suối Hai, Xuân

Khanh,...

5

1.5. Đặc điểm trầm tích Đệ tứ

Trong khu vực Hà Nội, trầm tích Đệ tứ bao gồm 5 hệ tầng có tuổi từ Pleistocen sớm

cho đến Holocen: 1) Hệ tầng Lệ Chi; 2) Hệ tầng Hà Nội; 3) Hệ tầng Vĩnh Phúc; 4) Hệ tầng

Hải Hưng và 5) Hệ tầng Thái Bình.

Hệ tầng Lệ Chi (Q11lc): bao gồm các trầm tích sông tuổi Pleistocen sớm được hình

thành trong khoảng thời gian từ đầu Đệ tứ đến khoảng 700.000 năm cách ngày nay. Hệ tầng

Lệ Chi không lộ ra trên mặt, chỉ gặp trong các lỗ khoan, ở độ sâu từ 45 đến 80m, chiều dày

thay đổi từ 2,5 đến 24,5m. Thành phần thạch học của hệ tầng Lệ Chi bao gồm: cuội (thạch

anh, silic, đá hoa), sỏi, cát, bột, sét màu xám nâu.

Hệ tầng Hà Nội (Q12-3

hn): hình thành từ trầm tích sông lũ và sông, tuổi Pleistocen

giữa-muộn, phân bố từ ven rìa gò đồi Ba Vì, Sóc Sơn và trải rộng xuống vùng đồng bằng.

Thành phần vật liệu của trầm tích gồm cuội, sỏi, sạn, cát, bột sét màu xám vàng loang lổ. Đây

có thể coi là đối tượng chứa nước ngầm chính của thành phố Hà Nội. Về quan hệ, hệ tầng Hà

Nội nằm phủ bất chỉnh hợp trên hệ tầng Lệ Chi và các đá cổ hơn, phía trên bị các trầm tích hệ

tầng Vĩnh Phúc phủ bất chỉnh hợp lên.

Hệ tầng Vĩnh Phúc (Q13vp): có tuổi Pleistocen muộn, tồn tại dưới dạng thềm bậc 1

(vùng lộ ra trên mặt), phân bố rộng ở Sóc Sơn, Đông Anh, Thạch Thất, Quốc Oai, Chương

Mỹ, Xuân Mai và Cổ Nhuế. Trầm tích của hệ tầng Vĩnh Phúc có các nguồn gốc sông, sông-

hồ-đầm lầy và sông biển. Thành phần vật liệu trầm tích sông bao gồm sỏi, cát, sạn thạch anh,

bột, sét; cấu tạo phân lớp xiên chéo. Bề mặt trầm tích bị laterit hóa có màu loang lổ vàng xám,

nâu đỏ rất đặc trưng.

Hệ tầng Hải Hưng (Q21-2

hh): gồm hai tập chính. Tập 1 gồm các thành tạo nguồn gốc

hồ, đầm lầy (lbQ21-2

hh) và tập 2 (mQ21-2

hh) gồm các trầm tích nguồn gốc biển. Các trầm tích

hồ, đầm lầy (lbQ21-2

hh) không lộ ra trên mặt mà nằm dưới độ sâu khoảng 1.5 đến 20m, bề dày

trung bình là khoảng 13.5m. Các trầm tích hệ tầng Hải Hưng được hình thành trong khoảng

thời gian 10.000 - 4.000 năm cách ngày nay. Thành phần thạch học của chúng chủ yếu sét, sét

bột lẫn ít cát mịn, màu xám xanh, xám vàng rất dẻo và mịn.

Hệ tầng Thái Bình (Q23tb): bao gồm các trầm tích hiện đại, được thành tạo sau khi

biển lùi. Trầm tích của hệ tầng thuộc các tướng bãi bồi trong đê, ngoài đê và hồ - đầm lầy với

thành phần thạch học bao gồm cát, bột, sét, cuội, sỏi, sạn.

1.6. Đặc điểm địa chất thủy văn

Đặc điểm địa chất nổi bật của vùng nghiên cứu là có nhiều tầng chứa nước nhưng

đóng vai trò quan trọng nhất là các tầng chứa nước trầm tích bở rời tuổi Đệ tứ phân bố rộng

6

rãi trên toàn bộ vùng nghiên cứu với bề dày khá lớn. Các tầng chứa nước khe nứt phân bố hẹp

hơn và đóng vai trò thứ yếu trong cung cấp nước.

Bảng 1.2. Thống kê các phân vị địa chất thủy văn

Dạng tồn tại của

nước dưới đất

Phân vị địa chất thủy văn

Tên gọi Ký hiệu

Tầng chứa nước

lỗ hổng

Tầng chứa nước trong các trầm tích hạt mịn Holocen

(qh) qh

Tầng chứa nước trong các trầm tích hạt thô Pleistocen

(qp) qp

Tầng chứa nước

khe nứt

Tầng chứa nước khe nứt các trầm tích Neogen n

Tầng chứa nước khe nứt trong trầm tích hệ tầng Mường

Trai T2lmt

Tầng chứa nước khe nứt trong trầm tích hệ tầng Nậm

Thẩm T2lnt

Tầng chứa nước khe nứt-karst trong trầm tích hệ tầng

Đồng Giao T2a

Tầng chứa nước khe nứt trong trầm tích hệ tầng Tân Lạc T1o

Tầng chứa nước khe nứt trong trầm tích phun trào hệ

tầng Viên Nam Tl

Tầng chứa nước khe nứt, khe nứt karst trong trầm tích

biến chất cổ Proterozoi hệ tầng Sông Hồng eo

Các thành tạo cách

nước và rất nghèo

nước

Các thành tạo cách nước Pleistocen trên hệ tầng Vĩnh

Phúc Q1

3vp

Tầng rất nghèo nước đến cách nước hệ tầng Yên Duyệt P2yd

Các thành tạo xâm nhập cách nước phức hệ Ba Vì T1bv

1.7. Hoạt động kinh tế - xã hội

Khu vực phía tây Hà Nội có 2.543.500 triệu người với thành phần dân tộc chủ yếu là

người Kinh và người Mường trong đó người Kinh chiếm đa số. Mật độ dân số ở đây đạt

khoảng 1.157 người/km 2.

1.7.1. Nông, lâm nghiệp

Nhìn chung, đất đai trong khu vực có độ phì cao, với nhiều loại địa hình nên có thể bố

trí được nhiều loại cây trồng ngắn ngày, dài ngày, cây lương thực, cây thực phẩm, cây công

nghiệp, đồng cỏ chăn nuôi, cây ăn quả, trồng rừng. Vùng đồng bằng thuận lợi cho phát triển

cây lương thực, rau đậu, cây công nghiệp ngắn ngày, chăn nuôi lợn, vịt, thuỷ sản. Vùng đồi

gò thuận lợi cho trồng cây công nghiệp dài ngày (cà phê, trẩu, thông) cây ăn quả và chăn nuôi

đại gia súc.

1.7.2. Công nghiệp

Công nghiệp là ngành sản xuất cơ bản trong nền kinh tế. Công nghiệp của khu vực

phát triển khá mạnh và vững chắc chủ yếu là các doanh nghiệp vừa và nhỏ. Công nghiệp

7

ngoài quốc doanh tập trung vào các ngành chế biến các sản phẩm có cơ sở tài nguyên từ địa

phương (nước suối khoáng, vật liệu xây dựng, chế biến nông lâm sản). Hiện tại, ngành công

nghiệp của khu vực vẫn duy trì được tốc độ tăng trưởng cao (16,1%), trong đó công nghiệp

quốc doanh địa phương tăng 19%.

1.7.3. Làng nghề

Khu vực phía tây Hà Nội (tỉnh Hà Tây cũ) đang dẫn đầu các địa phương vùng đồng

bằng sông Hồng và cả nước về phát triển làng nghề, góp phần giải quyết việc làm cho hàng

vạn lao động. Trong những năm gần đây, các làng nghề truyền thống, làng nghề mới, các

ngành nghề công nghiệp, tiểu - thủ công nghiệp - gọi là ngành nghề nông thôn của tỉnh đã có

bước tăng trưởng khá cả về số lượng và hiệu quả kinh tế - xã hội.

