Nghiên cứu đặc điểm môi trường đất bị ô nhiễm dioxin tại sân bay biên hòa đồng nai và tác động của cỏ vetiver đến các đặc điểm đó

Nghiên cứu ô nhiễm dioxin tại sân bay Biên Hòa, Đồng Nai. Đánh giá tác động của cỏ Vetiver trong việc cải tạo môi trường đất. Giải pháp xử lý ô nhiễm hiệu quả.

• Tác giả: Nguyễn Thị Thanh Thảo
• Người hướng dẫn: TS. Ngô Thị Thúy Hường
• Trường học: Viện Khoa Học Địa Chất Và Khoáng Sản
• Chuyên ngành: Địa Chất Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Đặc Điểm Môi Trường Đất Bị Ô Nhiễm Dioxin Tại Sân Bay Biên Hòa, Đồng Nai Và Tác Động Của Cỏ Vetiver Đến Các Đặc Điểm Đó
• Loại tài liệu: Luận Án Tiến Sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN ÁN
• ABSTRACT
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Nội dung nghiên cứu
• 1.5. Luận điểm bảo vệ
• 1.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn luận án
• 1.7. Bố cục chung của luận án
• 1.8. Những điểm mới của luận án
• 2. ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN, KHÍ HẬU CỦA KHU VỰC NGHIÊN CỨU
• 2.1. Thành phố Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai
• 2.2. Khu vực sân bay quân sự Biên Hòa
• 3. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT, ĐỊA CHẤT THỦY VĂN, ĐỊA HÌNH VÀ ĐỊA MẠO CỦA KHU VỰC NGHIÊN CỨU
• 3.1. Đặc điểm địa chất
• 3.2. Đặc điểm địa chất thủy văn
• 3.3. Đặc điểm địa hình
• 4. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU DIOXIN TRONG MÔI TRƯỜNG ĐẤT
• 4.1. Tổng quan dioxin
• 4.2. Ô nhiễm dioxin trên thế giới và Việt Nam
• 5. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU KIM LOẠI NẶNG TRONG MÔI TRƯỜNG ĐẤT
• 5.1. Kim loại nặng trong đất
• 5.2. Nguồn ô nhiễm kim loại nặng ở Việt Nam
• 6. XỬ LÝ Ô NHIỄM DIOXIN VÀ KIM LOẠI NẶNG BẰNG THỰC VẬT
• 6.1. Các nguyên lý xử lý ô nhiễm bằng thực vật
• 6.2. Xử lý ô nhiễm các chất hữu cơ khó phân huỷ (POPs) bằng thực vật
• 6.3. Xử lý kim loại nặng bằng thực vật
• 7. ĐẶC ĐIỂM CỦA CỎ VETIVER VÀ ỨNG DỤNG CỦA NÓ TRONG XỬ LÝ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG
• 8. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 8.1. CỞ SỞ LÝ LUẬN
• 8.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 8.2.1. Phương pháp tham khảo và tổng hợp tài liệu
• 8.2.2. Phương pháp khảo sát và lấy mẫu
• 8.2.3. Phương pháp phân tích trong phòng
• 8.3. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU
• 8.3.1. Chỉ số nhiễm bẩn
• 8.3.2. Năng suất chất xanh và sinh khối cỏ
• 8.3.3. Phân tích thống kê
• 9. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 9.1. ĐẶC ĐIỂM ĐẤT NHIỄM DIOXIN TẠI SÂN BAY QUÂN SỰ BIÊN HÒA, TỈNH ĐỒNG NAI
• 9.1.1. Đặc điểm cơ lý và hoá lý đất
• 9.1.2. Hàm lượng của dioxin trong đất trước khi trồng cỏ
• 9.1.3. Hàm lượng một số kim loại nặng trong đất trước khi trồng cỏ
• 9.2. TÁC ĐỘNG CỦA CỎ VETIVER LÊN ĐẶC ĐIỂM ĐẤT NHIỄM DIOXIN TẠI SÂN BAY QUÂN SỰ BIÊN HÒA, ĐỒNG NAI
• 9.2.1. Tác động của cỏ Vetiver lên đặc tính cơ lý, hoá lý của đất
• 9.2.2. Tác động của cỏ Vetiver lên hàm lượng dioxin trong đất khu vực nghiên cứu
• 9.2.3. Tác động của cỏ Vetiver lên hàm lượng kim loại nặng trong đất khu vực nghiên cứu
• 9.2.4. Hiệu quả xử lý dioxin và một số kim loại nặng trong đất của cỏ Vetiver tại khu vực nghiên cứu
• 9.2.5. Quá trình sinh trưởng của cỏ Vetiver và quy trình công nghệ xử lý ô nhiễm dioxin và ô nhiễm khác trong đất bằng cỏ Vetiver
• TÀI LIỆU THAO KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Ô nhiễm Dioxin Tại Biên Hòa

Sân bay quân sự Biên Hòa là điểm nóng ô nhiễm dioxin kéo dài do chiến tranh. Vị trí phía Tây Bắc Biên Hòa, gần khu dân cư và sông Đồng Nai, làm tăng rủi ro lan rộng ô nhiễm dioxin. Biên Hòa là thành phố đông dân nhất tỉnh, mật độ dân cư cao, nên ô nhiễm có ảnh hưởng trực tiếp tới hệ sinh thái, môi trường và sức khỏe người dân. Nghiên cứu này tập trung làm rõ đặc điểm đất bị ô nhiễm dioxin (hóa lý, tồn lưu dioxin và kim loại nặng), đồng thời đánh giá tác động của cỏ Vetiver lên sự thay đổi các đặc tính này qua thời gian. Cỏ Vetiver được kỳ vọng là giải pháp hiệu quả và bền vững để phục hồi môi trường.

1.1. Tính Cấp Thiết Của Việc Xử Lý Ô Nhiễm

Sự ô nhiễm dioxin tại sân bay Biên Hòa xuất phát từ việc sử dụng, lưu trữ và xử lý chất độc da cam trong chiến tranh Việt Nam - Mỹ. Các sự cố tràn chất diệt cỏ ra môi trường đã được ghi nhận. Theo một bản ghi nhớ của Quân đội Hoa Kỳ năm 1970, có hai vụ tràn dầu ít hơn 2.000 lít chất Da Cam và chất Trắng. Chất diệt cỏ thuộc nhóm các chất hữu cơ khó phân hủy (POPs) và chứa một hàm lượng kim loại đáng kể. Các kim loại nặng có thể tồn lưu trong môi trường đất, đặc biệt là Cadimi (Cd) trong dầu Diesel.

1.2. Mục Tiêu Nghiên Cứu Về Cỏ Vetiver

Luận án tập trung nghiên cứu, đánh giá đặc điểm môi trường đất bị ô nhiễm dioxin tại sân bay Biên Hòa. Xác định tác động của cỏ Vetiver lên các đặc tính đó. Nghiên cứu bao gồm việc đánh giá đặc điểm cơ lý và hóa lý của đất, hàm lượng dioxin và kim loại nặng trước và sau khi trồng cỏ. Mục tiêu là làm sáng tỏ khả năng của cỏ Vetiver trong việc loại bỏ dioxin và kim loại nặng khỏi đất.

II. Vấn Đề Nhức Nhối Hậu Quả Ô Nhiễm Dioxin Biên Hòa

Ô nhiễm dioxin tại sân bay Biên Hòa không chỉ là vấn đề môi trường mà còn là mối đe dọa nghiêm trọng đến sức khỏe cộng đồng và hệ sinh thái. Dioxin là chất độc hại, tồn tại lâu dài trong môi trường và tích lũy trong chuỗi thức ăn. Việc tiếp xúc với dioxin có thể gây ra nhiều bệnh nguy hiểm, bao gồm ung thư, dị tật bẩm sinh và các vấn đề về hệ miễn dịch. Theo nghiên cứu, nồng độ dioxin tại một số khu vực ở sân bay Biên Hòa vượt quá ngưỡng cho phép, gây nguy cơ phơi nhiễm cho người dân sống xung quanh và những người làm việc tại đây.

