(Luận văn thạc sĩ) khảo sát sự phân bố của một số thành phần hóa học trong nước ngầm khu vực đông nam hà nội

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƢ̣ NHIÊN
-----------------------

Bùi Văn Minh

KHẢO SÁT SỰ PHÂN BỐ CỦA MỘT SỐ THÀNH PHẦN
HĨA HỌC TRONG NƢỚC NGẦM KHU VỰC
ĐƠNG NAM HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƢ̣ NHIÊN
-----------------------

Bùi Văn Minh

KHẢO SÁT SỰ PHÂN BỐ CỦA MỘT SỐ THÀNH PHẦN
HĨA HỌC TRONG NƢỚC NGẦM KHU VỰC
ĐƠNG NAM HÀ NỘI

Chuyên ngành: Khoa học Môi trƣờng
Mã số: 60440301

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS. Phạm Thị Kim Trang

Hà Nội - 2015


LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn TS. Phạm Thị Kim
Trang đã giao đề tài và tận tình giúp đỡ, truyền đạt kiến thức để em hoàn thành
luận văn này.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS. Phạm Hùng Việt và ThS. Vi
Thị Mai Lan đã tận tụy hướng dẫn và truyền đạt lại cho em những kiến thức bổ ích
trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu.
Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới GS.TS. Benjamin Bostick (trường Đại
học Tổng hợp Columbia, Mỹ), 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.
Em xin cảm ơn các anh chị và các bạn trong nhóm nghiên cứu kim loại nặng
đã nhiệt tình giúp đỡ em trong suốt quá trình làm việc và 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 KHTN – 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 sau này.
Xin được cảm ơn sự hỗ trợ về kinh phí của đề tài hợp tác giữa trường Đại
học Tổng hợp Columbia, Mỹ với Trung tâm nghiên cứu Công nghệ Môi trường và
Phát triển Bền vững, trường Đại học Khoa học Tự nhiên về vấn đề “Đánh giá sự
bền vững của các nguồn nước ngầm: kết hợp giữa đào tạo và nghiên cứu (PEER
Grant 544)” tại Việt Nam.
Học viên: Bùi Văn Minh

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 phịng 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

i

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

ii


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. Ơ nhiễm asen trong nước giếng khoan tại đồng bằng sơng Hồng ............21
Hình 2.1. Sơ đồ các điểm lấy mẫu khu vực phía Đơng Nam Hà Nội .......................25
Hình 2.2. Đo các giá trị DO, Eh, Ec, T0, 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 phịng 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 Đơng 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 Đơng Nam Hà Nội .............................................. Error! Bookmark not defined.
Hình 3.5. Biểu đồ surfer biểu diễn phân bố As, Fe, Mn, PO4 trong nước ngầm khu
vực Đơng 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

iii


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT
Asen

: As

Amoni

: NH4

Ascorbic

: C6H8O4

Ascorbate

: C6H7NaO6

Axit formic

: HCOOH

Amonium oxalate

: (NH4)2C2O4

As (T)

: Asen tổng

DOC

: Cacbon hữu cơ hòa tan

Fe (T)

: Sắt tổng

GC – 2014

: Sắc kí khí

TOC

: Tổng cacbon hữu cơ hịa tan

UV-Vis

: Quang phổ hấp thụ phân tử
vùng tử ngoại và khả kiến

WHO

: Tổ chức y tế thế giới

iv


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 ơ 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 mơi trường trên tồn 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 khơng 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 khơng 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 ơ 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
m3 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

1


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 Đơng 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 cơng 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
Đơng 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, HCO3-,
Cl, SO42-, NO3- 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, PO43-, NH4+,
DOC, từ đó nhận xét về hiện trạng và nguyên nhân liên quan đến sự hình
thành các ơ 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.

2


Chƣơng 1 - TỔNG QUAN
1.1.

Mợt sớ q trình thành 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 hố lý phức
tạp, ln 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 hồ 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 ngun 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 ngun 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]

3


Một số loại mơi trường thủy địa hóa để tạo thành thành phần hóa học của nước
ngầm là: mơi trường oxy hóa, mơi trường khử và mơi trường biến chất.
Mơi trường oxy hóa đặc trưng cho các khí hịa tan chủ yếu có nguồn gốc khí
quyển: N2, O2, CO2, 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 mơi 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: Eh = + 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: Eh = +
1000 mV khi pH < 3 và hàm lượng oxy tự do lớn nhất khoảng 5 mg/L [8]. Mơi
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 mơi trường oxy hóa thường có độ khống
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: CH4, CO2,
cacbuahydro nặng, N2, H2S, H2. Đó là sản phẩm của các q trình sinh hóa (bởi vi
sinh vật). Ngược lại với mơi trường oxy hóa, trong mơi trường khử hàm lượng của
H2S trong nước dưới đất tỷ lệ nghịch với độ Eh. Cần chú ý rằng sự chuyển tiếp từ
mơi trường oxy hóa sang mơi trường khử thì xảy ra từ từ. Tùy theo hàm lượng của
H2S mà suy ra: môi trường khử yếu (hàm lượng H2S = 7–10 mg/L, Eh

