Nghiên cứu đặc tính hóa lý của nước ngầm tại hai mặt cắt thuộc huyện Phúc Thọ, phía nam sông Hồng - Hà Nội, góp phần giải thích nguyên nhân hình thành ô nhiễm Asen

Header Page 1 of 16.

-----------------------

Trần Thị Mai

NGHIÊN CỨU Á

Ặ

ỂM HÓA LÝ CỦ

ỚC NGẦM

T I HAI MẶT CẮT THUỘC HUYỆN PHÚC TH ,
PHÍA NAM SÔNG HỒNG - HÀ NỘI
GÓP PHẦN GIẢI THÍCH NGUYÊN NHÂN HÌNH THÀNH
Ô NHIỄM ASEN

U

- 2015

Footer Page 1 of 16.


Header Page 2 of 16.

U

Ộ

-----------------------

Trần Thị Mai

NGHIÊN CỨU Á

Ặ

ỂM HÓA LÝ CỦ

ỚC NGẦM

T I HAI MẶT CẮT THUỘC HUYỆN PHÚC TH ,
PHÍA NAM SÔNG HỒNG - HÀ NỘI
GÓP PHẦN GIẢI THÍCH NGUYÊN NHÂN HÌNH THÀNH
Ô NHIỄM ASEN

: Khoa học Mô trường
M

: 60440301

U

Ớ
TS. Phạm Thị Kim Trang

– 2015

Footer Page 2 of 16.

:


Header Page 3 of 16.

L I CẢM Ơ
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn tới Tiến sĩ Phạm Thị Kim
Trang đã giao đề tài, tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong
suốt quá trình làm luận văn.
Em xin trân trọng cảm ơn Giáo sư, Tiến sĩ Dieke Postma, Viện Khảo sát Địa
chất Đan Mạch và Greenland (GEUS), người đã trực tiếp giảng dạy các khóa học
hữu ích và truyền đạt những kiến thức chuyên ngành quý báu sử dụng trong luận
văn này.
Em xin cảm ơn thầy Phạm Hùng Việt và các anh chị, các bạn trong nhóm
Nghiên cứu Kim loại nặng và nhóm Hóa Môi trường đã nhiệt tình giúp đỡ em trong
suốt quá trình làm việc, nghiên cứu tại Trung tâm Công nghệ Môi trường và Phát
triển Bền vững (CETASD).
Em xin chân thành cảm ơn tới các thầy cô trong khoa Môi trường – Trường
Đại học Khoa học Tự Nhiên – Đại học Quốc Gia Hà Nội đã giảng dạy và truyền
đạt những kiến thức bổ ích cần thiết để sử dụng trong luận văn cũng như trong các
nghiên cứu và công việc sau này.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới những người thân trong gia đình, luôn luôn chia
sẻ, thấu hiểu và là điểm tựa vữngchắc về tinh thần trong toàn bộ thời gian thực hiện
luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ quý báu về kinh phí của dự án PREAs và
Trung tâm CETASD, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia
Hà Nội.
ác

rầ

Footer Page 3 of 16.

ả l ậ vă

ị Ma


Header Page 4 of 16.

MỤ

Ụ

MỞ ẦU .................................................................................................................... 1
ươ

1- TỔNG QUAN .........................................................................................3

1.1. Tổng quan về Asen .............................................................................................3
1.1.1. Dạng tồn tại của As trong nước ngầm ..............................................................3
1.1.2. Độc tính của Asen .............................................................................................4
1.2. Tình hình ô nhiễm As ở Việt Nam và Thế giới ................................................7
1.2.1. Ô nhiễm As trong nước ngầm trên Thế giới......................................................7
1.2.2. Hiện trạng ô nhiễm As ở Việt Nam .................................................................10
1.3.

ặc đ ểm hóa lý của ước ngầm l

q a đến sự ô nhiễm As .......................13

1.3.1. Đặc điểm hóa lý của nước ngầm.....................................................................13
1.3.2. Các giả thiết về sự hình thành As trong nước ngầm .......................................21
1.4. ặc đ ểm dân s , địa chất v
ươ

2–

Ợ

P

ước ngầm khu vực nghiên cứu .................... 28
Ơ

P ÁP

ỨU .................... 31

2.1.

ịa đ ểm nghiên cứu .......................................................................................31

2.2.

tượng nghiên cứu.......................................................................................32

2.3. P ươ

p áp

cứu.................................................................................33

2.3.1. Phương pháp tổng quan tài liệu......................................................................33
2.3.2. Phương pháp lấy mẫu nước ngầm ..................................................................33
2.3.3. Phương pháp lập bản đồ ................................................................................. 35
2.4. P ươ

p áp p â tíc

óa ọc .....................................................................35

2.4.1. Các chỉ số phân tích tại hiện trường ...............................................................35
2.4.2. Các thông số phân tích trong phòng thí nghiệm .............................................36
2.5. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất nghiên cứu ......................................................38
2.5.1. Thiết bị và dụng cụ ..........................................................................................38
2.5.2. Hóa chất ..........................................................................................................38
ươ

3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LU N ........................................................... 40

3.1. ặc đ ểm óa lý ước ngầm giếng nhà dân thu c khu vực nghiên cứu......40
3.1.1. Các thành phần đa lượng ................................................................................42

Footer Page 4 of 16.


Header Page 5 of 16.

3.1.2. Các thành phần vi lượng .................................................................................46
3.2. M

tươ

q a

ữa m t s thành phần hóa học tro

ước ngầm với As

tại hai mặt cắt ..........................................................................................................51
3.2.1. Mối tương quan giữa một số thành phần mang tính oxi hóa và As trong
nước ngầm tại hai mặt cắt.........................................................................................58
3.2.2. Mối tương quan giữa một số thành phần mang tính khử và As trong nước
ngầm tại hai mặt cắt ..................................................................................................61
KẾT LU N .............................................................................................................. 67
KIẾN NGHỊ ............................................................................................................. 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 69

Footer Page 5 of 16.


Header Page 6 of 16.

