Tài liệu Nghiên cứu sự phân bố của As trong tầng Holocene Nam Dư, Hà Nội

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ----------------------- Cao Thị Mai Trang Nghiên cứu sự phân bố của As trong tầng Holocene tại Nam Dư, Hà Nội LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ----------------------- Cao Thị Mai Trang Nghiên cứu sự phân bố của As trong tầng Holocene tại Nam Dư, Hà Nội Chuyên ngành: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Mã số: 60.85.02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TS. Phạm Hùng Việt Hà Nội - 2011 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN 2 1.1. Đặc điểm địa hóa của trầm tích chứa nước ngầm đồng bằng châu thổ sông Hồng, Việt Nam 1.2. Ô nhiễm As trong nước ngầm tầng Holocene 3 11 1.2.1. Ô nhiễm As nước ngầm tầng Holocene trên thế giới 11 1.2.2. Ô nhiễm As trong tầng chứa nước Holocene ở Việt Nam 16 1.3. Sự phân bố của As trên trầm tích 21 1.4. Các giả thiết về sự phân bố và giải phóng As từ trầm tích ra nước ngầm 27 1.4.1. Giả thuyết về cơ chế giải phóng As trong điều kiện khử 27 1.4.2. Các giả thiết khác về cơ chế giải phóng As từ trầm tích ra nước ngầm 30 1.4.3. Sự lưu chuyển của các dòng nước ngầm theo thời gian 31 CHƯƠNG 2 – ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35 2.1. Địa điểm và thời gian nghiên cứu 35 2.2. Đối tượng nghiên cứu 36 2.3. Phương pháp nghiên cứu 37 2.3.1. Phương pháp lấy mẫu 37 2.3.2. Phương pháp phân tích hóa học 43 2.3.3. Phương pháp chiết trầm tích 43 2.3.4. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất 45 2.3.5. Phương pháp xử lí số liệu 47 72 CHƯƠNG 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 48 3.1. Sự phân bố của As và mối quan hệ As và một số thành phần hóa học khác trong nước ngầm 48 3.2. Sự phân bố của As trong trầm tích tầng Holocene 58 KẾT LUẬN 66 KHUYẾN NGHỊ 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 Phụ lục 1: Bảng số liệu kết quả phân tích các mẫu nước ngầm 72 Phụ lục 2: Bảng số liệu kết quả thí nghiệm trầm tích 74 Phụ lục 3: Một số hình ảnh thực nghiệm 75 73 DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG Hình số Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 1. 7 Hình 1. 8 Hình 1.9 Hình 1.10 Hình1. 11 Nội dung Trang Giản đồ địa tầng học kỉ đệ tứ vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng 5 Cát hạt mịn phân lớp mỏng lẫn bột tướng aluvi, tầng chứa nước Holocene ở lỗ khoan VP2, Hà Nội (6,9‐7,2 m) 6 Cát thô Pleistocene muộn tướng sông suối ở lỗ khoan VP2, Hà Nội (28‐28,3 m) 8 Cát, sỏi thô Pleistocene muộn tướng sông suối ở lỗ khoan VP2, Hà Nội (39.2‐41,2m) 8 Sỏi, cuội Pleisticenen sớm tướng sông ở lỗ khoan VP2, Hà Nội (55‐57 m) 8 Sét bột và sét phong hóa loang lổ nguồn gốc biển ở lỗ khoan VP1, Hà nội (13‐13.74 m) 8 Sét, sét bột (silty clay) giàu vật chất hữu cơ tướng đầm lầy ở lỗ khoan VP2, Hà (0.95‐1.0m) 8 Cửa sổ địa chất thủy văn giữa tầng