KHẢO sát KHẢ NĂNG KHỬ CHLOR DIOXINS yếm KHÍ của CỘNG ĐỒNG VI KHUẨN TRONG đất và TRẦM TÍCH tại điểm NÓNG ô NHIỄM CHẤT độc DA CAM sân BAY đà NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG
BỘ MÔN KHOA HỌC ĐẤT

NGUYỄN VŨ BẰNG

KHẢO SÁT KHẢ NĂNG KHỬ CHLOR DIOXINS
YẾM KHÍ CỦA CỘNG ĐỒNG VI KHUẨN
TRONG ĐẤT VÀ TRẦM TÍCH TẠI ĐIỂM NÓNG
Ô NHIỄM CHẤT ĐỘC DA CAM SÂN BAY ĐÀ NẴNG

Luận văn tốt nghiệp
Ngành: NÔNG NGHIỆP SẠCH

Cần Thơ - 2012


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG
BỘ MÔN KHOA HỌC ĐẤT

Luận văn tốt nghiệp
Ngành: NÔNG NGHIỆP SẠCH

Tên đề tài:

KHẢO SÁT KHẢ NĂNG KHỬ CHLOR DIOXINS
YẾM KHÍ CỦA CỘNG ĐỒNG VI KHUẨN
TRONG ĐẤT VÀ TRẦM TÍCH TẠI ĐIỂM NÓNG
Ô NHIỄM CHẤT ĐỘC DA CAM SÂN BAY ĐÀ NẴNG

Giảng viên hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

TS. Dương Minh Viễn

Nguyễn Vũ Bằng
MSSV: 3083306
Lớp: Nông nghiệp sạch K34

Cần Thơ - 2012


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG
BỘ MÔN KHOA HỌC ĐẤT

Chứng nhận đã chấp thuận luận văn tốt nghiệp với đề tài:
“KHẢO SÁT KHẢ NĂNG KHỬ CHLOR DIOXINS
YẾM KHÍ CỦA CỘNG ĐỒNG VI KHUẨN
TRONG ĐẤT VÀ TRẦM TÍCH TẠI ĐIỂM NÓNG
Ô NHIỄM CHẤT ĐỘC DA CAM SÂN BAY ĐÀ NẴNG ”
Do sinh viên Nguyễn Vũ Bằng thực hiện và đề nạp.
Ý kiến đánh giá của cán bộ hướng dẫn: -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Kính trình hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp xem xét.
Cần Thơ, ngày 25 tháng 05 năm 2012
Cán bộ hướng dẫn

TS. DƯƠNG MINH VIỄN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

i


KHOA NÔNG NGHIỆP VÀ SINH HỌC ỨNG DỤNG
BỘ MÔN KHOA HỌC ĐẤT

Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp đã chấp thuận luận văn tốt nghiệp Kỹ sư ngành Nông
nghiệp sạch với đề tài :
“KHẢO SÁT KHẢ NĂNG KHỬ CHLOR DIOXINS
YẾM KHÍ CỦA CỘNG ĐỒNG VI KHUẨN
TRONG ĐẤT VÀ TRẦM TÍCH TẠI ĐIỂM NÓNG
Ô NHIỄM CHẤT ĐỘC DA CAM SÂN BAY ĐÀ NẴNG ”
Do sinh viên Nguyễn Vũ Bằng thực hiện và bảo vệ trước hội đồng ngày 25 tháng 05 năm
2012
Luận văn được đánh giá ở mức : ------------------------------------------------------------------Ý kiến hội đồng :--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Cần Thơ, ngày 25 tháng 05 năm 2012
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
Duyệt Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng
TRƯỞNG KHOA

LỜI CAM ĐOAN

ii


Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của bản thân. Các số liệu, kết quả
được trình bày trong luận văn tốt nghiệp là trung thực và chưa được ai công bố trong bất
kỳ tài liệu nghiên cứu nào trước đây.

Tác giả luận văn

NGUYỄN VŨ BẰNG

LÝ LỊCH CÁ NHÂN

* PHẦN I: LÝ LỊCH
iii


Họ và tên: NGUYỄN VŨ BẰNG
 Sinh ngày: 14 tháng 01 năm 1990, tại Vĩnh Long.
Nguyên quán: 162A, ấp Tân Quới Tây, xã Trường An, TP.Vĩnh Long, tỉnh Vĩnh Long.
 Họ và tên Cha: NGUYỄN VĂN HUỆ
 Họ và tên Mẹ: ĐINH THỊ MAI
* PHẦN II: QUÁ TRÌNH HỌC TẬP CỦA BẢN THÂN
 Năm 1997-2001: học Trường Tiểu học Nguyễn Du.
 Năm 2001-2005: học Trường THCS Lê Quí Đôn.
 Năm 2005-2008: học Trường THPT Lưu Văn Liệt.
 Năm 2008-2012: học ngành Nông Nghiệp Sạch - Khóa 34 (2008-2012), Khoa
Nông nghiệp & Sinh học ứng dụng, trường Đại học Cần Thơ.

LỜI CẢM TẠ

Tôi xin gởi lời tri ơn sâu sắc đến Cha, Mẹ đã không ngại khó khăn, gian khổ tiếp
sức, lo lắng và động viên cho Tôi có ngày hôm nay.
Tôi xin ghi ơn thầy Dương Minh Viễn đã tận tình hướng dẫn, động viên tinh thần,
tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện và hoàn thành bài luận văn này.
iv


Chân thành biết ơn Cô Nguyễn Mỹ Hoa là cố vấn học tập của lớp Nông Nghiệp

Sạch khóa 34 đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt khóa học.
Xin gởi lời biết ơn nhất đến quý Thầy Cô trong Bộ môn Khoa học đất và quý Thầy
Cô Khoa Nông Nghiệp và Sinh học ứng dụng, Trường Đại học Cần Thơ đã nhiệt tình
giảng dạy, truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian tôi học
tập tại Trường.
Tôi xin gởi lời biết ơn tới chị Thị Tú Linh đã giúp đỡ Tôi rất nhiều trong quá trình
thực hiện đề tài
Các chị trong Phòng Sinh học đất, Bộ môn Khoa học đất đã tận tình giúp đỡ Tôi
trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Tôi thân gởi lời chúc sức khỏe, thành đạt nhất đến các bạn lớp Nông Nghiệp Sạch
khóa 34, những người bạn đã động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập. Chúc
các bạn gặp nhiều may mắn trong cuộc sống.

