Kết quả cho thấy trong trầm tích trẻ và cổ hàm lƣợng Fe là 18,8 g/kg và 22,3 g/kg; hàm lƣợng As là 7,5 mg/kg và 3,9 mg/kg tƣơng ứng với hai dạng trầm tích trên (bảng 3.1).
Bảng 3.1. Hàm lƣợng As, Fe phân bố trong các pha
Hàm lƣợng Fe (g/kg) Hàm lƣợng As (mg/kg) Trầm tích trẻ Trầm tích cổ Trầm tích trẻ Trầm tích cổ Pha hấp phụ - 0,02 0,3 0,04
Pha các khoáng sắt dễ hòa tan 2,8 13,5 1,1 0,3
Pha các khoáng sắt hoạt động 0,6 - 0,5 -
Pha các khoáng sắt tinh thể 1,7 - 3,4 -
Pha các khoáng bền vững 13,8 8,7 2,2 3,5
Tổng 18,8 22,3 7,5 3,9
Nƣớc ngầm 12,5 mg/L 13,1 mg/L 300 µg/L 58 µg/L
Ghi chú: (-): Nhỏ hơn giới hạn định lƣợng, nhỏ hơn 0,05 mg/L Fe, nhỏ hơn 1 µg/L As Tổng hàm lƣợng Fe trong hai dạng trầm tích là tƣơng đƣơng nhau (18,8 g/kg và 22,3 g/kg tƣơng ứng trong trầm tích trẻ và cổ). Nhƣng phân tích cấu trúc thành phần khoáng học cho thấy dạng Fe tồn tại trong trầm tích có sự khác biệt. Trầm tích trẻ có chứa 2,8 g/kg là các khoáng Fe dễ hòa tan; 0,6 g/kg là khoáng Fe hoạt động (Fe(III) dễ bị khử); 1,7 g/kg là pha Fe tinh thể; còn lại 13,8 g/kg là pha các khoáng bền vững. Trầm tích cổ chứa chủ yếu là pha các khoáng sắt hòa tan 13,6 g/kg; dạng khoáng Fe hoạt động và Fe tinh thể không đƣợc phát hiện thấy; Fe trong pha các khoáng bền vững chiếm 8,7 g/kg (hình 3.1). Nhƣ vậy, cấu trúc các pha khoáng sắt trên các trầm tích khác nhau là rất khác nhau.
35
A, Trầm tích trẻ B, Trầm tích cổ
Hình 3.1. Sự phân bố Fe trên các khoáng sắt trong trầm tích trẻ và cổ
Dƣới điều kiện khử, dạng Fe tồn tại trong các pha khoáng Fe dễ hòa tan, Fe hoạt động và Fe tinh thể bị rửa trôi từ trầm tích ra nƣớc ngầm. Tổng lƣợng Fe ở dạng linh động nói trên ở trầm tích trẻ là 5,2 g/kg. Trong trầm tích cổ, mặc dù hai dạng Fe hoạt động và Fe tinh thể không đƣợc tìm thấy nhƣng dạng Fe dễ hòa tan lên tới 13,6 g/kg. Ta nhận thấy trầm tích cổ có chứa nhiều Fe hoạt tính hơn so với trầm tích trẻ. Từ đó suy ra, khả năng gia tăng nồng độ Fe trong nƣớc ngầm dƣới điều kiện khử ở khu vực trầm tích cổ cao hơn so với khu vực trầm tích trẻ. Theo kết quả nghiên cứu đối với trầm tích Vạn Phúc, Thanh Trì của tác giả Eiche cùng cộng sự, nồng độ Fe tại khu vực trầm tích cổ chỉ dao động trong khoảng 0,72-2,7 mg/L trong khi ở khu vực trầm tích trẻ khoảng dao động cao gấp 10 lần (2,4- 20,4 mg/L) [6]. Tuy nhiên, trong nghiên cứu này, nồng độ Fe trong nƣớc ngầm hai khu vực không khác nhau đáng kể, cụ thể là 13,1 mg/L và 12,5 mg/L tƣơng ứng với trầm tích cổ và trẻ. Có thể do trong thực tế quá trình vận chuyển Fe trong tầng chứa nƣớc diễn ra khá phức tạp và chịu tác động bởi nhiều yếu tố môi trƣờng nên chênh lệch nồng độ Fe ở hai khu vực khác so với lý thuyết nói trên.
