Đánh giá mức độ ô nhiễm nước ngầm Hà Nội bởi Arsen và các kim loại nặng

Nghiên cứu đánh giá ô nhiễm nước ngầm Hà Nội do Arsen và kim loại nặng, phân tích nguyên nhân, tác động và giải pháp khắc phục hiệu quả.

• Tác giả: Nguyễn Thị Hương
• Người hướng dẫn: PGS.TS. Phạm Văn Bình
• Trường học: Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Khoa học Môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu đánh giá ô nhiễm nước ngầm Hà Nội do Arsen và kim loại nặng
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. Phần A: Tổng quan nghiên cứu về Arsen trong môi trường, nước ngầm bị ô nhiễm arsen và kim loại nặng
• 1.1. Một số đặc tính của nguyên tố arsen
• 1.2. Tổng quan các nghiên cứu về ô nhiễm arsen trên thế giới
• 1.2.1. Tình hình điều tra về ô nhiễm arsen trong nước ngầm tại một số nước
• 1.2.2. Nguồn gốc, sự hình thành nguồn arsen trong môi trường
• 1.2.2.1. Arsen và một số kim loại nặng tồn tại trong nước tự nhiên
• 1.2.2.2. Sự phân bố của arsen trong môi trường
• 1.2.2.3. Các dạng arsen phân bố trong các nguồn nước
• 1.2.2.4. Những khoáng vật chủ yếu chứa arsen
• 1.2.3. Môi trường nước dưới đất và sự hình thành nguồn ô nhiễm arsen
• 1.2.3.1. Sự phân bố nguồn ô nhiễm arsen trong nước ngầm
• 1.2.3.2. Arsen trong môi trường khử
• 1.2.3.3. Arsen trong môi trường oxi hoá khử cận
• 1.2.3.4. Arsen trong môi trường oxi hoá và khí hỗn hợp
• 1.2.3.5. Arsen trong các nguồn địa nhiệt
• 1.2.3.6. Arsen trong khoáng hoá sunphua và các vấn đề liên quan đến khai mỏ
• 1.2.4. Ảnh hưởng của việc sử dụng nguồn nước bị ô nhiễm arsen đến sức khoẻ và biện pháp loại bỏ arsen khỏi nước
• 1.3. Tổng quan các nghiên cứu về ô nhiễm arsen ở Việt Nam
• 1.3.1. Tình hình điều tra về arsen trong nước ngầm
• 1.3.2. Tình hình nghiên cứu về arsen trong nước ngầm Hà Nội
• 1.3.3. Tình hình ô nhiễm arsen trong nước ngầm trên phạm vi toàn quốc
• 1.3.4. Tình hình ô nhiễm arsen trong các nguồn nước ở Hà Nội
• 1.3.5. Hiện trạng ô nhiễm trong các tầng chứa nước của khu vực Hà Nội
• 1.4. Các phương pháp định lượng arsen và các kim loại nặng trong nước ngầm
• 1.4.1. Phương pháp phân tích arsen tại hiện trường
• 1.4.2. Phương pháp trắc quang
• 1.4.3. Phương pháp phân tích dòng chảy
• 1.4.4. Phương pháp quang phổ huỳnh quang
• 1.4.5. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử
• 1.4.6. Phương pháp quang phổ ICP-AES
• 1.4.7. Phương pháp quang phổ ICP-MS
• 1.4.8. Phương pháp Von-Ampe hoà tan
• 1.4.9. Phương pháp huỳnh quang tia X (ED-XRF)
• 1.4.10. Phương pháp sắc ký ion (IC) và sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)
• 1.4.11. Các phương pháp phân tích hiện đại khác
• 2. Phần B: Nghiên cứu đánh giá hiện trạng ô nhiễm nước ngầm khu vực Đông - Nam Hà Nội do arsen và kim loại nặng gây ra
• 2.1. Phương pháp và địa điểm thu thập mẫu
• 2.1.1. Phương pháp thu thập mẫu
• 2.1.2. Địa điểm thu thập mẫu
• 2.2. Phân tích định lượng As và các kim loại nặng trong nghiên cứu khảo sát
• 2.2.1. Thành phần hoá học của nước ngấm bề mặt và nước ngầm
• 2.2.2. Tiêu chuẩn chất lượng nước ngầm Việt Nam
• 2.2.3. Giới hạn hàm lượng As của các tiêu chuẩn thế giới cho nước sinh hoạt
• 2.2.4. Lựa chọn phương pháp phân tích
• 2.2.5. Phân tích so sánh quốc tế và phân tích kiểm tra
• 2.3. Nghiên cứu khảo sát đánh giá mức độ nhiễm bẩn nguồn nước ngầm tại khu vực Đông - Nam Hà Nội
• 2.3.1. Nghiên cứu khảo sát theo địa lý hành chính
• 2.3.2. Nghiên cứu phân bố hàm lượng các nguyên tố theo mùa
• 2.3.3. Nghiên cứu mối tương quan hàm lượng giữa As và một số kim loại
• 2.3.4. Nghiên cứu tỉ lệ hàm lượng As(III) và AsT trong các mẫu nước ngầm
• 2.4. Kết luận về các nghiên cứu đánh giá và những đề xuất
• 2.4.1. Kết luận về các nghiên cứu đánh giá
• 2.4.2. Những đề xuất dựa trên kết quả nghiên cứu đánh giá
• 3. Phần C: Bộ số liệu phân tích "Thành phần nước ngầm" khu vực Đông - Nam Hà Nội
• 3.1. Bộ số liệu mùa khô
• 3.2. Bộ số liệu mùa mưa
• 4. Phần D: Bộ quy trình định lượng As và các kim loại nặng trong mẫu nước ngầm
• 4.1. Định lượng các nguyên tố trong mẫu nước ngầm bằng phương pháp ICP-MS
• 4.2. Định lượng Arsen tổng số và As(III) trong mẫu nước ngầm bằng phương pháp Hydrua hoá - quang phổ Hấp thụ nguyên tử
• 4.3. Định lượng các nguyên tố đa lượng trong mẫu nước ngầm bằng phương pháp quang phổ Hấp thụ nguyên tử ngọn lửa
• 4.4. Định lượng một số nguyên tố vi lượng trong mẫu nước ngầm bằng phương pháp quang phổ Hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa
• KẾT LUẬN CHUNG
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Đánh giá ô nhiễm nước ngầm tại Hà Nội