NGUYỄN VŨ BẰNG

MỤC LỤC

Trang

Nhận xét của cán bộ hướng dẫn ................................................................................ i
Nhận xét của hội đồng .............................................................................................ii
Lời cam đoan......................................................................................................... iii
Lý lịch cá nhân ....................................................................................................... iv
Lời cảm tạ ............................................................................................................... v
v


Mục lục .................................................................................................................. vi
Danh sách chữ viết tắt ............................................................................................. x
Danh sách biểu bảng............................................................................................... xi

Danh sách biểu hình .............................................................................................. xii
Tóm lược.............................................................................................................. xiv
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU............................................................... 2
1.1 TỔNG QUAN VỀ DIOXINS........................................................................... 2
1.1.1 Giới thiệu vế dioxins ..................................................................................... 2
1.1.2 Nguồn gốc phát sinh dioxins......................................................................... 4
1.1.3 Tác hại của dioxins đối với sức khỏe con người .......................................... 5
1.1.4 Tính chất của dioxins trong môi trường ...................................................... 5
1.1.5 Sự tích tụ dioxins trong môi trường và trong chuỗi thức ăn ...................... 6
1.2 TÌNH HÌNH Ô NHIỄM DIOXINS TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM ....... 7
1.2.1 Ô nhiễm dioxins trên thế giới ....................................................................... 7
1.2.2 Ô nhiễm dioxins ở Việt Nam ........................................................................ 8
1.2.2.1 Nguyên nhân ô nhiễm dioxins ở Việt Nam .................................................... 8
1.2.2.2 Mức độ ô nhiễm dioxins tại một số điểm nóng ở Việt Nam và ảnh hưởng của
sự lưu tồn dioxins đến sức khỏe con người ............................................................ 10
1.2.2.3 Mức độ ô nhiễm dioxins tại khu vực sân bay quân sự Đà Nẵng .................. 12
1.3 MỘT SỐ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC Ô NHIỄM DIOXINS ...................... 14
1.3.1. Phương pháp xử lý hoá học, lý học và cơ học........................................... 14
1.3.2. Phương pháp phân hủy sinh học............................................................... 16
vi


1.4 CƠ CHẾ PHÂN HỦY DIOXINS BỞI VI SINH VẬT ................................. 16
1.4.1 Sự khử chlor của các hợp chất PCDD/Fs bởi dòng vi khuẩn kỵ khí ........ 16
1.4.2 Một số tiến trình khử khác ảnh hưởng lên hoạt động khử chlor dioxins
của vi sinh vật yếm khí ........................................................................................ 17
1.5 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC PHÂN TỬ SỬ DỤNG TRONG
PHÂN TÍCH SỰ ĐA DẠNG CỘNG ĐỒNG VI SINH VẬT ............................. 20
1.5.1 Phản ứng chuỗi Polymerase (PCR – Polymerase Chain Reaction) .......... 21

1.5.2 Phương pháp điện di biến tính tăng cấp (DGGE-Denaturing Gradient Gel
Electrophoresis) (Boon et al., 2002) .................................................................... 23
1.6 PHƯƠNG PHÁP SẮC KÍ KHÍ KHỐI PHỔ (GC-MS - Gas
Chromatography Mass Spectrometry) SỬ DỤNG TRONG PHÂN TÍCH HÓA
HỌC DIOXINS.................................................................................................... 25
1.6.1 Tổng quan về khối phổ và sắc kí khí .......................................................... 26
1.6.2 Nguyên tắc hoạt động của máy khối phổ ................................................... 26
1.6.3 Khối phổ kết hợp với sắc kí khí (Gas Chromatography Mass
Spectometry) ........................................................................................................ 26
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP ....................................... 30
2.1 PHƯƠNG TIỆN ............................................................................................ 29
2.1.1 Thời gian và địa điểm thí nghiệm .............................................................. 29
2.1.2 Thiết bị thí nghiệm...................................................................................... 29
2.1.3 Hóa chất dùng trong thí nghiệm ................................................................ 30
2.1.3.1. Hóa chất dùng bố trí các lọ ủ yếm khí ....................................................... 30
2.1.3.2. Hóa chất sử dụng trong trích lọc dioxins từ mẫu đất và trầm tích ............. 30
2.2 PHƯƠNG PHÁP ........................................................................................... 31
vii


2.2.1 Bố trí thí nghiệm xác định khả năng khử chlor yếm khí dioxins đối với
1,2,3,4-TCDD và 2,3,7,8-TCDD của cộng đồng vi khuẩn trong đất/ trầm tích
lấy tại sân bay Đà Nẵng ....................................................................................... 31
2.2.2 Phân tích một số chỉ tiêu vật lý, hóa học của mẫu đất sử dụng trong thí
nghiệm .................................................................................................................. 33
2.2.3 Kiểm tra lưu tồn dioxins trong các mẫu đất/ trầm tích thí nghiệm.......... 33
2.2.4 Đa dạng cộng đồng vi khuẩn khử chlor yếm khí dioxin trong đất/ trầm
tích sân bay Đà Nẵng đối với cộng đồng vi khuẩn khử chlor dioxins ở các điểm
nóng ô nhiễm khác ............................................................................................... 34
2.2.4.1 Phương pháp trích DNA từ đất .................................................................. 34

