Nghiên cứu khả năng phân hủy 2, 4, 5 t và đặc điểm phân loại của chủng vi khuẩn phân lập từ các bioreactor xử lý đất nhiễm chất diệt cỏ dioxin

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

----------------///----------------

Phạm Ngọc Long

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG PHÂN HỦY 2,4,5-T VÀ ĐẶC ĐIỂM PHÂN
LOẠI CỦA CHỦNG VI KHUẨN PHÂN LẬP TỪ CÁC BIOREACTOR
XỬ LÝ ĐẤT NHIỄM CHẤT DIỆT CỎ/DIOXIN

LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC

Thái Nguyên - 2009

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

----------------///----------------

Phạm Ngọc Long

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG PHÂN HỦY 2,4,5-T VÀ ĐẶC ĐIỂM PHÂN
LOẠI CỦA CHỦNG VI KHUẨN PHÂN LẬP TỪ CÁC BIOREACTOR
XỬ LÝ ĐẤT NHIỄM CHẤT DIỆT CỎ/DIOXIN

Chuyên ngành
Mã số

: Sinh học thực nghiệm
: 60.42.30

LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Nghiêm Ngọc Minh

Thái Nguyên - 2009

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Lời cảm ơn
Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới TS
Nghiêm Ngọc Minh. Trưởng Phòng Công nghệ sinh học Môi trường – Viện
Công Nghệ sinh Học đã tận tình hướng dẫn và dìu dắt tôi trong quá trình
nghiên cứu và hoàn thành luận án.
Trong quá trình nghiên cứu vửa qua, tôi đã nhận được sự giúp đỡ và chỉ
bảo tận tình của PGS.TS. Đặng Thị Cẩm Hà và các anh chị Phòng Công
nghệ sinh học Môi trường, đặc biệt là Ths. Nguyên Bá Hữu, CN. Nguyễn
Văn Bắc, KS. Cung Thị Ngọc Mai, những người đã giúp đỡ tôi trong quá
trình thực hiện luận án của mình.
Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Khoa sau đại học, khoa
Sinh-Kỹ thuật nông nghiệp – Trường đại học Sư phạm – Đại Học Thái
Nguyên và lãnh đạo Viện Công nghệ sinh học, Viện Khoa học và Công nghệ
Việt Nam đã tạo mọi điều kiện cho tôi hoàn thành khóa luận này.

Bên cạnh đó, tôi xin cảm ơn những người thân trong gia đình và bạn bè
đã tạo điều kiện động viên giúp đỡ tôi cả về vật chất và tinh thần để tôi có thể
hoàn thành bản luận văn này.
Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 1 tháng 10 năm 2009

