ĐẶT VẤN ĐỀ Nƣớc là nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng trong cuộc sống của cộng đồng. Các nguồn nƣớc đƣợc sử dụng chủ yếu là nƣớc mặt và nƣớc ngầm đã đƣợc xử lý hoặc chƣa qua xử lý. Ngày nay do nhu cầu sử dụng của con ngƣời tăng cao và việc sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật và phân bón quá mức đã làm cho môi trƣờng nƣớc nói chung và môi trƣờng nƣớc ngầm nói riêng đang bị ô nhiễm. Chất lƣợng nƣớc là một yếu tố ảnh hƣởng lớn đến xã hội.
Sự gia tăng dân số và đô thị hóa diễn ra mạnh mẽ tạo làm cho nhu cầu sử dụng nƣớc càng ngày càng gia tăng trong khi đó thì nguồn tài nguyên nƣớc thì không đổi, dẫn đến nguồn tài nguyên nƣớc bị suy giảm về cả chất lƣợng và số lƣợng. Đối với Việt Nam, là một nƣớc nông nghiệp lên vấn đề nƣớc sạch đang rất đƣợc cộng đồng quan tâm, dành nhiều vốn đầu tƣ để nâng cấp và cải thiện chất lƣợng nƣớc. Amoni không gây độc trực tiếp cho con ngƣời nhƣng sản phẩm chuyển hóa từ amoni là nitrite là yếu tố gây độc cho sức khỏe con ngƣời. Trong nƣớc ngầm, amoni không thể chuyển hóa đƣợc do thiếu oxi.
Khi khai thác lên, vi sinh vật trong nƣớc nhờ oxy trong không khí chuyển amoni thành nitrate và nitrite tích tụ trong nƣớc ăn. Khi ăn uống nƣớc có chứa nitrite, cơ thể sẽ hấp thụ nitrite vào máu và chất này sẽ chiếm oxy của hồng cầu làm hemoglobin mất khả năng lấy oxy, dẫn đến tình trạng thiếu máu, da xanh. Xã Bình Phú, huyện Thạch Thất có nền kinh tế chủ yếu là nông nghiệp. Hình thức sử dụng nƣớc ngầm chủ yếu là giếng khoan, việc sử dụng nguồn nƣớc giếng khoan nhƣ vậy có đảm bảo cho sức khỏe ngƣời dân trong xã hay không thì vẫn chƣa có nghiên cứu cụ thể nào.
Xuất phát từ thực tiễn và tầm quan trọng của nguồn nƣớc đặc biệt là nguồn nƣớc ngầm: “Đánh giá mức độ ô nhiễm của các hợp chất nitơ và sắt trong nước ngầm tại xã Bình Phú, huyện Thạch Thất, Thành phố Hà Nội”. Kết quả nghiên cứu của đề tài nhằm đánh giá đƣợc mức độ ô nhiễm của các hợp chất nitơ và sắt trong nƣớc ngầm, đề xuất đƣợc biện pháp xử lý các hợp 1 chất nitơ phù hợp cho công đồng dân cƣ tại xã Bình Phú, huyện Thạch Thất, Thành phố Hà Nội. Từ đó góp phần bảo vệ chất lƣợng nƣớc ngầm cho khu vực nghiên cứu. 2 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.
Khái niệm nước ngầm Nƣớc dƣới đất hay đôi khi còn đƣợc gọi là nƣớc ngầm, là thuật ngữ chỉ loại nƣớc nằm bên dƣới bề mặt đất trong các không gian rỗng của đất và trong các khe nứt của các thành tạo đá, và các không gian rỗng này có sự liên thông với nhau. Sự hình thành nƣớc ngầm Nƣớc ngầm đƣợc hình thành do nƣớc trên bề mặt ngấm xuống, không thể ngấm qua tầng đá mẹ nên trên nó nƣớc sẽ tập trung trên bề mặt, tùy từng kiến tạo địa chất mà nó hình thành nên các hình dạng khác nhau, nƣớc tập trung nhiều sẽ bắt đầu di chuyển và liên kết với các khoang túi nƣớc khác nhau dần hình thành các mạch nƣớc ngầm nhỏ. Tuy nhiên việc hình thành nƣớc ngầm phụ thuộc vào lƣợng nƣớc ngấm xuống và phụ thuộc vào lƣợng mƣa, khả năng trữ nƣớc của đất [9]. Đặc điểm của nước ngầm Đặc điểm chung của nƣớc ngầm là khả năng di chuyển nhanh trong các lớp đất xốp, tạo thành các dòng chảy ngầm theo địa hình.