2.2.4.2 Phương pháp Chạy PCR khuếch đại đoạn 16S rRNA ................................. 35
2.2.4.3 Phương pháp điện di Agarose kiểm tra sản phẩm PCR ............................ 35
2.2.4.4 Phương pháp điện di biến tính tăng cấp (DGGE) ...................................... 35
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN....................................................... 37
3.1 MỘT SỐ CHỈ TIÊU VẬT LÝ, HÓA HỌC CỦA MẪU ĐẤT VÀ TRẦM
TÍCH SỬ DỤNG TRONG THÍ NGHIỆM ......................................................... 37
3.2 KHẢ NĂNG KHỬ CHLOR DIOXINS YẾM KHÍ CỦA CỘNG ĐỒNG VI
KHUẨN TRONG ĐẤT VÀ TRẦM TÍCH Ô NHIỄM DIOXINS ..................... 38
3.2.1 Khả năng khử chlor yếm khí dioxins đối với 1,2,3,4-TCDD ..................... 38
3.2.2 Khả năng khử chlor yếm khí dioxins đối với 2,3,7,8-TCDD ..................... 42
3.3 LƯU TỒN DIOXINS TRONG ĐẤT VÀ TRẦM TÍCH TẠI SÂN BAY ĐÀ
NẴNG VÀ HOẠT ĐỘNG KHỬ CHLOR DIOXINS YẾM KHÍ LƯU TỒN ... 44
3.3.1 Lưu tồn dioxins trong đất/ trầm tích sân bay Đà Nẵng ............................ 44
3.3.2 Hoạt động khử chlor yếm khí dioxins lưu tồn trong trầm tích hồ Bàu Sen
tại sân bay Đà Nẵng ............................................................................................. 45
viii


3.4 Đa dạng cộng đồng vi khuẩn khử chlor yếm khí dioxin trong đất/ trầm tích
sân bay Đà Nẵng đối với cộng đồng vi khuẩn khử chlor dioxins ở các điểm
nóng ô nhiễm khác ............................................................................................... 46
CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................ 52
4.1 KẾT LUẬN .................................................................................................... 52
4.2 KIẾN NGHỊ ................................................................................................... 53

DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT
Chữ tắt

Từ gốc

1,2,3,7,8-PeCDD

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

2,4,5-T

2,4,5-Trichlorophenoxyacetic acid

2,4-D

2.4-Dichlorophenoxyacetic acid

bp

Base pair

DGGE

Denaturing Gradient Gel Electrophoresis

DNA

Deoxyribonucleic acid

GCMS – QP2010

Gas Chromatography Mass Spectometry QP 2010

PCBs

Polychlorinated Biphenyls
ix


PCDDs

Polychlorodibenzo-p-dioxins

PCDFs

Polychlorinated dibenzofurans

PCR

Polymerase Chain Reaction

RNA

Ribonucleic acid

rRNA

Ribosomal ribonucleic acid

TCDD

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

TCVN

Vietnamese Standards

TEFs

Toxic Equivalance Factors

TEQ

Toxicity Equivalent

WHO

World Health Organization

DANH SÁCH BIỂU BẢNG
Bảng

Tên bảng

Trang

1.1

Giá trị TEF theo International System (I-TEFs; Kutz et al., 1990) và
theo WHO System (WHO-TEQs; Van Den Berg et al., 1998, 2000)

3

1.2

Hàm lượng dioxins chứa trong một số hợp chất khai hoang

9

1.3

Ngưỡng dioxins trong đất và trầm tích tại các điểm bị ô nhiễm nặng

11

dioxin (tiêu chuẩn quốc giaTCVN 8183: 2009)
1.4

Mức độ ảnh hưởng đến con người ứng với từng nồng độ dioxins

11

1.5

Phương pháp thân tích các thành phần hóa học của tế bào vi sinh vật

20

3.1

Chỉ tiêu vật lý, hoá học trong mẫu đất thí nghiệm

37

x

3.2

Lưu tồn dioxins trong đất/ trầm tích (pg/g)

44

3.3

Lưu tồn dioxins trong đất/ trầm tích ( % mol)

44

DANH SÁCH BIỂU HÌNH

Hình
1.1
1.2

Tên hình
Cấu trúc hóa học của Polychlorinated dioxins
Cơ chế tạo ra sản phẩm phụ 2,3,7,8-TCDD trong quá trình tổng
hợp chất diệt cỏ 2,4,5-T

1.3

Sự tích tụ dioxins trong môi trường và trong chuỗi thức ăn

1.4

Số lượng các hóa chất diệt cỏ sử dụng từ năm 1962 đến năm 1970 tại
Việt Nam

1.5

1.6
1.7

Máy bay C130 đang phun chất độc da cam trong chiến tranh Việt Nam
Hiện trang ô nhiễm dioxins của thành phố Đà Nẵng và sân bay năm
2005 và năm 2006
Con đường loại bỏ clo của 1,2,3,4-TCDD (A) và 1,2,3,7,8-PeCDD (B)
bởi loài “Dehalococcoides” sp. dòng CBDB1
xi

Trang
2
4
6
9

10

13

17


1.8

Dòng điện tử trong trao đổi chất yếm khí (Max M. Häggblom, 2004)