chứa nước Pleistocene và tầng chứa nước Holocene ở vùng Hà Nội 10 Bản đồ phân bố của As trong nước ngầm ở các giếng có độ sâu <150m vùng Băng-la-đét 12 Bản đồ bốn đồng bằng châu thổ rộng lớn được bồi lấp từ các con sông bắt nguồn từ dãy núi Himalayas 12 Sự phân bố của As trong nước ngầm theo độ sâu ở năm nước vùng Nam và Đông Nam Á 14 Bản đồ phân bố nồng độ As trong nước giếng khoan tại Hình 1.12 đồng bằng sông Hồng, các mẫu được thu thập từ năm 2005 18 – 2007 Hình 1.13 Độ sâu của các giếng lấy mẫu có nồng độ As được biễu diễn trên hình 1.12 18 Tương quan giữa hàm lượng As và Fe trong bộ hàng trăm Hình 1.14 mẫu thu thập từ ba nước Băng-la-đét, Căm-pu-chia và Việt 23 Nam được thực hiện với các phương pháp chiết khác nhau Hình 1.15 Hình 1.16 Sơ đồ biểu diễn quá trình oxy hóa các chất hữu cơ 28 Màu sắc của cát trong các tầng chứa nước là một chỉ thị hữu 30 dụng về trạng thái oxi hóa khử Sự tăng nồng độ As khi diện tích bề mặt của HFO giảm Hình 1.17 xuống từ giá trị ban đầu là 600 m2/g dưới điều kiện hệ thống 31 kín Hình 1.18 Hình 2.1 Hình vẽ minh họa cơ chế lọc thấm bờ 33 Khu vực nghiên cứu Nam Dư trên bản đồ và ảnh chụp từ vệ 35 tinh Hình 2.2 Ảnh chụp thiết bị drive-point piezometer 37 Hình 2.3 Sơ đồ vị trí bãi giếng 38 Hình 2.4 Lấy mẫu ở độ sâu cụ thể dùng ống lọc ngắn 38 Hình 2.5 Ảnh chụp một số giếng ở vị trí nghiên cứu 39 Hình 2.6 Hình 2.7 Bộ lấy mẫu theo dòng chảy và máy đo các thông số hiện 40 trường Sử dụng khí ni tơ để tạo môi trường không có oxi phục vụ 41 lấy mẫu Hình 2.8 Vị trí điểm lấy mẫu trầm tích (ảnh chụp từ vệ tinh) 41 Hình 2.9 Qui trình lấy mẫu 42 Hình 2.10 Bảo quản mẫu trầm tích trong tủ lạnh sâu 42 Hình 2.11 Qui trình chiết trầm tích 45 Hình 3.1 Hình 3.2 Biểu đồ Piper biểu diễn nồng độ % theo meq/L của các cation và anion chính trong nước ngầm 49 Sự phân bố As trong nước ngầm theo độ sâu 50 - Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 2+ Sự phân bố của O2, NO3 , Mn và Fe trong nước ngầm theo 51 độ sâu Chuỗi phản ứng oxi hóa khử kinh điển a- Tương quan giữa hàm lượng sắt tổng với dạng khử Fe 53 2+ 54 b - Tương quan giữa hàm lượng As tổng và dạng khử As(III) Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 a – Tương quan giữa hàm lượng As(III) với hàm lượng Mn b – Tương quan giữa hàm lượng As (III) với hàm lượng Fe2+ 54 a – Tương quan giữa hàm lượng NH4 với hàm lượng Fe2+ b – Tương quan giữa hàm lượng NH4 với hàm lượng As(III) 56 Tương quan giữa hàm lượng Fe2+ và PO43- trong nước ngầm 56 Hình 3.9 Hình 3.10 Hình 3.11 Hình 3.12 Hình 3.13 Chỉ số bão hòa của siderite (FeCO3) và vivianite (Fe3(PO4)2.8H2O) trong nước ngầm khu vực khảo sát. 58 Chỉ số bão hòa của Rhodochrosite (MnCO3) trong nước ngầm khu vực khảo sát 58 Hình vẽ minh họa sự xuất hiện ô nhiễm As ở tầng Pleistocene 59 Phân bố As và Fe theo độ sâu và tỉ lệ % từng dạng As, Fe trong trầm tích tầng chứa nước Holocene tại Nam Dư 61 Sự phân