Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Đặc điểm hình thành các hợp chất Nito trong nước dưới đất khu vực Hà Nội

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:131

Thêm vào BST

Báo xấu

23
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là đánh giá hiện trạng ô nhiễm các hợp chất Nito trong nước dưới đất; xác định nguồn gốc hình thành và cơ chế ô nhiễm các hợp chất Nito trong nước dưới đất, trên cơ sở đó đề xuất các biện pháp xử lý giảm thiểu hàm lượng các hợp chất Nito trong nước dưới đất khu vực nghiên cứu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Đặc điểm hình thành các hợp chất Nito trong nước dưới đất khu vực Hà Nội

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Văn Thùy Linh ĐẶC ĐIỂM HÌNH THÀNH CÁC HỢP CHẤT NITO TRONG NƯỚC DƯỚI ĐẤT KHU VỰC HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2013
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Văn Thùy Linh ĐẶC ĐIỂM HÌNH THÀNH CÁC HỢP CHẤT NITO TRONG NƯỚC DƯỚI ĐẤT KHU VỰC HÀ NỘI Chuyên ngành: Khoáng vật học và Địa hóa học Mã số : 60440205 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGUYỄN VĂN ĐẢN Hà Nội – Năm 2013
MỤC LỤC MỞ ĐẦU ..........................................................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của luận văn ................................................................................. 1 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ....................................................................... 3 3. Mục tiêu của đề tài ............................................................................................. 3 4. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 4 5. Cơ sở số liệu....................................................................................................... 4 6. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 4 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ............................................................................. 5 8. Cấu trúc của luận văn .......................................................................................... 6 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỢP CHẤT NITO TRONG NƯỚC ........7 1.1 Nguồn gốc hình thành các hợp chất Nito trong nước ....................................... 7 1.2 Dạng tồn tại của các hợp chất Nitơ .................................................................. 8 1.3 Quá trình chuyển đổi của các hợp chất Nito trong môi trường ....................... 10 1.4 Ảnh hưởng của các hợp chất Nito đối với con người và hệ sinh thái .............. 13 1.5 Tình hình nghiên cứu ô nhiễm các hợp chất Nito trong nước dưới đất ........... 14 CHƯƠNG 2 : CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐẶC ĐIỂM THỦY ĐỊA HÓA NƯỚC DƯỚI ĐẤT KHU VỰC HÀ NỘI ..............................................................17 2.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên ............................................................................. 17 2.1.1 Vị trí địa lý .................................................................................................. 17 2.1.2 Đặc điểm địa hình ........................................................................................ 18 2.1.2 Đặc điểm khí hậu ......................................................................................... 18
