Luận án tiến sĩ nghiên cứu cơ chế dịch chuyển asen từ tầng chứa nước holocene vào tầng chứa nước pleistocene lấy ví dụ vùng thạch thất đan phượng hà nội

Luận án tiến sĩ nghiên cứu cơ chế dịch chuyển asen từ tầng chứa nước Holocene vào tầng chứa nước Pleistocene tại Thạch Thất, Đan Phượng, Hà Nội.

• Tác giả: Trần Vũ Long
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Quý Nhân
• Trường học: Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất
• Chuyên ngành: Kỹ thuật địa chất
• Đề tài: Nghiên Cứu Cơ Chế Dịch Chuyển Asen Trong Nước Dưới Đất Tại Thạch Thất - Đan Phượng, Hà Nội
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ địa chất
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU ASEN TRONG NƯỚC DƯỚI ĐẤT
• 1.1. Các công trình nghiên cứu trên thế giới
• 1.1.1. Nhóm đánh giá hiện trạng và xác định cơ chế giải phóng As vào NDĐ
• 1.1.2. Nhóm nghiên cứu con đường dịch chuyển As và khả năng tổn thương của TCN bên dưới trước ô nhiễm As
• 1.2. Nghiên cứu As ở Việt Nam và khu vực nghiên cứu
• 1.2.1. Nghiên cứu As ở Việt Nam
• 1.2.2. Các nghiên cứu As tại khu vực nghiên cứu
• 1.3. Các cơ chế dịch chuyển của As trong NDĐ
• 1.3.1. Khái niệm chung nghiên cứu cơ chế dịch chuyển As từ TCN qh vào TCN qp
• 1.3.2. Cơ chế thuỷ động lực
• 1.3.3. Cơ chế thuỷ địa hoá
• 2. CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM PHÂN BỐ VÀ CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ TỒN TẠI VÀ DỊCH CHUYỂN ASEN TRONG NƯỚC DƯỚI ĐẤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU
• 2.1. Khái quát về khu vực nghiên cứu
• 2.2. Đặc điểm phân bố As trong khu vực nghiên cứu
• 2.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến sự tồn tại và dịch chuyển của As trong NDĐ
• 2.3.1. Thành phần khoáng vật - thạch học của trầm tích
• 2.3.2. Tuổi trầm tích và tuổi của NDĐ
• 2.3.3. Đặc điểm ĐCTV
• 2.3.4. Thuỷ địa hoá học
• 2.3.5. Vi sinh vật
• 2.3.6. Khai thác NDĐ
• 2.3.7. Thổ nhưỡng và sử dụng đất
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ CHẾ DỊCH CHUYỂN ASEN TRONG NƯỚC DƯỚI ĐẤT
• 3.1. Vấn đề và phương pháp nghiên cứu
• 3.1.1. Vấn đề nghiên cứu
• 3.1.2. Phương pháp nghiên cứu
• 3.2. Cơ sở lý thuyết mô hình số dịch chuyển As hoà tan trong NDĐ
• 3.2.1. Lý thuyết về mô hình số dòng chảy MODFLOW
• 3.2.2. Lý thuyết mô hình số dịch chuyển As hoà tan trong NDĐ MT3D - USGS
• 3.3. Mô hình số dịch chuyển As trong NDĐ khu vực nghiên cứu
• 3.3.1. Mô hình số dòng chảy
• 3.3.2. Mô hình dịch chuyển As trong NDĐ khu vực nghiên cứu
• 3.4. Cơ chế dịch chuyển As từ TCN qh vào TCN qp
• 3.4.1. Mô hình dịch chuyển As tại Thạch Thất - Đan Phượng
• 3.4.2. So sánh với kết quả nghiên cứu mô hình dịch chuyển As tại Nam Dư
• 4. CHƯƠNG 4: CÁC GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU Ô NHIỄM ASEN ĐỐI VỚI TẦNG CHỨA NƯỚC PLEISTOCEN
• 4.1. Nguyên tắc chung của các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm As
• 4.2. Giải pháp khắc phục và hạn chế đối với khu vực nghiên cứu Thạch Thất - Đan Phượng
• 4.3. Công nghệ xử lý As trong nước
• 4.3.1. Các dạng công nghệ xử lý As trong nước
• 4.3.2. Công nghệ xử lý As ở Việt Nam và trên thế giới
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Asen Trong Nước Ngầm Thách Thức Giải Pháp

Asen (As, arsenic, thạch tín) là một nguyên tố vi lượng, độc hại khi vượt quá ngưỡng cho phép. Ô nhiễm As trong nước dưới đất (NDĐ) là vấn đề nhức nhối, đặc biệt tại Đồng bằng Bắc Bộ (ĐBBB), nơi NDĐ từ các tầng chứa nước (TCN) Đệ Tứ là nguồn cung cấp chính cho sinh hoạt và sản xuất. Mặc dù không mới, vấn đề này vẫn thu hút sự quan tâm của giới khoa học trong và ngoài nước. Các nghiên cứu tập trung vào cơ chế hình thành, giải phóng As và đề xuất giải pháp giảm thiểu hiệu quả. Đối tượng nghiên cứu hàng đầu là As trong trầm tích và NDĐ. Các nghiên cứu trước đây chỉ ra rằng hàm lượng As trong TCN Holocen (qh) cao hơn nhiều so với TCN Pleistocen (qp).

1.1. Hiện Trạng Ô Nhiễm Asen Tại Đồng Bằng Sông Hồng

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng As chủ yếu được giải phóng vào NDĐ trong môi trường khử mạnh. Cơ chế chính là khử hòa tan sắt oxi hydroxit có hấp phụ As trên trầm tích, do hoạt động phân giải vật chất hữu cơ trong TCN qh. Tuy nhiên, quá trình dịch chuyển NDĐ chứa As từ TCN qh vào TCN qp, và ảnh hưởng của các yếu tố tự nhiên, nhân tạo, đặc biệt là khai thác NDĐ quy mô công nghiệp, vẫn chưa được nghiên cứu chi tiết. Nguy cơ gia tăng hàm lượng As trong NDĐ của TCN qp vượt quá tiêu chuẩn là hiện hữu, đe dọa an ninh nguồn nước.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Nghiên Cứu Cơ Chế Dịch Chuyển Asen

Việc nghiên cứu cơ chế dịch chuyển As từ TCN qh vào TCN qp, dự báo biến đổi theo thời gian và đề xuất giải pháp giảm thiểu nguy cơ là vô cùng cấp thiết. Nghiên cứu này sẽ đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố tự nhiên và nhân tạo đến sự tồn tại và dịch chuyển As trong NDĐ. Đồng thời, nó sẽ nghiên cứu cơ chế và quá trình dịch chuyển As từ TCN qh vào TCN qp trong điều kiện tự nhiên, từ đó đề xuất giải pháp giảm thiểu và bảo vệ TCN qp.

II. Phương Pháp Nghiên Cứu Dịch Chuyển Asen Mô Hình Thực Nghiệm

Nghiên cứu này sử dụng kết hợp các phương pháp tiếp cận trực tiếp, kế thừa các kết quả nghiên cứu trước đây và áp dụng các phương pháp điều tra, đánh giá hiện đại. Cách tiếp cận trực tiếp bao gồm khảo sát thực địa để nắm bắt đặc điểm địa hình, địa mạo, địa chất, địa chất thủy văn (ĐCTV), hiện trạng ô nhiễm và khai thác nước. Việc kế thừa các kết quả nghiên cứu trước đây giúp giảm khối lượng công việc và định hướng đánh giá nguồn gốc, phân bố As và các con đường dịch chuyển As trong NDĐ. Các phương pháp nghiên cứu hiện đại được áp dụng một cách hợp lý để đạt hiệu quả cao.

