NGUỒN GỐC CỦA CÁC CHẤT Ô NHIỄM NITRATE VÀ AMMONIUM TRONG NƯỚC NGẦM DƯỚI SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC SIÊU ĐÔ THỊ CHÂU Á

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA MÔI TRƯỜNG

Topic 14:
NGUỒN GỐC CỦA CÁC CHẤT Ô NHIỄM
NITRATE VÀ AMMONIUM TRONG NƯỚC
NGẦM DƯỚI SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC
SIÊU ĐÔ THỊ CHÂU Á
GVHD: Ts. Tô Thị Hiền

Nhóm 8:
Lê Thị Thương Giang

1022070

Lê Hoài Thanh

TP.HCM, tháng 11 năm 2013


Mục Lục
I. Giới thiệu...................................................................................................................................................................................................... 3
II. Đặc điểm các khu vực.......................................................................................................................................................................... 4
2.1 Tính chất, đặc điểm của các đô thị phía nam châu á........................................................................................................... 4
2.2 Metro Manila......................................................................................................................................................................................... 5
2.3 Bangkok.................................................................................................................................................................................................. 6
2.4 Jakarta...................................................................................................................................................................................................... 6
III. Phương pháp........................................................................................................................................................................................... 6
3.1 Lấy mẫu.................................................................................................................................................................................................. 6
3.2 Phương pháp phân tích.................................................................................................................................................................... 7
3.3 Dữ liệu..................................................................................................................................................................................................... 7

IV. Kết quả phân tích.................................................................................................................................................................................. 8
4.1 Đồ thị....................................................................................................................................................................................................... 8
4.2 Tính chất dinh dưỡng của hệ thống nước............................................................................................................................ 10
4.3 Tính chất các chất dinh dưỡng ở tầng nước nông............................................................................................................. 11
4.4 Sự phân bố của 2 đồng vị N15 và O18 trong nitrate.......................................................................................................... 11
V. Thảo luận.................................................................................................................................................................................................. 11
5.1 Các yếu tố kiểm soát sự phân bố NH4+ trong tầng nông nước ngầm.......................................................................12
5.2 Các yếu tố kiểm soát sự phân bố NO3- trong tầng nông nước ngầm........................................................................13
5.3 Sự suy giảm NO3- trong hệ thống nước ngầm...................................................................................................................... 14
VI. Kết luận................................................................................................................................................................................................... 15


Tóm tắt
Các dạng tồn tại của nitrate NO3- nitrit NO2- và ammonium NH4+ trong nước ngầm và
cách thức biến đổi từ nguồn, vận chuyển và phân bố được nghiên cứu đối với các thành phố
ở Đông Nam Á: Metro Manila, Bangkok, Jakarta. Được quan trắc bằng hệ thống thông tin
địa lý và kỹ thuật đồng vị kép (đối với N15 và O18) cho rằng chính các công trình cống rãnh
thoát nước rò rỉ là nguồn của những chất ô nhiễm ở khu vực đô thị Manila, Jakarta. Ngoài ra,
tính chất của những chất này phụ thuộc vào cách sử dụng đất nông nghiệp ở vùng ngoại ô: ở
Jakarta nồng độ nitrate cao và ở Bangkok nồng độ nitrate thấp, thành phần chính là NH4+.
Sự tăng nhanh chóng theo cấp số mũ của dạng NO3- N15 kéo theo đó là sự giảm NO3- và
tỷ lệ 2 đồng vị O/N chỉ ra rằng có diễn ra quá trình khử. Những hệ thống có bề mặt thiếu khí
kết hợp với cấu trúc địa tầng tự nhiên và những bờ hồ nhân tạo thì tạp chất NO 3- sẽ thông qua
phản ứng khử và phản ứng phản nitro hóa.
Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng NO3- và NH4+ trong nước ngầm ở Manila, Bangkok,
Jakarta thì không quá nhiều, nguy cơ thấp đối với nguồn nước ngầm mà đang sử dụng. tuy
nhiên, sự tăng lượng nito và việc tăng tổng sản phẩm nội địa ở các thành phố phát triển có
thể làm gia tăng lượng nito trong tương lai. Nên tiếp tục quan trắc và quản lý nguồn nước
ngầm để hạn chế tối đa việc ô nhiễm trong những khu vực này, những thông tin này nên
được cập nhật cho những quốc gia có cấu trúc địa lý và nền văn hóa tương tự như những khu