Nước ngầm tại Hà Nội đang đối mặt với tình trạng ô nhiễm nước ngầm nghiêm trọng. Nghiên cứu chỉ ra rằng Arsen và các kim loại nặng là những tác nhân chính gây ra ô nhiễm. Các nguồn nước ngầm bị ảnh hưởng chủ yếu từ hoạt động công nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt. Theo số liệu thu thập, nồng độ Arsen trong nước ngầm vượt mức cho phép, gây nguy cơ cho sức khỏe cộng đồng. Việc đánh giá chất lượng nước ngầm là cần thiết để xác định mức độ ô nhiễm và tìm ra giải pháp xử lý hiệu quả. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng, chất lượng nước ngầm không chỉ ảnh hưởng đến sức khỏe con người mà còn tác động đến môi trường xung quanh.

1.1. Nguồn ô nhiễm nước ngầm

Các nguồn ô nhiễm nước ngầm tại Hà Nội chủ yếu đến từ hoạt động sản xuất công nghiệp và nông nghiệp. Việc sử dụng phân bón hóa học và thuốc trừ sâu đã làm gia tăng nồng độ kim loại nặng trong nước. Nghiên cứu cho thấy, các khu vực gần nhà máy và khu công nghiệp có nồng độ Arsen cao hơn so với các khu vực khác. Điều này cho thấy mối liên hệ giữa hoạt động sản xuất và ô nhiễm nước ngầm. Cần có các biện pháp kiểm soát chặt chẽ hơn để giảm thiểu ô nhiễm từ các nguồn này.

II. Phân tích chất lượng nước ngầm

Phân tích chất lượng nước ngầm là bước quan trọng trong việc đánh giá ô nhiễm môi trường. Các chỉ tiêu như pH, nồng độ Arsen, và các kim loại nặng được kiểm tra định kỳ. Kết quả cho thấy, nhiều mẫu nước ngầm không đạt tiêu chuẩn an toàn. Việc này không chỉ ảnh hưởng đến sức khỏe con người mà còn đến hệ sinh thái. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, nồng độ Arsen cao có thể gây ra các bệnh lý nghiêm trọng như ung thư và các bệnh về da. Do đó, việc theo dõi và cải thiện chất lượng nước ngầm là rất cần thiết.

2.1. Phương pháp phân tích

Phương pháp phân tích chất lượng nước ngầm bao gồm lấy mẫu nước và kiểm tra các chỉ tiêu hóa lý. Sử dụng các thiết bị hiện đại giúp xác định chính xác nồng độ kim loại nặng và Arsen. Các mẫu nước được lấy từ nhiều vị trí khác nhau để đảm bảo tính đại diện. Kết quả phân tích cho thấy, một số khu vực có nồng độ Arsen vượt mức cho phép, điều này đòi hỏi các biện pháp xử lý kịp thời. Việc áp dụng các phương pháp phân tích tiên tiến sẽ giúp nâng cao độ tin cậy của kết quả nghiên cứu.

III. Giải pháp xử lý ô nhiễm nước ngầm

Để giảm thiểu tình trạng ô nhiễm nước ngầm, cần áp dụng các giải pháp xử lý hiệu quả. Việc sử dụng công nghệ lọc nước hiện đại có thể giúp loại bỏ kim loại nặng và Arsen trong nước. Ngoài ra, cần có các chính sách quản lý nguồn nước chặt chẽ hơn. Các biện pháp như tái sử dụng nước, xử lý nước thải trước khi thải ra môi trường cũng rất quan trọng. Cần có sự phối hợp giữa các cơ quan chức năng và cộng đồng để nâng cao nhận thức về bảo vệ nguồn nước.

3.1. Công nghệ xử lý nước

Công nghệ xử lý nước hiện đại như lọc bằng màng, hấp phụ và trao đổi ion đã được áp dụng để xử lý ô nhiễm nước ngầm. Các nghiên cứu cho thấy, công nghệ hấp phụ có thể loại bỏ hiệu quả Arsen và các kim loại nặng khác. Việc áp dụng công nghệ này không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước mà còn bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Cần đầu tư vào nghiên cứu và phát triển công nghệ mới để nâng cao hiệu quả xử lý nước.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Nguồn nước ngầm tại khu vực Đồng bằng sông Hồng giữ vai trò quyết định trong việc cung cấp hơn 700.000 m³ nước sinh hoạt mỗi ngày cho hàng triệu cư dân Thủ đô. Tuy nhiên, sự xuất hiện của các độc chất kim loại nặng và đặc biệt là Asen (Arsenic - As) với độc tính cao đã tạo ra những thách thức môi trường cấp bách. Theo các số liệu điều tra dịch tễ học quốc tế, việc phơi nhiễm Asen mạn tính qua đường nước uống làm tăng nguy cơ tổn thương da, tim mạch và ung thư nội tạng. Các khảo sát diện rộng tại Hà Nội giai đoạn 1999-2001 đã phát hiện khoảng 30,6% trong tổng số 1.075 mẫu nước dưới đất có hàm lượng Asen vượt quá 0,05 mg/L và hơn 77% mẫu vượt mức khuyến cáo 0,01 mg/L của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO).

Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là xây dựng và chuẩn hóa hệ thống dữ liệu phân tích hóa học hiện đại; định lượng chính xác nồng độ Asen tổng số, tỷ lệ phân lập dạng Asen hóa trị ba As(III) cùng các ion kim loại nặng đi kèm như Chì (Pb), Cadmium (Cd), Sắt (Fe), Mangan (Mn) và Thallium (Tl). Phạm vi khảo sát được triển khai chuyên sâu tại vùng trọng điểm kinh tế và dân cư Đông Nam Hà Nội, bao gồm quận Hai Bà Trưng, quận Hoàng Mai và huyện Thanh Trì trong giai đoạn 2004-2006. Nghiên cứu thực hiện thu thập và đánh giá đồng bộ ở cả hai tầng chứa nước cơ bản: tầng nông Holocene (độ sâu 15-30m) và tầng sâu Pleistocene (độ sâu trên 60m). Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quyết định trong việc cung cấp cơ sở khoa học để kiểm soát chất lượng cấp nước đô thị, bảo vệ sức khỏe cho hơn 2,5 triệu người dân trong khu vực và phục vụ việc hoàn thiện các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về môi trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng nền tảng của Thuyết địa hóa khử trầm tích (Reductive Dissolution Theory) và Mô hình tương tác phức chất bề mặt (Surface Complexation Model). Trong môi trường yếm khí đặc trưng của trầm tích Đệ tứ, các hợp chất hữu cơ đóng vai trò là tác nhân khử thúc đẩy quá trình hòa tan - khử các khoáng vật Fe(III) oxyhydroxide và Mangan oxide vô định hình, từ đó giải phóng Asen dạng liên kết vào dung dịch nước ngầm. Quá trình này diễn ra mạnh mẽ khi thế oxy hóa - khử (Eh) giảm xuống dưới 100 mV và chỉ số pH dao động trong khoảng trung tính từ 6,5 đến 8,5.

Các khái niệm chuyên ngành then chốt được áp dụng xuyên suốt gồm:

• Dạng tồn tại của Asen (Arsenic Speciation): Sự phân lập giữa As(III) (arsenite - chủ yếu ở dạng phân tử trung hòa H3AsO3 trong môi trường khử) có độ linh động và độc tính cao gấp 20-60 lần so với As(V) (arsenate - tồn tại ở dạng anion H2AsO4- hoặc HAsO42- trong môi trường oxy hóa).
• Tầng chứa nước Holocene (qh) và Pleistocene (qp): Hai phân vị địa tầng trầm tích chủ đạo, trong đó tầng Holocene có độ dày trung bình khoảng 14m phân bố nông, còn tầng Pleistocene giàu nước nằm ở độ sâu từ 35m đến trên 70m.
• Cửa sổ thủy lực (Hydrogeological Windows): Những khu vực đứt gãy hoặc không có lớp sét cách nước ngăn cách, tạo điều kiện cho sự thẩm thấu và dịch chuyển ô nhiễm theo phương thẳng đứng từ bề mặt xuống các tầng khai thác sâu.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu thực hiện thu thập tổng cộng 120 mẫu nước ngầm đại diện tại các giếng khoan công nghiệp thuộc hệ thống quản lý của các nhà máy nước lớn (Lương Yên, Tương Mai, Pháp Vân, Nam Dư) và các giếng khoan dân sinh lân cận. Phương pháp chọn mẫu áp dụng kỹ thuật lấy mẫu phân tầng ngẫu nhiên theo không gian địa lý kết hợp định vị tọa độ vệ tinh GPS. Để triệt tiêu sai số ngẫu nhiên do biến động tức thời, mỗi tọa độ giếng khoan được lấy mẫu lặp 3 lần trong 3 tuần liên tiếp ở hai chu kỳ thời gian điển hình: mùa khô (tháng 2) và mùa mưa (tháng 7). Quy trình lấy mẫu, axit hóa bảo quản bằng axit nitric tinh khiết đạt pH dưới 2 được tuân thủ nghiêm ngặt theo tiêu chuẩn TCVN-5993-1995 và TCVN-6000-1995.

Lý do lựa chọn hệ thống phương pháp phân tích quang phổ hiện đại:

• Phương pháp quang phổ khối lượng plasma cảm ứng cao tần (ICP-MS): Được lựa chọn để định lượng đồng thời các kim loại nặng và độc chất dạng vết ở nồng độ cực thấp (cỡ microgam/lít và picogam/lít) như Pb, Cd, Tl, As với giới hạn phát hiện dưới 0,01 microgam/lít, giải quyết hiện tượng giao thoa ion nền ma trận ArCl+ phức tạp.
• Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử kỹ thuật hydrua hóa (HG-AAS): Lựa chọn tối ưu để phân tích chuyên biệt Asen tổng số và phân lập trực tiếp nồng độ As(III) nhờ phản ứng tạo khí arsin với natri borohydrua (NaBH4) tại các ngưỡng pH kiểm soát nghiêm ngặt.
• Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (Flame AAS) và không ngọn lửa (ETA-AAS): Áp dụng để xác định chính xác các nguyên tố đa lượng (Na, K, Ca, Mg, Fe, Mn) và vi lượng với sai số tương đối kiểm soát dưới 20%.