bố của As và Fe trên pha sắt tinh thể theo chiều sâu 65 Hình 3.14 Bảng 2.1 Ảnh chụp màu sắc và cấu trúc thạch học của 10 mẫu trầm tích sử dụng nghiên cứu Các mẫu nước ngầm và mẫu trầm tích tại Nam Dư. 66 36 MỞ ĐẦU Khai thác nước sông sử dụng kĩ thuật lọc thấm bờ là một biện pháp đang được áp dụng tại Nam Dư thuộc quận Hoàng Mai, Hà Nội. Lọc thấm bờ là quá trình nước mặt thấm qua đáy sông, hồ, các lớp trầm tích và đi vào tầng ngậm nước gần kề một cách tự nhiên. Và nếu chúng ta xây dựng một hệ thống bơm gần các sông hồ, sẽ tạo ra quá trình thấm cưỡng bức do sự thăng giáng về thủy lực giữa nước ngầm và nước sông. Hệ lọc tự nhiên là tốt vì có thể hạn chế quá trình xử lý thứ cấp nhưng nếu chứa các chất ô nhiễm khó lọc bằng mặt cơ học thì sẽ xảy ra nguy cơ lan truyền ô nhiễm trong toàn bộ tầng chứa nước ngầm cạnh đó. Nhà máy nước Nam Dư khai thác nước ngầm ở tầng chứa nước nằm ven sông Hồng để lợi dụng sự thấm lọc bờ cưỡng bức. Nước sông ở đây chảy qua các lớp trầm tích gần kề trong đó có tầng Holocene. Tuy nhiên, theo các nghiên cứu mới nhất thì tầng trầm tích trẻ Holocene ở các vùng đồng bằng châu thổ có rất nhiều tiềm năng ô nhiễm As. Vậy thì sau một thời gian lượng As này sẽ bị rửa trôi khỏi tầng ngậm nước này và đi vào các tầng chứa nước phía dưới. Từ thực tế đó, tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu sự phân bố của As trong tầng Holocene tại Nam Dƣ, Hà Nội” để làm luận văn của mình nhằm kiểm tra sự có mặt của As tại tầng Holocene ở Nam Dư. Các nội dung nghiên cứu sau đã được tiến hành: 1. Nghiên cứu sự phân bố của As và mối quan hệ của nó với một số thành phần hóa học khác trong nƣớc ngầm 2. Nghiên cứu sự phân bố của As trong trầm tích tầng Holocene 3. Góp phần tìm hiểu nguy cơ lan truyền As từ tầng Holocene xuống tầng Pleistocene dƣới tác động của khai thác nƣớc ngầm. Luận văn này là một phần của công trình nghiên cứu về sự lan truyền As giữa tầng Holocene và tầng Pleistocene của dự án hợp tác quốc tế “Nghiên cứu sự ô nhiễm As trong nước ngầm tại đồng bằng châu thổ sông Hồng ở Việt Nam - VietAs 1 Danida” giữa Việt Nam và Đan Mạch (http://vietas.er.dtu.dk/index). Các kết quả của luận văn đã được trình bày poster tại Hội nghị Quốc tế về Asen trong nước ngầm khu vực Nam Á, tháng 11/2011 tổ chức tại Hà Nội. 2 Chƣơng 1 - TỔNG QUAN 1.1. Đặc điểm địa hóa của trầm tích chứa nƣớc ngầm đồng bằng châu thổ sông Hồng, Việt Nam Lưu vực Sông Hồng nằm ở bờ của Vịnh Bắc Bộ, biển Đông, Việt Nam và quá trình bồi tụ ở đây chịu ảnh hưởng mạnh mẽ bởi sự thay đổi mực nước biển do quá trình phân bố lại lượng nước qua các quá trình hình thành băng và gian băng, đặc biệt là từ băng hà cực đại cuối cùng (xảy ra các đây 21 ngìn năm) (Last Glacial Maximum - LGM). Cột trầm tích kỉ Đệ Tứ ở khu vực Hà Nội có bề dày từ 50 đến 90 m và có cấu trúc địa chất phức tạp bởi vì khu vực này đã biến đổi từ một khu vực tích tụ trầm tích dưới mực