Nghiên cứu các đặc điểm hóa lí của nước ngầm tại hai mặt cắt thuộc huyện Phúc Thọ, phía nam sông Hồng - Hà nội góp phần giải thích nguyên nhân hình thành ô nhiễm Asen

ông ồng nên đặc điểm địa chất biến đổi theo chiều hướng từ núi đến đồng bằng. ặc điểm địa hình này quyết định đặc điểm địa chất khu vực, 29 những khu vực gần núi hơn sẽ có trầm tích già hơn, ít chất hữu cơ hơn do đó khả năng hình thành môi trường thuận lợi để giải phóng s thấp hơn; khu vực gần sông hơn sẽ được thường xuyên bồi đắp phù sa từ con sông ồng và sông áy nên trầm tích khu vực sẽ trẻ hơn và giàu vật chất hữu cơ hơn, quá trình phân hủy vật chất hữu cơ sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình giải phóng s từ trầm tích ra nước ngầm. Theo nghiên cứu của Postma (2012) tại 4 điểm nằm trong khu vực nghiên cứu (Phú Kim, Phụng Thượng gần núi Ba Vì; Vân ốc, -transect có vị trí gần sông ồng) cho thấy rằng những vị trí nghiên cứu gần núi hơn có tuổi trầm tích khoảng từ 3500- 6000 năm và có hàm lượng s rất thấp; khu vực gần sông có tuổi trầm tích trẻ hơn khoảng từ 500 – 600 năm và có hàm lượng s rất cao, cao hơn khu vực gần sông tới 5 – 6 lần [17]. Thông thường, dòng chảy thủy văn sẽ có hướng từ núi ra sông, hay từ khu vực có địa hình cao xuống khu vực có địa hình thấp. ước ngầm khu vực cho thấy những vị trí gần sông hơn sẽ có nồng độ các thành phần hóa học trong nước cao hơn so với vị trí gần núi, do quá trình oxi hóa vật chất hữu cơ sẽ làm tăng nồng độ một số thành phần trong nước như O3 - , NH4 +, s( ), Fe( ) và có thể hình thành môi trường có tính axit dẫn đến sự hòa tan các loại đá khoáng như đôlômit, canxit làm tăng nồng độ của a và Mg trong nước ngầm [25]. Theo như một nghiên cứu tại Trung hâu ( an Phượng) gần khu vực nghiên cứu cho thấy nước ngầm có hàm lượng s cao nhất khoảng 36µg/L ở vị trí gần sông ồng. iá trị p nước ngầm dao động trong khoảng từ 6,8 – 8,7. àm lượng Fe trong nước ngầm tương đối cao, dao động trong khoảng 1 – 45mg/L và có tới 17/20 mẫu có hàm lượng vượt quá quy chuẩn cho nước ngầm (5 mg/L). Một nghiên cứu khác cũng được thực hiện tại một vị trí nằm trong khu vực nghiên cứu của Postma (2007) cho thấy hầu hết các thành phần hóa học có trong nước ngầm đều có hàm lượng cao hơn nước sông ồng, ngước ngầm có nồng độ s( ) khoảng trên 300µg/L, nồng độ Fe( ) khoảng 15mg/L, hàm lượng các thành phần oxi hóa như O3 - , SO4 2- rất thấp, gần như bằng 0. hìn chung, khu vực nghiên cứu có dân cư mật độ không cao và không có các công trình khai thác nước lớn nên nước ngầm ít bị ảnh hưởng của con người. ịa 30 hình khu vực khá đặc biệt, thay đổi từ địa hình núi tới đồng bằng nên tuổi trầm tích cũng thay đổi tương ứng từ già tới trẻ. ước ngầm có nồng độ cao các thành phần mang tính khử như Fe( ), s( ) và nồng độ rất thấp các thành phần mang tính oxi hóa như O3 - , SO4 2- . Tóm lại, tổng quan trên đây đã cho thấy một vấn đề đang được thế giới quan tâm đó là vấn đề ô nhiễm asen trong nước ngầm. Tuy nhiên, nguyên nhân hình thành ô nhiễm asen trong nước ngầm chưa được giải thích rõ ràng mà chỉ dựa trên