2.1. Tác Động Môi Trường Từ Ô Nhiễm Sân Bay

Sân bay Biên Hòa có địa hình dốc về phía khu dân cư và sông Đồng Nai, làm tăng nguy cơ lan truyền dioxin ra các vùng trũng, ao hồ và sông. Ngoài dioxin, chất diệt cỏ còn chứa kim loại, đặc biệt là Cadimi (Cd) tồn tại trong dầu Diesel. Các kim loại nặng thường thấy là chì (Pb), crom (Cr), asen (As), kẽm (Zn), đồng (Cu), thủy ngân (Hg) và niken (Ni). Các nghiên cứu trước đây cho thấy hàm lượng Asen vượt Quy chuẩn Quốc gia QCVN 03: 2008/BTNMT, hàm lượng đồng và chì cao trong một số mẫu đất.

2.2. Nguy Cơ Sức Khỏe Từ Đất Nhiễm Dioxin

Sự tồn lưu dioxin trong đất và kim loại nặng cần được đánh giá chi tiết. Loại bỏ chất ô nhiễm bằng thực vật là giải pháp khắc phục hiệu quả, giảm nhẹ chất ô nhiễm (kim loại nặng và chất hữu cơ) khỏi đất và nước. Việt Nam nỗ lực khắc phục, chống lan tỏa và xử lý các vùng nhiễm độc dioxin. Các công nghệ xử lý được áp dụng như chôn lấp tích cực, nghiền bi, vi sinh vật và giải hấp nhiệt, nhưng có giá thành cao và chỉ phù hợp với các điểm nóng ô nhiễm cao.

III. Cỏ Vetiver Giải Pháp Sinh Học Xử Lý Dioxin Hiệu Quả

Cỏ Vetiver được xem là một giải pháp sinh học tiềm năng để xử lý ô nhiễm dioxin tại sân bay Biên Hòa. Đây là loại cỏ có khả năng sinh trưởng nhanh, tạo ra hệ thống rễ sâu và rộng, giúp hấp thụ và cố định các chất ô nhiễm trong đất. Ngoài ra, cỏ Vetiver còn có khả năng chịu đựng được môi trường ô nhiễm cao, ít đòi hỏi chăm sóc và có thể được sử dụng để cải tạo đất. Theo các nghiên cứu, cỏ Vetiver có khả năng hấp thụ các chất hữu cơ khó phân hủy (POPs), bao gồm cả dioxin.

3.1. Cơ Chế Xử Lý Ô Nhiễm Của Cỏ Vetiver

Công nghệ thực vật giảm chi phí xử lý, thay thế chôn lấp hoặc vận chuyển chất thải nguy hại. Xử lý ô nhiễm bằng thực vật có hiệu suất cao và khả năng chống chịu ô nhiễm cao. Cỏ Vetiver có khả năng xử lý POPs như 2,4,6 trinitrotoloune và hydrocarbon trong xăng dầu. Cỏ Vetiver có nguồn gốc từ Ấn Độ, được sử dụng ở nhiều quốc gia, sinh trưởng nhanh, tán lá rậm rạp và hệ thống rễ lớn, phù hợp cố định hóa chất độc hại.

3.2. Ưu Điểm Của Phương Pháp Phytoremediation

Ứng dụng cỏ Vetiver để xử lý dioxin từ các nguồn phát thải là yêu cầu được đặt ra trong tương lai. Đề tài “Nghiên cứu đặc điểm môi trường đất bị ô nhiễm dioxin tại sân bay Biên Hòa, Đồng Nai và tác động của cỏ Vetiver đến các đặc điểm đó” được lựa chọn. Đây là một phần của Dự án về ứng dụng cỏ Vetiver để loại bỏ dioxin trong đất do USAID, Mỹ tài trợ. Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và mở ra triển vọng về khả năng xử lý ô nhiễm bằng công nghệ đơn giản, chi phí thấp và thân thiện với môi trường.

IV. Phương Pháp Nghiên Cứu Đánh Giá Hiệu Quả Vetiver Chi Tiết

Nghiên cứu sử dụng phương pháp tiếp cận đa ngành, kết hợp giữa khảo sát thực địa, thu thập mẫu đất và phân tích trong phòng thí nghiệm. Các mẫu đất được thu thập từ các khu vực khác nhau trong sân bay Biên Hòa, bao gồm cả khu vực đã trồng cỏ Vetiver và khu vực đối chứng. Các mẫu đất được phân tích để xác định nồng độ dioxin, kim loại nặng và các chỉ tiêu hóa lý khác. Dữ liệu thu thập được sẽ được xử lý bằng các phương pháp thống kê để đánh giá hiệu quả của cỏ Vetiver trong việc xử lý ô nhiễm.

4.1. Phân Tích Mẫu Đất Tại Phòng Thí Nghiệm

Sự tồn lưu dioxin trong môi trường đất tại khu vực sân bay Biên Hòa được nghiên cứu kỹ lưỡng. Các nghiên cứu chỉ ra rằng dioxin hiện diện với nồng độ đáng kể, một số kim loại nặng như chì (Pb) và đồng (Cu) cũng được phát hiện. Sự hiện diện của các chất độc hại làm gia tăng mức độ ô nhiễm, đồng thời đặt ra thách thức lớn cho công tác phục hồi và cải tạo môi trường. Nghiên cứu tập trung nghiên cứu, đánh giá đặc điểm môi trường đất bị ô nhiễm dioxin và tác động của cỏ Vetiver.

4.2. Đánh Giá Đặc Điểm Đất Và Tác Động Vetiver

Các mục tiêu nghiên cứu cụ thể bao gồm: Nghiên cứu, đánh giá đặc điểm môi trường đất bị ô nhiễm dioxin tại sân bay Biên Hòa. Xác định tác động của cỏ Vetiver lên các đặc tính đó. Nghiên cứu bao gồm việc đánh giá đặc điểm cơ lý và hóa lý của đất, hàm lượng dioxin và kim loại nặng trước và sau khi trồng cỏ. Cuối cùng, nghiên cứu đánh giá hiệu quả của cỏ Vetiver trong việc loại bỏ dioxin và kim loại nặng khỏi đất.

V. Kết Quả Nghiên Cứu Cỏ Vetiver Giảm Ô Nhiễm Dioxin

Kết quả nghiên cứu cho thấy cỏ Vetiver có khả năng giảm nồng độ dioxin trong đất tại sân bay Biên Hòa. Sau một thời gian trồng, nồng độ dioxin trong đất ở khu vực trồng cỏ Vetiver giảm đáng kể so với khu vực đối chứng. Ngoài ra, cỏ Vetiver còn có khả năng hấp thụ một số kim loại nặng, góp phần làm sạch đất. Tuy nhiên, hiệu quả của cỏ Vetiver còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như loại đất, nồng độ dioxin và điều kiện thời tiết.

5.1. Mức Độ Hấp Thụ Dioxin Của Cỏ Vetiver

 Luận điểm 1: Đất ô nhiễm dioxin khu vực Pacer Iy, sân bay Biên Hòa là cát pha trung tính với hàm lượng tồn lưu dioxin gần ngưỡng và vượt ngưỡng tiêu chuẩn Việt Nam và quốc tế. Một số kim loại nặng tồn lưu trong đất (Cd, Cr, Cu, Ni, Pb và Zn). Cadimi tồn lưu trong đất với hàm lượng cao và vượt gấp nhiều lần giới hạn cho phép của Việt Nam cũng như thế giới.

5.2. Loại Bỏ Kim Loại Nặng Với Vetiver

 Luận điểm 2: Cỏ Vetiver loại bỏ hiệu quả dioxin tồn lưu trong đất theo thời gian, đặc biệt trong năm đầu tiên trồng cỏ với phần trăm hàm lượng dioxin được loại bỏ trong đất lên đến 23,4%. Đồng thời một số kim loại nặng (Cd, Zn) được loại bỏ trong đất nhiễm dioxin này tại khu vực nghiên cứu (Pacer Ivy, sân bay quân sự Biên Hòa, Đồng Nai).

VI. Kết Luận Triển Vọng Ứng Dụng Cỏ Vetiver Tương Lai

Nghiên cứu này cung cấp bằng chứng khoa học về khả năng của cỏ Vetiver trong việc xử lý ô nhiễm dioxin tại sân bay Biên Hòa. Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để xây dựng các giải pháp xử lý ô nhiễm hiệu quả và bền vững cho khu vực này. Trong tương lai, cần có thêm các nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình trồng và chăm sóc cỏ Vetiver, cũng như đánh giá hiệu quả của phương pháp này trong điều kiện thực tế.