17

1.9

Các chu kỳ của kỹ thuật PCR

22

1.10

Cấu tạo máy sắc kí khí khối phổ GC-MS

27

2.1

Bố trí các lọ ủ yếm khí

32

2.2

Các dung dịch trích và ống Power Bead Tubes trích DNA

34

3.1

Hoạt động khử chlor dioxins trong nghiệm thức không cấy dioxins sau 7
tháng ủ

39

Khối phổ sản phẩm con 1-MCDD; 1,2&2,3-TCDD và 1,4&1,3-TCDD
3.2

phân tích trên máy sắc khí khối phổ GC-MS QP2010 của trầm tích Đà

39

Nẵng sau 5 tháng ủ
3.3
3.4

3.5

3.6

3.7

3.8
3.9
3.10

3.11

Hoạt động khử chlor 1,2,3,4-TCDD trong lọ ủ yếm khí với trầm tích hồ

Bàu Sen sân bay Đà Nẵng cấy 1,2,3,4-TCDD
Cách thức khử chlor của trầm tích sân bay Đà Nẵng với 1,2,3,4-TCDD

Hoạt động khử chlor 2,3,7,8-TCDD trong lọ ủ yếm khí với trầm tích hồ
Bàu Sen sân bay Đà Nẵng cấy 2,3,7,8-TCDD
Khối phổ sản phẩm con 2,3,7 TrCDD phân tích trên máy sắc khí khối
phổ GC-MS QP2010 của trầm tích Đà Nẵng sau 5 tháng ủ
Hoạt động khử chlor dioxins trong nghiệm thức không cấy dioxins sau 7
tháng ủ
Điện di đồ sản phẩm PCR của nhóm vi khuẩn khử clo Chloroflexi trong
các nghiệm thức trầm tích hồ Bàu Sen với cặp mồi 338F/1101R
Điện di đồ sản phẩm PCR của các nghiệm thức trầm tích hồ Bàu Sen
Gel 1 Điện di đồ sản phẩm PCR (DGGE) của các nghiệm thức trầm tích
sân bay Biên Hòa và Đà Nẵng
Gel 1 Điện di đồ sản phẩm PCR (DGGE)của các nghiệm thức đất sân
bay Biên Hòa, Đà Nẵng, trầm tích hồ Lâm Ly và đập Đội 4

xii

41
41

43

43

46

47
48

50

51


Nguyễn Vũ Bằng, 2012. “Khảo sát khả năng khử chlor dioxins yếm khí của cộng đồng
vi khuẩn trong đất và trầm tích tại điểm nóng ô nhiễm chất độc da cam sân bay Đà
Nẵng”. Luận văn tốt nghiệp Kỹ sư ngành Nông Nghiệp Sạch, khóa 34, Khoa Nông Nghiệp
& Sinh Học Ứng Dụng, Trường Đại Học Cần Thơ. Giảng viên hướng dẫn khoa học TS.
Dương Minh Viễn.

TÓM LƯỢC
Đề tài: “Khảo sát khả năng khử cholor yếm khí dioxin của cộng đồng vi khuẩn trong đất
và trầm tích tại điểm nóng ô nhiễm chất độc da cam sân bay Đà Nẵng ” được thực hiện
từ tháng 05/2011 đến tháng 02/2012. Nghiên cứu này nhằm khảo sát khả năng khử chlor
dioxins yếm khí của cộng đồng vi khuẩn trong đất và trầm tích tại điểm nóng ô nhiễm chất
độc da cam đối với 1,2,3,4-Tetrachlorodibenzo-p-dioxins (1,2,3,4-TCDD) và 2,3,7,8Tetrachlorodibenzo-p-dioxins (2,3,7,8-TCDD) tại khu vực sân bay quân sự cũ Đà Nẵng.
Nghiên cứu đa dạng cộng đồng vi khuẩn khử chlor dioxins yếm khí tại sân bay Đà Nẵng đối
với cộng đồng vi khuẩn khử chlor dioxins yếm khí sân bay Biên Hòa, đập Đội 4 (Quảng
Trị), hồ Lâm Ly(Thừa Thiên Huế). Thí nghiệm được thực hiện tại phòng thí nghiệm Sinh
học đất, Bộ môn Khoa học đất, Khoa Nông Nghiệp & SHƯD. Trường Đạhọc Cần Thơ.
Thí nghiệm sử dụng các mẫu đất và trầm tích tại điểm nóng ô nhiễm dioxins sân bay Đà
Nẵng và được nuôi ủ yếm khí với dung dịch khoáng đa, trung và vi lượng trong các lọ thủy
tinh, cấy bổ sung 1,2,3,4-TCDD và 2,3,7,8-TCDD với nồng độ 10µM/ 1µM, để khảo sát khả
năng khử chlor dioxins của cộng đồng vi khuẩn trong các mẫu ủ. Theo dõi sự khử 1,2,3,4TCDD/ 2,3,7,8-TCDD và các sản phẩm con dioxins sinh ra qua các thời điểm 3, 5, 7 tháng
sau khi ủ trên máy GC-MS QP2010. Đồng thời trích DNA của các mẫu ủ và sử dụng
xiii


phương pháp phản ứng chuỗi polymerase (PCR) kép và phương pháp điện di biến tính tăng

