Khảo sát sự phân bố của một số thành phần hóa học trong nước ngầm khu vực đông nam hà nội

i
MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG ii
DANH MỤC HÌNH iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT iv
MỞ ĐẦU 1
CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN 3
1.1. Một số quá trình thành tạo nước ngầm 3
1.2. Thành phần hóa học cơ bản của nước ngầm 8
1.3. Nguy cơ ô nhiễm nước ngầm trên thế giới và tại Việt Nam 13
1.3.1. Trên thế giới 13
1.3.2. Việt Nam 19
CHƢƠNG 2 – MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU 25
2.1. Địa điểm và thời gian nghiên cứu 25
2.2. Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu 26
2.3. Phương pháp nghiên cứu 27
2.3.1. Phương pháp lấy mẫu 27
2.3.2. Các phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm 30
2.3.3. Phương pháp xử lí số liệu 31
2.4. Thiết bị, dụng cụ và hoá chất 32
CHƢƠNG 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35
3.1. Khảo sát hàm lượng các nguyên tố đa lượng trong nước ngầm khu vực
Đông Nam Hà Nội 35
3.2. Khảo sát hàm lượng các thành phần vi lượng trong nước ngầm khu vực
Đông Nam Hà Nội 41
KẾT LUẬN 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO 54
PHỤ LỤC

ii
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Giới hạn cho phép một số thành phần vi lượng trong nước ngầm theo các
tiêu chuẩn Việt Nam 11
Bảng 1.2. Tiêu chuẩn đối với một số thành phần nước uống và sự đóng góp của
nước uống cho lượng đi vào của các nguyên tố dinh dưỡng 12

iii
DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Bản đồ phân bố của As trong nước ngầm ở các giếng có độ sâu < 150m
vùng Băng-la-đét 14
Hình 1.2. Ô nhiễm asen trong nước giếng khoan tại đồng bằng sông Hồng 21
Hình 2.1. Sơ đồ các điểm lấy mẫu khu vực phía Đông Nam Hà Nội 25
Hình 2.2. Đo các giá trị DO, E
h
, E
c
, T
0
, pH ngay tại hiện trường 27
Hình 2.3. Lọc mẫu nước phân tích cation tại hiện trường 28
Hình 2.4. Lấy mẫu và bảo quản lạnh mẫu DOC ngay tại hiện trường 29
Hình 2.5 Một số thiết bị phân tích trong phòng thí nghiệm 32
Hình 3.1. Biểu đồ Piper biểu diễn nồng độ của các cation và anion chính trong nước
ngầm khu vực nghiên cứu. 35
Hình 3.2. Biểu đồ surfer biểu diễn sự phân bố của các cation chính trong nước ngầm
khu vực Đông Nam Hà Nội Error! Bookmark not defined.
Hình 3.3. Biểu đồ surfer biểu diễn sự phân bố của các anion chính trong nước ngầm
khu vực Đông Nam Hà Nội Error! Bookmark not defined.

Hình 3.4. Biểu đồ surfer biểu diễn Độ dẫn điện (Ec) và Thế oxy hóa – khử (Eh) khu
vực Đông Nam Hà Nội Error! Bookmark not defined.
Hình 3.5. Biểu đồ surfer biểu diễn phân bố As, Fe, Mn, PO
4
trong nước ngầm khu
vực Đông Nam Hà Nội Error! Bookmark not defined.
Hình 3.6. Biểu đồ surfer biểu diễn phân bố amoni và DOC trong nước ngầm khu vực
Đông Nam Hà Nội Error! Bookmark not defined.
Hình 3.7. Sự phân hủy các hợp chất hữu cơ và các quá trình xảy ra trong điều kiện
khử. 49

iv
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT

Asen : As
Amoni : NH
4

Ascorbic : C
6
H
8
O
4
Ascorbate : C
6
H
7
NaO
6

Axit formic : HCOOH
Amonium oxalate : (NH
4
)
2
C
2
O
4

As (T) : Asen tổng
DOC : Cacbon hữu cơ hòa tan
Fe (T) : Sắt tổng
GC – 2014 : Sắc kí khí
TOC : Tổng cacbon hữu cơ hòa tan
UV-Vis : Quang phổ hấp thụ phân tử
vùng tử ngoại và khả kiến
WHO : Tổ chức y tế thế giới

1
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
m
3
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

2
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, HCO
3
-
,
Cl, SO
4
2-
, NO
3
-
từ đó nhận xét về cấu trúc, nguồn gốc chủ yếu của nước
ngầm khu vực nghiên cứu.
2. Khảo sát hàm lượng các thành phần vi lượng: Fe, As, Mn, PO
4
3-
, NH
4
+
,
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.





3
Chƣơng 1 - TỔNG QUAN

1.1. Mt s quá trình thnh 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]

4
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: N
2
, O
2
, CO
2
, 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: E
h
= + 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: E
h
= +
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: CH
4
, CO
2
,
cacbuahydro nặng, N
2
, H
2
S, H
2
. 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
H
2
S trong nước dưới đất tỷ lệ nghịch với độ E
h
. 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
H
2
S mà suy ra: môi trường khử yếu (hàm lượng H

2
S = 7–10 mg/L, E
h
0 mV),
môi trường khử trung bình và môi trường khử mạnh. Giữa các môi trường này
thường dùng tổng hàm lượng H
2
S + HS
–
bằng 50 mg/L làm ranh giới; hàm lượng
H
2
S này tương ứng với độ pH từ 5,5–8,5; E
h
150 mV.
Môi trường biến chất do sự có mặt của các khí có nguồn gốc biến chất: O
2
, H
2
S,
H
2
, CH
4
, CO
2
, N
2
, HCl, HF, NH
3

, SO
2
. 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

5
thường được bão hòa khí CO
2
. 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. Hai quá trình này rất gần
gũi nhau, nhưng thực ra về bản chất của chúng rất khác nhau.
Đặc điểm thạch học của đá có ý nghĩa quyết định nhất tới quá trình rửa lũa. Quá
trình này chuyển vào dung dịch nước một số các muối dễ hoà tan như NaCl,
Na
2
SO
4
, MgSO
4
, CaSO

4
, và các muối cacbonat canxi và magiê. Độ muối của đá có
ảnh hưởng rất lớn đến thành phần của nước. Khi trong đá có chứa NaCl thì trong
quá trình hòa tan và rửa lũa sẽ tạo nên nước có thành phần cloruanatri. Nếu đá có
chứa Na
2
SO
4
.10H
2
O thì nước có thành phần sunfat natri. Đá có chứa CaSO
4
.2H
2
O
là nước sunfat canxi. Đối với đá macma, quá trình rửa lũa xảy ra rất khó khăn,
chúng phải trải qua quá trình phong hóa hóa học phức tạp và lâu dài. Còn trong
những vùng chứa các đá khoáng hóa sunfua, dưới tác dụng của nước có hòa tan oxy
sẽ xảy ra oxy hóa khoáng tạo ra các sunfat kim loại, độ pH của nước giảm xuống
(từ 6,9 đến 2,9) đồng thời tăng hàm lượng SO
4
2-
, Fe
2+
, Cu
2+
và các kim loại khác
vào nước.
Quá trình rửa lũa thường xảy ra đồng thời với quá trình khác như quá trình hỗn
hợp nước, lắng đọng muối, cô đặc khuếch tán, trao đổi các cation và vi sinh vật.