MỤ

Ì

Ả

Hình 1.1. Giản đồ phân bố các dạng tồn tại của asen theo Eh-pH.............................. 3
Hình 1.2. Sự phân bố của các vùng bị ô nhiễm As trong khu vực am và ông am
Á .................................................................................................................................. 8
Hình 1.3. Sự phân bố nồng độ

s và độ sâu tương ứng trong các giếng khoan ở

đồng bằng sông Hồng, các mẫu được thu thập từ năm 2005 – 2007 ....................... 12
Hình 1.4. Quá trình oxi hóa các chất hữu cơ hình thành môi trường khử ................ 23
Hình 1.5. Sự cạnh tranh hấp phụ của các anion trên bề mặt khoáng ........................ 25
Hình 2.1. Vị trí các giếng nhà dân và hai mặt cắt A và B thuộc huyện Phúc Thọ ... 32
ình 2.2. o các thông số hiện trường sử dụng bộ dẫn dòng chảy kín ................... 34
Hình 2.3. Sục khí itơ các dụng cụ trước khi lấy mẫu ............................................. 34
Hình 3.1. Sự phân bố của E trong nước ngầm khu vực nghiên cứu....................... 42
Hình 3.2. Bản đồ sự phân bố hàm lượng của các cation chính trong nước ngầm .... 43
Hình 3.3. Sự phân bố nồng độ của anion chính trong nước...................................... 45
Hình 3.4. Sự phân bố của một số thành phân vi lượng trong nước ngầm ................ 47
Hình 3.5. Sự phân bố của NH4+ trong nước ngầm khu vực nghiên cứu ................. 49
Hình 3.6. Lát cắt địa chất của hai mặt cắt A và B ..................................................... 52
Hình 3.7. Giản đồ Piper cho nước ngầm thuộc hai mặt cắt A và B ......................... 54
Hình 3.8. Sự phân bố của s(

) trong nước ngầm tại hai mặt cắt .......................... 56

Hình 3.9. Sự phân bố NO3-, SO42 -, DO và PO43- trong nước ngầm ở hai mặt cắt .... 58
Hình 3.10. Mối tương quan của As(III) và SO42- ..................................................... 59
Hình 3.11. Mối tương quan của As(III) và PO43- ...................................................... 60
Hình 3.12. Sự phân bố Mn2+, NH4+, Fe2+ và CH4 trong nước ngầm tại hai mặt cắt 61

Hình 3.13. Mối tương quan của As(III) và Mn2+ ..................................................... 62
Hình 3.14. Mối tương quan giữa As(III) và NH4+ ................................................... 63
Hình 3.15. Sự phân bố của s(

) và Fe( ) trong nước ngầm ở hai mặt cắt ......... 65

Hình 3.16. Biểu đồ khả năng bão hòa khoáng Siderit và Vivianit trong nước ngầm66

Footer Page 6 of 16.


Header Page 7 of 16.

MỤ BẢ

B ỂU

Bảng 1.1. Sự phổ biến của một số bệnh khi phơi nhiễm As và không bị phơi nhiễm 7
Bảng 1.2. Ô nhiễm asen trong nước ngầm ở một số nước trên thế giới .................... 9
Bảng 1.3. Kết quả phân tích As do UNICEF hỗ trợ (2001–2004) ............................ 13
Bảng 1.4. ác quá trình địa hóa tự nhiên giải phóng s vào nước ngầm................. 22
Bảng 3.1. Một số thành phần hóa học nước ngầm tại các giếng nhà dân ................. 40
Bảng 3.2. Giá trị trung bình của một số thành phần hóa học trong nước ngầm tại hai
mặt cắt ....................................................................................................................... 53

Footer Page 7 of 16.


Header Page 8 of 16.

MỤ

Ữ

Ế

Ắ

AAS

: Atom Absorption Spectrophotometer- Máy quang phổ hấp
thụ nguyên tử

BTNMT

: Bộ Tài nguyên Môi Trường

DO

: Dissolved oxygen – Nồng độ oxi hòa tan

HVG

: Hydride Vapor Generator - Bộ tạo khí hydrua

ICP

: Inductively Coupled Plasma - Plasma cảm ứng cao tần

PHREEQ

: Phần mềm mô hình hóa chuyên dụng cho các quá trình thủy
địa hóa diễn ra trong trầm tích và nước ngầm

QCVN

: Quy chuẩn Việt Nam

UNICEF
WHO

Footer Page 8 of 16.

: United Nations Children's Fund - Quỹ hi đồng Liên Hiệp
Quốc
: World Health Organization – Tổ chức Y tế Thế giới


Header Page 9 of 16.

MỞ ẦU
Ngày nay, khi nguồn nước mặt ngày càng ô nhiễm, nước ngầm được coi là
nguồn nước đóng vai trò quan trọng cho sự phát triển con người cũng như sự phát
triển kinh tế xã hội của mỗi quốc gia. Việc khai thác và sử dụng nước ngầm cho các
mục đích sinh hoạt, sản xuất, trồng trọt, chăn nuôi… làm cho tình trạng ô nhiễm
nước ngầm ngày càng trầm trọng hơn.
Ở Việt Nam, trong vài chục năm trở lại đây, nước ngầm được sử dụng rất phổ
biến (chiếm tới 35-50% lượng nước cấp) cho nhu cầu ăn uống, sinh hoạt của người
dân, đặc biệt tại các vùng đồng bằng, đô thị đông dân cư. Vì nước ngầm thường được
coi là sạch hơn nước mặt do không tiếp xúc trực tiếp với các nguồn thải con người

tạo ra. Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu đã cho thấy nước ngầm tại một số vùng có hàm
lượng asen, sắt, amoni, mangan,… cao hơn tiêu chuẩn cho phép rất nhiều lần. Khi
nước ngầm này được sử dụng cho mục đích ăn uống thì mức độ vượt tiêu chuẩn lại
càng nghiêm trọng.
Các quá trình tự nhiên như mưa, các dòng chảy nước mặt và các quá trình vận
động của địa chất thủy văn cũng như những hoạt động kinh tế của con người làm cho
đặc tính hóa lý của nước ngầm biến đổi rất phức tạp.

ể góp phần đánh giá chất

lượng nước ngầm cung cấp cho sinh hoạt và sản xuất, rất nhiều tác giả đã tiến hành
nghiên cứu các đặc tính hóa lý nước ngầm ở các khu vực có đặc điểm địa chất thủy
văn khác nhau.