2.1.3 Đặc điểm thủy văn ....................................................................................... 19 2.2 Đặc điểm dân cư, kinh tế - xã hội ................................................................ 23 2.3 Đặc điểm địa chất – địa chất thủy văn khu vực nghiên cứu .......................... 25 2.3.1 Đặc điểm địa chất ........................................................................................ 25 2.3.2 Đặc điểm địa chất thủy văn .......................................................................... 28 2.4 Hiện trạng khai thác và xả thải nước dưới đất .................................................. 34 2.4.1 Hiện trạng khai thác và sử dụng nước dưới đất .............................................. 34 2.4.1.1 Hình thức khai thác nước dưới đất tập trung ............................................... 34 2.4.1.2 Hình thức khai thác đơn lẻ .......................................................................... 36 2.4.2 Hiện trạng xả thải .......................................................................................... 40 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................44 3.1 Phương pháp nghiên cứu ................................................................................. 44 3.1.1 Phương pháp điều tra khảo sát thực địa.......................................................... 44 3.1.2 Phương pháp trong phòng thí nghiệm ........................................................... 48 3.1.3 Phương pháp thống kê xử lý số liệu .............................................................. 52 3.2 Cơ sở số liệu ................................................................................................... 54 CHƯƠNG 4: ĐẶC ĐIỂM THỦY ĐỊA HÓA NƯỚC DƯỚI ĐẤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU.............................................................................................................................56 4.1 Thành phần chính của nước dưới đất ................................................................ 56 4.1.1 Thành phần chính của nước dưới đất tầng Holocen........................................ 56 4.1.2 Thành phần chính của nước dưới đất tầng Pleistocen ..................................... 58 4.2 Thành phần các nguyên tố vi lượng .................................................................. 60
4.2.1 Thành phần nguyên tố vi lượng trong tầng chứa nước qh............................. 60 4.2.2 Thành phần các nguyên tố vi lượng trong tầng chứa nước Pleistocen ............ 61 4.3 Độ tổng khoáng hóa ......................................................................................... 62 4.4 Kiểu hóa học của nước dưới đất ....................................................................... 63 4.4.1 Kiểu hóa học của nước tầng Holocen............................................................. 63 4.4.2 Kiểu hóa học của nước tầng Pleistocen .......................................................... 64 CHƯƠNG 5: NGUỒN GỐC VÀ CƠ CHẾ Ô NHIỄM CÁC HỢP CHẤT NITO TRONG NƯỚC DƯỚI ĐẤT KHU VỰC HÀ NỘI ........................................................66 5.1 Đánh giá về tình hình ô nhiễm các hợp chất Nito trong NDĐ khu vực Hà Nội . 66 5.1.1 Những vấn đề chung ...................................................................................... 66 5.1.1.1 Khái niệm ................................................................................................... 66 5.1.1.2 Các tiêu chuẩn, quy chuẩn để đánh giá ô nhiễm .......................................... 66 5.1.1.3 Phân loại các mức độ ô nhiễm các hợp chất Nito trong nước dưới đất ........ 67 5.1.2 Đánh giá tình hình ô nhiễm các hợp chất Nito trong NDĐ khu vực Hà Nội .. 68 5.1.2.1 Đánh giá chung ........................................................................................... 68 5.1.2.2 Đánh giá tình hình ô nhiễm các hợp chất Nito trong nước dưới đất từng vùng nghiên cứu.............................................................................................................. 77 5.2 Nguồn gốc và cơ chế ô nhiễm các hợp chất Nito trong nước dưới đất ............... 89 5.2.1 Cơ sở của việc sử dụng đồng vị 15N trong nghiên cứu xác định nguồn gốc các hợp chất Nito.......................................................................................................... 89 5.2.2 Nguồn gốc và cơ chế ô nhiễm các hợp chất Nito trong nước dưới đất ............ 90 5.2.2.1 Thành phần đồng vị 15N trong trầm tích ...................................................... 90 5.2.2.2 Thành phần đồng vị 15N trong nước dưới đất ............................................. 96