cấp (DGGE) phân tích cấu trúc cộng đồng vi khuẩn tham gia khử 1,2,3,4-TCDD, 2,3,7,8TCDD.
Kết quả thí nghiệm cho thấy có hoạt động khử chlor yếm khí 2,3,7,8-TCDD, 1,2,3,4-TCDD
của cộng đồng vi khuẩn trong mẫu trầm tích sân bay Đà Nẵng : có khả năng khử hơn 80%
1,2,3,4-TCDD sau 7 tháng ủ và có khả năng khử trực tiếp 2,3,7,8-TCDD. Đây là kết quả
mong đợi nhất của đề tài, mở ra khả năng xử lý ô nhiễm dioxins bằng biện pháp sinh học
tại vùng đất này. Khảo sát đối với mẫu đất tại khu vực ô nhiễm nặng dioxins sân bay Đà
Nẵng, không phát hiện hoạt động khử chlor yếm khí dioxins. Dựa vào các thành phần
dioxins lưu tồn trong các mẫu đất/ trầm tích tại sân bay Đà Nẵng cho thấy hoạt động khử
chlor yếm khí dioxins của cộng đồng vi khuẩn ngoài thực địa. Mức độ lưu tồn 2,3,7,8TCDD trong mẫu đất sân bay Đà Nẵng hiện đang rất cao (7095 pg/g). Từ các kết quả trên,
mở ra khả năng ứng dụng biện pháp sinh học trong xử lý ô nhiễm dioxins tại điểm nóng sân
bay Đà Nẵng đạt hiệu quả cao.
Kết quả chạy điện di biến tính DGGE các sản phẩm PCR trích từ mẫu ủ với 1,2,3,4-TCDD
và 2,3,7,8-TCDD trong mẫu trầm tích sân bay Đà Nẵng, cho thấy cấu trúc cộng đồng vi
khuẩn khử chlor yếm khí trong các mẫu ủ rất đa dạng, không khác biệt giữa cộng đồng khử
chlor 1,2,3,4-TCDD và 2,3,7,8-TCDD. Kết quả phân tích đa dạng cộng đồng vi khuẩn khử
chlor yếm khí dioxins trong trầm tích sân bay Đà Nẵng so với cộng đồng vi khuẩn khử
chlor yếm khí dioxins tại các điểm ô nhiễm sân bay Biên Hòa, Đập Đội 4 (Quãng Trị), hồ
Lâm Ly (Thừa Thiên Huế) cho thấy có sự đa dạng và khác biệt cấu trúc cộng đồng giữa các
vi khuẩn khử chlor yếm khí dioxins tại các vùng ô nhiễm khác nhau.

xiv


MỞ ĐẦU
Chiến dịch rãi chất độc màu da cam của quân đội Mỹ cách đây hơn 40 năm đã dẫn
đến sự ô nhiễm polychlorinated dibenzo-p-dioxin, 2,4- dichlorophenoxyacetic acid
(2,4D) và 2,4,5-trichlorophenoxyacetic acid (2,4,5-T) ở nhiều nơi trên lãnh thổ Việt
Nam, đặc biệt là ở các khu vực sân bay quân sự cũ như sân bay Đà Nẵng, sân bay
Biên Hòa. Sự tích lũy những độc chất này trong thời gian dài có thể là điều kiện dẫn
đến sự thích ứng những cộng đồng vi sinh vật có khả năng phân hủy dioxins

(Hiraishi, 2003 và Wittich et a.l, 1992). Quá trình phân hủy dioxins trong tự nhiên
được thực hiện chủ yếu bởi một số loài vi khuẩn thuộc nhóm hiếu khí hoặc yếm khí.
Trong nhiều nghiên cứu đã cho thấy, loài Dehalococcoides chứa enzyme
dehalogenase là chất xúc tác cho quá trình khử chlor của các hợp chất
PCDDs/PCDFs dẫn đến sự hình thành dioxins ít chlor hoặc không chlor (Bunge et
al., 2003; Armengaud et al., 1998) và trở nên ít độc hơn. Do đó, đề tài “Khảo sát
khả năng khử chlor dioxins yếm khí của cộng đồng vi khuẩn trong đất và trầm
tích tại điểm nóng ô nhiễm chất độc da cam sân bay Đà Nẵng” được thực hiện
nhằm nghiên cứu khả năng khử chlor yếm khí dioxins của cộng đồng vi khuẩn trong
đất/ trầm tích ô nhiễm tại sân bay Đà Nẵng đối với 1,2,3,4-TCDD và 2,3,7,8TCDD. Nghiên cứu đa dạng cộng đồng vi khuẩn yếm khí khử chlor dioxins tại Đà
Nẵng và so sánh với các cộng đồng vi khuẩn khử chlor dioxins tại các điểm nóng ô
nhiễm sân bay Biên Hoà, Đập Đội 4 (Quảng Trị), hồ Lâm Ly (Thừa Thiên Huế).
Những kết quả nghiên cứu thu được góp phần quan trọng trong việc nghiên cứu xử
lý dioxins tại các điểm nóng ô nhiễm bằng biện pháp sinh học.

1


CHƯƠNG 1: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
1.1 TỔNG QUAN VỀ DIOXINS
1.1.1 Giới thiệu về dioxins
Dioxins là tên gọi chung của polychlorinated dibenzo-p-dioxin (PCDDs),
polychlorinated dibenzofurans (PCDFs), nhóm các polychlorobiphenyls (PCBs) và
các chất tương tự dioxins. Dioxins là chất hữu cơ khó phân hủy (POPs: Persistent
Organic Pollutants) gây ô nhiễm môi trường, có công thức hóa học bao gồm hai
vòng benzen liên kết bởi một hoặc hai cầu nối oxy, bị chlor hóa ở vị trí gốc và vị trí
nhánh trên hai vòng benzen. Theo Olson et al, (1994) và Tuan et al, (2007) dioxins
và dibenzofurans có tương ứng 75 và 135 đồng phân với số nguyên tử Chlor và vị
trí không gian của chúng khác nhau (hình 1.1). Độc tính của các đồng phân dioxins
cũng rất khác nhau. Chất độc nhất trong nhóm dioxins là 2,3,7,8Tetrachlorodibenzo-para-dioxin (2,3,7,8-TCDD) (Olson et al., 1994). Để so sánh

mức độ gây độc của các chất, tổ chức Y tế thế giới (WHO) dùng chỉ số TEFs (Toxic
Equivalance Factors) để đánh giá (bảng 1.1).