ịa điểm nghiên cứu mà đề tài lựa chọn là khu vực phía Nam sông

Hồng nằm trong vùng đồng bằng bồi tích sông Hồng được hình thành bởi các trầm
tích

ệ Tứ cách đây khoảng 20 nghìn năm do sự kết hợp ảnh hưởng của nhiều hoạt

động địa chất trong quá khứ, có cấu trúc địa chất phức tạp được biến đổi từ một khu
vực tích tụ trầm tích dưới mực nước biển thành khu vực chịu sự phong hóa, sói mòn
nằm trên mực nước biển. Với đối tượng nghiên cứu là các thành phần hóa lý của
nước ngầm như các nguyên tố đa lượng, vi lượng, các chất hữu cơ, p , nhiệt độ, độ
dẫn, hàm lượng ôxi hòa tan và mối quan hệ giữa các thành phần này trong môi

1

Footer Page 9 of 16.

Header Page 10 of 16.

trường nước ngầm của khu vực nghiên cứu. Từ đó, tìm hiểu nguyên nhân hình thành
ô nhiễm s trong nước ngầm tại khu vực này.
Xuất phát từ lý do trên, luận văn được thực hiện với đề tài: “Nghiên cứ đặc
tính hóa lý của ước ngầm tại hai mặt cắt thu c huyện Phúc Thọ, phía nam
sông Hồng - Hà N i, góp phần giải thích nguyên nhân hình thành ô nhiễm
Asen”. Với các nội dung cụ thể như sau:
1. Khảo sát hàm lượng các thành phần đa lượng và vi lượng trong nước ngầm
từ đó nhận xét xu hướng biến đổi các thành phần này.
2. Phân tích đánh giá mối tương quan giữa các thành phần hóa học với
trong nước ngầm.
3. Dự đoán nguyên nhân hình thành ô nhiễm sen tại khu vực nghiên cứu.

2

Footer Page 10 of 16.

s


Header Page 11 of 16.

ươ
1.1. ổ

q a về

1- TỔNG QUAN

e

Trước đây, asen được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp khai mỏ, luyện
kim, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, thậm chí trong một số chất tăng trọng cho gia súc.
Tuy nhiên, trong khoảng 20 năm trở lại đây, các nhà khoa học đã chứng minh được
tác hại của asen và sau đó con người mới có cái nhìn đúng đắn về ảnh hưởng của nó
tới sức khỏe và đời sống. ộc tính của asen phụ thuộc vào dạng hoá học và trạng thái
vật lý của hợp chất. sen vô cơ được coi là độc nhất đối với sức khoẻ con người.
1.1.1. ạ

tồ tạ của

tro

ước

ầm

sen là một á kim màu xám trắng, mùi tỏi, khối lượng riêng d=5,7g/cm3, nhiệt
độ nóng chảy là 810o (p = 30 atm) và nhiệt độ sôi là 613oC [7].

Hình 1.1. Giản đồ phân bố các dạng tồn tại của asen theo Eh-pH

3

Footer Page 11 of 16.

Header Page 12 of 16.

Dạng tồn tại của asen phụ thuộc chủ yếu vào p
trong môi trường mang tính oxi hóa,
trong khi ở p

cao hơn,

2AsO4

-

và thế oxy hóa khử, ví dụ

chiếm ưu thế ở p

sO42- lại trở lên phổ biến hơn (

3AsO4

thấp (p
0

<6.9),

và AsO43- có thể

xuất hiện trong môi trường rất axit và kiềm). Dưới điều kiện khử ở p

thấp hơn

khoảng 9.2, dạng asenit H3AsO30 sẽ là chủ yếu (hình 1.1). Trong tự nhiên asen vô cơ
thường tồn tại dưới dạng các muối asenit, asenat và các oxit asen. ác dạng asen hữu
cơ gồm: metyl-, dimetyl-, trimetyl-asenic, thường tìm thấy trong mô của các loài
động vật có vú; asenobetan thường tìm thấy trong cá và hải sản; asenocholin,
asenosugar, asenolipid thường có trong thực vật. Trong nước ngầm, asen xuất hiện
chủ yếu ở hai dạng là asenit( ) và asenat(V). Trạng thái oxi hóa, dạng tồn tại của s
sẽ quyết định độc tính, sự linh động và khả năng vận chuyển của nó trong môi trường
[36].
c tí

1.1.2.

của Asen

Rất nhiều các chất ô nhiễm trong nước được định nghĩa như là một chất độc
và có hại cho môi trường và sức khỏe con người. Trong đó asen được xem là một
chất có độc tính cao hàng đầu. sen rất khó bị phá hủy và chỉ có thể chuyển nó thành
các dạng khác hoặc chuyển thành hợp chất không tan trong liên kết với các nguyên tố
khác như sắt, lưu huỳnh. goài ra, canxi, magie, bicacbonat, clo, và sunfat cũng được
tìm thấy có liên kết với asen trong nước ngầm.

ộc tố và các chất gây ung thư của

asen phụ thuộc vào trạng thái oxi hóa và dạng hóa học của nó.

sen vô cơ thường

độc hơn asen hữu cơ (trừ MM ( ) và DM (V)), các dạng hóa trị 3 nguy hiểm hơn
so với dạng hóa trị 5 [41]. senit được xem là độc hơn asenat gấp 10 lần và 70 lần so

với MM (V) và DM (V). ộc tính của các dạng asen được sắp xếp theo thứ tự sau:
asenit > asenat > mono-metyl-asenat (MMA) > dimetyl-asenat (DMA) [15].
ộc tính của

s đối với động vật có vú liên quan đến sự hấp thụ và thời gian

tích lũy của nó trong cơ thể, và độc tính này biến đổi tùy theo dạng tồn tại của asen.
ộc tính của asen cũng liên quan đến độ tan của các hợp chất chứa asen trong nước.
s( ) thường độc hơn s(V) rất nhiều. senat được hấp thụ dễ dàng và cũng bị loại
bỏ nhanh chóng, chủ yếu qua đường nước tiểu.

