MỞ ĐẦU Sự ô nhiễm As trong nước ngầm đã được biết đến từ lâu, với các ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người khi sử dụng nguồn nước có ô nhiễm As để ăn uống và sinh hoạt. Tuy nhiên, những nguyên nhân dẫn đến sự xuất hiện As trong các tầng ngậm nước vẫn đang được các nhà nghiên cứu bàn luận. Ngoài ra, sự phân bố As không đồng đều trong các vùng bị ảnh hưởng cũng đang là một vấn đề khó hiểu. Sự khác nhau lớn về hàm lượng As trong nước ngầm đã được tìm thấy ở Bangladet trong khoảng cách 100 m.
Các nghiên cứu gần đây ở một số vùng thuộc đồng bằng sông Hồng cũng đã phát hiện sự khác nhau lớn thậm chí trong một khoảng cách ngắn từ 10 – 20 m. Đã có một vài sự giải thích được đưa ra về sự phân bố As phức tạp theo không gian, bao gồm các sự khác nhau về đá, khoáng, địa hóa, thủy học và sự phong phú các vật chất hữu cơ ở lớp dưới đất. Tuy nhiên, còn nhiều vấn đề chưa được rõ ràng, các bằng chứng vẫn còn khá hạn chế chưa thể giải thích một cách toàn diện và đầy đủ cho sự phân bố phức tạp của As trong các tầng ngậm nước được tìm thấy. Với những lý do nêu trên chúng tôi đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu sự phân bố không đồng nhất về hàm lượng As trong nước ngầm trên một phạm vi hẹp.
Minh họa tại xã Vạn Phúc, Thanh Trì, Hà Nội” với các nội dung sau: Phân tích và so sánh đặc điểm hóa học trầm tích và hóa học nƣớc ngầm giữa các giếng có hàm lƣợng As thấp và cao ở khu vực nghiên cứu Phân tích một số nguyên nhân dẫn đến sự giải phóng As từ trầm tích vào tầng ngậm nƣớc Luận văn đuợc thực hiện trong khuôn khổ đề tài hợp tác giữa trung tâm CETASD, trường ĐH KHTN với trường Đại học Tổng hợp Columbia, Mỹ về nghiên cứu xu hướng nhiễm asen ở các tầng nước sạch. 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. 1 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Chƣơng 1. Sự hình thành và một số tính chất địa hóa của nƣớc ngầm 1.
Sự hình thành nƣớc ngầm [1] Nước ngầm giữ một vai trò quan trọng cho sự phát triển loài người, cũng như sự phát triển kinh tế xã hội của mỗi quốc gia. Trong thời đại hiện nay, do sự bùng nổ về dân số, do các ngành kinh tế của các nước trên thế giới thi nhau phát triển như vũ bão, chất lượng cuộc sống của con người ngày một nâng cao. Vì vậy, nhu cầu về nước ngày một lớn, nguồn nước ngầm được khai thác và sử dụng ngày càng nhiều cho mục đích sinh hoạt, trồng trọt và chăn nuôi. Hệ tuần hoàn của nước trong tự nhiên [1] Nước ngầm 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 2 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com với tầng đá mẹ.
Có nhiều giả thuyết về sự hình thành nước ngầm từ xa xưa. Giả thuyết đầu tiên cho là: Nước mưa thẩm thấu xuống các tầng đất đá tạo thành những khu vực chứa nước trong lòng đất, giả thiết này được đưa ra vào thế kỷ I trước công nguyên. Sau đó giả thuyết ban đầu dường như bị lãng quên cho đến tận thế kỷ thứ XVII giả thuyết này lại được nhắc tới như một giả thuyết hợp lý nhất hồi bấy giờ. Mãi đến 1877 nhà địa chất học người Đức tên là O.Phôn – Gherơ bác bỏ luận đề trên và đưa ra giả thuyết mới là do sự “ngưng tụ” nước trong đất.
Ông khẳng rằng sự hình thành nước ngầm trong đất cơ bản không chỉ là do thẩm thấu nước mưa mà còn do quá trình khuếch tán không khí và hơi nước vào kẽ rỗng lớp vỏ trái đất và hơi nước bị ngưng tụ khi hấp thu lạnh tạo thành những vùng chứa nước ngầm trong lòng đất. Sự bàn cãi về giả thuyết này diễn ra rất sôi nổi, nhiều ý kiến phản đối luận điểm trên và không công nhận vì nó chưa lý giải được trọn vẹn và toàn diện các vấn đề, đương nhiên luận điểm ban đầu lại được bảo vệ, mặc dầu bản thân nó chưa giải thích rõ nguồn gốc phát sinh nước ngầm. Mãi sau này, vào đầu thế kỷ XX nhà bác học người Nga A.Rebegeb trên cơ sở nghiên cứu thí nghiệm đã chứng minh và giải thích quá trình hình thành nước ngầm khác với Phôn – Gherơ ở chỗ tính xuyên sâu của không khí được ông giải thích là do quá trình chênh lệch độ đàn hồi hơi nước tồn tại trong các tầng đất tạo ra. Hơi nước chuyển vị từ vùng có độ đàn hồi cao (ở nhiệt độ cao) xuống vùng có độ đàn hồi thấp (ở nhiệt độ thấp).
