CHƯƠNG 1 TỎNG QUAN NGHIÊN CỨU 1. CÁC HỢP CHÁT NITƠ TRONG NƯỚC NGÀM 1.1, Nguyên nhân ton tại các hợp chất nitơ trong nước ngâm Nitơ có chu kỳ sinh hóa phức tạp với nhiều quá trình chuyển hóa sinh học và phi sinh học liên quan đến các mức oxi hóa từ +5 đến -3. Các hợp chất nitơ trong nước bao gồm hợp chất (dạng) nitơ vô cơ và hữu cơ. Các hợp chất nitơ vô cơ quan trọng nhất bao gồm amoni (NH¿”), nitrit (NO2”), nitrat (NO3°), khí N2 và nito oxide (N20), ure (CO(NH2)2).
Bên cạnh đó, nito cũng tồn tại ở nhiều dạng hữu co khác nhau như: axit amin, amin, purin, và pyrimidine. Trong nước ngầm (nước dưới đất) nito tồn tại chủ yếu là dạng amoni chiếm tới > 96%, dang nitrat, nitrit hau như không có hoặc chiếm một lượng không đáng ké tuỳ thuộc vào địa tang và theo mùa [2]. Amoni tồn tại trong nước dưới dang ion giữa NH4* hay NH3 hòa tan (luôn có sự cân bằng giữa NH¿!/NHg) và phụ thuộc vào pH của nước. Nguồn phat thai các hợp chất của nitơ vào môi trường nói chung và nước ngầm nói riêng rất phong phú, từ chất thải ran, khí thải, nước thải sinh hoạt (nước tiểu và phân), nước thải công nghiệp như: Sản xuất hoá chất, phân bón, sợi tng hợp, chế biến thực phẩm: chế biến thuỷ hải sản, giết m6 gia súc gia cam, sản xuất bơ sữa, phomat, chế biến rau quả, đồ uống, chăn nuôi (nước tăm rửa vệ sinh chuồng trại, thức ăn thừa và chất bài tiết từ các trang trại nuôi trồng thuỷ sản).
sử dụng phân bón trong nông nghiệp hoặc do sự phân hủy sinh học tự nhiên của đất bùn. Ngoài ra, khi nước ngầm bị khai thác quá nhanh nhưng lượng nước mới chưa kịp bổ sung sẽ làm xuất hiện những phéu hút trên các tầng nước mặt như: sông, hồ, ao mang theo chất bân sẽ ngắm dần xuống gây ô nhiễm nguồn nước [2]. Nitrat được hình thành từ quá trình phân hủy hoặc oxi hóa các hợp chất chứa nitơ trong đất sau đó đễ dàng hòa tan vào nước trong các lỗ rỗng của đất, thực vật có thé tiếp nhận thông qua rễ dé tao ra protein và axit amin cho quá trình phát triển. Tuy nhiên, nếu lượng nitrat tồn tại nhiều hơn mức mà cây hấp thụ sẽ tạo lượng dư thừa trong dat và có thê bị rửa trôi đi xuông mạch nước ngâm.
Do đó, su 6 nhiễm nitrat 14 trong nước ngầm chủ yếu do dư thừa nitrat trong đất từ việc sử dụng quá nhiều phân bón hoặc nước thải từ trang trại, từ chất thải sinh hoạt, chất thải sản xuất của ngành công nghiệp hóa chất, phân bón [118, 121, 201]. Trong nghiên cứu của Soldatova và cộng sự (2017), kết quả phân tích phát hiện lượng lớn nitrat với đồng vị 'ŠN cho thấy: phân và nước thải sinh hoạt là nguồn cung cấp chính hợp chất nitơ trong nước ngầm tầng nông [159]. Hiện trạng nhiễm các hợp chất nito trong nước ngâm 1. Hiện trạng nhiễm các hợp chất nitơ trong nước ngâm ở Việt Nam Trong các hợp chất nito trong nước ngầm, amoni là thành phần được quan tâm nghiên cứu do tính nguy hại và mức độ ô nhiễm, đặc biệt là khu vực đồng bằng Bắc Bộ.