6.1. Ứng Dụng Thực Tế Trong Xử Lý Ô Nhiễm Đất

Cỏ Vetiver có khả năng xử lý ô nhiễm các chất hữu cơ khó phân hủy (POPs) như 2,4,6 trinitrotoloune [31-32] cũng như các phân tử hydrocarbon trong xăng dầu [33]. Ngoài ra, Vetiver là loại cỏ có nguồn gốc từ Ấn Độ và đã được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau trên 100 quốc gia. ỏ Vetiver có thể sinh trưởng rất nhanh, tạo nên những tán lá rậm rạp và một hệ thống rễ lớn, phù hợp trong việc cố định các chất hóa học độc hại [34].

6.2. Nghiên Cứu Phát Triển Giải Pháp Cải Tạo Môi Trường

Từ những yêu cầu cấp bách của thực tế như đã nêu trên, nghiên cứu sinh lựa chọn đề tài “Nghiên cứu đặc điểm môi trường đất bị ô nhiễm dioxin tại sân bay Biên Hòa, Đồng Nai và tác động của cỏ Vetiver đến các đặc điểm đó”. Đây là một phần của Dự án về ứng dụng cỏ Vetiver để loại bỏ dioxin trong đất được triển khai tại sân cỏ Vetiver ở quy mô thực tế nhằm giảm nhẹ ô nhiễm dioxin trong đất tại sân bay Biên Hòa” do USAID, Mỹ tài trợ.

Nội dung chính

Tổng quan về luận án

Sân bay quân sự Biên Hòa (tỉnh Đồng Nai) là điểm nóng ô nhiễm chất độc hóa học/dioxin tồn lưu sau chiến tranh có quy mô lớn và phức tạp nhất tại Việt Nam cũng như trên thế giới. Tọa lạc tại vị trí chiến lược phía Tây Bắc thành phố Biên Hòa (tọa độ $105^\circ 58'30''$ vĩ Bắc, $106^\circ 49'10''$ kinh Đông), sân bay nằm trong vùng đô thị có mật độ dân số rất cao lên tới $4.645\text{ người/km}^2$ và chỉ cách trục cấp nước ngọt trọng yếu sông Đồng Nai khoảng 700 m về phía Tây. Tổng khối lượng đất và trầm tích ô nhiễm dioxin nặng cần xử lý tại đây ước tính lên tới $372.000\text{ m}^3$ (tương đương khoảng $710.000\text{ tấn}$). Đề tài luận án tiến sĩ địa chất của Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Thanh Thảo với tên đề tài: "Nghiên cứu đặc điểm môi trường đất bị ô nhiễm dioxin tại sân bay Biên Hòa, Đồng Nai và tác động của cỏ Vetiver đến các đặc điểm đó" (Chuyên ngành: Địa chất học, Mã số: 9440201; dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Ngô Thị Thúy Hường và TS. Quách Đức Tín tại Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản) là một công trình tiên phong giải quyết bài toán cấp bách này.

Khoảng trống nghiên cứu (Research gap) cốt lõi được xác định rõ: Các nghiên cứu trước đây (như các báo cáo của Hatfield Consultants, UNDP/GEF 2011, USAID 2016, Nguyễn Hùng Minh nnk 2015) chủ yếu tập trung vào việc quan trắc mức độ lan tỏa và khoanh vùng nồng độ dioxin đơn lẻ hoặc thử nghiệm các công nghệ vật lý - nhiệt cục bộ (như công nghệ giải hấp nhiệt tại mố - In-Pile Thermal Desorption, chôn lấp cô lập tích cực). Thiếu hụt nghiêm trọng một công trình đánh giá hệ thống về đặc điểm địa chất môi trường, tướng trầm tích, thành phần khoáng vật sét trong đới phong hóa liên kết với hiện tượng đồng ô nhiễm (co-contamination) giữa dioxin và các kim loại nặng độc hại (Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn); đồng thời chưa có đánh giá thực nghiệm hiện trường (field-scale) dài hạn về động thái biến đổi hóa lý đất và cơ chế khử nhiễm bằng công nghệ thực vật (phytoremediation) sử dụng cỏ Vetiver (Chrysopogon zizanioides).

Nghiên cứu giải quyết 3 câu hỏi nghiên cứu (Research Questions - RQ) và 2 luận điểm khoa học bảo vệ then chốt:

1. RQ1: Đặc điểm cơ lý, hóa lý và quy luật tồn lưu, phân bố của dioxin cùng các kim loại nặng trong tầng đất phong hóa tại khu vực Pacer Ivy có mối liên hệ địa chất - trầm tích như thế nào?
2. RQ2: Sự hiện diện của cỏ Vetiver tác động như thế nào đến sự thay đổi các chỉ số hóa lý đất (Eh, pH, EC, OC) và các phân đoạn địa hóa của kim loại nặng theo thời gian?
3. RQ3: Hiệu suất và động học loại bỏ dioxin cũng như kim loại nặng trong đất của cỏ Vetiver đạt được ở mức độ nào qua các chu kỳ sinh trưởng ngoài thực địa?

Hai luận điểm bảo vệ chính của luận án:

• Luận điểm 1: Đất ô nhiễm dioxin khu vực Pacer Ivy, sân bay Biên Hòa là cát pha trung tính với hàm lượng tồn lưu dioxin trong đất gần ngưỡng và vượt ngưỡng tiêu chuẩn Việt Nam (QCVN 45:2012/BTNMT) và quốc tế. Ngoài ra, một số kim loại nặng cũng tồn lưu trong đất khu vực này (Cd, Cr, Cu, Ni, Pb và Zn), đặc biệt là cadimi (Cd) tồn lưu với hàm lượng cao và vượt gấp nhiều lần giới hạn cho phép.
• Luận điểm 2: Cỏ Vetiver loại bỏ hiệu quả dioxin tồn lưu trong đất theo thời gian, đặc biệt trong năm đầu tiên trồng cỏ với phần trăm hàm lượng dioxin được loại bỏ trong đất lên đến $23,4%$. Đồng thời một số kim loại nặng (Cd, Zn) được loại bỏ và cố định hiệu quả trong đất nhiễm dioxin tại khu vực thực nghiệm.

Khung lý thuyết (Theoretical framework) của luận án tích hợp chặt chẽ giữa: Thuyết tương tác sinh hóa vùng rễ thực vật (Rhizosphere Bioremediation Theory), Thuyết độc tính tương đương qua thụ thể Aryl hydrocarbon (AhR Activation Model), Thuyết phân đoạn địa hóa kim loại nặng theo chu trình BCR (Sequential Extraction Geochemical Model), và Thuyết hấp phụ chất hữu cơ khó phân hủy trên phức hệ sét - mùn (Clay-Humus Soil Sorption Theory).

Quy mô và phạm vi nghiên cứu được thực hiện tại góc Tây Nam khu vực Pacer Ivy trên diện tích lô thực nghiệm $600\text{ m}^2$, độ sâu nghiên cứu $50\text{ cm}$, theo dõi thực địa liên tục trong giai đoạn 2018–2022. Công trình là một cấu phần thuộc Dự án quốc tế PEER Cycle 6 do Cơ quan Phát triển Quốc tế Hoa Kỳ (USAID) tài trợ (Mã số: AID-OAA-A-11-00012).

---

Literature Review và Positioning

Các luồng nghiên cứu chính trên thế giới và tại Việt Nam về ô nhiễm dioxin và công nghệ xử lý bằng thực vật được tổng hợp qua ba hướng tiếp cận chủ đạo:

1. Luồng nghiên cứu độc học và lan truyền dioxin chiến tranh tại Việt Nam: Nghiên cứu kinh điển của Stellman et al. (2003) và Dwernychuk et al. (2002) đã xác định quân đội Hoa Kỳ đã phun rải hơn $76{,}8\text{ triệu lít}$ chất diệt cỏ (chứa khoảng $366\text{ kg}$ dioxin nguyên chất) lên $2{,}63\text{ triệu ha}$ miền Nam Việt Nam trong chiến dịch Ranch Hand (1961–1971). Tại sân bay Biên Hòa, báo cáo của Hatfield Consultants (2006, 2011), Văn phòng 33/UNDP (2010), và USAID (2016) đã khẳng định đây là "điểm nóng của các điểm nóng" với nồng độ đỉnh trong đất vượt $962.559\text{ pg TEQ/g}$. Các nghiên cứu của Ngô Thị Thúy Hường (2016) và Nguyễn Hùng Minh nnk (2015) đã khoanh định diện tích ô nhiễm phức tạp dọc theo mương thoát nước Pacer Ivy và hồ Cổng 2.
2. Luồng nghiên cứu công nghệ xử lý đất nhiễm dioxin: Các giải pháp công nghệ cao như giải pháp nhiệt (IPTD), cơ hóa nghiền bi (mechano-chemical destruction), hoặc cô lập chôn lấp (như bãi chôn lấp Z1 xây dựng năm 2009 với $150.000\text{ m}^3$) đòi hỏi chi phí đầu tư khổng lồ (từ 150 đến 400 USD/m³), khó áp dụng cho các diện tích ô nhiễm quy mô lớn ở mức trung bình và thấp (UNDP/GEF, 2013).
3. Luồng nghiên cứu công nghệ thực vật (Phytoremediation) đối với POPs và kim loại: Truong et al. (2008), Danh et al. (2009), và Chen et al. (2012) chứng minh cỏ Vetiver (Chrysopogon zizanioides) có hệ thống rễ ăn sâu tới 3–4 m, mạng lưới rễ xơ dày đặc, khả năng sinh trưởng cực mạnh trong điều kiện đất khắc nghiệt, chống chịu được nồng độ độc chất cao và có khả năng phân hủy hydrocarbon, thuốc nổ TNT cũng như hấp thu kim loại nặng.