36
Giá trị As thu đƣợc (3,9 và 7,5 mg/kg) thuộc khoảng hàm lƣợng As trong trầm tích đƣợc tìm thấy tại các vùng có ô nhiễm As (bảng 3.1). Ví dụ nhƣ trầm tích đặc trƣng cho các vùng đồng bằng tích tụ và đồng bằng châu thổ ở Băng-la-đét có hàm lƣợng asen thƣờng trong khoảng 0,4-10 mg/kg, trung bình là 4 mg/kg. Trầm tích sông Gangers có asen trung bình khoảng 2,0 mg/kg. Hàm lƣợng As trung bình trong các trầm tích suối ở Anh và xứ Wales thƣờng biến động trong khoảng 5-8 mg/kg [16]. Nhƣ vậy, hàm lƣợng As trong hai dạng trầm tích trẻ và cổ đều nằm trong khoảng hàm lƣợng phổ biến.
Hàm lƣợng As trong trầm tích cổ (3,9 mg/kg) thấp hơn một nửa so với trầm tích trẻ (7,5 mg/kg) (hình 3.2). Có thể theo thời gian, quá trình phong hóa trầm tích khiến lƣợng As trên trầm tích cổ bị mất đi. Nghiên cứu trầm tích ở Vạn Phúc, Hà Nội, tác giả Berg cũng nhận thấy các lớp trầm tích càng sâu (có tuổi già hơn) thì hàm lƣợng As trong trầm tích càng giảm, từ 17,5 mg/kg trên bề mặt giảm xuống nhỏ hơn 5 mg/kg dƣới độ sâu 20m [4].
A, Trầm tích trẻ B, Trầm tích cổ
37
Xem xét chi tiết hơn về phân bố As trên các pha khoáng sắt, ta thấy trầm tích trẻ có 0,3 mg/kg As liên kết trên bề mặt; 1,1 mg/kg là dạng As trên pha Fe dễ hòa tan; 0,5 mg/kg As trên pha các khoáng Fe hoạt động; 3,5 mg/kg As trong pha Fe tinh thể; 2,2 mg/kg ở dạng liên kết với các khoáng bền vững. Trong khi đó, trầm tích cổ chỉ chứa 0,34 mg/kg là dạng As hấp phụ và trong các khoáng dễ hòa tan, dạng As liên kết với các khoáng Fe hoạt động và Fe tinh thể không đƣợc phát hiện thấy; chủ yếu là dạng As liên kết với các khoáng bền vững (3,5 mg/kg) (bảng 3.1).
Phần lớn các nghiên cứu đều chỉ ra sự có mặt của As chủ yếu nằm trong liên kết với các pha khoáng ôxit sắt và khoáng sắt bền vững. Các tài liệu trƣớc cũng đã cho thấy sự đa dạng về phân bố của asen trong trầm tích. Tác giả Blute cùng cộng sự (2009) nghiên cứu khả năng linh động của As trong trầm tích đất ngập nƣớc ở Woburn, Massachusetts. Nghiên cứu cho thấy, tại độ sâu 0,3 – 0,4 m, các trầm tích đất ngập nƣớc chứa hàm lƣợng As là 15 mg/g với 80% là dạng As liên kết với các pha (hydr)oxit Fe vô định hình, Fe tinh thể và các pha Fe hỗn hợp nhiều hóa trị. Phần As còn lại liên kết với các khoáng sunfua [14].
Nghiên cứu trầm tích vùng công nghiệp ở Singapo đã tìm thấy tổng hàm lƣợng As trung bình là 1,2 mg/kg (n=4). Trong đó gần 40% (0,5 mg/kg) dạng As trong pha rắn bị hấp phụ trên bề mặt các ôxit Fe khi dùng dịch chiết phốtphat; 15,7% (0,2 mg/kg) liên kết As với các khoáng Fe vô định hình; 25% (0,3 mg/kg) As liên kết với ôxit Fe tinh thể, khoáng sunfua [24].