Quá trình hỗn hợp nước
Sự hỗn hợp các loại nước có độ khoáng hóa khác nhau và thành phần hóa học
không đồng nhất thường rất phổ biến trong tự nhiên. Chúng có thể tạo nên các hỗn
hợp nước có nguồn gốc khác nhau. Đây là một quá trình hoá lý phức tạp chúng có

6
đặc điểm riêng tuỳ theo từng trường hợp cụ thể mà chúng ta cần phải phân tích sâu
sắc. Sự hỗn hợp nước thường kèm theo quá trình lắng đọng cacbonat canxi, magiê,
sắt, thạch cao, silic.
Quá trình lắng đọng muối
Sự lắng đọng muối xảy ra khi các điều kiện nhiệt động thay đổi. Quá trình này
làm cho nước có thành phần khác với thành phần ban đầu của nó, do có sự phá huỷ
cân bằng thuỷ địa hoá giữa các thành phần của hệ thống. Xảy ra hiện tượng thoát
khí do biến đổi từ dạng hoà tan thành dạng tự do và lắng đọng trầm tích.
Ca(HCO
3
)
2
= CaCO
3
↓ + H
2
O + CO
2
↑
hoặc Mg(HCO
3
)
2
= MgCO

3
↓ + H
2
O + CO
2
↑
Quá trình lắng đọng muối xảy ra cho đến khi đạt được cân bằng thủy địa hóa mới.
Quá trình cô đặc nước
Quá trình cô đặc nước làm tăng lượng các chất dễ hoà tan trong nước do sự bốc
hơi, sự phát tán hoặc đóng băng.
Sự hình thành nước có thành phần hóa học khác nhau tùy thuộc vào thành phần
của nước ban đầu bị bốc hơi và mức độ cô đặc của nó, những chỉ tiêu này phụ thuộc
vào thành phần và thứ tự các muối khoáng lắng đọng trong kết tủa.
Hiện tượng cô đặc nước trực tiếp xảy ra ở những khu vực có khí hậu khô với
những tầng nước ngầm nông (nhỏ hơn 3m) hoặc có thể gây ra bởi quá trình hô hấp
của thực vật, do một số thực vật có bộ rễ ăn sâu đến mực nước ngầm đã lấy một
lượng lớn hơi ẩm có trong đất, lâu dài sẽ dẫn tới làm giảm mực nước ngầm. Hiện
tượng này làm tăng độ khoáng hoá của nước ngầm, kết hợp với các quá trình tự
nhiên khác sẽ tạo nên nước ngầm có thành phần đa dạng.
Quá trình khuếch tán
Là quá trình dịch chuyển vật chất về môi trường có nồng độ thấp hơn dưới tác
động của vận động nhiệt phân tử do chênh lệch gradient nồng độ. Quá trình này làm
đồng đều hàm lượng các chất hoà tan trong toàn bộ thể tích của hệ thống nước
ngầm, đồng thời làm giảm lượng muối khuếch tán trong đá.
Quá trình trao đổi cation
Quá trình này xảy ra có liên quan đến khả năng hấp phụ hoá lý đối với các hạt
phân tán dạng mịn với đường kính nhỏ hơn 0,02mm. Nó phụ thuộc vào độ pH, bản

7
chất ion và nồng độ các ion trong dung dịch. Các ion Ca

2+
, Mg
2+
, K
+
, Na
+
, H
+
,
NH
4
+
… là những ion có khả năng trao đổi cation. Trong đó, số lượng cation trao đổi
lớn nhất là Ca
2+
, Mg
2+
, Na
+
và H
+
.
Tốc độ của phản ứng trao đổi rất lớn. Các phản ứng trao đổi đạt đến trạng thái
cân bằng sau khoảng thời gian có thể tính được bằng một vài ngày. Nhiều kết quả
thực nghiệm đã chứng minh quá trình trao đổi cation có ý nghĩa quan trọng trong
điều kiện phân bố rộng rãi của các trầm tích loại sét và á sét; tùy thuộc vào nhiều
yếu tố, khi trao đổi sẽ xuất hiện các loại nước có nguồn gốc khác nhau với sự thay
đổi mạnh mẽ độ khoáng hóa và thành phần hóa học của nước ngầm ở các khu vực
cụ thể.

Các quá trình vi sinh vật
Các quá trình vi sinh vật có ý nghĩa vô cùng to lớn trong sự biến đổi thành phần
hoá học của nước dưới đất, đặc biệt đến những biến đổi về địa hoá, chi phối đến
dạng tồn tại của hầu hết các thành phần hoá học xung quanh và quyết định đến trạng
thái của môi trường của khu vực đó. Sinh vật có thể tạo ra các môi trường có tính
oxy hóa–khử rất khác nhau như môi trường khử mạnh, ôxi hoá mạnh, khử yếu, ôxi
hoá yếu hay vừa khử vừa ôxi hoá. Ngược lại, môi trường cũng tác động ngược đến
sinh thái của vi sinh vật, tốc độ sản sinh sinh khối và các phản ứng chuyển hoá.
Những nghiên cứu gần đây đã xác nhận rằng vi sinh vật phân bố rộng rãi trong
vỏ Trái Đất và tồn tại ở những điều kiện khác nhau, trong nước ngầm hoặc các tầng
chứa nước có khi sâu đến hàng nghìn mét.
Đới giàu các loài vi khuẩn là đới thổ nhưỡng trên, chiều sâu từ 0,5–1,5m, ở đây
xảy ra quá trình hoạt động của các vi sinh vật hiếu khí. Dưới đới này là đới phong
hóa các đá, tồn tại nhiều loại vi khuẩn. Trong các tầng sâu hơn chủ yếu là sự hoạt
động của các vi khuẩn yếm khí (hoạt động của chúng xảy ra trong môi trường khử).
Các vi khuẩn tham gia các quá trình chuyển hóa lưu huỳnh, sắt, chúng là các vi
sinh vật háo khí. Các vi khuẩn khử sunphát, khử nitrat và nitrit… thì cần có chất
hữu cơ để sinh sống, là các vi sinh vật yếm khí, kết quả của quá trình khử sẽ tiêu
hao các chất hữu cơ và nước, tăng thêm lượng nitơ và cacbonic có nguồn gốc vi
sinh vật.

