Luận văn thạc sĩ nghiên cứu sự phân bố của asen trên các hạt trầm tích

Luận văn thạc sĩ phân tích sự phân bố asen trên các hạt trầm tích, đánh giá ảnh hưởng môi trường và nguồn gốc kim loại nặng trong trầm tích.

• Tác giả: Hoàng Thị Tươi
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Thị Kim Trang
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Khoa học Môi trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Sự Phân Bố Của Asen Trên Các Hạt Trầm Tích
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. As phân bố trong khoáng và trầm tích
• 1.2. Ứng dụng chiết chọn lọc để nghiên cứu sự phân bố của As trên các hạt trầm tích
• 1.3. Các giả thiết về sự rửa trôi As từ trầm tích ra nước ngầm
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
• 2.1. Địa điểm nghiên cứu
• 2.2. Đối tượng nghiên cứu
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4. Chiết mẫu trầm tích
• 2.5. Phân tích mẫu. Hóa chất, thiết bị
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả về sự phân bố của As trong một số pha khoáng oxit sắt
• 3.2. Kết quả về thành phần hóa học của nước ngầm tại khu vực nghiên cứu
• 3.3. Thành phần khoáng đa lượng trong nước ngầm
• 3.4. Một số thành phần hóa học liên quan đến quá trình giải phóng As vào nước ngầm
• 3.5. Phân tích mối liên quan giữa sự phân bố của As trên trầm tích và quá trình giải phóng As ra nước ngầm
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu sự phân bố của asen trên các hạt trầm tích

Nghiên cứu sự phân bố của asen trên các hạt trầm tích là một lĩnh vực quan trọng trong khoa học môi trường. Asen là một nguyên tố độc hại, có thể gây ra nhiều vấn đề sức khỏe cho con người. Việc hiểu rõ sự phân bố của asen trong các hạt trầm tích giúp xác định nguồn gốc và mức độ ô nhiễm trong môi trường nước. Nghiên cứu này không chỉ cung cấp thông tin về ô nhiễm asen mà còn giúp phát triển các phương pháp quản lý và xử lý nước ngầm hiệu quả.

1.1. Định nghĩa và vai trò của asen trong môi trường

Asen (As) là một nguyên tố hóa học có mặt trong nhiều khoáng vật và trầm tích. Nó có thể tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau, bao gồm asenat và asenua. Asen có vai trò quan trọng trong các quá trình sinh hóa và địa hóa, nhưng cũng là một chất độc hại. Nghiên cứu về phân bố asen giúp hiểu rõ hơn về sự di chuyển và tích tụ của nó trong môi trường.

1.2. Tình hình ô nhiễm asen tại Việt Nam

Tại Việt Nam, ô nhiễm asen trong nước ngầm đã trở thành một vấn đề nghiêm trọng. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng nồng độ asen trong nước ngầm ở một số khu vực vượt quá mức cho phép. Điều này đòi hỏi cần có các nghiên cứu sâu hơn về sự phân bố của asen trong các hạt trầm tích để tìm ra nguyên nhân và giải pháp khắc phục.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu sự phân bố của asen

Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về phân bố asen, nhưng vẫn còn nhiều thách thức trong việc xác định chính xác các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân bố này. Các yếu tố như pH, thế oxi hóa khử, và thành phần hóa học của trầm tích đều có thể ảnh hưởng đến sự di chuyển và tích tụ của asen. Việc thiếu thông tin về các điều kiện địa hóa cũng làm cho việc đánh giá mức độ ô nhiễm trở nên khó khăn.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân bố của asen

Sự phân bố của asen trong trầm tích phụ thuộc vào nhiều yếu tố như pH, nồng độ ion, và các chất hữu cơ có mặt trong môi trường. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng asen có thể bị hấp phụ mạnh lên bề mặt của các oxit sắt và nhôm, làm giảm khả năng hòa tan của nó trong nước.

2.2. Khó khăn trong việc thu thập dữ liệu

Việc thu thập dữ liệu về phân bố asen trong trầm tích gặp nhiều khó khăn do sự đa dạng về thành phần và cấu trúc của trầm tích. Các phương pháp phân tích hiện tại có thể không đủ chính xác để xác định nồng độ asen trong các mẫu trầm tích phức tạp.

