MỞ ĐẦU Nước ngầm là nguồn cung cấp nước sinh hoạt chủ yếu ở nhiều quốc gia và vùng dân cư trên thế giới. Nhưng tình trạng ô nhiễm nước ngầm đang là vấn đề đáng báo động cho toàn nhân loại, là vấn đề mang tính thời sự của các quốc gia, các tổ chức bảo vệ môi trường trên toàn thế giới. Vấn đề nước sạch cũng sẽ là một trong số những vấn đề lớn nhất về tài nguyên toàn cầu trong những thập niên tới. Một tỷ người không có nước uống sạch từ các nguồn công cộng trong năm 2003.
Khoảng 2-7 tỷ người sẽ sống ở những đất nước khan hiếm nước vào những năm giữa của thế kỉ này. Gần đây, theo ước tính thì sự thay đổi khí hậu sẽ làm tăng vấn đề thiếu nước toàn cầu lên khoảng 20%. Sự thiếu nước sạch đưa ra một vấn đề toàn cầu và đòi hỏi nhiều sự nỗ lực để đảm bảo chất lượng nước uống tốt cho toàn nhân loại. Nhiều nguồn nước uống được lấy từ nước bề mặt nhưng ở những nước đang phát triển thì nước ngầm thường được ưa dùng hơn vì nó ít cần xử lý và có chất lượng về mặt vi sinh tốt hơn, điều này sẽ hạn chế sự lây lan các bệnh từ nước như dịch tả [20].
Ở Việt Nam hiện nay, nguồn nước ngầm chiếm 35-50% tổng lượng nước cấp sinh hoạt cho các đô thị trên toàn quốc, nhưng đang suy giảm trữ lượng đồng thời bị ô nhiễm nghiêm trọng. Nhiều nơi, nguồn nước ngầm đang phải đối mặt với vấn đề xâm nhập mặn trên diện rộng, ô nhiễm vi sinh, ô nhiễm kim loại nặng như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh do khoan nước dưới đất thiếu quy hoạch và không có kế hoạch bảo vệ nguồn nước. Vấn đề đáng báo động là nguồn nước dưới đất của Việt Nam đang đối mặt với dấu hiệu ô nhiễm coliform vượt quy chuẩn cho phép từ hàng trăm đến hàng nghìn lần. Tình trạng ô nhiễm photphat, các kim loại nặng như Fe, As, Mn, Pb,.
cũng có xu hướng tăng nhanh theo thời gian [7] Đồng bằng sông Hồng là một trong hai đồng bằng lớn nhất và quan trọng nhất ở Việt Nam. Khai thác nước ngầm ở đồng bằng sông Hồng được tiến hành cách đây hàng trăm năm. Hiện tại, với sự phát triển bùng nổ về dân số và kinh tế, hàng triệu m3 nước ngầm được khai thác mỗi ngày ở đồng bằng sông Hồng để cung cấp nước ăn uống và sinh hoạt cho hàng triệu người dân với hai hình thức khai thác chính: khai thác tập trung bởi nhà máy nước với số lượng lớn và khai thác đơn lẻ bởi các 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com hộ dân. Lưu lượng khai thác tập trung nước ngầm bình quân tăng nhanh theo thời gian.
Mặt khác, việc khai thác nước đơn lẻ bởi các hộ dân đang tồn tại phổ biến. Chính vì thế mà nước ngầm ở đây ngày càng suy giảm mạnh về cả số lượng lẫn chất lượng. Khu vực phía Đông Nam Hà Nội nằm ở hạ lưu sông Hồng, là nơi tập trung dân cư đông đúc, việc khai thác nước ngầm đang diễn ra một cách ồ ạt đã gây ra nhiều tác hại. Nhất là làm hạ thấp mực nước và nhiễm bẩn nguồn nước [6].