vực khảo sát.
I. Giới thiệu
Nước ngầm là nguồn nước không thể thiếu cho các thành phố phát triển đặc biệt là
những nơi nước không tồn tại do cơ sở hạ tầng dày đặc và tình trạng kém phát triển. Nguồn
chất ô nhiễm chủ yếu trong nước ngầm là NO 3-, NO2-. Trên thực tế có nồng độ NO3- cao là
sự phối hợp của một trong nnhững tác nhân đẫn đầu là methemoglobinemia, sự hiện diện của
hồng cầu trong máu ( Fewtrell, 2004). Tiêu chuẩn chất lượng nước uống của WHO và EU là
50 mg NO3-/l, ngoài ra tiêu chuẩn của Nhật và Mỹ là 10mg N/l. Thông thường thì lượng
ammonium trong nước là thành phần chính gây nên hiện tượng hòa tan nito vô cơ DIN, đây
ko phải là tác nhân chính gây bệnh, nồng độ NH 4+ cao có liên quan tới sự có mặt của tạp
chất từ nông nghiệp hoặc đô thị, chẳng hạn như là tác nhân gây bệnh hoặc là thuốc trừ sâu.
Hơn nữa, với sự trộn lẫn không khí trong nước ngầm, nồng độ NH 4+ có thể tăng lên thông
qua các phản ứng của NO3-. Đây là điều quan trọng trong nghiên cứu về ô nhiễm nito ở các
thành phố lớn châu Á bởi vì sự gia tăng chất ô nhiễm cùng với sự kết hợp các thành phần
nito được nghi ngờ tại khu vực này( Nixon, 1995). 10 trong top 20 thành phố trung bình có
sự gia tăng dân số từ 2006 đến 2020 là sự tập trung ở các thành phố lớn ở phía Đông, Đông
Nam, và khu vực Nam Á, mặc dù có nhiều nghiên cứu đã trình bày nguồn, và cách thức biến
đổi của những chất này trong nước ngầm, những nghiên cứu này có thể đã phân loại thành 2
dạng: các nghiên cứu dạng vết của các chất từ những nguồn điểm có liên hệ tới những lưu
vực nhỏ với hệ thống nước ngầm chảy ngang và những khảo sát này nói lên xu hướng của
những tạp chất này từ những nguồn lan rộng hơn, bao gồm cả nguồn diện trong khu vực với
sự phức hợp về diện tích đất sử dụng và khu vực rộng lớn của tầng nước ngầm. Điển hình là
những dạng nghiên cứu liên quan đến những thí nghiệm tại chỗ sử dụng những nhãn đánh
dấu, những nguyên tố dạng vết sẽ được phân tích bằng phương pháp đồng vị ổn định SI như


là nguyên tố vết tự nhiên, và thêm việc quan trắc tính chất hóa học theo khoảng cách mà
nguồn đó tạo ra. Quan trắc bằng GIS để xem hướng đi và tính toán lượng N có thể rỉ ra từ
nguồn. Ở khu vực đô thị, nguồn nito khác nhau như là nguồn điểm, nguồn diện, nguồn trung
gian tồn tại, do đó thường gây ra sự khó khan trong việc xác định sự biến đổi của các tạp

chất ô nhiễm trong nước ngầm để so sánh với nước ngầm tự nhiên ở các vùng ngoại ô. Việc
ứng dụng các phương pháp latter có thể giúp phân loại cơ chế biến đổi của các chất ô nhiễm
tại các thành phố này.
Ở Châu Âu và Bắc Mỹ sử dụng phương pháp đồng vị phóng xạ cho trường hợp N15 và
O18, tuy nhiên kiến thức tích lũy ở các nước phương tây chưa thể cung cấp hướng dẫn cho
các thành phố Châu Á như là về tự nhiên, văn hóa chưa kể môi trường sống cũng khác nhau.
Chúng tôi giả thiết rằng sự tăng nhanh các siêu đô thị và sự liên hệ với việc không quan tâm
tới việc phát triển và tình hình tài chính thiếu hụt có thể dẫn tới tích lũy tình trạng ô nhiễm
trong nước ngầm từ nước cống và sự lắng đọng từ không khí. Tuy nhiên, dòng trạng thái của
chất thải vẫn chưa được bổ sung trong cuộc khảo sát ở những khu vực này.
Do đó, trong nghiên cứu này, đầu tiên chúng tôi kiểm tra trạng thái của NO 3- và NH4 ở
trong hệ thống nước dùng ở các siêu đô thị này. Hơn nữa, việc thành lập các cơ quan quản lý
về nguồn nước trong tương lai, chúng tôi cố gắng tra ra các nguồn của những tạp chất này
bằng việc kết hợp các thành phần hóa học và dữ liệu GIS về môi trường nước mặt. Chúng
tôi khảo sát tại các thành phố Đông Nam Á là: Manila, Bangkok, Jakarta. Chúng được đặt tại
những nơi có đặc điểm khí hậu tương đồng, nhưng khác về nền thủy văn và nền văn hóa.


II. Đặc điểm các khu vực
2.1 Tính chất, đặc điểm của các đô thị phía nam châu á

Mùa mưa và mùa khô được điều tiết bởi hệ thống gió mùa chính điều này tạo nên đặc
điểm thủy văn tại nơi đây.

Biểu đồ này thể hiện lượng mưa và nhiệt độ hàng năm tại đây và so với các khu vực khác
trên thế giới. Các giá trị so sánh ở các đô thị Đông Nam Á khá tương đồng với một vài thành
phố ở Châu Âu và Bắc Mỹ. Tuy nhiên, lượng mưa thì cao hơn 1000 mm và nhiệt độ cao hơn
10 độ. Sự tác động mạnh mẽ của khí hậu đến nguồn nước uống và nguồn nước dùng cho
nông nghiệp, cũng như minh chứng 70 % đất ẩm của thế giới tập trung ở Châu Á.
Khu vực khảo sát dựa trên những khu tập trung đô thị, ví dụ như Manila và Jakarta, xung

quanh khu vực Manila và Jakarta, trong khi mẫu nước ở Bangkok được quản lý thông qua
đường phân nước, mở rộng về phía xa khu Bangkok.