III. Phương pháp nghiên cứu sự phân bố của asen trên các hạt trầm tích

Để nghiên cứu sự phân bố của asen, nhiều phương pháp khác nhau đã được áp dụng. Một trong những phương pháp phổ biến là chiết chọn lọc, cho phép xác định các dạng khác nhau của asen trong trầm tích. Phương pháp này giúp đánh giá mức độ linh động và khả năng hòa tan của asen trong môi trường nước.

3.1. Phương pháp chiết chọn lọc

Chiết chọn lọc là một phương pháp hiệu quả để xác định các dạng của asen trong trầm tích. Phương pháp này sử dụng các dung dịch chiết có lực ion khác nhau để tách biệt các dạng asen khác nhau, từ đó đánh giá mức độ phân bố của nó trong các pha khoáng.

3.2. Phân tích hóa học và thiết bị sử dụng

Các thiết bị phân tích hóa học hiện đại như phổ khối và quang phổ hấp thụ nguyên tử thường được sử dụng để xác định nồng độ asen trong các mẫu trầm tích. Việc sử dụng các thiết bị này giúp đảm bảo độ chính xác và tin cậy của kết quả nghiên cứu.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu về sự phân bố của asen trên các hạt trầm tích đã chỉ ra rằng nồng độ asen có sự khác biệt rõ rệt giữa các khu vực ô nhiễm và không ô nhiễm. Những thông tin này có thể được sử dụng để phát triển các biện pháp quản lý và xử lý nước ngầm hiệu quả hơn.

4.1. Kết quả phân tích nồng độ asen trong trầm tích

Nghiên cứu cho thấy nồng độ asen trong các mẫu trầm tích ở khu vực ô nhiễm có thể đạt tới 1000 mg/kg. Điều này cho thấy sự cần thiết phải có các biện pháp kiểm soát ô nhiễm hiệu quả để bảo vệ nguồn nước ngầm.

4.2. Ứng dụng kết quả nghiên cứu trong quản lý môi trường

Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong việc xây dựng các chính sách quản lý nước ngầm, nhằm giảm thiểu ô nhiễm asen và bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Các biện pháp như xử lý nước và cải thiện chất lượng trầm tích sẽ giúp giảm thiểu rủi ro từ ô nhiễm asen.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu sự phân bố của asen trên các hạt trầm tích là một lĩnh vực quan trọng và cần thiết trong bối cảnh hiện nay. Các kết quả nghiên cứu không chỉ giúp hiểu rõ hơn về ô nhiễm asen mà còn mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực này.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự phân bố của asen trong trầm tích có sự khác biệt rõ rệt giữa các khu vực ô nhiễm và không ô nhiễm. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc theo dõi và quản lý ô nhiễm asen trong môi trường nước.

5.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân bố của asen trong trầm tích. Việc phát triển các phương pháp phân tích mới và cải tiến quy trình chiết sẽ giúp nâng cao độ chính xác của các nghiên cứu trong lĩnh vực này.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Asen (As) là nguyên tố có độc tính cao, sự hiện diện của nó trong nước uống dù ở nồng độ thấp cũng gây nguy hiểm cho sức khỏe con người. Theo ước tính, hàm lượng As trong đất và trầm tích dao động từ 5 đến 40 mg/kg, trong khi nồng độ As trong các khoáng oxit sắt có thể đạt đến hàng nghìn mg/kg. Tại Việt Nam, đặc biệt ở khu vực đồng bằng sông Hồng, ô nhiễm As trong nước ngầm đã được ghi nhận ở nhiều địa điểm, gây ra mối quan tâm lớn về an toàn nguồn nước. Tuy nhiên, các nghiên cứu về sự phân bố và độ linh động của As trên các hạt trầm tích trong tầng chứa nước vẫn còn hạn chế.

Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu sự phân bố của As trên các pha khoáng oxit sắt trong trầm tích tại hai khu vực có mức độ ô nhiễm As khác nhau: Vân Cốc (ô nhiễm As) và Phú Kim (không ô nhiễm As), thuộc Hà Nội. Nghiên cứu tập trung vào việc xác định các dạng liên kết của As trong trầm tích, mối quan hệ giữa As và Fe trong trầm tích và nước ngầm, từ đó làm rõ cơ chế hình thành và vận động của As trong môi trường nước ngầm. Thời gian nghiên cứu kéo dài từ năm 2009 đến 2010, với việc lấy mẫu nước ngầm và trầm tích ở các độ sâu từ 5 đến 30 mét.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc quản lý và khai thác nước ngầm an toàn, góp phần giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm As, đồng thời cung cấp cơ sở khoa học cho các chính sách bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về sự phân bố As trong trầm tích và nước ngầm, bao gồm:

• Lý thuyết về sự hấp phụ và liên kết của As trên các khoáng oxit sắt: As chủ yếu liên kết với các pha oxit sắt vô định hình và tinh thể, cũng như các khoáng sunfua và silicat. Sự hấp phụ này ảnh hưởng đến độ linh động và khả năng hòa tan của As trong nước ngầm.

• Mô hình vận chuyển As trong môi trường trầm tích và nước ngầm: Quá trình khử hòa tan oxit sắt trong môi trường yếm khí làm giải phóng As từ trầm tích vào nước ngầm. Môi trường khử được hình thành do sự phân hủy vật chất hữu cơ và hoạt động vi sinh vật kỵ khí.

• Khái niệm về chiết chọn lọc theo trình tự: Sử dụng các dung dịch chiết có lực ion và lực oxy hóa khử khác nhau để phân tách các dạng liên kết của As và Fe trong trầm tích, từ dạng hấp phụ yếu đến dạng liên kết trong khoáng sunfua.

Các khái niệm chính bao gồm: As hấp phụ yếu, As hấp phụ mạnh, As liên kết với oxit sắt vô định hình và tinh thể, As liên kết trong khoáng sunfua, và các dạng Fe tương ứng.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Mẫu nước ngầm và trầm tích được thu thập tại hai khu vực Vân Cốc (ô nhiễm As) và Phú Kim (không ô nhiễm As), Hà Nội. Mẫu nước ngầm lấy vào tháng 12/2009, mẫu trầm tích lấy vào tháng 10/2010, với độ sâu từ 5 đến 30 mét.

• Phương pháp lấy mẫu: Lấy mẫu nước ngầm bằng hệ thống kín, loại bỏ oxy để tránh biến đổi hóa học. Lấy mẫu trầm tích bằng phương pháp pit tông, đảm bảo không xáo trộn và giữ nguyên hiện trạng mẫu.

• Phương pháp phân tích: Áp dụng quy trình chiết chọn lọc 5 bước cải tiến từ quy trình của Wenzel để phân tách các dạng As và Fe trong trầm tích, sử dụng các dung dịch chiết từ yếu đến mạnh (NaHCO3, HCOOH, axit ascorbic, hỗn hợp axit ascorbic + amonium oxalate, HNO3 đặc). Phân tích As và Fe bằng quang phổ hấp thụ nguyên tử kết hợp hydrua hóa, các ion khác bằng sắc ký trao đổi ion và sắc ký khí.

• Phương pháp phân tích hiện trường: Đo các thông số pH, độ dẫn điện, oxy hòa tan, nhiệt độ, độ kiềm, Fe2+, PO43-, NH4+, CH4 tại hiện trường để đánh giá môi trường hóa học nước ngầm.

• Timeline nghiên cứu: Từ tháng 12/2009 đến tháng 10/2010, bao gồm lấy mẫu, xử lý mẫu, phân tích hóa học và tổng hợp kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Phân bố Fe trong trầm tích:

   • Ở Vân Cốc, dạng Fe oxit tinh thể chiếm 10-50% tổng Fe chiết được, hàm lượng Fe oxit tinh thể dao động từ 76,9 đến 143,0 μmol/g, cao hơn đáng kể so với Phú Kim (41,1 – 54,8 μmol/g).
   • Ở Phú Kim, Fe chủ yếu liên kết trong khoáng sunfua (80-90%) và dạng Fe dễ hòa tan bằng axit (45-60%), tổng Fe chiết được cao hơn Vân Cốc (203 – 397 μmol/g so với 207 – 245 μmol/g).

2. Phân bố As trong trầm tích:

   • Ở Vân Cốc, As chủ yếu liên kết với oxit sắt tinh thể (40-86% tổng As), hàm lượng As chiết được từ 32,7 đến 86,5 nmol/g. Dạng As liên kết trong khoáng sunfua chiếm 5-48%, dạng As dễ hòa tan bằng axit chiếm 2-20%.
   • Ở Phú Kim, As chủ yếu liên kết trong khoáng sunfua (81-93%), hàm lượng As chiết được thấp hơn (17,3 – 52,1 nmol/g), dạng As liên kết với oxit Fe tinh thể gần như không có.