5.2.3 Nhận định xu thế phát triển mức độ ô nhiễm trong tương lai và đề xuất một số giải pháp khắc phục ô nhiễm ................................................................................ 100 5.2.3.1 Nhận định xu thế phát triển mức độ ô nhiễm trong tương lai..................... 100 5.2.3.2 Các giải pháp khắc phục ô nhiễm.............................................................. 101 KẾT LUẬN .................................................................................................................................115 TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................................117
DANH MỤC HÌNH Hình 1 : Chu trình chuyển hóa Nito trong môi trường .................................................. 13 Hình 2: Bản đồ hành chính khu vực nghiên cứu ......................................................... 17 Hình 3: Biểu đồ biểu diễn lượng mưa, bốc hơi hàng năm trạm khí tượng Láng .......... 19 Hình 4: Mực nước sông Hồng tại điểm PSH2 thời kỳ 1993 – 2011 ............................. 20 Hình 5: Cột địa tầng trầm tích và các đơn vị địa chất thủy văn ................................... 26 Hình 6: Phễu hạ thấp mực nước tầng qp khu vực phía Nam sông Hồng tháng 2/2012 38 Hình 7: Vị trí lấy các lỗ khoan trong bãi thí nghiệm Nam Dư ..................................... 46 Hình 8: Sơ đồ vị trí lấy mẫu nước dưới đất ................................................................ 47 Hình 9: Sơ đồ nhồi bẫy nước ...................................................................................... 51 Hình 10: Sơ đồ lắp đặt phân tích mẫu rắn ................................................................... 52 Hình 11: Đồ thị tương quan giữa hàm lượng Mg2+ và Ca2+ trong NDĐ tầng qh ......... 57 Hình 12 : Đồ thị biểu diễn các tham số thống kê hàm lượng TDS NDĐ tầng Holocen và Pleistocen .............................................................................................................. 62 Hình 13: Bản đồ hiện trạng ô nhiễm Amoni trong NDĐ tầng qh mùa khô 2012 ......... 73 Hình 14: Bản đồ hiện trạng ô nhiễm Amoni trong NDĐ tầng qh mùa mưa 2012 ........ 74 Hình 15: Bản đồ hiện trạng ô nhiễm Amoni trong NDĐ tầng qp mùa khô 2012 ......... 75 Hình 16: Bản đồ hiện trạng ô nhiễm Amoni trong NDĐ tầng qp mùa mưa 2012 ........ 76 Hình 17: Biến đổi hàm lượng trung bình Amoni trong NDĐ vùng BSH ..................... 77 Hình 18: Biến thiên hàm lượng Amoni trong NDĐ tầng qp và qh tại điểm P.65 ......... 78 Hình 19: Biến thiên hàm lượng Amoni trong NDĐ khu vực Gia Lâm ........................ 81 Hình 20: Biến thiên hàm lượng Amoni trong NDĐ tại điểm quan trắc P.13 ................ 82 Hình 21: Biến thiên hàm lượng Amoni trong NDĐ khu vực Nam sông Hồng............. 85 Hình 22: Biến thiên hàm lượng Amoni tại điểm P.61 – nhà máy nước Pháp Vân ....... 88 Hình 23 Biến thiên hàm lượng tại điểm quan trắc P.38 – ĐH Bách Khoa ................... 88 Hình 24: Biến thiên hàm lượng Amoni tại điểm quan trắc P.87- Bãi Giếng Nam Dư .. 88 Hình 25: Đóng góp thành phần 15N trong môi trường ................................................. 90