Độ tin cậy của toàn bộ số liệu được chứng minh thông qua việc tham gia 3 đợt phân tích so sánh quốc tế do Viện Khoa học và Công nghệ Nước Liên bang Thụy Sỹ (EAWAG) và Hệ thống Quan trắc Môi trường Toàn cầu (GEMS) chủ trì, với giá trị chỉ số độ lệch chuẩn Z-score của phòng thí nghiệm luôn nằm trong khoảng chấp nhận từ -2,8 đến +2,7.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã tổng hợp và đưa ra 4 phát hiện địa hóa môi trường quan trọng:

1. Mức độ nhiễm bẩn Asen diễn ra đồng thời ở cả hai tầng địa chất: Tại tầng sâu Pleistocene (độ sâu trên 60m khai thác công nghiệp), có tới 33,7% số mẫu vượt ngưỡng 0,05 mg/L theo tiêu chuẩn cũ và hơn 72,4% mẫu vượt ngưỡng 0,01 mg/L theo quy chuẩn TCVN-5502-2003. Tại tầng nông Holocene (độ sâu 15-25m), tỷ lệ mẫu có hàm lượng Asen cao hơn 0,05 mg/L chiếm 34,0% và khoảng 35,8% mẫu nằm trong khoảng 0,01 đến 0,05 mg/L.
2. Sự tập trung ô nhiễm cục bộ cao tại vùng Đông Nam: Khu vực phường Quỳnh Lôi (quận Hai Bà Trưng), các phường Tân Mai, Lĩnh Nam, Yên Sở (quận Hoàng Mai) và huyện Thanh Trì ghi nhận mức độ nhiễm bẩn nghiêm trọng nhất. Tỷ lệ mẫu vượt ngưỡng 0,05 mg/L tại quận Hai Bà Trưng đạt 35,2% và tại huyện Thanh Trì lên tới 41,5%. Nồng độ Asen tối đa trong nước thô bơm từ giếng khoan công nghiệp đo được lên đến 430 microgam/lít, gấp 43 lần quy chuẩn nước uống hiện hành.
3. Lần đầu tiên xác định tỷ lệ phân bố dạng As(III)/As tổng số tại Việt Nam: Tỷ lệ As(III) chiếm ưu thế áp đảo trong nước ngầm khu vực khảo sát, dao động trong giới hạn từ 0,1 đến 0,8 (phổ biến trong khoảng 0,5 đến 0,8). Phát hiện này hoàn toàn tương đồng với các dữ liệu môi trường tại các điểm nóng ô nhiễm trầm tích trên thế giới như Bangladesh và Tây Bengal (Ấn Độ).
4. Hiện trạng nhiễm bẩn tại các thủy vực mặt và nước thải: Khảo sát 245 mẫu nước thải trên sông Tô Lịch và sông Kim Ngưu cho thấy 17% số mẫu có hàm lượng Asen từ 0,05 mg/L trở lên và 43% mẫu nằm trong dải 0,01-0,05 mg/L. Trong khi đó, nước sông Hồng vẫn duy trì chất lượng tốt với 71% mẫu có nồng độ dưới 0,01 mg/L, nhưng sông Nhuệ đã bắt đầu ghi nhận 3% mẫu vượt ngưỡng 0,05 mg/L do tiếp nhận nước thải sinh hoạt và công nghiệp chưa qua xử lý.

Thảo luận kết quả

Cơ chế hòa tan Asen trong nước ngầm Hà Nội được giải thích chủ yếu thông qua tương quan thuận giữa Asen và ion Sắt hòa tan. Nồng độ Fe trong tầng Pleistocene biến đổi rất cao, dao động từ 2,4 đến 26,24 mg/L và Mangan dao động từ 0,1 đến 1,15 mg/L. Khi các vật thể hữu cơ bị chôn vùi trong lớp bùn sét Holocene phân hủy, chúng tiêu thụ lượng oxy hòa tan, tạo ra môi trường khử mạnh (Eh thấp). Quá trình này khử Fe(III) thành Fe(II), phá vỡ mạng lưới cấu trúc của các khoáng vô định hình và giải phóng lượng lớn ion Asen bị hấp phụ vào pha lỏng.

Các dữ liệu nghiên cứu có thể được trực quan hóa tối ưu thông qua biểu đồ phân tán (Scatter Plot) thể hiện mối tương quan tuyến tính giữa hàm lượng Fe - As và biểu đồ thanh (Bar Chart) so sánh nồng độ Asen trung bình giữa mùa khô (tháng 2) và mùa mưa (tháng 7). Sự gia tăng nồng độ Asen vào mùa mưa có liên quan mật thiết đến tốc độ bổ cấp nước mặt và dòng thấm thủy văn mang theo chất hữu cơ hòa tan từ sông Hồng và các hồ đô thị vào các thấu kính cát.

So với các bồn trũng khô cằn có tính oxy hóa tại Argentina hay miền Bắc Mexico (nơi Asen tồn tại chủ yếu ở dạng As(V) cùng với nồng độ Florua và Boron cao), nước ngầm Hà Nội mang bản chất của môi trường khử trầm tích bồi tích trẻ. Điểm nguy hiểm nằm ở việc hình thành các phễu hạ thấp mực nước ngầm do hoạt động khai thác công nghiệp quy mô lớn (trên 100.000 m³/ngày/trạm), làm tăng vận tốc dịch chuyển của các chất ô nhiễm từ tầng mặt và tầng nông ngấm qua các cửa sổ địa chất xuống thẳng tầng khai thác sâu.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả khảo sát thực tế, nghiên cứu đề xuất 4 nhóm giải pháp chiến lược nhằm đảm bảo an ninh nguồn nước:

