Có nhiều cách để lí giải sự có mặt của As trong nước ngầm như: sự giải hấp phụ của As từ trầm tích cũng là một cơ chế. Polizzoto và cộng sự (2006) đã tìm thấy 15%
As pha rắn dễ bị giải hấp và họ cũng cho rằng As được giải phóng từ lớp đất bề mặt hoặc trầm tích sau đó di chuyển xuống và đi vào tầng ngậm nước phía dưới [38]. Hay như Apello (2002) và Anawa (2004) lại cho rằng cơ chế giải phóng As vào nước ngầm là từ sự thế chỗ As bởi ion HCO3- từ quá trình cạnh tranh vị trí hấp phụ trên bề mặt trầm tích [10, 11]. Tuy nhiên, Swartz (2004) đã thực hiện nghiên cứu trên trầm tích tại Bangladesh lại cho rằng khi lớp bề mặt của trầm tích bị bao phủ bởi lớp silica, khi đó khả năng thế chỗ As của bicarbonat bị hạn chế [47]. Qua đó có thể thấy có khá nhiều cơ chế được đưa ra bởi các nhà khoa học để giải phóng cho sự ô nhiễm As này, nhưng cơ chế giải phóng As vào nước ngầm này là khác nhau tùy thuộc vào điều kiện môi trường và lượng As trên trầm tích địa phương ở từng khu vực. Tuy nhiên, đối với tầng chứa nước ở các vùng đồng bằng châu thổ thì cơ chế được chấp nhận rộng rãi nhất hiện nay là thông qua quá trình khử hòa tan các khoáng Fe oxit có mang As trong trầm tích [17, 20, 37, 39].
Từ sự phân bố As trên trầm tích và khẳng định chỉ có lượng As linh động mới có khả năng ảnh hưởng đến tầng chứa nước như đã đề cập ở trên. Kết hợp với giả thuyết về cơ chế giải phóng As từ trầm tích ra nước ngầm thông qua cơ chế khử hòa tan thì trầm tích ở khu vực nào càng nhiều As dạng linh động đặc biệt là liên kết trên
73
pha khoáng (oxyhydr)oxit Fe tinh thể thì nước ngầm khu vực đó càng có khả năng bị ô nhiễm As với nồng độ cao. Đối chiếu với nồng độ As trong nước ngầm và As dạng linh động trong trầm tích (Hình 3.14). Thấy nồng độ As tổng trong nước ngầm tìm thấy cao nhất tại Võn Cốc (trong khoảng rộng <5 – 298 àg/l), và Phựng (với khoảng nồng độ As tổng là 114 – 269 àg/l), nồng độ As tổng trong nước ngầm ở Võn Phỳc, Phúc Hòa và Phú Kim là tương đương nhau (trung bình xung quanh khoảng 30 – 50 àg/l). Tương ứng với hàm lượng As ở dạng linh động trong trầm tớch cũng tỡm thấy cao nhất ở Vân Cốc, trong khoảng 1-6 mg/kg và tại Vân Phúc, Phúc Hòa, Phùng và Phú Kim tương đương nhau trong khoảng 0,5-1,5 mg/kg.
Hình 3.14. Hàm lượng As dạng linh động trong trầm tích và nồng độ As tổng trong nước ngầm ở 5 địa điểm nghiên cứu
Từ các kết quả trên có thể thấy giả thuyết trên dường như đúng với các trường hợp ở Vân Cốc, Vân Phúc, Phúc Hòa và Phú Kim còn trường hợp tại Phùng thì hoàn toàn trái ngược. Tức là, As linh động trong trầm tích tại Vân Cốc là nhiều nhất thì tương đương với nồng độ As trong nước ngầm cũng là cao nhất. Lượng As linh động ở Phú Kim, Phúc Hòa và Vân Phúc ít hơn so với Vân Cốc và cũng tương tự nồng độ As tổng trong nước ngầm ở 3 điểm này cũng ít theo. Tuy nhiên, hàm lượng As linh động trong trầm tích tại Phùng chỉ tương đương so với Phú Kim, Phúc Hòa và Vân
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
0 2 4 6 8
Độ sâu (m)
As - trầm tích dạng linh động (mg/kg)
Vân Cốc Vân Phúc Phúc Hòa Phùng Phú Kim
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
0 100 200 300
As - nước ngầm (àg/l)
Vân Cốc Vân Phúc Phúc Hòa Phùng Phú Kim
74
Phúc vậy thì nếu theo đúng như giả thuyết thì nồng độ As tổng trong nước ngầm tại đây cũng phải tương đương với các điểm đó. Nhưng nồng độ As tổng trong nước ngầm tại Phùng lại cao gấp 2-3 lần so với nồng độ As trong nước ở Phú Kim, Phúc Hòa và Vân Phúc (gần như tương đương với nồng độ As trong nước ngầm tại Vân Cốc). Sự bất thường trong nồng độ As tổng trong nước ngầm ở Phùng có thể được giải thích là do nước ngầm ở địa điểm này tương tác với trầm tích có chứa sét (dù ít hay nhiều), mà hàm lượng As trong trầm tích sét thường cao hơn trong trầm tích cát.