8
Ngoài những quá trình đa dạng đã nêu trên còn có quá trình macma, biến chất,
khử hydrat của khoáng vật, hydrat hóa các khoáng vật… cũng có vai trò nhất định
trong quá trình hình thành nên sự đa dạng và phức tạp trong thành phần nước ngầm.
Để hiểu rõ thành phần hóa học cơ bản có trong nước ngầm chúng ta sẽ tìm hiểu ở
phần tiếp theo.
1.2. Thnh phần hóa học cơ bản của nƣớc ngầm
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. Thành phần trong nước ngầm thường được chia 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. Trong đó, các
tính chất cơ bản và trạng thái tồn tại hoá học được quyết định bởi các ion chính:
Cl
–
, SO
4
2–
, HCO
3
–
, CO
3
2–
, Na
+
, Ca
2+
, Mg
2+
, cùng với đó là một số các hợp chất
khác của N, K, Si, Fe, Al và một số chất khí hoà tan: O
2
, CO
2
, H
2
S, H
2

, CH
4
, N
2
và
các khí hiếm [9]
Trong phân tích hóa học nước ngầm, người ta thường dựa trên 11 chỉ tiêu cơ
bản: nhiệt độ, Ec, pH, 4 cation chính (Na
+
, K
+
, Mg
2+
, Ca
2+
) và 4 anion chính (Cl
-
,
HCO
3
-
, SO
4
2-
, NO
3
-
). Các chỉ tiêu này dễ bị thay đổi về nồng độ nhưng là những
thông số chính để đánh giá thành phần cơ bản nhất của nước ngầm [20]
Nhìn chung, các yếu tố nhiệt độ (t

o
), độ dẫn điện (Ec), pH ảnh hưởng rất lớn
đến các thành phần hóa học trong nước ngầm và chúng thường mang những đặc
trưng cơ bản sau: Nhiệt độ của nước ngầm phía trên gần mặt đất thường thay đổi
tùy thuộc vào các điều kiện khí hậu, địa chất thủy văn và các điều kiện khác. Thông
thường nhiệt độ tăng lên thì tốc độ khuếch tán, mức độ hòa tan của các muối tăng
lên và độ hòa tan khí trong nước giảm đi. Trong điều kiện Việt Nam, nhiệt độ
thường biến đổi trong phạm vi từ 18-20
0
C đến 26-28
0
C [8]. Độ dẫn điện có trong
nước do nước có các dung dịch điện li. Đây là thông số đặc trưng cho tổng hàm
lượng các chất vô cơ hòa tan trong nước, nó tỉ lệ thuận với lượng muối hòa tan
trong nước, độ hòa tan càng lớn thì độ dẫn điện càng cao [9]. pH là chỉ số đặc trưng
bằng hoạt tính hay nồng độ của ion Hidro trong nước. Đối với nước dưới đất pH có
thể thay đổi trong khoảng từ 1,8 - 11 (thông thường từ 5 - 8) [8].

9
Các ion cơ bản của nước dưới đất cũng mang những đặc điểm riêng, có thể tóm
tắt một số điểm chính:
Cl
-
là ion phổ biến rộng rãi trong nước dưới đất, đặc biệt là phức hệ chứa nước
sâu. Nó có mặt trong nước dưới đất có thể do: nguồn gốc biển cổ, sự hòa tan của
các muối mỏ, nguồn cung cấp từ khí quyển, các vùng gần bờ biển và đại dương. Ion
này ít có khả năng trao đổi, hấp phụ và tác dụng lên các yếu tố sinh vật. Ion này
tương đối ổn định trong nước ngầm. Thông thường nước dưới đất dùng để ăn uống
thì lượng clo không được quá 400mg/l (theo quy chuẩn của bộ y tế) [8] và theo Quy
chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ngầm thì hàm lượng Cl

-
không được
quá 250mg/l [1]
SO
4
2-
cũng tương đối phổ biến trong nước dưới đất, nhất là trong nước khoáng
hóa yếu. Hàm lượng của nó bị giới hạn khi có mặt của Ca
2+
vì tạo kết tủa CaSO
4
.
SO
4
2-
tích tụ trong nước do sự hoà tan thạch cao, anhydrit, sự ôxy hoá các hợp chất
lưu huỳnh, các khoáng vật sunfua khác [8]. Theo Quy chuẩn của bộ y tế thì hàm
lượng SO
4
2-
trong nước ăn không quá 250 mg/l [3] còn theo Quy chuẩn kỹ thuật
quốc gia về chất lượng nước ngầm thì hàm lượng này không quá 400mg/l [1].
Các ion HCO
3
-
, CO
3
2-
phân bố phổ biến trong nước nhạt và nước hơi mặn dưới
đất, đặc biệt là hàm lượng HCO

3
-
phân bố rộng rãi trong nước ngầm hơi mặn. Hiện
nay chưa có quy chuẩn quy định hàm lượng các ion này trong nước ngầm. Ion
HCO
3
-
có trong nước dưới đất chủ yếu do sự rửa lũa đá vôi, đolômit, đá sét vôi khi
trong nước có khí CO
2
. Còn ion CO
3
2-
rất ít tồn tại trong nước ngầm hoặc tồn tại chỉ
với lượng rất nhỏ so với ion HCO
3
-
, vì vậy khi nghiên cứu nước ngầm người ta
thường quan tâm chủ yếu là hàm lượng HCO
3
-
[8].
Na
+
là ion phổ biến nhất và rộng rãi trong nước dưới đất, nhất là trong hệ nước
tầng sâu (Pleistocen). Nguồn cung cấp ion natri trong nước ngầm chủ yếu là nước
biển và đại dương, trong quá trình phong hóa đá xâm nhập, sự hòa tan của các vỉa
muối, phản ứng trao đổi ion. Nước ăn uống quy định hàm lượng ion natri không quá
200mg/l (theo quy chuẩn của bộ y tế) [3].
K

+
thường ít gặp trong nước ngầm do tham gia vào quá trình tạo khoáng vật
thứ sinh, còn một số lượng lớn bị các vật hút đi và dễ dàng bị các đá sét hấp phụ.
Nguồn kali trong nước ngầm do quá trình phong hóa đá xâm nhập và do các khoáng
vật có chứa kali, sự hòa tan muối kali.