Phạm Ngọc Long

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




BẢNG CHỮ VIẾT TẮT
1,2,3,7,8-PeCDD

1,2,3,7,8-Pentaclorodibenzo-p-dioxin

2,3,7,8-TCDD

2,3,7,8-Tetraclorodibenzo-p-dioxin

2,4,5-T

2,4,5-trichlorophenoxyacetic acid

2,4-D

2,4,- dichlorophenoxyacetic acid

bp

Base pair

DNA

Deoxyribonucleic acid

LB

Luria - Bertani

PAH

Polycyclic aromatic hydrocarbon

PCDDs

Polychlorinated dibenzo-p-dioxins

PCDFs

Polychlorinated dibenzofurans

PCR

Polymerase Chain Reaction

RNA

Ribonucleic acid

rRNA

Ribosomal ribonucleic acid

X-gal

5-bromo-4-chloro-3-indodyl- β galactosidase


Luận văn thạc sỹ sinh học

Phạm Ngọc Long

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU

1

PHẦN 1 TỔNG QUAN

3

1. Sự ô nhiễm của 2,4,5-T và 2,4-D

3

2. Đặc điểm và tính chất của 2,4,5-T và 2,4-D

5

2.1 Chất diệt cỏ 2,4,5-T

5

2.2 Chất diệt cỏ 2,4-D

7

3. Ảnh hƣởng của 2,4,5-T, 2,4-D đến môi trƣờng và con ngƣời

8

3.1 Ảnh hưởng của 2,4,5-T và 2,4-D tới môi trường

8

3.2 Ảnh hưởng của 2,4,5-T, 2,4-D đến con người

9

4. Một số phƣơng pháp xử lý chất độc hóa học
trong đó có 2,4,5-T và 2,4-D

9

4.1 Phương pháp xử lý chất độc hóa học bằng hóa học, lý học, cơ học

9

4.2 Phương pháp phân hủy sinh học

10

5. Khả năng phân hủy 2,4,5-T và 2,4-D của một số vi sinh vật

15

6. Phân loại vi sinh vật

21

6.1. Phân loại theo phương pháp cổ điển

21

6.2 Phương pháp phân loại bằng sinh học phân tử

22

PHẦN 2 VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP

25

1. Vật liệu, hóa chất, các thiết bị sử dụng trong nghiên cứu

25

1.1 Vật liệu

25

1.2 Hóa chất

25

1.3 Thiết bị, máy móc

25

2. Phƣơng pháp nghiên cứu

26

2.1 Môi trường nuôi cấy

26

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1




Luận văn thạc sỹ sinh học

Phạm Ngọc Long

2.1.1 Môi trường SH1 dịch (g/l)

26

2.1.2 Môi trường SH1 thạch

26

2.1.3 Môi trường muối khoáng

26

2.1.4 Môi trường LB dịch

27

2.1.5 Môi trường LB thạch

27

2.1.6 Nước muối sinh lý 27
2.2 Phương pháp nuôi cấy và phân lập vi khuẩn từ mẫu đất nhiễm
chất diệt cỏ/dioxin trong bioreactor hiếu khí

27

2.2.1 Nuôi cấy làm giàu vi sinh vật

27

2.2.2 Phương pháp phân lập vi khuẩn

27

2.3 Nghiên cứu hình thái tế bào của chủng vi khuẩn

28

2.3.1 Nhuộm Gram

28

2.3.2 Quan sát hình thái tế bào dưới kính hiển vi điện tử quét

28

2.4 Phương pháp phân tích khả năng phân hủy 2,4,5-T

29

2.5 Phân loại vi khuẩn dựa trên so sánh trình tự gen mã hóa 16S rRNA

29

2.5.1 Phương pháp tách DNA tổng số từ vi sinh vật

29

2.5.2 Nhân đoạn gen 16S rRNA bằng phương pháp PCR

30

2.5.3 Điện di kiểm tra trên gel agarose

31

2.5.4 Tách dòng đoạn gen mã hóa 16S rRNA

31

2.5.5 Biến nạp DNA tái tổ hợp vào tế bào E.coli

31

2.5.6 PCR trực tiếp từ khuẩn lạc (colony–PCR)

32

2.5.7 Tách DNA plasmid theo Kit của hãng Fermentas

33

2.5.8 Xác định trình tự đoạn gen mã hóa 16S rRNA

34

2.5.9 Xây dựng cây phát sinh chủng loại

34

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2




Luận văn thạc sỹ sinh học

Phạm Ngọc Long

PHẦN 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

35

1. Nuôi cấy, phân lập chủng vi sinh vật từ mẫu đất nhiễm chất
diệt cỏ/dioxin trong bioreactor hiểu khí

35

1.1 Nuôi cấy, làm giàu tập đoàn vi sinh vật

35

1.2 Phân lập chủng vi khuẩn

37

2. Đặc điểm phân loại của chủng HR5.1

38

2.1 Hình thái tế bào 38
2.2 Phân loại dựa trên trình tự gen mã hóa 16S rRNA

39

2.2.1 Tách chiết DNA tổng số

39

2.2.2 Nhân đoạn gen 16S rRNA của chủng HR5.1 bằng kỹ thuật PCR

40

2.2.3 Tách dòng gen 16S rRNA trong vector pBT

41

2.2.4 Xác định trình tự gen 16S rRNA của chủng HR5.1

43

3 Nghiên cứu một số đặc điểm của chủng HR5.1

47

3.1 Khả năng phát triển của chủng HR5.1 trên PAH

47

3.2 Khả năng phân hủy 2,4,5-T của chủng HR5.1

49

3.2.1 Ảnh hưởng của môi trường nuôi cấy có chứa 2,4,5-T
lên sự phát triển của chủng HR5.1

49

3.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ 2,4,5-T lên sự phát triển
của chủng HR5.1