các giả thiết được rút ra từ các số liệu phân tích thực tế ở các khu vực khác nhau. Vì đặc điểm địa chất thủy văn cũng như các hoạt động khai thác sử dụng nước các khu vực này thường không giống nhau nên một giả thiết không thể đúng cho mọi khu vực. Trong tất cả các giả thiết được đưa ra thì giả thiết giải phóng asen trong môi trường khử được chấp nhận rộng rãi nhất. Theo giả thiết, vi sinh vật sử dụng các chất oxi hóa như oxy hòa tan, nitrat và sunfat để phân hủy các chất hữu cơ và hình thành môi trường khử, trong điều kiện khử các khoáng oxit sắt bị hòa tan đồng thời giải phóng asen vào nước ngầm. Từ giả thiết trên thấy rằng As có thể tỉ lệ thuận với các thành phần đặc trưng cho môi trường khử như amoni, metan, sắt và tỉ lệ nghịch với các thành phần oxi hóa như oxy hòa tan, amoni, sunfat và mangan. goài ra, giả thiết về sự cạnh tranh hấp phụ của photphat cũng được quan sát thấy, khi đó hàm lượng s tỉ lệ thuận với hàm lượng photphat có trong nước ngầm. Do đặc điểm địa chất và các quá trình diễn ra trong các tầng chứa nước rất phức tạp nên để tìm hiểu nguyên nhân hình thành ô nhiễm asen trong nước ngầm không chỉ sử dụng một giả thiết mà cần có sự kết hợp của các giả thiết khác nhau. ồng thời cần xem xét mối tương quan giữa s và các thành phần hóa học trong nước ngầm, đặc biệt là các thành phần đặc trưng cho môi trường oxi hóa khử. 31 C ươ 2 – Ợ P Ơ P ÁP ỨU 2.1. ịa đ ểm cứ Một trong những vấn đề gặp phải trong nghiên cứu nước ngầm tại nhiều khu vực khác nhau ở Việt Nam và thế giới là sự biến đổi về thành phần hóa học trong nước ngầm, hàm lượng As có thể rất khác nhau giữa các lỗ khoan chỉ trong bán kính 100m [10, 30]. Ngoài ra chế độ thủy văn rất phức tạp trong các tầng nước ngầm vùng đồng bằng do chịu ảnh hưởng của các hoạt động sản xuất nông nghiệp (tưới tiêu, đào ao, kênh thủy lợi) và khai thác nước ngầm cho sinh hoạt [4, 20]. Theo Van Geen và cộng sự (2006) để làm sáng tỏ các quá trình kiểm soát sự hình thành ô nhiễm As thì các nghiên cứu cần được thực hiện trên quy mô nhỏ. hư đã nêu trên đây là khu vực có địa hình khá đặc biệt, biến đổi từ khu vực đồi núi thành đồng bằng nên thấy rõ được sự biến đổi của địa chất từ trầm tích già tới trầm tích trẻ. ể nghiên cứu một hiện tượng tự nhiên cần phải chon khu vực ít chịu tác động của con người, chính vì vậy mà luận văn chọn một địa điểm nghiên cứu cụ thể là khu vực thuộc huyện Phúc Thọ, Hà Nội (Hình 2.1), cách Hà Nội khoảng 30km. Khu vực nghiên cứu nằm nằm giữa núi Ba Vì và sông Hồng và bao gồm một phần sông áy. Diện tích khu vực nghiên cứu khoảng 300km2 và hai mặt cắt nằm cách nhau khoảng 15km có vị trí ở hai bên sông áy. Khu vực này có mật độ dân cư thấp (khoảng 100 người/km2) nên các hoạt động khai thác nước ngầm cho các mục đích sinh hoạt, tưới tiêu tương đối thấp, và không có các nhà máy nước cấp sử dụng nước ngầm. Do đó nước ngầm ở khu vực này ít bị ảnh hưởng bởi các hoạt động khai thác và sử dụng nước ngầm của con người. Chính vì vậy luận văn chọn khu vực này để nghiên cứu các xu hướng biến đổi của các thành phần tự nhiên