2.2 Metro Manila

Manila là thủ đô Phillipine và 15 thành phố xung quanh giữa vịnh Manila và vịnh
Laguna de, phần đảo phía nam của Luzon. Mật độ dân số tăng lên từ 1970 tới năm 2000, nơi
mà mật độ dân ở trung tâm Jakarta và Bangkok bắt đầu giảm trong cùng thời gian.
Vùng duyên hải bồi tụ từ 10 tới 60 m độ dày, tạo ra cát và lương đất sét. Sự phát triển ko
giới hạn tầng nước ngầm dưới lớp sét tạo thành những đới sâu 60 đến 90m. theo dạng
Gualalupe, gồm những tầng lớp nằm liên tục với nhau từ lớp đá, đất, đá bùn, kế đó là lớp
bồi tụ, và dưới cùng là đới nước ngầm. Từ vùng đất nông nghiệp tới những cánh rừng và
những vùng ở Metro Manila dần bị đô thị hóa. Nước ngầm và nước mặt là nguồn quan trọng
cho cả sinh hoạt và công nghiệp do nhu cầu sử dụng ngày càng tăng. Tuy nhiên, sự khai thác
nước quá mức làm mực nước ngầm giảm đáng kể điều này dẫn tới việc xâm nhập mặn, đặc
biệt là những vùng ven biển rất nhiều những giếng bị bỏ hoang mặc dù nước giếng vẫn là
nguồn cần thiết.
2.3 Bangkok

Đô thị Bangkok cách 25 km về phía bắc của Thái lan, trên vùng đồng bằng của sông
Chao Phraya. Sau khi luật bơm nước ngầm bị điều chỉnh năm 1985 và nguồn cấp nước đô thị
phụ thuộc vào sông này, sự sụt lún của vùng này hầu như không còn. Diện tích lớn đất bị sụt
lún còn được quan sát thấy vào năm 2005 do nhu cầu sử dụng nước ngầm ở vùng này tăng
lên.
Khu vực này chịu ảnh hưởng của thủy triều khá nhiều. trong nghiên cứu địa tầng đã chỉ
ra có sự thay đổi ở các tầng đất với lớp cuội sỏi và lớp sét hình thành những tầng nước ngầm.
những dòng ngầm này bắt đầu từ phía đông và tây và chảy đến Gulf của Thái lan ở miền
Nam. Vì có sự phân chia giữa các tầng ngầm, nên có từ 2 đến 4 tầng nằm phía trên. Việc khai
thác nước ngầm phục vụ cho sinh hoạt và công nghiệp làm ảnh hưởng tới cả hệ thống nước

ngầm dưới Bangkok. Khu vực đô thị hóa kéo dài dọc theo các con đường chính và sông bao
quanh khu vực này. Tuy nhiên, vùng đất thấp trũng nơi đây vẫn còn chiếm diện tích khá lớn.
2.4 Jakarta

Là thủ đô của Indonesia, nằm trên vùng đất trũng của rìa phía tây Java thuộc 1 mảng
kiến tạo của Ấn Độ theo mảng Âu, vùng này còn được dọi là ”jobotabek” lấy những chữ cái
đứng đầu của Jakarta, Bongor, Tangerang, Bekasi. Jakarta là một vùng đồng nhất về khu vực
thành thị nhưng không đồng nhất về vùng đất sử dụng trải dài phía ngoài Jakarta và rìa thành
phố.
Dòng cơ bản của hệ thống nước ngầm ở Jobotabek và vùng ranh giới phía Nam có lớp
Tertiary không thấm nước. Lớp đệm của tro núi lửa thì có khả năng thấm, giữ nước tốt hơn
nền Tertiary. Lượng nước ngầm nơi đây thì ít hơn nước mặt, chính phủ lo ngại lượng nước
ngầm không đủ dùng. Tuy nhiên ước tính sơ bộ cho thấy rằng cần có sự quản lý cho việc
khai thác nước giếng.


III. Phương pháp
3.1 Lấy mẫu

Về mùa mưa mỗi nơi mỗi khác nên việc lấy mẫu cũng phụ thuộc vào từng địa điểm. Lấy
mẫu bắt đầu vào mùa mưa tháng 5( Manila), t6( Bangkok), t9(Jakarta) vào năm 2006. Lấy từ
20 đến 50 mẫu ở mỗi khu vực nghiên cứu đặc biệt là nước ngầm dùng cho sinh hoạt. Lượng
mẫu lấy ở Bangkok thì ít vì hầu hết các giếng bị bỏ hoang nhiều năm dẫn tới sự suy giảm
chất lượng nước ở nhiều nơi, lấy mẫu nước ngầm phải lấy ở các giếng quan trắc gần đó hoặc
giếng đào. Những chỗ ko lấy được phải hứng từ những van rỉ nước ra. Lấy 5-15 mẫu ở các
sông - đây là nơi phản ánh chất lượng khi sử dụng và là nguồn bổ cập vào nước ngầm.
Mẫu nước giếng được thu bằng cách dùng những gàu hoặc bơm lên ở những giếng
thường và lấy thùng múc lên ở những giếng đào. Có những mẫu nước lấy lên phải lọc qua
giấy lọc cellulose 0.45 µM. Những mẫu phân tích thành phần dinh dưỡng và đồng vị thì phải
làm đông cho tới khi phân tích trong khi những mẫu phân tích các ion thì bảo quan lạnh.

3.2 Phương pháp phân tích

Các anion: NO3-, Cl-, SO42- và cation Na+, K+, Mg2+, Ca2+ phân tích bằng sắc kí ion( ICS90, Dionex, Sunnyvale, CS, USA)
Dùng phương pháp chuẩn độ : HCO3Phương pháp so màu: NO3-, NH4+, NO2Phương pháp denitrifier: phân tích đồng vị N15, O18, (NO2-- NO3-)
Hỗn hợp (NO2-- NO3-) được chuyển về N2O bởi hoạt động của vi sinh vật, N 2O sẽ thoát
ra trong quá trình lấy mẫu thông qua các thao tác. Trong phân tích cũng dùng khí mang trong
sắc ký, dùng sắc ký khí và sắc ký khối phổ. Tỷ lệ N15/N14 và O18/O16 có mối liên hệ với
thành phần có trong không khí.
3.3 Dữ liệu