4

Footer Page 12 of 16.

senit cũng được hấp thụ dễ dàng


Header Page 13 of 16.

nhưng nó tồn tại trong các mô với lượng lớn hơn và trong khoảng thời gian dài hơn.
Con người có thể bị phơi nhiễm asen qua hít thở không khí, hấp thu thức ăn và qua
nước uống.
Ở liều lượng nhỏ, asen và các hợp chất của asen có tác dụng kích thích quá
trình trao đổi chất và chữa bệnh nhưng chúng lại trở thành những chất độc, rất độc
với liều lượng cao.

hiễm độc asen cấp tính có thể dẫn tới bị kích ứng đường ruột,

giảm huyết áp một cách bất thường, bị co giật thậm chí bị trụy tim và dẫn tới tử vong.

Liều lượng gây chết (LD50) đối với con người là 1-4 mg/kg trọng lượng cơ thể.
R

xếp asen vô cơ vào nhóm 1 (Phân loại các hóa chất dựa vào nguy cơ

gây ung thư ở người) - là chất gây ung thư cho người. Tỷ lệ mắc bệnh ung thư da do
phơi nhiễm asen tương đối cao. Trong những nghiên cứu số người dân uống nước có
nồng độ asen cao cho thấy, tỷ lệ mắc bệnh ung thư gia tăng theo liều lượng asen và
thời gian uống nước. Tiêu chuẩn mà hầu hết các nước trên thế giới áp dụng đối với
asen là 0,01mg/L trong nước uống.
Ba ảnh hưởng chính của asen tới sức khoẻ con người là: làm đông keo protein;
tạo phức với

s(

) và phá hủy quá trình photpho hóa.

sen gây ung thư và các

bệnh liên quan đến da, tim mạch, đường hô hấp, đường tiêu hóa, nội tiết (đái tháo
đường), ảnh hưởng đến thần kinh, sinh sản và sự phát triển.

hững tác động này tùy

thuộc vào thời gian phơi nhiễm và liều lượng đáp ứng của từng người.
ơ chế gây độc của

s( ) là tác dụng lên nhóm Sulphydryl (-S ), làm ức

chế hoạt động của enzym trong chu trình axit citric.

5

Footer Page 13 of 16.


Header Page 14 of 16.

ác enzym sản sinh năng lượng của tế bào trong chu trình axit citric bị ảnh
hưởng rất lớn. Enzym bị ức chế do việc tạo phức với
sinh phân tử

s( ), làm ngăn cản sự sản

TP. Do asen có tính chất hóa học tương tự với photpho, nên chất này

có thể thay thế photpho ở một số quá trình hóa sinh. Trong quá trình tạo thành

TP

(ademosine triphoglyphate) Sự có mặt của s sẽ gây trở ngại cho sự hình thành 1,3 –
diphotphoglycerate và cho ra sản phẩm 1 – arseno – 3 – photphoglycerate gây hiệu
ứng xấu cho cơ thể.
uá trình tạo TP bình thường theo phương trình:

Khi có mặt của sO43-

Sự xuất hiện của một số bệnh như tiểu đường và tăng huyết áp cao hơn ở
những người phơi nhiễm

s so với những người không bị phơi nhiễm.

ác nghiên

cứu đã tiến hành với một số người dân ở Bangladesh đã cho thấy rằng sự xuất hiện
bệnh tăng huyết áp, tiểu đường, và các rối loạn hô hấp mãn tính như ho mãn tính và
hen phế quản ở bệnh nhân phơi nhiễm
tiếp xúc với

s tăng cao hơn so với những người không

s. ác kết quả nghiên cứu (bảng 1.1) cho thấy khi tiếp xúc với

6

Footer Page 14 of 16.

s thì


Header Page 15 of 16.

số người mắc bệnh tiểu đường cao hơn 4.4 lần, bệnh tăng huyết áp tăng 1,7 lần và
các bệnh rối loạn hô hấp tăng 2,9 lần so với những người không tiếp xúc với s.
Bảng 1.1. Sự phổ biến của một số bệnh khi phơi nhiễm As và không bị phơi nhiễm [45]
P ơ

oạ bệ

Tiểu đường

Tăng huyết áp
Rối loạn
tiêu hóa

1.2. ì

ì

1.2.1. Ô

ễm

ô

Ô nhiễm

ễm

ô

p ơ

ễm

Có

Không

ổ

Có

Không

ổ

21
12,9%
198
13,4%
29
30,8%

142
87,1%
1283
86,6%
65
69,2%

163
100%
1481
100%
94
100%

25
2,9%
9

7,9%
13
10,5%

829
97,1%
105
92.1%
111
89,5%

854
100%
114
100%
124
100%

ễm
tro

ở
ước

ệt am v
ầm tr

ế
ế

ớ

ớ

s trong nước ngầm đã được ghi nhận ở hơn 70 quốc gia, gây tác

động nghiêm trọng đối với sức khoẻ cho khoảng 150 triệu người trên toàn thế giới.
Khoảng 110 triệu người trong số đó thuộc 10 quốc gia ở vùng
như: Bangladesh,

ampuchia, Trung

uốc, Ấn

ài Loan và Việt Nam [26].

7

Footer Page 15 of 16.

am và

ông

am Á

ộ, Lào, Myanma, Nepal, Pakistan,


Header Page 16 of 16.

Hình 1.2. Sự phân bố của các vùng bị ô nhiễm As trong khu vực Nam và Đông Nam Á
Sự ô nhiễm

s trong nước ngầm quy mô lớn có nguồn gốc tự nhiên, thường

được tìm thấy ở hai loại môi trường: nội địa hoặc lưu vực kín ở các khu vực khô cằn
hoặc bán khô cằn; trong các tầng chứa nước có tính khử mạnh. Cả hai môi trường
đều có chứa trầm tích trẻ và ở các vùng đồng bằng thấp trũng, nơi có lưu lượng dòng
chảy ngầm thấp. Về mặt lịch sử, đây là tầng nước ít bị rửa trôi và s được giải phóng
từ trầm tích có thể được tích lũy ngay tại tầng nước này.

ước ngầm giàu

s cũng

được tìm thấy ở các vùng địa nhiệt, một số vùng có hoạt động khai thác khoáng sản
và nơi xảy ra quá trình oxy hóa khoáng sunfua [35].
Xét về số lượng người bị phơi nhiễm, vấn đề As ở Bangladesh và Tây Bengal
trong các tầng ngậm nước và bồi tích phù sa châu thổ được phát hiện là nghiêm trọng
nhất trên toàn cầu.