trong nước ngầm trong mối liên quan tới asen. 32 Hình 2.1. Vị trí các giếng nhà dân và hai mặt cắt A và B thuộc huyện Phúc Thọ 2.2. tượ cứ Trong khuôn khổ Dự án “Dự đoán sự ô nhiễm sen trong nước ngầm tại một số vùng đồng bằng bồi tích khu vực ông am Á (PRE S)” hợp tác giữa Viện Khảo sát ịa chất an Mạch và Greenland (GEUS) và trường ại học Khoa học Tự nhiên, ại học Mỏ địa chất, đối tượng nghiên cứu của dự án là sự ô nhiễm As trong nước ngầm phía Tây Bắc Hà Nội từ năm 2004 đến nay. Mục tiêu của dự án là làm sáng tỏ các quá trình địa hóa liên quan và chi phối sự giải phóng asen từ trầm tích vào nước ngầm trong điều kiện tương đối “nguyên thủy” của địa bàn nghiên cứu. Là một nội dung nhỏ của Dự án, đối tượng nghiên cứu của luận văn là nguồn nước ngầm thuộc một số huyện phía Tây Bắc Hà Nội với 50 mẫu nước giếng khoan nhà dân và hai mặt cắt A, B thuộc huyện Phúc Thọ, Hà Nội với 51 lỗ khoan quan trắc của Dự án. ặc điểm địa chất khu vực này biến đổi khá rõ rệt từ địa hình vùng núi với trầm tích già tới địa hình đồng bằng có trầm tích trẻ hơn. Chính vì sự biến đổi địa 33 chất này mà luận văn đã chọn ví trí hai mặt cắt với những đặc điểm địa chất khác nhau để tìm hiểu nguyên nhân hình thành ô nhiễm asen. Mặt cắt A nằm ở khu vực gần chân núi Ba Vì gồm hai cụm giếng thuộc xã Cẩm Yên, Phúc Hòa, còn mặt cắt B nằm gần sông Hồng nơi có trầm tích trẻ hơn và gồm hai cụm giếng thuộc xã Tam Thuấn, Tân Hội. Các thông số hoa lý được phân tích ngay tại hiện trường gồm nhiệt độ, độ dẫn, pH, DO, độ kiềm, Fe2+, PO4 3- phân tích trong phòng thí nghiệm các thành phần đa lượng (Na, K, Mg, Ca, HCO3 - , SO4 2- , NO3 - , Cl - ), vi lượng (As, Fe, Mn, PO4 3- , NH4 + , F - , Br - ), cacbon hữu cơ hòa tan (DO ) và metan ( 4). 2.3. P ươ p áp cứ 2.3.1. P ươ p áp tổ q a t l ệ - Tham khảo các luận văn trong và ngoài nước về vấn đề ô nhiễm s đã được thực hiện trong những năm gần đây và các bài báo quốc tế trên các tạp chí khoa học uy tín, có độ tin cậy cao như tạp chí ature, Applied Geochemistry, Enviromental Pollution - Tìm kiếm và tổng hợp các tài liệu về vấn đề ô nhiễm asen và các quá trình diễn ra trong nước ngầm tại các khu vực có những đặc điểm, thành phần môi trường khác nhau. Những kết quả nghiên cứu thu được trong luận văn này được so sánh và biện luận dựa trên các kết quả của các tài liệu tham khảo. 2.3.2. P ươ p áp lấ mẫ ước ầm Mẫu giếng nhà dân được lấy từ các giếng khoan của các hộ gia đình sống trong khu vực nghiên cứu. Mật độ lấy mẫu khoảng 7km2/mẫu với số lượng là 50 mẫu. Các giếng quan trắc thuộc 2 mặt cắt sau khi khoan thường bị xáo trộn về mặt thủy địa hóa, do vậy, việc lấy mẫu nước phải chờ sau 2 – 3 tháng khi các yếu tố này của giếng ổn định. ể đảm bảo lấy được nước ngầm nguyên dạng từ các tầng ngậm 34 nước phía dưới, nước trong các giếng nghiên cứu cần được bơm bỏ 4 – 5 lần thể tích giếng (rửa giếng) trước khi lấy mẫu. Các thông số hiện trường được đo bằng các điện cực chuyên dụng như pH, oxy hòa tan (DO), độ dẫn điện (EC), việc đo này được thực hiện trong một bộ dẫn dòng chảy kín (hình 2.2) để đảm