Nồng độ của DIN và sự hình thành chúng ở tầng nông phù hợp với các dữ liệu về phần
đất được sử dụng trên bề mặt. trong khi cũng có sự thay đổi theo các điều kiện trong quá
trình vận chuyển. Bởi có sự khác nhau về địa chất nên sẽ có những tác nhân khác nhau tác
động tới DIN và sự hình thành của chúng cũng như phần đất được dùng. Để hiểu hơn về
cách thức chuyển thành trạng thái của DIN trong nước ngầm, các cách phân tích các thành
phần cố định mang theo là (NO2-+ NO3-), NH4+ dùng phần mềm của Stacel ver.2 (OMSPublishing, Saitama, Japan).
Tại mỗi địa điểm, sự khác nhau giữa(NO 2-+ NO3-)/ NH4+ được so sánh dựa trên kiểm tra
về việc sử dụng đất hoặc cấu trúc địa chất. Trong bộ lấy mẫu không để lộn xộn mà phân chia
thành những mẫu lấy để kiểm tra về cách sử dụng đât và những mẫu quán sát về mặt địa
chất. Phải có tính đồng nhất giữa các dữ liệu mẫu để tránh phân tích lộn xộn.


IV. Kết quả phân tích
4.1 Đồ thị

Đồ thị trên cho thấy chất lượng nước
biến đổi theo nồng độ( mEq/L) của các
thành phần hóa học. Mặc dù đặc điểm nước
mặt ở các thành phố tương tự nhau, tính
chất nước ngầm còn phụ thuộc vào từng địa

phương. Tại Manila và Jakarta 50-60%
nước ngầm tầng nông tồn tại dạng
Ca(HCO3)2. Mặt khác, 40% nước ngầm
tầng nông ở Jakarta đặc biệt là những vùng
đất khô trên vùng núi lửa thì tồn tại dạng
CaSO4, CaCl2 và cả Ca2+, Cl-, SO42-. Nước
ngầm tầng nông gần biển thì chứa NaSO4,
NaCl. Vì nước bị xâm nhập mặn thông qua
việc khai thác nước ngầm. Tại Bangkok, một
vài mẫu nước lấy ở tầng ngầm sâu khoảng 100- 250m cũng phân tích được như trên, thậm
chí tìm thấy có hiện tượng xâm nhập mặn ở những nơi cách xa bờ biển 50km . Vì những
khu vực này có lớp trầm tích được hình thành từ biển, có thể sự giải phóng từ lớp sét nên
làm tăng lượng Cl- trong nước. Ngoài ra, hơn 80% các mẫu thu được ở tầng nước sâu tại
Manila và Jakarta cho thấy sự hiện diện của NaHCO 3, với việc nhận thấy có Ca2+ và HCO3trong nước tầng sâu, ion Na+ trong trầm tích giải phóng ra và thay thế Ca 2+ như thế làm tăng
Na+ trong nước lên.


4.2 Tính chất dinh dưỡng của hệ thống nước.

Bảng 2 như trên thể hiện tính chất của các chất dinh dưỡng được quan sát trong hệ thống
nước của mỗi thành phố. [ NO3-] cho thấy rằng nitrate được hình thành từ NO 3-+ NO2-và
NO2-là thành phần thường thấy trong các mẫu nước đem so sánh với NO 3- và NH4+. Hơn nữa
là [NO3-]/[NH4+ ]cao hay thấp đều được tìm thấy ở mỗi khu vực nghiên cứu, do các hoạt
động của con người gây nên. Kết quả cho thấy sự phân bố nồng độ các hợp chất nito trong
hệ thống nước có sự khác nhau về lượng ở mỗi khu vực. Tuy nhiên các dữ liệu cho biết
thêm rằng tính chất của các DIN trong nước ngầm ở Jakarta thì cao hơn so với các thành phố
còn lại chủ yếu dựa trên sự phân bố của NO3-, và DIN ở sông Manila dựa trên sự phân bố của
NH4+.
Trung bình thì nồng độ NO3- trong mẫu nước tầng nông vào khoảng 240, 126, 32 µM
tại Jakarta, Manila, Bangkok. Trong khi đó NH4+ được thấy nhiều nhất ở Bangkok, ở tầng

nước sâu, NH4+ = là thành phần chính trong nghiên cứu này, [ NO3-] thì ít hơn 5µM. Hầu hết
các DIN ở những suối là dạng NH 4+ ở Manila và NO3- ở Bangkkok và Jakarta. Các tạp chất
dinh dưỡng này được tìm thấy trong mẫu nước của Manila, đem so với nồng độ 30-40 µM
NO3- ở Bangkok và Jakarta.


4.3 Tính chất các chất dinh dưỡng ở tầng nước nông.

Mỗi khu vực có sự tồn tại của từng dạng DIN và nồng độ trong tầng nước nông khác
nhau. Hình 6. Nước đầu nguồn ở Bangkok, NH 4+ chiếm ưu thế cả ở vùng đất thành thị và
nông nghiệp, bảng 3. Cũng vậy, [NO3-] được thấy rằng cao hơn so với [NH 4+]cả ở 2 nơi là đô
thị và nông thôn. Mặt khác NH4+ ở Bangkok và NO3- ở Jakarta thì được so với những nơi có
cấu trúc địa chất tương tự. việc so sánh được thực hiện nhưng không rõ ràng từng nhân tố
( đất sử dụng, địa chất, tính chất của DIN). ở Jakarta nhận thấy rõ nhất là NO 3- và NH4+, NO3thì tháy trong nơi có núi lửa và vùng đất khô, còn NH4+ thì thấy ở khu vực thành thị.