Hình 26: Đồ thị tương quan hàm lượng 15N trong cụm lỗ khoan DHA ........................ 92 Hình 27: Đồ thị tương quan hàm lượng Amoni và δ15N trong cụm lỗ khoan DHB ..... 93 Hình 28: Đồ thị tương quan giữa hàm lượng TOC và Amoni trong trầm tích.............. 93 Hình 29: Biến thiên giá trị và δ15N trong cụm lỗ khoan SDHA và SDHB .................. 94 Hình 30: Biến thiên hàm lượng Amoni và giá trị δ15N theo độ sâu lỗ khoan P.41 ....... 95 Hình 31: Tương quan giữa hàm lượng amoni và TOC trong NDĐ tầng qh ................. 97 Hình 32: Tương quan giữa hàm lượng Amoni và TOC trong NDĐ tầng qp ................ 97 Hình 33: Minh hoạ bãi giếng dạng đường thẳng ....................................................... 103 Hình 34: Minh hoạ bãi giếng dạng diện tích ............................................................. 103 Hình 35: Minh họa mặt cắt các lỗ khoan quan trắc ................................................... 104 Hình 36: Minh họa mặt cắt lỗ khoan quan trắc trong vùng canh tác .......................... 104 Hình 37 : Sử dụng giếng hút nước để hạ thấp mực nước ngầm ................................. 107 Hình 38: Bơm các chất dinh dưỡng vào tầng chứa để thúc đẩy biến đổi sinh học...... 108 Hình 39: Tường chắn thẳng đứng để hạ thấp mực nước ngầm .................................. 108
DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Các công trình nghiên cứu về nhiễm bẩn các hợp chất Nito trong NDĐ trên thế giới ............................................................................................................................. 15 Bảng 2: Thống kê các hồ vùng nội thành thành phố Hà Nội ....................................... 23 Bảng 3: Dân số và diện tích các quận/ huyện khu vực nghiên cứu .............................. 24 Bảng 4: Bề dày lớp bùn hệ tầng Hải Hưng ở một số khu vực .................................... 28 Bảng 5: Tổng hợp tình hình quản lý khai thác tập trung nước dưới đất ...................... 35 Bảng 6: Các bãi chôn lấp rác chính ở Hà Nội ............................................................. 41 Bảng7: Thống kê các điểm khảo sát xả thải ................................................................ 42 Bảng 8: Mẫu xây dựng đường chuẩn .......................................................................... 48 Bảng 9: Đặc trưng thống kê nồng độ các TPHH NDĐ khu vực nghiên cứu ................ 56 Bảng 10: Đặc trưng thống kê nồng độ các TPHH NDĐ tầng qp ................................. 59 Hình 11: Tương quan thành phần các ion chính trong NDĐ tầng qh và qp ................ 60 Bảng 12: Kết quả phân tích các nguyên tố vi lượng NDĐ tầng Holocen ..................... 60 Bảng 13: Kết quả phân tích các nguyên tố vi lượng NDĐ tầng Pleistocen .................. 62 Bảng 14: Cơ sở đánh giá ô nhiễm các hợp chất Nito trong nước dưới đất ................... 67 Bảng 15: Phân loại mức độ nhiễm bẩn nước dưới đất bởi các hợp chất Nito ............... 68 Bảng 16: Đặc trưng thống kê hàm lượng các hợp chất Nito trong nước dưới đất ........ 70 Bảng 17: Thống kê diện tích ô nhiễm Amoni trong NDĐ khu vực nghiên cứu ........... 71 Bảng 18: Đặc trưng thống kê hàm lượng các hợp chất Nito trong NDĐ tầng qp khu vực Bắc Sông Hồng .................................................................................................... 79 Bảng 19: Đặc trưng thống kê hàm lượng các hợp chất Nito trong NDĐ tầng qh khu vực Bắc Sông Hồng .................................................................................................... 80 Bảng 20: Đặc trưng thống kê hàm lượng các hợp chất Nito trong NDĐ qp khu vực Gia Lâm ............................................................................................................................ 83 Bảng 21: Đặc trưng thống kê hàm lượng các hợp chất Nito trong NDĐ tầng qh khu vực Gia Lâm............................................................................................................... 84