50

3.2.3 Khả năng phân hủy 2,4,5-T của chủng vi khuẩn HR5.1

54

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

56

TÀI LIỆU THAM KHẢO

57

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

3

Luận văn thạc sỹ sinh học

Phạm Ngọc Long

MỞ ĐẦU
Trong cuộc chiến tranh xâm lược của Mỹ tiến hành ở Việt Nam, hơn 100
triệu lít chất diệt cỏ chứa 2,4,5-T, 2,4-D và 2,3,7,8 TCDD đã được rải xuống hơn
20% diện tích của miền Nam. Theo công bố của Stellman và cộng sự trên tạp
chí Nature năm 2003 thì 20 chất diệt cỏ khác nhau đã được sử dụng. Chu kỳ bán
hủy của dioxin và các chất tương tự dioxin rất dài, có khi đến vài chục năm hoặc
hàng trăm năm [15],[42]. Qua các điều tra nghiên cứu của nhiều cơ quan khoa
học và công nghệ ở Việt Nam và quốc tế cho thấy, đất của sân bay Đà Nẵng
và Biên Hòa độ tồn lưu của PCDD, PCDF, 2,4,5-T và 2,4-D vẫn còn cao.
2,4,5-T, 2,4-D có hàm lượng lên tới hàng vài trăm nghìn đến vài triệu µg/kg
đất. Ngoài ra một lượng không nhỏ các chất DCP, TCP và PAH cũng đã
được xác định trong các mẫu đất tại khu vực bị nhiễm độc. Nghiên cứu áp
dụng phương pháp sinh học để khử độc tại “điểm nóng” ở Đà Nẵng thu được
kết quả rất khả quan.
Tuy nhiên để xử lý các điểm ô nhiễm cục bộ chất diệt cỏ/dioxin với thời
gian ngắn cần có các công nghệ phân hủy sinh học phù hợp. Hiện nay, phòng
Công nghệ sinh học môi trường, Viện Công nghệ sinh học đang tiến hành xử
lý đất ô nhiễm chất diệt cỏ chứa dioxin bằng công nghệ tăng cường sinh học
trong các bioreactor hiếu khí và kỵ khí. Trong quá trình xử lý, ngoài sự điều
khiển về điều kiện môi trường như độ ẩm, nhiệt độ thì vai trò của các vi sinh
vật có trong bioreactor là rất quan trọng. Để tăng hiệu quả và hoàn thiện công
nghệ cần tăng thêm hiểu biết về đặc điểm vi sinh vật có trong bioreactor, cũng

như vai trò của các vi sinh vật phân hủy chất độc được bổ sung vào
bioreactor. Nhằm đáp ứng yêu cầu của thực tiễn đó, đề tài “Nghiên cứu khả
năng phân hủy 2,4,5-T và đặc điểm phân loại của chủng vi khuẩn phân
lập từ các bioreactor xử lý đất nhiễm chất diệt cỏ/dioxin“ đã được thực
hiện.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

4




Luận văn thạc sỹ sinh học

Phạm Ngọc Long

Luận án đã thực hiện đƣợc các nội dung nghiên cứu sau đây


Làm giầu vi sinh vật từ các mẫu đất trong bioreactor xử lý đất
nhiễm chất diệt cỏ/dioxin.



Phân lập các chủng vi khuẩn có khả năng phát triển trên 2,4,5-T và
2,4-D.



Nghiên cứu một số đặc điểm của chủng vi khuẩn phân lập được.



Phân loại định tên chủng vi khuẩn được chọn lựa.



Xác định khả năng sử dụng 2,4,5-T của chủng vi khuẩn nghiên cứu.

Luận án này được thực hiện tại phòng Công nghệ sinh học môi trường,
Viện Công nghệ sinh học và là một phần đề cấp Viện Khoa học và công nghệ
Việt Nam: “Nghiên cứu xử lý tẩy độc một số hợp chất hữu cơ chứa clo bằng
các phương pháp hóa học và sinh học tiên tiến“ do PGS.TS. Đặng Thị Cẩm
Hà chủ trì.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

5




Luận văn thạc sỹ sinh học

PHẦN 1

Phạm Ngọc Long

TỔNG QUAN

1. Sự ô nhiễm của 2,4,5-T và 2,4-D
Từ năm 1961 đến năm 1971 quân đội Mỹ đã rải hơn 100 triệu lít chất diệt
cỏ xuống nhiều vùng ở miền Trung và Nam Việt Nam [42]. Các chất diệt cỏ
đã được sử dụng bao gồm: chất da cam, chất trắng, chất xanh lục, chất xanh
lam, chất tím, chất hồng, các chất này được gọi tên theo mầu đánh dấu trên
các thùng phuy chứa chúng, mỗi thùng khoảng 250l [42]. Các chất diệt cỏ
thường là hỗn hợp của hai chất 2,4,5-T (2,4,5-trichlorophenoxyacetic acid) và
2,4-D (2,4-dichlorophenoxyacetic acid) với tỷ lệ 50:50 (Bảng 1). Dioxin là
tạp chất được sinh ra trong quá trình sản xuất 2,4,5-T. Hàm lượng dioxin
trong các chất diệt cỏ rất khác nhau, ước tính số lượng dioxin chứa trong chất
diệt cỏ mà Mỹ đã dùng trong chiến tranh Việt Nam từ 170 - 1000 kg [42], [15].
Bảng 1.1. Thành phần hóa học của các chất diệt cỏ quân đội Mỹ đã sử
dụng trong chiến tranh Việt Nam [42].
Sử dụng
trong
trong năm