4.4 Sự phân bố của 2 đồng vị N15 và O18 trong nitrate.

Tính chất của 2 dạng đồng vị này thể hiện trong bảng 4 và hình 8 với từng vị trí mẫu.
nhiều nhất về đồng vị N15 là những mẫu nước ngầm ở Manila( 35.8%0), Jakarta 34.5, và
thấp nhất ở Bangkok là 17.6. tương tự vậy, điều này có nghĩa là đồng vị N15 ở tầng nước sâu
trung bình là 10-20 %0 thâp hơn tầng nước nông ở cả 3 khu vực. So sánh với các mẫu, thì
mẫu nước ngầm có nồng độ nhỏ hơn nước sông.
Nitrate có đồng vị O18 cũng được xếp hạng từ -19 tới 18 % 0 trong các mẫu nước mặt và
nước ngầm. mặc dù có kết quả cao hơn trong nước mưa. O18 này có giá trị tăng lên cùng
với N15 trong các mẫu nước thu về ở manila và Jakarta trong khi điều này ko thấy ở


Bangkok, đồng vị N15 và O18 ở mẫu nước tầng nông phù hợp với các đường chuẩn ở
Jakarta (y=0.47x−0.69,r2=0.65) và Metro Manila [y=0.55x−3.95, r2=0.95].
V. Thảo luận

Nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng nồng độ nitơ trong nước ngầm ở khu vực đô thị là
tương đương hoặc thậm chí cao hơn so với khu vực nông thôn tương ứng . Các [ DIN ] thành
phố Đông Nam Á nói chung là thấp hơn so với ở các thành phố trong khu vực Nam Á (Ấn
Độ) và Châu Phi, nhưng cao hơn một chút so với các giá trị ở Long Island , New York (xem
xét trong Wakida và Lerner , 2005). Giếng khảo sát của chúng tôi , chỉ lấy ba mẫu nước ở
tầng nước ngầm nông ( M16, M17, và J30 ) có hơn 700 µM NO3-, trong đó NO3-gần như
chấp nhận được và tương đương với mức tiêu chuẩn chất lượng nước uống được thiết lập bởi
một số quốc gia phát triển . Ngay cả khi tất cả các NH 4+ có tiềm năng được oxy hóa thành
NO3-, chỉ có ba mẫu nước ngầm sâu có hơn 700 mM NH 4+ (J36, J41 và B91). Vì vậy, hiện
nay, ô nhiễm NO3- trong nước ngầm xuất hiện không là một mối đe dọa cho sức khỏe con
người nơi nghiên cứu. Tuy nhiên nghiên cứu của chúng tôi, vẫn còn cần thiết để hiểu rõ hơn
về cơ chế kiểm soát sự phân bố không gian của các chất dinh dưỡng và nồng độ của nó để
ngăn chặn gia tăng ô nhiễm chất dinh dưỡng với sự phát triển của các thành phố lớn.
5.1 Các yếu tố kiểm soát sự phân bố NH4+ trong tầng nông nước ngầm.

Nói chung, NH4+ được phát tán vào hệ thống nước ngầm qua bãi rác và bể tự hoại hoặc
nhà máy xử lý nước thải khác và được tạo ra qua phân hủy kỵ khí hữu cơ (Böhlke et al,
2006). Ngược lại, NH4+ được lấy ra hệ thống dưới mặt đất bởi thực vật, vi khuẩn chuyển đổi
(ví dụ, quá trình oxy hóa amoni kỵ khí, nitrifi hóa), và các phản ứng vật lý (ví dụ, hấp thụ
vào khoáng sản và amoniac bay hơi).
Quan sát các khu vực đô thị kết hợp với vùng trồng lúa và bãi triều cũ lẫn với vùng ngặp
(cấu trúc địa chất). Ví dụ, Jakarta, nơi có NO 3- cao hơn, NH4+ và NO3- tăng trong các khu đô
thị trên bãi triều (bảng 2, hình 7). Hơn nữa, NO 3-/ NH4+ ở Bangkok thấp hơn so với các vùng
đất ở Jakarta có thể do ảnh hưởng của cấu trúc địa chất ờ Jakarta cao hơn ở Bangkok.
Trong các khu vực thành phố, thiệt hại rò rỉ từ nước thải và ống nước thải là những yếu
tố có khả năng bổ sung và làm ô nhiễm nước ngầm (Lerner, 2002; Wak IDA và Lerner,
2005). Tỷ lệ rò rỉ ước tính (khối lượng rò rỉ với khối lượng nước cung cấp như một phần
trăm) và rò rỉ vào lòng đất (khối lượng rò rỉ hàng năm cho mỗi khu vực) là 35% và 480
mm/năm, 36% và 167 mm/năm và 46% và 250 mm/năm tại Bangkok, Metro Manila và
Jakarta, tương ứng (Yasuhara, 1998). Khối lượng này có thể đóng góp một lượng đáng kể

vào nước ngầm ở các thành phố lớn, trong đó nước mưa thâm nhập bị hạn chế do mặt đất trải
nhựa và tỷ lệ bốc hơi cao, đặc biệt là trong mùa khô. Ngược lại, tỷ lệ rò rỉ nước thải không rõ
ràng cho ba thành phố. Tuy nhiên, tỷ lệ có thể phù hợp với tình trạng cho các đường ống
nước, vì các điều kiện gây rò rỉ tương tự cho cả hai mạng: cắt bởi sụt lún hoặc động đất và
suy thoái qua thời gian. Do đó, một lượng lớn NH 4+ và nitơ hữu cơ có trong nước thải và
thậm chí phần nhỏ của NO3-trong nước cấp (tức là từ 30 đến 40 µM tại Bangkok và Jakarta)
có thể đóng góp một lượng đáng kể N vào nước ngầm bên dưới thành phố. Tương tự như
vậy, ở thủ đô Tokyo (mật độ dân số khoảng 4750/km 2 trên diện tích 6993 km2), NH4+ đã