bảo không bị ảnh hưởng của oxi không khí. Hình 2.2. Đo các thông số hiện trường sử dụng bộ dẫn dòng chảy kín Hình 2.3. Sục khí Nitơ các dụng cụ trước khi lấy mẫu Sau khi các thông số nhiệt độ, DO, pH, EC ổn định thì tiến hành lấy mẫu. Toàn bộ dụng cụ xi lanh, màng lọc, cột tách s( ), kim và các van đều được sục khí nitơ để đuổi hết ôxi ( ình 2.3). ước ngầm được lọc qua màng xenlulo axetat 0,2µm để loại bỏ các chất rắn lơ lửng hoặc các chất keo, các hạt Fe và Al-oxihydroxit. Tiến hành phân tích các thông số Fe2+, PO4 3- ngay bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis. Mẫu nước ngầm sau khi lọc được thu vào các lọ khác nhau cho từng phép phân tích. - Mẫu phân tích cation: đựng trong lọ nhựa PE 50mL, axit hóa tới p <2 với axit HNO3, bảo quản ở nhiệt độ 4 0 C. - Mẫu phân tích anion: đựng trong lọ nhựa PE 20mL, không cần axit hóa, bảo quản ở nhiệt độ 40C. - Mẫu phân tích cacbon hữu cơ hòa tan (DO ): đựng trong lọ thủy tinh 24mL đã được nung ở 5000 trong 4 giờ để loại bỏ hoàn toàn cacbon hữu cơ còn lại trong lọ, mẫu được axit hóa bằng axit l, bảo quản ở nhiệt độ 40C. 35 - Mẫu phân tích metan: Sử dụng lọ thủy tinh có nút cao su kín đã hút chân không. Bảo quản ngay trong đá khô ( O2) ngoài hiện trường và ở điều kiện -20 o ở phòng thí nghiệm. - Mẫu phân tích s(III): Mẫu nước ngầm được bơm qua màng lọc xenlulo axetat 0,2μm kết nối với cột trao đổi anion có chứa vật liệu hấp phụ alumino silicat có thể hấp thu chọn lọc s(V) nhưng không hấp thu s( ) với tốc độ dòng là 5-6 mL/phút để tách riêng s(V) ra khỏi s( ) [16], thu lấy khoảng 5-6 mL nước lọc qua cột để phân tích s( ). ác mẫu được axít hóa tới khoảng p < 2, bảo quản ở nhiệt độ 40C. 2.3.3. P ươ p áp lập bả đồ ác phần mềm được sử dụng để lập bản đồ trong luận văn này bao gồm: Easy oogle Maps Downloader, Map nfo và Surfer, trong đó: - Easy oogle Maps Downloader dùng để tải hình ảnh vệ tinh từ oogle Maps để hình ảnh có độ phân giải cao và rõ nét hơn ảnh chụp từ màn hình. - Map nfo là phần mềm dùng để tạo các lớp bản đồ trên hình ảnh vệ tinh, xác định chính xác tọa độ các điểm lấy mẫu trên ảnh vệ tinh. Làm bản đồ nền khi biểu diễn sự phân bố nồng độ các thành phần hóa học trong nước ngầm trên ảnh vệ tinh. - Surfer là phần mềm chuyên dụng dùng để biểu diễn số liệu. Một trong các ứng dụng của phần mềm là sử dụng các giá trị đo đạc rời rạc để nội suy kết quả theo dạng 2 chiều (2D) hoặc 3 chiều (3D). Phần mềm sử dụng trong luận văn này là Golden Sorfware Surfer 9. 2.4. P ươ p áp p â tíc óa ọc 2.4.1. ác c ỉ p â tíc tạ ệ trườ - huẩn độ kiềm ộ kiềm được xác định bằng phương pháp chuẩn độ GRAN với dung dịch HCl 0,05M ngay tại hiện trường. Mẫu nước ngầm sẽ liên tục được theo dõi pH trong quá trình bổ sung axit l, cho đến khi đạt pH 3 thì dừng lại. Trong môi trường trung 36 tính, dạng hòa tan chủ yếu của axít cacbonic là bicacbonat (HCO3 - ) nên phép phân tích này cho biết hàm lượng HCO3 - trong mẫu nước ngầm có pH trong khoảng 6-8. - Phân tích các ion Fe2+, PO4 3- Nồng độ Fe( ), photphat, được đo bằng quang phổ hấp thụ phân tử tại hiện trường bằng thiết bị Hach DR2800. Fe( ) được đo bằng phương pháp Ferrozin, photphat sử dụng phương pháp xanh molypdat. 