Số lƣợng
ƣớc tính đã
rải (lít)

961-1081 g/l
acid tương
đương

1961-1965

503.121;
413,852

Chất n-Butylester của
xanh 2,4,5-T
lá cây

Giống như chất
hồng

Chưa rõ,
rải cùng
thời gian
với chất
hồng

31.026

Chất
tím

1033 g/l acid
tương đương

1962-1965

1.892.773

Tên
chất

Thành phần hoá

chất

Chất
hồng

60% - 40% n-Butyl:
isobutylester của
2,4,5-T

50%n-Butylester
2,4,D

Độ đậm đặc
tƣơng đƣơng

30% Butylester

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

6




Luận văn thạc sỹ sinh học

Phạm Ngọc Long

2,4,5-T
20% isobutyl ester

2,4,5-T
Chất
da
cam
(1)

50% n-Butyl ester
2,4-D

1033 g/l acid
tương đương

1965-1970

45.677.937
(có thể bao
gồm cả chất
da cam)

Chất
da
cam
(2)

50% n-Butyl ester
2,4-D

910 g/l acid
tương đương

Sau 1968
(?)

Chưa rõ
nhưng đã
gửi sang
Việt Nam ít
nhất là:
3.591.000

Chất
trắng

Khối lượng acid cơ
bản: 21,1% triisopropanolamine
muối của 2,4-D và
5,7% picloram

Khối lượng
acid: 240,2 g/l
2,4-D và 64,9
g/l picloram

1966-1971

20.556.525

Chất
xanh
(dạng

bột)

Acid dimethylarsinic
và Natri cacodylat

Acid: 65%
tương đương

1962-1964

25.650

Chất
xanh
(dạng
dịch)

21% Natri
cacodylat+ acid
cacodylic ít nhất
chiếm 26% tổng
lượng acid tương
đương

1964-1971

4.715.731

50% n-Butyl ester
2,4,5-T

50% n-Butyl ester
2,4,5-T

Muối: 70%
tương đương
Khối lượng
acid: 360,3 g/l

Tại các căn cứ quân sự cũ của Mỹ trước đây là nơi tàng trữ và nạp chất diệt
cỏ lên máy bay như sân bay Biên Hòa, Đà Nẵng, Phù Cát có độ tồn lưu các
chất độc ở mức cao và rất cao, lên tới hàng trăm nghìn ppt [15]. Đặc biệt là
các sân bay Biên Hòa, Đà Nẵng hàm lượng 2,3,7,8-TCDD chiếm 90% tổng
độ độc, nhiều mẫu đất 2,3,7,8-TCDD > 99% tất cả độ độc của PCDD và

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

7




Luận văn thạc sỹ sinh học

Phạm Ngọc Long

PCDF. Các kết quả phân tích còn phát hiện một lượng lớn 2,4,5-T, 2,4-D,
dichlorphenol, trichlorophenol và một số lượng nhỏ hydrocarbon thơm đa
nhân trong các mẫu đất tại khu vực nhiễm độc [15]. Ngoài ra, ô nhiễm 2,4,5-T
và 2,4-D ở Việt Nam còn từ các nguồn khác. Tuy nhiên, trong khuôn khổ luận

văn này chúng tôi chỉ nghiên cứu về vi sinh vật có nguồn gốc từ nguồn ô
nhiễm chất diệt cỏ do chiến tranh.

2. Đặc điểm và tính chất của 2,4,5-T và 2,4-D
2.1 Chất diệt cỏ 2,4,5-T
2,4,5-T là tên gọi tắt của acid 2,4,5-trichlorophenoxyaxetic. Công thức hóa
học là C8H5O3Cl3, khối lượng phân tử 255,49 g/mol. Công thức cấu tạo được
thể hiện ở hình 1.1.