được quan sát ở vùng đồng bằng phù sa thấp (lên đến 1800 µM) và tương ứng với các khu
vực mà ống cống đã xuống cấp(Kuroda et al., 2006).
Mặt khác, đất sét được trầm tích ở biển có độ xốp thấp là cơ sở để các đô thị vùng đồng
bằng và mặt đất được trãi nhựa đường có thể làm tăng tình trạng thiếu ôxy so với các khu
vực khô trên quạt núi lửa. Vì vậy, NH 4+ là thành phần chủ yếu trong vùng đô thị đất thấp do
sự mất mát có thể xảy ra của NO 3-thông qua quá trình khử nitơ và duy trì nhiều NH 4+ mà nó
không bị oxy hóa thành NO3-. Hơn nữa, con đường dị hóa giảm nitrat để tạo amoni (DNRA)
là một nguồn tiềm năng của NH4+ trong nước ngầm, mặc dù ít được biết về quá trình này
thực sự xảy ra trong dòng chảy nước ngầm và nguồn nước ngầm. Ngoài việc giảm NO 3- đến
N2 thông qua quá trình hô hấp khử nitơ và pyrite (FeS 2) theo định hướng quá trình khử nitơ
(Pauwels et al., 2000), NO3-có thể cũng giảm xuống còn NH 4+ thông qua quá trình oxy hóa
giảm sulfide tự do (H2S, S2-), có thể đồng thời ức chế quá trình hô hấp khử nitơ (xem xét
trong Burgin và Hamilton, 2007). Những sulfua tự do có thể dồi dào trong trầm tích - tạo ra
từ biển vì hydrogen sulfide (H2S) có nguồn gốc từ việc giảm vi khuẩn của nước biển sulfat
(SO42-) với nhiều chất hữu cơ (cho nhận điện tử) trên đáy biển thiếu ôxy, và kết tủa trong
hình thức FeS2 thông qua phản ứng với các khoáng chất ion (Berner và Raiswell, 1983). Vì
vậy, một số các NH4+ trong nước ngầm tại các bãi triều cũ có thể được giải thích bởi DNRA.
5.2 Các yếu tố kiểm soát sự phân bố NO3- trong tầng nông nước ngầm.

NO3- đi vào hệ thống ngầm thông qua một số con đường: trực tiếp thông qua các oxit nitơ

trong mưa, ngấm từ phân bón nitơ, bổ sung qua nước sông bị ô nhiễm NO3-, chuyển đổi vi
khuẩn từ NH4+ thông qua quá trình nitrat hóa trong điều kiện thiếu oxi, và đặc biệt là trong
khu vực thành phố, khu công nghiệp và mạng lưới thoát nước. Tương tự như NH 4+, NO3cũng bị mất từ hệ thống bên dưới bề mặt thông qua sự hấp thu bởi thực vật và chuyển đổi
của vi sinh vật (ví dụ, tự dưỡng và dị dưỡng khử nitơ), mặc dù nó không phải là chất loại bỏ
mà được hấp thụ vào thân.
Bởi vì cả hai δ15N và δ18O trong khả năng NO 3- nguồn đề cập ở trên có phạm vi cụ thể
của các giá trị theo quy trình tổng hợp NO3-, việc sử dụng các chất đồng vị giúp xác định
nguồn gốc của NO3- ô nhiễm trong nước ( Kendall, 1998). Ví dụ, phạm vi quan sát của δ15N
và δ18O đã được báo cáo là đối với nước mưa NO 3- (5 đến 10‰ và 18 đến 70‰, tương
ứng), phân bón NO3- (5 đến 8‰, 15 đến 25‰), các quá trình nitrat hóa của NH 4+ trong phân
bón (8 đến 5‰, 5 đến 15‰), nitơ đất (3 đến 8‰, 5 đến 15‰), và có nguồn gốc từ phân và
nước thải NO3- (0 đến 25 ‰, 5 đến 15‰) (Kendall, 1998; Singleton và cộng sự, 2007.).
Trong nghiên cứu này, các δ15N trong nguồn nitơ tiềm năng như một endmember tương ứng
đã không được phân tích trực tiếp. Tuy nhiên, các giá trị δ15N của "nguồn nước ngầm bị ô
nhiễm nhất" có thể được coi là gần nhất với giá trị ban đầu của các nguồn ô nhiễm, độc lập
sau đó pha trộn hoặc khử nitơ (ví dụ, Widory và cộng sự, 2005.) Mặt khác, các con sông
thường nhận được một lượng lớn nước thải thô hoặc được xử lý và bùn ướt và khô thông qua
hệ thống thoát nước, hào tưới trực tiếp. Sự thay đổi nhỏ giá trị δ15N và δ18O trong nước
sông quan sát trong nghiên cứu này có thể là do thời gian lưu lại ngắn, giảm thiểu tác động
của việc sử dụng tích cực của thực vật phù du và vi sinh vật trên các phân đoạn đồng vị. Do
đó, đồng vị ổn định (SI) là dấu hiệu cho nước sông có NO 3- có thể là một chỉ số hữu ích
trong việc tìm kiếm các dấu hiệu SI trong nguồn nitơ ban đầu. Như vậy, phạm vi bao gồm


các giá trị δ15N của "nguồn nước ngầm bị ô nhiễm nhất" và tất cả các nước sông được minh
họa trong một sơ đồ cho thấy mối quan hệ giữa [NO 3-] và các giá trị δ15N (Hình 9), và trong
δ15N nitrat -δ18O sơ đồ (Hình 8). Phạm vi dự kiến các giá trị δ15N và δ18O tương ứng của
NO3- trong nguồn ban đầu là 3,0 đến 8,6‰ và 4,0 đến 4,0 ‰ tại Bangkok, 6,0 đến 20,5‰ và
5,1 đến 7,8‰ ở Metro Manila, và 6,9 đến 18,2‰ và 5,9 đến 8,4‰ tại Jakarta. Các giá trị dự
kiến sẽ cho thấy sự đóng góp NO3- của nước thải có nguồn gốc từ nitơ ở Metro Manila và