1.7.4. Du lịch

Trong khu vực phía tây Hà Nội có 2.000 di tích lịch sử trong đó gần 400 di tích được

Nhà nước xếp hạng và 12 di tích đặc biệt quan trọng, cùng với đình, chùa, đền, miếu và lễ hội

được tổ chức hàng năm, làm phong phú thêm đời sống văn hoá tinh thần của người dân. Dãy

núi đá vôi trùng điệp phía tây nam tỉnh (Quốc Oai, Chương Mỹ, Mỹ Đức) có nhiều hang động

độc đáo, kỳ thú, tiêu biểu là động Hương Tích tạo nên thắng cảnh Hương Sơn nổi tiếng trong

nước và thế giới, hàng năm thu hút hàng vạn khách thập phương đến du lịch và trảy hội.

Ngoài ra, du lịch văn hoá trong các làng nghề và làng nông nghiệp truyền thống cũng là thế

mạnh của khu vực

CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CƠ SỞ SỐ LIỆU

2.1. Phƣơng pháp nghiên cứu

2.1.1. Phƣơng pháp lấy mẫu

2.1.2. Phƣơng pháp phân tích

+ Thí nghiệm ICP-MS

+ Phương pháp hấp thụ nguyên tử (AAS)

+ Phương pháp huỳnh quang tia X (XRF)

+ Thí nghiệm chiết trầm tích

2.1.3. Phƣơng pháp xử lí số liệu

2.2. Cơ sở số liệu

Nguồn số liệu của luận văn được lấy từ:

8

Kết quả phân tích hàm lượng các ion chính và kim loại nặng thuộc đề tài khoa học

công nghệ “Nghiên cứu hành vi địa hóa và quá trình ô nhiễm asen trong nước dưới đất khu

vực Hà Nội và đề xuất các giải pháp giảm thiểu tác động ô nhiễm trong khai thác, sử dụng”,

Đại học Quốc Gia Hà Nội. Tác giả là thành viên tham gia đề tài này.

Kết quả phân tích thành phần hóa học nước dưới đất của đề tài “Đánh giá hiện trạng,

nguyên nhân, khoanh vùng ô nhiễm môi trường đất và nước trên địa bàn tỉnh Hà Tây và đề

xuất các giải pháp phòng tránh, giảm thiểu ảnh hưởng tới đời sống cộng đồng” do Viện

Khoa học Địa chất và Khoáng sản thực hiện (năm 2009)

Kết quả phân tích thành phần hóa học từ nguồn số liệu “Nước dưới đất 2009” Liên

đoàn địa chất thủy văn - địa chất công trình miền Bắc.

CHƢƠNG 3: ĐẶC ĐIỂM THỦY ĐỊA HÓA NƢỚC DƢỚI ĐẤT

Đối tượng nghiên cứu của đề tài này là nước lỗ hổng trong trầm tích Đệ tứ, vì vậy từ

đây khái niệm “nước dưới đất” sẽ được hiểu theo nghĩa hẹp như vậy.

3.1. Thành phần hóa học chính

3.1.1. Đặc điểm chung

Qua kết quả phân tích cho thấy thành phần chính trong nước dưới đất vùng nghiên cứu

bao gồm Na+, Ca

2+, Mg

2+, K

+, NH4

+, Cl

-, HCO3

-, SO4

2-, SiO2, Mn tổng số và Fe tổng số.

Trong các cation, Na+, Ca

2+, Mg

2+ là những thành phần có nồng độ cao ổn định với hệ số biến

phân (V) nhỏ từ 50% đến 59% (bảng 3.1). Trong các anion thì HCO3- có nồng độ cao nhất,

với trị số trung bình 421,48mg/l, tiếp đến là SO42-

(trung bình 52,74 mg/l), Cl- (trung bình

49,84 mg/l). Chính vì vậy, kiểu địa hóa đặc trưng của nước dưới đất vùng này là bicacbonat

Ca-Mg và bicacbonat Mg-Ca. Nồng độ ion clo khá ổn định, ít dao động (hệ số biến phân -

65%), trong khi nồng độ ion sulfat thay đổi mạnh (hệ số biến phân - 267%), tùy thuộc vào vị

trí lấy mẫu. Mặc dầu, nồng độ cực đại có thể đạt tới gần 600 mg/l, nhưng trong nhiều mẫu

phân tích không phát hiện ra SO42-

. Hiện tượng này chứng tỏ môi trường địa hóa nước dưới

đất có sự thay đổi lớn về chế độ oxi hóa - khử, liên quan đến quá trình khử và động viên As.

Bảng 3.1. Các đặc trƣng thống kê thành phần hóa học nƣớc dƣới đất

Thành phần hóa học Min Max Av Me S V (%)

Na+(mg/l) 19,24 124,42 44,54 37,96 26,06 59

K+(mg/l) < DL 1,21 0,61 0,59 0,33 55

Ca2+

(mg/l) 11,02 187,88 83,56 90,18 42,09 50

Mg2+

(mg/l) 8,48 72,05 25,90 23,15 13,77 53

NH4+(mg/l) < DL 87,20 20,62 17,30 23,47 114

9

Thành phần hóa học Min Max Av Me S V (%)

Cl-(mg/l) 7,20 103,69 49,84 42,37 32,27 65

SO42-

(mg/l) < DL 585,79 52,74 5,04 140,95 267

HCO3-(mg/l) < DL 738,34 421,48 481,30 176,89 42

PO43-

(mg/l) < DL 1,56 0,46 0,00 0,56 122

SiO2(mg/l) 7,00 21,00 13,72 14,25 3,56 26

Mn 0,002 5,91 0,68 0,30 1,16 170

Fe 0,001 25,97 5,09 2,22 6,76 133

As (µg/l) 0,02 182,38 26,97 3,50 47,17 175

TOC 0,28 20,39 9,77 9,26 6,51 67

DOC 0,09 13,70 6,57 6,88 4,39 67

TDS(mg/l) 195,00 1235,00 520,10 518,00 216,69 42

pH 6,90 7,80 7,45 7,50 0,19 3

Ghi chú: Min - nhỏ nhất, Max - lớn nhất, Av- trung bình cộng, Me - median (trung

vị)

S- độ lệch chuẩn, V - hệ số biến phân, DL - giới hạn phát hiện

Trong khu vực này, nồng độ Mn dao động trong khoảng 0,002 - 5,91 mg/l, trung bình

là 0,68 mg/l. Mn phân bố không đồng đều về nồng độ. Điều đó được thể hiện ở mức độ chênh

lệch giữa trị số trung bình (Av) và median (Me) hàm lượng cũng như ở sự vượt quá 100% của

hệ số biến phân (bảng 3.1). Kết quả khảo sát và phân tích cho thấy, một số nơi có nồng độ Mn

cao trong nước dưới đất như Chu Minh (Ba Vì), Ngọc Mỹ, Thạch Thán (Quốc Oai), Chúc

Sơn (Chương Mỹ). Tại những vùng này, nồng độ Mn đạt trên 1,5 mg/l, vượt quá 3 lần giới

hạn cho phép theo QCVN 09:2008/BTNMT (0,5 mg/l). Nồng độ Fe tổng số dao động trong

khoảng 0,001 - 26 mg/l, trung bình là 5,1 mg/l.

Tương tự như Mn, Fe phân bố không đồng đều với hệ số biến phân đạt tới 133%. Một

số nơi, nồng độ Fe trong nước ngầm đạt trên 5 mg/l (giới hạn cho phép theo QCVN

09:2008/BTNMT) như Tân Lập (Đan Phượng), Vân Canh (Hoài Đức), thị trấn Quốc Oai,

Minh Đức (Ứng Hòa), Phúc Tiến (Phú Xuyên).