Hình 1.1 Công thức cấu tạo 2,4,5-T

2,4,5-T tinh khiết có dạng tinh thể rắn, không mùi, từ không màu đến vàng
nâu nhạt, tan ít trong nước, độ hòa tan trong nước ở 30 oC là 238 mg/kg, tan
tốt trong dung môi hữu cơ. Tỷ trọng là 1,8 g/cm3 ở 20oC. Nhiệt độ nóng chảy
trong khoảng 154oC -158oC [43].
2,4,5-T được sử dụng như một chất diệt cỏ có tác dụng làm rụng lá cây,
được phát triển vào cuối thập niên 40 của thế kỷ XX và sử dụng trong nông
nghiệp. 2,4,5-T là chất có độc tính mạnh, gây ung thư, dị thai, rối loạn nội

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

8




Luận văn thạc sỹ sinh học

Phạm Ngọc Long

tiết, nhiễm độc tuyến sinh dục và nhiều bệnh nghiêm trọng khác. Sơ đồ tổng
quát quá trình tổng hợp 2,4,5-T được trình bày ở hình 1.2.

i

ii
Hình 1.2 Sơ đồ tổng hợp 2,4,5-T

i : Nhiệt độ với NaOH trong CH3OH dưới áp suất hơi nước
ii: ClCH2COOH trong NaOH ở 140oC

Trong quá trình tổng hợp 2,4,5-T đi từ nguyên liệu ban đầu là 1,2,4,5tetrachlorobenzene, cần phải có nhiệt độ từ 225 đến 3000C và áp suất dao
động trong khoảng từ 400 đến 1500 psi. Tuy nhiên, ở điều kiện như vậy sản
phẩm phụ là 2,3,7,8-TCDD đã được tạo ra và theo các tác giả, hàm lượng
2,3,7,8-TCDD có trong 2,4,5-T vào khoảng từ 0,07 tới 6,2 ppm (hình 1.3) [40].

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

9




Luận văn thạc sỹ sinh học

Phạm Ngọc Long

Hình 1.3 Cơ chế tạo ra sản phẩm phụ 2,3,7,8-TCDD trong quá trình tổng
hợp chất diệt cỏ 2,4,5-T

2.2 Chất diệt cỏ 2,4-D
Dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) có công thức hóa học là C8H6Cl2O3
công thức cấu tạo được thể hiện ở hình 1.4.

Hình 1.4 Cấu trúc của 2,4-D.
2,4-D có khối lượng phân tử 221,04g/mol, ở dạng tinh khiết 2,4-D ở
dạng bột, có mầu trắng đến mầu vàng. Nhiệt dộ nóng chảy là 140,5oC và nhiệt

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

10




Luận văn thạc sỹ sinh học

Phạm Ngọc Long

độ bay hơi là 160oC. Ở nhiệt độ 25oC, 2,4-D có thể được hòa tan cới hàm
lượng 900mg/l.
2,4-D là thuốc diệt cỏ được tổng hợp từ các auxin, là thuốc diệt cỏ tán rộng
Hiện nay chủ yếu 2,4-D được sử dụng trong những hỗn hợp pha trộn với các
loại thuốc diệt cỏ khác, có vai trò như một chất tăng cường tác dụng. Nó đang
được sử dụng rộng rãi trên khắp thế giới.

3. Ảnh hƣởng của 2,4,5-T, 2,4-D đến môi trƣờng và con ngƣời
3.1 Ảnh hƣởng của 2,4,5-T và 2,4-D tới môi trƣờng
Quân đội Mỹ đã rải chất diệt cỏ chứa 2,4,5-T, 2,4-D và tạp chất dioxin lên
khoảng 27% tổng diện tích Việt Nam. Khoảng hơn 2 triệu ha rừng đã bị tác

động của chất diệt cỏ [17]. Tác dụng tức thời của chất diệt cỏ là làm cho các
loài cây rừng bị trụi hết lá, rất nhiều loài cây bị chết, môi trường và sinh cảnh
bị thay đổi nhanh chóng [17]. Tại các vùng rừng bị rải lặp đi lặp lại nhiều lần,
hệ sinh thái rừng bị phá hủy hoàn toàn và cho đến nay tại những nơi này chưa
có cây mọc tự nhiên như khu rừng Mã Đà (Đồng Nai), thung lũng A Lưới
(Thừa Thiên Huế) v.v.[17]
Chất diệt cỏ sau khi được phun xuống có thể tích tụ không những trong đất
mà còn phân tán trong lớp nước mặt, nước ngầm, không khí, tích tụ trong
thực vật, gây nhiều sự cố và hiểm họa cho môi trường và từ đó tác động dây
chuyền đến con người, động thực vật và các vi sinh vật. Hậu quả là làm suy
thoái hệ sinh thái tự nhiên. Các chất này giết chết các động vật, thực vật, vi
sinh vật và nhiều loại sinh vật khác làm cho chúng không thể phục hồi lại
được, làm thay đổi hoàn toàn cấu trúc quần xã và chủng loại động vật, thực
vật [4], [22].
Chất độc hóa học ngấm vào trong đất, tích tụ lại trong cơ thể thực vật nên
ít bị phân hủy bởi một số yếu tố như ánh sáng mặt trời, tia cực tím, nhiệt độ.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

