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
- Xem thêm -