3. Thành phần hóa học nước ngầm:

   • Nước ngầm tại hai khu vực chủ yếu chứa các ion Ca2+, Mg2+, HCO3- chiếm tới 90% tổng ion hòa tan.
   • Từ bờ sông (Vân Cốc) đến núi (Phú Kim), thành phần HCO3- giảm dần, trong khi SO4 2- tăng dần, phản ánh sự chuyển đổi từ môi trường khử sang môi trường oxi hóa.
   • Các chất dạng khử như Fe2+, NH4+, CH4 có hàm lượng cao hơn ở Vân Cốc, trong khi các chất dạng oxi hóa như DO, SO4 2-, NO3- thấp hơn so với Phú Kim.

4. Cơ chế giải phóng As:

   • Ở vùng ô nhiễm As (Vân Cốc), quá trình khử hòa tan oxit sắt (Fe3+ thành Fe2+) do hoạt động vi sinh vật trong môi trường yếm khí làm giải phóng As từ bề mặt oxit sắt vào nước ngầm.
   • Ở vùng không ô nhiễm (Phú Kim), As chủ yếu tồn tại trong khoáng sunfua, ít bị giải phóng do môi trường ít khử hơn.

Thảo luận kết quả

Sự khác biệt rõ rệt trong phân bố các dạng As và Fe giữa hai khu vực nghiên cứu phản ánh ảnh hưởng của điều kiện địa hóa và môi trường thủy văn đến sự vận động của As trong tầng chứa nước. Ở Vân Cốc, môi trường yếm khí với nhiều vật chất hữu cơ và hoạt động vi sinh mạnh tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình khử oxit sắt, làm tăng độ linh động của As liên kết với oxit sắt tinh thể. Điều này phù hợp với các nghiên cứu trước đây tại các vùng ô nhiễm As khác như Đan Phượng và Vạn Phúc.

Ngược lại, tại Phú Kim, môi trường ít khử hơn, Fe chủ yếu tồn tại trong khoáng sunfua ổn định, As liên kết chủ yếu trong khoáng sunfua và ít bị giải phóng vào nước ngầm. Sự gia tăng SO4 2- và giảm HCO3- từ bờ sông đến núi cũng phản ánh sự chuyển đổi môi trường từ yếm khí sang oxi hóa, ảnh hưởng đến sự phân bố As.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ phân bố hàm lượng Fe và As theo độ sâu, biểu đồ phần trăm các dạng liên kết của As và Fe trong trầm tích, cũng như giản đồ Piper thể hiện thành phần ion trong nước ngầm, giúp minh họa rõ ràng mối quan hệ giữa trầm tích và nước ngầm.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường giám sát chất lượng nước ngầm tại các vùng ô nhiễm As

   • Thực hiện lấy mẫu định kỳ và phân tích các dạng As và Fe trong nước ngầm và trầm tích.
   • Mục tiêu giảm thiểu nồng độ As vượt ngưỡng an toàn trong nước uống.
   • Thời gian: hàng quý, chủ thể: các cơ quan quản lý môi trường và y tế.

2. Áp dụng công nghệ xử lý nước ngầm phù hợp

   • Sử dụng các phương pháp lọc và hấp phụ nhằm loại bỏ As, đặc biệt As liên kết với oxit sắt tinh thể.
   • Mục tiêu giảm As trong nước sinh hoạt xuống dưới mức quy định.
   • Thời gian: triển khai trong 1-2 năm, chủ thể: các đơn vị cấp nước và cộng đồng dân cư.

3. Quản lý và bảo vệ tầng chứa nước

   • Hạn chế khai thác quá mức và các hoạt động gây ô nhiễm tầng ngậm nước, đặc biệt tại các vùng có trầm tích giàu As.
   • Mục tiêu duy trì ổn định môi trường địa hóa tầng chứa nước.
   • Thời gian: liên tục, chủ thể: chính quyền địa phương và các tổ chức quản lý tài nguyên nước.