10
Mg
2+
thường gặp trong nước ngầm với hàm lượng thấp. Ion này có trong nước
ngầm liên quan tới nước biển hoặc từ khí quyển, do kết quả phân huỷ khoáng vật
chứa Mg và rửa lũa Dolomit.
Ion Ca
2+
thường gặp trong nước ngầm với các độ khoáng hóa khác nhau. Nó
thường tạo nên các hợp chất với ion cacbonat hoặc ion sunfat và với ion clo. Sự có
mặt của Ca
2+
trong nước ngầm là do quá trình phong hóa đá xâm nhập, đặc biệt là
sự rửa lũa đá vôi, đôlomit, thạch cao và anhydrit.
Ngoài các thành phần chủ yếu kể trên, trong nước ngầm còn có mặt một số
thành phần đóng vai trò thứ yếu trong sự tạo thành thành phần hóa học của nước:
Các hợp chất của nitơ: Nitrit (NO
2
-
) phân bố rộng rãi nhưng với hàm lượng
nhỏ, được tạo thành do ôxy hoá các hợp chất amôniac, sự phân huỷ các hợp chất
hữu cơ hoặc do sự khử nitrat. Nitrat (NO
3
-

) có mặt trong nước ngầm chứng tỏ sự
ôxy hoá hoàn toàn các hợp chất hữu cơ chứa nitơ. Các muối nitrat gặp trong nước
ngầm với một lượng nhỏ. Một số nghiên cứu trên thế giới, khi nghiên cứu thành
phần nước ngầm thì đây được xem là ion chính để đánh giá nước ngầm, hàm lượng
của nó ít thay đổi [20], hàm lượng NO
3
-
cho phép trong nước ăn không quá 50 mg/l
[3] trong nước ngầm không quá 15 mg/l [1]. Còn NH
4
+
(amôn) được tạo thành do
các quá trình hoá học và sinh hoá, có sự tham gia của vi khuẩn khử nitrit trong điều
kiện hiếm khí. Sự có mặt của ion này có nguồn gốc hữu cơ chứng tỏ có sự phân hủy
các chất hữu cơ có nitơ, đó là dấu hiệu nhiễm bẩn của nước. [8].
Đối với Silic, do độ hoà tan các khoáng vật silicat và muối silic thấp nên hàm
lượng trong nước tương đối nhỏ, thường tồn tại trong nước ngầm ở dạng oxit silic
và axit silixic [9]. Do vậy, hiện nay cũng chưa có quy chuẩn nào quy định hàm
lượng silic trong nước ngầm.
Sắt trong nước ngầm thường tồn tại ở dạng ôxit Fe
2+
, Fe
3+
, các hợp chất này
không bền khi gặp ôxy sẽ chuyển thành các hydrôxit kết tủa. Sự có mặt các hợp
chất sắt trong nước cao sẽ làm cho nước có mùi tanh khó chịu. Nếu nước ngầm
chứa nhiều sắt thì sẽ không thể sử dụng để sản xuất [8]. Trong nước ăn uống, tổng
hàm lượng sắt cho phép nhỏ hơn 0,3 mg/l [3], còn trong nước ngầm thì hàm lượng
này không quá 5 mg/l [1]

11
Các yếu tố vi lượng và khí hòa tan trong nước không quyết định kiểu hoá học
nhưng ảnh hưởng rất lớn đến tính chất đặc trưng cho thành phần của nước. Do nước
ngầm thường nghèo oxi và giàu CO
2
hơn nước mặt, vì vậy có thể gặp nhiều trường
hợp nước ngầm có môi trường khử (pH, Eh thấp) do đó có hàm lượng đáng kể các
kim loại vi lượng [9]. Các vi nguyên tố gồm: Li, B, F, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu,
Zn, As, Br, Sr…. Dưới đây là bảng giới thiệu hàm lượng cho phép của một số
nguyên tố vi lượng có trong nước ngầm theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước
ăn uống (QCVN 01:2009/BYT) và Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước
ngầm (QCVN 09:2008/BTNMT):
Bảng 1.1. Giới hạn cho phép mt s thnh phần vi lƣợng trong nƣớc ngầm theo
các tiêu chuẩn Việt Nam [1][3]
TT
Thông số
Đơn vị
Quy chuẩn về nước
ăn uống (QCVN
01:2009/BYT)
Quy chuẩn về nước
ngầm (QCVN
09:2008/BTNMT)
1
Asen (As)
mg/l
0,01
0,05
2
Sắt (Fe)

mg/l
0,3
5
3
Mangan (Mn)
mg/l
0,3
0,5
4
Amoni (NH
4
)
mg/l
3
0,1
5
Flo (F)
mg/l
1,5
1
Bên cạnh đó, còn có hàm lượng nhỏ các khí như: CH
4
, H
2
S, các khí hiếm
(Heli, hidro, neon, krypton), các khí này có thể từ sự phân hủy yếm khí chất hữu cơ
trong đất hoặc từ rất sâu (từ manti) đi lên theo các khe nứt kiến tạo, hòa tan vào
nước. Ngoài ra trong nước ngầm còn có các nguyên tố phóng xạ, một ít các vật chất
hữu cơ (các axit humic, bitum, fenon, cacbon hữu cơ, nitơ hữu cơ) và vi sinh vật do
chất hữu cơ có trong nước mặt đã được keo hấp thụ trong quá trình nước ngấm qua

các tầng đất [8].
Thực ra, các giới hạn về mặt định lượng của các thành phần hóa học trong
nước ngầm nêu trên cũng chỉ có giá trị tương đối, vì đôi khi trong thực tế cũng có
thể gặp các vi nguyên tố có hàm lượng lớn nhiều lần so với quy định [9]

12
Các nghiên cứu trên thế giới cũng đã chỉ ra được một số thành phần hóa học
trong nước ngầm kể cả thành phần đa lượng lẫn thành phần vi lượng có vai trò quan
trọng đối với con người. Qua đó cũng đã quy định được mức độ giới hạn của một số
thông số có trong nước ngầm. Dưới đây là bảng tiêu chuẩn giới hạn nước uống của
các nước Châu Âu [20]
Bảng 1.2. Tiêu chuẩn đi với mt s thnh phần nƣớc ung v sự đóng góp của
nƣớc ung cho lƣợng đi vo của các nguyên t dinh dƣỡng
Thành
phần
Sự đóng góp vào
lượng khoáng
cần thiết (%)
Nồng độ tối đa
cho phép
(mg/ L)
Ghi chú
Mg
2+

3–10
50
Mg/SO
4
bệnh tiêu chảy

Na
+

1–4
200

Cl
–

2–15
250
Có vị, an toàn khi < 600 mg/L
SO
4
2
-


250
bệnh tiêu chảy
NO
3
–


50
bệnh da xanh ở trẻ nhỏ
NO
2
–

0,5

PO
4
3-


0,1

F
–

10–50
1,5
thấp hơn khi dùng lượng lớn nước
As
30
0,01
bệnh chân đen, ung thư da
Se

0,01

Al

0,2
axit hóa/Al–tạo kết tủa bông
Mn

0,05

Fe

0,2

Ni

0,02
gây dị ứng
Cu
6–10
2
3 mg/L trong hệ thống ống dẫn mới
Zn
không đáng kể
0,1
5 mg/L trong hệ thống ống dẫn mới
Cd