3.2. Độ tổng khoáng hóa (TDS)

Nước dưới đất tầng Pleistocen chủ yếu là nước nhạt với độ tổng khoáng hóa dao động

trong khoảng từ 165mg/l đến 738mg/l, trung bình là 376,5mg/l. Trong khi đó, dưới sự bổ cập

nước mạnh mẽ của nước mặt và các nguồn cung cấp nước khác, nước dưới đất trong tầng

Holocen có độ tổng khoáng hóa cao hơn trong tầng Pleistocen với hàm lượng dao động trong

khoảng từ 317,76 mg/l đến 1643,74 mg/l, trung bình đạt khoảng 765,49mg/l. Nước ở tầng này

chủ yếu cũng là nước nhạt.

10

Hình 3.1: Các đặc trƣng thống kê hàm lƣợng TDS tầng qh và qp

3.3. Kiểu hóa học của nƣớc dƣới đất

Kiểu hóa học của nước dưới đất được xác định bằng công thức Kurlov.

3.3.1. Kiểu hóa học của nƣớc tầng Holocen

Với sự chiếm ưu thế của cation Ca2+

và anion HCO3- trong thành phần hóa học của nước,

theo công thức Kurlov, nước trong tầng Holocen là kiểu nước bicacbonat canxi-magie chiếm

85% trong tổng số các mẫu nước. Công thức loại hình hóa học của nước tại điểm các điểm

khảo sát trong khu vực nghiên cứu như sau:

Tại điểm Q63a - Hoài Đức: M0,45 pH7,7

Tại điểm Q55a - Đan Phượng: M0,62 pH7,6

3.3.2. Kiểu hóa học của nƣớc tầng Pleistocen

Nước dưới đất trong tầng Pleitocen khu vực nghiên cứu có kiểu hóa học phổ biến là

bicacbonat canxi, bicacbonat canxi-magie. Một trong những mẫu nước thể hiện rõ loại hình

hóa học này được biểu diễn bởi công thức Kurlov như sau:

Tại điểm HN.09a - Hoài Đức: M0,49 pH7,2

Tại điểm HN.06 - Ứng Hòa: M0,49 pH7,1

3.4. Thành phần các kim loại

Dựa theo kết quả phân tích 53 mẫu của Đặng Mai và 184 mẫu của Bùi Hữu Việt được

lấy trong khu vực, học viên đã tổng hợp các đặc trưng thống kê hàm lượng các kim loại Cr,

11

Mn, Fe, Cu, Zn , Cd, Sb, Hg, Pb, Ni và As (bảng 3.2). Nồng độ các kim loại Mn, As, Fe, Cu,

Zn, Cd, Sb, Hg, Pb có sự biến động khá lớn về hàm lượng (hệ số biến phân dao động từ 144 -

342%). Theo QCVN 09:2008/BTNMT và TCVN 5502:2003 giới hạn hàm lượng các kim loại

cho phép thứ tự như sau: Cr(50ppb), Mn(500ppb), Hg(1ppb), Fe(5000ppb), Cu(1000ppb),

Zn(3000ppb), Cd(5ppb), Sb(5ppb), Hg(1ppb), Pb(10ppb), Ni (1ppb) thì các mẫu nước ngầm

trong khu vực chưa có dấu hiệu ô nhiễm bởi hàm lượng các kim loại như Cr, Cu, Zn, Cd và

Sb. Tuy nhiên, trong khu vực nhiều mẫu có hàm lượng các kim loại cao hơn tiêu chuẩn cho

phép (TCCP) như Fe, Mn, Pb, Hg đặc biệt là As. Hàm lượng As dao động trong khoảng rất

lớn từ 0,02 - 392,4ppb (hệ số biến phân - 216%), có nhiều mẫu có hàm lượng As rất cao, gấp

từ 10-30 lần so với tiêu chuẩn nước sinh hoạt do WHO quy định (10ppb) trong khi một số

thấp hơn tiêu chuẩn nhiều (nhỏ hơn 1ppb).

Bảng 3.2. Các đặc trƣng thống kê hàm lƣợng các kim loại trong nƣớc dƣới đất

Thành phần các

nguyên tố (ppb) Min Max Av Me S V (%)

Cr 1,00 60,00 19,33 20,38 10,71 55,40

Mn 2,00 5917,15 283,60 76,00 629,58 244,21

Fe 1,16 23614,91 4422,59 2178,07 6166,69 139,44

Cu 0,04 76,00 16,38 8,00 15,92 97,16

Zn 1,03 484,00 44,77 17,45 74,77 167,00

As 0,02 392,42 28,77 4,71 62,16 216,05

Cd 0,00 1,54 0,12 0,05 0,22 187,93

Hg 0,02 173,63 1,37 0,29 11,59 843,52

Pb 0,03 47,60 4,93 1,58 7,78 157,71

Sb 0,01 6,85 0,94 0,30 1,49 159,24

Ni 8,00 156,00 62,90 64,50 32,40 52,00

Hàm lượng của một số kim loại cao gấp nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép có thể

do sự ảnh hưởng cơ bản của thành phần đất đá đến tầng nước ngầm khi có quá trình phong

hóa, bào mòn hợp chất chứa các kim loại theo dòng nước ngầm và do đặc tính di động khác

nhau của các kim loại. Ngoài ra, các kim loại này cũng có thể được thải ra từ các làng nghề

hoặc từ khu công nghiệp, chúng bị rửa trôi theo nguồn nước mưa và hòa vào các dòng sông

theo hệ thống sông ngòi trên, tích tụ làm gia tăng hàm lượng chúng trong nguồn nước ngầm.

CHƢƠNG 4: HÀNH VI ĐỊA HÓA CỦA ASEN TRONG NƢỚC DƢỚI ĐẤT KHU VỰC

PHÍA TÂY HÀ NỘI

4.1. Hàm lƣợng As trong nƣớc dƣới đất

Với 100 kết quả phân tích hàm lượng As trong nước dưới đất tầng Pleistocen và 37

kết quả phân tích nước dưới đất tầng Holocen trong khu vực cho thấy:

12

Hàm lượng As trong nước dưới đất tầng Holocen dao động trong khoảng 0,23g/l đến

268,14g/l, trung bình 34,81g/l. Trong khi đó, hàm lượng của nguyên tố này trong nước

dưới đất tầng Pleistocen dao động từ 0,14g/l-392,42g/l, trung bình 38,91g/l (hình 4.1).

Bảng 4.1. Các đặc trƣng thống kê hàm lƣợng As trong tầng Holocen và Pleistocen

Tầng chứa nước Min Max Av Me S V (%)

Tầng Holocen (qh) 0,23 268,14 34,81 5,10 70,17 202

Tầng Pleistocen (qp) 0,14 392,42 38,91 9,11 74,69 192

Theo quy định của WHO về giới hạn hàm lượng của các nguyên tố vi lượng trong

nước ngầm thì hàm lượng As không được vượt quá 10g/l. Nếu theo quy định trên, thì có

32,4% mẫu nước trong tầng Holocen và 44,1% mẫu nước trong tầng Pleistocen đã bị ô nhiễm.

Đặc biệt trong tầng Pleistocen 21/100 mẫu có hàm lượng As> 100g/l (gấp >10 lần TCCP),

điều này cho thấy mức độ ô nhiễm As nghiêm trọng trong nước dưới đất tầng chứa này. Hệ số

biến phân của hàm lượng As trong nước tầng Holocen và Pleistocen lần lượt là Vqh= 202 %

và Vqp= 192% . Như vậy, sự phân bố hàm lượng As trong khu vực là không đồng đều trong cả

tầng qh và qp.

Bảng 4.2. Các đặc trƣng thống kê hàm lƣợng As trong NDĐ khu vực phía tây Hà Nội

Huyện Min Max Av Me S V(%)

Ba Vì 0,50 108,81 5,25 0,80 21,14 403

Đan Phượng 0,23 124,76 27,87 10,99 37,24 134

Quốc Oai 0,62 14,94 5,78 4,01 5,53 96

Hoài Đức 5,14 392,42 120,97 100,55 114,67 95

Chương Mỹ 0,37 8,46 2,64 2,04 2,30 87

Thường Tín 0,35 41,13 9,51 5,72 9,76 103

Phú Xuyên 0,71 268,14 31,48 7,23 64,14 204

Mỹ Đức 0,14 16,15 5,03 2,74 6,57 131

Ứng Hòa 1,16 43,44 12,58 7,53 12,60 100

Hàm lượng As trong nước dưới đất phân bố trên diện rộng trong khu vực nghiên cứu.