4. Nâng cao nhận thức cộng đồng và đào tạo chuyên môn

   • Tổ chức các chương trình tuyên truyền về nguy cơ ô nhiễm As và biện pháp phòng tránh.
   • Đào tạo cán bộ kỹ thuật về phương pháp lấy mẫu và phân tích As trong môi trường.
   • Mục tiêu nâng cao năng lực giám sát và bảo vệ nguồn nước.
   • Thời gian: hàng năm, chủ thể: các tổ chức giáo dục và y tế cộng đồng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà quản lý môi trường và tài nguyên nước

   • Lợi ích: Cơ sở khoa học để xây dựng chính sách quản lý nước ngầm an toàn, giảm thiểu ô nhiễm As.
   • Use case: Thiết kế chương trình giám sát và xử lý ô nhiễm nước ngầm.

2. Các nhà nghiên cứu và học viên ngành khoa học môi trường, địa chất

   • Lợi ích: Tham khảo phương pháp chiết chọn lọc và phân tích As trong trầm tích, hiểu rõ cơ chế vận động As.
   • Use case: Phát triển nghiên cứu sâu hơn về ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường.

3. Cơ quan y tế công cộng và các tổ chức phi chính phủ

   • Lợi ích: Hiểu rõ tác động của As đến sức khỏe và các biện pháp phòng tránh.
   • Use case: Xây dựng chương trình giáo dục cộng đồng và can thiệp y tế.

4. Cộng đồng dân cư tại các vùng có nguy cơ ô nhiễm As

   • Lợi ích: Nắm bắt thông tin về nguy cơ và cách bảo vệ nguồn nước sinh hoạt.
   • Use case: Thực hiện các biện pháp bảo vệ sức khỏe và sử dụng nước an toàn.

Câu hỏi thường gặp

1. As tồn tại trong trầm tích dưới những dạng nào?
   As chủ yếu tồn tại dưới dạng liên kết với oxit sắt tinh thể, oxit sắt vô định hình, khoáng sunfua và dạng hấp phụ trên bề mặt trầm tích. Tỷ lệ phân bố các dạng này phụ thuộc vào đặc tính trầm tích và môi trường địa hóa.

2. Tại sao nồng độ As trong nước ngầm lại khác nhau giữa các khu vực?
   Sự khác biệt do điều kiện môi trường như pH, thế oxy hóa khử, thành phần khoáng vật và hoạt động vi sinh vật ảnh hưởng đến quá trình giải phóng As từ trầm tích vào nước ngầm.

3. Phương pháp chiết chọn lọc theo trình tự có ưu điểm gì?
   Phương pháp này giúp phân tách các dạng liên kết của As và Fe trong trầm tích dựa trên lực chiết của các dung dịch, từ đó đánh giá độ linh động và khả năng giải phóng As vào nước ngầm.

4. Môi trường yếm khí ảnh hưởng thế nào đến sự vận động của As?
   Môi trường yếm khí thúc đẩy quá trình khử oxit sắt, làm chuyển Fe3+ không tan thành Fe2+ dễ tan, đồng thời giải phóng As liên kết trên bề mặt oxit sắt vào nước ngầm, tăng nguy cơ ô nhiễm.

5. Làm thế nào để giảm thiểu ô nhiễm As trong nước ngầm?
   Có thể áp dụng các biện pháp như xử lý nước bằng công nghệ lọc hấp phụ, quản lý khai thác nước ngầm hợp lý, giám sát chất lượng nước thường xuyên và nâng cao nhận thức cộng đồng.

Kết luận

• Phân bố As trong trầm tích tại vùng ô nhiễm (Vân Cốc) chủ yếu liên kết với oxit sắt tinh thể (40-86%), trong khi tại vùng không ô nhiễm (Phú Kim) As chủ yếu liên kết trong khoáng sunfua (81-93%).
• Dạng Fe oxit tinh thể chiếm ưu thế ở vùng ô nhiễm, còn ở vùng không ô nhiễm Fe chủ yếu tồn tại trong khoáng sunfua và dạng dễ hòa tan bằng axit.
• Môi trường nước ngầm tại vùng ô nhiễm mang tính yếm khí với hàm lượng cao các chất dạng khử, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình giải phóng As.
• Phương pháp chiết chọn lọc theo trình tự là công cụ hiệu quả để đánh giá sự phân bố và độ linh động của As trong trầm tích.
• Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học quan trọng cho việc quản lý và xử lý ô nhiễm As trong nước ngầm, góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Next steps: Mở rộng nghiên cứu tại các khu vực khác, phát triển công nghệ xử lý nước phù hợp và tăng cường giám sát môi trường nước ngầm.

