Nước ngầm là nguồn cung cấp nước sinh hoạt chủ yếu ở nhiều quốc gia và vùng dân cư trên thế giới. Do vậy, ô nhiễm nước ngầm có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng môi trường sống của con người. Có nhiều nguyên nhân dẫn đến ô nhiễm nước ngầm, và một trong những nguyên nhân đó là do hoạt động khai thác khoáng sản. Các nguồn gây ô nhiễm nước nói chung và nước ngầm nói riêng từ các hoạt động khai thác khoáng sản thường là:
– Nước thải mỏ (nước ngấm vào mỏ trong quá trình khai thác, đi vào các mạch nước ngầm xung quanh khu vực và một khối lượng lớn được thải ra ngoài môi trường nước bề mặt).
– Các khu vực bãi thải và bãi chôn lấp chất thải.
– Các dòng chảy mang theo chất bẩn từ các tuyến đường vận tải.
– Quá trình tuyển khoáng.
– Nước chảy tràn từ các vùng khai thác và các công trường.
Nước thải thường được thu gom trong các hồ chứa, sau đó được thải ra sông suối hoặc các nguồn tiếp nhận khác sau khi được xử lí hợp lí hoặc được tuần hoàn tái sử dụng.
Ô nhiễm môi trường nước ngầm từ các hoạt động khai thác khoáng sản thường ở dạng ô nhiễm hóa học.
Ô nhiễm hóa học là một trong những dạng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, nguy hiểm và lâu dài. Sự ô nhiễm này có thể xảy ra trong nước mặt từ hệ thống thoát nước của khu vực mỏ, trong nước ngầm do quá trình thấm.
Khi sự ô nhiễm hóa học có thể xuất phát từ các hóa chất sử dụng trong quá trình tuyển quặng được xử lí không hợp lí. Trước khi được khai thác, các khoáng chất này thường ở trong trạng thái yếm khí, bị ngập nước hoặc bị bao phủ bởi các lớp đất đá dày, do đó các khoáng chất được duy trì trong điều kiện không hoạt động (trạng thái trơ) hầu như không xảy ra quá trình oxy hóa. Tuy nhiên, việc khai thác và nghiền quặng đã làm cho bề mặt của các khoáng chất này tiếp xúc với oxy và nước dẫn đến quá trình oxy hóa các khoáng chất và kết quả là dẫn đến những biến đổi nhanh về bản chất hóa học của chúng.
Nhiều kim loại có giá trị được khai thác có chứa sunphit mà khi tiếp xúc với oxy và nước sẽ tạo ra axit sunphuric. Hậu quả đối với môi trường nước do ô nhiễm bởi dòng thải axit hoặc các nguyên tố vết độc hại. Các kim loại nặng, có thể chỉ một hàm lượng nhỏ cũng có thể gây ra những nguy hiểm đối với sức khỏe con người và đời sống thủy sinh. Vì lí do này mà các tiêu chuẩn cấp và phát thải nước để phục vụ cho con người và sinh vật, thường được dựa trên tiêu chuẩn về sức khỏe hơn là khả năng tiếp nhận của các cá thể đơn lẻ sống dưới nước để đồng hóa các chất thải. Sự ô nhiễm nước ngầm hoặc nước mặt có thể dẫn đến mất đi những giá trị sử dụng hữu ích như cung cấp nước uống, thủy sản, tưới tiêu, tài nguyên hoang dã và giải trí. Các vực nước ngầm có thể thông thủy với nguồn nước mặt hay nước ngầm ở gần đó và do đó sự ô nhiễm cuối cùng lại có thể xuất hiện ở các vùng này.
Ngoài ra việc cung cấp nước ngầm có thể bị ảnh hưởng do khai mỏ lộ thiên. Những tác động này bao gồm rút nước có thể sử dụng được từ những túi nước ngầm nông, hạ thấp mực nước ngầm của những vùng lân cận và thay đổi hướng chảy trong túi nước ngầm. Ô nhiễm túi nước ngầm có thể sử dụng được nằm dưới vùng khai mỏ do lọc và thẩm nước chất lượng kém của nước mỏ, tăng hoạt động lọc và ngưng đọng của những đống đất từ khai mỏ.