Hiện nay đã có một số công trình nghiên cứu về khả năng ô nhiễm bởi các kim loại (Hg, As, Mn, Ni, Cr…), các yếu tố độc hại, dư lượng thuốc trừ sâu, nhiễm bẩn vi sinh ở vùng này. Nhưng hiện trạng ô nhiễm nước ngầm ở đây chưa được nghiên cứu một cách đầy đủ và chi tiết. Chính vì những lý do trên mà chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài “Khảo sát sự phân bố của một số thành phần hóa học trong nước ngầm khu vực Đông Nam Hà Nội”. Các nội dung chính đã được tiến hành: 1.
Khảo sát hàm lượng các thành phần đa lượng như: Ca, Mg, Na, K, HCO3-, Cl, SO42-, NO3- từ đó nhận xét về cấu trúc, nguồn gốc chủ yếu của nước ngầm khu vực nghiên cứu. Khảo sát hàm lượng các thành phần vi lượng: Fe, As, Mn, PO43-, NH4+, DOC, từ đó nhận xét về hiện trạng và nguyên nhân liên quan đến sự hình thành các ô nhiễm. Luận văn được thực hiện trong khuôn khổ đề tài hợp tác giữa trường Đại học Tổng hợp Columbia, Mỹ với Trung tâm CETASD về vấn đề “Đánh giá sự bền vững của các nguồn nước ngầm: kết hợp giữa đào tạo và nghiên cứu (PEER Grant 544)”. Các kết quả của luận văn đã được trình bày poster tại hội nghị Khoa học lần thứ 8, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội, tháng 9/2014.
2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng 1 - TỔNG QUAN 1. Một số quá trình thành tạo nƣớc ngầm Nước ngầm (nước dưới đất) là chỉ loại nước chảy trong mạch kín ở dưới đất do các kiến tạo địa chất tạo nên, có thể là các túi nước liên thông nhau hoặc là mạch nước chảy sát với tầng đá mẹ. Đây là loại nước tự nhiên có hệ thống hoá lý phức tạp, luôn biến đổi tuỳ thuộc vào thành phần, mức độ hoạt động của các hợp chất tham gia và các điều kiện nhiệt động học. Người ta phân chia thành phần trong nước ngầm theo nhóm các nguyên tố đa lượng, vi lượng và các nguyên tố phóng xạ, các chất hữu cơ, các vi sinh vật, các chất khí hoà tan cũng như các chất keo và hỗn hợp cơ học khác [9].
Hiện nay, người ta chia nước ngầm theo nguồn gốc và điều kiện hình thành thành phần hóa học trong quá trình phát triển địa chất vỏ Trái Đất, thường gồm một số loại như sau: Nước có nguồn gốc khí quyển (nước ngấm, nước rửa lũa) Nước có nguồn gốc biển (nước trầm tích) Nước nguồn gốc macma (nước nguyên sinh) Nước có nguồn gốc biến chất (nước tái sinh, nước khử Hyđrat) Sự hình thành các thành phần hoá học của nước ngầm là kết quả của quá trình dịch chuyển vật chất trong vỏ Trái Đất trong các điều kiện địa chất cụ thể. Các nhân tố và quá trình gây ra sự dịch chuyển các nguyên tố hóa học trong vỏ Quả Đất được chia thành hai nhóm khác nhau về căn bản, đó là nhân tố bên trong và các nhân tố bên ngoài. Các nhân tố bên trong, hay các nhân tố hóa lý, có liên quan đến bản chất hóa học của các nguyên tử, phân tử, ion của các nguyên tố. Đó là các tính chất: Hóa trị, bán kính ion, thế ion, năng lượng mang tinh thể, … các nhân tố bên trong này quyết định tính phổ biến của các nguyên tố trong vỏ Trái Đất và sự tồn tại các quy luật chung trong sự hình thành thành phần của nước ngầm.
Các nhân tố bên ngoài ảnh hưởng đến sự thành tạo thành phần hóa học của nước dưới đất. Thuộc nhóm nhân tố này có thể bao gồm: Các nhân tố địa lý tự nhiên, địa chất, địa mạo, địa chất thủy văn, địa nhiệt, địa sinh vật [8] 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Một số loại môi trường thủy địa hóa để tạo thành thành phần hóa học của nước ngầm là: môi trường oxy hóa, môi trường khử và môi trường biến chất. Môi trường oxy hóa đặc trưng cho các khí hòa tan chủ yếu có nguồn gốc khí quyển: N2, O2, CO2, các khí trơ. Các khí này khi đi vào nước dưới đất trong những điều kiện địa chất thuận lợi cùng với sự ngấm của nước.