2.4.2. Các thông s phân tích trong phòng thí nghiệm Các thông số được phân tích trong phòng thí nghiệm sử dụng các phương pháp từ Standard Methods for for the Examination of Water and Wastewater (1999) đã được tối ưu hóa và điều chỉnh để phù hợp với điều kiện phân tích của trung tâm Nghiên cứu Công nghệ Môi trường và Phát triển Bền Vững. hư đối với các kim loại như a, Mg, Fe trong nước sử dụng phương pháp 3110, 3111; s sử dụng phương pháp số 3114 [44].  Xác định hàm lượng asen bằng HVG-AAS ây là một trong những phương pháp phổ biến và hiệu quả để xác định asen. Phương pháp này có độ nhạy và độ ổn định cao, ít bị ảnh hưởng của nền mẫu phức tạp và được ứng dụng để xác định hàm lượng vết asen trong nước (cỡ μg/L). Nguyên tắc của phương pháp: trong nước ngầm tồn tại cả 2 dạng As(III) và As(V) và hiệu suất hydrua của 2 dạng này là khác nhau nên cần khử tất cả As(V) về As(III) bằng tác nhân khử là dung dịch a trước khi tạo hydrua asen. Sau đó, s( I) sẽ phản ứng với hydro mới sinh (tạo thành khi tác nhân khử NaBH4 phản ứng với axít HCl) tạo ra khí asin (AsH3). Nhờ dòng khí argon, khí asin sinh ra được dẫn tới bộ phận nguyên tử hoá mẫu để tạo ra các đám hơi nguyên tử tự do (hình 2.4). Asen nguyên tử sẽ hấp thụ bước sóng đặc trưng (193,7 nm) từ đèn catốt rỗng asen và tạo ra phổ hấp thụ. ường độ phổ hấp thụ được xác định bằng detectơ và nó tỉ lệ với hàm lượng As trong mẫu. - Phương trình phản ứng khử s(V) thành s( ): As(V) + 2NaI + 2HCl → As(III) + I2 +2NaCl +H2O 37 - Phương trình phản ứng tạo khí asin: NaBH4 + HCl + As(III) + H2O → 3BO3 + NaCl + AsH3 ↑ +1/2 2 ↑  Xác định hàm lượng sắt tổng và các cation khác Tổng hàm lượng sắt có trong nước ngầm Fe(T), và các cation khác trong nước như a2+, Mg2+, Na+, K+, Mn2+ được xác định bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử. Phương pháp xác định Fe(T), Ca2+, Mg2+, Mn2+ Mẫu sau khi được chuyển thành dạng sol khí ở bộ phận ống phun (nebulizer) được bơm trực tiếp vào ngọn lửa. Ở nhiệt độ cao các cation trong nước được được nguyên tử hóa và hấp thụ các bước sóng đặc trưng từ đèn catot rỗng chuyên biệt cho từng nguyên tố để tạo ra quang phổ hấp thụ nguyên tử. ường độ hấp thụ quang phổ tỉ lệ với hàm lượng các cation có trong mẫu. Phương pháp xác định Na+ và K+ Na + và K + được xác định bằng phương pháp quang phổ phát xạ. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao từ ngọn lửa Na+ và K+ trong mẫu được nguyên tử hoá và phát ra các tia phát xạ với bước sóng đặc trưng. ường độ phát xạ của nguyên tử tỉ lệ thuận với nồng độ của Na+ và K+ trong nước ngầm.  Xác định hàm lượng amoni (NH4 + ) àm lượng amoni trong mẫu nước ngầm được xác định bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử. moni được cho phản ứng với nitroprusside tạo ra phức màu xanh. o độ hấp thụ quang của phức này tại bước sóng 637nm. Từ cường độ hấp thụ quang tính ra hàm lượng amoni trong mẫu.  