nước biển thành một khu vực chịu sự phong hóa và xói mòn nằm trên mực nước biển [15]. Trầm tích ở các tầng ngậm nước phía dưới tích tụ trong suốt thời kì Pleistoncene (tầng Pleistocene), được xem là trầm tích biển cạn cấu thành từ lớp phiến cát và đất sét. Những trầm tích này có một lớp sỏi cứng với màu sắc nâu nhạt giống như sự phong hoá đá ong như là một chỉ thị cho các điều kiện oxy hoá sau quá trình tích tụ. Sự thể hiện các điều kiện oxy hoá của trầm tích này có thể được giải thích bằng mực nước biển hạ thấp tương ứng với băng hà cực đại lần cuối cùng - lúc đó mực nước biển hạ thấp xuống độ sâu 120m so với mực biển hiện tại hoặc quá trình nâng lên của vỏ trái đất tương ứng với trầm tích cao tại Vịnh Bắc bộ [15]. Những lớp trầm tích ở các tầng ngậm nước phía trên lắng đọng trong suốt thời kì Holocene (tầng ngậm nước Holocene) được chứng minh là đã lắng đọng trong một môi trường có sự thay đổi, từ bãi thoát triều là chủ yếu đến đồng bằng lũ tích bị ảnh hưởng bởi dòng triều. Tầng ngậm nước Holocene bao gồm các trầm tích cát 2540m với sự đan xen giữa đất sét và đất bùn có chứa than bùn và xác thực vật [15] Vào kỉ đệ tứ, đồng bằng sông Hồng đã trải qua các thời kì băng hà như sau: Gunz, Mindel, Riss, Wurm1, Wurm2 và tương ứng với chúng là các pha biển tiến. Các giai đoạn này đã để lại 5 tập trầm tích tương ứng với 5 chu kì trầm tích trong kỉ đệ tứ. Các trầm tích dạng sỏi thô được hình thành vào pha biển lùi và ngược lại các 3 trầm tích dạng hạt mịn được hình thành vào thời kì biến tiến. Theo đó, trầm tích kỉ đệ tứ ở vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng được nhận dạng bằng các tập trầm tích như sau (hình 1.1): - Tập đầu tiên được hình thành vào thời kì Pleistocen sớm tương ứng với hệ tầng Lệ Chi. Thành phần chủ yếu bên dưới là sỏi, cuội và cát thô của môi trường sông, bên trên là cát trung bình, bùn và sét của đồng bằng ngập lụt do biển dâng (floodplain). - Tập thứ 2 là chu kì trầm tích (depositional cycle) thứ 2, hình thành thời Pleistocen giữa-muộn (Middle to Lowermost Late Pleistocene) tương ứng với hệ tầng Hà Nội chứa sỏi, cuội tướng lũ tích lòng sông miền núi. - Tập thứ 3 tương ứng với chu kì trầm tích thứ 3 và được hình thành vào thời kì Pleistocene muộn (Uppermost of Late Pleistocene), tương ứng với hệ tầng Vĩnh Phúc, chứa sỏi thô đến sỏi trung bình, cát của tướng lòng sông đồng bằng và càng lên phía trên trầm tích càng nhỏ mịn hơn với chủ yếu là bùn sét của hỗn hợp giữa cát mịn và sét đầm lầy. - Tập thứ 4 được hình thành vào Pleistocene muộn đến thời Holocene sớm – giữa, tương ứng với chu kì trầm tích thứ 4 của hệ tầng Hải Hưng, chứa sét xám xanh và than bùn đầm lầy. - Tập thứ 5 được hình thành vào thời Holocen muộn và chứa cát, bùn và sét của tướng châu thổ, tương ứng với chu kì trầm tích thứ 5 của hệ tầng Thái Bình. Theo sự phân bố trong không gian, trầm tích của tập đầu tiên và tập thứ 2 nằm trải khá rộng trong đồng bằng. Tập thứ 3 thay đổi liên tục về thành phần từ cát, bùn và sét tướng aluvi đến hỗn hợp bùn sét pha cát tướng châu thổ và sét bùn tướng đầm phá ở vùng trung tâm. Tập thứ 4 bao gồm sét đầm lầy, than bùn. Thẳng hướng về phía đồng bằng trung tâm, mỗi một tập xuất hiện càng lúc càng thể hiện qui luật cộng sinh tướng khá hoàn chỉnh [16]. 