2.1. Thu Thập Dữ Liệu Địa Chất Thủy Văn Khu Vực Nghiên Cứu

Các phương pháp nghiên cứu bao gồm thu thập tài liệu, điều tra khảo sát sơ bộ và thành lập các điểm nghiên cứu phân bố As trên tuyến nghiên cứu. Thu thập và quan trắc các thông số về thủy văn, ĐCTV: động thái NDĐ, lượng mưa, bốc hơi, mực nước sông trong khu vực nghiên cứu. Tiến hành các công tác đo Địa vật lý và giải đoán tài liệu: Phương pháp đo điện đa cực, phương pháp trường chuyển (TEM) và phương pháp địa vật lý lỗ khoan.

2.2. Phân Tích Mẫu Trầm Tích Và Nước Ngầm Xác Định Tuổi Thành Phần

Thành lập các mặt cắt địa chất, ĐCTV. Khoan lấy mẫu nguyên dạng theo chiều sâu và phân tích mẫu trầm tích, xác định tuổi trầm tích. Xác định các thông số ĐCTV, lấy mẫu NDĐ phân tích đặc điểm thủy địa hóa và hàm lượng As. Quan trắc lâu dài động thái NDĐ tại khu vực nghiên cứu để đánh giá biến đổi hàm lượng As theo thời gian. Lấy mẫu đồng vị phóng xạ, đồng vị bền tại các lỗ khoan xác định nguồn gốc và tuổi của NDĐ.

2.3. Xây Dựng Mô Hình Dòng Chảy Và Dịch Chuyển Asen

Xây dựng các mô hình dòng chảy, dịch chuyển As trong khu vực nghiên cứu và dự báo diễn biến hàm lượng As trong NDĐ theo thời gian với điều kiện khai thác trong khu vực nghiên cứu. Đánh giá sự khác nhau giữa vận tốc di chuyển chậm và nhanh của NDĐ đối với quá trình dịch chuyển của As. Luận án sẽ đi sâu nghiên cứu cơ chế dịch chuyển của As trong NDĐ từ TCN qh tới TCN qp, ảnh hưởng của khả năng hấp phụ và giải hấp phụ của TCN qp đối với quá trình dịch chuyển này.

III. Đặc Điểm Phân Bố Asen Ảnh Hưởng Từ Yếu Tố Tự Nhiên Nhân Tạo

Khu vực nghiên cứu là Thạch Thất - Đan Phượng, Hà Nội, nơi có hàm lượng As trong NDĐ, đặc biệt trong TCN qh, rất cao so với các khu vực khác của ĐBBB. Về vị trí, khu vực nghiên cứu phân bố từ vùng rìa vào đến khu trung tâm cấu trúc bồn trũng Hà Nội. Trầm tích TCN qh tại đây khá trẻ và rất giàu hàm lượng vật chất hữu cơ hoạt động, chỉ khoảng vài trăm năm. Các TCN của khu vực nghiên cứu có mối quan hệ thủy lực chặt chẽ với nhau và với sông Hồng.

3.1. Vị Trí Địa Lý Và Đặc Điểm Địa Chất Khu Vực Thạch Thất Đan Phượng

Đồng thời trong khu vực nghiên cứu hầu như không có các công trình khai thác NDĐ tập trung với quy mô công nghiệp nên động thái của NDĐ là tự nhiên. Một tuyến mặt cắt đặc trưng được chọn để tập trung nghiên cứu. Tuyến mặt cắt này kéo dài qua các điểm nghiên cứu chính từ vùng rìa đồng bằng Phú Kim (Thạch Thất), Phụng Thượng (Phúc Thọ), Vân Cốc (Phúc Thọ) tới khu vực sát sông Hồng tại Trung Châu (Đan Phượng).

3.2. Tuyến Nghiên Cứu Đặc Trưng Phân Tích Hàm Lượng Asen Theo Chiều Sâu

Tuyến nghiên cứu chính này được lựa chọn dựa trên cơ sở đặc điểm hàm lượng As phân bố trong NDĐ theo chiều sâu, đặc điểm ĐCTV, đặc điểm và tuổi của trầm tích, đặc điểm thủy địa hóa. Tuyến nghiên cứu vuông góc với đường dòng tổng quát trong khu vực nghiên cứu, chảy từ vùng rìa tới sông Hồng.

IV. Cơ Chế Dịch Chuyển Asen Từ Tầng Holocen Vào Tầng Pleistocene

Các nghiên cứu trước đây đều chỉ ra hàm lượng As trong TCN Holocen (qh) cao hơn trong TCN Pleistocen (qp) rất nhiều và As chủ yếu được giải phóng vào NDĐ trong môi trường khử mạnh theo cơ chế khử hoà tan sắt oxi hydroxit có hấp phụ As trên trầm tích do hoạt động phân giải vật chất hữu cơ xảy ra trong TCN qh. Tuy nhiên quá trình dịch chuyển của NDĐ có hàm lượng As cao tại TCN qh vào TCN qp có thể gây ra biến đổi như thế nào đến hàm lượng As của TCN qp dưới ảnh hưởng của các nhân tố tự nhiên và nhân tạo, của các hoạt động khai thác NDĐ với quy mô công nghiệp và đặc biệt là cơ chế khống chế chính quá trình dịch chuyển này vẫn chưa được nghiên cứu một cách chi tiết.

4.1. Ảnh Hưởng Của Hoạt Động Khai Thác Nước Ngầm Đến Dịch Chuyển Asen

Nguy cơ làm gia tăng hàm lượng As trong NDĐ của TCN qp vượt quá tiêu chuẩn cho phép là hiện hữu và đe dọa tới an ninh nguồn nước cho các hoạt động kinh tế - xã hội. Chính vì lý do đó, việc nghiên cứu cơ chế dịch chuyển của As từ TCN qh vào TCN qp, dự báo biến đổi theo thời gian và đề xuất các giải pháp giảm thiểu nguy cơ đối với an ninh nguồn nước là một vấn đề rất cấp thiết.

4.2. Vai Trò Của Hệ Số Trễ Retardation Trong Quá Trình Dịch Chuyển Asen

Luận án sẽ đi sâu nghiên cứu cơ chế dịch chuyển của As trong NDĐ từ TCN qh tới TCN qp, ảnh hưởng của khả năng hấp phụ và giải hấp phụ của TCN qp đối với quá trình dịch chuyển này. Đánh giá sự khác nhau giữa vận tốc di chuyển chậm và nhanh của NDĐ đối với quá trình dịch chuyển của As.

V. Giải Pháp Giảm Thiểu Ô Nhiễm Asen Công Nghệ Xử Lý Quản Lý

Nghiên cứu này sẽ đề xuất các giải pháp giảm thiểu và bảo vệ TCN qp. Các giải pháp này bao gồm công nghệ xử lý As trong nước và các biện pháp quản lý nguồn nước hiệu quả. Việc áp dụng các giải pháp này sẽ giúp giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm As trong NDĐ và bảo vệ an ninh nguồn nước cho các hoạt động kinh tế - xã hội.