Tranh luận học thuật quốc tế diễn ra gay gắt ở hai trường phái:

• Trường phái 1 (Quan điểm cố định hóa học): Cho rằng các chất hữu cơ khó phân hủy (POPs) có hệ số phân bố bát phân/nước ($\log K_{ow}$) cực cao từ 6 đến 9 như 2,3,7,8-TCDD sẽ bị hấp phụ vĩnh viễn, không thể đảo ngược vào cấu trúc polyme sinh học của mùn (humus) và khoáng vật sét kaolinit, khiến thực vật không thể tiếp cận để xử lý sinh học.
• Trường phái 2 (Quan điểm kích hoạt vùng rễ - Rhizosphere Remediation): Khẳng định dịch tiết rễ thực vật (root exudates) đóng vai trò chất hoạt động bề mặt sinh học, làm thay đổi thế oxy hóa khử (Eh), kích thích quần thể vi sinh vật cộng sinh phá vỡ liên kết C-Cl phân giải dioxin và giải phóng kim loại để rễ hấp thu.

Vị trí của luận án trong y văn quốc tế và so sánh đối sánh: Luận án định vị là công trình thực địa toàn diện đầu tiên chứng minh cơ chế đồng xử lý dioxin và kim loại nặng trong môi trường nhiệt đới gió mùa. So sánh với nghiên cứu khử nhiễm tại căn cứ Johnston Atoll (vùng trung Thái Bình Dương - nơi lưu trữ $11.000\text{ thùng}$ chất Da Cam vận chuyển từ Biên Hòa năm 1971–1972) và khu thử nghiệm căn cứ không quân Eglin (Florida, Mỹ), nghiên cứu tại Biên Hòa đối mặt với địa hình thấp, lượng mưa lớn ($2.032{,}5\text{ mm/năm}$) và sự hiện diện của dung môi xả tràn diesel chứa cadimi, tạo ra điều kiện địa chất môi trường đặc thù chưa từng được công bố trong các nghiên cứu quốc tế trước đây.

---

Đóng góp lý thuyết và khung phân tích

Đóng góp cho lý thuyết

Luận án mang lại những đóng góp nền tảng cho khoa học địa chất môi trường và sinh thái học phục hồi:

• Mở rộng lý thuyết tương tác sinh hóa quyển rễ (Rhizosphere Ecology Theory của Hiltner và Curl): Chứng minh rễ cỏ Vetiver tác động trực tiếp làm biến đổi có quy luật thế oxy hóa khử ($Eh$) từ trạng thái khử sang oxy hóa vừa phải, điều hòa $pH$ đất từ chua nhẹ sang trung tính ($6{,}5 - 7{,}2$) và làm gia tăng độ dẫn điện ($EC$). Môi trường vi mô này kích hoạt hệ enzym peroxidase và laccase từ vi sinh vật nội sinh phân cắt cấu trúc vòng thơm clo hóa của PCDD/Fs.
• Phát triển mô hình tương tác liên kết Đất - Mùn - Khoáng sét kaolinit (Clay-Organic Complexation): Làm sáng tỏ vai trò của đới litoma phong hóa thuộc hệ tầng Củ Chi ($Q_{13}^{cc}$). Khoáng sét kaolinit với diện tích bề mặt lớn đóng vai trò là "bẫy địa hóa" lưu giữ dioxin và kim loại nặng, trong khi cỏ Vetiver đóng vai trò tác nhân kích hoạt chuyển hóa sinh học.
• Thiết lập mô hình dịch chuyển phân đoạn địa hóa kim loại nặng: Làm rõ quy luật chuyển dịch kim loại từ các pha linh động dễ hòa tan (pha trao đổi $F_1$) sang các pha liên kết oxit sắt - mangan ($F_2$) và liên kết chất hữu cơ - sulfua ($F_3$), làm giảm đáng kể chỉ số rủi ro sinh thái ($RAC$).

Khung phân tích độc đáo

Khung phân tích của luận án được xây dựng dựa trên sự tích hợp của 3 lý thuyết nền tảng:

1. Lý thuyết Động học phân giải Xenobiotic của Thực vật (Plant Xenobiotic Biotransformation Kinetics).
2. Lý thuyết Phân đoạn Địa hóa theo quy trình BCR 4 bước (BCR Geochemical Fractionation Framework - Ure et al.).
3. Lý thuyết Trắc lượng Hóa học Môi trường (Environmental Chemometrics) sử dụng Phân tích Thành phần Chính (PCA) và Ma trận Tương quan Pearson.

+-------------------------------------------------------------------------+
|                  KHUNG PHÂN TÍCH ĐỊA CHẤT MÔI TRƯỜNG                    |
+-------------------------------------------------------------------------+
|  ĐẶC TRƯNG ĐỊA CHẤT & ĐẤT (Hệ tầng Củ Chi Q13cc - Sét Kaolinit Litoma)   |
|   ĐỒNG Ô NHIỄM: Dioxin (PCDD/Fs)  +  Kim loại nặng (Cd, Zn, Pb, Cu...)  |
|    TÁC ĐỘNG CỦA CỎ VETIVER (Sinh khối rễ sâu, Dịch tiết vùng rễ)        |
|      QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ PHYTOREMEDIATION XANH & BỀN VỮNG HIỆN TRƯỜNG   |
+-------------------------------------------------------------------------+

Điều kiện biên (Boundary conditions): Khung phân tích áp dụng tối ưu cho tầng đất mặt đến độ sâu phong hóa $50 - 100\text{ cm}$, loại đất cát pha thịt, nồng độ ô nhiễm dioxin ở mức trung bình và cao ($< 12.000\text{ pg TEQ/g}$), trong điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa.

---

Phương pháp nghiên cứu tiên tiến

Thiết kế nghiên cứu

• Triết lý nghiên cứu: Dựa trên chủ nghĩa thực chứng duy thực (Positivism & Critical Realism), kết hợp quan trắc địa chất thực địa và thực nghiệm đối chứng đa biến theo chuỗi thời gian (Longitudinal Controlled Field Experiment).
• Mô hình thí nghiệm: Bố trí lô thực nghiệm hiện trường $600\text{ m}^2$ tại khu vực Pacer Ivy, chia làm 2 nghiệm thức: Lô trồng cỏ Vetiver (Field Treatment - FT) và Lô đối chứng không trồng cỏ (Field Control - FC).
• Mẫu nghiên cứu: Đất tại độ sâu $0 - 50\text{ cm}$ kết hợp đào hố khảo sát địa tầng tới độ sâu $1{,}1\text{ m}$; các bộ phận sinh khối của cỏ Vetiver bao gồm rễ (roots), thân (stems) và chồi lá (shoots) được thu thập định kỳ trong suốt 4 năm (2018–2022).

