khuẩn lựa chọn tạo thành
Trong nghiên cứu này chúng tôi tiến hành tạo màng đa chủng từ 5 chủng vi sinh vật đã lựa chọn theo phƣơng pháp của O’Toole và cộng sự - 1998; Morikawa và cộng sự - 2006 đƣợc trình bày ở mục 2.2.4 phần phần vật liệu và phƣơng pháp. Sau khi tạo màng vào 3 bình chúng tôi tiến hành rửa sạch môi trƣờng nuôi tạo màng, bổ sung vào mỗi bình môi trƣờng muối khoáng Gost dịch (100 ml) có pH 7, bổ sung 0,5% glucose; 0,1% vitamin và từng loại PAH (naphthalene, anthracene, pyrene) đã lựa chọn trong phần khảo sát các yếu tố ảnh với nồng độ nhƣ sau: naphthalene: 200 ppm, anthracene: 450 ppm, pyrene: 400 ppm. Sau 9 ngày nuôi cấy chúng tôi thu đƣợc kết quả đƣợc biểu thị ở hình 3.17 nhƣ sau:
52
Đối chứng Thí nghiệm
A
B
C
Hình 3. 17: Khả năng sinh trƣởng và phát triển của các chủng vi khuẩn lựa
chọn trong màng sinh học trên nguồn cơ chất: (A) naphthalene 200ppm, (B) anthracene 450ppm, (C) pyrene 400ppm.
Sau 9 ngày nuôi cấy, chúng tôi nhận thấy tại các bình có biofilm đa chủng có sự chuyển màu môi trƣờng rõ rệt so với bình đối chứng không có biofilm. Để đánh giá chính xác khả năng phân huỷ của biofilm đa chủng đối với 3 loại PAH đƣa vào, chúng tôi tiến hành phân tích lƣợng các PAH còn lại trong dịch nuôi cấy có biofilm đa chủng và mẫu đối chứng không có biofilm bằng phƣơng pháp sắc ký khí khối phổ. Các mẫu này đƣợc đem đi phân tích tại Trung tâm nghiên cứu môi trƣờng và
53
phát triển bền vững – Trƣờng Đại học Khoa học tự nhiên Hà Nội. Kết quả đƣợc biểu thị ở bảng 3.4:
Bảng 3. 4: Sự thay đổi hàm lƣợng naphthalene, anthracene, pyren trong các mẫu
nghiên cứu.
Chất Hàm lƣợng thu hồi (mg/l) Lƣợng PAH bị
loại bỏ (%) mẫu không có biofilm mẫu có biofilm đa chủng
Naphthalene 171,468 66,696 66,6
Anthracene 428,636 25,079 94,4
Pyren 374,039 17,478 95,6
Từ bảng 3.4 cho thấy đã có sự thay đổi rõ rệt hàm lƣợng cơ chất đƣa vào môi trƣờng sau 9 ngày nuôi cấy, giữa mẫu đối chứng không có biofilm và mẫu xử lý có biofilm đa chủng, khả năng phân huỷ PAH của biofilm đa chủng khá cao, nó đã phân huỷ 133,3 mg/l naphthalene, 424,9 mg/l anthracene và 382,5 mg/l pyrene tƣơng ứng 66,6% lƣợng naphthalene, 94,4% lƣợng anthrancen, 95,6% lƣợng pyren đã bị loại bỏ trong môi trƣờng nuôi cấy. Tuy nhiên có sự phân huỷ khác biệt giữa các nguồn cơ chất khác nhau. pyrene bị phân huỷ mạnh nhất, sau đó đến anthracen rồi đến naphthalene. Kết quả này cho thấy rằng, mặc dù có cấu trúc phức tạp hơn nhƣng khả năng phân hủy pyrene của biofilm đa chủng lại lớn hơn so với nguồn cơ chất là naphthalene. Điều này chứng tỏ khả năng sử dụng các PAH của vi sinh vật không hoàn toàn phụ thuộc vào kích thƣớc và khối lƣợng phân tử của mỗi loại PAH.
Trên thế giới, đã có nhiều công trình nghiên cứu về khả năng phân hủy PAH đƣợc công bố. Năm 2002, Deborah và cộng sự đã công bố chủng Mycobacterium
sp. PYR-1 phân lập từ trầm tích bị ô nhiễm có khả năng phân hủy 74% hỗn hợp PAH gồm phenanthrene, anthracene, fluoranthene, pyrene, chrysene và benzo[a]pyrene sau 7 ngày nuôi cấy. Trong đó, 95% fluoranthene bị loại bỏ tuy nhiên nồng độ ban đầu chỉ có 17mg/l [22]. Năm 2007, Xue-Jing Zheng và cộng sự đã nghiên cứu khả năng chuyển hóa sinh học của tập đoàn vi sinh vật hiếu khí có trong bùn cống và bổ sung chất hoạt động bề mặt Tween 80 cho hiệu quả loại bỏ
54
PAH trên 95% đối với PAH chứa 3 vòng thơm và tăng tốc độ loại bỏ PAH chứa 4 vòng thơm sau 21 ngày. Chủng Rhodococcus sp. đƣợc phân lập từ mẫu trầm tích có khả năng phân hủy 53% anthracene sau 24 giờ ở nồng độ 3 µg/ml [46].