Bảng 22: Đặc trưng thống kê hàm lượng các hợp chất Nito trong NDĐ tầng qp khu vực Nam Sông Hồng .................................................................................................. 86 Bảng 23: Đặc trưng thống kê hàm lượng các hợp chất Nito trong NDĐ tầng qh khu vực phía Nam sông Hồng ........................................................................................... 87 Bảng 24: Tỷ lệ đóng góp các đồng vị Nito trong tự nhiên ........................................... 89 Bảng 25: Tỷ lệ đóng góp hàm lượng Amoni trong NDĐ bởi nguồn vô cơ và hữu cơ .. 99
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Kí hiệu Ý nghĩa BSH Bắc sông Hồng Hb Hemoglobin Max Giá trị lớn nhất Mean Giá trị trung bình Median Trung vị Min Giá trị nhỏ nhất NDĐ Nước dưới đất NSH Nam sông Hồng SD Độ lệch chuẩn TDS Độ tổng khoáng hóa
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận văn Các hợp chất của Nito có trong nước là kết quả của quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ có trong tự nhiên, trong chất thải và trong các nguồn phân bón mà con người trực tiếp hoặc gián tiếp đưa vào nguồn nước. Các hợp chất này thường tồn tại ở dưới dạng Nitrat (NO3-), Nitrit (NO2-) và Amoni (NH4+). Ngày nay, cùng với sự gia tăng việc sử dụng phân bón trong nông nghiệp, các nguồn thải hữu cơ đến từ các khu công nghiệp và trong các hoạt động sống của con người, một lượng lớn các hợp chất Nito đã được giải phóng vào môi trường nước. Trong một loạt những nghiên cứu gần đây, hiện tượng hàm lượng cao các hợp chất Nito có trong nước sinh hoạt được lấy từ nguồn nước dưới đất đã được phát hiện ở rất nhiều quốc gia trên thế giới như Trung Quốc, Ấn Độ, Mỹ và các quốc gia châu Âu... Ô nhiễm các hợp chất Nito trong nước dưới đất đã và đang được cảnh báo là hiểm họa môi trường có quy mô rộng trên toàn thế giới. Hàm lượng cao các hợp chất Nito trong nước có thể gây ra rất nhiều nhiều bệnh nguy hiểm. Nitrat tạo chứng thiếu vitamin và có thể kết hợp với các amin để tạo thành Nitrosamin là nguyên nhân gây ung thư ở người cao tuổi. Trẻ sơ sinh đặc biệt nhạy cảm với Nitrat lọt vào sữa mẹ, hoặc qua nước dùng để pha sữa. Khi lọt vào cơ thể, Nitrat có thể chuyển thành Nitrit nhờ vi khuẩn đường ruột. Ion Nitrit còn nguy hiểm hơn Nitrat đối với sức khỏe con người. Khi tác dụng với các amin hay ion alkyl cacbonat trong cơ thể người chúng có thể tạo thành các hợp chất Nito gây ung thư. Trong cơ thể, Nitrit có thể oxy hóa Fe (II) ngăn cản quá trình hình thành Hb làm giảm lượng oxy trong máu có thể gây ngạt, nôn và khi nồng độ cao có thể dẫn đến tử vong. Ở Việt Nam, bắt đầu từ những năm 1990, khi phát hiện các mẫu nước dưới đất chứa hàm lượng cao các hợp chất Nito, nhiều công trình khoa học được tiến hành để 1
nghiên cứu hiện trạng, nguồn gốc hình thành, sự biến đổi của các hợp chất nito nhằm tìm ra các giải pháp phòng ngừa và xử lý nhằm đảm bảo chất lượng nước sinh hoạt cho người dân. Các kết quả bước đầu cho thấy, nồng độ cao các hợp chất Nito trong nước dưới đất phân bố trên diện rộng lãnh thổ Việt Nam. Nhiều địa phương như Hà Nội, Nam Định, Thái Bình, Đà Nẵng, Quảng Nam, Thành phố Hồ Chí Minh… đã phát hiện hàm lượng các hợp chất Nito trong nước ngầm vượt quá nhiều lần tiêu chuẩn cho phép theo QCVN và các tiêu chuẩn quốc tế đối với ăn uống và sinh hoạt. Lãnh thổ thành phố Hà Nội ( cũ ) là một trong những điểm ô nhiễm được chú ý nhiều trong những năm gần đây. Riêng khu vực nội thành của thành phố, nhu cầu tiêu thụ nước ước khoảng 700.000 m3/ngày và dự tính lên tới 1.400.000 m3/ ngày vào năm 2020. Trước nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng, việc đảm bảo chất lượng nguồn nước trở nên quan trọng và cấp bách hơn bao giờ hết. Các nghiên cứu đánh giá chất lượng nước dưới đất khu vực Hà Nội của một số tác giả như Nguyễn Văn Đản, Lê Văn Cát, Trần Văn Nhị, Nguyễn Việt Anh… đã cho thấy mức độ ô nhiễm nghiêm trọng của nước dưới đất ở một số chỉ tiêu, trong đó có chi tiêu các