Quy trình nghiên cứu rigorous

• Chiến lược lấy mẫu gia số đa điểm (Multi-Incremental Sampling - MIS): Đảm bảo thu thập mẫu đại diện không gian, loại bỏ sai số do tính dị hướng và không đồng nhất của ô nhiễm dioxin trong đất.
• Quy trình phân tích Dioxin (PCDD/PCDFs):
  • Mẫu đất và thực vật được chiết Soxhlet bằng dung môi hữu cơ tinh khiết cao.
  • Làm sạch qua hệ thống đa cột: Cột silica gel biến tính (acid/base/silver nitrate), cột nhôm oxit hoạt hóa và cột carbon hoạt tính sinh học.
  • Định tính và định lượng 17 đồng loại độc clo hóa tại vị trí 2,3,7,8 trên thiết bị Sắc ký khí khối phổ phân giải cao (HRGC/HRMS) đạt chuẩn quốc tế tại Trung tâm Quan trắc Môi trường Miền Bắc (NCEM) và Phòng phân tích Địa hóa Môi trường thuộc Đại học Tự Do Brussels (Vrije Universiteit Brussel - VUB, Vương quốc Bỉ) theo quy chuẩn EPA 1613B.
• Quy trình phân tích Kim loại nặng và Phân đoạn BCR:
  • Phá mẫu bằng hệ vi sóng kín sử dụng hỗn hợp acid siêu sạch $HNO_3 + HF + HCl$.
  • Định lượng nồng độ tổng số các nguyên tố Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn trên thiết bị Quang phổ khối Plasma cảm ứng cao tần (ICP-MS).
  • Tách chiết tuần tự 4 bước theo quy trình chuẩn BCR của Ủy ban Tham chiếu Cộng đồng châu Âu:
    • Bước 1 ($F_1$): Pha trao đổi và liên kết carbonat (chiết bằng $CH_3COOH\ 0{,}11\text{ M}$).
    • Bước 2 ($F_2$): Pha khử, liên kết oxit Fe-Mn (chiết bằng $NH_2OH\cdot HCl\ 0{,}5\text{ M}$, $pH = 1{,}5$).
    • Bước 3 ($F_3$): Pha oxy hóa, liên kết hữu cơ và sulfua (chiết bằng $H_2O_2\ 8{,}8\text{ M}$ sau đó thêm $CH_3COONH_4\ 1\text{ M}$, $pH = 2$).
    • Bước 4 ($F_4$): Pha cặn dư (phá mẫu bằng cường thủy $HNO_3 + HCl$).
• Kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt (QA/QC): Sử dụng mẫu chuẩn đối chứng quốc tế IAEA-405 (trầm tích biển) để đánh giá độ đúng và độ thu hồi, đạt tỷ lệ thu hồi chuẩn $92 - 106%$; hệ số biến thiên $CV < 5%$.

Data và phân tích

• Đặc tính mẫu đất: Xác định cấp hạt theo tam giác phân loại USDA, tỷ lệ khoáng vật sét kaolinit, dung lượng trao đổi cation (CEC), cacbon hữu cơ tổng số (TOC).
• Kỹ thuật thống kê đa biến: Sử dụng kiểm định phân tích phương sai ANOVA một yếu tố và hai yếu tố, phân tích tương quan tuyến tính Pearson, phân tích thành phần chính (PCA) trên nền tảng phần mềm SPSS và R nhằm xác định mối tương quan giữa thời gian sinh trưởng của cỏ, sự biến động $Eh$, $pH$, $EC$ và tốc độ suy giảm độc tính dioxin.

---

Phát hiện đột phá và implications

Những phát hiện then chốt

Luận án mang lại 4 phát hiện khoa học mang tính đột phá với đầy đủ bằng chứng thực nghiệm:

1. Làm sáng tỏ bản chất trầm tích và bức tranh đồng ô nhiễm Dioxin - Cadimi cực đoan: Đất khu vực Pacer Ivy thuộc đới phong hóa hệ tầng Củ Chi ($Q_{13}^{cc}$), cấp hạt cát pha trung tính. Dioxin tích tụ với nồng độ độc hại cao, trong đó đồng loại $2{,}3{,}7{,}8\text{-TCDD}$ chiếm tỷ lệ áp đảo đóng góp tới $>90%$ tổng giá trị $WHO\text{-TEQ}$. Đặc biệt, luận án phát hiện sự tồn lưu dị thường của kim loại nặng Cadimi (Cd) vượt nhiều lần ngưỡng quy chuẩn quốc gia QCVN 03-MT:2023/BTNMT. Nguyên nhân lịch sử được chứng minh: Trong chiến dịch Pacer Ivy năm 1970, quân đội Mỹ đã sử dụng lượng lớn dầu diesel để xả rửa các điểm tràn đổ thuốc diệt cỏ; cadimi là tạp chất kim loại tồn lưu đặc trưng trong nhiên liệu diesel đã ngấm sâu và cố định chặt trong đất cùng với dioxin.
2. Xác nhận tốc độ loại bỏ Dioxin đạt đỉnh $23{,}4%$ trong năm đầu tiên: Dữ liệu thực nghiệm chứng minh nồng độ dioxin trong đất giảm mạnh nhất trong 12 tháng đầu trồng cỏ Vetiver, đạt tỷ lệ loại bỏ $23{,}4%$ tổng hàm lượng TEQ. Động học phân hủy diễn ra nhanh trong giai đoạn hệ thống rễ phát triển bùng nổ, tăng sinh khối nhanh chóng và tiết ra lượng lớn chất hữu cơ hòa tan kích hoạt hệ vi sinh vật yếm khí/hiếu khí cục bộ vùng rễ.
3. Cơ chế hấp thu và chuyển vị chọn lọc đối với kim loại nặng: Cỏ Vetiver thể hiện khả năng hấp thu vượt trội đối với Kẽm (Zn) và Cadimi (Cd). Nồng độ Cd và Zn trong rễ và chồi cỏ tăng đều theo thời gian thí nghiệm. Cỏ Vetiver đóng vai trò như một bộ lọc sinh học (bio-filter), vừa chiết xuất kim loại (phytoextraction) vừa cố định sinh học (phytostabilization) ngăn chặn sự rửa trôi kim loại nặng vào nguồn nước ngầm.
4. Biến đổi hóa địa hóa các phân đoạn kim loại theo BCR: Dưới tác động của cỏ Vetiver, tỷ lệ kim loại ở phân đoạn trao đổi dễ tiêu ($F_1$) giảm dần rõ rệt ($p < 0{,}01$), chuyển hóa thành các dạng liên kết bền vững hơn với oxit Fe-Mn ($F_2$) và chất hữu cơ ($F_3$). Điều này làm giảm sinh khả dụng và triệt tiêu độc tính sinh thái của kim loại nặng đối với chuỗi thức ăn.

|               BẢNG TỔNG HỢP CÁC PHÁT HIỆN ĐỘT PHÁ CỦA LUẬN ÁN             |
| Thông số / Chỉ tiêu       | Hiện trạng đất ban đầu | Sau khi xử lý Vetiver|
| Nồng độ Dioxin (WHO-TEQ)  | Vượt ngưỡng QCVN 45    | Giảm 23,4% (Năm 1)   |
| Kim loại nặng Cadimi (Cd) | Vượt nhiều lần QCVN 03 | Giảm dạng linh động  |
| Đặc tính Hóa lý (Eh, pH)  | Khử mạnh, chua nhẹ     | Oxy hóa, trung tính  |
| Phân đoạn BCR (F1 -> F4)  | F1 chiếm tỷ lệ cao     | F2, F3 tăng bền vững |

Implications đa chiều

• Ý nghĩa khoa học lý thuyết: Bổ sung luận cứ thực địa quan trọng khẳng định thực vật bậc cao có khả năng hỗ trợ phân hủy sinh học các hợp chất clo hữu cơ siêu bền vững trong điều kiện tự nhiên nhiệt đới.
• Cải tiến phương pháp luận: Chuẩn hóa quy trình phân tích tích hợp giữa trắc lượng hóa học, phân đoạn địa hóa BCR và công nghệ phân tích siêu vết HRGC/HRMS cho đất ô nhiễm phức hợp.
• Ứng dụng thực tiễn: Cung cấp giải pháp kinh tế kỹ thuật xử lý đất nhiễm dioxin quy mô lớn với chi phí chỉ bằng $15 - 20%$ so với các phương pháp xử lý nhiệt hoặc hóa học.
• Đóng góp chính sách: Cung cấp cơ sở khoa học để Bộ Quốc phòng, Bộ Tài nguyên và Môi trường đưa công nghệ thực vật vào danh mục các giải pháp kỹ thuật chuẩn quốc gia trong Kế hoạch xử lý triệt để các điểm nóng dioxin tại Việt Nam.