0,005

Pb

0,01

Cr
20–30
0,05

Hg

0,001


13
Qua đây, chúng ta thấy được sự đóng góp của các thành phần hóa học nước
ngầm trong nước uống với lượng nguyên tố dinh dưỡng hàng ngày vào cơ thể là
không hoàn toàn giống nhau. Chính những yếu tố này đã ảnh hưởng trực tiếp đến
các trạng thái khác nhau của cơ thể con người. Ví dụ đối với Na
+
, lượng đi vào qua
nước uống là không nhiều vì lượng Na
+
đi vào chủ yếu là do muối NaCl từ thức ăn.
Tuy nhiên đối với F
-
và As, lượng vào qua nước uống là chủ yếu và hàm lượng quá
cao của hai nguyên tố này có ảnh hướng xấu tới sức khỏe của hàng triệu người từ
nhiều khu vực trên thế giới. Nhiều F
-
quá dẫn đến sự biến dạng xương gây đau đớn.
Đây là bệnh phổ biến ở những đất nước vùng thung lũng châu Phi như Kenya và
Ethiopia, nơi mà nguồn núi lửa tạo ra F
-
là quan trọng, ở Ấn Độ và Tây Phi muối và
khoáng trầm tích có chứa F
-
là nguồn nguyên thủy. Riêng ở Ấn Độ khoảng 67 triệu

người đang gặp phải những rủi ro từ flo [20].
Hiện nay, các thành phần của nước ngầm đang ngày bị biến đổi theo chiều
hướng xấu với nhiều nguyên nhân khác nhau. Trong đó, tác động con người thông
qua việc khai thác các nguồn nước ngầm phục vụ cho các mục đích khác nhau cũng
là một trong những nguyên nhân góp phần vào nguy cơ làm cho nước ngầm ngày
càng ô nhiễm. Cụ thể chúng ta sẽ bàn luận ở phần tiếp theo.
1.3. Nguy cơ ô nhiễm nƣớc ngầm trên thế giới v tại Việt Nam
1.3.1. Trên thế giới
Nước ngầm là nguồn cung cấp nước sinh hoạt chủ yếu ở nhiều quốc gia và
vùng dân cư trên thế giới. Vì thế, ô nhiễm nước ngầm có ảnh hưởng rất lớn đến chất
lượng môi trường sống của con người. Nhưng hiện nay, hầu hết nguồn nước ngầm
trên thế giới đang có nguy cơ ô nhiễm nghiêm trọng.
Nguy cơ ô nhiễm nước ngầm được thể hiện rõ khi nó có những thay đổi về
mặt hóa tính theo chiều hướng xấu, một số muối có độc tính cao, các chất hữu cơ, vi
khuẩn, các nguyên tố kim loại nặng xuất hiện ngày càng nhiều trong nước ngầm:
Chì (pb), Đồng (Cu), Thủy Ngân (Hg), Asen (As), Crom (Cr), Mangan (Mn)
những chất này có nguồn gốc từ chất thải, nước thải công nghiệp, sinh hoạt và việc
dùng phân hóa học, thuốc trừ sâu quá nhiều trong nông nghiệp. Bên cạnh đó là việc

14
khai thác nước ngầm quá mức cũng làm tăng quá trình xâm nhập các chất ô nhiễm
đi vào nước ngầm, làm suy giảm chất lượng nước ngầm ngày càng nghiêm trọng.
Theo nghiên cứu của Smedley và D.G.Kinniburgh trong những năm gần đây,
ô nhiễm kim loại nặng được phát hiện ngày càng nhiều trong nước ngầm ở nhiều
nơi trên thế giới như Achentina, Mêhicô, Chilê, Hungary, Rumani, Mỹ, Đài Loan,
Trung Quốc, Ấn Độ, Băng-la-đét, Nê-pan, Myanma, Việt Nam với nồng độ từ vài
trăm đến hơn 1000 µg/L.Trong đó các tầng chứa nước vùng châu thổ Băng-la-đét và
Tây Bengal có mức độ nghiêm trọng nhất trên toàn cầu và tăng theo thời gian. Nước
ngầm những vùng này có nồng độ As dao động trong một khoảng rộng từ < 0,5 đến
3200 µg/L. Trong đó 27% giếng có độ sâu <150 m thuộc tầng Holocen ở Băng-la-

đét có chứa nồng độ As hơn 50 µg/L. Vùng bị ảnh hưởng xấu nhất là Đông Nam
Băng-la-đét (hình 1.2) nơi một vài huyện có hơn 90% giếng bị nhiễm. Các hệ thống
sông này bắt nguồn từ dãy núi Himalaya và từ một số dãy núi khác vùng phía bắc
và tây Tây Bengal.














Hình 1.1. Bản đồ phân bố của As trong nước ngầm ở các giếng có độ sâu < 150m
vùng Băng-la-đét [32]

15
Không những thế, trong nghiên cứu của ông, ngoài As các nguyên tố khác
cũng được phát hiện với hàm lượng cao: Fe (> 0,2 mg/L), Mn (> 0,5 mg/L),
HCO
3
-
(> 500 mg/L) và P (>0,5 mg/L). [32].
Một nghiên cứu khác ở Argentina cũng cho thấy có hàm lượng cao của các
nguyên tố có hại như As, F, NO

3
–N, B, Mo, Se, U trong nước ngầm. Ở đây, hàm
lượng As hòa tan lên đến mức hàng nghìn (< 4-5300 µg/L) và nồng độ F nằm
trong khoảng từ 0,03-29 mg/L, B là 0,5-14 mg/L, V là 0,02-5,4 mg/L, NO
3
–N là <
0,2-140 mg/L, Mo là 2,7-990 µg/L và U là 6,2-250 µg/L. Trong nghiên cứu nước
ngầm, 95% vượt quá 10 µg As/L (giá trị hướng dẫn của WHO) và 73% vượt quá
50 µg As/L (tiêu chuẩn của Argentina). Ngoài ra, 83% vượt quá giá trị hướng dẫn
của WHO về F (1,5 mg/L), 99% đối với B (0,5 mg/L), 47% đối với NO
3
–N (11,3
mg/L), 39% đối với Mo (70 µg/L), 32% đối với Se (10 µg/L) và 100% đối với U
(2 µg/L). Tổng các chất rắn hòa tan là từ 730 đến 11400 mg/L, phần lớn các giá trị
cao xuất phát từ sự bay hơi nước dưới các điều kiện khô hạn của vùng. Nước
ngầm ở đây có điều kiện oxy hóa phổ biến với nồng độ oxy hòa tan cao. Giá trị pH
là từ trung tính đến kiềm (7,0 –8,7). Các nhân tố này, cùng với các trầm tích hoàng
thổ, trẻ và dòng nước ngầm chậm có khả năng làm cho sự tích lũy các nguyên tố
kim loại trong tầng ngậm nước với nồng độ cao mà không bị rửa trôi. Đây là nguy
cơ rất lớn ảnh hưởng đến việc tích lũy các kim loại trong nước ngầm sau này [32].
Ở khu vực Nam và Đông Nam Á, theo nghiên cứu mới của Scoff Fendorf và
cộng sự (2008) được tiến hành ở một vùng đồng bằng châu thổ sông Mê-Kông gần
thủ đô Phnom Pênh, Căm-pu-chia với mục đích tìm hiểu các quá trình thủy văn và
sinh địa hóa ảnh hưởng đến nồng độ hòa tan cũng như quá trình linh động của các
kim loại trong tầng Holocen cũng đã cho thấy nồng độ As hòa tan thay đổi theo
không gian, khoảng trên 1300 µg/L trong nước ngầm đến 600 µg/L ở nước lỗ rỗng
chiết từ lớp sét sát bề mặt. Nước ngầm có nồng độ As cao có môi trường khử với
nồng độ O
2
không đáng kể và nồng độ Fe (II), NH