Theo các kết quả khảo sát 50 mẫu giếng khoan có độ sâu 15 + 18m ở khu vực Tây Bắc Hà Nội, 12% số mẫu có nồng độ NOs vượt tiêu chuan cho phép đối với nước ngầm (15 mg - N/L). Tuy nhiên 70% số mẫu có nồng độ rất thấp, dưới 0,5 mg - N/L [15]. Trong khoảng 10 năm trở lại đây, nước ngầm ở khu vực thành phố Hà Nội đang có dấu hiệu bị nhiễm amoni ngày một gia tăng, hàm lượng amoni trong nước ngầm dao động từ dạng vết đến 30 mg NH4*-N/L tùy theo từng khu vực [13]. Báo cáo đánh giá về hàm lượng amoni trên toàn thành phố Hà Nội của UBND thành phố [13] cho thấy có thé phân chia thành các vùng sau (Hình 1-1).
- Vùng 1: vùng màu trắng có nồng độ amoni < 3 mg - N/L, bao gồm các nhà máy nước: Mai Dịch, Ngô Sĩ Liên, Đông Anh, Ngọc Hà, Bắc Thăng Long, Yên Phụ, Cáo Đỉnh, Lương Yên, Gia Lâm, Thụy Khuê. - Vùng 2: vùng màu vàng có nồng độ amoni nằm trong khoảng 3 + 10 mg - N/L, bao gồm các nhà máy nước: Nam Dư, Kim Liên. - Vùng 3: vùng màu đỏ có nồng độ amoni > 10 mg - N/L, bao gồm các nhà máy nước: Pháp Vân, Hạ Đình, Tương Mai, Hà Đông cơ sở ]và cơ sở 2. 15 Chú giải: GE) Ham tượng amoni> 10 mg/l IWG Ham lượng amoni 3-10 mg/l E—] Ham lượng amoni 0-3 mg/l Hình 1.1: Bản đồ phân bố amoni trong nước ngầm khu vực Hà Nội [13] Từ kết quả phân bồ cho thấy: vùng bị nhiễm amoni cao nhất nằm ở phía Nam thành phố.
Theo kết quả khảo sát thực tế từ năm 2010 + 2014 của Công ty TNHH MTV nước sạch Hà Nội, nồng độ amoni trong nước của các nhà may nước nằm ở khu vực phía Nam thành phố như: Pháp Vân, Hạ Đình, Tương Mai, Hà Đông cơ sở Ivà cơ sở 2 phô biến vào khoảng từ 13 đến 20 mg - N/L (Bang 1-1).1: Hàm lượng NH¿' trước và sau xử lý của các nhà máy cấp nước khu vực Hà Nội trong giai đoạn từ năm 2010 đến 2014 [14] Nhà máy nước Hàm lượng NH¿" (mg - N/L) Trước xử lý Sau xử lý Pháp Vân 15:30 10,16+25,6 Tương Mai 10+15 3,70+10,0 Hạ Đình 12+15 7,21+13,6 Hà Đông cơ so 1 11+14 6,5+9,6 Hà Đông co sở 2 15+19 13,5+16,6 QCVN 01-1:2018/BYT <3 16 Amoni có mặt trong nước ngầm với nồng độ cao cũng có thé do sự phân hủy sinh học tự nhiên của đất bùn phô biến khu vực phía Nam Hà Nội [2]. Kết quả phân tích chất lượng mẫu nước ngầm đầu vào một số nhà máy nước cho thấy trong một số mẫu nước nhiễm amoni ở mức cao (xem bảng 1-2).2: Hàm lượng một số thành phần chứa nitơ tại một sô nhà máy nước khu vực Hà Nội Ký hiệu NOz NOz NH¿* x 2019 Ham lượng mâu/độ sâu (mg-N/L) (mg-N/L) (mg-N/L) ` tâng nước NN Hà Đông | <0,1 3,5 <0,1 HDoH17:70,5m NN Ha Dong 2 <0,1 1,9 1,0 HDoH7:80m Thang 8 NN Pháp Vân 0,15 6,8 20,2 PVHI: 65,5m NN Hạ Đình <0,1 3,3 21,3 HĐHI0: 74,8m NN Hà Đông 2 <0,1 1,9 1,4 HDoH7:80m , NN Ha Dinh <0,1 4,1 18,9 HĐHI0: 74,8m Thang 9 l NN Hà Đông 1 <0,1 2,7 <0,1 HDH8: 82m NN Son Tay 1 <0,1 5,0 <0,1 ST1: 39,2m NN Son Tay 2 <0,1 5,4 4,8 ST2: 34,2m Kết quả cho thay với các mẫu nước ngầm có ham lượng amoni đầu vào < 5 mg -N/L, đầu ra có thé đáp ứng được tiêu chuẩn của nước sinh hoạt theo QCVN 01- 1:2018/BYT. Tuy nhiên, khi hàm lượng amoni đầu vào cao như ở một số nhà máy Pháp Vân (15+30) mg- N/L ; Tương Mai (10+15) mg- N/L; Hạ Đình (12+15) mg - N/L; Hà Đông cơ sở 1 (11+14) mg - N/L; Ha Đông cơ sở 2 (15+19) mg - N/L, ham lượng amoni sau xử lý (đầu ra) vẫn còn cao và chưa đáp ứng được tiêu chuẩn. Điều này có thể là do trong dây chuyền công nghệ xử lý nước cấp đang được sử dụng cho các nhà máy nước tại Hà Nội không có công đoạn chuyên biệt xử lý amoni.