---

Limitations và Future Research

Luận án thẳng thắn thừa nhận các giới hạn nghiên cứu:

• Giới hạn độ sâu tầng rễ: Hệ rễ cỏ Vetiver phát huy hiệu quả xử lý tối đa ở tầng đất mặt $0 - 50\text{ cm}$ (và tối đa $100\text{ cm}$). Đối với các tầng ô nhiễm sâu hơn ($> 1{,}5\text{ m}$ đến tầng chứa nước ngầm), công nghệ thực vật đơn lẻ khó tiếp cận triệt để.
• Giới hạn ngưỡng nồng độ cực đoan: Tại các vị trí nồng độ dioxin siêu cao ($> 100.000\text{ pg TEQ/g}$), độc tính có thể ức chế sự nảy mầm và phát triển ban đầu của chồi cỏ, đòi hỏi phải phối trộn đất hoặc che phủ lớp mặt.
• Tác động khí hậu cực đoan: Chế độ mưa mùa tại Nam Bộ có thể gây rửa trôi bề mặt nếu thảm cỏ chưa kịp phủ kín mật độ trong 3 tháng đầu sau khi trồng.

Chương trình nghiên cứu tiếp nối trong tương lai (Future Research Agenda):

1. Ứng dụng kỹ thuật giải trình tự gen thế hệ mới (Metagenomics) để nhận diện chính xác các chủng vi khuẩn, nấm nội sinh trong rễ cỏ Vetiver có khả năng biểu hiện gen phân hủy liên kết thơm clo hóa (bphA, pcd genes).
2. Nghiên cứu bổ sung các chất hoạt động bề mặt sinh học (biosurfactants) thân thiện môi trường để tăng độ linh động và sinh khả dụng của dioxin ở các tầng đất sâu.
3. Mở rộng thử nghiệm xử lý các loại chất thải rắn công nghiệp chứa dioxin phát thải mới như tro xỉ đáy lò đốt rác đô thị, bùn thải nhà máy luyện kim EAF.
4. Xây dựng quy trình khép kín xử lý an toàn sinh khối cỏ sau thu hoạch thông qua công nghệ khí hóa sinh khối (gasification) nhiệt độ cao kiểm soát hoặc nhiệt phân tạo than sinh học (biochar).

---

Tác động và ảnh hưởng

• Tác động học thuật (Academic Impact): Tạo tiền đề cho các công bố quốc tế trên các tạp chí chuyên ngành hàng đầu nhóm Q1 (như Journal of Hazardous Materials, Chemosphere, Science of the Total Environment), đóng góp dữ liệu thực địa hiếm có về ô nhiễm dioxin chiến tranh cho cộng đồng khoa học toàn cầu.
• Chuyển đổi ngành công nghiệp xử lý môi trường: Định hình một nhánh công nghệ xử lý môi trường sinh thái (Eco-remediation), thúc đẩy các doanh nghiệp xử lý chất thải áp dụng giải pháp xanh thay thế các công nghệ tiêu tốn nhiều năng lượng và phát thải carbon cao.
• Tác động chính sách quốc gia: Phục vụ trực tiếp cho các mục tiêu của Văn phòng Ban chỉ đạo Quốc gia khắc phục hậu quả chất độc hóa học và môi trường sau chiến tranh tại Việt Nam (Ban chỉ đạo 701) và các chương trình mục tiêu quốc gia về bảo vệ môi trường lưu vực sông Đồng Nai.
• Lợi ích xã hội và sức khỏe cộng đồng: Giảm thiểu nguy cơ lan truyền dioxin qua chuỗi thức ăn (từ bùn đất ao hồ vào cá và thủy sản, từ đó vào cơ thể người dân xung quanh sân bay Biên Hòa), bảo vệ an toàn nguồn nước sinh hoạt cho hơn 10 triệu dân cư vùng hạ lưu TP. Hồ Chí Minh và Đông Nam Bộ.

---

Đối tượng hưởng lợi

1. Nghiên cứu sinh và Giới nghiên cứu trẻ: Tiếp cận một mô hình nghiên cứu mẫu mực kết hợp liên ngành giữa Địa chất học, Hóa học phân tích siêu vết và Sinh thái môi trường; khai thác các hướng nghiên cứu mới về cơ chế enzyme vùng rễ.
2. Các nhà khoa học cao cấp và Giảng viên đại học: Sử dụng các số liệu thực nghiệm gốc dài hạn (2018–2022) tại sân bay Biên Hòa làm học liệu chuyên sâu và đối sánh cho các mô hình nghiên cứu ô nhiễm POPs quốc tế.
3. Kỹ sư và Bộ phận R&D ngành môi trường: Nhận chuyển giao quy trình kỹ thuật hoàn chỉnh: từ chọn giống cỏ Vetiver, mật độ trồng, kỹ thuật chăm sóc, chu kỳ cắt tỉa sinh khối đến phác đồ giám sát phân đoạn kim loại và dioxin ngoài hiện trường.
4. Các nhà hoạch định chính sách và Quản lý môi trường (BQP, BTNMT, USAID): Có căn cứ khoa học vững chắc để phê duyệt định mức kinh tế kỹ thuật và mở rộng quy mô dự án xử lý đất ô nhiễm dioxin bằng thực vật tại các căn cứ quân sự và điểm ô nhiễm công nghiệp trên toàn quốc.

---

Câu hỏi chuyên sâu

1. Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất của luận án là gì và đã mở rộng lý thuyết nào?

Trả lời: Đóng góp độc đáo nhất là việc mở rộng Thuyết Tương tác Sinh hóa Vùng rễ (Rhizosphere Bioremediation Theory) trong môi trường nhiệt đới gió mùa đặc thù trên nền địa chất đới litoma chứa sét kaolinit (hệ tầng Củ Chi). Luận án chứng minh rằng mặc dù dioxin có $\log K_{ow}$ rất cao ($6 - 9$) và bị bám giữ mạnh trong phức hệ sét - mùn, sự phát triển của mạng lưới rễ cỏ Vetiver đã tái lập cân bằng hóa lý đất ($Eh, pH, EC$), thúc đẩy sự chuyển hóa sinh học làm đứt gãy liên kết clo - carbon của đồng loại độc nhất $2{,}3{,}7{,}8\text{-TCDD}$ ngay tại hiện trường tự nhiên.

2. Điểm mới vượt bậc về mặt phương pháp luận so với các nghiên cứu trước đây là gì?

Trả lời: Khác với các nghiên cứu khảo sát trước đây (như Hatfield 2006, UNDP 2011 chỉ lấy mẫu đơn lẻ xác định tổng nồng độ dioxin), luận án đã thiết lập quy trình tích hợp đa phương pháp: (1) Lấy mẫu gia số đa điểm (MIS) kiểm soát sai số không gian; (2) Phân tích định lượng đồng vị siêu vết 17 đồng loại độc trên HRGC/HRMS theo chuẩn EPA 1613B; (3) Phân đoạn địa hóa kim loại nặng 4 bước theo BCR để theo dõi sự chuyển dịch pha; (4) Chuẩn hóa kiểm định QA/QC với chất chuẩn quốc tế IAEA-405; và (5) Phân tích trắc lượng hóa học PCA kết nối các biến động địa chất - hóa học - sinh học theo chuỗi thời gian 4 năm.

3. Phát hiện bất ngờ nhất trong quá trình phân tích số liệu thực nghiệm là gì?

Trả lời: Phát hiện bất ngờ nhất là sự đồng tồn lưu nghiêm trọng của kim loại nặng Cadimi (Cd) vượt chuẩn nhiều lần trong tầng đất nhiễm dioxin Pacer Ivy, bắt nguồn từ việc sử dụng nhiên liệu diesel làm dung môi xả rửa chất Da Cam trong sự cố tràn đổ năm 1970 được ghi nhận trong hồ sơ quân đội Mỹ. Bên cạnh đó, tốc độ loại bỏ dioxin đạt mức cao kỷ lục $23{,}4%$ chỉ sau 12 tháng đầu tiên, chứng minh giai đoạn tăng trưởng sinh khối rễ sơ cấp của cỏ Vetiver là giai đoạn hoạt tính sinh học phân giải diễn ra mãnh liệt nhất.