1. Hiện đại hóa dây chuyền xử lý nước cấp đô thị: Công ty Kinh doanh Nước sạch Hà Nội cần nâng cấp ngay hệ thống giàn phun oxy hóa kết hợp bể lắng tiếp xúc tại 8 nhà máy nước lớn (đặc biệt là Pháp Vân, Tương Mai, Lương Yên). Mục tiêu target metric là đạt hiệu suất loại bỏ Asen trên 95%, đảm bảo nồng độ Asen sau xử lý luôn duy trì dưới 0,01 mg/L (10 ppb) theo đúng chuẩn TCVN-5502-2003 trước khi đưa vào mạng lưới phân phối, hoàn thành lộ trình trong giai đoạn 2006-2010.
2. Thiết lập mạng lưới quan trắc tự động và điều tiết khai thác: Sở Tài nguyên và Môi trường Hà Nội chủ trì lắp đặt trạm quan trắc tự động kiểm soát chất lượng nước định kỳ hàng quý tại 100% giếng khoan khai thác tầng sâu trên 60m. Đồng thời, ban hành quy chế giảm 20-30% lưu lượng khai thác tại các khu vực xuất hiện phễu sụt lún nghiêm trọng ở phía Nam thành phố nhằm ngăn ngừa hiện tượng dịch chuyển ô nhiễm theo phương đứng.
3. Chuyển đổi nguồn cấp nước an toàn cho cộng đồng ngoại thành: Ủy ban Nhân dân thành phố Hà Nội và các cấp chính quyền địa phương triển khai chương trình đóng cửa toàn bộ các giếng khoan kiểu UNICEF tự phát tại các vùng ô nhiễm nặng như Hoàng Mai, Thanh Trì; hoàn thành mục tiêu 100% hộ dân ngoại thành được tiếp cận nguồn nước sạch tập trung hoặc sử dụng thiết bị lọc chuyên dụng có chứng nhận kiểm định trước năm 2008.
4. Chuyển giao và phổ biến công nghệ keo tụ kết hợp vật liệu lọc hấp phụ: Các viện nghiên cứu chuyên ngành (Viện Công nghệ Xạ Hiếm, Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam) đẩy mạnh chuyển giao mô hình bể lọc cát cải tiến có bổ sung chất oxy hóa sơ bộ (chuyển As(III) thành As(V)) và vật liệu hấp phụ quặng sắt biến tính cho các trạm cấp nước nông thôn với chi phí vận hành thấp, duy trì hiệu quả xử lý ổn định trên 90%.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu cung cấp khối lượng dữ liệu thực nghiệm và giải pháp kỹ thuật phong phú, là tài liệu tham khảo giá trị cho 4 nhóm đối tượng:

• Cơ quan hoạch định chính sách và quản lý tài nguyên: Cán bộ quản lý tại Bộ Tài nguyên và Môi trường, Sở Khoa học và Công nghệ có thể khai thác bộ số liệu 120 mẫu chuẩn hóa để xây dựng bản đồ phân vùng nhạy cảm ô nhiễm môi trường nước dưới đất, lập quy hoạch phân bổ tài nguyên nước và hoàn thiện khung pháp lý về cấp phép xả thải.
• Kỹ sư vận hành và doanh nghiệp cấp thoát nước: Các kỹ sư công nghệ tại các công ty kinh doanh nước sạch tiếp cận chi tiết các thông số động học của As(III), Fe và Mn để tối ưu hóa thời gian lưu nước trong bể lắng, điều chỉnh tỷ lệ clo hóa giàn phun và định lượng chính xác hóa chất keo tụ PAC/phèn sắt.
• Chuyên gia kiểm nghiệm và phân tích môi trường: Đội ngũ phân tích viên tại các phòng thí nghiệm quan trắc sử dụng bộ quy trình phân tích chuẩn HG-AAS và ICP-MS đã được kiểm định quốc tế để loại trừ ảnh hưởng của ma trận mẫu, xác định vết kim loại với giới hạn phát hiện dưới 0,1 ppb.
• Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học: Các nhà khoa học chuyên ngành Hóa học môi trường, Địa chất thủy văn, Độc học môi trường sử dụng luận văn như một case study kinh điển về mô hình địa hóa khử trầm tích, tương quan ion trong tầng chứa nước Đệ tứ và phương pháp luận thiết kế mạng lưới quan trắc chuẩn mực.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao sự phân lập giữa dạng As(III) và As(V) lại mang tính sống còn đối với công nghệ xử lý nước cấp?
Nghiên cứu chỉ ra tỷ lệ As(III)/As tổng số trong nước ngầm Hà Nội chiếm từ 50% đến 80%. Ở khoảng pH trung tính 6,5-8,5, As(III) tồn tại ở dạng phân tử không mang điện H3AsO3 nên rất khó kết tủa hoặc hấp phụ lên bông cặn Fe(OH)3. Do đó, các công nghệ xử lý bắt buộc phải có công đoạn oxy hóa sơ bộ bằng sục khí cưỡng bức hoặc clo hóa nhằm chuyển hóa hoàn toàn As(III) thành anion As(V) mang điện tích âm trước khi thực hiện keo tụ và lọc cát.

Vì sao nước khai thác từ các tầng sâu trên 60m vẫn ghi nhận tỷ lệ nhiễm bẩn Asen cao tới 33,7%?
Nguyên nhân xuất phát từ đặc điểm địa chất thủy văn khu vực Đông Nam Hà Nội, nơi lớp sét cách nước giữa tầng Holocene và Pleistocene bị gián đoạn cục bộ tạo thành các cửa sổ địa chất. Hoạt động khai thác nước công nghiệp với công suất hàng trăm nghìn mét khối mỗi ngày làm tụt áp cục bộ, tạo lực hút kéo khối nước ngầm yếm khí giàu hữu cơ và Asen từ tầng nông ngấm thẳng xuống tầng chứa nước sâu.