Polychlorinated dibenzo-para-dioxins(PCDDs)

Polychlorinated dibenzofurans(PCDFs)

2,3,7,8 tetrachlorodibenzo-p-dioxins

Hình 1.1 Cấu trúc hóa học của Polychlorinated dioxins

2


Bảng 1.1 Tổng hệ số độc tính TEFs (Toxic Equivalance Factors) theo quốc tế (I-TEFs; Kutz et al., 1990) và theo tổ chức y
tế thế giới (WHO-TEFs; James J. Collins et al., 2007)
Hệ số TEF
Hợp chất dioxinsa
(PCDDs)

Theo quốc tế
(I-TEF)

Hệ số TEF

Theo tổ chức Hợp chất dibenzofurans
y tế thế giới

(PCDFs)

Theo quốc tế
(I-TEF)

(WHO-TEF)

Theo tổ chức
y tế thế giới
(WHO-TEF)

2,3,7,8-TCDD

1

1

2,3,7,8-TCDF

0.1

0.1

1,2,3,7,8-PeCDD

0.5

1

1,2,3,7,8-PeCDF

0.05

0.05

2,3,4,7,8-PeCDF

0.5

0.5

1,2,3,4,7,8-HxCDD

0.1

0.1

1,2,3,4,7,8-HxCDF

0.1

0.1

1,2,3,6,7,8-HxCDD

0.1

0.1

1,2,3,6,7,8-HxCDF

0.1

0.1

1,2,3,7,8,9-HxCDD

0.1

0.1

1,2,3,7,8,9-HxCDF

0.1

0.1

2,3,4,6,7,8-HxCDF

0.1

0.1

1,2,3,4,6,7,8-HpCDF

0.01

0.01

1,2,3,4,7,8,9-HpCDF

0.01

0.01

OCDF

0.001

0.0003

1,2,3,4,6,7,8-HpCDD

OCDD
a

0.01

0.001

0.01

0.0003

T = Tetra, Pe = Penta, Hx = Hexa, He = Hepta

3


1.1.2 Nguồn gốc phát sinh dioxins
Dioxins có công thức hóa học gồm hai vòng benzen liên kết bởi một hoặc hai cầu
nối oxy, bị chlor hóa ở vị trí cạnh và vị trí gốc trên hai vòng benzen, nên dioxins là

một hợp chất thường được sinh ra trong các quá trình sản xuất có chứa các hợp chất
hydrocarbon thơm dạng vòng và chất chlor trong điều kiện nhiệt độ từ 180 - 4000C,
như trong các quá trình sản xuất thuốc bảo vệ thực vật nhóm chlor hữu cơ như
2,4,5-T; 2,4-D; silvex; erbon, quá trình phân tách khí chlor từ NaCl, việc sản xuất
giấy có dùng chlor để tẩy trắng, việc sản xuất các chất dẻo tổng hợp, công nghiệp
luyện kim, các lò nấu thép, nhôm, magiê, niken, công nghiệp lọc hoá dầu, hoặc từ
các chất thải của các nhà máy hoá chất, việc đốt rác có chất phế thải là chất dẻo
tổng hợp, đốt than đá, than củi, khói xe chạy bằng xăng pha chì hoặc cháy rừng
cũng là nguyên nhân hình thành một lượng lớn dioxins lan truyền trong không khí
(Armengaud et al., 1998; Buser et al., 1976; Oh et al., 1999 và Shin et al., 1999).
Theo Schecter và Thomas (2003), trong quá trình sản xuất thuốc diệt cỏ 2,4,5-T
dưới tác động của việc điều chỉnh nhiệt độ hoặc áp suất không phù hợp (nhiệt độ
1800C – 4000C) có thể dẫn đến sự hình thành sản phẩm không mong muốn là
2,3,7,8-TCDD (hình 1.2). Theo kết quả khảo sát của Dwernychuk et al., (2002) thì
hàm lượng 2,3,7,8-TCDD trong hỗn hợp thuốc diệt cỏ 2,4,5-T và 2,4-D từng được
sử dụng trong thời kỳ chiến tranh Việt Nam có thể lên đến 50 mg/L.

Hình 1.2 Cơ chế tạo ra sản phẩm phụ 2,3,7,8-TCDD trong quá trình tổng hợp
chất diệt cỏ 2,4,5-T

4


1.1.3 Tác hại của dioxins đối với sức khỏe con người
Dioxins có thể dễ dàng tích tụ trong các mô mỡ của người thông qua chuỗi thức ăn
và gây ra nhiều loại bệnh khác nhau. Ở nồng độ rất thấp, dioxins làm rối loạn chức
năng hormon, hệ miễn dịch. Nếu nhiễm độc nặng có thể gây tử vong hoặc các bệnh
về gan, máu, ung thư. Phụ nữ có thai khi tiếp xúc có thể gây hỏng chức năng hệ
thần kinh ở phôi và gây quái thai. Dioxins tích lũy trong cơ thể ở liều lượng không
gây tử vong nhưng lại gây ra những tổn thương lâu dài trong các bộ phận của cơ thể