Call-to-action: Các nhà quản lý và chuyên gia môi trường cần áp dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chiến lược bảo vệ nguồn nước ngầm an toàn, đồng thời nâng cao nhận thức cộng đồng về nguy cơ ô nhiễm As.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƢ̣ NHIÊN ----------------------- Hoàng Thị Tƣơi NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ CỦA ASEN TRÊN CÁC HẠT TRẦM TÍCH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2011 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƢ̣ NHIÊN ----------------------- Hoàng Thị Tƣơi NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ CỦA ASEN TRÊN CÁC HẠT TRẦM TÍCH Chuyên ngành: Khoa học Môi trường Mã số: 60 85 02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. Phạm Thị Kim Trang MỞ ĐẦU Hà Nội - 2011 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Mục Lục MỞ ĐẦU. 1 Chƣơng 1 - TỔNG QUAN. As phân bố trong khoáng và trầm tích.

Ứng dụng chiết chọn lọc để nghiên cứu sự phân bố của As trên các hạt trầm tích5 1. Các giả thiết về sự rửa trôi As từ trầm tích ra nƣớc ngầm. 9 Chƣơng 2 – ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP. Địa điểm nghiên cứu.

Đối tƣợng nghiên cứu. Phƣơng pháp nghiên cứu. Chiết mẫu trầm tích. Phân tích mẫu.

Hóa chất, thiết bị. 30 Chƣơng 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Kết quả về sự phân bố của As trong một số pha khoáng oxit sắt. Kết quả về thành phần hóa học của nƣớc ngầm tại khu vực nghiên cứu.

Thành phần khoáng đa lƣợng trong nƣớc ngầm. Một số thành phần hóa học liên quan đến quá trình giải phóng As vào nƣớc ngầm. Phân tích mối liên quan giữa sự phân bố của As trên trầm tích và quá trình giải phóng As ra nƣớc ngầm. 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

62 63 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Danh mục hình Tên hình Trang Hình 1.1: Mô hình vận chuyển asen từ núi xuống đồng bằng châu thổ 10 Hình 1.2: Quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ xảy ra trong điều kiện khử 11 Hình 1.3: Giản đồ phân bố các dạng tồn tại của As theo Eh-pH 12 Hình 2.1: Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu 16 Hình 2.2: Sơ đồ tuyến nghiên cứu 17 Hình 2.3: Hình ảnh chùm giếng tại Vân Cốc 19 Hình 2.4: Hình ảnh khoan giếng 20 Hình 2. Sục khí Nitơ cho các thiết bị lấy mẫu 21 Hình 2. Đo các thông số hiện trường và lấy mẫu nước ngầm qua bộ flowcell 21 Hình 2.7: Minh họa độ ổn định giá trị các thông số hiện trường đo được khi 22 bơm trước khi tiến hành lấy mẫu Hình 2.8: Mô tả hình ảnh một số bước lấy mẫu trầm tích 23 Hình 2.9: Các bước thí nghiệm chiết trầm tích 26 Hình 2.10: Một số hình ảnh mô tả các bước thí nghiệm chiết trầm tích 27 Hình 3.1: Hàm lượng Fe trong trầm tích Vân Cốc và Phú Kim chiết được theo 34 5 bước Hình 3.2: Phân bố phần trăm các dạng Fe chiết được trong trầm tích tại Vân 36 Cốc và Phú Kim Hình 3.3: Hàm lượng As trong trầm tích Vân Cốc và Phú Kim chiết được theo 5 38 bước Hình 3.4: Phân bố phần trăm các dạng As chiết được trong trầm tích tại Vân 39 Cốc và Phú Kim Hình 3.5: Giản đồ piper thể hiện nồng độ các cation và anion chính trong nước 43 ngầm tại khu vực nghiên cứu Hình 3.6 : Sự phân bố của một số thành phần hóa học trong nước ngầm tại Vân 45 Cốc và Phú Kim TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.7: Tương quan giữa hàm lượng As, Fe chiết được bởi các dịch chiết đối 51 với trầm tích ở Vân Cốc Hình 3.8: Mối tương quan của As và Fe trong nước ngầm ở Vân Cốc và Phú 52 Kim Hình 3. Hàm lượng As, Fe trong trầm tích và trong nước ngầm ở Vân Cốc 54 (VC) và Phú Kim (PK) Danh mục bảng Tên bảng Trang Bảng 1.1: Hàm lượng As trong các khoáng 3 Bảng 1.2: Một số quy trình chiết trình tự As 7 Bảng 2.1 : Các mẫu nước ngầm và mẫu trầm tích tại Vân Cốc 18 Bảng 2.2: Các mẫu nước ngầm và mẫu trầm tích tại Phú Kim 19 Bảng 2.2 : Mô tả 5 bước chiết áp dụng trong nghiên cứu của luận văn 24 Bảng 3.1: Kết quả phân tích Fe, As từ thí nghiệm chiết trầm tích của Vân Cốc 31 và Phú Kim TIEU LUAN MOI download : [e-mail] MỞ ĐẦU Sự có mặt của asen (As) ngay cả ở nồng độ thấp trong nước uống là một mối nguy hại cho sức khỏe con người do nguyên tố này có độc tính cao.