Trong trầm tích vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng, một nghiên cứu khác đã chỉ ra chỉ một phần nhỏ As (10-15%) trong tổng lƣợng As 12 mg/kg là ở dạng hấp phụ còn chủ yếu (60-80%) là dạng As liên kết với pha rắn Fe ôxit trong trầm tích [35].
Lƣợng As có khả năng bị hòa tan trong trầm tích trẻ là 2 mg/kg (pha hấp phụ, dễ hòa tan), còn trong trầm tích cổ chỉ là 0,34 mg/kg. Theo lí thuyết, quá trình già hóa trầm tích kéo theo sự suy giảm diện tích bề mặt, tăng kích thƣớc hạt đối với các khoáng sắt hoặc thay đổi cấu trúc Fe(III) ôxit thành hỗn hợp ôxit Fe(III)-Fe(II). Sự
38
biến đổi này làm giảm khả năng hấp phụ asen trên các khoáng sắt, dẫn tới hàm lƣợng asen linh động ở trầm tích cổ ít hơn so với trầm tích trẻ [2].
Ngoài ra, trầm tích trẻ có chứa As liên kết trên dạng khoáng Fe hoạt động (0,5 mg/kg) và Fe tinh thể (3,5 mg/kg). Hai dạng này bị hòa tan dƣới điều kiện khử. Trong khi đó ở trầm tích cổ hai dạng khoáng này không đƣợc tìm thấy (hình 3.2). Theo giả thuyết đã nói trên, quá trình khử hòa tan các khoáng Fe dễ hòa tan và Fe hoạt động kéo theo sự giải hấp phụ và đồng hòa tan của As liên kết trên các khoáng đó. Điều này có nghĩa là, càng nhiều As có mặt trên các dạng khoáng linh động thì nồng độ As trong nƣớc ngầm càng cao. Ngƣợc lại, nếu không tồn tại As trên các pha khoáng linh động đó thì không có quá trình giải phóng As. Sự khác biệt giữa phân bố As trong hai dạng trầm tích giải thích tại sao nồng độ As trong nƣớc ngầm khu vực trầm tích trẻ là 300 µg/L trong khi giá trị này ở khu vực trầm tích cổ là 58 µg/L.
Nghiên cứu tại hai khu vực trầm tích có tuổi khác nhau, tác giả Eiche cũng chỉ ra khoảng hàm lƣợng As ở khu vực trầm tích trẻ hơn cao hơn so với khoảng giá trị này ở khu vực trầm tích cổ hơn mặc dù kết quả phân tích tổng As trong trầm tích hai khu vực này là tƣơng đƣơng nhau [6]. Suy ra, không phải tổng lƣợng As trong trầm tích mà lƣợng As liên kết trên các pha Fe linh động (dễ hòa tan, hoạt động, tinh thể) mới quyết định hàm lƣợng As bị hòa tan ra nƣớc ngầm.
Tỷ lệ mol Fe/As cũng là một vấn đề đƣợc xem xét khi tìm hiểu quá trình giải phóng As. Khả năng As có thể bị lƣu giữ trên các ôxit sắt sẽ tăng khi tỉ lệ Fe/As tăng. Cùng một giá trị Fe, nếu hàm lƣợng As liên kết với Fe thấp hơn thì pha khoáng đó có khả năng hấp phụ As cao hơn. Cùng một giá trị As liên kết thì pha khoáng có chứa nhiều Fe hơn cũng sẽ có khả năng bắt giữ asen cao hơn. Bởi vậy, tỉ lệ Fe/As có thể là một yếu tố để đánh giá quá trình giải phóng As ra khỏi các vị trí hấp phụ trên ôxit sắt: nếu tỉ lệ này càng cao As càng khó bị giải phóng ra nƣớc ngầm. Một số tác giả cho rằng tại vùng có tỉ lệ Fe/As cao thì có thể dự đoán là nồng độ As trong tầng chứa nƣớc thấp [11,49].