Ở các huyện Ba Vì, Sơn Tây, Thạch Thất, Quốc Oai, Chương Mỹ, Mỹ Đức hàm lượng As

trong nước tương đối thấp, chỉ có một số ít mẫu có dấu hiệu ô nhiễm. Trong khi đó ở các

huyện Hoài Đức, Phúc Thọ, Phú Xuyên, Thanh Oai, Ứng Hòa nước dưới đất lại có biểu hiện

ô nhiễm As rõ ràng với 41,7 % các mẫu nước thu được có hàm lượng As > 10g/l. Ở huyện

Phú Xuyên, hàm lượng As dao động tương đối lớn từ 0,71 - 268,14g/l, trung bình 31,84g/l

(bảng 4.2). Mặt khác, hệ số biến phân lại rất lớn (V = 204%) nên sự phân bố hàm lượng As

trong vùng rất không đồng đều. Ở huyện Ba Vì, có hệ số biến phân rất lớn (V = 403%), hàm

13

lượng As trong vùng phân bố không đồng đều. Đặc biệt ở huyện Hoài Đức, có nơi hàm lượng

As trong nước đạt 392, 42g/l, gấp 39 lần TCCP của WHO.

4.2. Dạng tồn tại của As trong nƣớc dƣới đất

Trong môi trường, As có thể tồn tại ở các trạng thái oxi hóa khác nhau (-3, 0, +3 và

+5), nhưng trong nước tự nhiên chủ yếu tìm thấy dạng asenit hóa trị ba [As(III)] và asenat hóa

trị năm [As(V)]. Mặt khác, As(III) và As(V) luôn luôn chuyển trạng thái cho nhau tùy thuộc

vào điều kiện môi trường.

4.2.1. Kết quả phân tích

Kết quả phân tích 14 mẫu của chúng tôi tại Bộ môn Hóa phân tích, Trường Đại học

Khoa học Tự nhiên cho thấy hàm lượng As(III) chiếm trên 70% so với trong As tổng (bảng

4.3).

Bảng 4.3. Các đặc trƣng thống kê hàm lƣợng As(III) và As(V) trong NDĐ

Hàm lượng As (ppb) Min Max Av Me S V(%)

As(III) 0,36 95,55 24,85 11,91 32,52 131

As(V) 0,25 1,70 0,85 0,61 0,76 85

4.2.2. Quan hệ của As và Eh

Trong nước dưới đất khu vực phía tây Hà Nội, giá trị Eh chủ yếu tập trung trong

khoảng -20mV đến +20mV. Trong khi đó hàm lượng As chủ yếu tập trung trong khoảng từ

0,14 g/l đến 43,44g/l. Ngoài khoảng giá trị này của Eh thì As phân bố rời rạc (hình 4.1).

Hình 4.1: Tƣơng quan giữa As và Eh

Mối quan hệ giữa As tổng với Eh thể hiện khá mật thiết ở hình 4.2. Giá trị Eh đo được

cho chúng ta đánh giá được môi trường nghiên cứu chứa các dạng tồn tại của As chủ yếu là

môi trường khử (do các giá trị Eh nhỏ, dao động trong khoảng hẹp từ -20 đến +20 mV).

14

4.2.3. Quan hệ giữa As với pH

Giá trị pH trong nước trong khu vực nghiên cứu biến đổi trong một khoảng hẹp, dao

động trong khoảng từ 6,4 đến 7,7. Nước thuộc loại trung tính, đôi nơi là axit yếu hoặc kiềm

yếu. Trong khoảng pH này hàm lượng As biến thiên trong khoảng từ 0,14 g/l đến 392,4

g/l. Điều này kết luận rằng, trong phạm vi nghiên cứu thì As tồn tại ở điều kiện môi trường

trung tính, axit yếu và kiềm yếu (hình 4.2).

Hình 4.2. Tƣơng quan giữa As và pH

Hình 4.5. Tƣơng quan giữa Eh và pH trong NDĐ khu vực phía tây Hà Nội

Qua hình 4.5 cho thấy, khu vực phía tây Hà Nội, độ pH phổ biến trong khoảng từ 6,5

- 7; giá trị Eh từ 10 - 50mV. Từ giá trị pH, Eh trên ứng với hình 4.4 cho thấy dạng tồn tại của

As trong khu vực phía tây Hà Nội chủ yếu là As(III) di chuyển dưới dạng H3AsO30.

4.3. Quan hệ của As với các thành phần hóa học trong nƣớc dƣới đất

4.3.1. Quan hệ của As với Fe

Bảng 4.4. Hàm lƣợng As và Fe theo bậc

Bậc nồng As (µg/l) Fe (mg/l)

15

độ Av Me Av Me

I 0,42 0,24 0,26 0,09

II 4,09 3,40 4,06 3,26

III 72,50 58,06 8,70 7,49

Nồng độ trung bình của Fe trong nước dưới đất khu vực phía tây Hà Nội là 4,25 mg/l,

tương đương với mức trung bình ở các vùng ô nhiễm As trên thế giới và Việt Nam. Tuy

nhiên, trị số median (trung vị) nồng độ chỉ có 1,54 mg/l, chứng tỏ Fe chỉ tập trung cao ở một

số nơi nhất định và hàm phân phối xác suất khác xa với phân phối chuẩn. Vì vậy, trong

trường hợp này, để nghiên cứu mối tương quan của As và Fe có thể phân bậc hàm lượng As

theo các mức khác nhau và tính nồng độ trung bình theo các bậc đó. Tập mẫu sử dụng trong

mục này gồm 53 mẫu của Đặng Mai. Chia tập mẫu này thành 3 bậc theo thang hàm lượng As:

0-1 µg/l, 1-10 µg/l, 10-182µg/l. Kết quả trình bày trong bảng 4.4. Rõ ràng rằng, cả trị số trung

bình và median nồng độ của hai nguyên tố Fe và As cùng tăng đồng thời, nghĩa là As và Fe có

mối tương quan dương chặt chẽ. Điều đó chứng tỏ As trong nước duới đất được động viên

theo cơ chế khử các khoáng vật hydroxit sắt và giải phóng As hấp phụ.

4.3.2. Quan hệ của As với Mn

Tương quan giữa As và Mn cũng là một yếu tố quan trọng chỉ ra quá trình khử giải

phóng As trong trầm tích. Trong nước dưới đất khu vực phía tây Hà Nội, hàm lượng Mn dao

động từ 0,002 đến 5,91 mg/l, trung bình là 0,69 mg/l, trung vị 0,25 mg/l, hệ số biến phân

170%. Như vậy, tương tự như Fe, nồng độ Mn phân bố rất không đều theo không gian. Nếu

so sánh với các khu vực ô nhiễm As điển hình trên thế giới thì hàm lượng trung bình của Mn

ở đây tương đương.

Hình 4.6, biễu diễn phân bố hàm lượng As và Mn theo mẫu nước, cho thấy hai thành

phần này không có tương quan đáng kể. Như vậy, tương quan của As và Mn là dương nhưng

rất yếu.

0

1

10

100

1000

10000

Mn

As

16

Hình 4.6. Hàm lƣợng As và Mn trong các mẫu NDĐ (trục tung là logarit hàm lƣợng)

4.3.3. Quan hệ của As với NH4+

Số liệu sử dụng trong mục này gồm hai tập mẫu. Tập mẫu thứ nhất được thu thập vào

mùa khô 2009 (TM1) và tập mẫu thứ 2, thu thập vào mùa khô 2010 (TM2). TM1 gồm 19 mẫu

phân tích đồng thời As và NH4+. Hàm lượng As trong tập mẫu này dao động từ 0,64 đến

392,42ppb, hàm lượng NH4+ từ 0,18 đến 70,56ppm. Hệ số tương quan As-NH4

+ tính được là

+0,15. Chia tập mẫu này thành 3 nhóm theo thang hàm lượng As 0-1ppb, 1-10ppb, 10 -

392ppb và tính hàm lượng trung bình của As và NH4+ cho từng tập nhóm, kết quả đưa vào

bảng 4.6.