4
+
, C hữu cơ hòa tan cao. Ở môi
trường gần bề mặt nhưng nằm dưới các vùng ngập nước lâu dài, các chỉ thị này
càng dễ nhận thấy. Còn Fredericks (2004) đã kết hợp các số liệu về nồng độ As
trong nước ngầm và biểu đồ địa chất các lớp trầm tích bở rời đã tạo ra biểu đồ nguy

16
cơ ô nhiễm As ở Căm-pu-chia. Kết quả thu được cho thấy: nước ngầm ở khu vực có
nồng độ As nằm trong khoảng từ 1-1610 µg/L (trung bình 217 µg/L, n = 207).
Thêm vào đó, nồng độ As cao tương ứng với điều kiện khử trong tầng chứa nước, ở
đó nồng độ trung bình của NH
4
+
(6,0 mg/L), DOC (3,9 mg/L), Fe (2,8 mg/L), Mn
(0,62 mg/L) đều cao. Tác giả cũng tìm thấy mối tương quan thuận giữa As và NH
4
+
,
DOC được xem như là một bằng chứng cho thấy có sự khử hòa tan các khoáng oxit
[22]. Ở Trung Quốc, tác giả Huaming Guo (2008) cũng đã phát hiện thấy nồng độ
các kim loại nặng ở tầng chứa nước nông lưu vực Hetao (vùng Nội Mông). Trong
đó, As nằm trong khoảng 0,6 – 572 µg/L, ion Fe đạt tới 5,9 mg/L (với 64% số mẫu
vượt tiêu chuẩn cho phép – 0,3 mg/L của Tổ chức Y tế Thế giới), Mn (đạt tới 1,27
mg/L), HCO
3
-
(cao nhất đạt 1600 mg/L), P (đạt tới 3,54 mg/L) và S
2-
(cao nhất đạt

0,12 mg/L), đồng thời nồng độ của NO
3
-
và SO
4
2-
thấp. Nồng độ SO
4
2-
thấp đi kèm
với nồng độ S
2-
cao chứng tỏ rằng sự khử SO
4
2-
đã xảy ra [25]. Như vậy có thể
khẳng định mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong nước ngầm ở khu vực này đang ở
mức cao.
Nước ngầm còn có nguy cơ ô nhiễm hữu cơ. Hiện nay trên thế giới, nguy cơ ô
nhiễm các hợp chất hữu cơ nói chung được tìm thấy ở các nước có nền công nghiệp
phát triển và các nước thâm canh nông nghiệp lâu đời. Khi mà mỗi năm có khoảng
60.105 tấn các chất hữu cơ tổng hợp bao gồm các chất nhiên liệu, chất màu, thuốc
trừ sâu, thuốc kích thích tăng trưởng, các phụ gia trong dược phẩm thực phẩm được
thải ra. Các chất này không được xử lý kịp thời sẽ phát tán ra môi trường hoặc bị
chôn lấp, ngấm theo dòng nước mưa, theo thời gian chúng sẽ được tích lũy và phân
hủy, hòa lẫn vào các dòng nước ngầm [16]. Hàm lượng DOC, amoni trong nước
ngầm được tìm thấy nhiều nhất ở các vùng thuộc châu Âu, bắc Mỹ và một số nước
vùng châu Á như Trung Quốc, Sri Lanka … Đặc biệt hàm lượng DOC thường
xuyên được đề cập đến ở các nghiên cứu của các nhà khoa học hiện nay trên thế
giới về ô nhiễm hữu cơ trong nước tự nhiên.

Phần lớn các nước hiện nay việc sử dụng các hợp chất như Urê, Amoniac và
Nitrat (UAN) đang phổ biến rộng rãi trong phân bón cho nông nghiệp. Kết quả là
nước ngầm nhiễm NH
4
+
, UAN ngày càng nặng nề hơn. Nguồn nước bị ô nhiễm như

17
vậy có thể được tìm thấy trong các khu thương mại sản xuất phân bón, trong các
khu vực lưu trữ và trong các vùng chứa nước xung quanh các khu vực nông nghiệp
của Hoa Kỳ, bao gồm bang Lowa, Illinois, Nebraska, Minnesota, Indiana, Texas và
California, là kết quả của các dòng chảy ngầm. Ở các vùng nông nghiệp nước Mỹ,
nước ngầm có chứa amoni, UAN có thể được bơm từ mặt đất và sử dụng để tưới
cây trồng, các hợp chất chứa nitơ đang được phục vụ như là một nguồn phân bón
cho các loại cây trồng. Nghiên cứu trên một số vùng trồng hoa màu ở Lowa có
lượng nước ngầm lên tới 105 mg/l NH
4
+
, 89 mg/l Urê, ở Minnesota có tới 102 mg/l
NH
4
+
, 85 mg/l Urê, còn ở Texas có 69 mg/l NH
4
+
và 120 mg/l Urê. Mặc dù ngành
thủy lợi đã cảnh báo nguồn nước ngầm bị ô nhiễm UAN rất cao, nhưng cũng chưa
nêu ra được các giải pháp khả thi để thay thế vấn đề này. Sự hiện diện của các hợp
chất nitơ trong nước mặt có thể gây hại vì các hợp chất nitơ phục vụ như là một
nguồn dinh dưỡng cho thực vật phù du không mong muốn, các loại vi khuẩn gây