Quy trình phân tích nào được chứng minh là tối ưu nhất để định lượng chính xác Asen và kim loại nặng dạng vết?
Phương pháp ICP-MS kết hợp với HG-AAS mang lại độ nhạy cao nhất với giới hạn phát hiện dưới 0,1 microgam/lít. Độ đúng của phương pháp đã được khẳng định thông qua chương trình so sánh liên phòng thí nghiệm của Viện EAWAG Thụy Sỹ với chỉ số Z-score các nguyên tố As, Fe, Mn, Cu, Zn đều thỏa mãn dải quy chuẩn kiểm soát nghiêm ngặt.

Nguồn nước mặt sông hồ tại Hà Nội có bị đe dọa bởi ô nhiễm Asen tương tự như nước ngầm không?
Nước mặt tại các sông tự nhiên như sông Hồng có nồng độ Asen rất thấp (71% mẫu dưới 0,01 mg/L) do môi trường giàu oxy hòa tan giúp Asen nhanh chóng oxy hóa thành As(V), hấp phụ vào các hạt keo oxit sắt lơ lửng và lắng đọng xuống lớp bùn đáy. Tuy nhiên, các dòng sông tiếp nhận nước thải như sông Tô Lịch ghi nhận 17% mẫu vượt 0,05 mg/L, đòi hỏi phải kiểm soát chặt chẽ nguồn thải công nghiệp.

Bể lọc cát truyền thống tại các hộ gia đình có thể xử lý triệt để Asen trong nước giếng khoan không?
Bể lọc cát hoạt động theo nguyên lý đồng kết tủa Asen cùng hydroxide sắt tự nhiên. Hiệu suất lọc có thể đạt 60-80% nếu hàm lượng Fe trong nước thô cao trên 2 mg/L. Tuy nhiên, nếu nước ngầm nghèo Fe hoặc tốc độ lọc quá nhanh, lượng Asen còn lại trong nước lọc vẫn thường xuyên vượt quá ngưỡng 0,01 mg/L, gây ra nguy cơ tích lũy độc chất mạn tính cho người sử dụng nếu không được kiểm tra định kỳ.

Kết luận

• Đã thiết lập và chuẩn hóa thành công bộ số liệu phân tích của 120 mẫu nước ngầm đại diện tại khu vực trọng điểm Đông Nam Hà Nội qua hai mùa khô và mùa mưa.
• Xác định tỷ lệ ô nhiễm Asen vượt ngưỡng an toàn 0,05 mg/L chiếm 33,7% ở tầng sâu công nghiệp và 34,0% ở tầng nông dân sinh, tập trung cao nhất tại quận Hai Bà Trưng và huyện Thanh Trì.
• Khẳng định dạng tồn tại của Asen trong môi trường khử nước ngầm chủ yếu là As(III) với tỷ lệ dao động từ 0,1 đến 0,8 so với Asen tổng số.
• Chứng minh cơ chế giải phóng Asen gắn liền với quá trình hòa tan - khử các khoáng vật sắt oxyhydroxide dưới điều kiện yếm khí giàu chất hữu cơ.
• Cảnh báo hiện tượng ô nhiễm xâm nhập theo phương đứng từ tầng Holocene xuống tầng Pleistocene thông qua các cửa sổ địa chất thủy văn do áp lực khai thác nước ngầm quá mức.

Công trình nghiên cứu đã đóng góp cơ sở dữ liệu thực nghiệm quan trọng, cung cấp giải pháp phân tích chuẩn mực phục vụ công tác giám sát môi trường quốc gia. Các cơ quan quản lý và đơn vị cấp nước cần khẩn trương áp dụng ngay lộ trình kiểm soát khai thác và nâng cấp công nghệ xử lý trong giai đoạn 2006-2010 nhằm bảo đảm nguồn nước sạch an toàn, ngăn chặn triệt để hiểm họa nhiễm độc Asen và bảo vệ sức khỏe cộng đồng lâu dài.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Nước là nguồn tài nguyên thiên nhiên quan trọng và quý giá của con người, nước góp phần quyết định sự tồn tại của loài người. Nước uống được khai thác từ nhiêu nguồn khác nhau, tuỳ thuộc vào từng vùng miền sắn có như nước bể mặt (sông, suối, hồ, ao, bể chứa), nước ngầm (các tầng chứa nước), nước mưa. Nước ngầm hiện là nguồn nước uống chủ yếu ở hầu khắp các nơi trên thế giới. Nước ngầm được bảo vệ tốt thì an toàn hơn về mặt chất lượng sinh học so với nước lấy từ các ao hồ hoặc giếng đào hở.

Tuy nhiên, nước ngầm lại dễ bị nhiễm bẩn các dạng khác nhau từ các nguồn tự nhiên hay do hoạt động của con người.[l] So với các nguồn nước khác, arsen thường xuất hiện với nồng độ cao chủ yếu trong nước ngầm. Hiện tượng nước ngâm chứa arsen vượt quá giới hạn cho phép của tổ chức y tế thế giới -WHO (hoặc vượt quá tiêu chuẩn hiện hành của các quốc gia) xuất hiện ở nhiều quốc gia, nhiều vùng đất trên thế giới: Argentina, Australia, Bangladesh, Canada, Chile, Ấn D6, Dai Loan, Trung Quéc, Hungary, Mexico, Nepal, Peru, Hop chủng quốc Hoa Kỳ và một số nước ở vùng Đông Nam Á như: Myanmar, Thái Lan, Việt Nam. Tuy nhiên sau quá trình sử dụng hàng thập kỷ các nguồn nước ngầm này, sự phơi nhiễm arsen và ảnh hưởng của nó đến sức khoẻ con người mới được biết trong những năm 90 của thế kỷ trước. Theo điều tra của các tổ chức quốc tế và quốc gia, người ta đã thống kê được hàng chục triệu người bị nhiễm độc arsen mạn tính, nhiều người đã phát bệnh nghiêm trọng và chết.