Bảng 4.6. Hàm lƣợng As và NH4+ theo bậc trong tập mẫu TM1

Nhóm As (ppb) Thông số As NH4+

1 0-1

N 5 5

Mean 0,78 0,22

Median 0,79 0,18

2 1-10

N 8 8

Mean 4,67 10,24

Median 4,38 0,54

3 10-392

N 6 6

Mean 199,94 27,54

Median 205,35 25,20

N: Số mẫu. Hàm lượng NH4+: ppm, Hàm lượng As

+: ppb

Bảng 4.6 cho thấy, trung bình hàm lượng NH4+ tăng dần từ 0,22 trong nhóm qua trị số

trung gian 10,24 ở nhóm 2 và đạt trị số lớn nhất 27,54 ở nhóm 3. Kèm theo đó median hàm

lượng tăng tương ứng qua các trị số 0,18 - 0,54 - 25,20.

Tập mẫu TM2 gồm 15 mẫu thu thập vào mùa khô 2010. Trong tập mẫu này, hàm

lượng As dao động từ 0,02 ppb đến 182,38 ppb, còn NH4+ từ 0,005 đến 45 ppm. Trong mẫu

này, As tương quan dương chặt chẽ với NH4+ với hệ số tương quan tuyến tính 0,82 (hình 4.9).

Những phân tích trên đây cho thấy trong nước dưới đất khu vực phía tây Hà Nội, hàm

lượng As tương quan chặt chẽ với NH4+ - một dấu hiệu chứng minh cơ chế hòa tan khử giải

phóng As từ trầm tích.

17

Hình 4.7. Tƣơng quan giữa As với NH4+ trong TM2

4.3.4. Quan hệ của As với DOC và TOC

Mối quan hệ này được xét trong tập mẫu TM2. Trong tập mẫu này, hàm lượng TOC

dao động từ 0,28 đến 20,39 ppm, DOC từ 0,09 đến 13,70 ppm. Quan hệ của As và hai thành

phần này đều rất chặt chẽ với hệ số tương quan cao và có nghĩa (rAs- DOC = 0,54, rAs-TOC =

0,62, hình 4.10). Những mối quan hệ như thế cũng đã được tìm thấy nhiều khu vực trên thế

giới, trong nước ngầm bị ô nhiễm As do cơ chế hòa tan - khử.

Hình 4.10. Tƣơng quan giữa As với DOC và TOC

4.3.5. Quan hệ của As với HCO3-

Dựa theo kết quả phân tích mẫu vào mùa khô năm 2009, hàm lượng HCO3- dao động

trong khoảng 0,02 - 2,60 mg/l, trung bình 0,64 mg/l, tương ứng với hàm lượng As từ 0,64 đến

375 µg/l. Hệ số biến phân của As và HCO3- lần lượt là 132%, 155%, điều đó chứng tỏ hàm

lượng của As và HCO3- phân bố rời rạc trong khu vực.

18

Hình 4.11. Tƣơng quan giữa As với HCO3-

Từ hình 4.11 cho thấy, As và HCO3- có mối tương quan dương (hệ số r = 0,13), phản

ánh quan hệ chặt chẽ giữa As và HCO3-.

4.3.6. Quan hệ của As với SO42-

Ion sunfat trong nước là sản phẩm của quá trình oxi hóa vì vậy, hàm lượng và mối

tương quan của nó là một dấu hiệu chỉ thị cho môi trường tồn tại của As.

Theo kết quả thu mẫu vào mùa khô năm 2009 (tập mẫu TM1), hàm lượng SO42-

dao

động trong khoảng 0,1 - 0,75 mg/l (trung bình 0,43 mg/l), tương ứng với hàm lượng As từ

0,64 đến 375 µg/l. Còn trong tập mẫu TM2, hàm lượng SO42-

thay đổi từ 0,05 đến 6,9 mg/l,

tương ứng với hàm lượng As từ 0,03 đến 182 µg/l. Trong tập mẫu TM1, As và SO42-

có mối

tương quan âm với hệ số r = - 0,55, còn trong tập mẫu TM2, As và SO42-

cũng có mối tương

quan nghịch nhưng kém chặt chẽ hơn (r = -0,20) (hình 4.12).

Hình 4.12. Tƣơng quan giữa As với SO42-

trong TM1 (a) và TM2 (b)

19

4.4. Quan hệ của As với các thành phần hóa học trong trầm tích Đệ Tứ

4.4.1. Thành phần thô lƣợng

Dựa theo kết quả phân tích 15 mẫu trầm tích được lấy tại hai lỗ khoan sâu thuộc dự án

VINOGEO. Lỗ khoan QO.01 tại thị trấn Quốc Oai, lỗ khoan QO.03 tại xóm Tám, xã Thạch

Thán, huyện Quốc Oai (Hà Nội).

Bảng 4.7. Các đặc trƣng thống kê hàm lƣợng các oxit trong trầm tích Đệ tứ

Các oxit Hàm lượng (%)

Min Max Av Me S V

SiO2 23,67 75,76 58,84 23,67 15,10 25,67

TiO2 0,62 4,02 1,63 1,59 1,01 61,78

Al2O3 6,31 30,42 16,76 10,93 6,16 36,72

Fe2O3 2,07 51,67 11,11 51,67 12,44 112,00

MnO 0,01 0,12 0,05 0,12 0,03 67,67

MgO 0,12 1,72 0,74 0,21 0,52 70,25

CaO 0,03 0,49 0,21 0,19 0,14 66,33

Na2O 0,01 0,73 0,23 0,07 0,25 106,35

K2O 0,34 3,32 1,72 0,41 0,92 53,39

Hàm lượng Al2O3 dao động trong khoảng 6,31 - 30,42%. Về trung bình, hợp phần này

đạt cao nhất trong trầm tích hệ tầng Vĩnh Phúc (16,76%) và thấp nhất trong hệ tầng Thái Bình

(10,20%). Hàm lượng trung bình của Fe2O3 cao nhất trong hệ tầng Vĩnh Phúc (10,46%), liên

quan đến quá trình laterit hóa; thấp nhất trong sét xám xanh hệ tầng Hải Hưng (6,45%) và đạt

trung bình trong trầm tích hệ tầng Thái Bình (7,21%) (bảng 4.7).

4.4.2. Thành phần vi lƣợng

Các nguyên tố vi lượng được nghiên cứu bao gồm hai nhóm nguyên tố: nhóm

chancophin gồm Cu, Zn, Sb, As, Pb, Cd và nhóm siderophin gồm V, Cr, Ni.

Bảng 4.8. Các đặc trƣng thống kê hàm lƣợng các nguyên tố vi lƣợng trong trầm tích Đệ

tứ

Nguyên tố vi

lượng Min Max Av Me S V (%)

Cu 20,10 116,00 62,78 49,60 33,34 53,10

Zn 55,80 173,00 104,79 102,00 37,79 36,07

Sb 3,10 62,80 10,65 5,60 15,92 149,50

As 5,80 41,50 15,19 13,60 8,97 59,02

Pb 6,10 47,60 24,70 23,10 10,38 42,03

Cd 0,05 0,18 0,10 0,09 0,06 60,74

V 78,00 456,00 191,54 167,00 108,48 56,64

20

Cr 74,00 339,00 152,54 129,00 78,55 51,50

Ni 30,00 137,00 67,15 58,00 33,27 49,54

Asen (As)

Hàm lượng trong lỗ khoan QO.01 dao động từ 10,1 đến 41,5 mg/kg; thấp nhất trong

sét loang lỗ thuộc hệ tầng Vĩnh Phúc và cao nhất trong tầng sét pha màu xám xanh thuộc hệ

tầng Hải Hưng. Điều đó cho thấy trầm tích trong vùng là nguồn nguy cơ gây ô nhiễm cho

nguồn nước dưới đất. Trong lỗ khoan QO.03, hàm lượng As dao động từ 5,8 đến 14,8 mg/kg;

thấp nhất ở độ sâu 19,3m, tương ứng với trầm tích sét loang lổ thuộc hệ tầng Vĩnh Phúc và đạt

cực đại ở độ sâu 4,3m, trong bùn sét xám xanh, xám đen tầng Hải Hưng. So với mức trung

bình trong trầm tích sét, hàm lượng As cực đại ở đây cao hơn 2,2 lần, còn với mức trung bình

trong vỏ Trái Đất thì cao hơn gần 9 lần. Trên biểu đồ biến thiên hàm lượng, asen có xu hướng

giảm theo độ sâu (hình 4.13a, 4.14a).