5.1. Các Dạng Công Nghệ Xử Lý Asen Trong Nước Hiện Nay

Các dạng công nghệ xử lý As trong nước bao gồm công nghệ hấp phụ, công nghệ oxy hóa, công nghệ trao đổi ion và công nghệ màng lọc. Mỗi công nghệ có ưu và nhược điểm riêng, phù hợp với các điều kiện khác nhau. Việc lựa chọn công nghệ phù hợp cần dựa trên các yếu tố như hàm lượng As trong nước, chi phí đầu tư và vận hành, và hiệu quả xử lý.

5.2. Ứng Dụng Công Nghệ Xử Lý Asen Tại Việt Nam Và Trên Thế Giới

Công nghệ xử lý As đã được ứng dụng rộng rãi tại Việt Nam và trên thế giới. Tại Việt Nam, nhiều dự án xử lý As trong nước đã được triển khai, đặc biệt tại các khu vực có hàm lượng As cao. Các dự án này đã góp phần cải thiện chất lượng nước và bảo vệ sức khỏe người dân.

VI. Kết Luận Kiến Nghị Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Asen

Nghiên cứu này đã đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố tự nhiên và nhân tạo đến sự tồn tại và dịch chuyển As trong NDĐ. Đồng thời, nó đã nghiên cứu cơ chế và quá trình dịch chuyển As từ TCN qh vào TCN qp trong điều kiện tự nhiên, từ đó đề xuất giải pháp giảm thiểu và bảo vệ TCN qp. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều vấn đề cần được nghiên cứu sâu hơn.

6.1. Đánh Giá Rủi Ro Ô Nhiễm Asen Trong Tương Lai

Cần có các nghiên cứu đánh giá rủi ro ô nhiễm As trong tương lai, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu và gia tăng khai thác NDĐ. Các nghiên cứu này sẽ giúp đưa ra các biện pháp phòng ngừa và ứng phó kịp thời.

6.2. Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Vi Sinh Vật Đến Quá Trình Dịch Chuyển Asen

Cần có các nghiên cứu về ảnh hưởng của vi sinh vật đến quá trình dịch chuyển As. Vi sinh vật có thể đóng vai trò quan trọng trong việc giải phóng và hấp phụ As, ảnh hưởng đến quá trình dịch chuyển của As trong NDĐ.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Tình trạng ô nhiễm asen (As) trong nước dưới đất (NDĐ) với hàm lượng vượt quá giới hạn cho phép (>10 µg/L theo tiêu chuẩn của Tổ chức Y tế Thế giới - WHO) là nguy cơ đối với sức khỏe cộng đồng tại các đồng bằng châu thổ, trong đó có đồng bằng Bắc Bộ (ĐBBB). Tại ĐBBB, NDĐ từ các tầng chứa nước trầm tích Đệ Tứ là nguồn cung cấp nước chính cho sinh hoạt và phát triển kinh tế. Nhiều nghiên cứu trước đây đã xác định hàm lượng As trong tầng chứa nước Holocen ($q_h$) cao hơn nhiều so với tầng chứa nước Pleistocen ($q_p$), và As được giải phóng vào nước chủ yếu do quá trình khử hòa tan sắt oxy hydroxit có hấp phụ As gắn liền với sự phân giải vật chất hữu cơ trong trầm tích $q_h$. Tuy nhiên, quy luật và cơ chế khống chế chính sự dịch chuyển của As từ tầng $q_h$ xuống tầng $q_p$ dưới các điều kiện tự nhiên cũng như dưới tác động nhân tạo chưa được làm sáng tỏ đầy đủ. Luận án tiến sĩ địa chất của tác giả Trần Vũ Long (chuyên ngành Kỹ thuật địa chất, mã số 9520501, bảo vệ năm 2019 tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất) tập trung giải quyết khoảng trống nghiên cứu này.

Mục tiêu nghiên cứu

1. Đánh giá ảnh hưởng của các nhân tố tự nhiên và nhân tạo đến sự tồn tại và dịch chuyển As trong NDĐ.
2. Nghiên cứu cơ chế và quá trình dịch chuyển As từ tầng chứa nước $q_h$ vào tầng chứa nước $q_p$ trong điều kiện tự nhiên.
3. Đề xuất giải pháp giảm thiểu và bảo vệ tầng chứa nước $q_p$.

Nhiệm vụ nghiên cứu

1. Đánh giá hiện trạng phân bố As trong NDĐ khu vực nghiên cứu.
2. Xác định ảnh hưởng của các nhân tố tự nhiên và nhân tạo đến sự tồn tại và dịch chuyển As trong NDĐ từ tầng chứa nước $q_h$ vào tầng chứa nước $q_p$.
3. Xác định cơ chế dịch chuyển As trong NDĐ từ tầng chứa nước $q_h$ vào tầng chứa nước $q_p$ và đánh giá ảnh hưởng của hệ số trễ ($R$ - retardation) đối với quá trình dịch chuyển này.
4. Đề xuất các giải pháp giảm thiểu và bảo vệ tầng chứa nước $q_p$.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu: Asen trong NDĐ của các tầng chứa nước lỗ hổng trong trầm tích Đệ Tứ ($q_h$ và $q_p$).
• Phạm vi không gian: Khu vực Thạch Thất - Đan Phượng, Hà Nội. Đây là khu vực có hàm lượng As trong tầng $q_h$ cao, kéo dài từ rìa đồng bằng vào đến trung tâm bồn trũng Hà Nội. Tuyến nghiên cứu chính cắt qua 4 điểm nghiên cứu: Phú Kim (huyện Thạch Thất), Phụng Thượng (huyện Phúc Thọ), Vân Cốc (huyện Phúc Thọ) và Trung Châu (huyện Đan Phượng). Tuyến nghiên cứu được bố trí vuông góc với đường dòng tổng quát của NDĐ (chảy từ vùng rìa ra sông Hồng). Động thái NDĐ tại khu vực mang tính tự nhiên do không có các bãi giếng khai thác tập trung quy mô công nghiệp lớn.
• Phạm vi thời gian và nguồn số liệu: Các đợt khảo sát thực địa, khoan, thí nghiệm và quan trắc động thái NDĐ định kỳ theo tháng được thực hiện trong giai đoạn từ năm 2009 đến năm 2013 trong khuôn khổ Dự án VietAS pha II do DANIDA (Đan Mạch) tài trợ.

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan tài liệu trong luận án được phân tích theo các nhóm hướng nghiên cứu chính trên thế giới, tại Việt Nam và tại khu vực nghiên cứu:

1. Các nghiên cứu trên thế giới

• Nhóm đánh giá hiện trạng và cơ chế giải phóng As vào NDĐ: Các công trình tại Tây Bengal (Ấn Độ), Bangladesh, Đài Loan, Argentina, Trung Quốc và Campuchia ghi nhận mức độ ô nhiễm As cao vượt tiêu chuẩn WHO (10 µg/L) và tiêu chuẩn Bangladesh (50 µg/L). Các tác giả như Michael Berg và cộng sự (2007) tại tỉnh Kandal (Campuchia), Shamsudduha và Uddin (2007) tại đồng bằng Bengal, Benjamin D. Kocar và cộng sự (2008) tại Campuchia, Ashraf và cộng sự (2008) tại Bangladesh, Yilong Zhang và cộng sự (2013) tại đồng bằng Hetao (Trung Quốc), Qi Guo và cộng sự (2014) tại đồng bằng Yinchuan (Trung Quốc) đều chỉ ra rằng trầm tích trẻ chứa nhiều vật chất hữu cơ tạo môi trường khử mạnh, thúc đẩy quá trình khử hòa tan sắt oxy hydroxit mang As, giải phóng As(III) vào NDĐ.
• Nhóm nghiên cứu con đường dịch chuyển và tính tổn thương của tầng chứa nước sâu: Holly A. Michael và Clifford I. Voss (2008, 2009), Stute và cộng sự (2010), Radloff và cộng sự (2011), Mattias và cộng sự (2014), Khan và cộng sự (2016) đã ứng dụng mô hình số dòng chảy và vận chuyển chất tan để đánh giá nguy cơ ô nhiễm lan truyền từ tầng nông xuống tầng sâu do khai thác nước ngầm. Các nghiên cứu nhấn mạnh vai trò của tính bất đồng nhất địa tầng, các cửa sổ địa chất thủy văn (ĐCTV) và dung lượng hấp phụ của trầm tích trong việc làm chậm quá trình dịch chuyển As.