4 Hình 1.1. Giản đồ địa tầng học kỉ đệ tứ vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng [19]. 5 Do đó, trong quá trình phát triển của trầm tích kỉ đệ tứ ở đồng bằng châu thổ sông Hồng, có một sự thay đổi rõ ràng về cộng sinh và tương ứng với sự thay đổi về thành phần thạch học và các thông số trầm tích khác như: Md (kích thước hạt trung bình), So (hệ số chọn lọc),…độ thấm và môi trường cổ địa lí ở mỗi thời kì chính là nhân tố chi phối tới đặc tính cũng như chất lượng nước ngầm ở mỗi vùng. Bởi vậy, các tầng chứa nước chính có chất lượng nước tốt thường có trầm tích sỏi thô tướng aluvi và lũ tích (hình thành vào giai đoạn đầu tiên mỗi chu kì), trong khi đó các tầng cách nước thường có trầm tích hạt mịn có nguồn gốc châu thổ, đầm lầy ven biển và biển (hình thành vào giai đoạn cuối cùng mỗi chu kì). Dựa vào đặc điểm này, trầm tích kỉ đệ tứ có thể được chia ra thành các đơn vị địa chất thủy văn như sau: tầng chứa nước Holocene (Qh); tầng chứa nước Pleistocene (Qp), tầng cách nước Pleistocene - Holocene, tầng cách nước giữa - muộn Pleistocene [16]. Đặc điểm của tướng trầm tích (facial characteristics) và nước ngầm trong các tầng chứa nước và tầng cách nước ở đồng bằng châu thổ sông Hồng như sau: Tầng chứa nƣớc Holocene (Qh) Tầng chứa nước Holocene nằm phía trên, sát bề mặt nơi mực nước dao động trong khoảng từ 2 – 4m đến 36m, với độ dày tăng lên về phía trung tâm của đồng bằng. Tầng này có thành phần cát, bùn, sét của tướng aluvi hệ tầng Thái Bình ở phía trên (hình Hình 1.2. Cát hạt mịn phân lớp mỏng lẫn bột tướng aluvi, tầng chứa nước Holocene ở lỗ khoan VP2, Hà Nội (6,9‐7,2 m)[16]. 1.2), còn phía dưới là các thấu kính của cát, bùn, sét hệ tầng Hải Hưng chứa ít nước hơn. Sự phân bố của các cấp hạt như sau: sỏi 2%, cát 30 – 85%, bùn – sét 15 – 70%. Các chỉ số trầm tích: Md = 0.02 – 0.11mm; So = 1,21‐2,85; pH = 5,5‐8,2; Eh = 6 ‐5 ÷ ‐10 mV. Ở tầng này, tỉ lưu lượng các lỗ khoan thăm dò rất thấp, thay đổi từ 2 đến 3 l/sm. Chế độ nước ngầm bị ảnh hưởng trực tiếp bởi sự thấm thấu của nước mưa và nước sông thông qua hệ tầng Thái Bình nằm ngay ở trên. Biên độ dao động của mực nước giảm theo khoảng cách so với sông. Do đó, tầng chứa nước này chủ yếu được bổ cập bởi nước mưa và nước bề mặt, đặc biệt là một số con sông lớn trong hệ thống sông Hồng. Nước ngầm bị thất thoát đi chủ yếu là do quá trình bốc hơi và thẩm thấu xuống tầng Pleistocene. Nước tầng này là nước nhạt, mềm hoặc cứng nhẹ và có dạng bicacbonat canxi, bicarbonat natri canxi. Theo kết quả phân tích, nước ngầm