Trong số các nước kể trên, những ảnh hưởng bất lợi của arsen trong nước ngầm (được sử dụng làm nước uống) đến sức khoẻ con người đã được nghiên cứu và xác nhận khá đầy đủ tại Bangladesh, Trung Quốc, Ấn Độ, và Hoa Kỳ.[1] Do có số người sử dụng nước ngầm nhiều nhất và số người bị nhiễm độc arsen cũng nhiều nhất, hiện tượng ô nhiễm nước ngầm do arsen gây ra ở Bangladesh được cơi như một mối hiểm hoạ đối với con người và vấn đề ô nhiễm arsen trong nước ngầm đã trở thành vấn đề toàn cầu. Việt Nam cũng là một nước có những nguồn nước ngâm chứa hàm lượng arsen cao. Trong một chục năm trở lại đây, các nhà khoa học nước ta, cùng với sự giúp đỡ của nhiều tổ chức quốc tế đã tiến hành nghiên cứu điều tra, xác định và bước đầu đã chỉ ra được một số khu vực của đồng bằng châu thổ sông Hồng như Hà Nội, Hà Tây, Hà Nam, Vĩnh Phúc,. và một vài khu vực đồng ở bằng sông Mêkông có những nguồn nước dưới đất có hàm lượng arsen vượt giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn Việt Nam về nước sinh hoạt năm 2003 (0,01 mg As/).

[2] Với hy vọng đóng góp vào các nghiên cứu chung của nước ta trong vấn đề điều tra khảo sát sự nhiễm bẩn nguồn nước ngầm do arsen và các kim loại nặng có thể gây ra tại khu vực Đông-Nam Hà Nội, chúng tôi đã tiến hành xây dựng đề tài“Nghiên cứu đánh giá mức độ nhiễm bẩn nước ngầm Hà Nội do Asen và các kim loại nặng gây ra“ với mục tiêu và nội dung nghiên cứu như sau. Mục tiêu đề tài: - Chuẩn hoá số liệu phân tích, thu được các kết quả chính xác phục vụ việc đánh giá mức độ ô nhiễm ở một số địa điểm thuộc vùng Đông-Nam Hà Nội; - Có báo cáo đánh giá về mức độ nhiễm bẩn do As và một số kim loại nặng gây ra tại các địa điểm khảo sát, tìm sự liên hệ với nguồn gốc ô nhiễm và đưa ra đề xuất với các cơ quan quản lý; Nội dung đề tài: 1. Tổng quan các nghiên cứu đánh giá trước đây về ô nhiễm nước ngầm Hà Nội - Tập hợp các tài liệu về khảo sát, điều tra nghiên cứu về nhiễm bẩn nước ngầm vùng Hà Nội, thu thập thông tin liên quan đến địa tầng nước ngầm khu vực Hà Nội; - Viết báo cáo tổng quan về các nghiên cứu đánh giá mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước ngầm Hà Nội; - Trên cơ sở tổng quan tài liệu, tiến hành khảo sát một vài địa điểm có nguy cơ bị ô nhiễm đo kim loại nặng gây ra trong nước ngầm (vùng Đông-Nam Hà Nội); 2. Nghiên cứu khảo sát các vùng nước ngầm có khả năng bị ô nhiễm - Tiến hành khảo sát ảnh hưởng của môi trường tại các địa điểm có nguy cơ bị ô nhiễm cao (trước đây, và hiện nay là khu công nghiệp của Hà Nội: Lương Yên-Mai Động, Văn Điển), lấy các mẫu nước ngấm từ bề mặt tại xung quanh khu vực đang khảo sát; - Tiến hành lấy mẫu thực địa thông qua các giếng khoan tại các địa điểm đã khai thác nước ngầm (các nhà máy nước Lương Yên, Tương Mai, Pháp Vân, Nam Dư.) ở tầng nước sâu trên 60 m, và các mẫu nước giếng khoan dân sinh xung quanh các nhà máy nước ở tầng nước khoảng 30 m, với tần số lấy mẫu trong năm theo mùa và mật độ giếng khoan theo quy định của TCVN 6000-1995; 3.