Xác định hàm lượng các anion (NO3 - , NO2 - , SO4 2- , F - ,Cl - , Br - ) ồng độ các anion trong nước ngầm thường được xác định bằng phương pháp sắc ký ion. guyên tắc của phương pháp này là các anion trong mẫu nước được tách khỏi các thành phần khác sau khi đi qua cột tách và được phát hiện bởi detector độ dẫn ( DD) và các anion được định lượng dựa vào giá trị độ dẫn.  Xác định hàm lượng metan (CH4) Khí metan trong nước ngầm được xác định bằng phương pháp sắc ký khí, sử dụng cột thủy tinh nhồi chất hấp phụ (Porapak T) và detectơ dẫn nhiệt (T D). Detector 38 T D hoạt động dựa trên nguyên tắc đo liên tục độ dẫn nhiệt của khí mang (tinh khiết hoặc khí mang chứa các cấu tử mẫu cần tách) giữa buồng đo và buồng so sánh mà trong đó có lắp các dây điện trở theo kiểu cầu Wheastone. 2.5. ết bị, dụ cụ v óa c ất cứ 2.5.1. ết bị v dụ cụ - Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử -6800, thiết bị sinh khí hydrua HVG, Shimadzu. - Máy quang phổ hấp thụ phân tử V/V S DR-2800, Shimadzu. - Máy sắc ký ion -20A super, Shimadzu. - Máy sắc ký khí GC-2014, Shimadzu - Máy phân tích tổng cacbon hữu cơ TO -Vsh, Shimadzu - Máy quang phổ hấp thụ phân tử hiện trường V/V S DR-2800, HACH. - Bộ dụng cụ chuẩn độ kiềm, - Bộ dụng cụ đo các chỉ tiêu hiện trường: điện cực đo p , DO, độ dẫn, - Bộ dẫn dòng chảy kín (flow-cell), máy bơm nước, thùng xốp bảo quản mẫu. - Màng lọc nước xenlulo axetat 0,2 μm, Satorius. - uvét nhựa loại 1cm (dùng một lần). - Lọ thủy tinh 6 mL có septum cao su kín (loại chuyên dùng lấy mẫu khí). - ác bình định mức, lọ nhựa đựng mẫu (20ml,50ml), ống nghiệm, xi lanh .v.v. - Micro pipet và đầu típ nhựa (200, 1000, 5000 μL), Eppendorf. - Khí argon 99,9%; khí axetylen 99,5%; khí nitơ 99,9% (dùng làm khí mang cho máy ) và 99,5% (phục vụ cho lấy mẫu), không khí sạch 99,9% (dùng làm khí mang trong máy TOC) 2.5.2. óa c ất - Dung dịch chuẩn 1000ppm của Fe, s, Mn, a, Mg, a, K, Merck. - Dung dịch p chuẩn (p 4, p 7), Merck. - Muối a2CO3, amoni oxalate, axit ascorbic, Merck. - Muối a O3, NaBr, KCl, Na2SO4, NaNO3, NaNO2, NaF, Na3PO4.12H2O, Merck. - Dung dịch kiểm chứng đa nguyên tố P, Merck. 39 - Dung dịch kiểm chứng trên nền nước ngầm RS, Eawag - Khí metan chuẩn (metan 1% trong nitơ), MIKROLAB GAS - NaOH, NaBH4, NaI, axít ascorbic, Merck. - Axít HCl 37%, HNO3 65%, axit formic 99 - 100%, Merck - Na2(NO)Fe(CN)5 (Natri nitropruside), NaOCl, Merck - (NH4)6Mo7O24.4H2O, axit oxalic, 4-(Methylamino) phenolsulphate, natri sulfite - Ferrozin ((3/2-pyridyl)-5,6-diphenyl-1,2,4-triazine-4',4''-disulfonic), Fluka - Potassiumantimon (III) tartrate, Ammoniumheptanmolybdate, Merk - Khoáng aluminosilicat (0,8g) nhồi vào típ nhựa (loại típ 1ml) làm cột tách As(III) và As(V) - ước deion Mili - á khô (CO2 rắn) 40 ươ 3 – Ế UẢ Ả U 3.1. ặc đ ểm hóa lý ước ầm ế dâ t c k vực cứ Mẫu nước giếng nhà dân được lấy từ cuối tháng 4/2014. Kết quả phân tích một số thành phần hóa lý nước ngầm của 50 mẫu nước giếng nhà dân được tổng kết ở bảng 3.1. Các giếng nhà dân được lấy ở các độ sâu khác nhau từ 12 đến 80m, tuy nhiên hầu hết các giếng (35/50) được lấy ở tầng chứa nước trẻ Holocen