hợp chất Nito. Kết quả quan trắc gần 20 năm nay trên một mạng lưới cố định cho thấy nước dưới đất vùng Hà Nội đã bị ô nhiễm nặng bởi các hợp chất Nito, điển hình là Amoni. Khu vực ô nhiễm nặng với hàm lượng lớn hơn 10 mg/l của hợp chất này bao trùm một khoảng rộng lớn ở phía Nam Hà Nội kéo dài từ Tây Mỗ, Mễ Trì qua Ngã Tư Sở, Tương Mai, Hoàng Văn Thụ. Trần Phú qua Pháp Vân, Văn Điển, Hạ Đình, Tam Hiệp…có diện tích khoảng trên 100 km2. Một số kết quả phân tích cho thấy hàm lượng Amoni ở một số nhà máy nước rất cao như Tương Mai 7-10mg/l, nhà máy nước Hạ Đình 15-20mg/l, có lúc lên đến 40mg/l, Pháp Vân 25-30mg/l, có lúc lên đến 60mg/l. Trong khi đó, tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống do bộ Y tế ban hành cho phép hàm lượng Amoni không vượt quá 3mg/l. Theo Quy hoạch cấp nước cho Hà Nội đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050, thành phố đã tính đến việc hủy bỏ 2 nhà máy nước là Hạ Đình và Pháp Văn do bị ô nhiễm. Một vài 2
con số thống kê nêu trên đã phần nào phản ánh thực trạng đáng báo động của ô nhiễm các hợp chất Nito trong khu vực nghiên cứu. Trước nhu cầu sử dụng nước và thực trạng ô nhiễm các hợp chất Nito trong nước dưới đất, độ độc hại cao hàm lượng hợp chất Nito đến sức khỏe con người, mức độ khó khăn cũng như giá thành cao cho công nghệ xử lý ô nhiễm, việc nghiên cứu sự hình thành các hợp chất Nito trong nước dưới đất rất quan trọng, ngoài ý nghĩa khoa học sẽ có ý nghĩa thực tiễn rất cao. Nhận thức được như vậy, học viên lựa chọn đề tài “ Đặc điểm hình thành các hợp chất Nito trong nước dưới đất khu vực Hà Nội” làm luận văn tốt nghiệp. 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu * Phạm vi: - Diện tích nghiên cứu được giới hạn bởi diện tích phần đồng bằng của thành phố Hà Nội cũ bao gồm các quận nội thành và các huyện Đông Anh, Gia Lâm, Từ Liêm và Thanh Trì, diện tích 615 km2. - Nội dung được giới hạn bởi nghiên cứu sự hình thành các hợp chất Nito trong nước dưới đất * Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu là nước dưới đất trong các tầng chứa nước trầm tích Đệ tứ. 3. Mục tiêu của đề tài - Đánh giá hiện trạng ô nhiễm các hợp chất Nito trong nước dưới đất - Xác định nguồn gốc hình thành và cơ chế ô nhiễm các hợp chất Nito trong nước dưới đất, trên cơ sở đó đề xuất các biện pháp xử lý giảm thiểu hàm lượng các hợp chất Nito trong nước dưới đất khu vực nghiên cứu. 3
4. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan về các hợp chất nito trong nước như nguồn gốc hình thành, dạng tồn tại, ảnh hưởng đến cong người và hệ sinh thái nước... - Nghiên cứu các nhân tố tự nhiên và nhân tạo ảnh hưởng đến đặc điểm thủy địa hóa. - Nghiên cứu hàm lượng ion chính trong nước dưới đất, xác định tổng độ khoáng hóa, kiểu nước và quy luật phân bố của chúng trên địa bàn nghiên cứu. - Nghiên cứu hàm lượng của các hợp chất nito trong nước dưới đất và đánh giá mức độ ô nhiễm của chúng dựa trên các quy chuẩn của Việt Nam và thế giới. - Nghiên cứu cơ chế hình thành và di chuyển của các hợp chất Nito trong nước dưới đất. - Nghiên cứu, đề xuất các biện pháp xử lý nước có hàm lượng cao các hợp chất Nito. 5. Cơ sở số liệu - Dựa trên các kết quả phân tích hàm lượng các ion chính và hàm lượng các hợp chất Nito trong nước dưới đất được được lấy mẫu liên tục trên mạng lưới quan trắc cố định trong suốt 20 năm trở lại đây trên địa bàn nghiên cứu của Liên đoàn Quy hoạch và Điều tra nước miền Bắc. - Dựa trên các báo cáo khoa học, các bài báo được công bố có liên quan. 6. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp kế thừa: Bao gồm việc kế thừa những kiến thức, kết quả nghiên cứu có trước cả về lý thuyết và thực tế. Kế thừa kết quả nghiên cứu trong vùng thông qua các loại tài liệu, phương tiện thông tin. 4
- Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa: Bao gồm các công tác nghiên cứu điều tra khảo sát ngoài thực địa, đo đạc, thu thập số liệu trên địa bàn khu vực cần nghiên cứu. Tiến hành lấy và bảo quản, vận chuyển các mẫu về phòng thí nghiệm. - Các phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm: bao gồm các phương pháp phân tích hàm lượng các ion chính và hàm lượng các hợp chất nito trong nước dưới đất như phương pháp trắc quang, AAS. Phương pháp phân tích đồng vị 15N trong các mẫu trầm tích và nước dưới đất. - Phương pháp thống kê xử lý số liệu : + Xử lý kết quả hàm lượng các cation và anion chính của nước dưới đất để xác định các thông số đặc trưng cho đặc điểm thủy địa hóa của khu vực nghiên cứu, xác định độ tổng khoáng hóa và kiểu hóa học của nước. + Thành lập các biểu đồ, đồ thị đánh giá mức độ ô nhiễm các hợp chất Nito trong nước dưới đất trong khu vực nghiên cứu bằng cách so sánh với QCVN và tiêu chuẩn quốc tế. + Xử lý kết quả phân tích đồng vị 15N trong nước dưới đất và trầm tích, xem xét các mối tương quan giữa hàm lượng các hợp chất nito, TOC và δ15N để luận giải nguồn gốc và cơ chế ô nhiễm các hợp chất nito trong nước dưới đất + Thành lập các sơ đồ, bản đồ chuyên đề. - Phương pháp chuyên gia: thực hiện bằng cách tiếp xúc, trao đổi thường xuyên với thầy hướng dẫn, các nhà khoa học, các cơ quan nghiên cứu chuyên ngành về nội dung và kết quả nghiên cứu. 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Các kết quả nghiên cứu góp phần làm rõ thực trạng ô nhiễm các hợp chất nito trong nước dưới đất khu vực Hà Nội trong nhiều năm trở lại đây và xu hướng phát triển mức độ ô nhiễm trong tương lai. Với các bằng chứng khoa học, luận văn làm sáng tỏ 5
nguồn gốc và cơ chế ô nhiễm của các hợp chất này trong nước đồng thời đưa ra các giải pháp phòng chống và giảm thiểu tình trạng nhiễm bẩn, đảm bảo chất lượng nguồn nước sinh hoạt cho dân cư trong khu vực. 8. Cấu trúc của luận văn Luận văn dài 120 trang đánh máy phông chữ Times New Roman, trong đó có 39 hình vẽ, 25 biểu bảng, tham khảo 30 nguồn tài liệu trong và ngoài nước. Bố cục gồm phần mở đầu, kết luận và 5 chương. Luận văn được hoàn thành tại Khoa Địa Chất- Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc Gia Hà Nội dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Nguyễn Văn Đản, Viện trưởng Viện tài nguyên môi trường nước . Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy hướng dẫn đã tận tình chỉ dẫn và giúp đỡ học viên trong quá trình thực hiện luận văn. Đồng thời tác giả cũng cũng cám ơn những ý kiến đóng góp quý báu của các thầy cô giáo, cùng các đồng nghiệp trong Khoa Địa Chất- Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, sự hỗ trợ về mặt số liệu, tài liệu của Trung tâm Quan trắc và Dự báo tài nguyên nước, Viện Khoa học kĩ thuật hạt nhân... Nhân dịp này tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến lãnh đạo Trường Đại học khoa học Tự nhiên, Khoa Đào tạo sau đại học, Khoa Địa chất cùng các cơ quan chuyên môn và các đồng nghiệp, bạn bè đã tạo điều kiện, tận tình giúp đỡ để tác giả có thể hoàn thành luận văn. 6
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỢP CHẤT NITO TRONG NƯỚC 1.1 Nguồn gốc hình thành các hợp chất Nito trong nước Nito trong nước tự nhiên và nước thải chủ yếu có nguồn gốc khí quyển, nguồn gốc sinh vật và nguồn gốc đạm phân đạm sử dụng trong sản xuất nông nghiệp. Nguồn gốc khí quyển: Nitơ tồn tại ở dạng đơn chất trong tầng đối lưu của khí quyển với hàm lượng lớn và ổn định (~78% thể tích trong không khí khô). Ở dạng này, khí N2 là thành phần hoạt động hóa học yếu cả trong môi trường khí, đất và nước. Ngoài N2, khí quyển còn chứa một lượng nhỏ các khí khác chứa nitơ: NH3 và NOx. Các khí này có nguồn gốc từ núi lửa và phân hủy chất hữu cơ trong đất, nước, rồi giải phóng vào khí quyển. Sự phóng điện trong mây dông cũng tạo thành một