Ông nhấn mạnh chỉ do hiện tượng ngưng tụ hơi nước chưa đủ giải thích mọi hiện tượng trong quá trình hình thành nước ngầm mà phải kết hợp chặt chẽ với luận điểm ban đầu. Vì vậy, nước ngầm có nguồn gốc cung cấp một phần là do nước mưa ngấm xuống đất, mặt khác do ngưng tụ hơi nước từ tầng sâu trong lòng đất hoà quyện với nhau mà hình thành nước ngầm. Nói khác đi nguồn cung cấp cho nước ngầm chủ yếu do nước mưa và hơi nước mà động thái của chúng thông qua sự tuần hoàn nước trong tự nhiên: Nước trên mặt đất, mặt biển, sông ngòi, hồ ao, kênh mương bốc hơi nước lên bầu khí quyển. Ở đây chúng ngưng tụ lại thành những lớp mây dày đặc và lại rơi xuống mặt đất dưới dạng mưa.
Một bộ phận nước mưa chảy ra sông biển, bộ phận khác bốc hơi lên bầu khí quyển, một bộ 3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com phận thẩm thấu sâu vào đất đá dưới dạng dòng thấm và hơi nước xuyên sâu bổ sung cho nước ngầm. Như vậy, ngoài nước mưa ra nhân tố hình thành nước ngầm phải kể đến hơi nước chuyển vị về phía có sự đàn hồi thấp có nghĩa là nơi có nhiệt độ thấp. Như chúng ta đã biết, vào mùa hè dưới mặt đất lạnh hơn trên mặt đất và không khí đem theo hơi nước bão hoà thấm sâu vào lớp vỏ trái đất. Tại đây hơi nước có trong không khí dưới đất bị ngưng tụ thành nước rồi cung cấp vào tầng trữ nước.
Bởi vậy, ta có thể đi tới kết luận: Sự hình thành nước ngầm chủ yếu là do nước mưa ngấm xuống đất và hơi nước trong không khí thấm vào trong đất và được ngưng tụ trong lòng đất. Vùng hình thành nước ngầm có thể là vùng di chuyển chậm của nước trong các kẽ rỗng của đất, trong các vết rạn nứt của nham thạch hoặc trong các hang, động được tạo ra trong các tầng nham thạch rắn chắc, tạo thành dòng chảy ngầm trong lòng đất, do không thể ngấm qua tầng đá mẹ nên trên nó nước sẽ tập trung trên bề mặt, tùy từng kiến tạo địa chất mà nó hình thành nên các hình dạng khác nhau, nước tập trung nhiều sẽ bắt đầu di chuyển và liên kết với các khoang, túi nước khác, dần dần hình thành mạch ngước ngầm lớn nhỏ, tuy nhiên việc hình thành nước ngầm phụ thuộc vào lượng nước ngấm xuống và phụ thuộc vào lượng mưa và khả năng trữ nước của đất. Một số tính chất địa hóa của nƣớc ngầm [2] Sự hình thành thành phần hóa học của nước dưới đất 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 Trái Đất được chia thành hai nhóm khác nhau về căn bản, đó là các nhân tố bên trong và các nhân tố bên ngoài.
Các nhân tố bên trong hay các nhân tố hóa lí, 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 nguyên tố trong vỏ Trái Đất và sự tồn tại các quy luật chung trong sự hình thành thành phần của nước dưới đất. Các nhân tố bên ngoài quyết định sự ảnh hưởng của môi trường bên ngoài đến sự thành tạo thành phần hóa 4 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com học của nước dưới đất. Các nhân tố này bao gồm: các nhân tố địa lý tự nhiên, địa chất, địa mạo, địa chất thủy văn, địa nhiệt, vi sinh vật.
Nước ngầm là một 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. Trạng thái tồn tại hoá học và tính chất cơ bản của nước được quyết định bởi các ion chính: Cl–, SO42–, HCO3–, CO32–, Na+, Ca2+, Mg2+, cùng với đó là một số các hợp chất khác của N, K, Si, Fe, Al và một số các chất khí hoà tan: O2, CO2, H2S, H2, CH4, N2 và các khí hiếm. Sự hình thành các thành phần hoá học của nước dưới đất là kết quả của quá trình dịch chuyển vật chất trong vỏ Trái Đất trong mối cân bằng động giữa các hệ thống đất – nước – khí và các sinh vật trong đất, là kết quả của sự phá hủy trạng thái cân bằng của hệ thống này bởi các yếu tố bên ngoài, trong đó các vận động kiến tạo và vận động địa phương của chúng có ý nghĩa quan trọng Một số loại môi trường thủy địa hóa để tạo thành thành phần hóa học của nước dưới đất 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. Oxy tự do là chất oxy hóa quan trọng nhất. Hàm lượng của chúng trong nước thiên nhiên biến đổi từ 0,1 đến 15 mg/L. 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.