Áp dụng các phương pháp phân tích hiện đại để định lượng chính xác hàm lượng các nguyên tố trong mẫu nước - Phân tích bán định lượng toàn bộ các nguyên tố kim loại nặng có mặt trong các mẫu môi trường và các mẫu nước ngầm sau khi thu mẫu tại thực địa bằng các phương pháp phân tích hiện đại như ICP-MS, ETA-AAS,.; - Phân tích định lượng As và một số kim loại nặng như Pb, Cd, Fe, Mn, TÌ,.trong các mẫu nước ngấm bề mặt (tầng nước với độ sâu dưới 20m); - Phân tích định lượng chính xác hàm lượng As và các độc tố kim loại nặng: Pb, Cd, Fe, Mn, TI,. trong các mẫu nước ngầm với độ lệch chuẩn + 20%; - Phân tích đối chứng tại một số phòng thí nghiệm hợp chuẩn và kiểm tra độ đúng của số liệu thu được thông qua việc phân tích các mẫu chuẩn; - Tham gia phân tích các mẫu nước so sánh quốc tế (do Viện Khoa học Công nghệ và Môi trường (EAWAG) Thuy Sỹ chủ trì); 4. Đánh giá mức độ nhiễm bản từ kết quả phân tích khảo nghiệm - Xử lý thống kê kết quả phân tích tại các địa điểm khảo sát nghiên cứu và tổng hợp thành bộ số liệu cần thiết phục vụ công tác đánh giá; - Đánh giá độ nhiễm bẩn do As và một số kim loại nặng gây ra trong nước ngầm khu vực Đông-Nam Hà Nội thông qua bộ số liệu thu được; - Tìm hiểu mối liên hệ giữa độ nhiễm bẩn môi trường (thông qua số liệu của tầng nước ngấm từ bề mặt) và nước ngầm tại cùng địa điểm khảo sát; - Đánh giá tương quan nguồn gốc gây ô nhiễm và đưa ra các đề xuất với các cơ quan quản lý; - Tổng kết các bước nghiên cứu và báo cáo kết quả nghiên cứu; PHẦN A -TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ ARSEN TRONG MÔI TRƯỜNG, NƯỚC NGẦM BỊ Ô NHIỄM ARSEN VÀ KIM LOẠI NẶNG I. Một số đặc tính của nguyên tố arsen [3] Arsen (As) là nguyên tế hoá học phổ biến trong vỏ trái đất.

Nó cũng là một trong những chất gây độc được loài người biết đến lâu đời nhất.Trong bảng hệ thống tuân hoàn, arsen có số thứ tự 33, thuộc phân nhóm 5, khối lượng nguyên tử 74,91. Ở nhiệt độ 25°C nó có tỷ trọng 5,73g/cm” Đây là nguyên tố trong dãy chuyển tiếp gần giống photpho, nhưng mang tính kim loại mạnh hơn tính á kim. Arsen có 2 đồng vị: T5As (đồng vị bền) và “As (đồng vị phóng xạ với chu kỳ bán rã T,„=26,8 giờ). Thông thường arsen tồn tại ở 4 dạng biến thể : 2 biến thể kết tỉnh và 2 biến thể ẩn tỉnh, trong đó bền vững là các biến thể kết tinh, còn gọi là arsen kim loại hay arsen xám.

Arsen kim loại khi bị đốt nóng đến 615,5°C thì thăng hoa mà không qua giai đoạn nóng chảy. Tuy nhiên nó có thể bị nóng chảy ở nhiệt độ 817-868°C dưới áp suất rất cao (35,8 at). Trong không khí, arsen kim loại dễ bị oxi hoá tạo thành anhydrit arsenic theo phương trình As + O, = As,O, (Arsen trang) As trang tén tại dạng bột màu trắng, có mùi tỏi, có tính độc cao đối với cơ thể sống. Dạng hợp chất axit arsenic H;AsO, được dùng trong y học với một liều lượng nhất định làm thuốc trị bệnh.

Nhưng ở đạng hyđro arsenua, AsH; (arsin) thể khí không màu, không mùi vị, lại là một chất cực độc đối với sự sống. Arsenic và arsenat canxi là những chất bột màu trắng hay xám chứa từ 40 đến 62 % As;O; gần như không tan trong nước, cũng là những chất độc cực mạnh, thường được dùng trong thuốc điệt côn trùng. Chì arsenat có trong thành phần thuốc bảo vệ thực vật. Arsen thường tồn tại ở dạng hợp chất trong tự nhiên.

Hiện nay người ta đã tìm được hơn 1500 hợp chất có chứa arsen, trong đó khoảng hơn 400 hợp chất khá bền trong tự nhiên. Trong các hợp chất arsen thể hiện hoá trị từ -3 cho đến 0, +2, +3 và +5. Tổng quan các nghiên cứu về ô nhiễm arsen trên thế giới ILI Tình hình điều tra về ô nhiễm arsen trong nước ngâm tại một số nước Vùng bờ biển Tây Nam Đài Loan có lẽ là nơi đầu tiên được xác nhận có hiện tượng nhiễm độc arsen mạn tính ảnh hưởng đến sức khoẻ con người. Các khảo sát về arsen cũng được ghi nhận ở vùng Đông Bắc đảo Đài Loan bắt đầu trong những năm 1960.

Tuy nhiên phải đến năm 1991, lần đầu tiên phát hiện ra hiện tượng nước dưới đất (nước ngầm) ở Đài Loan chứa hàm lượng arsen cao hơn tiêu chuẩn quốc gia hiện hành và số người bị ảnh hưởng bởi các nguồn nước chứa arsen này lên đến con số 100.000 người thì các quốc gia, các nhà khoa học thế giới mới đồng loạt đầu tư nhiều công sức, tiền của để nghiên cứu sâu về vấn đề ô nhiễm arsen cũng như đề ra các biện pháp ngăn chặn thảm hoa này. Theo sau việc thu thập các bằng chứng về ảnh hưởng độc hại lâu dài của arsen trong nước uống đối với sức khoẻ con người, giới hạn hàm lượng arsen trong nước uống do nhiều quốc gia khuyến cáo và quy định đã giảm xuống. Giá trị cho phép của WHO (tổ chức y tế thế giới) đối với As trong nước uống giảm từ 0,05 mgíi (năm 1993) xuống 0,01 mg/1, căn cứ vào khả năng định lượng của các phương pháp phân tích hiện đại có thể áp dụng rộng rãi. Hoa Kỳ cũng đã giảm giới hạn của As trong nước uống từ 0,05 mg/1 xuống 0,01 mg/1 vào tháng Giêng năm 2001.