àm lượng

s trong nước ngầm dao động trong khoảng rộng từ

<0,5 tới 3200µg/L. Vấn đề sức khỏe được phát hiện đầu tiên ở Tây Bengal vào những
năm 1980 nhưng những chuẩn đoán đầu tiên đã không xác định được nguyên nhân là
do nhiễm độc As.

ến năm 1993, khoảng 30 – 35 triệu người ở Bangladesh và

khoảng 6 triệu người ở Tây Bengal được ước tính là bị phơi nhiễm
uống với nồng độ trên 50µg/L.

àm lượng As và mức độ phơi nhiễm của một số

quốc gia được thể hiện dưới bảng sau:

8

Footer Page 16 of 16.

s trong nước


Header Page 17 of 16.

Bảng 1.2. Ô nhiễm asen trong nước ngầm ở một số nước trên thế giới [36]
ười bị p ơ

S

ịa đ ểm

tro

ước

Tiêu chuẩn cho

nhiễm

ngầm (g/L)

phép (g/L)

Achentina

2.000.000

100–1000

50

Bangladesh

50.000.000

<1–4700

50

Chilê

437.000

900–1040

50

Vùng Nội Mông, Trung Quốc

600.000

1–2400

50

Hungary

220.000

10–176

10

1.000.000

<10–3900

50

Mêhicô

400.000

10–4100

50

Pêru

250.000

500

50

ài Loan

200.000

10–1820

10

Việt Nam

>10.000.000

1–3050

10

Tây Bengan, Ấn ộ

Tại

ài Loan hàm lượng

các vùng ven biển phía Tây

s cao trong nước được ghi nhận ở hai khu vực:

am và

độ As trong mẫu nước ngầm từ Tây

ông Bắc. Kuo (1968) đã quan sát thấy nồng
am

ài Loan dao động từ 10µg/L đến trên

1800µg/L với một nửa số mẫu được phân tích có nồng độ As từ 400-700 µg/L. Một
cuộc điều tra của Viện Vệ sinh Môi trường

ài Loan cho thấy 119 thị trấn nhỏ có

nước ngầm bị ô nhiễm As với nồng độ trên 50µg/L và 58 thị trấn có nồng độ lớn
hơn 350µg/L [36].
Tại Hungary nồng độ As trên 50µg/L được phát hiện trong nước ngầm từ trầm
tích phù sa ở phía nam của dải đồng bằng Hungary rộng lớn và một phần của nước
láng giềng Romania. Dải đồng bằng với diện tích 110.000 km2 này chứa chủ yếu là
trầm tích ệ Tứ. ước ngầm thay đổi từ dạng Ca – Mg – HCO3 ở khu vực tầng nông
của đồng bằng tới dạng nước Na – HCO3 nằm ở tầng sâu hơn.

ước ngầm tầng sâu

(độ sâu 80 – 560m) có tính khử với nồng độ As, Fe, NH4 cao và nhiều nghiên cứu

cho thấy nơi này có hàm lượng axit humic lên đến 20mg/L.

ước ngầm có nồng độ

As cao nhất ở vùng thấp nhất của đồng bằng, nơi có trầm tích nhỏ mịn. Gurzau
(2011) đã ghi nhận rằng nồng độ As lên tới 176µg/L ở tầng chứa nước gần với
Romania.

9

Footer Page 17 of 16.


Header Page 18 of 16.

Trong khoảng thời gian từ 2003 đến 2005, Trung Quốc đã có khoảng 10,000
người bị nhiễm độc As mãn tính do sử dụng nước uống từ nước ngầm có nồng độ As
cao và do đốt than giàu As. Vụ nhiễm độc

s đầu tiên ở Trung Quốc được ghi nhận

tại thành phố Kuitun, vào năm 1983. ác cuộc điều tra đã ghi nhận ở lưu vực sông
thuộc miền Bắc Trung Quốc có nồng độ As trong các tầng chứa nước ngầm thường
trên 10µg/L.
guyên nhân người dân Mỹ Latinh bị phơi nhiễm As trong nhiều năm qua là
do sử dụng thực phẩm và nước uống có chứa

s. ầu thế kỷ 21 đến nay, có 15 trong

số 20 quốc gia Mỹ Latinh đã phát hiện trong nguồn nước mặt và nước ngầm có hàm

lượng s cao. Ước tính khoảng 4,5 triệu người Mỹ Latinh tiếp xúc với nước uống có
hàm lượng As trên 50µg/L và 14 triệu người sử dụng nước có hàm lượng 10µg/L
[45].
ệ trạ

1.2.2.

ô

ễm

ở

ệt am

Ở Việt Nam, hai vùng đồng bằng phù sa lớn là đồng bằng sông Mê Kông
thuộc miền

am và đồng bằng sông Hồng thuộc miền Bắc, nước ngầm thường được

khai thác và sử dụng làm nước uống từ các giếng khoan. Nhu cầu về nước ngầm
được tăng đáng kể từ giữa năm 1990. UNICEF đã ước tính khoảng 20,48% dân số
Việt Nam (16,5 triệu người) đang dùng nước giếng khoan, trong đó đồng bằng sông
Hồng có khoảng trên 10 triệu người có nguy cơ phơi nhiễm As. Asen trong nước
ngầm ở đồng bằng sông Mê Kông có nồng độ dao động trong khoảng từ 1-845µg/L
(trung bình 39µg/L), còn ở đồng bằng sông Hồng nồng độ As rất khác nhau từ 1 3050µg/L (trung bình 159µg/L) tùy thuộc vào vị trí và độ sâu của nước ngầm. Ngoài
việc sử dụng nước ngầm cho tưới tiêu ở ngoại thành, việc khai thác nước ngầm để
cung cấp nước sinh hoạt cho nội thành Hà Nội cũng làm tăng nồng độ As trong các
tầng chứa nước. Sự gia tăng này là do

s di chuyển từ tầng nước ngầm có nồng độ

As cao sang khu vực có nồng độ thấp hoặc không có As. Các trầm tích ở độ sâu 1240m của đồng bằng sông Hồng có nồng độ As trong khoảng từ 2-33µg/L (trung bình
7µg/g khối lượng khô). Ở khu vực này nồng độ As tương quan đáng kể với trầm tích
có sắt liên kết. Trong cả hai khu vực đồng bằng, tình trạng ô nhiễm As trong nước
10

Footer Page 18 of 16.