Các chất gây ô nhiễm nước ngầm từ các hoạt động khai thác mỏ:
- Các kim loại nặng
Kim loại nặng là những kim loại có tỷ trọng > 5, bao gồm một số loại như As, Cd, Cr, Cu, Pb, Hg, Se, Zn, Fe,… chúng có nguồn gốc từ các nguồn nước thải trong công nghiệp, nông nghiệp, công nghiệp khai thác và chế biến khoáng sản cũng như trong tự nhiên, VD như: Cadimi có nguồn gốc từ chất thải công nghiệp, trong chất thải khi khai thác quặng crôm trong mạ kim loại nước thải của sản phẩm gốc crôm hay chì trong công nghiệp than, dầu mỏ. Thuỷ ngân, đồng, asen, chì, sắt, kẽm, mangan… trong chất thải công nghiệp khai thác khoáng sản.
Hầu hết các kim loại nặng như As, Cu, Zn, Fe, Cr, Mn, Pb … tồn tại trong nước ở dạng ion.
- Sắt (Fe)
– Các hợp chất vô cơ hóa trị (II )của ion sắt: FeS, FeSO4, Fe(HCO3)2, Fe(OH)2, FeCO3.v.v.
– Các hợp chất vô cơ của ion sắt hóa trị III: FeCl3, Fe(OH)3…Trong đó Fe(OH)3 là chất keo tụ dễ lắng đọng trong các bể lắng và bể lọc.
– Các phức chất vô cơ của ion sắt với Silicat, photphat FeSiO(OH)3+3):
+ Các phức chất hữu cơ của ion sắt với axit humic, funvic..
+ Các ion sắt hòa tan Fe(OH)2, Fe(OH)3 tồn tại tùy thuộc vào giá trị thế oxy hóa khử và pH của môi trường .
Trong nước ngầm sắt thường tồn tại ở dạng ion, muối Fe2+ của sắt có hóa trị (II) là thành phần của các muối hòa tan như là: Fe(HCO3)2, FeSO4… Hàm lượng sắt trong nước ngầm thường cao và phân bố không đều trong các lớp trầm tích dưới đất đá sâu. Nước có hàm lượng sắt cao, làm cho nước có mùi tanh và có màu nâu vàng, gây ảnh hưởng không tốt đến chất lượng nước ăn uống sinh hoạt và sản xuất.
- Asen (As)
Asen là một á kim, có 2 dạng thù hình: dạng tinh thể vàng trong suốt mềm như sáp; dạng tinh thể xám bền ở nhiệt độ thường, ánh kim, giòn, dẫn điện. Asenic bao gồm Asen và các hợp chất của Asen là một chất không mùi, không vị, cực kỳ độc có thể gây tử vong cho sinh vật và con người. Hàm lượng Asen trong nước dưới đất phụ thuộc vào tính chất và trạng thái môi trường địa hóa. Asen tồn tại trong nước dưới đất ở dạng H3AsO4-1 (trong môi trường pH axit đến gần trung tính), HAsO4-2 (trong môi trường kiềm). Trong nước chứa nhiều oxi, Asen tồn tại ở hóa trị (V), rất hiếm ở dạng Asenat(III). Trong nước chứa ít oxi (giếng ngầm, sâu) Asen tồn tại ở dạng asenat(III) và Asen kim loại [4].
- Crom (Cr)
– Crom tồn tại ở hóa trị 6 và hóa trị 3.
– Cr(III) còn có thể kết tủa ở dạng hyđroxit, thường ở dạng dung dịch rắn với sắt (III) hyđroxit, dạng hóa học thông thường nhất là Cr(VI) tan nhiều trong nước và ít bị hấp phụ lên bề mặt kết lắng. Cr(III) còn có thể kết tủa ở dạng hyđroxit, thường ở dạng dung dịch rắn với sắt (III) hyđroxit. Crom VI (hóa trị 6) độc hơn Cr III (hóa trị 3). Trong nước ngầm, Crom ở dạng hóa trị +3 và +6.
- Chì (Pb)
– Pb tồn tại ở hai dạng ion có hóa trị +2 và +4.
– Dạng tồn tại của Pb trong nước ngầm là dạng có hóa trị 2.
- Mangan (Mn)
Mangan cũng là nguyên tố hay gặp trong nước ngầm, thường cùng tồn tại với sắt. Trong đất đá chúng thường tồn tại ở dạng ít tan, được chuyển hóa thành dạng tan do phản ứng khử và vi sinh vật thâm nhập vào nước ngầm. Nồng độ Mangan tan trong nước ngầm có thể đạt tới hàm lượng vài mg/l. Trong nước ngầm Mangan ở dạng hóa trị +2.