Mặc dù ở Phùng lượng As trong trầm tích liên kết chủ yếu với pha khoáng pyrit tuy nhiên sự có mặt của trầm tích sét ở tầng chứa nước này cũng phần nào ảnh hưởng đến nồng độ As trong nước ngầm. Ngoài ra, còn có nguyên nhân nữa có thể dẫn đến sự bất thường này đó là As có thể được vận chuyển từ nơi khác đến thông qua dòng chảy nước ngầm và lượng As đó sẽ tích tụ dần theo thời gian và làm cho tầng chứa nước ở đây bị ô nhiễm As. Tuy nhiên, để biết được nguyên nhân chính xác gây nên hiện tượng này thì một nghiên cứu sâu hơn về cả địa chất và thủy văn ở khu vực này là cần thiết.
Hình 3.15. Hàm lượng As ở dạng linh động trong trầm tích và nồng độ As tổng trong nước ngầm tại Vân Cốc
75
Hình 3.15 biểu diễn sự phân bố theo độ sâu của As cả trong trầm tích và nước ngầm tại Vân Cốc. Từ sự biểu diễn này có thể thấy sự biến đổi nồng độ As tổng trong nước ngầm theo độ sâu ở Vân Cốc khá trùng hợp với sự thăng giáng hàm lượng As linh động trong trầm tích. Khi mà lượng As linh động trong trầm tích tại đây được tìm thấy nhiều nhất ở độ sâu nông (trên 0,2m), thì tương ứng với nó là nồng độ As tổng trong nước ngầm tăng lên và đạt cực đại ở -5m. Điều này cho thấy, điều kiện khử của môi trường tăng theo độ sâu dẫn đến sự khử hòa tan khoáng Fe oxit và kéo theo sự giải phóng của As liên kết trên đó vào nước ngầm làm cho nồng độ As trong nước tăng dần. Sau khi đạt cực đại nồng độ As tổng trong nước lại giảm tương ứng với hàm lượng As linh động trong trầm tích cũng ít đi ở độ sâu sâu hơn (dưới -1,4m).
Điều này chứng tỏ As trong trầm tích và nước ngầm tại Vân Cốc có mối liên hệ chặt chẽ với nhau. Sự chênh lệch độ sâu đạt cực đại của nồng độ As trong trầm tích và nước ngầm có thể là do khi As giải phóng vào nước ngầm đã bị dịch chuyển xuống dưới theo chiều thẳng đứng của dòng chảy nước ngầm. Tuy nhiên, sự chênh lệch này là không cao do vận tốc của dòng chảy nước ngầm theo chiều thẳng đứng là khá chậm (ở Vân Cốc là khoảng 0,25 m/năm [40]).
Cơ chế giải phóng As vào nước ngầm tại Vân Phúc và Phúc Hòa tuy cũng tuân theo giả thuyết là qua con đường khử hòa tan khoáng Fe oxit chứa As nhưng dường như không được chặt chẽ như trường hợp tại Vân Cốc. Nhìn lại nồng độ As tổng trong nước ngầm ở 2 địa điểm này có thể thấy lượng As ở đây chỉ tương đương so với nồng độ As tổng trong nước ngầm ở Phú Kim (Hình 3.1). Trong khi lượng As linh động trong trầm tích tại Vân Phúc và Phúc Hòa lại nhỉnh hơn so với ở Phú Kim đồng thời trong trầm tích tại 2 địa điểm này đều có sự xuất hiện của pha khoáng Fe (oxihydr)oxit tinh thể (Hình 3.13). Mà theo như cơ chế khử hòa tan các khoáng Fe oxit thì As linh động càng nhiều và càng có mặt trên pha khoáng Fe (oxyhydr)oxit tinh thể thì càng thuận lợi cho quá trình giải phóng As xảy ra. Vậy thì đáng nhẽ nồng độ As tổng trong nước ngầm ở Vân Phúc và Phúc Hòa phải cao hơn Phú Kim nhưng thực tế lại ngược lại. Điều này có thể lí giải dựa vào điều kiện khử của môi trường nước ngầm ở hai địa điểm này. Như đã chứng minh ở trên thì nước ngầm ở hai địa
76
điểm này thể hiện tính khử yếu hơn đồng thời mức độ hoạt động của vi sinh vật khu vực này cũng yếu hơn so với các địa điểm khác. Chính tính khử của môi trường yếu hơn và mức độ hoạt động của vi sinh vật thấp hơn đã ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ do đó cũng ảnh hưởng đến khả năng giải phóng As và làm hạn chế sự phát tán As từ trầm tích vào nước ngầm. Tuy nhiên do số lượng mẫu trầm tích thực hiện tại 2 địa điểm này là khá ít nên để có thêm bằng chứng cho chứng minh cho nhận định trên cần tăng thêm số lượng mẫu khảo sát để có bằng chứng xác thực hơn.
Tóm lại, có thể nói As dạng linh động trong trầm tích và nước ngầm có liên hệ khá gần với nhau. Và cơ chế giải phóng As từ trầm tích ra nước ngầm ở điểm nghiên cứu là thông qua con đường khử hòa tan các khoáng Fe oxit và cơ chế canh tranh vị trí hấp phụ trên bề mặt khoáng. Từ việc nghiên cứu sự phân bố As trên các pha khoáng rắn trong trầm tích đặc biệt là các pha khoáng Fe có thể cho chúng ta một cơ sở để dự đoán sự ô nhiễm As trong tầng chứa nước ở một khu vực bất kì nào đó.