Đã có nhiều nghiên cứu về hiện trạng, mức độ ô nhiễm As trong nước ngầm trên thế giới và tại Việt Nam [7], [20], [24]. Tuy nhiên các nghiên cứu về sự phân bố và độ linh động của As trong pha cát tại các tầng chứa nước vẫn còn khá hạn chế. Việc làm rõ được sự phân bố của As trên các thành phần của khoáng trầm tích sẽ giúp cho chúng ta hiểu thêm về khả năng hòa tan, vận chuyển của As từ trầm tích ra nước ngầm. Phương pháp chiết chọn lọc sử dụng các dung dịch chiết có lực ion, lực ôxy hóa khử khác nhau được áp dụng để đánh giá mức độ phân bố của kim loại nặng nói chung và As nói riêng trên các pha khoáng.

Các thông tin thu được sẽ góp phần minh họa bản chất của cơ chế hình thành As trong nước ngầm. Xuất phát từ những đề cập trên đây, luận văn được thực hiện với tiêu đề “NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ CỦA ASEN TRÊN CÁC HẠT TRẦM TÍCH”. Luận văn được thực hiện trong khuôn khổ của dự án hợp tác với Viện Địa chất và Khoáng sản Đan Mạch và Greenland, trường Đại học Mỏ Địa chất. Các kết quả của luận văn đã được trình bày poster tại Hội nghị Quốc tế về Asen trong nước ngầm khu vực Nam Á tháng 11/2011 tổ chức tại Hà Nội.

Luận văn được thực hiện với các nội dung sau: 1. Nghiên cứu sự phân bố của As trong một số pha khoáng oxit sắt tại khu vực ô nhiễm và không ô nhiễm As. Nghiên cứu mối liên quan giữa As, Fe trong trầm tích và trong nước ngầm tại khu vực ô nhiễm và không ô nhiễm As. Các kết quả thu đuợc sẽ góp phần vào việc hiểu rõ thêm cơ chế hình thành As trong nước ngầm, cung cấp những thông tin bổ ích cho việc quản lý, khai thác nước ngầm an toàn và bền vững.

1 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Chƣơng 1 - TỔNG QUAN 1. As phân bố trong khoáng và trầm tích Asen kí hiệu hóa học là As, là nguyên tố hiếm, chiếm khoảng 0,0005% hàm lượng các nguyên tố trong vỏ trái đất. As có mặt trong khoảng hơn 200 khoáng khác nhau như khoáng thư hoàng orpiment As2S3, khoáng hùng hoàng realgar AsS, mispikel FeAsS, loellingite FeAs2, nicolite NiAs, cobalite CoAsS, tennantite Cu12As4S13… Trong các khoáng, khoảng 60% As tồn tại ở dạng asenat, 20% ở dạng sulfua và sulfonat, 20% còn lại bao gồm asenua, asenit, oxit, silicat và As nguyên tố (dạng này rất hiếm). Khoáng cacbonat và silicat thường chứa As với hàm lượng nhỏ hơn các khoáng nói trên [24] Nồng độ As cao cũng được tìm thấy trong nhiều khoáng oxit và các oxit kim loại.