lượng nhỏ N2O5 từ N2: N2 + 2,5 O2  → N2O5 Ngoài ra, NOx từ khói nhà máy cũng được thải vào khí quyển. Các chất khí chứa nitơ trong khí quyển hòa tan vào nước mưa rồi rơi xuống bề mặt Trái Đất, bổ sung các ion NO3-, NH4+ cho nước mặt. Nguồn gốc sinh vật: Nito là nguyên tố có vai trò rất quan trọng trong sự hình thành sự sống trên bề mặt Trái Đất. Nito là thành phần cấu thành protein có trong tế bào chất cũng như các axit amin trong nhân tế bào (tạo nên các gen di truyền của sinh vật). Trong các loài thực vật (vật sản xuất của hệ sinh thái), chỉ có rất ít loài hấp thụ được N2 từ khí quyển để tổng hợp protein cho mình, đa số chỉ hấp thụ được các ion Nito vô cơ trong đất và nước. Các loài động vật (vật tiêu thụ trong hệ sinh thái) thì chỉ tổng hợp được protein cho mình từ các protein từ thực vật, hoàn toàn không có khả năng hấp thụ Nito vô cơ từ môi trường. Xác sinh vật và các bã thải trong quá trình sống của chúng là những tàn tích hữu cơ chứa các protein – các hợp chất chứa Nito, liên tục được thải vào môi 7
trường với lượng rất lớn. Các protein này dần dần bị vi sinh vật dị dưỡng (các loại vi khuẩn, nấm) phân hủy, khoáng hóa, trở thành các hợp chất nitơ vô cơ như NH4+,, NO2-, NO3- … Như vậy, trong môi trường đất và nước, luôn tồn tại các thành phần hóa học chứa Nito có nguồn gốc sinh vật: từ các protein có cấu trúc phân tử phức tạp đến các axit amin đơn giản có phân tử lượng thấp, hòa tan được trong nước cũng như các ion Nito vô cơ, sản phẩm của quá trình khoáng hóa chất hữu cơ trong môi trường. So với nguồn gốc từ khí quyển, nguồn từ các tàn tích hữu cơ chiếm phần áp đảo trong tổng hàm lượng Nito trong môi trường nước và đất (không kể N2). Nguồn gốc từ phân đạm sử dụng trong sản xuất nông nghiệp: Việc sử dụng các loại phân đạm như sunfat amoni, nitrat amoni trước đây góp phần làm chua đất, ngày nay việc sản xuất và sử dụng phân urê ((NH2)2CO) đã là một tiến bộ quan trọng trong sản xuất nông nghiệp. Một phần phân urê không được cây trồng hấp thụ, dần dần bị phân giải thành các ion NH4+, NO2-, NO3- tồn tại trong môi trường đất và nước. 1.2 Dạng tồn tại của các hợp chất Nitơ Các hợp chất của Nito tồn tại ở hai dạng : dạng lơ lửng, dạng hòa tan. Cụ thể như sau: Dạng lơ lửng: Các thành phần lơ lửng nitơ trong nước là các tàn tích hữu cơ thô đang phân hủy. Chúng có thể tồn tại với hàm lượng đáng kể trong nước thải và nước tự nhiên tiếp nhận nước thải giàu chất hữu cơ. Dạng này chính là nguồn tạo ra dạng hòa tan. Dạng hòa tan: Các hợp chất chứa nitơ hòa tan trong nước bao gồm nitơ hữu cơ và nitơ vô cơ. Trong trường hợp này, các hợp chất Nitơ có thể phân loại theo trạng thái oxy hóa – khử: 8
Dạng khử: bao gồm hợp chất nitơ hữu cơ hòa tan và NH4+, NH3 hòa tan trong nước Dạng oxy hóa: NO2- và NO3- là các sản phẩm cuối cùng của quá trình oxi hóa chất hữu cơ. Tùy theo mức độ phân hủy, khoáng hóa chất hữu cơ trong nước, tỉ lệ hàm lượng của thành phần nitơ hữu cơ và vô cơ biến đổi rõ rệt: nếu nước sạch chất hữu cơ, quá trình khoáng hóa tự nhiên đã ở giai đoạn cuối, chất hữu cơ đã hầu như bị khoáng hóa hoàn toàn thì nitơ vô cơ sẽ chiếm tỉ phần áp đảo và ngược lại. Trong các hợp chất nitơ ở dạng khử, đáng lưu ý nhất là ion NH4+, dạng tồn tại của ion này trong nước phụ thuộc vào PH nước: ion NH4+ hình thành do NH3 là khí mang tính bazơ hòa tan vào nước và thủy phân: → NH4+ + OH-  NH3 + H2O ←  [ NH 4 + ].[OH − ] KB = = 10−4.75 [ NH 3 ] [ NH 4 + ] KB 10−4.75.[ H + ] → = − = −14 = [ H + ].10−9.25 [ NH 3 ] [OH ] 10 [ NH 4 + ] pH 5.25 → =10-5.25.109.25 = 104 → [ NH 4 + ] = 10000. [ NH3 ] [ NH 3 ] → có thể coi toàn bộ amonia trong nước tồn tại ở dạng NH4+ Ở pH 7.25 → [ NH 4 + ] = 100 [ NH3 ] → dạng NH4+ chiếm ~99%, dạng NH3 chỉ chiếm ~1%. Ở pH 8.25 → [ NH 4 + ] = 10 [ NH3 ] → dạng NH4+ chiếm ~90%, dạng NH3 chỉ chiếm khoảng 9%. 9