Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu phóng xạ trong nước ngầm tại một số vùng Nam Bộ - Phan Long Hồ (ĐHQG TP.HCM)

Cấu trúc địa chất thủy văn Nam Bộ bao gồm nhiều tầng chứa nước có tuổi địa chất khác nhau. Trầm tích Đệ Tứ phân bố rộng khắp trên toàn vùng đồng bằng châu thổ. Các lớp đất đá chứa khoáng vật phóng xạ tự nhiên như urani và thori. Nước ngầm tiếp xúc lâu ngày với khoáng vật làm tăng hàm lượng phóng xạ hòa tan. Tốc độ khai thác nước ngầm ngày càng gia tăng làm thay đổi chế độ thủy động lực học. Sự sụt giảm mực nước ngầm thúc đẩy quá trình hòa tan phóng xạ từ đất đá vào nước. Hoạt động địa chất tạo điều kiện cho các hạt nhân phóng xạ di chuyển vào giếng khoan dân sinh. Việc hiểu rõ bối cảnh địa tầng giúp khoanh vùng nguy cơ nhiễm xạ chính xác và bảo vệ sức khỏe người dân.

Nguồn nước ngầm thường chứa nhiều đồng vị phóng xạ tự nhiên từ chuỗi phân rã Urani và Thori. Các đồng vị nguy hiểm nhất gồm Radium-226, Radium-228, Radium-224 và khí Radon trong nước ngầm. Khí Radon có khả năng hòa tan cao và dễ bay hơi vào không khí khi sử dụng nước. Các đồng vị Radium tồn tại ở dạng ion hòa tan, dễ tích tụ vào mô xương người khi uống trực tiếp. Hoạt độ phóng xạ tự nhiên phụ thuộc vào thành phần khoáng vật và độ pH của nước. Nghiên cứu xác định nồng độ các đồng vị phóng xạ giúp cảnh báo kịp thời nguy cơ ô nhiễm phóng xạ. Đây là cơ sở then chốt để áp dụng công nghệ xử lý nước phù hợp cho từng địa phương.

Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) ban hành các hướng dẫn nghiêm ngặt về an toàn bức xạ nguồn nước. Tiêu chuẩn sàng lọc ban đầu quy định hoạt độ phóng xạ tổng alpha dưới 0,5 Bq/L. Hoạt độ phóng xạ tổng beta được khuyến cáo không vượt quá 1,0 Bq/L. Khi mẫu nước vượt ngưỡng sàng lọc, cơ quan chuyên môn phải tiến hành phân tích đồng vị cụ thể. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia tại Việt Nam cũng áp dụng chặt chẽ các giới hạn này. Việc tuân thủ tiêu chuẩn giúp bảo vệ người dân khỏi nguy cơ nhiễm độc phóng xạ mãn tính. Mọi trạm cấp nước dân sinh đều phải đạt các chỉ số an toàn bức xạ trước khi phân phối vào mạng lưới tiêu dùng.

Phân tích hoạt độ phóng xạ tổng alpha và hoạt độ phóng xạ tổng beta là bước sàng lọc đầu tiên. Phương pháp sử dụng hệ đếm tỷ lệ dòng khí phông thấp (GPC) hoặc hệ đếm nhấp nháy lỏng (LSC). Mẫu nước được cô cạn từ từ trên đĩa đếm bằng thép không gỉ ở nhiệt độ thích hợp. Quá trình cô đặc cần kiểm soát nhiệt độ nghiêm ngặt để tránh thất thoát các hợp chất dễ bay hơi. Hiệu suất đếm của máy được chuẩn hóa bằng nguồn chuẩn chuẩn quốc tế. Phương pháp đo này cho kết quả nhanh, chi phí hợp lý và độ lặp lại cao. Dữ liệu tổng alpha và beta giúp phát hiện sớm các bất thường phóng xạ trong nguồn nước ngầm sinh hoạt.

Phân tích chuyên sâu đồng vị phóng xạ đòi hỏi sử dụng hệ phổ kế gamma độ phân giải cao HPGe. Các đồng vị Radium được xác định thông qua phổ năng lượng gamma của các hạt nhân con cháu. Đo nồng độ khí Radon trong nước ngầm được thực hiện bằng máy đo nhanh RAD7 chuyên dụng. Thiết bị này trích ly khí Radon từ mẫu nước vào buồng đo bán dẫn tức thời. Quy trình đo khí Radon phải tiến hành ngay tại hiện trường hoặc trong thời gian ngắn do chu kỳ bán rã ngắn (3,82 ngày). Sự kết hợp giữa phổ kế gamma và phổ kế alpha giúp định lượng chính xác từng đồng vị phóng xạ tự nhiên trong mẫu nước.