11




Luận văn thạc sỹ sinh học

Phạm Ngọc Long

Các chất này tồn tại dưới dạng hỗn hợp và các yếu tố môi trường nhiều khi
chưa thuận lợi cho các quá trình phân hủy sinh học tự nhiên. Chiến tranh kết

thúc đã hơn 30 năm, lượng chất độc hóa học còn lại trong đất rất lớn, đặc biệt
là 2,4,5-T, 2,4-D, dioxin tại các điểm nóng. Tại các căn cứ quân sự cũ của Mỹ
ở sân bay Đà Nẵng, Biên hòa và Phù Cát bị ô nhiễm 2,4,5-T, 2,4-D, dioxin
.v.v. ở mức độ cao. Nghiên cứu chọn lựa và áp dụng các phương pháp thích
hợp để tấy độc ngay các “Điểm nóng” là nhiệm vụ rất cần thiết đặt ra cho các
nhà khoa học và công nghệ cần quan tâm giải quyết.

3.2 Ảnh hƣởng của 2,4,5-T, 2,4-D đến con ngƣời
Ước tính có 3181 ngôi làng Việt Nam bị rải trực tiếp, với khoảng 4,8 triệu
người đã tiếp xúc với chất độc hóa học do Mỹ rải xuống [42].
Theo báo cáo mới nhất của Viện Y khoa Hoa Kỳ năm 2002, có 37 bệnh ở
người liên quan đến dioxin ở các cấp độ khác nhau như ban clo, ung thư mô
mềm, ung thư dạng Hodkin, ung thư dạng không Hodkin, một số bệnh thần
kinh cấp tính, gai đốt cột sống, sẩy thai, dị tật bẩm sinh v.v. [32].
Trong số những người đã tiếp xúc với các chất độc hóa học này. Nhiều
người bị phơi nhiễm đã mắc phải những căn bệnh nguy hiểm và một số bệnh
di truyền cả sang các thế hệ sau [16].

4. Một số phƣơng pháp xử lý chất độc hóa học trong đó có 2,4,5T và 2,4-D
4.1 Phƣơng pháp xử lý chất độc hóa học bằng hóa học, lý học, cơ học
Phương pháp chôn lấp hay được áp dụng cho chất thải nguy hại, rác thải, kể
cả các chất độc hóa học. Ưu điểm của phương pháp là giá thành rẻ nhưng chất

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

12

Luận văn thạc sỹ sinh học

Phạm Ngọc Long

độc vẫn nằm trong các hố chôn lấp không được phân hủy nên các chất độc hóa
học này có thể là nguồn ô nhiễm tiềm tàng cho môi trường và con người.
Các phương pháp vật lý như quang hóa, sử dụng các tia cực tím, hay dùng
áp suất cao cũng có hiệu quả. Theo các kết quả công bố cho thấy rằng sử dụng
phương pháp quang hóa, 80% chất độc bị phân hủy dưới tác động của chùm
tia cực tím cường độ 20W/cm3 ở nhiệt độ 20oC trong 3 ngày. Tuy nhiên
phương pháp này chỉ áp dụng cho những lớp đất mỏng bề mặt dầy dưới vài
milimet [14], [41].
Phương pháp thiêu đốt cũng được nhiều nước lựa chọn để xử lý dioxin.
Nguyên lý của phương pháp là dùng nhiệt độ cao để phân hủy dioxin đạt hiệu
quả đến 99,99%, nhưng phương pháp này có nhược điểm là giá thành xử lý
cao, đó là chưa kể đến kinh phí đào, vận chuyển đất đến lò đốt và có thể tạo ra
các sản phẩm phụ gây ô nhiễm thứ cấp [18].
Phương pháp declo hóa và oxy hóa cũng được nghiên cứu áp dụng với các
chất chứa clo và cả 2,3,7,8-TCDD. Phương pháp này cũng cho kết quả khá
tốt, thường tạo ra những hợp chất ít clo và ít độc hơn [19], [24],[14]. Nhược
điểm của phương pháp hóa học là không kiểm soát được sản phẩm tạo thành,
các sản phẩm này thường gây ô nhiễm thứ cấp.
Các phương pháp xử lý cơ học, vật lý, hóa học nói chung đều có nhược
điểm là tốn kém và không triệt để, dễ gây ô nhiễm thứ cấp cho môi trường.
Phương pháp xử lý ô nhiễm bằng công nghệ sinh học đang được đặc biệt chú
ý do tính an toàn và kinh tế của nó. Phương pháp này đang được nhiều phòng
thí nghiệm trên thế giới nghiên cứu, phát triển.