dẫn đến ung thư, quái thai, đột biến gen. Không có một nồng độ dioxins nào gọi là
an toàn đối với sức khỏe con người.
1.1.4 Tính chất của dioxins trong môi trường
Dioxins là chất dễ nóng chảy, nhiệt độ nóng chảy 295 oC, nhiệt độ từ 800 – 1000 oC
không phá hủy được dioxins, nhưng ánh sáng mặt trời và tia cực tím phá hủy được
dioxins, dựa vào các tính chất này nhiều phương pháp xử lý ô nhiễm dioxins được
áp dụng đạt hiệu quả cao như phương pháp xử lý nhiệt (dùng nhiệt độ 1.500 –
2.600oF), hoặc chiếu tia cực tím. Dioxins bị chlor hóa ở dạng trạng thái rắn không
màu hoặc kết tinh của trạng thái tinh khiết, có ái lực tạo thành các hạt và dễ dàng
tách thành những hạt trong không khí, nước và đất. Dioxins ngấm vào trong đất,
tích tụ trong cơ thể thực vật nên ít bị phân hủy do các yếu tố bên ngoài như ánh
nắng mặt trời, tia cực tím, nhiệt độ, độ ẩm, hóa chất và hoàn toàn không bị phân hủy
sinh học bởi các vi sinh vật thông thường (Lê Huy Bá, 2007). Chu kỳ bán phân rã
của dioxins và các chất tương tự dioxins trong tự nhiên rất dài, có khi đến vài chục
năm hoặc hàng trăm năm (Stellman et al., 2003).
Trong môi trường tự nhiên dioxins rất ít hòa tan trong nước nhưng lại hấp phụ rất
mạnh vào các hạt đất. Vùng đất bị nhiễm dioxins nếu có kết cấu yếu, ít chất hữu cơ,
thì mưa, gió có thể cuốn trôi các hạt đất này ra xa khu vực ô nhiễm ban đầu và tích
tụ lại hình thành những khu vực nhiễm độc mới, nếu trong đất có sự có mặt của các
dung môi hữu cơ, dioxins có thể hòa tan và trực di xuống các tầng đất bên dưới theo
phương thẳng đứng, ngấm xuống mạch nước ngầm. Dioxins tạo thành phức chất
bền vững với hợp chất mùn và hợp chất hữu cơ trong đất và ít di chuyển. Do vậy,

5


những ao, hồ nằm trong khu vực nhiễm độc dioxins có lớp trầm tích có lượng chất
hữu cơ cao ở khu vực nhiễm độc dioxins có khả năng tích tụ dioxins nhiều nhất.
Thực vật khi bị nhiễm dioxins sẽ có một số phản ứng sinh lý như thay đổi hình dáng
thân, lá, hoa, quả, nhiều trường hợp gây rụng lá, chấm dứt sự quanh hợp, gây chết

cây.
Dioxins trong đất là độc chất giết chết các vi sinh vật, động vật nguyên sinh và côn
trùng sống trong đất, gây hậu quả phá hủy cơ cấu hình thành thổ nhưỡng và làm
tăng xói mòn đất, các sinh vật khác cũng chịu tổn thất nặng nề, những cá thể khác
nếu sống sót vẫn chết đi nếu ăn phải thức ăn, nước uống chứa dioxins hoặc tích lũy
dioxins trong cơ thể gây bệnh hoặc thay đổi vật chất di truyền, tích lũy sinh học và
khuếch đại sinh học trong chuỗi thức ăn.
1.1.5 Sự tích tụ dioxins trong môi trường và trong chuỗi thức ăn
KHÔNG KHÍ
ĐẤT
LÚA, CỎ

CON NGƯỜI

TRÂU, BÒ
DIOXI
NS

VI SINH
VỊT
AO, HỒ
THỰC VẬT
THỦY SINH

CÁ LỚN
CÁ NHỎ

Hình 1.3 Sự tích tụ dioxins trong môi trường và trong chuỗi thức ăn
Dioxins xuất hiện không mong muốn trong quá trình sản xuất chất nhựa dẻo tổng
hợp, tẩy trắng giấy, thuốc trừ sâu, trừ cỏ dại, khí thải từ các phương tiện giao thông,

việc đốt rác thải có chứa nhựa dẻo chứa chlor, việc đốt than đá, than củi và cháy
rừng.
Các nguồn khí thải này theo gió lan truyền ra xa nguồn phát thải, bám vào các thảm
thực vật, hoặc được phun rải vào đất qua thuốc trừ sâu, thuốc trừ cỏ, hoặc dioxins
6


có trong nước thải của các nhà máy sản xuất giấy không qua xử lý đi vào các kênh,
rạch, sông, suối, ao, hồ.
Dioxins bám vào đất vào thảm thực vật theo mưa gió cuốn trôi tiếp tục di chuyển
xuống sông, suối, ao, hồ, mạch nước ngầm. Độ hòa tan trong nước và áp lực hơi của
chúng rất thấp nên dioxins chủ yếu thấy ở lớp đất dưới lớp bề mặt vài milimet bị
hấp phụ mạnh và di chuyển theo phương thẳng đứng, đặc biệt là trong đất có hàm
lượng chất cacbon hữu cơ cao, cụ thể là 2,3,7,8-TCDD sẽ di chuyển nhanh và tăng
lên trong đất nếu có sự hiện diện của các dung môi hữu cơ có thể hòa tan chúng
(Yanders et al., 1989 trích từ Lê Huy Bá, 2007). Theo Paustenbach et al., (1992)
(trích từ Lê Huy Bá, 2007), sự phân hủy của 2,3,7,8-TCDD trong đất bằng ánh sáng
mặt trời hoặc tia UV có thể chậm hơn so với trong môi trường nước. Thời gian bán
phân hủy của chúng trên bền mặt đất là từ 9 đến 15 năm, còn ở dưới bề mặt đất là từ
25 đến 100 năm. Ngoài ra, dioxins lưu tồn trong đất còn phụ thuộc vào liều lượng,
các điều kiện môi trường như mưa, gió, lũ lụt, xói mòn, vào mức độ tiếp xúc và sự
chuyển hóa các vi sinh vật trong đất.
Dioxins bị rửa trôi vào nguồn nước mặt. Tảo và các loại vật thủy sinh là sinh vật
hấp thụ dioxins đầu tiên. Động vật nguyên sinh ăn tảo và cá ăn động vật nguyên
sinh chứa dioxins. Từ đất dioxins vào thảm thực vật (qua quá trình hấp thụ từ rễ
cây), đi vào các loài ăn cỏ như bò, vào máu và được tích tụ trong mỡ, sữa, thịt bò.
Con người đứng đầu trong chuỗi thức ăn, chịu ảnh hưởng nhiều nhất (hình 1.3).
Dioxins hoà tan trong chất béo, bền vững trong các mô mỡ, do ít bị vi khuẩn phân
hủy nên chúng tồn lưu và tích tụ sinh học trong chuỗi thức ăn. Có tới hơn 95% chất
độc tiếp xúc với con người thông qua chuỗi thức ăn, đặc biệt qua chất béo động vật.