Mẫu nước ngầm tự nhiên có nồng độ chất phóng xạ rất thấp, đòi hỏi kỹ thuật làm giàu mẫu nghiêm ngặt. Phương pháp đồng kết tủa với BaSO4 hoặc Fe(OH)3 được sử dụng rộng rãi để thu gom Radium. Kỹ thuật hấp thụ trên đĩa chuyên dụng Radium Rad Disc mang lại hiệu suất tách lọc vượt trội. Ngoài ra, kỹ thuật trao đổi ion và hấp phụ bằng mangan đioxit (MnO2) cũng được chuẩn hóa hiệu quả. Các hóa chất và chất mang đồng vị được thêm vào mẫu với liều lượng tính toán chuẩn xác. Quy trình xử lý hóa ướt giúp loại bỏ các chất cản trở nền, nâng cao tỷ lệ thu hồi đồng vị phóng xạ và tối ưu hóa kết quả đo.

Nguồn nước ngầm Nam Bộ chủ yếu được khai thác từ tầng chứa nước Pleistocen Holocen. Tầng nông Holocen thường có hoạt độ phóng xạ tổng alpha và beta thấp hơn do nước mưa pha loãng liên tục. Ngược lại, tầng trầm tích sâu Pleistocen ghi nhận hoạt độ phóng xạ tổng alpha và hoạt độ phóng xạ tổng beta cao hơn rõ rệt. Nước ngầm ở tầng sâu có thời gian lưu giữ lâu, tiếp xúc kéo dài với đá mẹ giàu thori và urani. Các giếng khoan tầng sâu tại vùng ven biển có nồng độ phóng xạ biến động mạnh. Nghiên cứu khuyến nghị người dân cần kiểm tra chất lượng nước kỹ lưỡng khi khai thác tầng chứa nước Pleistocen để đảm bảo an toàn lâu dài.

Nghiên cứu tiến hành lấy mẫu đối chứng nước thô và nước thành phẩm tại các trạm cấp nước. Các hệ thống lọc truyền thống như lắng, lọc cát và khử phèn giúp loại bỏ một phần chất phóng xạ. Hoạt độ phóng xạ tổng alpha giảm đáng kể sau khi nước đi qua giàn mưa và cột lọc cát. Các hạt keo sắt và mangan kết tủa đã hấp phụ các ion phóng xạ lơ lửng trong nước. Tuy nhiên, hoạt độ phóng xạ tổng beta và một số ion hòa tan vẫn còn tồn lưu ở mức nhất định. Hiệu suất loại bỏ phóng xạ phụ thuộc chặt chẽ vào công nghệ xử lý và quy trình sục rửa vật liệu lọc định kỳ của từng cơ sở.

Phân tích thống kê chỉ ra mối tương quan chặt chẽ giữa hoạt độ phóng xạ và các thông số hóa lý. Hàm lượng tổng chất rắn hòa tan (TDS), độ dẫn điện (EC) và độ mặn tỷ lệ thuận với nồng độ phóng xạ. Môi trường nước có tính axit nhẹ hoặc giàu ion clorua làm tăng khả năng hòa tan khoáng vật phóng xạ. Hàm lượng sắt và mangan cao trong nước ngầm thường đi kèm với mức nhiễm xạ Radium trong nước. Sự tương quan này mở ra phương pháp đánh giá nhanh nguy cơ phóng xạ thông qua các chỉ số hóa lý cơ bản. Đây là công cụ hữu ích hỗ trợ quan trắc môi trường phóng xạ tại các vùng thiếu thiết bị chuyên sâu.

Tại huyện Long Phú, tỉnh Sóc Trăng, nhiều mẫu nước giếng khoan hộ gia đình ghi nhận nồng độ Radium đáng chú ý. Hoạt độ đồng vị Ra-226 và Ra-228 trong một số giếng khoan tầng sâu vượt mức khuyến cáo của WHO. Tình trạng nhiễm xạ Radium trong nước tại đây có liên quan trực tiếp đến đặc điểm địa hóa tầng trầm tích cổ. Nước ngầm mặn và lợ có xu hướng hòa tan Radium mạnh mẽ hơn nước ngọt. Các giếng khoan tự phát của người dân thường thiếu hệ thống xử lý chuyên dụng, làm tăng nguy cơ hấp thu phóng xạ. Kết quả khảo sát là cơ sở khoa học để chính quyền địa phương quy hoạch lại mạng lưới cấp nước sạch.