Độ sâu Theo độ sâu thì nƣớc ngầm chia là 2 loại Nƣớc ngầm tầng mặt: không có lớp ngăn cách với địa hình bề mặt, rất dễ bị ô nhiễm; Nƣớc ngầm tầng sâu: nằm trong lớp đất đá xốp đƣợc ngăn cách bên trên và bên dƣới bởi các lớp không thấm nƣớc. Theo không gian phân bố, một lớp nƣớc ngầm tầng sâu thƣờng có ba vùng chức năng: Vùng thu nhận nƣớc; Vùng chuyển tải nƣớc; Vùng khai thác nƣớc có áp; 3 Thành phần Nƣớc ngầm có thành phần rất phức tạp và đa dạng về cả ion chính các nguyên tố vi lƣợng. Thành phần các ion chính của nƣớc ngầm chủ yếu phụ thuộc vào nguồn gốc chiếm ƣu thế. Mức độ pha trộn khác nhau tạo nên sự đa dạng của các dạng nƣớc ngầm.
Về khí hòa tan và kim loại nặng trong nƣớc thì nƣớc ngầm thƣờng nghèo oxy vào giàu CO2 tự do hơn nƣớc mặt. Ngoài ra trong nƣớc ngầm còn có thể chứa các khí có hàm lƣợng rất nhỏ trong khí quyển nhƣ metan và các khí hiếm nhƣ heli, neon .Các khí này có thể sinh ra từ sự phân hủy yếm khí chất hữu cơ trong đất đi lên theo các khe nứt kiến tạo và hòa tan trong nƣớc [9]. Nguyên nhân gây ô nhiễm nước ngầm 1. Khái niệm ô nhiễm nước Ô nhiễm nƣớc là sự biến đổi các thành phần môi trƣờng nƣớc không phù hợp với quy chuẩn kỹ thuật môi trƣờng và tiêu chuẩn môi trƣờng gây ảnh hƣởng đến sức khỏe con ngƣời và sinh vật [1].
Nguyên nhân gây ô nhiễm nước ngầm Nhiễm mặn: do khai thác nông nghiệp không hiệu quả và do nuôi trồng thủy sản không đúng cách; Ô nhiễm do môi trƣờng nƣớc mặt: sinh hoạt và một số hoạt động cần nƣớc ngầm phục vụ cho nông nghiệp, công nghiệp, thủy sản; Ô nhiễm do tác nhân nhân tạo: nồng độ kim loại nặng vƣợt quá tiêu chuẩn cho phép mà chủ yếu là do sử dụng thuốc bảo vệ thực vật, phân bón. Tác nhân gây ô nhiễm tầng nước ngầm Nƣớc ngầm là nguồn cung cấp nƣớc sinh hoạt chủ yếu đối với các quốc gia trên thế giới. Vì thế, ô nhiễm nƣớc ngầm có ảnh hƣởng rất lớn đến môi trƣờng sống của con ngƣời. Các tác nhân gây ô nhiễm và suy thoái nƣớc ngầm cụ thể là: 4 Tác nhân tự nhiên: nhiễm mặn, nhiễm phèn, hàm lƣợng sắt, mangan và một số kim loại khác trong nƣớc; Tác nhân nhân tạo: nồng độ kim loại nặng cao, hàm lƣợng NO3-, PO43- vƣợt quá quy chuẩn cho phép, ô nhiễm do vi sinh vật.
+ Nƣớc ngầm bị ô nhiễm bởi kim loại nặng Kim loại nặng có trong nguồn nƣớc thải công nghiệp, nƣớc thải sinh hoạt, nƣớc thải làng nghề, nƣớc rỉ rác đƣợc thải trực tiếp ra nguồn nƣớc mặt. Khi nƣớc mặt bị ô nhiễm kim loại nặng sẽ lan truyền các chất ô nhiễm vào trong nƣớc ngầm, vào đất và các thành phần khác liên quan, có tác động tiệu cực tới môi trƣờng sống của sinh vật và con ngƣời. Kim loại nặng sẽ tích lũy theo chuỗi thức ăn và thâm nhập vào cơ thể ngƣời. Để hạn chế ô nhiễm nƣớc, cần phải tăng cƣờng biện pháp xử lý nƣớc thải công nghiệp.