ở tầng Holocene có, độ cứng = 2-9; pH = 7,5; TDS = 1,2 – 11,7 g/L, đặc biệt hàm lượng Fe đạt đến 1,24 – 33,5 mg/L [16]. Tầng chứa nƣớc Pleistocene (Qp) Tầng chứa nước Pleistocene phân bố rộng rãi ở vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng và được phủ lên bởi tầng trầm tích trẻ hơn – tầng cách nước Pleistocene - Holocene. Thành tạo tầng này bao gồm 3 hệ tầng: hệ tầng Lệ Chi, hệ thầng Hà Nội và hệ tầng Vĩnh Phúc (hình 1.3-1.5). Các trầm tích này đan xen bởi các lớp mùn sét nguồn gốc đầm lầy hệ tầng Lệ Chi, cát bùn, sét nguồn gốc đầm phá hệ tầng Hà Nội. Sét đầm phá bị đá ong hóa của hệ tầng Vĩnh Phúc, sét loang lổ xám lục và than bùn hệ tầng Hà Nội tạo nên tầng không thấm nước và thấm nước yếu. Sự phân bố kích cỡ các hạt như sau: sỏi, cuội 2,5%; cát 56,7%; bùn – sét 40,8%. Các chỉ số: Md = 0,25; So = 3,2; pHtrầm tích = 6,7. Tuy nhiên các tầng này rất mỏng và được hình thành như những thấu kính nhỏ do sự rửa lũa, bào mòn trong quá trình biển lùi trước khi hình thành tầng trầm tích hạt thô nằm bao phủ bên trên. Tỉ lưu lượng các lỗ khoan thăm dò ở tầng này cao hơn so với tầng Holocene (ở hệ tầng Vĩnh Phúc: 2‐9 l/ms, Hà nội và Lệ Chi: 26‐51 l/ms). Nước ngầm ở tầng này nhạt (TDS < lg/L) với kiểu nước ngầm là bicarbonat calci, bicarbonat natri – calci, TDS = 0,1 – 0,5 g/L và hàm lượng Fe cao (2 – 25 mg/L). Tuy nhiên hàm lượng Fe ở tầng này vẫn thấp hơn tầng Holocene. 7 Hình 1.3. Cát thô Pleistocene muộn tướng sông suối ở lỗ khoan VP2, Hà Nội (28‐28,3 m)[16]. Hình 1.4. Cát, sỏi thô Pleistocene muộn tướng sông suối ở lỗ khoan VP2, Hà Nội (39.2‐41,2 m)[16] Hình 1.5. Sỏi, cuội Pleisticenen sớm tướng sông ở lỗ khoan VP2, Hà Nội (55‐57 m)[16]. Tầng cách nƣớc Pleistocen – Holoce Tầng chứa nước Holocene và Pleistocene được tách ra bởi tầng cách nước Pleistocene – Holocene. Hình 1.6. Sét bột và sét phong hóa loang lổ nguồn gốc biển ở lỗ khoan VP1, Hà Nội (13‐13.74 m)[16]. Hình 1.7. Sét, sét bột (silty clay) giàu vật chất hữu cơ tướng đầm lầy ở lỗ khoan VP2, Hà Nội (0.95‐1.0m)[16]. 8 Tầng cách nước Pleistocene – Holocene được thành tạo chủ yếu bởi cát sét mịn xám xanh tướng đầm phá và đầm lầy ven biển hệ tầng Hải Hưng ở phần trên và trầm tích mịn nguồn gốc sông - biển hệ tầng Vĩnh Phúc ở phần dưới. Trầm tích hệ tầng Vĩnh Phúc được phong hóa, bào mòn (hình 1.6.) có màu đỏ vàng đến cam. Tỷ lệ Fe2+/Fe3+ = 0,1 – 0,05, TOC (tổng cacbon hữu cơ) thay đổi từ 0,23 – 0,26 µg/g ở các trầm tích có nguồn gốc sông; và tỷ lệ Fe2+/Fe3+ = 1,7 và độ cứng của nước là 1,5 – 1,6 mg/L. Trầm tích hệ tầng Hải Hưng tương ứng với thời kì Holocene sớm – giữa được thành tạo chủ yếu bởi sét bùn và cát hạt mịn pha lẫn sét có nguồn gốc sông. Tầng này có môi trường oxi hóa với các chỉ thị như giá trị TOC và tỷ lệ Fe2+/Fe3+ thấp. Bên cạnh đó, mùn sét và sét giàu vật chất hữu cơ tướng đầm lầy được hình thành vào thời pha sớm biển tiến Flandri (10.000 đến 6000 