hại và có thể dẫn đến ô nhiễm của nước, trong đó có hiện tượng phú dưỡng. Ví dụ,
amoniac ở nồng độ thấp cực kỳ độc hại cho cá. NH
4
+
trong nước ngầm cũng có thể
được chuyển hóa thành NO
3
-
, đây là dạng độc hại đối với trẻ sơ sinh. Do đó, cần có
một số giải pháp để xử lý nước mặt nhằm giảm nồng độ của các hợp chất nitơ [30].
Qua các kết quả nghiên cứu của D.C Gooddy và K Hinsby thực hiện trên hơn
400 mẫu nước ngầm nồng độ tổng cacbon hữu cơ TOC bằng các mẫu không lọc, từ
8 quốc gia Liên minh Châu Âu (EU) là Bỉ, Đan Mạch, Anh, Estonia, Pháp, Ba Lan,
Bồ Đào Nha và Tây Ban Nha; trên khoảng 250 mẫu nước ngầm DOC đo bằng các
mẫu lọc, của 4 nước trong 8 nước này (Đan Mạch, Anh, Pháp, Ba Lan), cho thấy
TOC có nồng độ khoảng từ 0,1 - 59,4 mgC/l, trung bình là 2,7 mgC/L và DOC nằm
trong khoảng 0,2 – 58,9 mgC/L, trung bình là 2,2 mgC/L, chứng tỏ giá trị cacbon
hữu cơ trong tự nhiên rất cao, đôi khi có thể được tìm thấy tại nơi có tầng nước
ngầm còn nguyên thủy [23].
Các nước ở châu Á, lượng amoni và các hợp chất chứa nitơ khác cũng như
DOC cũng được tìm thấy rất nhiều trong các dòng nước thải được thải ra từ các khu
công nghiệp như nhà máy phân bón, nhà máy nhuộm, nhà máy thức ăn chăn nuôi,
các nhà máy điện, và các ngồn nước thải sinh hoạt của các khu chung cư lớn. Vì

18
nồng độ cao của các hợp chất nitơ, cacbon hữu cơ thấm vào từ chất thải theo thời
gian sẽ ảnh hưởng xấu đến chất lượng nước ngầm. Theo dữ liệu của Viện Khoa học
địa chất Trung Quốc đã xác định khoảng 44% nước ngầm ở đồng bằng miền Bắc
Trung Quốc, gồm: Hà Bắc, Hà Nam, Sơn Đông, Bắc Kinh và Thiên Tân bị ô nhiễm
amoni với những mức độ khác nhau kèm theo đó hàm lượng DOC cũng được tìm

thấy với giá trị cao tương ứng. Nhất là ở Sơn Đông với lượng amoni lên tới 116
mg/l, DOC là 4,2 mgC/l; ở Hà Bắc NH
4
+
là 108 mg/l, DOC cũng lên đến 3,6 mgC/l;
còn ở Thiên Tân NH
4
+
là 94 mg/l, và DOC là 3,2 mgC/l. Ngoài ra, nước mặt ở 57%
địa điểm được theo dõi khắp Trung Quốc bị nhiễm độc hoặc cực kỳ ô nhiễm các
hợp chất chứa nitơ khác, kèm theo đó là nồng độ cacbon hữu cơ tự nhiên cũng ở
mức độ cao. Còn ở Sri Lanka, hiện có 14 trong số 25 quận huyện đang ở mức báo
động về lượng amoni có trong nước ngầm được nghiên cứu tại đây, trong đó vùng
miền trung của Sri Lanka, một trong những vùng trồng chè hàng đầu thế giới có
nguy cơ ô nhiễm amoni nặng nề nhất với nồng độ trung bình là 121 mg/l, tiếp đó là
thị trấn Chilaw ven biển phía Tây với hàm lượng amoni 97 mg/l và có nguy cơ tăng
theo hàng năm. Đây là một trong những vấn đề nghiêm trọng nhất ở Sri Lanka trong
việc xử lý nước ngầm trước khi sinh hoạt và tưới tiêu cho nông nghiệp, bảo vệ môi
trường [31]
Ngoài các nguy cơ trên nước ngầm còn có thể bị nhiễm bẩn và nhiễm mặn.
Đây là khả năng ô nhiễm rất lớn và thường xuyên. Việc nước ngầm nhiễm bẩn là do
các chất thải và nước thải từ các bệnh viện, khu dân cư, chăn nuôi, phân động vật,
vi sinh vật gây bệnh sẽ theo nước ngấm xuống làm bẩn nguồn nước ngầm. Quá
trình nhiễm mặn nước ngầm thường ở vùng ven biển, độ dốc đường mặt nước
thường có hướng dốc ra biển nhưng thường rất nhỏ và ở sát bờ biển thì hướng của
đường mặt nước thay đổi do sự lên xuống của thủy triều. Trong điều kiện tự nhiên,
nước biển có mật độ lớn hơn nên thường nằm dưới lớp nước ngọt có mật độ nhỏ
hơn. Khi khai thác nước ngầm cho các mục đích kinh tế và sinh hoạt thì mặt tiếp
xúc nó sẽ bị biến dạng. Trong thực tế, nước ngọt và nước biển trộn lẫn vào nhau
hình thành một vùng tiếp giáp chứ không phải riêng nước mặn. Do việc bơm nước

từ các bể chứa nước ngầm vùng ven biển lớn hơn lượng cung cấp trở lại cho các bể

19
nước ngầm làm mặt nước ngầm bị hạ thấp. Sự hạ thấp đó phát triển dần từ giếng
bơm ra biển và đến một lúc nào đó xuất hiện độ dốc ngược và kết quả là mặt ngăn
cách cũng tịnh tiến dần sâu trong các tầng đất. Nên nước mặn sẽ chỉ dừng lại khi
một cân bằng mới được thiết lập. Từ đó nước ngầm chịu quá trình xâm nhập mặn và
ô nhiễm [6].
1.3.2. Ở Việt Nam
Tổ chức Nhi đồng quốc tế (UNICEF) ước tính khoảng 20,48% dân số Việt
Nam (16,5 triệu người) đang dùng nước giếng khoan. Nhưng với sự tăng trưởng
ngày càng nhanh về dân số, kinh tế phát triển, kèm theo đó vấn đề khai thác, sử
dụng không hợp lý và ý thức bảo vệ môi trường của người dân chưa cao đã làm cho
nước ngầm ngày càng suy giảm cả về chất lượng lẫn số lượng [17].
Trong vòng 20 năm trở lại đây, nền kinh tế của nước ta đang phát triển với tốc
độ cao, kèm theo đó là quá trình đô thị hóa, bùng nổ dân số tác động đến nhiều mặt
của môi trường, trong đó tác động rất lớn đến nước ngầm. Thực tế cho thấy, ở miền
Nam Việt Nam có một số khu vực đồng bằng sông Mê-Kông nước ngầm bị nhiễm
mặn nặng nề, cho nên nước ngầm ở các tầng chứa nước nông không thể dùng làm
nước uống. Do đó các chỉ tiêu ô nhiễm khác ở trong nước ngầm vùng này cũng ít
được chú ý hơn. Tháng 7/2004, Tác giả Michael Berg đã tiến hành thực hiện cuộc
khảo sát nước ngầm ở 2 tỉnh An Giang và Đồng Tháp, là hai tỉnh có con sông
Bassac và sông Mê-Kông (còn có tên khác là Tiền Giang và Hậu Giang) chảy qua
và tầng chứa nước Holocen (tầng nước nông) nhìn chung không bị ảnh hưởng bởi
sự xâm nhập mặn. Kết quả phân tích 112 mẫu nước, tác giả cho thấy nồng độ các
chất ô nhiễm trong nước ngầm khu vực này rất lớn: Fe từ 0,05-56 mg/L (trung bình
2,6 mg/L), As từ 1-845 µg/L (trung bình 39 µg/L), NH
4
+
: 0,1-35 mg/L (trung bình

