nước ở những vùng có sự thay đổi làm phá vỡ chế độ thủy văn (gồm đập ngăn dòng nước, sự thay đổi sử dụng đất, sự khai thác nước ngầm tưới tiêu gia tăng và sự đào khai thác đất sét), kết hợp với điều kiện địa hóa sinh học hoặc vật chất mang nguồn As [15].
Như vậy, quá trình thủy văn cũng có vai trò trong vận chuyển As. Tác giả Polizzoto cho rằng hầu hết As trong trầm tích đồng bằng sông Mê Kông 6000 năm là vận chuyển từ tầng đất bề mặt và sau đó thấm xuống tầng chứa nước có cát [15]. Ngoài ra, tác giả Postma đã quan sát thấy trong tầng chứa nước rất trẻ của sông Hồng có sự vận động của As trong tầng chứa nước. Tác giả cho rằng, phù sa sau khi bồi tích theo địa hình như ao hoặc kênh mương, bùn trở nên hoạt động và bắt đầu giải phóng Fe và As. Quá trình thấm lọc sau đó thông qua lớp sét ven bờ làm cho nước ngầm có nhiều As [8]. Điều này phù hợp với kết luận của Polliozooto về dòng nước ngầm chứa nhiều As phát ra từ các ao đầm và lan rộng trong tầng chứa nước.
1.4.3. Sự hình thành As trong các tầng ngậm nƣớc mang tính oxy hóa có pH cao cao
Nồng độ As cao trong nước ngầm ở nhiều vùng có điều kiện khí hậu khô cằn đã được tìm thấy ở một số vùng thuộc Mehico, Chile, Agentina. Nhiều nghiên cứu cho thấy chính trong điều kiện oxy hóa của nước ngầm ở vùng khí hậu khô cằn cùng với giá trị pH cao (7–8,7) là nhân tố làm tăng sự giải hấp As từ trầm tích ra môi trường.
29
Hình 1.9. Sự gia tăng nồng độ As khi pH của trầm tích chứa 1g/kg Fe như HFO tăng từ giá trị ban đầu là pH 7 dưới điều kiện hệ thống kín [20]
Dưới các điều kiện hiếu khí và pH từ axit đến gần trung tính của nhiều môi trường tự nhiên, As bị hấp phụ rất mạnh bởi các khoáng oxit đặc biệt là dạng As(V). Sự hấp phụ đã giúp cho nhiều môi trường nước ngầm trong tự nhiên khỏi vấn đề nhiễm độc As. Khi pH tăng, đặc biệt lớn hơn pH 8,5 thì As giải hấp khỏi bề mặt các oxit, vì thế làm tăng nồng độ As trong nước. Tác động của việc này được làm gia tăng bởi đặc trưng tỉ lệ rắn/lỏng cao của các tầng ngậm nước (3–10 kg/L).
Có thể giải thích ảnh hưởng này với một vài mô hình tính toán. Nếu chúng ta giả thiết rằng trầm tích cát với trạng thái xốp 25% chứa 1g Fe/kg như HFO và lúc đầu cân bằng ở pH 7 với nước sông chứa 1 µg/L As và 0,05 mol/L NaCl, sau đó HFO có lượng As đi vào là khoảng 15.000 mg/kg. Cái này tương đương với 23 mgAs/kg trầm tích. Nếu pH sau đó tăng trong khi vẫn duy trì tổng nồng độ As không đổi trong trầm tích trên lỗ nước, tương tự với sự tiến triển trong một hệ thống kín, thì sau đó sự giải hấp As xảy ra (hình 1.9). Có sự gia tăng rõ ràng đối với nồng độ As trong nước lỗ rỗngkhi pH trên 8,5. Khi pH trên 9, nồng độ As(V) có thể lớn hơn 1000 µg/L. Nồng độ ion 0,05 M là lớn hơn đã được tìm thấy ở hầu hết nước sông nhưng giúp cho việc duy trì lực ion không đổi trong phép tính toán.
30
Thông thường những ảnh hưởng của sự thay đổi nồng độ ion là tương đối nhỏ. Ở hệ thống này giả thiết là không có sự cạnh tranh của các ion trong dung dịch [20].