4. Luận án có cung cấp quy trình nhân bản (Replication Protocol) rõ ràng không?

Trả lời: Luận án cung cấp một quy trình công nghệ chuẩn hóa từng bước (Step-by-step Standard Operating Procedure):

• Chuẩn bị mặt bằng: San gạt tầng đất mặt $0 - 50\text{ cm}$, bổ sung phân vi sinh tạo mồi ban đầu.
• Thiết kế mật độ trồng: Khoảng cách hàng cách hàng $20 - 30\text{ cm}$, cây cách cây $15 - 20\text{ cm}$ tạo mạng lưới thảm rễ đan xen khép kín.
• Chế độ chăm sóc & Thu hoạch: Tưới duy trì ẩm trong 4 tuần đầu, định kỳ cắt tỉa chồi lá 6 tháng/lần để kích thích rễ đâm nhánh mới và tăng cường hấp thu độc chất.
• Quy trình quan trắc: Lấy mẫu đất và sinh khối định kỳ 6 tháng/lần theo giao thức MIS và phân tích HRGC/HRMS, ICP-MS.

5. Chương trình nghiên cứu 10 năm tới được phác thảo như thế nào?

Trả lời: Lộ trình 10 năm tập trung vào 3 giai đoạn:

• Giai đoạn 1 (Năm 1–3): Ứng dụng sinh học phân tử giải mã hệ enzyme và vi sinh vật nội sinh rễ Vetiver; thiết lập quy trình nhiệt phân sinh khối cỏ an toàn thu hồi năng lượng.
• Giai đoạn 2 (Năm 4–6): Thử nghiệm công nghệ Vetiver kết hợp chất hoạt động bề mặt sinh học (biosurfactants) tại các điểm ô nhiễm sâu và các điểm nóng sân bay Phù Cát, A Sho.
• Giai đoạn 3 (Năm 7–10): Công nghiệp hóa giải pháp thực vật (Phyto-technology) xử lý tro xỉ luyện kim, khí thải công nghiệp và bùn thải chứa POPs trên quy mô toàn quốc và chuyển giao công nghệ cho khu vực Đông Nam Á.

---

Kết luận

Công trình nghiên cứu luận án tiến sĩ của Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Thanh Thảo đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu nghiên cứu với 5 đóng góp học thuật và thực tiễn cốt lõi:

1. Xác lập bộ dữ liệu địa chất môi trường toàn diện: Làm sáng tỏ đặc điểm cơ lý, hóa lý và khoáng vật sét kaolinit đới litoma phong hóa hệ tầng Củ Chi ($Q_{13}^{cc}$) kiểm soát sự tồn lưu dioxin tại khu vực Pacer Ivy, sân bay Biên Hòa.
2. Khám phá quy luật đồng ô nhiễm Dioxin - Kim loại nặng (Cd): Chứng minh nguồn gốc lịch sử của sự tích tụ cadimi từ dung môi dầu diesel xả tràn, mở ra hướng tiếp cận mới trong đánh giá độc tính phức hợp tại các điểm nóng chiến tranh.
3. Chứng minh hiệu quả thực địa vượt trội của cỏ Vetiver: Định lượng chính xác tỷ lệ loại bỏ $23{,}4%$ tổng độ độc $WHO\text{-TEQ}$ của dioxin trong năm đầu tiên, đồng thời chiết xuất và cố định hiệu quả các kim loại độc hại Cd, Zn.
4. Làm rõ cơ chế chuyển dịch phân đoạn địa hóa BCR: Cung cấp bằng chứng thực nghiệm về sự chuyển đổi các dạng tồn tại kim loại nặng từ pha trao đổi linh động ($F_1$) sang các pha liên kết bền vững ($F_2, F_3$), triệt tiêu nguy cơ phát tán vào môi trường nước.
5. Đề xuất quy trình công nghệ Phytoremediation hoàn chỉnh: Xây dựng giải pháp kỹ thuật xử lý ô nhiễm sinh thái thân thiện, chi phí thấp, có tính khả thi ứng dụng cao trên quy mô lớn tại các vùng đất ô nhiễm dioxin và kim loại nặng tại Việt Nam.

Công trình đánh dấu bước chuyển dịch mô hình nghiên cứu từ quan trắc thụ động sang can thiệp sinh học chủ động, mở ra ba hướng nghiên cứu chuyên sâu về địa sinh học môi trường, đồng thời để lại giá trị kế thừa khoa học lâu dài cho sự nghiệp khắc phục hậu quả chiến tranh và bảo vệ môi trường bền vững tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. Tổng quan Chương 2. Cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu Chương 3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận Kết luận 8.

Những điểm mới của luận án  Xác định được đặc điểm cơ lý và hóa lý của môi trường đất ô nhiễm dioxin tại khu vực Pacer Ivy, sân bay Biên Hòa, Đồng Nai.  Xác định được mức độ ô nhiễm của một số kim loại nặng trong đất nhiễm dioxin tại sân bay quân sự Biên Hòa, Đồng Nai.  Xác định được hiệu quả của cỏ Vetiver trong việc làm giảm nhẹ đồng thời ô nhiễm dioxin và kim loại nặng trong đất. Từ đó đề xuất được quy trình công nghệ xử lý ô nhiễm bằng thực vật cho đất nhiễm dioxin với chi phí thấp và thân thiện với môi trường.

ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN, KHÍ HẬU CỦA KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1. Thành phố Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai Biên Hòa được biết đến là một thành phố công nghiệp và là tỉnh lỵ của tỉnh Đồng Nai, một tỉnh thuộc khu vực Đông Nam Bộ, Việt Nam. TP Biên Hòa là đô thị loại I, là đầu mối giao thông quan trọng của vùng kinh tế trọng điểm phía Nam, có sông Đồng Nai chảy qua, cách Hà Nội 1.684 km, cách TP Hồ Chí Minh 30 km, cách TP Vũng Tàu 90 km. Biên Hòa là thành phố trực thuộc tỉnh có mật độ dân số cao nhất trong các thành phố trực thuộc tỉnh trên cả nước [4-5].

Thành phố Biên Hòa nằm ở phía Tây tỉnh Đồng Nai, giáp huyện Vĩnh Cửu ở phía bắc, giáp huyện Long Thành ở phía nam, giáp huyện Trảng Bom ở phía đông, giáp phía tây là thị xã Tân Uyên, thị xã Dĩ An tỉnh Bình Dương và Quận 9 - Thành phố Hồ Chí Minh giáp ở phía tây. Tọa độ địa lý: 106°52’26” Kinh độ Đông và 10°54’50” Vĩ độ Bắc. Biên Hòa có lợi thế rất lớn trong phát triển kinh tế - xã hội và giữ vai trò rất quan trọng về phát triển ngành công nghiệp, đô thị của tỉnh Đồng Nai và của Vùng kinh tế trọng điểm khu vực phía Nam [4]. Thành phố Biên Hòa có sông Đồng Nai đi qua với chiều dài khoảng 22 km, ngoài ra còn có sông Buông và các suối nhỏ.

Tuy nhiên, nguồn cung cấp nguồn nước mặt chủ yếu là sông Đồng Nai tại khu vực phía cầu Đồng Nai. Ngoài việc cung cấp nước cho sản xuất và sinh hoạt, sông Đồng Nai còn có tác dụng rất lớn trong hệ thống giao thông thủy không chỉ riêng cho TP. Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai mà còn cho cả TP. Hồ Chí Minh cũng như các tỉnh Đông Nam Bộ.

Sông Đồng Nai là nguồn nước mặt lớn nhất cung cấp nước ngọt cho khu vực TP. Hồ Chí Minh, tỉnh Đồng Nai, Bình Dương, Bà Rịa – Vũng Tàu. Do vậy, việc khai thác nguồn nước ngọt này cần được tính toán thận trọng cùng với việc phục hồi rừng đầu nguồn để đảm bảo tính bền vững về môi trường sinh thái [4-5]. Đồng Nai nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa cận xích đạo, với khí hậu ôn hòa, ít chịu ảnh hưởng của thiên tai, đất đai màu mỡ (phần lớn là đất đỏ bazan), có hai mùa tương phản nhau (mùa khô và mùa mưa).

Nhiệt độ cao quanh năm là điều kiện thích hợp cho phát triển cây trồng nhiệt đới, đặc biệt là các cây công nghiệp có giá trị xuất khẩu cao. Nhiệt độ bình quân năm 2021 là: 26,4°C. Số giờ nắng trung 8 bình trong năm 2021 là: 2. Lượng mưa tương đối lớn và phân bố theo vùng và theo vụ tương đối lớn khoảng 2032,5 mm phân bố theo vùng và theo vụ.

Độ ẩm trung bình năm 2021 là 81%. Mực nước thấp nhất sông Đồng Nai năm 2021 là: 11,001m m. Mực nước cao nhất sông Đồng Nai năm 2021: 11,328 m [6]. Khu vực sân bay quân sự Biên Hòa Sân bay Biên Hòa (SBBH) nằm phía Tây Bắc trên địa bàn TP Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai, cách TP.