4.2 Phƣơng pháp phân hủy sinh học
Phương pháp xử lý bằng công nghệ sinh học tuy mới mẻ nhưng đã được

đặc biệt chú ý bởi giá thành hạ và thân thiện với môi trường. Phương pháp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

13




Luận văn thạc sỹ sinh học

Phạm Ngọc Long

phân hủy sinh học không đòi hỏi các điều kiện phức tạp như nhiệt độ cao, áp
suất, quá trình xúc tác v.v. Phương pháp này tuân theo qui luật chuyển hóa
thuộc chu trình cacbon, nitơ, photpho v.v. không gây ra ô nhiễm thứ cấp, an
toàn, thân thiện với môi trường và hệ sinh thái, chi phí thấp do đó rất phù hợp
với điều hiện kinh tế ở nước ta. Mặt khác, diện tích đất bị nhiễm độc ở Việt
Nam rất lớn nên việc ứng dụng các phương pháp tẩy độc khác như hóa học và
lý học khó có khả năng thực hiện [2]. Tuy nhiên nhược điểm của phương
pháp này là đòi hỏi thời gian dài.
Quá trình làm sạch sinh học có thể thực hiện ở quy mô lớn nhỏ khác nhau
và ở điều kiện hiếu khí hoặc kị khí. Việc tẩy độc bằng phân hủy sinh học có
thể được tiến hành riêng rẽ hoặc kết hợp với các phương pháp khác. Sau vài
tháng hoặc vài năm các chất ô nhiễm có thể được hoàn toàn loại bỏ bằng
phương pháp phân hủy sinh học [9].
Xử lý chất ô nhiễm theo phương pháp phân hủy sinh học có thể đi theo hai
hướng chính là làm giàu sinh học và kích thích sinh học [9]. Làm giàu sinh
học (Bioaugmentation) là phương pháp sử dụng tập đoàn vi sinh vật bản địa
đã được làm giàu hoặc vi sinh vật sử dụng các chất độc từ nơi khác, thậm chí

vi sinh vật đã được cải biến về mặt di truyền bổ sung vào các địa điểm ô
nhiễm. Kích thích sinh học (Biostimulation) là quá trình thúc đẩy sự phát triển
và hoạt động trao đổi chất của tập đoàn vi sinh vật bản địa có khả năng sử
dụng các chất độc hại thông qua việc thay đổi các yếu tố môi trường như pH,
độ ẩm, nồng độ O2, chất dinh dưỡng, các cơ chất, các chất xúc tác v.v.
Việc bổ sung vi sinh vật vào các địa điểm ô nhiễm đòi hỏi chi phí cao và
nhiều khi không mang lại hiệu quả cao do nhiều nguyên nhân như sự cạnh
tranh của vi sinh vật, độ độc của môi trường, sự thiếu hụt nguồn dinh dưỡng,
các chất đa lượng và vi lượng cần cho hoạt động phân hủy của vi sinh vật [15].

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

14




Luận văn thạc sỹ sinh học

Phạm Ngọc Long

Ở Việt Nam, biện pháp chôn lấp tích cực để phân hủy chất diệt cỏ/dioxin
đã được nghiên cứu và áp dụng thành công trên quy mô pilot hiện trường.
Chôn lấp tích cực là sự kết hợp của phân hủy sinh học, cô lập, hấp phụ và
chôn lấp. Đặng Thị Cẩm Hà và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu thử nghiệm
phân hủy sinh học đối với các lô xử lý 0,5m3; 1,5m3; 10m3 và 100m3 đất
nhiễm chất diệt cỏ chứa dioxin tại Đà Nẵng [2], năm 2009 nhóm nghiên cứu
đã xử lý hơn 3000 m2 đất nhiêm chất độc hóa học tại sân bay Biên Hòa bằng
công nghệ phân hủy sinh học. Các công thức xử lý phân hủy sinh học được bổ
sung các dạng chế phẩm khác nhau cung cấp chất dinh dưỡng, các chất cần