năm trước đây, hình 1.7) có giá trị TOC và tỷ lệ Fe2+/Fe3+ cao chỉ thị cho môi trường khử. Ngoài ra, còn có hàm lượng As tổng trong trầm tích cũng rất cao (6 – 33,0 mg/kg). Pha biển lùi xảy ra sau pha biển tiến Flandri tạo nên lớp sét bùn cát và sét bùn nguồn gốc sông và sét màu nâu tối nguồn gốc sông. Lớp trầm tích sét màu nâu tối có nguồn gốc sông mùa lũ thu được ở lỗ khoan vùng Pháp Vân có hàm lượng As đạt tới 2 – 12 mg/kg. Sự kết hợp của các lớp này tạo thành một tầng trầm tích dày đóng vai trò như một tầng cách nước, chia tách tầng Holocene nằm phía trên và tầng Pleistocene nằm phía dưới. Độ dày của tầng cách nước Pleistocene – Holocene thay đổi từ 6 – 11,5m. Tuy nhiên, ở dải ven sông các hoạt động xâm thực đã bào xói, khiến sự phân bố của tầng cách nước này không đồng đều và hình thành các "cửa sổ địa chất thủy văn" hoặc cắt hẳn tầng ngăn cách. Điều này làm cho sự trao đổi nước giữa hai tầng chứa nước diễn ra mạnh hoặc hai tầng chứa nước nằm trực tiếp với nhau tạo thành một hệ thống thuỷ động lực duy nhất (hình 1.8) [16]. 9 Hình 1.8. Cửa sổ địa chất thủy văn giữa tầng chứa nước Pleistocene và tầng chứa nước Holocene ở vùng Hà Nội [16]. Mối quan hệ giữa đặc điểm trầm tích và tầng chứa nước, tầng cách nước rất chặt chẽ. Tập trầm tích đầu tiên và thứ 2 chủ yếu là cát, sạn, cuội, sỏi thô tướng lòng sông miền núi (mountainous river) nằm ở phía dưới có độ giàu nước lớn và chất lượng nước khá tốt. Bên cạnh đó, phần trên của mỗi tầng đều được bao phủ chủ yếu bởi một lớp bùn sét hoặc bùn sét pha cát mịn tướng sông và đồng bằng ngập lụt là tầng cách nước không triệt để. Tầng cách nước Pleistocene – Holocene chứa chủ yếu là trầm tích hạt mịn như sét, bùn, sét bùn và bùn sét giàu chất hữu cơ là tầng cách nước rất tốt. Các trầm tích này phần lớn hình thành môi trường khử với tỷ lệ Fe2+/Fe3+, giá trị TOC và hàm lượng As cao. Tuy nhiên một phần ở khu vực đồng bằng sông Hồng, các trầm tích Holocene tạo thành tầng chứa nước nông với độ sâu chỉ 10-15m. Nơi không có mặt trầm tích Holocene, trầm tích Pleistocene già hơn được phơi ra ở bề mặt. Không giống Băng-la-đét, ở đây thậm chí khi lớp trầm tích Holocene có mặt, cũng không phải lúc nào cũng có một lớp sét mịn phủ ở bề mặt [20]. 10 Như phần trên đã trình bày, tầng Holocene là tầng địa chất bao gồm trầm tích và nước ngầm. Trầm tích tầng này có tuổi trẻ hơn so với các tầng địa chất khác, hình thành vào thời kì Holocene. Phần trên của tầng Holocene đồng bằng sông Hồng thuộc hệ tầng Thái Bình hình thành vào thời kì biển tiến, trong khi đó phần dưới thuộc hệ tầng Hải Hưng hình thành vào thời kì biển lùi. Vì trẻ và một phần được hình thành vào thời kì biển tiến (hệ tầng Thái Bình) nên trầm tích Holocene chứa nhiều chất hữu cơ, có môi trường khử mạnh mẽ. Chính vì điều này, tầng Holocene được biết đến như là một môi trường thuận lợi cho việc giải phóng As từ dạng rắn trên trầm tích thành dạng hòa tan đi vào nước ngầm. Sau đây, học viên sẽ trình bày về sự ô nhiễm As trong tầng chứa nước Holocene. 