Header Page 19 of 16.

ngầm có nguồn gốc tự nhiên và do quá trình khử hòa tan oxit sắt có chứa As trong
trầm tích các tầng chứa nước [13]. ể đánh giá sự xuất hiện của s trong nước ngầm
đồng bằng sông Mê Kông, tác giả Johanna (2008) đã tiến hành lấy mẫu phân tích ở
112 giếng. Kết quả cho thấy 22% mẫu có nồng độ As trên 10µg/L và 69% mẫu có
nồng độ Mn vượt tiêu chuẩn (0,4mg/L) [29]. Một cuộc khảo sát khác của Merola
(2015) ở tỉnh

ồng Tháp cho thấy 53% số giếng nghiên cứu (36/68 giếng) có hàm

lượng As lớn hơn tiêu chuẩn của WHO (10µg/L) [40, 49].
Vùng đồng bằng sông Hồng là khu vực bằng phẳng trên mực nước biển 5-8m.
Nó có một lịch sử phát triển địa chất khá phức tạp với sự di chuyển lên xuống, hiện
tượng biển tiến, sự xói mòn và hoạt động của các dòng chảy mà hình thành đồng
bằng bồi tích phù sa. Kết quả của những quá trình địa chất là lớp trầm tích

ệ Tứ

tương đối dày (50 - 90m tại Hà Nội), chứa nhiều chất hữu cơ, tạo điều kiện cho quá

trình giải phóng As từ trầm tích ra nước ngầm [13]. Trung tâm nghiên cứu Công nghệ
Môi trường và Phát triển Bền Vững, trường
khoa học thuộc Viện Khoa học và Công nghệ

ại học Quốc gia Hà Nội cùng các nhà
ước, Thụy Sĩ đã phối hợp tiến hành

khảo sát trên toàn bộ khu vực đồng bằng sông Hồng với tổng số 512 mẫu nước giếng
khoan và kết quả phân tích cho thấy hàm lượng As nằm trong khoảng rất rộng, từ
dưới 0,5µg/L cho tới trên 800µg/L. Khu vực có nồng độ As cao tập trung chủ yếu tại
vùng bờ trái sông Hồng, xuyên qua một số tỉnh đông dân như
Nội,

am

ịnh,

ưng Yên và Thái Bình (hình 1.5).

Hồng nguyên thủy đã từng chảy qua [33].

11

Footer Page 19 of 16.

à Tây,

à

am,

à

ây là những khu vực mà sông


Header Page 20 of 16.

Hình 1.3. Sự phân bố nồng độ As và độ sâu tương ứng trong các giếng khoan ở đồng
bằng sông Hồng, các mẫu được thu thập từ năm 2005 – 2007
Tác giả

gusa (2006) đã nghiên cứu

s trong nước ngầm khu vực Thanh Trì

và Gia Lâm của Hà Nội, bằng cách tiến hành lấy và phân tích 25 mẫu nước ngầm.
Kết quả cho thấy nồng độ

s trong nước ngầm từ 1-330µg/L, khoảng 40% những

mẫu này có chứa nồng độ s cao hơn hướng dẫn của WHO (10µg/L) [38].
Ngoài ra, Nguyễn Vân Anh và cộng sự (2009) đã tiến hành nghiên cứu ở tỉnh
Hà Nam và phát hiện sự ô nhiễm

s trong nước ngầm ở bốn xã (Vĩnh Trụ, Bồ

ề,

Hòa Hậu, hân ạo) nơi mà người dân sử dụng nước ngầm làm nguồn nước ăn uống

chính. Nồng độ As ở ba xã Vĩnh Trụ, Bồ

ề, Hòa Hậu được xác định vượt quá tiêu

chuẩn nhiều lần với hàm lượng trung bình tương ứng là 348; 211 và 325µg/L. Mặc
dù đã loại bỏ được 90% As bởi hệ thống lọc cát nhưng hàm lượng As sau lọc vẫn cao
hơn tiêu chuẩn (10µg/L). Các kết quả điều tra đánh giá rủi ro của việc sử dụng nước
ngầm ô nhiễm As cho thấy hơn 40% số người sử dụng nước ngầm đã qua xử lý (lọc
cát) vẫn có nguy cơ nhiễm độc mãn tính và ung thư cao [48].
Kết quả tổng hợp của UNICEF từ 2001–2004 ở một số tỉnh thuộc khu vực
đồng bằng sông Hồng được thể hiện trong bảng dưới đây:

12

Footer Page 20 of 16.


Header Page 21 of 16.

Bảng 1.3. Kết quả phân tích As do UNICEF hỗ trợ (2001–2004) [7]

ịa đ ểm

Tổng s giếng
khoan

Tổng s mẫu

S

mẫu

nồ

đ

có % s mẫu có
As nồ

>50 μg/L

> 50 μg/L

Hà Nam

49000

7042

3534

50,2

Hà Tây

180891

1368

338

24,7

147933

3384

310

9,2

Nam ịnh

42933

605

104

7,2

Hải Dương

57938

480

3

0,6

ưng Yên

Ô nhiễm

đ

As

s trong nước ngầm đang là thực trạng đáng lo ngại ở Việt Nam

cũng như trên Thế giới. Số lượng lớn dân cư phụ thuộc vào nguồn nước ngầm để sử
dụng cho tưới tiêu, sinh hoạt và ăn uống.

ối tượng dùng nước giếng khoan thường

là nông dân ở vùng nông thôn, cơ sở hạ tầng kém phát triển, nhận thức về an toàn vệ
sinh nước ăn uống chưa cao nên thường có nguy cơ tiềm ẩn đốivới sức khỏe con
người khi tiếp xúc với As một thời gian dài. Vì vậy việc giáo dục, tuyên truyền cho
người dân về mối nguy hiểm, cách phòng tránh tác động của s đối với sức khỏe con
người và việc cung cấp nước sạch là rất cần thiết.

1.3.