Đồng (Cu)

Trong lỗ khoan QO.01, hàm lượng đồng thấp nhất ở tầng đất đắp trên cùng

(35,2mg/kg) và đạt cực đại với giá trị 116mg/kg ở độ sâu 25,7m, tương ứng với trầm tích sét

loang lổ của hệ tầng Vĩnh Phúc. Trong lỗ khoan QO.03, hàm lượng đồng dao độngtrong

khoảng 20 - 105mg/kg; đạt giá trị thấp nhất ở độ sâu 3,7m, tương ứng với trầm tích cát bột hệ

tầng Thái Bình và cao nhất ở độ sâu 22,5, tương ứng với trầm tích sét hệ tầng Vĩnh Phúc. Xu

thế biến đổi chính của hàm lượng Cu là tăng theo độ sâu (hình 4.13b, 4.14b). So với trung

bình trong đá trầm tích thế giới, hàm lượng đồng trong khu vực này đạt mức xấp xỉ, với hệ số

clac nồng độ từ 0,62 đến 2,04.

Chì (Pb)

Hàm lượng chì trong các tầng trầm tích ở lỗ khoan QO.01 dao động từ 6,1 đến 47,6

mg/kg, nhìn chung xấp xỉ mức trung bình trên thế giới; hàm lượng Pb thấp nhất ở độ sâu

20,2m, tương ứng với hệ tầng Vĩnh Phúc và đạt cực đại ở độ sâu 11,7m, thuộc tầng Hải Hưng.

Trong lỗ khoan QO.03, hàm lượng thấp nhất của As là 16,1 mg/kg tại độ sâu 3,7m, tương ứng

với trầm tích cát bột hệ tầng Thái Bình, còn hàm lượng cao nhất là 34,1 mg/kg, đạt được tại

độ sâu 4,3m, trong trầm tích sét tầng Hải Hưng. Hệ số tập trung đối với đá sét dao động trong

khoảng 0,27 - 1,71, còn clac nồng độ từ 1 đến 2. Như vậy, hàm lượng Pb vùng này tương

đương mức trung bình của thế giới. Tương tự như asen, chì thể hiện xu thế giảm hàm lượng

theo độ sâu (hình 4.13c, 4.14c).

21

b

5

15

25

35

45

0 100 200

Cu5

15

25

35

45

0 25 50

Pb

ca

5

15

25

35

45

5 25 45

As

d

5

15

25

35

45

0 100 200

Zn

e

5

15

25

35

45

0 40 80

Sb

§é

s©u

(m)

Hµm l­îng (mg/kg)

Hình 1. Biến

thiên hàm lƣợng

các kim loại nặng

trong lỗ khoan

QO-01

Hình 4.13. Biến thiên hàm lƣợng các kim loại trong lỗ khoan QO.01

Kẽm (Zn)

Xu thế biến thiên của hàm lượng kẽm ở hai lỗ khoan có khác nhau chút ít. Nếu như tại

lỗ khoan QO.01, Zn thể hiện xu thế tăng hàm lượng theo độ sâu (hình 4.13d), thì ngược lại ở

lỗ khoan QO.03, Zn thể hiện xu thế giảm hàm lượng theo độ sâu (hình 4.14d). Tại lỗ khoan

QO.01, hàm lượng Zn thấp nhất là 55,8mg/kg đạt được ở độ sâu 20,2m, tương ứng với trầm

tích của hệ tầng Hải Hưng và cao nhất là 173 mg/kg, tương ứng với hệ tầng Vĩnh Phúc. Tại lỗ

khoan QO.03, hàm lượng Zn dao động trong khoảng 63 - 152 mg/kg; đạt thấp nhất ở độ sâu

3,7m, thuộc hệ tầng Thái Bình và cao nhất ở độ sâu 8,3m thuộc hệ tầng Hải Hưng. So với

phông chung của thế giới, hàm lượng Zn trong trầm tích bở rời khu vực phía tây Hà Nội đạt

mức trung bình với hệ số tập trung trong đá sét từ 0,7 đến 2,16 và clac nồng độ từ 0,79 đến

1,83.

22

0

5

10

15

20

25

0 10 20

As

a

Cu

0

5

10

15

20

25

0 40 80 120

b

Pb0

5

10

15

20

25

0 20 40

c

Zn

0

5

10

15

20

25

0 100 200

d

Sb

0

5

10

15

20

25

0 5 10 15

e

Hµm l­îng (mg/kg)

§é

s©u

(m) Hình 2. Biến

thiên hàm

lƣợng asen

trong lỗ khoan

QO- 03

Hình 4.14. Biến thiên hàm lƣợng các kim loại trong lỗ khoan QO.03

Antimon (Sb)

Tại lỗ khoan QO.01, hàm lượng Sb dao động trong khoảng 4,03 - 62,8mg/kg, cao hơn

mức trung bình trong đá sét từ 2,4 đến 31,4 lần và cao hơn mức trung bình trong vỏ Trái Đất

từ 8,1 đến 125,6 lần. Khác với các nguyên tố khác, xu thế biến đổi hàm lượng của Sb không

rõ ràng (hình 4.13e, 4.14e). Tại lỗ khoan QO.03, hàm lượng Sb dao động trong khoảng 3,07 -

11mg/kg; thấp nhất ở độ sâu 9,8m, ứng với trầm tích hệ tầng Hải Hưng và cao nhất ở độ sâu

20,8m trong hệ tầng Vĩnh Phúc. Tuy nhiên, có thể nhận ra rằng, về trung bình, hàm lượng Sb

trong hệ tầng Vĩnh Phúc cao hơn trong tầng Hải Hưng và Thái Bình. Hệ số tập trung của Sb

đạt từ 1,54 đến 5,5, còn clac nồng độ từ 6,14 đến 22. Như vậy, hàm lượng Sb ở đây cao hơn

nhiều so với phông chung của thế giới.

Cadimi (Cd)

Trong hầu hết các tầng trầm tích ở cả hai lỗ khoan, hàm lượng Cd đều dưới độ nhậy

phân tích, ngoại trừ một số mẫu có hàm lượng rất thấp (bảng 4.10). Hàm lượng Cd dao động

từ 0,05 đến 0,18mg/kg, trung bình 0,10mg/kg.

23

Các nguyên tố siderophin

Các nguyên tố siderophin được nghiên cứu ở đây bao gồm V, Cr, và Ni. Trong hầu hết

các mẫu chúng đều có hàm lượng thấp, dưới mức trung bình của trầm tích thế giới hoặc cao

hơn vài ba lần và vì vậy, những nguyên tố này không có vai trò đáng kể đối với môi trường

khu vực nghiên cứu.