1.2. Ô nhiễm As trong nƣớc ngầm tầng Holocene 1.2.1. Ô nhiễm As nƣớc ngầm tầng Holocene trên thế giới Ô nhiễm As được phát hiện 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 số những vùng phát hiện thấy bị nhiễm As thì các tầng chứa nước vùng châu thổ Băng-la-đét và Tây Bengal có mức độ nghiêm trọng nhất trên toàn cầu. 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 <150m thuộc tầng Holocene ở Băng-la-đét có chứa nồng độ As hơn 50 µg/L. Vùng bị ảnh hưởng xấu nhất là Đông Nam Băng-la-đét (hình 1.9) nơi một vài huyện có hơn 90% giếng bị nhiễm. Tầng trầm tích Holocene ở đây bao gồm cát mica, bùn và đất sét được bồi tích bởi hệ thống sông Ganges, Brahmaputra và Meghna (hình 1.10). 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 [20]. 11 Hình 1.9. Bản đồ phân bố của As trong nước ngầm ở các giếng có độ sâu < 150m vùng Băng-la-đét [20]. Hình 1.10. Bản đồ các đồng bằng châu thổ rộng lớn được bồi lấp từ các con sông bắt nguồn từ dãy núi Himalayas [7]. 12 Các giếng sâu hơn, với độ sâu lớn hơn 150 – 200m hầu như có nồng độ As thấp: nhỏ hơn 5µg/L và thường là nhỏ hơn 0,5 µg/L. Các giếng khai thác nước từ trầm tích già Pleistocene của miền Barind và Madhupur là miền trung và miền bắc Băng-la-đét cũng không gặp phải vấn đề về As. Đặc trưng của nước ngầm có nồng độ As cao ở lưu vực Bengal là hàm lượng các chỉ số sau cao: Fe (> 0,2mg/L), Mn (> 0,5mg/L), HCO3- (> 500mg/L) và P (>0,5mg/L). Trong khi đó các chỉ số sau lại có nồng độ thấp: Cl- (< 60mg/L), SO42- (< 1 mg/L), NO3- và F- (< 1mg/L), với pH gần bằng hoặc lớn hơn 7. Thế oxi hóa khử điển hình nhỏ hơn 100mV. Nhưng mối tương quan giữa các nguyên tố hòa tan này với As thường không mật thiết và nếu có mối tương quan tốt thì chỉ mang tính cục bộ. Ví dụ, một số tác giả đã tìm thấy tương quan thuận giữa As và Fe ở một làng nghiên cứu, nhưng điều này không đúng cho toàn bộ vùng Băng-lađét và Tây Bengal. Tuy nhiên mối tương quan nghịch giữa As và SO4 lại rất phổ biến trong nước ngầm. Mối liên hệ này gợi ý rằng sự linh động của As bị ảnh hưởng rất lớn bởi điều kiện môi trường khử mạnh, trùng khớp với quá trình khử SO42-. Một số nước ngầm ở Bangladesh có môi trường khử đủ mạnh để quá trình sinh CH4 xảy ra [20]. Ở vùng Nam và Đông Nam Á bị nhiễm As, giữa các giếng khoan có sự khác biệt rất lớn về độ sâu (hình 1.11). Tại Băng-la-đét và đường biên giới bang Tây Bengal, Ấn Độ các giếng khoan có độ sâu đạt tới gần 350m, trong khi ở Nepal, Campuchia và Việt Nam độ sâu lớn nhất chỉ 100m. Độ sâu các giếng phụ thuộc vào độ dày của lớp trầm tích bở rời phía dưới. Điều đáng nói ở đây là hơn một nửa số giếng ở tầng ngậm nước có độ sâu < 50m ở tất cả các nước trên đều vượt quá giới hạn cho phép 10 μg/L của Tổ chức Y tế Thế Giới về hàm lượng As trong nước uống (hình 1.11) [7]. 13