39
Kết quả thu đƣợc từ phép chiết phân đoạn cho phép ta xác định tỉ lệ Fe/As trong từng pha nhƣ bảng 3.2.
Bảng 3.2. Tỉ lệ mol Fe/As trong trầm tích và trong nƣớc ngầm
Tỉ lệ mol Fe/As Khu vực trầm tích trẻ Khu vực trầm tích cổ
Nƣớc ngầm 61 300
Trầm tích 3374 7633
Nhìn vào bảng 3.2 ta có thể thấy tỉ lệ mol Fe/As trong trầm tích cao hơn nhiều so với tỉ lệ Fe/As trong pha nƣớc ở cả hai đối tƣợng nghiên cứu ở khu vực ven sông (có trầm tích trẻ) và khu vực lân cận núi (có trầm tích cổ).
Trong nghiên cứu này, khu vực trầm tích trẻ có tỉ lệ mol Fe/As trong nƣớc là 61, trong trầm tích là 3373. Vùng trầm tích cổ, tỉ lệ mol Fe/As trong nƣớc là 300, trong trầm tích là 7633 (hình 3.3). Kết quả thu đƣợc khá phù hợp với nghiên cứu của tác giả Berg và cộng sự (2008). Tỉ lệ mol Fe/As trong nƣớc là 68, và trong trầm tích là 4700 đƣợc tìm thấy ở vùng có nƣớc ngầm chứa hàm lƣợng As trung bình khá cao 121 µg/L. Trong khi đó, tỉ lệ mol Fe/As trung bình là 350 trong nƣớc và 8700 trong trầm tích đƣợc tìm thấy ở khu vực có nồng độ As trong nƣớc ngầm trung bình là 60 µg/L [11].
Tóm lại, tỉ lệ mol Fe/As của trầm tích trẻ ven sông thấp hơn cho thấy khả năng As trong trầm tích trẻ có thể giải phóng ra khỏi dạng liên kết trong pha rắn cao hơn so với trong trầm tích cổ.
Nhƣ vậy, phân bố As trên các pha khoáng sắt ảnh hƣởng đến sự hòa tan Fe và As từ hai loại trầm tích này ra nƣớc ngầm. Quá trình Fe hòa tan kéo theo As bị rửa trôi ra nƣớc ngầm xảy ra tại khu vực trầm tích trẻ khi dạng trầm tích này có các pha khoáng Fe linh động mang As nhƣ khoáng Fe dễ hòa tan, Fe hoạt động và Fe tinh thể. Đối với khu vực trầm tích cổ, khoáng Fe hoạt động và Fe tinh thể không đƣợc phát hiện và mặc dù chứa nhiều khoáng Fe hòa tan nhƣng pha khoáng này
40
không mang As nên quá trình giải phóng As không diễn ra. Phân tích tỉ lệ mol Fe/As cũng chỉ ra khả năng giải phóng As từ trầm tích trẻ cao hơn so với từ trầm tích cổ đồng nghĩa với hàm lƣợng As trong nƣớc ngầm trầm tích trẻ cao hơn so với trong nƣớc ngầm trầm tích cổ.
Điều này phù hợp với kết quả về nƣớc ngầm tại hai địa điểm nghiên cứu. Nƣớc ngầm khu vực trầm tích cổ có nồng độ Fe là 13,1 mg/L nhƣng nồng độ As là 58 µg/L trong khi nƣớc ngầm vùng trầm tích trẻ với nồng độ Fe tƣơng tự (12,5 mg/L), nhƣng nồng độ As cao lên tới 300 µg/L (bảng 2). Nhƣ vậy, khả năng gia tăng nồng độ As trong nƣớc ngầm phụ thuộc vào cấu trúc khoáng của trầm tích của khu vực đó, cụ thể là tƣơng quan thuận với hàm lƣợng As trên các pha khoáng sắt linh động (có thể bị hòa tan và khử trong điều kiện môi trƣờng khử) và tƣơng quan nghịch với tỉ lệ mol Fe/As trong trầm tích.