với độ sâu từ 20 – 50m. Bảng 3.1. Một số thành phần hóa học nước ngầm tại các giếng nhà dân ước giếng khoan ước sông Hồng (Postma, 2007) (mg/L) QCVN 09: 2008/BTNMT (mg/L) Phầ trăm mẫ vượt quá tiêu chuẩn (%) Khoảng nồng đ (mg/L) Trung vị (mg/L) Trung bình (mg/L) ộ sâu giếng(m) 12 – 80 30,5 31,5 - - - EC (µS/cm) 43,5 – 1573 635 604 290 - - Nhiệt độ (oC) 25,4 – 28,3 26,4 26,4 30 - - DO 0,4 – 4,3 0,6 0,8 9.6 - - Na + 2,8 – 82,3 17,8 25,7 4,6 - - K + 0,5 – 81,6 2,7 5,9 1,5 - - Ca 2+ <2 – 172,3 54 53,1 21,2 - - Mg 2+ <0,5 – 43,5 18,2 17,8 4,3 - - Cl - 2,5 – 161 12,8 34 3,9 250 0 NO3 - <0.5 – 132,9 0,2 6,2 0,6 15 12 SO4 2- <0,5 – 74,6 0,9 9,5 5,8 400 0 As (µg/L) <5 – 334 32,2 77 <0,75 50 42 Fe <0,25 – 32,2 6,2 8,2 - 5 50 NH4 + <0,2 – 59 2,5 8,1 <0,08 0,1 90 Mn 2+ <0,1 – 4,5 0,2 0,5 <0,05 0,5 24 PO4 3- <0,05 – 2,3 0,6 0,7 7,56 - - Br- <0,1 – 0,4 0,1 0,1 - - - 41 Những kết quả trong bảng trên cho thấy sự biến động của các thành phần hóa học giữa các giếng tương đối lớn, từ vài chục cho đến vài trăm lần. Ví dụ như đối với ion Ca 2+ , có giếng hàm lượng chỉ dưới 2mg/L nhưng có những giếng hàm lượng này lên tới hơn 170mg/L, hay đối với s, hàm lượng của giếng thấp nhất và cao nhất cũng khác biệt rất lớn từ dưới 5 – 334 µg/L. àm lượng DO trong nước ngầm tương đối thấp, đa số giếng (44/50) có hàm lượng dưới 1mg/L, chỉ có một số giếng có hàm lượng oxi hòa tan cao hơn, do hệ thống lấy mẫu là các đường ống bơm nước do người dân xây dựng nên có thể bị hở nên oxi dễ dàng xâm nhập. So sánh với kết quả phân tích nước giếng khoan và nước sông Hồng [16] cho thấy giá trị EC của nước ngầm lớn hơn so với nước sông. iều này có thể giải thích là do quá trình hòa tan các loại đá khoáng trong tầng chứa nước. ặc biệt, ở những khu vực có hàm lượng chất hữu cơ cao, quá trình phân hủy vật chất hữu cơ sẽ xảy ra và giải phóng CO2 vào trong nước ngầm dẫn đến sự hòa tan đá khoáng. Tương ứng, sự phân bố của EC (hình 3.1) chủ yếu ở khu vực gần sông áy và sông ồng, nơi thường có trầm tích trẻ do quá trình bồi tụ của hai con sông này nên hàm lượng chất hữu cơ cao hơn so với khu vực xa sông. Các thành phần đa lượng trong nước như Na+, K+, Ca2+, Mg2+ và Cl- có nồng độ cao hơn nước sông từ 2 đến 5 lần, còn các thành phần vi lượng As, Fe2+, NH4 + đều có nồng độ cao hơn nước sông rất nhiều, từ vài chục đến vài trăm lần, đặc biệt là nồng độ s cao hơn nước sông trên 100 lần. Một số thành phần như SO4 2- , NO3 - , PO4 3- và hàm lượng oxi hòa tan trong nước ngầm lại có nồng độ thấp hơn so với nước sông Hồng khoảng trên 10 lần. Nhìn chung, nước ngầm khu vực này có nồng độ các thành phần khoáng tương đối cao do chịu tác động của quá trình khoáng hóa trong các tầng chứa nước. Nồng độ tương đối thấp các thành phần oxi hóa cho thấy môi trường nước ngầm ở đây mang tính khử. ể thấy rõ hơn mức độ khoáng hóa của nước ngầm trong khu vực nghiên cứu, luận văn tiếp tục xem xét cụ thể nồng độ các thành phần đa lượng, vi lượng trong nước ngầm và sự phân bố của chúng trong không gian rộng của khu vực nghiên cứu. 42 Hình 3.1. Sự phân bố của EC