5,0 mg/L), DOC: 1,5-58 mg/L (trung bình: 5,3 mg/L), HCO
3
-
: 19-785 mg/L (trung
bình: 230 mg/L) cho thấy rằng tầng chứa nước ở đây mang tính khử. Nồng độ các
kim loại nặng cao thường được tìm thấy ở những mẫu có giá trị pH > 7 [22].
Ở đồng bằng Bắc Bộ, lượng nước ngầm đang có nguy cơ suy giảm nhanh về
số lượng cũng như chất lượng bởi sự khai thác rất tràn lan. Ngoài các công trình
khai thác nước ngầm tập trung ở quy mô lớn ở các thành phố lớn như Hà Nội, Hải

20
Phòng, Nam Định, Hà Đông, Sơn Tây còn có hàng trăm lỗ khoan công nghiệp,
mỗi lỗ khoan từ 100 đến 200 m
3
/ngày, có hơn 25.000 lỗ khoan đường kính nhỏ kiểu
UNICEF do chương trình nước sạch nông thôn các tỉnh và nhân dân thực hiện. Việc
làm này đã gây nên sự hạ thấp mực nước ngầm và nhiễm bẩn nguồn nước một cách
nhanh chóng [6]. Theo thống kê, từ thời điểm sau năm 1945 tổng lượng khai thác
nước ngầm cho khu vực đồng bằng sông Hồng là 40.000 m
3
/ngày. Từ đó đến nay, do
nhu cầu nước sạch ngày một tăng, lần lượt các nhà máy nước mới ra đời như: Lương
Yên, Tương Mai (1961), Hạ Đình (1965), Mai Dịch (1985), Pháp Vân (1985). Những
năm 90, các bãi giếng được mở rộng như Mai Dịch (1992), Ngọc Hà và Lương Yên
(1993), Yên Phụ (1997), Gia Lâm (1998), Cáo Đỉnh (2001). Lưu lượng khai thác
nước ngầm bình quân tăng mạnh theo thời gian: năm 1945 là 40.000m
3
/ngày thì 2004
là 400.000m
3

/ngày và năm 2010 khoảng 1.100.000m
3
/ngày [7]
Không những thế, từ những năm 80, UNICEF đã có chính sách hỗ trợ cung cấp
nước sạch cho người dân tại Việt Nam thông qua việc sử dụng các giếng khoan
bơm tay, sau đó do mở rộng lưới điện quốc gia trên hầu hết khắp các vùng trên cả
nước khoảng hơn 10 năm trở lại đây đã tạo điều kiện cho các hộ dân tự khoan giếng
và lắp bơm điện để khai thác nước ngầm cho sinh hoạt ngày càng gia tăng mạnh
mẽ [14]. Việc khai thác và sử dụng nước đơn lẻ bởi các hộ dân tồn tại phổ biến
khắp khu vực, chỉ tính riêng Hà Nội năm 2004 lưu lượng khai thác bình quân
khoảng 150.000 m
3
/ngày [7].
Bên cạnh đó, việc thăm dò địa chất, khảo sát phục vụ xây dựng, giao thông,
thủy lợi cũng là những nguy cơ gây ô nhiễm nguồn nước ngầm ở đây. Các công
trình này ít được kiểm tra, quản lý nghiêm ngặt. Mặt khác, các hoạt động của hàng
trăm xí nghiệp, nhà máy, bệnh viện, các điểm dân cư, canh tác nông nghiệp cũng là
nhưng nguy cơ rất lớn cho việc gây ô nhiễm nước ngầm.
Từ nghiên cứu ở đồng bằng sông Hồng do Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ
Môi trường và Phát triển Bền vững (CETASD), Trường Đại học Khoa học Tự
nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội kết hợp với các chuyên gia thuộc Viện Khoa học
và Công nghệ Nước (Eawag), Liên bang Thuỵ Sĩ đã tiến hành (từ năm 2005 đến
2007) khảo sát ngẫu nhiên trên toàn khu vực đồng bằng sông Hồng, với tổng số 461

21
mẫu nước giếng khoan với mật độ khoảng 6 km
2
/mẫu, trong phạm vi 15 tỉnh, đó là
Phú Thọ, Vĩnh Phúc, Hoà Bình, Hà Tây, Hà Nội, Bắc Ninh, Bắc Giang, Quảng
Ninh, Hải Dương, Hải Phòng, Hưng Yên, Hà Nam, Nam Định, Thái Bình, Ninh

Bình. Kết quả phân tích cho thấy hàm lượng As có sự thay đổi trong một khoảng rất
rộng, từ mức nhỏ hơn < 0,1 µg/l cho tới hơn 810 µg/l. Trong đó, 73% số mẫu có
hàm lượng nhỏ hơn 10µg/l, đạt tiêu chuẩn nước uống về asen của Bộ Y tế Việt
Nam, 16% số mẫu có lượng asen nằm trong khoảng 10-50 µg/l, 8% số mẫu có
lượng asen nằm trong khoảng 50-200 µg/l, và 3% số mẫu có lượng asen rất cao,
lớn hơn 200 µg/l [24].












Hình 1.2. Ô nhiễm asen trong nước giếng khoan tại đồng bằng sông Hồng [24].
Tuy nhiên sự ô nhiễm đó lại tập trung chủ yếu tại vùng bờ phải sông Hồng,
xuyên qua một số tỉnh đông dân như: Hà Tây, Hà Nam, Hà Nội, Nam Định, Hưng
Yên và Thái Bình (hình 1.4). Nhiều giếng khoan ở vùng này có hàm lượng asen cao
khoảng 200-300 µg/l (gấp 20-30 lần tiêu chuẩn nước uống). Phía lưu vực sông
Đuống cũng xuất hiện giải ô nhiễm với mức độ nhẹ hơn. Đó là địa phận tỉnh Bắc
Ninh và Hải Dương. Các khu vực ven vùng núi trung du, ven biển có chiều hướng ít
bị nhiễm asen trong nước giếng khoan. Phần trăm số mẫu có hàm lượng asen vượt
tiêu chuẩn của nước ngầm là 45% tại Hà Nam, 28% tại Hà Tây, 17% tại Hưng Yên,