ặc đ ểm óa lý của ước

1.3.1. ặc đ ểm óa lý của ước

ầm l

q a đế

ựô

ễm

ầm

ước ngầm được tạo nên do nước mưa và hơi nước thấm vào trong lòng đất
và được giữ lại trong các tầng chứa nước nằm xen kẽ với các tầng không thấm nước.
Do nước thấm qua các tầng đất đá, cát sỏi giống như quá trình lọc qua các vật liệu lọc
nước nên nước ngầm có hàm lượng chất lơ lửng thấp. Các tầng chứa nước thường có
chứa các khoáng chất và quá trình rửa lũa hòa tan các khoáng này làm bổ sung các
nguyên tố kim loại, đặc biệt là sắt và mangan vào nước ngầm.

àm lượng các

nguyên tố kim loại trong nước ngầm phụ thuộc vào đặc điểm địa chất của từng khu
vực. Có những nơi nước ngầm rất sạch, hàm lượng các kim loại không vượt quá tiêu

13

Footer Page 21 of 16.


Header Page 22 of 16.

chuẩn, bảo đảm các yêu cầu của nước sinh hoạt và ăn uống chỉ cần xử lý đơn giản
như khử trùng rồi đưa vào sử dụng.

gược lại, có những nơi hàm lượng asen, sắt và

mangan rất cao, thậm chí nước ngầm còn có hàm lượng cao các kim loại nặng khác
như đồng, chì, thuỷ ngân, crôm và các hợp chất nitơ amôn nên cần phải qua xử lý rất
phức tạp mới có thể sử dụng được. Nhìn chung chất lượng nước ngầm thường tốt hơn
so với chất lượng nước mặt nên nước ngầm thường được sử dụng làm nguồn nước
cho sinh hoạt và công nghiệp. Việc sử dụng nước ngầm sẽ bảo đảm vệ sinh hơn so
với nước mặt và giảm được giá thành xử lý trước khi sử dụng.
Trên cùng một khu vực chất lượng nước ngầm có thể rất khác nhau, ví dụ khu
vực phía bắc Thành phố Hà Nội chất lượng nước ngầm tốt hơn nhiều so với phía nam
Hà Nội. Sự khác nhau này do nước ngầm là một hệ thống hóa lí phức tạp, luôn biến
đổi tùy thuộc vào thành phần, mức độ hoạt tính của các hợp phần tham gia trong
nước và các điều kiện nhiệt động học. Nước ngầm thường có những đặc điểm sau:
ộ đục thấp

-

Nhiệt độ và thành phần hoá học tương đối ổn định

-

Không có oxy, có thể chứa các khí H2S, CH4,…

-

Chứa nhiều chất khoáng hoà tan, chủ yếu là sắt, mangan, canxi, magie, flo.
ể đánh giá chất lượng của nước ngầm cần dựa vào một số tính chất cơ bản

của nước ngầm như:
 Tính chất vật lý

Nhiệt độ nước ngầm thường tương đối thấp, đặc biệt là nhiệt độ nước ngầm
tầng sâu trong khoảng 7 - 120C. Trong một số trường hợp, nước ngầm có nhiệt độ
cao tới 70 - 800 (nước khoáng) chỉ thích hợp sử dụng cho những mục đích đặc biệt.
Nhìn chung nhiệt độ của nước ngầm không thích hợp với mục đích cấp nước sinh
hoạt và cung cấp cho cây trồng. Nếu nhiệt độ nước ngầm thấp hơn 300C hoặc cao
hơn 350C khi sử dụng cần phải thông qua xử lý.

ể xử lý tăng nhiệt độ, nước ngầm

từ giếng bơm lên được trữ lại trong bể để hâm nóng dưới ánh mặt trời. ể giảm nhiệt
độ nước ngầm chỉ cần trữ trong các bể ở nhiệt độ thường để nước ngầm tỏa nhiệt [3].

14

Footer Page 22 of 16.


Header Page 23 of 16.

ộ đục của nước ngầm tùy thuộc vào chất khoáng hòa tan trong nước, hàm
lượng các hỗn hợp cơ học, các chất hữu cơ và các chất keo.

ộ đục nước ngầm nhìn

chung rất nhỏ và thường thuộc loại nước trong suốt.
Màu của nước ngầm phụ thuộc vào thành phần hóa học và sự có mặt của các
chất hòa tan. Phần lớn nước dưới đất đều không có màu nhưng trong một số trường
hợp như nước cứng thường có màu phớt xanh da trời, các hợp chất humic hữu cơ làm
nước có màu phớt vàng, các phần tử lơ lửng làm cho nước có màu phớt xám…
Mùi của nước thường liên quan tới hoạt động phân hủy các chất hữu cơ của vi

ước ngầm thường không có mùi, nhưng đôi khi có mùi trứng thối của H2S

khuẩn.

do sự khử sunfat hoặc mùi thiu ôi khó chịu từ nước tù đọng của một số giếng được
gia cố bằng gỗ.
Vị của nước là do sự có mặt của các hợp chất muối khoáng hòa tan, các khí và
các tạp chất khác. Phần lớn các chất hữu cơ làm cho nước có vị ngọt, nước có vị mặn
là do sự hòa tan một lượng đáng kể natri clorua, vị đắng do sự có mặt của sunfua
magiê và natri, còn bicacbonat canxi, magie và khí cacbonic làm cho nước có vị dễ
chịu.
Tỷ trọng của nước ngầm thường từ 1 - 1,4g/cm3, nó thể hiện mức độ khoáng
hóa trong nước ngầm. Giá trị này phụ thuộc vào nhiệt độ, lượng muối, khí hoà tan và
các phần tử lơ lửng [3].
 Tính chất hóa học
ước ngầm được chia thành các tầng, lớp khác nhau và thành phần hóa học
của chúng thường khác nhau.

gười 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 hòa tan cũng như các chất keo và hỗn hợp cơ học khác.
Thành phần hóa học của nước ngầm thường được quyết định bởi các đặc tính
của trầm tích trong các tầng chứa nước.

ước ngầm ít chịu ảnh hưởng của sinh vật

nhưng chịu ảnh hưởng nhiều bởi hoạt động của vi sinh vật. Ở tầng sâu do không có
oxy và ánh sáng nên vi sinh vật yếm khí hoạt động mạnh, chi phối nhiều đến thành

15

Footer Page 23 of 16.