- Độ axit
Một trong các nguyên nhân chính gây ô nhiễm nước là sự hình thành axit từ quá trình oxy hóa sunfua trong các khoáng. Quá trình này xảy ra khi các khoáng sunfua phản ứng với nước và oxy có sự tham gia của các vi khuẩn sinh ra axit sunfuric, ion hydroxyt và ion sunfat. Giá trị pH thấp (độ axit cao) đẩy mạnh sự hòa tan của các khoáng, sinh ra các kim loại và các phần tử độc hại khác đi vào các vực nước. Quá trình này có thể xảy ra trên bề mặt của các bãi chôn lấp chất thải hay các bãi thải đất đá, trong các mỏ hầm lò (nước ngầm có thể ngấm vào các mỏ này) và ở các mỏ lộ thiên (nước ngầm, nước mưa hay các dòng chảy bề mặt có thể chảy vào các hố mỏ).
Độ axit làm cho nồng độ của các kim loại nặng hòa tan tăng lên có thể là nhân tố làm tăng ảnh hưởng độc hại của các kim loại. Độ axit được đo bằng giá trị pH (độ hoạt động của ion hydro) biểu diễn bằng đơn vị logarit.
Sự rò rỉ axit có thể gây ra ảnh hưởng bất lợi gấp hai lần tới hệ sinh vật dưới nước; giá trị pH thấp có thể gây hại cho các thực thể sống dưới nước và mức độ kim loại nặng cao cũng gây ra những tác hại tương tự. Các hướng dẫn ở Oxtraylia khuyến cáo giá trị pH không nên thay đổi ngoài khoảng 6,5 – 9 đối với hệ sinh thái dưới nước và nằm trong khoảng 6,5 – 8,5 đối với nước sử dụng làm nước uống
Nước ngầm là nguồn cung cấp nước sinh hoạt chủ yếu ở nhiều quốc gia và vùng dân cư trên thế giới. Do vậy, ô nhiễm nước ngầm có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng môi trường sống của con người. Nếu môi trường nước ngầm bị ô nhiễm thì trong nước ngầm có chứa các yếu tố độc hại như KLN nếu không được xử lí, thông qua nước sinh hoạt, thực phẩm gây tác động xấu đến con người.
Ô nhiễm nước ngầm bởi kim loại nặng có tác động tiêu cực tới sức khỏe con người, cụ thể:
Bảng 1.2. Ảnh hưởng của kim loại nặng trong nước ngầm đối với sức khỏe của con người
| Độc tố kim loại nặng | Triệu chứng/ Hậu quả |
| Asen – As | Nguy hại cho da, hệ thống tim mạch và thậm chí gây ung thư sau 3 – 5 năm. |
| Chì – Pb | – Trẻ em: chậm phát triển về thể chất, trí tuệ và tinh thần.– Người lớn: gây hại thận, tim mạch và nội tạng. |
| Cadium – Cd | – Ngắn hạn: gây tiêu chảy, tổn thương gan.– Lâu dài: gây bệnh thận, và tim mạch, nội tạng. |
| Nicken – Ni | – Dài hạn: giảm cân, hại tim, phổi gan. |
| Selenium – Se | – Rụng tóc, móng ngón tay, chân và vấn đề về tim mạch. |
| Antimony -Sb | – Tăng Cholesterol trong máu và giảm đường huyết. |
| Bari – Ba | – Tăng huyết áp. |
| Syanua – CN | – Nguy hại về hệ thần kinh. |
| Crom – Cr | – Gây dị ứng, mẩn ngứa. |
| Mangan – Mn | – Chuyển màu nước từ nâu đen, gây cặn đen và vị tanh. |
| Sắt – Fe | – Màu cam đỏ trong nước có váng sắt, vị tanh. |
| Flo – F | – Gây xỉn răng, ố vàng. |
| Đồng – Cu | – Vị tanh, váng màu xanh. |
| Thủy ngân – Hg | – Gây xỉn da, chấm nâu trong lòng trắng mắt. |
| Nhôm – Al | -Nước đổi màu, vị tanh. |
| Kẽm – Zn | – Vị tanh. |
Bên cạnh ảnh hưởng của chất độc độc hại KLN đối với con người, nước ngầm bị ô nhiễm VSV sẽ gây bệnh hoặc truyền bệnh cho người và sinh vật. Đáng chú ý nhất là các loại vi khuẩn, siêu vi khuẩn, và ký sinh trùng gây bệnh như các loại ký sinh trùng gây bệnh tả, lỵ, thương hàn, sốt rét, siêu vi khuẩn viêm gan B, siêu vi khuẩn viêm não Nhật Bản, trứng giun vv…