Nghiên cứu phát hiện hiện tượng mất cân bằng phóng xạ giữa các đồng vị Radium trong nước ngầm Nam Bộ. Tỷ số hoạt độ Ra-228/Ra-226 và Ra-224/Ra-228 cung cấp thông tin quý giá về tuổi và nguồn gốc dòng chảy ngầm. Tỷ số Ra-228/Ra-226 cao phản ánh sự phong phú của Thori so với Urani trong tầng chứa nước. Sự hiện diện của đồng vị Ra-224 có chu kỳ bán rã ngắn (3,66 ngày) chứng minh quá trình hòa tan phóng xạ diễn ra liên tục. Sự mất cân bằng này phản ánh các phản ứng trao đổi ion mạnh mẽ giữa pha nước và pha rắn của đất đá. Đây là chỉ dấu địa hóa quan trọng để nghiên cứu địa chất thủy văn Nam Bộ.

Các trạm cấp nước tập trung tại Sóc Trăng áp dụng quy trình xử lý gồm keo tụ, lắng lọc và khử trùng. Kết quả khảo sát cho thấy hệ thống lọc cát và làm mềm nước bằng vôi có thể loại bỏ từ 60% đến 85% hàm lượng Radium. Khi kết tủa hydroxit sắt và oxit mangan hình thành, chúng đồng kết tủa và giữ lại các ion Radium trong bể lắng. Nước mặt tại các trạm cấp nước có hoạt độ Radium thấp hơn nhiều so với nước ngầm giếng khoan. Để đạt mức an toàn bức xạ nguồn nước tối đa, trạm cấp nước cần cải tiến công nghệ, sử dụng vật liệu lọc hấp phụ chuyên dụng như hạt cát bọc mangan.

Nghiên cứu tính toán liều chiếu xạ hiệu dụng hàng năm cho người dân theo các hệ số chuyển đổi liều của ICRP. Đối với người trưởng thành tiêu thụ trung bình 730 lít nước mỗi năm, liều chiếu trong từ Radium dao động trong giới hạn an toàn. Phần lớn các trạm cấp nước tập trung duy trì liều hiệu dụng dưới mức khuyến cáo 0,1 mSv/năm của WHO. Tuy nhiên, tại một số giếng khoan hộ gia đình chưa qua xử lý, liều chiếu xạ hiệu dụng vượt ngưỡng an toàn. Nhóm đối tượng trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ có nguy cơ nhận liều bức xạ trên mỗi đơn vị thể tích nước cao hơn người lớn. Điều này đòi hỏi các giải pháp can thiệp sớm cho nguồn nước ăn uống học đường.

Việc sử dụng nguồn nước nhiễm xạ lâu dài làm tăng nguy cơ mắc các bệnh lý mãn tính và ung thư xương. Các hạt alpha phát ra từ Radium-226 và Radium-224 có khả năng ion hóa mạnh, gây tổn thương cấu trúc DNA tế bào. Khí Radon trong nước ngầm khi thoát ra không khí có thể xâm nhập đường hô hấp và gây ung thư phổi. Đánh giá rủi ro bức xạ xác nhận rằng việc sử dụng nước giếng khoan chưa lọc tại một số vùng cục bộ tiềm ẩn nguy cơ sức khỏe. Việc chuyển đổi sang sử dụng nước máy từ các trạm cấp nước đạt chuẩn giúp triệt tiêu hoàn toàn rủi ro này. An toàn bức xạ nguồn nước phải luôn được xem là tiêu chí ưu tiên trong an sinh xã hội.

Để kiểm soát chất lượng nước bền vững, nghiên cứu đề xuất thiết lập mạng lưới quan trắc môi trường phóng xạ định kỳ tại Nam Bộ. Các cơ quan chức năng cần định kỳ kiểm tra hoạt độ phóng xạ tổng alpha, hoạt độ phóng xạ tổng beta và các đồng vị phóng xạ tự nhiên. Cần trang bị các trạm quan trắc nhanh tại những vùng khai thác nước ngầm trọng điểm. Khuyến khích người dân vùng nông thôn sử dụng thiết bị lọc nước gia đình có vật liệu hấp phụ Radium. Đẩy mạnh công tác tuyên truyền, nâng cao nhận thức cộng đồng về an toàn bức xạ nguồn nước sinh hoạt. Những giải pháp đồng bộ này sẽ đảm bảo an ninh nguồn nước và sức khỏe bền vững cho cư dân Nam Bộ.