Jakarta cao hơn tại Bangkok. Điều này đồng tình với khoảng khấu trừ của chúng tôi mà rò rỉ
từ hệ thống cống rãnh có thể là nguồn NH 4+ là chính sau đó được chuyển đổi thành NO 3-.
Ngược lại, các cao hơn dự kiến do NH4+ thông qua rò rỉ tại Bangkok có thể không được
chuyển đổi thành NO3- có lẽ do điều kiện thiếu ôxy mạnh mẽ với sulfua tự do dồi dào. Phân
tích δ15N của NH4+ sẽ sáng tỏ một số giả thuyết này (Böhlke et al., 2006).
Ở Indonesia, các khu vực nông nghiệp hữu cơ quản lý (tức là, các ứng dụng phân bón)
chiếm chỉ 0,09% diện tích trong năm 2003 (Takada et al, 2004) do Hồi giáo học thuyết (pers.
Dawn Lubis com.). Vì vậy, phân bón tổng hợp có thể là một yếu tố quan trọng giải thích
[NO3-] cao hơn đáng kể trong quan sát nước ngầm và nước sông xung quanh khu vực sân
khô trên quạt núi lửa. Mặc dù δ1N và δ18O là dấu hiệu đặc trưng cho phân bón NO 3- đã
không nhìn thấy trong nước ngầm tầng nông, làm giàu Cl -và SO42- (Hình 5c) có khả năng hỗ
trợ cho giả thuyết này, vì nó đã được báo cáo rằng Cl - thường tăng lên cùng với NO3- do bón
phân (Böhlke và Denver năm 1995;. Karr và cộng sự, 2001).
Ngoài ra, sự gia tăng các hợp chất nitơ trong khí quyển do các hoạt động của con người
ở Đông Nam Á có thể là một nguồn NO3-tiềm năng cho nước bề mặt và sau đó cho nước
ngầm trong khu vực siêu đô thị (Boring và cộng sự, 1988;. Streets và cộng sự, 2001,. 2003).
Tuy nhiên, không có mẫu nước thu thập được trong nghiên cứu này cho thấy giá trị δ18O rõ
ràng cao hơn, đó là một đặc tính cụ thể của khí quyển NO3- (ví dụ, 49,6 ‰ cho lượng mưa;
M15) (Hình 8). Sự đóng góp của lắng đọng ướt và khô để NO3-lắng đọng trong nước mặt và
nước dưới bề mặt có thể tăng trong mùa mưa và sau mùa mưa (Campbell et al., 2002).
5.3 Sự suy giảm NO3- trong hệ thống nước ngầm.

Mặc dù mật độ dân số củacác thành phố lớn ở Đông Nam Á cao, chất dinh dưỡng đã
được quan sát thấy trong nguồn nước ngầm và nước sông ít ô nhiễm so với các thành phố lớn
ở Châu Á như Seoul, Hàn Quốc, và Tokyo, Nhật Bản (Lee và cộng sự, 2003; Kuroda et al.,
2006. Một trong những lý do có thể là bình quân tiêu thụ đầu người và phân bón ứng dụng
cho mỗi đơn vị diện tích đất nông nghiệp, nói chung là tương quan với các mỗi bình quân
đầu người GDP, trong ba thành phố lớn ở Đông Nam Á nhỏ hơn so với các nước Đông Á
(Hình 10) (Shindo et al., 2003, 2006). Từ quan điểm của suy giảm NO 3- trong hệ thống nước,
các hoạt động của vi sinh vật (ví dụ, khử nitơ) và kết hợp với lượng nước khác có chứa chất

dinh dưỡng thấp nó cũng có lợi để xem xét các đặc trưng cụ thể cho thành phố.
Sử dụng kết hợp δ15N và δ18O trong NO3- (một phương pháp tiếp cận đồng vị kép) cung
cấp thông tin về sự xuất hiện của quá trình khử nitơ trong các tầng ngậm nước vì cả hai đồng
vị nặng (15N và 18O) phản ứng chậm hơn trong quá trình khử enzyme trung gian, dẫn đến
gia tăng dần dần các đồng vị nặng hơn trong NO 3- như quá trình khử nitơ. Quan sát
δ18O/δ15N trong hệ thống nước ngầm tại Metro Manila (0.54, Hình.8a) và Jakarta (0.47,