2. Các nghiên cứu tại Việt Nam và vùng phụ cận Hà Nội

• Báo cáo khảo sát của UNICEF (2004), Đỗ Trọng Sự (1993), Tetsuro Agusa và cộng sự (2006), Đỗ Văn Bình (2007), Phạm Thị Kim Trang và cộng sự, Đặng Mai và cộng sự (2012), Van Anh Nguyen và cộng sự (2009) đã ghi nhận sự phân bố As nồng độ cao tại Hà Nam, Hà Tây (cũ), Thanh Trì, Hoài Đức, Long Biên.
• Elisabeth Eiche (2008) và Van Geen và cộng sự (2013) nghiên cứu tại Vạn Phúc (Hà Nội) xác định hệ số trễ của As do hấp phụ vào trầm tích tầng $q_p$ đạt $R = 16 - 20$.
• Jenny Norrman và cộng sự (2008), Nguyen Thi Hoa Mai và cộng sự (2014), Postma và cộng sự (2016), Tran Vu Long và Pham Quy Nhan (2019) nghiên cứu tại bãi giếng Nam Dư (Hà Nội) – nơi có hoạt động khai thác công nghiệp quy mô lớn – chỉ ra rằng nước sông Hồng thấm xuyên qua tầng $q_h$ vào tầng $q_p$ với tốc độ thấm thẳng đứng khoảng 19 m/năm, cuốn theo As vào tầng $q_p$ với hệ số trễ thực địa dao động trong khoảng $R = 2 - 20$. Quá trình hấp phụ của As(V) lớn hơn As(III) từ 6 đến 8 lần và mang tính bất thuận nghịch, trong khi hấp phụ As(III) là thuận nghịch.

3. Các nghiên cứu tại khu vực Thạch Thất - Đan Phượng

• Postma và cộng sự (2007, 2010, 2016), Larsen và cộng sự (2008), Jensen và cộng sự (2012), Postma và cộng sự (2012) khảo sát địa hóa trầm tích và NDĐ tại Đan Phượng. Sử dụng phương pháp định tuổi OSL, Postma và cộng sự (2012) xác định tuổi trầm tích tăng dần từ ven sông Hồng vào vùng rìa (tại Đan Phượng khoảng 460 năm, tại Phú Kim khoảng 5.900 năm), tỷ lệ nghịch với hàm lượng As hòa tan trong nước. Postma và cộng sự (2016) xây dựng mô hình thủy địa hóa 1D mô phỏng quá trình biến đổi As trong tầng $q_h$ qua 6.000 năm.

Khoảng trống nghiên cứu luận án lựa chọn giải quyết

Các công trình trước đây tại Thạch Thất - Đan Phượng chủ yếu tập trung vào cơ chế giải phóng As trong tầng $q_h$ hoặc xây dựng mô hình dòng chảy/địa hóa 1D riêng lẻ. Luận án tập trung giải quyết việc tích hợp mô hình dòng chảy và mô hình dịch chuyển As 3 chiều (MODFLOW kết hợp MT3D-USGS) trong điều kiện thủy động lực tự nhiên, định lượng hệ số trễ $R$ trên quy mô khu vực và làm rõ cơ chế khống chế chính quá trình dịch chuyển As từ tầng $q_h$ vào tầng $q_p$.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết

1. Cơ chế thủy động lực: Sự dịch chuyển của As hòa tan trong môi trường lỗ rỗng chịu sự chi phối của ba quá trình:

   • Vận động đối lưu (Advection): As dịch chuyển theo vận tốc thấm trung bình của dòng chảy NDĐ.
   • Khuếch tán phân tử (Molecular diffusion): Dịch chuyển do gradient nồng độ theo các định luật Fick.
   • Phân tán cơ học và phân tán thủy động lực (Dispersion): Quá trình xáo trộn và phân tán chất tan do sự biến thiên vận tốc trong mạng lưới lỗ rỗng, đặc trưng bởi hệ số phân tán dọc $D_L = \alpha_L \cdot v$ và phân tán ngang $D_T = \alpha_T \cdot v$. Tổng phân tán thủy động lực: $$D = \alpha \cdot v + D^*$$
   • Chuẩn số Peclet ($Pe$): Đánh giá tỷ lệ giữa đối lưu và khuếch tán: $$Pe = \frac{v_x \cdot d}{D^*}$$ Khi $Pe > 6$, phân tán cơ học và đối lưu chiếm ưu thế tuyệt đối so với khuếch tán phân tử.

2. Cơ chế thủy địa hóa:

   • Môi trường oxy hóa - khử: Trong điều kiện khử mạnh ($Eh < 0$, pH từ 6 đến 8), As tồn tại chủ yếu dưới dạng $H_3AsO_3^0$ (hóa trị III, As(III)), chiếm trên 90% đến 100% tổng As hòa tan.
   • Hấp phụ - giải hấp phụ và hệ số trễ ($R$): Sự tương tác giữa As(III) hòa tan và bề mặt khoáng vật oxit sắt (goethite, biotit, cát thạch anh) được mô tả qua đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir hoặc Freundlich. Phương trình bảo toàn khối lượng chất tan 1 chiều: $$\frac{\partial c}{\partial t} = -v_{H_2O} \frac{\partial c}{\partial x} - \frac{\partial q}{\partial t}$$ Hệ số trễ được xác định theo: $$R = 1 + \frac{dq}{dc}$$ Khi hệ số phân phối tuyến tính $K_d$ được áp dụng, vận tốc dịch chuyển của As ($v_s$) chậm hơn vận tốc thực của nước ($v$) theo hệ số $R$.