Quá trình oxi hoá hoá học (làm thoáng) và hap phụ không đủ dé loại bỏ amoni khi nồng độ đầu vào cao. Mặc dù cũng đã có rât nhiêu các công trình nghiên cứu và thử nghiệm đê xử 17 lý amoni tại các nhà máy nước, nhưng cho đến nay chưa có một đề xuất hữu hiệu và phù hợp cho van dé này. Tại thành phố Hồ Chí Minh, có khoảng 168.000 hộ dân đang sử dụng nguồn nước ngầm từ khai thác giếng khoan, giếng đào, chiếm 8,87% trong các nguồn nước sử dụng. Theo kết quả giám sát công bồ trên tạp chí giao thông ngày 7/10/2016 đối với các nguồn nước giếng khoan tự khai thác cho thấy, hàm lượng amoni trung bình trong nguồn nước ngầm vượt ngưỡng khoảng 9%.
Ở một số nơi như tỉnh Tiền Giang, kết quả quan trắc nước ngầm năm 2017 cho thay tat cả các mẫu đều có hàm lượng amoni, nitrat và nitrit thấp hơn nhiều so với QCVN 09: 2015/BTNMT và QCVN 01-1:2018/BYT cho nước sinh hoạt [14]. Hiện trạng nhiễm các hợp chất nito trong nước ngâm trên Thế giới Ở nhiều nơi trên thế giới, hàm lượng các hợp chất nitơ trong nước ngầm có tính biến động rất lớn, phụ thuộc vào các điều kiện tự nhiên, địa chất, địa tầng và hoạt động của con người. Trong điều kiện oxi hóa, hàm lượng amoni trong nước ngầm thường thấp (<0,2 mg - N/L) và tăng dan trong điều kiện khử lên đến mức > 2 mg - NIL [17]. Nghiên cứu về hàm lượng các hợp chất nitơ trong nước ngầm tang nông ở lưu vực hồ Poyang, Trung Quốc nơi có hoạt động nông nghiệp và mật độ dân cư đông đúc cho thấy, nồng độ các hợp chất nitơ cao, chủ yếu là NOa”, thay đổi trong khoảng từ 0,1 + 206 mg -N/L [159].
Trong nghiên cứu của Wu và cộng sự (2021) về nồng độ các dạng hợp chất nitơ vô cơ trong nước ngầm vùng đồng bằng Songnen, Trung Quốc cho thấy nồng độ nitrat trong nước ngầm dao động từ 0,01 + 523,45 mg - N/L với > 72,35% số mẫu vượt quá ngưỡng mức III tiêu chuân của Trung Quốc (20 mg/L theo N). Số mẫu có nồng độ nitrat > 20 mg - N/L phân bố ở khoảng 60% diện tích khu vực nghiên cứu, chủ yếu ở khu vực phía đông và trung cao nguyên. Ngoai ra, hàm lượng N-NOz trong nước ngầmở khu vực đô thị cao hơn đáng ké so với đất nông nghiệp và ngược lại đối với hàm lượng N-NH¿? ở khu vực đất nông nghiệp lại cao hơn [193]. Khảo sát hàm lượng NH4*— N ở một số vùng đất thấp và đất cao khu vực ven biển ở Indonessia cho thấy ở khu vực vùng đất thấp nồng độ amoni có xu hướng cao hơn, tương ứng trong khoảng 2,35 + 12,97 và 0,07 + 3,19 mg - N/L [150].
18 Theo báo cáo của Ủy ban Châu Âu, kết quả quan trắc thường xuyên hàm lượng nitrat trong nước ngầm ở các nước thành viên và Vương quốc Anh cho thấy, trong giai đoạn 2016 + 2019, 14% các trạm nước ngầm vượt nông độ trung bình năm của NOz-N khoảng 50 mg/L. Kết qua này cũng tương tự với giai đoạn trước đó (2012 + 2015) với 13% các trạm vượt mức cho phép [51].