0 mV),

mơi trường khử trung bình và môi trường khử mạnh. Giữa các môi trường này
thường dùng tổng hàm lượng H2S + HS– bằng 50 mg/L làm ranh giới; hàm lượng
H2S này tương ứng với độ pH từ 5,5–8,5; Eh

150 mV.

Mơi trường biến chất do sự có mặt của các khí có nguồn gốc biến chất: O2, H2S,
H2, CH4, CO2, N2, HCl, HF, NH3, SO2. 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

4


thường được bão hịa khí CO2. Các khí có nguồn gốc biến chất thường dịch chuyển
trong các miền phát triển mơi trường khử và thậm chí cả trong mơi trường oxy hóa.
Các q trình hình thành các thành phần hố học trong nước xảy ra rất phức
tạp, tuỳ thuộc vào lịch sử phát triển địa chất của từng khu vực nhất định, các q
trình này rất đa dạng có thể xảy ra đồng thời hoặc kế tiếp nhau. Có thể tóm tắt
những q trình chính có ý nghĩa quyết định sau:[8].
Q trình rửa, lũa và hồ tan

Rửa lũa là q trình chuyển vào dung dịch một nguyên tố hay thành phần nào
đó từ các khống vật mà khơng làm phá huỷ mạng tinh thể của chúng. Cịn hồ tan
là q trình chuyển vào dung dịch các nguyên tố hay thành phần của các khống vật
nhưng có sự phá huỷ hồn tồn mạng tinh thể của chúng. Hai q 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,
Na2SO4, MgSO4, CaSO4, 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
q trình hịa tan và rửa lũa sẽ tạo nên nước có thành phần cloruanatri. Nếu đá có
chứa Na2SO4.10H2O thì nước có thành phần sunfat natri. Đá có chứa CaSO4.2H2O
là nước sunfat canxi. Đối với đá macma, q trình rửa lũa xảy ra rất khó khăn,
chúng phải trải qua q trình phong hóa hóa học phức tạp và lâu dài. Còn trong
những vùng chứa các đá khống hóa sunfua, dưới tác dụng của nước có hịa tan oxy
sẽ xảy ra oxy hóa khống tạo ra các sunfat kim loại, độ pH của nước giảm xuống
(từ 6,9 đến 2,9) đồng thời tăng hàm lượng SO42-, Fe2+, Cu2+ và các kim loại khác
vào nước.
Quá trình rửa lũa thường xảy ra đồng thời với quá trình khác như q trình hỗn
hợp nước, lắng đọng muối, cơ đặc khuếch tán, trao đổi các cation và vi sinh vật.
Quá trình hỗn hợp nước
Sự hỗn hợp các loại nước có độ khống hóa khác nhau và thành phần hóa học
khơng 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 q trình hố lý phức tạp chúng có

5


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. Q 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 thốt
khí do biến đổi từ dạng hoà tan thành dạng tự do và lắng đọng trầm tích.
Ca(HCO3)2 = CaCO3↓ + H2O + CO2↑
hoặc

Mg(HCO3)2 = MgCO3↓ + H2O + CO2↑

Quá trình lắng đọng muối xảy ra cho đến khi đạt được cân bằng thủy địa hóa mới.
Q trình cơ đặc nước
Q trình cơ 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 cơ đặc của nó, những chỉ tiêu này phụ thuộc
vào thành phần và thứ tự các muối khống lắng đọng trong kết tủa.
Hiện tượng cơ đặc nước trực tiếp xảy ra ở những khu vực có khí hậu khơ với
những tầng nước ngầm nơng (nhỏ hơn 3m) hoặc có thể gây ra bởi q trình hơ 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.
Q trình khuếch tán
Là q trình dịch chuyển vật chất về mơi 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

6


chất ion và nồng độ các ion trong dung dịch. Các ion Ca2+, Mg2+, K+, Na+, H+,
NH4+… là những ion có khả năng trao đổi cation. Trong đó, số lượng cation trao đổi
lớn nhất là Ca2+, Mg2+, 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 khống 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 vơ 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 mơi trường của khu vực đó. Sinh vật có thể tạo ra các mơi trường có tính
oxy hóa–khử rất khác nhau như mơi trường khử mạnh, ơxi hố mạnh, khử yếu, ơxi
hố yếu hay vừa khử vừa ơxi hố. 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 lồi 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.