CHƢƠNG 5: Ô NHIỄM NƢỚC DƢỚI ĐẤT VÀ CÁC GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU Ô

NHIỄM ASEN TRONG NƢỚC DƢỚI ĐẤT

5.1. Hiện trạng ô nhiễm nƣớc dƣới đất

5.1.1. Ô nhiễm As trong nƣớc dƣới đất

Căn cứ vào khoảng dao động hàm lượng của As trong các mẫu phân tích được nói ở

trên và nhằm phản ánh mức độ ô nhiễm, hàm lượng As được nội suy theo các bước 0-10, 10-

25, 25- 50, 50-75, 75-100, 100-125, 125-150, 150-182ppb. Hình 5.1 thể hiện các trung tâm ô

nhiễm lớn của As là Hoài Đức, Phúc Thọ và Ứng Hòa. Ở cực bắc huyện Ba Vì cũng có một

vùng ô nhiễm nhưng diên tích nhỏ. Tại Hoài Đức, hàm lượng cực đại của As trong nước

ngầm lên tới 182ppb, vượt quá giới hạn cho phép của WHO hơn 18 lần. Tại Ứng Hòa, hàm

lượng cực đại của As trong nước ngầm là 128ppb; Phúc Thọ là 124 và phía bắc Ba Vì là

108ppb. Từ các trung tâm này, hàm lượng As giảm dần ra xung quanh với gradian nồng độ

khác nhau. Về phía đông, theo hướng vào khu vực nội thành Thành phố Hà Nội, quá trình lan

truyền ô nhiễm xảy ra với gradian nhỏ; trong khi đó về phía tây, nồng độ As trong nước ngầm

giảm xuống nhanh. Kết quả của các quá trình đó là tạo thành một khu vực ô nhiễm kéo dài

theo hướng tây bắc - đông nam nằm sát khu vực nội thành Hà Nội.

24

Hình 5.1. Phân bố hàm lƣợng As trong NDĐ khu vực phía tây Hà Nội

5.1.2. Ô nhiễm Fe, Mn trong nƣớc dƣới đất

Theo kết quả phân tích 53 mẫu của Đặng Mai, cho thấy trong khu vực hàm lượng Fe

tổng cao hơn hàm lượng Mn (bảng 5.1).

Bảng 5.1. Các đặc trƣng thống kê hàm lƣợng Fe và Mn trong NDĐ

TT Thông số Min Max Av Me S V (%)

1 Mn (mg/l) 0,002 5,91 0,68 0,30 1,16 170

2 Fe (mg/l) 0,001 25,97 5,09 2,22 6,76 133

Trong khu vực, nồng độ Mn dao động trong khoảng 0,002-5,91 mg/l, trung bình là

0,68 mg/l. Hệ số biến phân của Mn vượt quá 100%, điều đó thể hiện Mn phân bố không đồng

đều về nồng độ. Kết quả khảo sát và phân tích cho thấy, một số nơi có nồng độ Mn cao trong

nước dưới đất như Chu Minh (Ba Vì), Ngọc Mỹ, Thạch Thán (Quốc Oai), Chúc Sơn (Chương

Mỹ). Tại những vùng này, nồng độ Mn hầu hết đạt trên 1,5 mg/l, vượt quá 3 lần giới hạn cho

phép theo QCVN 09:2008/BTNMT (0,5 mg/l).

25

Tương tự như Mn, Fe phân bố không đồng đều với hệ số biến phân đạt tới 133%. Một

số nơi, Fe tổng có biểu hiện ô nhiễm tương đối rõ nét. Như tại các điểm khảo sát HN.03

(Minh Đức), 1629 (Đông Lỗ), 1625, 1627 (Châu Can - Ứng Hòa) và HN.02 (Đại Xuyên - Phú

Xuyên), hàm lượng Fe tổng trong nước dưới đất lên tới 20-26 mg/l, cao hơn giới hạn cho

phép 4 -7 lần.

5.2. Nguồn gốc và cơ chế ô nhiễm As trong nƣớc dƣới đất

5.2.1. Nguồn gốc As trong nƣớc dƣới đất

Các phân tích trên đã chứng minh trong khu vực nghiên cứu, As trong nước dưới đất

tồn tại ở điều kiện môi trường khử. Sự tương quan giữa hàm lượng As với hàm lượng các ion

khác có mặt trong thành phần của nước dưới đất như Fe, Ca2+

, SO42-

, HCO3-, NH4

+, Mn

2+

trong các mẫu phân tích thu được là các bằng chứng quan trọng và thuyết phục để luận giải về

nguồn gốc As trong nước dưới đất khu vực phía tây Hà Nội. Chúng ta có thể khẳng định rằng

nguồn gốc hình thành As trong nước dưới đất là nguồn gốc trầm tích, hay chính xác hơn là As

được làm giàu trong nước dưới đất bắt nguồn từ sự khử hòa tan các khoáng vật hấp phụ As có

trong thành phần trầm tích chính bản thân các tầng chứa nước.

5.2.2. Cơ chế ô nhiễm As trong nƣớc dƣới đất

As trong nước dưới đất khu vực phía tây Hà Nội được hình thành theo hai cơ chế khử

sau đây:

Cơ chế khử oxyhydroxit(Fe3+

OOHAs) giải phóng As do sinh vật

Cơ chế khử As hấp phụ trên oxit sắt hoặc oxyhydroxit bị thay thế bởi bicacbonat

5.3. Các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm As trong nƣớc dƣới đất

Nước dưới đất giàu As trong khu vực phía tây Hà Nội và một thực tế rõ ràng so với

các quốc gia khác trên thế giới như Bangladesh, Ấn Độ, Trung Quốc,… thì hiện trạng ô

nhiễm As trong nước ngầm khu vực phía tây Hà Nội có thể được đánh giá là nghiêm trọng với

47,1 % các mẫu phân tích nước trong khu vực cho kết quả ô nhiễm As. Thực trạng này đã đặt

ra yêu cầu phải đưa ra các giải pháp phòng ngừa và xử lí để giảm thiểu ảnh hưởng của việc sử

dụng nguồn nước dưới đất cao As này đến sức khỏe cộng đồng. Các giải pháp cụ thể như sau

:

5.3.1. Đối với các khu vực đã có hệ thống cung cấp nƣớc tập trung

- Cần kiểm soát và điều tiết chế độ khai thác nước hợp lí để không làm giảm mực nước

ngầm nhiều hơn nữa. Đây là một biện pháp tích cực, chủ động và lâu dài nhằm đáp ứng nhu

26

cầu phát triển kinh tế xã hội, cân bằng môi trường nước dưới đất và đảm bảo an ninh nguồn

nước.

- Điều tra địa chất thủy văn, khoanh vùng những khu vực phân bố nhiều các trầm tích

bùn sét để hạn chế việc xây dựng các công trình khai thác nước trong phạm vi đó.

- Xây dựng một cơ chế nghiêm ngặt để kiểm soát chất lượng nguồn nước sau khi xử lí

trước khi chúng được cấp vào mạng cấp nước công cộng. Tiến hành kiểm tra định kì, thường

xuyên để kịp thời giải quyết các sự cố.

- Tại những khu vực đã phát hiện ô nhiễm As trong nước ngầm với quy mô lớn, cần

phải có sự quy hoạch xây dựng những công trình cấp nước, xử lí tập trung và phải đảm bảo

rằng công nghệ, hệ thống xử lí có thể đưa hàm lượng

5.3.2. Đối với các giếng khoan đơn lẻ

Đây là hình thức khai thác nước chủ yếu của người dân trong khu vực phía tây Hà

Nội. Tính đến năm 2000 trên địa bàn toàn tỉnh có 146.242 giếng khoan, trong đó có phần lớn

chưa được kiểm tra về chất lượng nước. Biện pháp để giảm thiểu ảnh hưởng cũng như xử lí

nước dưới đất ô nhiễm As trong trường hợp này là sử dụng các bể lọc hoặc các thiết bị lọc

được chế tạo sẵn phù hợp với quy mô hộ gia đình. Mô hình lọc nước mà hiện dân ở khu vực

phía tây Hà Nội đang sử dụng bao gồm một bể lọc kích thước khoảng 80 x 80 x 100 cm, trong

đó có ba lớp chủ yếu: cát vàng hạt thô, than hoạt tính và cuội (dân quen gọi bể lọc này là “bể

lọc cát”). Nguyên tắc của phương pháp này là tạo các kết tủa từ các phản ứng hóa học để loại

các nguyên tố độc hại ra khỏi nước.