trong nước ngầm khu vực nghiên cứu 3.1.1. ác t p ầ đa lượ Trong nước ngầm, các thành phần đa lượng gồm có các cation Na+, K+, Ca2+, Mg 2+ và các anion Cl - , SO4 2- , NO3 - . - Các cation chính trong nước Hình 3.2 cho thấy sự phân bố không đồng nhất của các cation chính trong nước ngầm ở khu vực nghiên cứu. Thành phần K+ trong nước ngầm phân bố khá đồng đều, hầu hết các mẫu có nồng độ thấp dưới 10mg/L, chỉ có một mẫu thuộc Tam Thuấn có hàm lượng K+ cao đột biến lên tới 81mg/L. Theo như nguồn gốc của K+ trong nước ngầm đã nêu ở chương 1, và mẫu này còn có hàm lượng Na+, NO3 - , Cl - khá cao nên nguồn nước ngầm có thể bị xâm nhập bởi nguồn nước mặt bị ô nhiễm từ các hoạt động sản xuất nông nghiệp như sử dụng các loại phân bón hoặc từ sự phân hủy các chất thải của con người và động vật. Ion Na+ phân bố tập trung cao chủ yếu ở bờ trái sông áy, gồm các xã Cẩm Yên, Tam Thuấn, Phú Kim và Phúc Hòa với nồng độ trên 60mg/L. 43 Hình 3.2. Bản đồ sự phân bố hàm lượng của các cation chính trong nước ngầm Sự phân bố của cation Ca2+ và Mg2+ khá giống nhau và nồng độ cao xuất hiện ở các khu vực gần sông Hồng và sông áy, đặc biệt là bờ phải của sông áy. Riêng đối với bờ trái sông áy, nồng độ của hai cation này đều giảm dần khi khoảng cách với sông tăng lên. uá trình bồi lắng làm cho trầm tích ven sông thường trẻ và giàu hàm lượng hữu cơ. Theo các tác giả Postma (2007); McAuther (2012), quá trình phân hủy các vật chất hữu cơ trong môi trường yếm khí, đồng thời hòa tan các khoáng có chứa trong trầm tích như canxit, đôlômit làm tăng hàm lượng Ca2+ và Mg2+ trong nước ngầm [16, 31]. Nồng độ cao nhất của Ca2+ lên tới hơn 175mg/L, nơi thấp nhất là dưới 2mg/L. Mg2+ có hàm lượng thấp hơn, từ dưới 0,5 mg/L đến khoảng 43mg/L. 44 uá trình hòa tan các khoáng canxit và đôlômit được minh họa bằng các phản ứng sau [25]: CH2O(chất hữu cơ) → O2 + H2O CaCO3 (canxit) + CO2 + H2O → a 2+ + HCO3 - CaMg(CO3) (đôlômit) + CO2 + H2O → a 2+ +Mg 2+ + HCO3 - ác cation chính trong nước ngầm trong các giếng khoan được nghiên cứu có nồng độ khá biến động, giếng nồng độ cao nhất gấp từ 60 đến 80 lần so với giếng có nồng độ thấp nhất. Nhìn chung, nước ngầm khu vực này có nồng độ Ca2+, Mg2+ khá cao, phân bố chủ yếu ở bờ phải sông áy, ngược lại nồng độ Na+ cao tập trung hầu hết ở phía bờ trái sông áy. ồng độ K+ trong nước tương đối thấp trên toàn bộ khu vực nghiên cứu và có một mẫu bị nhiễm bẩn do nước mặt xâm nhập. - Các anion chính trong nước Sự phức tạp trong cấu trúc nước ngầm khu vực nghiên cứu không chỉ thể hiện ở sự phân bố của các cation chính mà còn thể hiện ở sự phân bố của các anion. ồng độ SO4 2- trong mẫu nước nghiên cứu thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn cho nước ngầm (400mg/L). Số mẫu nước có nồng độ O3 - vượt tiêu chuẩn nước ngầm (15mg/L) là 12% trong tổng số mẫu được phân tích. ồng độ nitrat trong các mẫu nước được nghiên cứu tương đối thấp, mẫu có nồng độ dưới 0,5mg/L chiếm đến 70%. ồng độ cao nhất tại các xã Tam Thuấn, uốc Oai và Thạch Thất thuộc khu vực bờ trái và cách xa sông áy. Tại xã Phương