Nồng độ As trong hidroxit Fe có thể đạt đến các giá trị phần trăm theo khối lượng (bảng 1. Sự hấp phụ của arsenat lên các hidroxit Fe rất mạnh ngay cả khi ở nồng độ As rất thấp trong dung dịch. Sự hấp phụ lên hidroxit Al và Mn có thể cũng quan trọng nếu những oxit này có mặt nhiều. As có thể cũng bị hấp phụ trên bề mặt canxit – một khoáng phổ biến trong nhiều trầm tích.

Tuy nhiên lượng As hấp phụ lên các oxit sắt vẫn là nhiều nhất. Nồng độ As trong các khoáng P rất khác nhau nhưng cũng đạt đến giá trị cao, ví dụ lên đến 1000mg/kg ở apatit (bảng 1. Tuy nhiên các khoáng P kém phổ biến hơn nhiều so với các khoáng oxit và do đó có đóng góp tương đối nhỏ trong các trầm tích. As cũng có thể thay thế cho Si4+, Al3+, Fe3+, Ti4+ trong nhiều cấu trúc khoáng và vì thế có mặt ở nhiều các khoáng đá tạo thành khác, mặc dù ở nồng độ thấp hơn nhiều.

2 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.1: Hàm lượng As trong các khoáng [24] Khoảng nồng độ Khoảng nồng độ Khoáng Khoáng (mg/kg) (mg/kg) Khoáng sunfua Khoáng Silicat Pyrite 100–77000 Quartz 0,4–1,3 Pyrrhotite 5–100 Feldspar <0,1–2,1 Marcasite 20–126000 Biotite 1,4 Galena 5–10000 Amphibole 1,1–2,3 Sphalerite 5–17000 Olivine 0,08–0,17 Chalcopyrite 10–5000 Pyroxene 0,05–0,8 Khoáng oxit Khoáng cacbonat Hematite lên tới 160 Calcite 1–8 Fe oxit lên tới 2000 Dolomite <3 Fe(III) oxy hydroxit lên tới 76000 Siderite <3 Magnetite 2,7–41 Khoáng sunfat Ilmenite <1 Gypsum/anhydrite <1–6 Các khoáng khác Barite <1–12 Apatite <1–1000 Jarosite 34–1000 Halite <3–30 Fluorite <2 Hàm lượng As trong đất và trầm tích dao động trong khoảng 5- 40 mg/kg. Một số tác giả đã thực hiện nghiên cứu sự phân bố của các dạng As trong trầm tích và cho các kết quả khác nhau. Đối với các trầm tích khác nhau thì sự phân bố của As ở các pha là khác nhau. Nhóm nghiên cứu của Keon 2001 đã đánh giá tính linh động của As trong trầm tích thông qua việc xác định As qua chiết trình tự.

Tác giả đã chiết 5 mẫu trầm tích sông cho kết quả như sau: dạng As liên kết yếu trên bề mặt chiếm 12%, dạng As hấp phụ mạnh chiếm 50%, dạng As dễ hòa tan bằng axit chiếm 2%, dạng As liên kết với oxit sắt vô định hình chiếm 2%, dạng As liên kết 3 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] với oxit sắt tinh thể chiếm 20%, dạng As liên kết với khoáng Si chiếm 10% và dạng As liên kết trong khoáng sunfua chiếm 5% [13]. Như vậy, As trong trầm tích ở đây chủ yếu là dạng As hấp phụ mạnh và As liên kết với oxit sắt tinh thể và liên kết bền vững trong các khoáng silicat/sunfua. Juan Carlos 2007 tìm thấy rằng As chiếm tỷ lệ cao trong dạng oxyhydroxite vô định hình Al và Fe, trong các dạng tinh thể và phần còn lại. Tác giả đã chỉ ra rằng, As liên kết với khoáng sắt, nhôm vô định hình và tinh thể là chủ yếu.

Khoảng 0 - 2% As được chiết ra ở dạng hấp phụ không đặc trưng, từ 5 – 30% As ở dạng hấp phụ đặc trưng, 20 – 50% là dạng As liên kết với khoáng oxit vô định hình, 20 – 60% As liên kết với khoáng tinh thể [18]. Nghiên cứu của Wenzel với 20 mẫu đất ô nhiễm As ở Úc cho kết quả là As liên kết chủ yếu với oxit Fe, Al vô định hình và tinh thể.