hình 8c.) gần với giá trị lý thuyết (0.51) dự kiến trong quá trình khử nitơ (Chen và
MacQuarrie, 2005) và đều nằm trong phạm vi giá trị báo cáo của các nghiên cứu trong lĩnh
vực khác (xem xét trong Kendall, 1998; Chen và MacQuarrie năm 2005; Singleton và cộng
al., 2007). Vì vậy, quá trình khử nitơ dường như xảy ra ở khắp mọi nơi trong Manila và
Jakarta, trong khi tại Bangkok thì không do sự triệt tiêu NO 3-. Vì tỷ lệ khử phụ thuộc vào
nhiệt độ và các chất hữu cơ (Volokita et al., 1996) quá trình khử nitơ có thể xảy ra tích cực ở
các thành phố nằm trong vùng nhiệt đới. Hơn nữa, sự gia tăng NO 3--δ15N theo cấp số nhân
tương ứng với giảm [NO3-] (nói cách khác, sự gia tăng NO3 - δ15N tuyến tính tương ứng với
mức giảm logarit [NO3-]) dọc theo dòng chảy nước ngầm là bằng chứng về giảm nitrat do
quá trình khử nitơ (xem xét trong Kendall, 1998; Pauwels và cộng sự, 2000; Widory và cộng
sự, 2004, 2005; Singleton và cộng sự, 2007). Trong các thành phố lớn của nghiên cứu này,
mức áp lực nước không tuân theo bề mặt địa hình và phức tạp, đầu tiên bởi vì nó được hạ
thấp cục bộ do bơm, và thứ hai là các cấu trúc ngầm và các hoạt động đứt gãy có thể ngắt kết
nối dòng chảy nước ngầm (DGWRD Báo cáo năm 1994; CEST báo cáo năm 2004; Phiênwej và cộng sự, 2006). Vì vậy, rất khó để phân biệt các tác dụng cụ thể của trong phân đoạn
đồng vị tại chỗ (ε) trên NO 3- giá trị δ15N từ sự thay đổi trong [NO 3-] và giá trị δ15N của nó
dọc theo dòng nước ngầm. Trên sơ đồ cho thấy mối quan hệ giữa [NO 3-] và δ15N tương ứng
(Hình 9), sự thay đổi về mặt lý thuyết trong δ15N trong các hoạt động khử NO 3- sau còn lại
với phân đoạn đồng vị (ε = -3.0) tạm thời được vẽ với các đường chấm chấm. Do đó, một số
mối quan hệ giữa NO3- δ15N và [NO3-] cho hai hoặc ba vị trí liền kề dường như nằm trên
cùng một đường (ví dụ, M16-M17-M18, J30-J20, J23-J28, J27-J29, J13-J39-J21, J13 và J57J40), gợi ý rằng ít nhất họ có nguồn N tương tự với δ15N và tải lượng N, và đã trải qua quá
trình khử nitơ ở những mức độ khác nhau.
Các dòng chảy rò rỉ đáng kể từ việc cung cấp nước, trong đó có một lượng [NO 3-] thấp

hơn nước ngầm, có thể pha loãng nước bị ô nhiễm (Wakida và Lerner, 2005). Hơn nữa, theo
dòng chảy pha trộn giữa nước nông giàu NO3- và nước sâu ít NO3- cũng có thể giảm [NO3-]
(Kendall, 1998; Widory và cộng sự, 2004.). Các đường hyperbol màu vẽ các δ15N-[ NO 3-]
sơ đồ (hình 9) cho thấy dòng chảy pha trộn giữa nước ngầm có [NO 3-] cao và nước rò rỉ có
[NO3-] thấp hoặc nước ngầm sâu. Liên quan đến các giá trị δ15N quan sát trong khu vực khô
ngoại thành (phân loại I, hình. 9c), sẽ là hợp lý hơn để giải thích giá trị của họ là kết quả của
quá trình khử nitơ của NO3- ban đầu có giá trị δ15N thấp hơn vì tìm năng tồn tại nguồn N,
phân bón N, thường có giá trị δ15N thấp (- 8 ‰ đến + 5 ‰).
Ngược lại, giá trị quan sát trong khu vực đô thị (phân loại II, hình. 9c) có thể giải thích
như là kết quả của sự pha trộn giữa nước có nguồn gốc từ nước thải (phân loại III, hình. 9c)
và nước rò rỉ. Các cuộc điều tra tiếp tục kết hợp các chỉ tiêu độc lập khác để làm rõ nguồn
gốc N và quá trình vận chuyển N.


VI. Kết luận
Các cuộc điều tra kết hợp giám sát chất dinh dưỡng trên khu vực rộng dựa trên GIS và
phân tích nitrat δ15N và δ18O có trong các chất thải của con người bị rò rỉ qua các khe hở
của hệ thống thoát nước là một nguồn chính của chất gây ô nhiễm dinh dưỡng trong đô thị
Metro Manila và Jakarta. Ngoài ra, đất nông nghiệp ở khu vực ngoại ô thủ đô Jakarta (khu
vực khô) và Bangkok (khu vực lúa) gây ra sự khác biệt rõ rệt về NO 3- và hệ thống dòng chảy
mặt thiếu ôxy kết hợp với cấu trúc địa chất (ví dụ đồng bằng thủy triều cũ tại Bangkok) và
lớp bề mặt có chức năng đệm cho sự nhiễm bẩn NO3- do hoạt động khử nitơ và ít nitrat hóa.
Do đó, chất ô nhiễm NO3- và NH4+ trong nước ngầm được quan sát thấy ở những thành phố
lớn đang phát triển ở Đông Nam Á không vượt quá nồng độ tối đa cho phép đối với con
người, mặc dù nồng độ vượt quá mức nền tự nhiên. Tuy nhiên, sự gia tăng tải lượng N cùng
với sự gia tăng GDP bình quân đầu người trong những thành phố phát triển có khả năng sẽ
gây ra một mối đe dọa trong tương lai gần. Chúng ta cần phải tiến hành giám sát liên tục và
quản lý ở đây, xem xét những ảnh hưởng của sự khác biệt văn hóa (ví dụ, mức tiêu thụ sản
phẩm động vật ở Indonesia thấp) đến ô nhiễm đạm trong hệ thống nước. Việc chia sẻ nghiên
cứu và kinh nghiệm trong từng lĩnh vực sẽ đóng góp vào sự phát triển bền vững của các

nước đang phát triển, giảm thiểu rủi ro môi trường đến sức khỏe.