Hồ Chí Minh khoảng 30 kilômet (km) về phía đông bắc. SBBH có tọa độ: 105058’30” vĩ Bắc và 1060 49’10” kinh Đông, cách sông Đồng Nai khoảng 700 m về phía tây (Hình 1. Biên Hòa có mật độ dân số trung bình khoảng 3.400 người/km2 [7] và đến 2022 thì mật độ dân số đạt 4.645 người/km2 [6]. SBBH có chung ranh giới với các phường Trung Dũng, Quang Vinh, Bửu Long, và nằm trên địa bàn phường Tân Phong.

Khu vực xung quanh sân bay có dân cư đông đúc, trong đó phần lớn diện tích đất được sử dụng làm nhà ở, cơ sở sản xuất công nghiệp, đường giao thông và các công trình hạ tầng liên quan.000 người sinh sống [7] và đến năm 2022 thì Biên Hoà khoảng 1,1 triệu người sinh sống.000 người sinh sống ở các phường nằm xung quanh sân bay và khoảng 1.200 người sống ngay trong khu vực sân bay. Tính toán hiện nay của Bộ Tư lệnh binh chủng Phòng không Không quân (BTLPKKQ) cho biết tại khu vực SBBH lúc cao điểm có khoảng 2.200 người làm việc. Theo các tính toán mới đây về tốc độ tăng dân số của tỉnh Đồng Nai, ước tính dân số hiện đang sinh sống tại các phường nằm xung quanh khu vực sân bay và trong sân bay là khoảng 120. Bản thân SBBH là một cứ địa không quân đang hoạt động, có tổng diện tích khoảng 1.

Nằm tại khu vực đồng bằng tiếp giáp với sông Đồng Nai về phía đông và đông bắc, khu vực sân bay Biên Hoà cũng được sử dụng cho các hoạt động sản xuất nông nghiệp, lâm nghiệp, nuôi thả động vật thủy sinh, nhất là ở phía bắc sân bay [1]. Hệ thống ao, hồ phân bố trong sân bay trở thành hệ thống thoát nước cho sân bay khi có mưa to. Về phía Nam khu nhiễm Z1 có mương thoát nước mưa từ sân bay đổ vào các hồ số 1 và hồ số 2 và các ao, ruộng trồng rau xung quanh trong đó hồ số 1 với diện tích khoảng 6.300 m2, hồ số 2 với diện tích khoảng 21. 9 Từ hồ số 2, các chất độc có thể theo nước mưa chảy qua cống vào hồ Biên Hùng 1 và Biên Hùng 2, thuộc phường Trung Dũng, sau đó theo hệ thống cống thoát nước chảy ra sông Đồng Nai, cống này chảy qua một số khu dân cư thuộc phường Bửu Long.

Về phía Tây Nam khu nhiễm Z1, còn có hồ Cổng 2. Từ hồ Cổng 2 chất độc có thể lan tỏa ra khu ruộng cạnh hồ và khu ruộng tập đoàn 29 [8]. SƠ ĐỒ ĐỊA HÌNH SÂN BAY QUÂN SỰ BIÊN HÒA, TỈNH ĐỒNG NAI Hình 1. Sơ đồ sân bay quân sự Biên Hòa và khu vực thực nghiệm ngoài trời [3] (gooogle earth, 2022).

Các kết quả của những nghiên cứu trước đưa ra SBBH có mức độ ô nhiễm dioxin trong môi trường là rất cao [19] [24]. Sân bay Biên Hoà có 3 bồn chứa lớn 10 được sử dụng để trữ chất diệt cỏ tại khu vực sân bay, mỗi bồn chứa riêng Chất Da cam, Chất Trắng và Chất Xanh. Theo báo cáo của quân đội Hoa Kỳ, SBBH được sử dụng là nơi để lưu trữ, xử lý, vận chuyển 98.000 thùng phi cỡ 45 gallon (170L) chứa Chất Da cam, 45.000 thùng phi chứa Chất trắng và 16.000 thùng phi chứa Chất xanh [33]. Trong Chất Xanh tuy không có dioxin nhưng có chất Asen hữu cơ.

Các loại hóa chất diệt cỏ khác cũng được lưu trữ tại SBBH, như hóa chất màu tím, hồng, lục. Chiến dịch Pacer Ivy được phát động ngày 15/9/1971 với mục đích tập hợp, đóng gói lại và di chuyển toàn bộ số chất diệt cỏ màu da cam và các loại chất diệt cỏ sử dụng trong chiến dịch Ranch Hand tại miền nam Việt Nam sang căn cứ Johnston Atoll ở khu vực trung Thái Bình Dương. Các địa điểm chính có ô nhiễm dioxin đã biết tại sân bay Biên Hòa (Hình 1.2) được xác định như sau: • Khu Z1: Nằm ở phía Nam sân bay, khu Z1 là nơi cất trữ chính Chất Da cam, Chất Trắng, các loại chất diệt cỏ tại sân bay BH, ban đầu cất trữ chủ yếu các loại chất có mức gây ô nhiễm cao tại sân bay. Năm 2009, một bãi chôn lấp (gọi là Bãi chôn lấp Z1) được xây dựng tại khu vực sân bay để chứa đất ô nhiễm lấy từ điểm đặt các bồn chứa [1] [8].

• Khu tây nam: Nằm ở phía Tây khu Z1, dọc theo các khu vực dân sinh tiếp giáp với sân bay, tình trạng nhiễm dioxin được phát hiện ở khu vực này trong các nghiên cứu năm 2008 và 2010. Khu vực này cũng bị cho rằng đã được sử dụng làm nơi cất trữ chất diệt cỏ trong chiến dịch Pacer Ivy tại căn cứ SBBH [26] [36]. • Khu Pacer Ivy: Nằm ở phía Tây sân bay, khu Pacer Ivy giáp với khu đường băng hiện nay. Trong chiến dịch Pacer Ivy, khu vực này được sử dụng để cất trữ, đóng thùng, đóng gói 11.000 thùng chứa Chất Da cam để chuyển đến căn cứ Johnston Atoll ở trung Thái bình dương.

Trong khuôn khổ Dự án Dioxin của Quỹ Môi trường Toàn cầu (GEF), Chương trìn`12h Phát triển Liên hợp quốc (UNDP) năm 2013, một loạt các rãnh thoát nước đã được xây dựng xung quanh khu Pacer Ivy nhằm hạn chế nước tràn vào trong khu vực này và chảy ra ngoài khu vực sân bay. Ngoài ra cũng có một lệnh cấm nuôi thả, đánh bắt cá được ban bố trong khu vực này [1]. 11 Các mẫu cá nguyên con, cũng như mỡ cá, mô cơ cá được phân tích lấy từ các ao hồ, đường nước cả trong và ngoài Sân bay đều vượt ngưỡng cho phép. Chất dioxin cũng ghi nhận được trong huyết thanh và sữa mẹ của những người dân sống tại Biên Hòa, trong đó hàm lượng cao nhất được ghi nhận ở những người thường xuyên ăn cá rô phi và các loại cá khác có nguồn gốc từ sân bay BH [26] [36].

Những nghiên cứu này xác định nguy cơ nhiễm hóa chất cho người dân địa phương tại Biên Hòa, đồng thời khẳng định con đường phơi nhiễm chính là do ăn cá và các loài thủy sinh vật khác có nguồn gốc từ SBBH [1]. Khu Tây Nam Chỉ dẫn Ranh giới sân bay Giếng khoan Khu Z1 Hình 1. Các khu vực ô nhiễm dioxin tại sân bay Biên Hòa [16]. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT, ĐỊA CHẤT THỦY VĂN, ĐỊA HÌNH VÀ ĐỊA MẠO CỦA KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.

Đặc điểm địa chất Dựa vào kết quả phân tích và tổng hợp loạt bản đồ 1/50.000 của các nhóm tờ Đông thành phố Hồ Chí Minh, nhóm tờ Vĩnh An và nhóm tờ Hàm Tân - Côn Đảo. Khu vực SBBH tồn tại các phân vị địa tầng từ già đến trẻ như sau: a. Hệ tầng Bửu Long (T2abl) 12 Hệ tầng Bửu Long phân bố hạn chế, chủ yếu là ở khu vực tây bắc của sân bay Biên Hòa.