Trên thực tế, những ion khác (như photphat, bicacbonat và silicat) trong nước sông sẽ cạnh tranh về vị trí hấp phụ trên HFO và làm giảm lượng As đi vào ban đầu. Nếu chúng ta giả thiết cho ví dụ rằng nước sông cũng chứa 10 µg/L PO4– P, thì lượng As đi vào bị giảm đến 5600 mg/kg HFO. Mặc dù có sự ảnh hưởng bởi sự cạnh tranh về vị trí hấp phụ trên bề mặt HFO của các ion khác nhưng pH vẫn có ảnh hưởng lớn tới sự giải phóng As. Photphat (và các anion bị hấp phụ khác) cũng được giải phóng cùng với As ở pH cao. Ở pH 9 nồng độ P tổng được tính ở ví dụ trên là 13 mg/L [20].
Có một vài lí do giải thích cho sự tăng giá trị pH ở trong các vùng này, nhưng quan trọng nhất là sự hấp thu proton bởi sự phong hóa khoáng và các phản ứng trao đổi ion, kết hợp với ảnh hưởng của sự bay hơi ở những vùng khô cằn và bán khô hạn. Sự tăng pH này thường liên quan đến sự gia tăng của độ mặn và quá trình mặn hóa đất. Đầu vào của nước địa nhiệt có pH cao có thể là quan trọng trong việc duy trì nồng độ As cao ở một số hồ có tính kiềm. Sự giải hấp ở pH cao là cơ chế hợp lý nhất đối với sự gia tăng các vấn đề As trong nước ngầm dưới các điều kiện oxy hóa và sẽ giải thích cho mối tương quan thuận được quan sát của nồng độ As với pH tăng.
Khi pH tăng dẫn đến sự giải hấp phụ của các anion chứa oxy khác như photphat, vanadat, uranyl và molybdat. Đã có các bằng chứng xác thực cho luận điểm này. Các anion bị hấp phụ này tương tác cạnh tranh về vị trí hấp phụ trên các oxit và vì thế ảnh hưởng một cách phức tạp đến mức độ liên kết lẫn nhau. Điều này chưa được hiểu sâu sắc về mặt định lượng. Đặc biệt photphat có thể đóng một vai trò quan trọng trong liên kết As vì nó vẫn luôn dồi dào hơn nhiều so với As, thường là một nhân tố chứa 50 hoặc lớn hơn (về giá trị mol) và cũng liên kết mạnh hơn với bề mặt oxit. Ở pH 7, asenat bị hấp phụ mạnh bằng photphat. Vai trò của HCO3– (là anion chính trong nước ngầm) đến quá trình giải hấp của As hiện nay vẫn chưa rõ ràng. Nồng độ bicacbonat trong nước ngầm có As cao thường lớn hơn
31
300 µg/L (5 mM), có thể lớn hơn 1000µg/L (16 mM) [20]. Vì thế các thử nghiệm cần được mở rộng hơn với những nồng độ cao này để xác minh vai trò của HCO3– trong quá trình hấp phụ.
Vai trò của cácbon hữu cơ hòa tan (axit fulvic và humic) cũng chưa được biết đến một cách chắc chắn, ít nhất về mặt định lượng một cách tổng quát. Một số nghiên cứu tìm thấy các chất humic làm giảm sự hấp phụ của As(III) và As(V) trên các oxit Fe và một số vùng tìm thấy hàm As cao trong nước ngầm có liên quan đến nồng độ axit humic cao. Tuy nhiên, bằng chứng trực tiếp của mối quan hệ này giữa cácbon hữu cơ hòa tan với sự giải hấp As vẫn chưa được tìm thấy [20].
Một số cation, do mang điện tích dương, có thể đẩy mạnh quá trình hấp phụ của asenat mang điện tích âm. Ca và Mg được cho là những cation quan trọng nhất về khía cạnh này do sự có mặt với hàm lượng cao của chúng trong hầu hết các môi trường nước tự nhiên và hóa trị +2 của chúng. Fe(II) có lẽ quan trọng trong nước có tính khử và Al trong nước có tính axit. Silica cũng có thể ảnh hưởng tới sự hấp phụ As.
Những mô tả ở điều kiện khô cằn ở trên có thể thấy giá trị pH cao đã được duy trì đồng thời sự rửa trôi As cũng giảm đến mức tối thiểu. Nó cũng cho phép tích lũy nồng độ cao của Cl và F trong nước ngầm. Một số vùng có giá trị pH cao khác (pH lên đến 8,3), như môi trường chứa đá vôi của hệ mở, ở đây xẩy ra sự rửa trôi mạnh làm cho hầu hết hàm lượng As đã được giải phóng đã bị rửa trôi. Vì canxi asenat khó hòa tan nên asenat sẽ bị hấp phụ mạnh bởi khoáng canxi cacbonat mặc dù điều này chưa được giải thích rõ ràng [20].