Oxy tự do là chất oxy hóa quan trọng nhất. Trong môi trường oxy hóa, trị số thế oxy hóa–khử biến đổi tùy thuộc hàm lượng của oxy tự do, nó tỷ lệ thuận với hàm lượng oxy. Trong điều kiện tự nhiên thì quan hệ này thường bị phá hủy do sự thay đổi của pH, sự có mặt của một số chất hữu cơ. Mặc dù vậy, giới hạn dưới và giới hạn trên của đới oxy hóa cũng được phân biệt khá rõ ràng.
Giới hạn dưới được đặc trưng bởi các thông số sau: Eh = + 250 mV khi pH = 5,5–8,5 và hàm lượng trung bình của oxy tự do trong nước khoảng 3,5 mg/L. Còn giới hạn trên có thể xác định gần đúng như sau: Eh = + 1000 mV khi pH < 3 và hàm lượng oxy tự do lớn nhất khoảng 5 mg/L [8]. Môi trường oxy hóa chủ yếu chiếm phần trên cùng của vỏ Trái Đất, trong một khu vực có thể ăn sâu xuống 1000m. Nước của môi trường oxy hóa thường có độ khoáng hóa thấp thành phần bicacbonat, sunfat, với độ pH biến đổi từ 2-9 (thông thường 6– 8) [8].
Môi trường khử oxy có liên quan đến các khí có nguồn gốc sinh hóa: CH4, CO2, cacbuahydro nặng, N2, H2S, H2. Đó là sản phẩm của các quá trình sinh hóa (bởi vi sinh vật). Ngược lại với môi trường oxy hóa, trong môi trường khử hàm lượng của H2S trong nước dưới đất tỷ lệ nghịch với độ Eh. Cần chú ý rằng sự chuyển tiếp từ môi trường oxy hóa sang môi trường khử thì xảy ra từ từ.
Tùy theo hàm lượng của H2S mà suy ra: môi trường khử yếu (hàm lượng H2S = 7–10 mg/L, Eh 0 mV), môi trường khử trung bình và môi trường khử mạnh. Giữa các môi trường này thường dùng tổng hàm lượng H2S + HS– bằng 50 mg/L làm ranh giới; hàm lượng H2S này tương ứng với độ pH từ 5,5–8,5; Eh 150 mV. Môi trường biến chất do sự có mặt của các khí có nguồn gốc biến chất: O2, H2S, H2, CH4, CO2, N2, HCl, HF, NH3, SO2. Các khí này được thoát ra từ các đá dưới tác dụng của nhiệt độ cao.
Thường các khí có nguồn gốc biến chất đặc trưng cho các vùng hoạt động núi lửa hay macma trẻ. Trong những vùng này nước dưới đất 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com thường được bão hòa khí CO2. Các khí có nguồn gốc biến chất thường dịch chuyển trong các miền phát triển môi trường khử và thậm chí cả trong môi trường oxy hóa. Các quá trình hình thành các thành phần hoá học trong nước xảy ra rất phức tạp, tuỳ thuộc vào lịch sử phát triển địa chất của từng khu vực nhất định, các quá trình này rất đa dạng có thể xảy ra đồng thời hoặc kế tiếp nhau.
Có thể tóm tắt những quá trình chính có ý nghĩa quyết định sau:[8]. Quá trình rửa, lũa và hoà tan Rửa lũa là quá trình chuyển vào dung dịch một nguyên tố hay thành phần nào đó từ các khoáng vật mà không làm phá huỷ mạng tinh thể của chúng. Còn hoà tan là quá trình chuyển vào dung dịch các nguyên tố hay thành phần của các khoáng vật nhưng có sự phá huỷ hoàn toàn mạng tinh thể của chúng.