7


Ngồi những q trình đa dạng đã nêu trên cịn có q trình macma, biến chất,
khử hydrat của khống vật, hydrat hóa các khống vật… cũng có vai trị 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.

Thành phần hóa học cơ bản của nƣớc ngầm
Nước ngầm là một hệ thống hố lý phức tạp, ln 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 hồ 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–, SO42–, HCO3–, CO32–, Na+, Ca2+, Mg2+, cùng với đó là một số các hợp chất
khác của N, K, Si, Fe, Al và một số chất khí hồ tan: O2, CO2, H2S, H2, CH4, N2 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+, Mg2+, Ca2+) và 4 anion chính (Cl-,
HCO3-, SO42-, NO3-). Các chỉ tiêu này dễ bị thay đổi về nồng độ nhưng là những

thơng số chính để đánh giá thành phần cơ bản nhất của nước ngầm [20]
Nhìn chung, các yếu tố nhiệt độ (to), 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. Thơng
thường nhiệt độ tăng lên thì tốc độ khuếch tán, mức độ hòa tan của các muối tăng
lên và độ hịa tan khí trong nước giảm đi. Trong điều kiện Việt Nam, nhiệt độ
thường biến đổi trong phạm vi từ 18-200C đến 26-280C [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 vơ cơ hịa 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].

8


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 khơng 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- khơng được
q 250mg/l [1]
SO42- cũng tương đối phổ biến trong nước dưới đất, nhất là trong nước khống
hóa yếu. Hàm lượng của nó bị giới hạn khi có mặt của Ca2+ vì tạo kết tủa CaSO4.
SO42- tích tụ trong nước do sự hồ tan thạch cao, anhydrit, sự ơxy hố các hợp chất

lưu huỳnh, các khoáng vật sunfua khác [8]. Theo Quy chuẩn của bộ y tế thì hàm
lượng SO42- trong nước ăn khơng q 250 mg/l [3] cịn theo Quy chuẩn kỹ thuật
quốc gia về chất lượng nước ngầm thì hàm lượng này không quá 400mg/l [1].
Các ion HCO3-, CO32- phân bố phổ biến trong nước nhạt và nước hơi mặn dưới
đất, đặc biệt là hàm lượng HCO3- 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
HCO3- có trong nước dưới đất chủ yếu do sự rửa lũa đá vôi, đolômit, đá sét vôi khi
trong nước có khí CO2. Cịn ion CO32- rất ít tồn tại trong nước ngầm hoặc tồn tại chỉ
với lượng rất nhỏ so với ion HCO3-, vì vậy khi nghiên cứu nước ngầm người ta
thường quan tâm chủ yếu là hàm lượng HCO3- [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 hịa 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 q trình tạo khống 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 q trình phong hóa đá xâm nhập và do các khống
vật có chứa kali, sự hịa tan muối kali.

9


Mg2+ 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 khống vật
chứa Mg và rửa lũa Dolomit.
Ion Ca2+ thường gặp trong nước ngầm với các độ khống hóa khác nhau. Nó
thường tạo nên các hợp chất với ion cacbonat hoặc ion sunfat và với ion clo. Sự có
mặt của Ca2+ trong nước ngầm là do q 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 cịn 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 (NO2-) phân bố rộng rãi nhưng với hàm lượng
nhỏ, được tạo thành do ơxy hố các hợp chất amơniac, sự phân huỷ các hợp chất
hữu cơ hoặc do sự khử nitrat. Nitrat (NO3-) có mặt trong nước ngầm chứng tỏ sự
ơxy hố hồn tồn 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 NO3- cho phép trong nước ăn không quá 50 mg/l
[3] trong nước ngầm không quá 15 mg/l [1]. Cịn NH4+ (amơn) được tạo thành do
các q trình hố học và sinh hố, 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 hồ tan các khống 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 Fe2+, Fe3+, các hợp chất này
không bền khi gặp ôxy sẽ chuyển thành các hydrơxit 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 khơng thể sử dụng để sản xuất [8]. Trong nước ăn uống, tổng
hàm lượng sắt cho phép nhỏ hơn 0,3 mg/l [3], cịn trong nước ngầm thì hàm lượng
này không quá 5 mg/l [1]