Để đánh giá hiệu quả của các bể lọc này chúng tôi đã tiến hành lấy và phân tích song song

hàm lượng của các nguyên tố trong mẫu nước nguyên khai (trực tiếp từ giếng khoan) và mẫu qua bể

lọc. Kết quả cho thấy hàm lượng các nguyên tố Fe, Mn và As trong mẫu đã lọc giảm mạnh so

với mẫu nước nguyên khai (hình 5.4). Theo tính toán, hàm lượng Mn giảm từ 77 đến 95%,

trung bình là 92%, Fe giảm từ 60 đến 97%, trung bình 85%, hàm lượng As giảm từ 50 đến

95%, trung bình 79%.

27

Fe

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

HN 0

4

HN.1

3

HN.1

3-3

HN.1

8 Shm

pp

b

Mn

0

200

400

600

800

1000

1200

HN 0

4

HN.1

3

HN.1

3-3

HN.1

8 Shm

pp

b As

0

20

40

60

80

100

120

140

HN

04

HN

.13

HN

.13-3

HN

.18

Shm

pp

b

Hình 5.4. So sánh hàm lƣợng nguyên tố trong mẫu

nƣớc nguyên khai (đƣờng đứt đoạn) và mẫu nƣớc đã lọc (đƣờng liền nét)

5.3.3. Một số công nghệ xử lí As trong nƣớc dƣới đất

Đã có rất nhiều công nghệ xử lí As trong nước dưới đất. Dưới đây là một số phương

pháp đã được ứng dụng để xử lí As:

- Oxi hoá/ khử.

- Keo tụ/Kết tủa.

- Hấp phụ

- Trao đổi ion.

- Tách pha lỏng/rắn.

- Chưng cất bằng năng lượng mặt trời

KẾT LUẬN

Từ kết quả nghiên cứu đã trình bày trên đây có thể nêu ra những kết luận sau:

+ Khu vực phía tây Hà Nội có 2 tầng chứa nước bở rời tuổi Đệ tứ là Holocen và

Pleistocen hiện đang được khai thác phục vụ đời sống người dân trong khu vực thì cả 2 tầng

đều phát hiện có các mẫu nước có hàm lượng As cao.

+ Sự phân bố của As trong các tầng chứa nước có quy luật: Hàm lượng As trong các

lớp trầm tích hạt mịn (bùn sét) cao hơn trong các thành tạo hạt thô.

+ Trong NDĐ khu vực phía tây Hà Nội, As di chuyển chủ yếu dưới dạng H3AsO30

[As(III)]. Nguồn gốc hình thành As trong nước dưới đất là nguồn gốc trầm tích, hay chính xác

hơn là As được làm giàu trong nước dưới đất bắt nguồn từ sự khử hòa tan các khoáng vật hấp

phụ As có trong thành phần trầm tích chính bản thân các tầng chứa nước.

28

+ Môi trường địa hóa của NDĐ được đặc trưng bởi sự tăng cao hàm lượng của Fe,

Mn, NH4+, DOC và sự giảm thấp hàm lượng SO4

2-. Kiểu hóa học của nước phổ biến là

bicacbonat canxi-magie.

+ Biện pháp phòng ngừa ảnh hưởng của As đến chất lượng nước là tăng cường công

tác quản lý, quy hoạch và điều tiết chế độ khai thác nước. Không xây dựng thêm công trình

khai thác nước ở khu vực hiện đã bị ô nhiễm As. Những khu vực ô nhiễm As có công trình

khai thác nước cần có dây chuyền công nghệ xử lí phù hợp.

+ Với quy mô hộ gia đình có thể sử dụng bể lọc cát (kết hợp với công nghệ lọc hiện

đại đối với vùng ô nhiễm nặng) để làm sạch nước, giảm thiểu hàm lượng As và một số chất ô

nhiễm khác như Fe, Mn.

References

I/Tiếng Việt:

1. Hoàng Thế Anh (2004), “Đặc điểm địa hóa trầm tích Pleistocen muộn - Holocen và mối

quan hệ với chất lượng nước dưới đất khu vực phía nam Hà Nội”, Luận văn thạc sĩ, Trường

Đại học Khoa học tự nhiên, Hà Nội.

2. Đỗ Văn Bình, (2004),“Nguồn gốc và sự hình thành của Asen trong nước dưới đất khu vực

Hà Nội”, Luận án Tiến sỹ, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội

3. Nguyễn Văn Đản, Tống Ngọc Thanh (2001), “Về khả năng nhiễm bẩn arsenic các nguồn

nước dưới đất ở Việt Nam”, Hội nghị về Asen trong nước sinh hoạt và kế hoạch hành động,

Hà Nội, Trang 22-36

4. Trần Hữu Hoan (2000), “Vài giải pháp phòng chống ô nhiễm Asen đơn giản, chi phí

thấp”, Hội thảo quốc tế - Ô nhiễm Asen, hiện trạng tác động đến sức khỏe con người và các

giải pháp phòng ngừa, Hà Nội.

5. Trần Thị Lựu (2008), “Đặc điểm thành phần khoáng vật trầm tích đệ tứ khu vực Đan

Phượng (Hà Tây) và mối liên hệ giữa thành phần vật chất của trầm tích với hiện trạng ô

nhiễm asen trong nước dưới đất vùng châu thổ Sông Hồng”, Luận văn thạc sỹ, Trường Đại

học Khoa học Tự nhiên, Hà Nội.

6. Đặng Mai và nnk (2010), “Ô nhiễm asen trong nước dưới đất ở vùng phía tây Hà Nội”,

Tạp chí địa chất, Loạt A, số 326, 7-8/2011. Trang 17-27.

7. Nguyễn Huy Nga (2001), “Các khía cạnh sức khỏe của việc sử dụng nước uống nhiễm

asen”, Hội nghị về Asen trong nước sinh hoạt và kế hoạch hành động, Hà Nội, Trang 60-64.

29

8. Đặng Đức Nhận, Đặng Anh Minh, Nguyễn Văn Hoài, Nguyễn Thị Hồng Thịnh, Đinh Thị

Bích Liễu, Võ Thị Anh, Nguyễn Thị Lan Anh (2006), “Sự di động của Asen trong nước

ngầm khu vực phía Nam thành phố Hà Nội”, Proceeding National Workshop: Arsenic

Cotamination in Groundwater in Red River Plain, Hà Nội, Trang 37-47.

9. Phan Xuân Sử và nnk (2003), “Nghiên cứu, xác định sự tồn tại, nguồn gốc, quy luật phân

bố của asen trong đất và trong nước ở thành phố Hà Nội. Đề xuất hệ thống giải pháp để

phòng ngừa ảnh hưởng của asen tới sức khỏe của nhân dân”, Cục Thủy Lợi, Hà Nội.

10. Bùi Hữu Việt và nnk (2009), Dự án “Đánh giá hiện trạng, nguyên nhân, khoanh vùng ô

nhiễm môi trường đất và nước trên địa bàn tỉnh Hà Tây và đề xuất các giải pháp phòng,

tránh, giảm thiểu ảnh hưởng tới đời sống cộng đồng”, Viện Khoa học Địa chất và Khoáng

sản, Bộ TN & MT.

II/ Tiếng Anh:

11. Berg .M, Tran.H.C, Nguyen. T.C, Pham. H. V, Schertenleib. R, Giger. W (2001),

“Arsenic contamination of groundwater and drinking water in Vietnam: A human health

threat”, Environmental Science and Technology, pp. 2621-2626.

12. Ira W. Leighton (2002), “Arsenic Moving toward a regulation”, Chapman & Hall,

London-Weinheim-New York-Tokyo- Meilourne-Madras.

13. Kinniburgh D.G, Smedley P.L. (2001), “Arsenic contamination of grounwater in

Bangladesh”, Vol 1: Summary, Chapter 12, pp 213-230.

14. Mathers, S.J, J.Davies, A.Mc Donald, J.A. Zalasiewicz and s.Marsh (1996), “The Red

River Delta of Vietnam”, Bristish Geological Survey Technical Report No.WC/96/2, Oxon,

Bristish Geological Survey.

15. Tong Ngoc Thanh (2001), “Arsenic pollution in groundwater in the Red River Delta”