1.2 TÌNH HÌNH Ô NHIỄM DIOXINS TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
1.2.1 Ô nhiễm dioxins trên thế giới
Từ đầu thế kỷ 20, công ty hóa chất Dow ở Hoa kỳ sản xuất thành công khí chlor
tách rời từ dung dịch muối ăn (sodium chloride – NaCl), chlor được dùng để sản
xuất thuốc trừ sâu rầy, diệt cỏ dại, các hợp chất dẻo (plastic) nhất là chất polyvinyl
chloride (PVC). Theo Hornblum et al., (1998), từ năm 1965 đến năm 1968, những
kiểm tra về tác dụng phụ trên cơ thể của những người lao động tại nhà máy
7


Midland Michigan của Dow có thể là do TCDD để lại. Dioxins là một sản phẩm
phụ không mong muốn và nằm ngoài dự tính của con người và trở thành mối nguy
cơ lớn trong quá trình sản xuất, chưa có biện pháp để loại trừ chất này trog quá trình
sản xuất.
Năm 1976, tại Seversso ở Ý trong vụ nổ ở một hãng sản xuất thuốc diệt cỏ 2,4,5-T
thì một lượng lớn dioxins với ước tính khoảng 30 kg đã làm ô nhiễm một vùng rộng
6 km 2 và tác hại của nó kéo dài hơn 20 năm (Drew et al., 2003).
Năm 2007 tại Ý, hàng ngàn tấn rác có mùi hôi chất đống ở Naples và toàn bộ các
làng lân cận. Nồng độ của PCDDs đã được tìm thấy ở động vật và con người cao
hơn liều gây chết. Nguồn PCDDs đã được xác định là từ việc đốt PVC và do việc
xử lý rác công nghiệp, chất thải công nghiệp không được kiểm soát nghiêm ngặc.
(McCarthy et al., 2008).
Năm 1949, trong một nhà máy Monsanto sản xuất thuốc diệt cỏ 2,4,5-T ở Nitro,
West Virginia đã làm 240 người bị ảnh hưởng khi một van cứu trợ bị hở (Collins et
al., 1993).
1.2.2 Ô nhiễm dioxins ở Việt Nam
1.2.2.1 Nguyên nhân ô nhiễm dioxins ở Việt Nam
Từ năm 1961 đến năm 1971, với tên gọi chiến dịch Ranch Hand, quân đội Hoa Kỳ
đã thực hiện một cuộc chiến tranh hóa học lớn nhất thế giới ở miền Nam Việt Nam
(hình 1.4). Theo Steven D. Setellman và Jeanne M. Stellman, có 19,5 triệu gallon

thuốc diệt cỏ được sử dụng để tiêu diệt 33.339 ha cây trồng và khai hoang 113.00 ha
đất, với mục tiêu phá hủy nơi trú ẩn và nguồn lương thực của quân đội Việt Nam
trong chiến dịch Ranch Hand. Trong thời gian này, có khoảng 64% là chất độc màu
da cam (Este của 2,4-dichlorophenoxyacetic acid và 2,4,5-triclor-ophenoxyacetic
acid), 27% là chất màu trắng (triisopropanolamine, muối của 2,4-D và picloram),
8,7% chất màu xanh (cacodylic acid) và 0,6% chất màu tím (bảng 1.2). Các loại hóa
chất này được trộn vào dầu hỏa hoặc nhiên liệu dầu diezen rồi phun rải bằng máy
bay hoặc các phương tiện khác. Có khoảng 370 kg dioxins nguyên chất đã được rải
xuống miền Nam Việt Nam. Tổng số diện tích đất đai bị ảnh hưởng hóa chất là 2,63
8


triệu hecta. Có gần 5 triệu người Việt Nam sống trong 25.585 thôn ấp chịu ảnh
hưởng độc chất màu da cam.
Bảng 1.2 Hàm lượng dioxins chứa trong một số hợp chất khai hoang
Chất khai hoang

Hàm luợng dioxins (ppm)

Agent Orange

1.77 – 40

Agent Blue (purle)

32.8 -45

Agent Red (Pink)

65.6

Agent White (Green)

65.6

Silver

1 – 70

2,4,5 – T (Current)

< 0.1

Triệu lít

(Nguồn Stellman et al., 2003)

Hình1.4

Năm sử dụng

Số lượng các

hóa chất diệt cỏ sử dụng từ năm 1962 đến năm 1970 tại Việt Nam (Nguồn
Stellman et al., 2003)
Theo Dwernychuk et al., (2002), sự ô nhiễm dioxins ở Việt Nam bắt đầu từ hai
nguồn chính. Một là từ việc phun thuốc diệt cỏ của quân đội Hoa Kỳ bởi sự pha trộn
hai hóa chất là dichlorophenoxy acetic acid (2,4-D) và trichlorophenoxy acetic acid
(2,4,5-T) với tỷ lệ 50:50. Hai là tại các căn cứ quân sự của Hoa Kỳ và Đồng Minh
dùng là nơi cất trữ, chiết nạp và rữa thuốc diệt cỏ còn sót lại trên máy bay sau khi

phun rải.
9