thiết cho quá trình oxy hóa, khử loại bỏ clo các chất vi lượng và các chất thêm
cho tập đoàn vi sinh vật tham gia vào quá trình tẩy độc ở điều kiện kị khí và
hiếu khí. Số lượng các nhóm vi sinh vật trước, trong suốt quá trình xử lý đã
được theo dõi. Các chủng nấm, vi khuẩn hiếu khí, kị khí, xạ khuẩn đã được sử
dụng để nghiên cứu khả năng phân hủy 2,3,7,8-TCDD. Phương pháp nghiên
cứu vi sinh vật truyền thống và kỹ thuật sinh học phân tử điểm chỉ như DGGE
và các kỹ thuật sinh học phân tử khác đã được tiến hành để nghiên cứu tập
đoàn vi sinh vật đồng thời phân lập các chủng vi sinh vật, định tên loài vi sinh
vật sử dụng dioxin, dibenzofuran, hydrocabon thơm đa nhân phân lập từ
nguồn ô nhiễm kể trên. Độ tồn lưu của dioxin và các ô nhiễm khác được xác
định bằng phương pháp miễn dịch và sắc ký khối phổ. Phương pháp miễn
dịch phân tích dioxin của EPA Hoa Kỳ được tiến hành theo EnviroGrard TM
kít [2].
Sau tám năm nghiên cứu, các nhà khoa học ở Việt Nam đã thu được những
kết quả rất khả quan. Số lượng vi sinh vật dị dưỡng ở đất nhiễm độc trước khi
xử lý không cao, dao động từ 102 - 105 MPN/g hay CFU/g [2]. Những nhóm
vi sinh vật khác cũng tồn tại trong loại đất này với số lượng và đa dạng thấp.
Trong quá trình xử lý ở qui mô khác nhau, số lượng vi sinh vật đã tăng đáng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

15




Luận văn thạc sỹ sinh học

Phạm Ngọc Long

kể từ 1.000-10.000 lần [2]. Sau hơn hai năm xử lý bằng cách bổ sung chế
phẩm Slow-D, DHS1, DHS2 và các hợp chất, vi lượng, thành phần xúc tác,
các chất hoạt động bề mặt sinh học, phối hợp với sự thay đổi hàm lượng oxy
và thay đổi độ ẩm, hiệu quả của quá trình xử lý “chôn lấp tích cực” (kết hợp
cô lập, hấp phụ, chôn lấp và phân hủy sinh học) rất rõ rệt. Trong tất cả các lô
xử lý, sau 8 đến 24 tháng, từ 50 đến 70% tổng độ độc đã bị giảm [2].
Trong quá trình xử lý ở các quy mô, hình thức khác nhau, trong những
năm qua, các cán bộ nghiên cứu thuộc phòng Công nghệ sinh học môi trường
Viện Công nghệ sinh học đã phân lập được một số chủng vi sinh có khả năng
vật sử dụng dibenzofuran, dioxin, chất diệt cỏ 2,4,5-T, 2,4-D và PAH từ đất
nhiễm chất độc hóa học tại sân bay Đà Nẵng. Các vi khuẩn đã được phân lập
gồm Bacillus sp. BU3, Pseudomonas sp. BDN15, Pseudomonas sp. SETDN1,
Terrabacter sp. DMA, Rhodoccocus sp. HDN3 v.v. Một số chủng nấm sợi
chủ yếu thuộc chi Aspergillus như Aspergillus sp. FDN30, Aspergillus sp.
FDN22, Aspergillus sp. FDN20. Xạ khuẩn cũng đã được phân lập tuy không
nhiều nhưng cũng đã, phân lập được một số chủng thuộc chi Streptomyces
như các chủng Streptomyces sp. XKDN11, Streptomyces sp. XKDN12 [1],
[2], [5], [8], [10], [11]. Việc định tên và xác định khả năng phân hủy chất ô
nhiễm của các chủng vi sinh vật này góp phần làm sáng tỏ cơ chế và hiệu quả
của sự phân hủy sinh học diễn ra trong quá trình xử lý bằng công nghệ phân
hủy sinh học đã được triển khai để xử lý khử độc ở qui mô 3.000 m3 tại “điểm
nóng” Biên Hòa, Đồng Nai.
Kết quả phân tích vi sinh vật và hóa học cho thấy các chế phẩm sử dụng tại
hiện trường đã thành công trong việc kích thích quá trình phân hủy sinh học
tại chỗ. Tất cả các chế phẩm, các hợp chất trên đều có thể tìm được và sản
xuất tại Việt Nam vì vậy chủ động và giảm giá thành xử lý đất nhiễm dioxin
trong các căn cứ quân sự cũ. Hơn nữa, phương pháp chôn lấp tích cực có tính

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

16