Header Page 24 of 16.

phần hóa học của nước ngầm. Vì vậy thành phần hóa học của nước ngầm chứa nhiều
chất có nguồn gốc vi sinh vật.
Kiểu hoá học và tính chất cơ bản của nước do các hợp phần sau quyết định:
Cl–, SO42–, HCO3–, CO32–, Na+, Ca2+, Mg2+. ác hợp chất của nitơ và các nguyên tố
khác như K, Si, Fe, Al, đây là những nguyên tố phổ biến rộng rãi trong vỏ Trái đất và
trong những điều kiện thiên nhiên nhất định. Sự có mặt với nồng độ khác nhau của
các thành phần này sẽ hình thành những kiểu nước ngầm đặc trưng khác nhau như
nước nhạt, nước lợ và nước khoáng hóa.
ác khí phổ biến nhất trong nước ngầm là oxy (O2) và cacbonic (CO2),
sunfuahydro (H2S), hydro (H2), metan (CH4), cacbua hydro nặng, nitơ (N2) và các khí
hiếm. Oxy trong nước ngầm chủ yếu có nguồn gốc khí quyển.

àm lượng oxy hòa

tan trong nước ngầm từ 0 đến 15mg/L và được phát hiện chủ yếu trong nước ngầm
của đới thông khí. Khi p

< 5,5, trong nước ngầm thường chứa nhiều khí O2.

là khí có tính ăn mòn kim loại và ngăn cản việc tăng p

ây

của nước. Thường nước

ngầm có nồng độ khí O2 khoảng 30 - 50 mg/l, nhiều nơi nước ngầm tầng sâu (200 –
300 m) nồng độ O2 có thể lên đến 320 mg/l. goài ra, trong nước ngầm có thể chứa
khí H2S với hàm lượng đến vài chục mg/l. Các khí CO2 và H2S đều là sản phẩm của
quá trình phân hủy yếm khí các chất hữu cơ có trong tầng chứa nước.
ác nhân tố thành tạo thành phần hóa học của nước ngầm được phân chia
thành hai nhóm khác nhau là các nhân tố bên trong và các nhân tố bên ngoài.

ác

nhân tố bên trong (nhân tố hóa lí) có liên quan đến bản chất hóa học của các nguyên
tử, phân tử, ion của các nguyên tố. ác nhân tố bên trong này quyết định bởi tính phổ
biến của nguyên tố trong vỏ Trái

ất và sự tồn tại các quy luật chung trong sự hình

thành thành phần của nước ngầm.

ác nhân tố bên ngoài quyết định sự ảnh hưởng

của môi trường bên ngoài đến sự thành tạo thành phần hóa học của nước ngầm. ồm
các nhân tố như: nhân tố địa lí tự nhiên, địa chất, địa mạo, địa chất thủy văn, địa nhiệt
và vi sinh vật. Trong quá trình dịch chuyển của vật chất, trong vỏ Trái
tương tác chặt chẽ giữa các nhân tố trên.

ất có sự

uá trình hình thành thành phần hóa học

của nước ngầm là kết quả của sự phá hủy trạng thái cân bằng động giữa các hệ thống

16

Footer Page 24 of 16.


Header Page 25 of 16.

đất – nước – khí – vật chất sống. Yếu tố tác động quan trọng dẫn đến sự phá hủy các
cân bằng của hệ thống trên là các nhân tố bên ngoài đặc biệt là các vận động kiến tạo.
Một số loại môi trường thủy địa hóa thành tạo 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 thường có mặt của các khí hòa tan có nguồn gốc khí
quyển:

2,

O2, CO2 và các khí trơ. Trong môi trường oxi hóa, trị số thế oxy hóa khử

biến đổi tỷ lệ thuận với hàm lượng của oxy hòa tan. Trong điều kiện tự nhiên thì quan
hệ này thường bị phá vỡ do sự thay đổi của p

và do 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.

iới hạn dưới được đặc trưng bởi các thông số: Eh= +250mV khi pH =

5,5 – 8,5 và hàm lượng trung bình của oxy hòa tan trong nước khoảng 3,5mg/L. Còn
giới hạn trên có thể xác định gần đúng như sau: Eh = +1000mV khi pH < 3 và hàm
lượng oxy hòa tan lớn nhất khoảng 5mg/L.

ước của môi trường oxy hóa thường có

độ khoáng hóa thấp thành phần bicacbonat, sunfat, với p thường 6 – 8.
ước ngầm của một số quốc gia như Mexicô, hi lê, Ác-hen-ti-na đặc trưng
cho môi trường oxi hóa bị ô nhiễm s. Khu vực Laugunera của phía Bắc Mexicô, có
nước ngầm được biết đến bị ô nhiễm As và đã gây độc mãn tính cho rất nhiều người.
ây là khu vực khô cằn và nước ngầm được sử dụng làm nguồn nước uống chính.
ước ngầm ở đây thường có tính oxi hóa và p trung tính tới kiềm (6,3-8,9) với hàm
lượng s từ 8 – 624 µg/L (trung bình 100 µg/L, trên 128 mẫu được nghiên cứu). Một
nửa số mẫu có hàm lượng lớn hơn 50 µg/L.
nghiên cứu có

s(V) chiếm ưu thế.

thấy ở hi lê với nồng độ

ầu hết (>90%) mẫu nước ngầm được

iều kiện môi trường tương tự cũng được tìm

s trung bình 400 µg/L. Ở Ác-hen-ti-na hàm lượng

s rất

khác nhau đối với từng khu vực, dao động trong khoảng từ vài chục cho đến vài
nghìn µg/L, ví dụ như:

órdoba

(6-11500 µg/L), Lapampa (4 - 5280 µg/L),

Tucuman (12 - 1660 µg/L) với giá trị p trong khoảng từ 6,3 – 9,2.
Môi trường khử thường chứa các khí là sản phẩm của các quá trình sinh hóa:
CH4, CO2, N2, H2S, H2. Trong môi trường khử oxy, hàm lượng của khí
nước ngầm tỷ lệ nghịch với độ Eh. Tùy theo hàm lượng của

17

Footer Page 25 of 16.

2S

2S

trong

mà chia ra: môi