Phương pháp nghiên cứu và khối lượng thực hiện

Luận án kết hợp đồng bộ các phương pháp khảo sát thực địa, thí nghiệm ĐCTV, phân tích địa hóa, đồng vị và mô hình số:

STT	Phương pháp / Dạng công tác	Khối lượng thực hiện	Mục đích / Chỉ tiêu xác định
1	Đo địa vật lý trường chuyển (TEM)	21 điểm đo	Xác định cấu trúc địa tầng, ranh giới tầng chứa nước
2	Đo ảnh điện 2D mặt đất	4 tuyến (320 điểm đo sâu điện)	Phân định chiều dày và diện phân bố các lớp thấm nước yếu
3	Khoan và kết cấu giếng quan trắc	64 lỗ khoan	Lấy mẫu trầm tích, tạo mạng lưới quan trắc ĐCTV
4	Đo địa vật lý lỗ khoan	10 lỗ khoan	Chuẩn hóa cột địa tầng và vị trí đặt ống lọc
5	Thí nghiệm ĐCTV (slugtest, hút nước)	12 lỗ khoan	Xác định hệ số thấm ($K$), thông số ĐCTV tầng $q_h$ và $q_p$
6	Lấy mẫu và phân tích thủy địa hóa	121 mẫu nước	Đo EC, pH, DO, DOC, As tổng, As(III), $Fe^{2+}$, $NH_4^+$, $CH_4$, anion/cation
7	Phân tích đồng vị bền	226 mẫu ($\delta^{18}O$, $\delta D$)	Xác định nguồn gốc bổ cập và quan hệ sông - nước dưới đất
8	Phân tích đồng vị phóng xạ	35 mẫu ($^{14}C$, Triti-Heli)	Xác định tuổi của nước dưới đất
9	Phân tích đồng vị khí trơ	08 mẫu	Đánh giá điều kiện cổ khí hậu và nguồn gốc nước
10	Định tuổi trầm tích bằng OSL	26 mẫu trầm tích	Xác định tuổi lắng đọng của trầm tích Holocen và Pleistocen
11	Quan trắc động thái mực nước	26 lỗ khoan (300 lần đo, 2009-2012)	Quan trắc dao động mực nước tầng $q_h$, $q_p$ theo mùa và theo sông
12	Mô hình hóa số 3D (AquaVEO GMS)	MODFLOW & MT3D-USGS	Mô phỏng dòng chảy ngầm và dịch chuyển As, tính toán hệ số $R$

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1 - Tổng quan về nghiên cứu Asen trong nước dưới đất

Chương này tổng kết có hệ thống các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về hiện trạng ô nhiễm, cơ chế giải phóng và dịch chuyển As trong NDĐ. Tác giả phân tích cơ sở lý thuyết của các quá trình thủy động lực (đối lưu, phân tán, khuếch tán) và các quá trình thủy địa hóa (oxy hóa - khử, hấp phụ - giải hấp phụ).

Chương 1 làm rõ sự khác biệt giữa hai dạng As vô cơ: As(V) có khả năng hấp phụ mạnh hơn As(III) từ 6 đến 8 lần và hấp phụ bất thuận nghịch; trong khi As(III) chiếm ưu thế tuyệt đối trong môi trường khử của khu vực nghiên cứu và có tính hấp phụ thuận nghịch. Đây là cơ sở lý thuyết để lựa chọn mô hình dịch chuyển chất tan có tính đến phản ứng hấp phụ tuyến tính và phi tuyến.

Chương 2 - Đặc điểm phân bố và các nhân tố ảnh hưởng đến sự tồn tại và dịch chuyển Asen trong nước dưới đất khu vực nghiên cứu

Chương 2 trình bày cấu trúc địa chất, ĐCTV và đặc điểm thủy địa hóa dọc theo tuyến nghiên cứu Thạch Thất - Đan Phượng.

1. Đặc điểm phân bố As:

   • Trong tầng $q_h$: Hàm lượng As dao động lớn, tăng dần từ vùng rìa Phú Kim (77 µg/L tại Phụng Thượng) ra sát sông Hồng tại Đan Phượng (đạt tới 450 µg/L, một số lỗ khoan nông đạt 550 µg/L).
   • Trong tầng $q_p$: Hàm lượng As thấp hơn tầng $q_h$, dao động từ 55 µg/L (Phụng Thượng) đến 170 µg/L (Đan Phượng).
   • Dạng tồn tại: As(III) chiếm trên 90% tổng lượng As hòa tan.

2. Các nhân tố ảnh hưởng:

   • Thành phần khoáng vật - thạch học và tuổi trầm tích: Trầm tích $q_h$ gần sông Hồng rất trẻ (khoảng 460 năm tại Đan Phượng) và giàu vật chất hữu cơ dễ phân giải; trầm tích xa sông già hơn (5.900 năm tại Phú Kim). Tuổi trầm tích tỷ lệ nghịch với hàm lượng As giải phóng.
   • Đặc điểm ĐCTV và quan hệ thủy lực: Tồn tại 2 tầng chứa nước chính ($q_h$ và $q_p$). Tại Đan Phượng và Phú Kim xuất hiện các "cửa sổ ĐCTV" do thiếu vắng lớp sét cách nước phân cách, tạo điều kiện cho nước từ tầng $q_h$ thấm trực tiếp xuống tầng $q_p$.
   • Môi trường thủy địa hóa: Tầng $q_h$ có môi trường khử mạnh (Eh âm, DO thấp, hàm lượng $Fe^{2+}$, $NH_4^+$, $CH_4$, DOC cao), duy trì quá trình khử hòa tan oxit sắt và giữ As ở dạng As(III).
   • Động thái dòng chảy: Khu vực chưa chịu ảnh hưởng của khai thác công nghiệp tập trung; gradient thủy lực tự nhiên nhỏ, dòng ngầm di chuyển chậm từ vùng rìa về phía sông Hồng.

Chương 3 - Cơ chế dịch chuyển Asen trong nước dưới đất

Chương 3 tập trung xây dựng mô hình số 3 chiều dòng chảy (MODFLOW) và mô hình dịch chuyển As (MT3D-USGS) trên nền tảng phần mềm AquaVEO GMS cho khu vực Thạch Thất - Đan Phượng.

1. Xây dựng và hiệu chỉnh mô hình:

   • Mô hình dòng chảy được hiệu chỉnh dựa trên chuỗi số liệu quan trắc mực nước tại các lỗ khoan nghiên cứu (như Q56, VC_qp, PK_12) và tương quan với dao động mực nước sông Hồng.
   • Mô hình dịch chuyển As được thiết lập với các thông số phân tán dọc, phân tán ngang và các giả thuyết về hệ số hấp phụ ($K_d$).

2. Kết quả mô phỏng và cơ chế dịch chuyển:

   • Cơ chế dịch chuyển chính từ tầng $q_h$ vào tầng $q_p$ là cơ chế thủy động lực (đối lưu và phân tán qua các cửa sổ ĐCTV).
   • Mô hình chứng minh ảnh hưởng quyết định của hệ số trễ ($R$): Do vận tốc di chuyển của NDĐ trong điều kiện tự nhiên rất chậm, phản ứng hấp phụ As(III) lên bề mặt hạt trầm tích tầng $q_p$ có đủ thời gian tiếp xúc để đạt trạng thái cân bằng triệt để.
   • Hệ số trễ thực tế tính toán được trong tầng $q_p$ tại khu vực Thạch Thất - Đan Phượng đạt giá trị rất cao: $$R = 69 - 162$$
   • Với hệ số trễ lớn này, tốc độ gia tăng hàm lượng As trong tầng $q_p$ diễn ra rất chậm theo thời gian.

3. So sánh với khu vực Nam Dư:

   • Tại bãi giếng Nam Dư, do hoạt động khai thác nước tập trung với công suất lớn, vận tốc dòng thấm thẳng đứng tăng cao (~19 m/năm), thời gian tiếp xúc ngắn khiến phản ứng hấp phụ không đạt cân bằng triệt để, dẫn đến hệ số trễ tại Nam Dư chỉ đạt $R = 2 - 20$.
   • Sự so sánh này khẳng định mối quan hệ biện chứng: Vận tốc dòng chảy ngầm càng nhỏ thì hệ số trễ $R$ càng lớn, khả năng tự bảo vệ của tầng $q_p$ trước ô nhiễm As càng cao.