10


Các yếu tố vi lượng và khí hịa tan trong nước khơng quyết định kiểu hố học
nhưng ảnh hưởng rất lớn đến tính chất đặc trưng cho thành phần của nước. Do nước
ngầm thường nghèo oxi và giàu CO2 hơn nước mặt, vì vậy có thể gặp nhiều trường

hợp nước ngầm có mơi 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 một số thành 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 (NH4)

mg/l

3

0,1

5

Flo (F)

mg/l

1,5

1

Bên cạnh đó, cịn có hàm lượng nhỏ các khí như: CH4, H2S, 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. Ngồi ra trong nước ngầm cịn có các ngun 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 đơi khi trong thực tế cũng có
thể gặp các vi nguyên tố có hàm lượng lớn nhiều lần so với quy định [9]

11


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 trị quan
trọng đối với con người. Qua đó cũng đã quy định được mức độ giới hạn của một số
thơng 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 đối với một số thành phần nƣớc ́ng và sự đóng góp của

nƣớc ́ng cho lƣợng đi vào của các ngun tớ dinh dƣỡng
Sự đóng góp vào

Nồng độ tối đa

phần

lượng khống
cần thiết (%)

cho phép
(mg/ L)

Ghi chú

Mg2+

3–10

50

Mg/SO4 bệnh tiêu chảy

Na+

1–4

200

2–15

250

Có vị, an tồn khi < 600 mg/L

250

bệnh tiêu chảy

50

bệnh da xanh ở trẻ nhỏ

Thành

–

Cl

SO42
NO3
NO2

-

–
–

0,5

PO43–

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
Al

0,01
.....

axit hóa/Al–tạo kết tủa bông

0,2

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

12


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
khơng hồn tồn 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 khơng 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 ngun 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 và 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, ơ 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 ơ nhiễm nghiêm trọng.
Nguy cơ ơ 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 cơng nghiệp, sinh hoạt và việc
dùng phân hóa học, thuốc trừ sâu q nhiều trong nơng nghiệp. Bên cạnh đó là việc

13

khai thác nước ngầm quá mức cũng làm tăng quá trình xâm nhập các chất ơ 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-lađét có chứa nồng độ As hơn 50 µg/L. Vùng bị ảnh hưởng xấu nhất là Đơng 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]

14


Khơng những thế, trong nghiên cứu của ơng, ngồi As các nguyên tố khác
cũng được phát hiện với hàm lượng cao: Fe (> 0,2 mg/L), Mn (> 0,5 mg/L),
HCO3- (> 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, NO3–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, NO3–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 NO3–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 hồng
thổ, trẻ và dịng 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 q trình thủy văn và
sinh địa hóa ảnh hưởng đến nồng độ hịa tan cũng như q trình linh động của các
kim loại trong tầng Holocen cũng đã cho thấy nồng độ As hịa tan thay đổi theo
khơng 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 mơi trường khử với
nồng độ O2 không đáng kể và nồng độ Fe (II), NH4+, C hữu cơ hịa tan cao. Ở mơi
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

15


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 NH4+ (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 NH4+,

DOC được xem như là một bằng chứng cho thấy có sự khử hịa tan các khống 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 nơng lưu vực Hetao (vùng Nội Mơng). 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), HCO3- (cao nhất đạt 1600 mg/L), P (đạt tới 3,54 mg/L) và S2- (cao nhất đạt
0,12 mg/L), đồng thời nồng độ của NO3- và SO42- thấp. Nồng độ SO42- thấp đi kèm
với nồng độ S2- cao chứng tỏ rằng sự khử SO42- đã xảy ra [25]. Như vậy có thể
khẳng định mức độ ơ nhiễm kim loại nặng trong nước ngầm ở khu vực này đang ở
mức cao.
Nước ngầm cịn có nguy cơ ơ 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 cơng 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
chơn lấp, ngấm theo dịng nước mưa, theo thời gian chúng sẽ được tích lũy và phân
hủy, hịa 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 nơng nghiệp. Kết quả là
nước ngầm nhiễm NH4+, UAN ngày càng nặng nề hơn. Nguồn nước bị ô nhiễm như

16


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 dịng chảy ngầm. Ở các vùng nơng 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 NH4+, 89 mg/l Urê, ở Minnesota có tới 102 mg/l
NH4+, 85 mg/l Urê, cịn ở Texas có 69 mg/l NH4+ 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 ơ nhiễm của nước, trong đó có hiện tượng phú dưỡng. Ví dụ,
amoniac ở nồng độ thấp cực kỳ độc hại cho cá. NH4+ trong nước ngầm cũng có thể
được chuyển hóa thành NO3- , 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 dịng 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

17


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 NH4+ là 108 mg/l, DOC cũng lên đến 3,6 mgC/l;
còn ở Thiên Tân NH4+ 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 ơ 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 mơi
trường [31]
Ngồi các nguy cơ trên nước ngầm cịn 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

18