+ Nƣớc ngầm bị ô nhiễm do vi sinh vật Nguồn gây ô nhiễm sinh học cho môi trƣờng nƣớc chủ yếu là phân rác, nƣớc thải sinh vật, xác chết sinh vật, nƣớc thải bệnh viện,.Những loại vi khuẩn từ các nguồn này sẽ xâm nhập vào nguồn nƣớc ngầm sau đó theo chuỗi thức ăn đi vào cơ thể ngƣời và tác động tới sức khỏe con ngƣời gây ra các bệnh đƣờng ruột. + Nƣớc ngầm ô nhiễm bởi thuốc bảo vệ thực vật và phân bón hóa học Trong quá trình sử dụng thuốc bảo vệ thực vật và phân bón hóa học, tại một số vùng công nghiệp thâm canh, một lƣợng đáng kể thuốc và phân không đƣợc cây trồng tiếp nhận. Chúng sẽ lan truyền và tích lũy trong đất, nƣớc và các sản phẩm nông nghiệp dƣới dạng dƣ lƣợng phân bón và thuốc bảo vệ thực vật. Nhƣng dƣ lƣợng theo nƣớc mƣa và thời gian sẽ ngấm vào mạch nƣớc ngầm gây ô nhiễm mạch nƣớc ngầm.
+ Nƣớc ngầm ô nhiễm do sự có mặt của các hợp chất hữu cơ và sự phân hủy của hợp chất hữu cơ Cacbonhidrat, protein, chất béo thƣờng có mặt trong nƣớc thải công nghiệp và nƣớc thải sinh hoạt của các hộ gia đình là chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học. Trong nƣớc thải sinh hoạt, có khoảng 60-80% lƣợng chất hữu cơ thuộc 5 loại dễ bị phân huỷ sinh học. Chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh học thƣờng ảnh hƣởng có hại đến nguồn lợi thuỷ sản, vì khi bị phân huỷ các chất này sẽ làm giảm oxy hoà tan trong nƣớc, dẫn đến chết tôm cá. Các chất hữu cơ có độc tính cao thƣờng là các chất bền vững, khó bị vi sinh vật phân hủy trong môi trƣờng.
Một số chất có khả năng tồn lƣu lâu dài trong môi trƣờng. Các chất polychlorophenol (PCPs), polychlorobiphenyl (PCBs: polychlorinated biphenyls), các hydrocacbon đa vòng ngƣng tụ (PAHs: polycyclic aromatic hydrocacbons), các hợp chất dị vòng N hoặc O là các hợp chất hữu cơ bền vững. Các chất này thƣờng có trong nƣớc thải công nghiệp, nƣớc chảy tràn từ đồng ruộng (có chứa nhiều thuốc trừ sâu, diệt cỏ, kích thích sinh trƣởng). Các hợp chất này thƣờng là các tác nhân gây ô nhiễm nguy hiểm, ngay cả khi có mặt với nồng độ rất nhỏ trong môi trƣờng đặc biệt là môi trƣờng nƣớc [16].
Tính chất hóa lý của các hợp chất của nitơ và chu trình chuyển hóa nitơ trong môi trƣờng 1. Chu trình chuyển hóa của nitơ trong môi trường Hình 1. Chu trình chuyển hóa của nitơ trong môi trƣờng 6 Hợp chất nitơ vô cơ đơn giản và đầu tiên là nitơ tự do trong không khí. Nitơ vô cơ này chuyển hóa thành nitơ của vi sinh vật, thực vật.
Trong cơ thể sinh vật, nitơ tồn tại chủ yếu dƣới dạng các hợp chất đạm hữu cơ nhƣ protein, acid amin. Khi cơ thể sinh vật chết đi lƣợng nitơ hữu cơ này tồn tại trong đất. Dƣới tác dụng của nhóm vi sinh vật hoại sinh thực hiện quá trình amon hóa phân giải thành các acid amin. Các acid amin này đƣợc một nhóm vi sinh vật phân giải thành amoniac.
Amoniac tiếp tục đƣợc chuyển hóa các hợp chất của nitrite, nitrate nhờ nhóm vi sinh vật nitrate hóa. Dƣới dạng nitrate đƣợc chuyển hóa thành nitơ phân tử nhờ quá trình phản nitrate hóa trả lại nitơ tự do cho khí quyển. Nhƣ vậy, vòng tuần hoàn nitơ đƣợc khép kín. Trong hầu hết các giai đoạn chuyển hóa của vòng tuần hoàn đều có sự tham gia của các vi sinh vật khác nhau.
Nếu sự hoạt động của nhóm nào đó ngừng lại, toàn bộ sự chuyển hóa chuyển hóa của vòng tuần hoàn sẽ bị ảnh hƣởng nghiêm trọng [17]. Các quá trình chuyển hóa [17] a. Quá trình amon hóa Quá trình amon hóa là quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ nhƣ acid amin, protein thành nitơ vô cơ, CO2 và nƣớc.