Chương 4 - Các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm Asen đối với tầng chứa nước Pleistocen

Dựa trên kết quả mô phỏng cơ chế dịch chuyển, chương 4 đề xuất các định hướng và giải pháp kỹ thuật nhằm bảo vệ nguồn nước tầng $q_p$:

1. Quy hoạch và kiểm soát khai thác:
   • Không bố trí các công trình khai thác NDĐ quy mô công nghiệp lớn tại các khu vực có cửa sổ ĐCTV (nơi tầng $q_h$ và tầng $q_p$ tiếp xúc trực tiếp và tầng $q_h$ có hàm lượng As cao như Đan Phượng).
   • Khống chế lưu lượng và hạ thấp mực nước giếng khai thác nhằm duy trì vận tốc dòng thấm ở mức thấp, bảo đảm hệ số trễ $R$ duy trì ở mức cao.
2. Giải pháp kỹ thuật và công nghệ:
   • Áp dụng các giải pháp bổ cập nhân tạo tầng chứa nước bằng nguồn nước mặt chất lượng tốt để duy trì áp lực thủy tĩnh của tầng $q_p$.
   • Tổng kết và đề xuất áp dụng các công nghệ xử lý As phù hợp ở quy mô tập trung và hộ gia đình (sử dụng bể lọc cát oxy hóa khử sắt kết hợp hấp phụ As, công nghệ keo tụ - lắng lọc).

---

Kết quả và những đóng góp mới

Luận điểm bảo vệ của luận án

• Luận điểm 1: Asen tồn tại trong NDĐ chủ yếu dưới dạng As hóa trị III (As(III)) với hàm lượng biến đổi lớn tùy theo tầng chứa nước và vị trí địa lý: từ 77 µg/L (Phụng Thượng) đến 450 µg/L (Đan Phượng) trong tầng $q_h$, và từ 55 µg/L (Phụng Thượng) đến 170 µg/L (Đan Phượng) trong tầng $q_p$. Sự phân bố và dịch chuyển của As trong NDĐ chịu sự kiểm soát đồng thời của đặc điểm trầm tích, điều kiện ĐCTV và môi trường thủy địa hóa.
• Luận điểm 2: Sự dịch chuyển của As từ tầng chứa nước $q_h$ vào tầng chứa nước $q_p$ chủ yếu tuân theo cơ chế thủy động lực. Trong điều kiện dòng chảy tự nhiên có vận tốc chậm, phản ứng hấp phụ trên trầm tích đạt trạng thái cân bằng triệt để, hàm lượng As gia tăng vào tầng $q_p$ theo thời gian là rất thấp, tương ứng với hệ số trễ lớn ($R = 69 - 162$).

Những đóng góp mới về mặt khoa học

1. Xác lập bức tranh chi tiết về mối quan hệ thủy lực và thủy địa hóa giữa hai tầng chứa nước $q_h$ và $q_p$ dọc theo mặt cắt từ rìa đồng bằng ra sông Hồng tại khu vực Thạch Thất - Đan Phượng.
2. Chứng minh bằng mô hình số 3D rằng cơ chế thủy động lực là cơ chế khống chế chính sự dịch chuyển As từ tầng $q_h$ xuống tầng $q_p$, đồng thời định lượng được hệ số trễ $R = 69 - 162$ trong điều kiện động thái tự nhiên.
3. Làm rõ quy luật động học: Tốc độ dịch chuyển của nước ngầm quyết định mức độ hoàn thiện của phản ứng hấp phụ - giải hấp phụ trên trầm tích; vận tốc dòng chảy càng chậm thì hệ số trễ càng lớn và ngược lại.

Đóng góp thực tiễn và giải pháp đề xuất

1. Cung cấp cơ sở khoa học để các cơ quan quản lý quy hoạch mạng lưới khai thác NDĐ hợp lý tại vùng Thạch Thất - Đan Phượng và khu vực bồn trũng Hà Nội.
2. Cảnh báo nguy cơ gia tăng tốc độ xâm nhập As vào tầng $q_p$ nếu chuyển đổi chế độ khai thác từ phân tán sang khai thác công nghiệp tập trung với lưu lượng lớn.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế: Luận án tập trung nghiên cứu trong điều kiện dòng chảy tự nhiên (chưa có bãi giếng khai thác công nghiệp quy mô lớn hoạt động trực tiếp tại khu vực Thạch Thất - Đan Phượng). Các dự báo dài hạn chủ yếu dựa trên các kịch bản mô phỏng số.
• Hướng nghiên cứu tiếp:
  1. Mở rộng mô hình số để mô phỏng chi tiết các kịch bản khai thác nước ngầm quy mô lớn kết hợp bổ cập nhân tạo tại các vị trí có cửa sổ ĐCTV.
  2. Tiếp tục quan trắc dài hạn động thái thủy địa hóa và kiểm chứng sự biến đổi của dung lượng hấp phụ trầm tích khi chất lượng nước bổ cập thay đổi.

---

Giá trị tham khảo

• Đối với nghiên cứu sinh và giảng viên ngành Địa chất thủy văn, Kỹ thuật địa chất, Môi trường: Tài liệu cung cấp phương pháp luận kết hợp giữa địa vật lý (TEM, ảnh điện 2D), đồng vị bền, đồng vị phóng xạ, định tuổi OSL và mô hình số 3 chiều (MODFLOW/MT3D-USGS) để nghiên cứu dịch chuyển ô nhiễm trong NDĐ.
• Đối với các cơ quan quản lý tài nguyên nước và quy hoạch đô thị: Cung cấp thông số định lượng ($K$, $R$, ranh giới cửa sổ ĐCTV) phục vụ công tác cấp phép khai thác và bảo vệ tầng chứa nước Pleistocen tại thành phố Hà Nội.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Dạng tồn tại chủ yếu của asen trong nước dưới đất tại khu vực nghiên cứu là gì?

Asen trong NDĐ tại khu vực Thạch Thất - Đan Phượng tồn tại chủ yếu ở dạng vô cơ hóa trị III ($As(III)$, dạng phân tử $H_3AsO_3^0$), chiếm từ 90% đến 100% tổng lượng As hòa tan. Nguyên nhân là do môi trường tầng chứa nước mang tính khử mạnh (Eh âm, DO thấp, giàu $Fe^{2+}$, $NH_4^+$, $CH_4$ và DOC).

2. Hàm lượng asen trong hai tầng chứa nước $q_h$ và $q_p$ tại khu vực nghiên cứu biến đổi như thế nào?

Hàm lượng As phân bố không đều và tăng dần từ rìa đồng bằng ra sát sông Hồng:

• Tầng chứa nước Holocen ($q_h$): Dao động từ 77 µg/L (Phụng Thượng) đến 450 µg/L (Đan Phượng).
• Tầng chứa nước Pleistocen ($q_p$): Dao động từ 55 µg/L (Phụng Thượng) đến 170 µg/L (Đan Phượng).

3. Cơ chế chính khống chế quá trình dịch chuyển asen từ tầng $q_h$ vào tầng $q_p$ là gì?

Cơ chế khống chế chính là cơ chế thủy động lực (vận động đối lưu và phân tán dọc theo gradient thủy lực qua các cửa sổ ĐCTV nơi thiếu vắng lớp sét ngăn cách). Quá trình này chịu sự kiểm soát chặt chẽ của phản ứng hấp phụ - giải hấp phụ trên bề mặt trầm tích biểu thị qua hệ số trễ $R$.

4. Hệ số trễ ($R$) tại Thạch Thất - Đan Phượng khác biệt như thế nào so với khu vực bãi giếng Nam Dư?

• Tại Thạch Thất - Đan Phượng (chế độ dòng chảy tự nhiên, vận tốc thấm nhỏ), phản ứng hấp phụ đạt cân bằng triệt để, hệ số trễ đạt mức cao: $R = 69 - 162$.
• Tại Nam Dư (chế độ khai thác công nghiệp tập trung, vận tốc thấm lớn ~19 m/năm), thời gian tiếp xúc ngắn, hệ số trễ thấp hơn nhiều: $R = 2 - 20$.

5. Những phương pháp địa vật lý và đồng vị nào đã được tác giả sử dụng trong luận án?

Tác giả đã sử dụng:

• Địa vật lý: Phương pháp trường chuyển (TEM) với 21 điểm đo, đo ảnh điện 2D (320 điểm đo sâu điện), và đo địa vật lý trong 10 lỗ khoan.
• Kỹ thuật đồng vị: 226 mẫu đồng vị bền ($\delta^{18}O, \delta D$), 35 mẫu đồng vị phóng xạ ($^{14}C$, Triti-Heli), 8 mẫu đồng vị khí trơ và 26 mẫu định tuổi trầm tích bằng phương pháp huỳnh quang kích thích quang học (OSL).

---

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Trần Vũ Long đã làm sáng tỏ hiện trạng phân bố và cơ chế dịch chuyển của asen từ tầng chứa nước Holocen vào tầng chứa nước Pleistocen tại khu vực Thạch Thất - Đan Phượng. Bằng việc kết hợp điều tra thực địa, phân tích địa hóa - đồng vị và mô hình hóa 3D (MODFLOW/MT3D-USGS), công trình khẳng định cơ chế thủy động lực là yếu tố chủ đạo điều khiển sự dịch chuyển As qua các cửa sổ địa chất thủy văn. Luận án chứng minh trong điều kiện thủy động lực tự nhiên với vận tốc thấm chậm, phản ứng hấp phụ trên trầm tích diễn ra triệt để giúp duy trì hệ số trễ lớn ($R = 69 - 162$), hạn chế sự gia tăng hàm lượng As trong tầng Pleistocen, qua đó cung cấp căn cứ khoa học trực tiếp cho việc quy hoạch và bảo vệ an ninh nguồn nước ngầm tại đồng bằng Bắc Bộ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU ASEN TRONG NƯỚC DƯỚI ĐẤT Việc gia tăng hàm lượng và dịch chuyển của As trong NDĐ đang là vấn đề được quan tâm liên quan tới chất lượng nước và sức khoẻ người dân tại một số đồng bằng châu thổ lớn trên thế giới như Tây Bengal (Ấn Độ), Bangladesh, Đài Loan, một số vùng ở Achentina, Canađa, Mỹ và ĐBBB - Việt Nam. Rất nhiều nghiên cứu đã được thực hiện tại các khu vực này [47], [54], [60], [67], [77], [94], [95]. Tuy nhiên các nghiên cứu này mới chỉ tập trung vào các vấn đề như phân bố của As trong các TCN, các quá trình địa hoá và thuỷ địa hoá liên quan đến giải phóng As vào NDĐ và mô hình số thuỷ địa hoá mô phỏng quá trình giải phóng As từ trầm tích vào NDĐ. Các công trình nghiên cứu trên thế giới Trên cơ sở tổng hợp và phân tích các công trình khoa học nghiên cứu As đã công bố cho thấy, các công trình nghiên cứu này đều sử dụng đa dạng các phương pháp nghiên cứu khác nhau để giải quyết vấn đề hàm lượng cao và sự dịch chuyển của As trong NDĐ.

Đồng thời đề xuất các giải pháp ngăn chặn, giảm thiểu nguy cơ, hạn chế ô nhiễm As đối với các TCN là đối tượng khai thác chính. Như vậy, có thể phân ra nhóm các kết quả công bố như sau: 1. Nhóm đánh giá hiện trạng và xác định cơ chế giải phóng As vào NDĐ Việc gia tăng hàm lượng As trong NDĐ là vấn đề nghiêm trọng đối với chất lượng nước tại một số đồng bằng châu thổ trên thế giới như Tây Bengal (Ấn Độ), Băngladesh, Đài Loan, một số vùng ở Achentina, Canađa, Mỹ. Kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng As trong NDĐ nhiều nơi đã vượt quá giới hạn cho phép của WHO (10µg/L) như ở Manikaganj, Harirampar, Faridpur, Gopalganj (Bangladesh) có 14/19 mẫu vượt quá tiêu chuẩn cho phép của Bangladesh (50µg/L), riêng vùng Harirampar cả 4 mẫu đều trên 100µg/L [47], [90].

Hàm lượng cao của As có thể tìm thấy lên tới 1. Còn ở phía tây nam Đài Loan hàm lượng As trung bình từ 147 - 671µg/L và người dân sử dụng nước ở đây đã bị bệnh đen chân 11 (blackfoot) [83], [93]. Hai khu vực của Achentina là San Antonio delos Codres và Taco Poro, mỗi nơi có hàm lượng As khoảng 200µg/L [86]. Ô nhiễm As trong NDĐ ở phía đông sông Hoogky, một nhánh của sông Hằng phía tây Bengal đã được báo cáo từ đầu năm 1978.

Nhóm bệnh nhân đầu tiên được phát hiện vào 7/1983 [67]. Kể từ đó phạm vi ảnh hưởng và số bệnh nhân mới ngày càng tăng. Khu vực ảnh hưởng rộng 3.400km2, xấp xỉ 30 triệu dân, số người sử dụng nước nhiễm độc As lên tới 1 triệu người, trong đó hơn 200.000 người đã được xác nhận là có triệu chứng nhiễm độc As. Đây là vụ nhiễm độc As lớn nhất trong lịch sử và ô nhiễm As trong NDĐ đã trở thành một vấn đề quốc gia [67].

Một cuộc khảo sát của Michael Berg và cộng sự (2007) [34] thực hiện ở tỉnh Kandal nằm ở ồng bằng châu thổ giữa hai con sông Bassac và Mekong, Campuchia. Kết quả thu được cho thấy: NDĐ ở khu vực có hàm lượng As nằm trong khoảng từ 1 - 1. Thêm vào đó, hàm lượng As cao tương ứng với điều kiện khử trong TCN qh, ở đó hàm lượng trung bình của NH4+ (6,0mg/L), DOC (3,9mg/L), Fe(II) (2,8mg/L), Mn(II) (0,62mg/L) đều cao. Tác giả cũng tìm thấy mối tương quan thuận giữa As và NH4+, DOC được xem như là một bằng chứng cho thấy NDĐ có môi trường khử và diễn ra quá trình khử hòa tan các khoáng vật oxit có chứa As.

Shamsudduha và Uddin (2007) [84] nghiên cứu ảnh hưởng của sự dịch chuyển đường bờ biển trong Đệ Tứ và điều kiện ĐCTV đến sự phân bố As trong các TCN ở đồng bằng Bengal. Quá trình biển tiến trong Holocen đã làm hình thành nên các tầng trầm tích giàu vật liệu hữu cơ với điều kiện môi trường khử là nguồn cung cấp chủ yếu As cho NDĐ. Cao độ tuyệt đối và dốc địa hình cũng có ảnh hưởng lớn tới đặc điểm phân bố As trong NDĐ bởi các kết quả cho thấy hàm lượng As cao được tìm thấy ở những vị trí có địa hình thấp và bằng phẳng. Một nghiên cứu của Benjamin D.

Kocar và nnk (2008) [55] được tiến hành ở vùng đồng bằng châu thổ sông Mê-Kong gần thủ đô Phnom Pênh, Căm-pu-chia với mục đích tìm hiểu các quá trình thủy văn và sinh địa hóa ảnh hưởng đến hàm lượng 12 hòa tan cũng như quá trình dịch chuyển của As trong TCN qh cho thấy: Hàm lượng As hòa tan thay đổi theo không gian, khoảng trên 1.300µg/L trong NDĐ đến 600µg/L ở nước lỗ rỗng chiết từ lớp sét sát bề mặt. NDĐ có hàm lượng As cao có môi trường khử với hàm lượng oxy hoà tan không đáng kể và hàm lượng Fe(II), NH4+, Carbon hữu cơ hòa tan rất cao. Ở môi trường gần bề mặt nhưng nằm dưới các vùng ngập nước lâu dài, các chỉ thị này càng dễ nhận thấy. Các tác giả cho rằng chính các Carbon hữu cơ không bền, lắng đọng cùng các sắt oxy hydroxit mang As, dưới điều kiện khử mạnh đã giải phóng As từ dạng rắn thành dạng hòa tan.

Tác giả cũng đưa ra giả thuyết As ở tầng gần bề mặt, nằm dưới các vùng đất ngập nước được giải phóng như vậy được coi là nguồn gây ô nhiễm As chính đối với các TCN phía dưới trong thời gian dài (100 đến 1.000 năm) ở vùng Nam và Đông Nam Á. Phân bố As trong NDĐ tại Bangladesh [54] Ashraf và nnk (2008) [81] đã nghiên cứu về sự giải phóng As từ khoáng vật biotit vào TCN qh ở Băngladesh. Kết quả chỉ ra rằng, ở độ sâu 18 - 29m trong TCN qh, nơi các lỗ khoan nông được người dân sử dụng để khai thác nước phục vụ sinh hoạt và tưới tiêu thì As tồn tại chủ yếu trong pha biotit. Mặc dù, quá trình khử hòa tan các sắt oxy hydroxit được cho là nguyên nhân chính gây nên hàm lượng As cao 13 trong NDĐ, tuy nhiên các tác giả đã kết luận rằng quá trình phong hóa hóa học khoáng vật biotit là cơ chế nền tảng ban đầu và các điều kiện khử tiếp theo đóng góp vào việc giải phóng As làm tăng cao hàm lượng As trong NDĐ.

Yilong Zhang và nnk (2013) [98] nghiên cứu mối quan hệ giữa hàm lượng As trong NDĐ và gradient thủy lực dọc theo hướng dòng chảy NDĐ TCN nằm nông ở đồng bằng Hetao, Bắc Trung Quốc. Điều kiện thủy động lực được chia theo 4 nhóm từ Bắc tới Nam. Phương trình hàm mũ được xây dựng thể hiện cho mối tương quan giữa hàm lượng As và gradient thủy lực ở vùng được bổ cập từ nước mưa. Các kết quả cho thấy gradient thủy lực thấp trong điều kiện tự nhiên là điều kiện quan trọng làm tăng hàm lượng As trong NDĐ.

Qi Guo và nnk (2014) [45] nghiên cứu về sự khác biệt giữa điều kiện thủy địa hóa giữa NDĐ có hàm lượng As cao và NDĐ có hàm lượng As thấp trong TCN qh đồng bằng Yinchuan, Trung Quốc. Mục đích của công trình này là đánh giá mối liên quan giữa phân bố As trong NDĐ và các quá trình địa hóa làm di chuyển As ở 3 khu vực: Khu vực phân bố của nón phóng vật, khu vực canh tác khô hạn, và khu vực trồng lúa. Kết quả cho thấy ở khu vực phân bố nón phóng vật, hàm lượng As trong NDĐ thấp. Tuy nhiên, ở 2 khu vực còn lại hàm lượng As lại cao và liên quan chặt chẽ với điều kiện môi trường khử.

Ở khu vực canh tác lúa, nước tưới tiêu đóng vai trò là nguồn bổ cập cho NDĐ dẫn đến thế oxy hóa khử của NDĐ ở vùng này cao hơn so với vùng canh tác khô hạn. Các đồng vị bền 18O và 2H cho thấy bốc hơi do nước tưới đóng vai trò không đáng kể trong việc tăng cao hàm lượng As. Mối tương quan giữa hàm lượng As và sắt trong NDĐ cho thấy As có nguồn gốc chủ yếu từ quá trình khử hòa tan các sắt oxy hydroxit. Bên cạnh đó, phốt pho hòa tan có thể đóng vai trò là chất cạnh tranh với As.

Nhận xét chung: Như vậy các nghiên cứu trên chủ yếu tập trung vào nghiên cứu phân bố của ô nhiễm As trong NDĐ của các TCN, làm sáng tỏ cơ chế giải phóng As vào NDĐ của TCN bên trên. Các kết quả nghiên cứu đều chỉ ra hàm lượng As cao chủ yếu được phát hiện tại TCN trầm tích aluvi trẻ bên trên và cơ chế giải phóng 14 chính là khử hoà tan sắt oxy hydroxit có hấp phụ As vào NDĐ dưới ảnh hưởng của quá trình phân giải vật chất hữu cơ hoạt động trầm tích đồng thời với thành tạo TCN. Nhóm nghiên cứu con đường dịch chuyển As và khả năng tổn thương của TCN bên dưới trước ô nhiễm As Holly A. Michael và Cliffor I.

Voss (2008) [61] đã nghiên cứu đánh giá về tính bền vững của NDĐ trong TCN nằm sâu cho mục đích cung cấp nước với hàm lượng As thấp tại đồng bằng Bengal. Trong nghiên cứu này, TCN nằm sâu hơn 150m đã được đánh giá chi tiết bằng việc sử dụng mô hình số cho toàn đồng bằng Bengal. Nghiên cứu cũng chỉ ra việc khai thác nước tại TCN bên dưới với mối quan hệ thuỷ lực với TCN nằm bên trên sẽ kéo theo quá trình di chuyển As hoà tan trong NDĐ từ TCN bên trên và phá huỷ TCN này. Kết quả của mô hình số cho thấy quá trình khai thác NDĐ quy mô nhỏ ở hộ gia đình ở TCN bên dưới không ảnh hưởng nhiều đến hệ thống dòng chảy ngầm tại đây.

Đồng thời với quá trình khai thác tại TCN bên trên phục vụ cho nông nghiệp cũng góp phần bảo vệ TCN bên dưới khỏi các tác động của quá trình dịch chuyển As. Các phân tích từ mô hình số còn chỉ ra việc khai thác được kiểm soát chặt chẽ có thể giúp cung cấp nguồn nước an toàn cho >90% nhu cầu trong hơn 1. Michael và Cliffor I. Voss (2009) [62] đã nghiên cứu đánh giá về các đặc tính dòng chảy ngầm trên quy mô khu vực tại đồng bằng Bengal, Ấn Độ và Bangladesh.

Nghiên cứu này nhằm đánh giá các chiến lược quản lý trong dài hạn đối với cung cấp nước sinh hoạt an toàn không có As cho đồng bằng Bengal. Tại đồng bằng này, các trầm tích có mức độ bất đồng nhất cao với các tập thấu kính thấm nước yếu cục bộ chia tách các TCN.