Ở Việt Nam cũng đã có một số công bố của các tác giả trong nƣớc về khả năng phân hủy các PAH của các chủng vi sinh vật phân lập đƣợc từ các nguồn khác nhau. Năm 2003, La Thị Thanh Phƣơng đã phân lập đƣợc chủng vi khuẩn
Sphingomonas yanoikuyae MXL-9 từ cặn dầu thô mỏ Bạch Hổ (Quảng Ninh) có
khả năng phân hủy 61,4% anthracene sau 7 ngày nuôi cấy ở nồng độ 12 mg/l [11]. Năm 2007, Lê Tiến Mạnh và cộng sự đã phân lập đƣợc chủng BQN31 phân lập từ mẫu nƣớc nhiễm dầu của bể thu gom xí nghiệp than Quảng Ninh có khả năng phân hủy 25,9% anthracene và 18,75% pyrene trong môi trƣờng có bổ sung 100 mg/l mỗi loại PAH trên [9].
Năm 2008, Nguyễn Ngọc Bảo và cộng sự đã phân lập đƣợc 2 chủng vi khuẩn BDNR1 và BDNR4 từ mẫu đất nhiễm chất diệt cỏ dioxin trong căn cứ quân sự cũ của Mỹ ở sân bay đà nẵng. Kết quả nghiên cứu cho thấy chủng BDNR1 phân hủy 50% anthracene, naphthalene, 86,2% pyrene, chủng BDNR4 phân hủy 23,1% naphthalene, 50% anthracene và 61,5% pyrene trong môi trƣờng có chứa 100ppm mỗi loại PAH trên. [1]
So sánh với các kết quả đã đƣợc công bố trên thế giới và ở Việt Nam, chúng tôi thấy rằng khả năng phân hủy naphthalene, anthracene và pyrene của biofilm đƣợc tạo thành từ hỗn hợp các chủng phân lập, tuyển chọn và sàng lọc đƣợc cao hơn hẳn so với các đơn chủng trên (mặc dù các chủng này đều đƣợc phân lập từ những nguồn ô nhiễm PAH rất lớn nhƣ ở các mỏ cặn dầu thô, mẫu nƣớc nhiễm dầu, mẫu đất nhiễm chất độc hóa học lâu năm). Điều này càng khẳng định rằng việc xử lý chất ô nhiễm nói chung và PAH nói riêng bằng biofilm cho hiệu quả cao hơn so với dạng tế bào độc lập.
55
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Từ mẫu nƣớc nhiễm dầu đƣợc lấy tại các cống thoát nƣớc tại Công ty xăng dầu B12 TP. Hạ Long – Quảng Ninh; tại một số vùng ven biển Đồ Sơn, Hải Phòng; tại khu công nghiệp Nghi Sơn Thanh Hóa chúng tôi đã phân lập đƣợc 10 chủng vi khuẩn có khả năng sử dụng PAH.
2. Từ các chủng vi khuẩn phân lập đƣợc chúng tôi đã sàng lọc đƣợc 5 chủng vi khuẩn có khả năng tạo màng tốt nhất là: Rhodococcus sp. B11, Rhodococcus sp. B17, Pseudomonas sp. BQN21, Alcaligenes sp. BQN23,
Pseudomonas sp. BQN24.
3. 5 chủng vi khuẩn lựa chọn có khả năng sinh trƣởng tốt nhất ở 30oC, pH 7, nồng độ muối NaCl 1,5% và pyrene là nguồn cơ chất mà chúng phát triển tốt nhất trong 3 cơ chất khảo sát là naphthalene, anthracene và pyrene.
4. Sau 9 ngày nuôi cấy xử lý, Biofilm hỗn hợp từ các chủng nghiên cứu có khả năng phân hủy: 133,3 mg/l naphthalene, 424,9 mg/l anthracene và 382,5 mg/l pyrene tƣơng ứng 66,6% lƣợng naphthalene, 94,4% lƣợng anthrancen, 95,6% lƣợng pyren đã bị loại bỏ trong môi trƣờng nuôi cấy.
56
KIẾN NGHỊ
Tìm kiếm và lựa chọn các chất mang phù hợp nhằm nâng cao hiệu suất phân hủy PAH của biofilm để từ đó đánh giá hiệu quả xử lý PAH cũng nhƣ các thành phần dầu mỏ khác của biofilm trong nƣớc ô nhiễm dầu ở quy mô 50 lít và mở rộng tới quy mô công nghiệp.
57
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt:
1. Nguyễn Ngọc Bảo, Phan Thị Hoàng Hảo, Nguyễn Bá Hữu, Đặng Thị Cẩm Hà (2007) Nghiên cứu khả năng phân hủy sinh học Hydrocacbon thơm đa vòng của 1 số chủng vi khuẩn phân lập từ bioreactor xử lý đất nhiễm chất độc hóa học. Tạp chí Công nghệ Sinh học 7 (1): 117-124.
2. Lê Văn Cát (2012), Hấp phụ và trao đổi ion trong kĩ thuật xử lý nước thải,
NXB thống kê Hà Nội.
3. Nhi-Cong LT, Morikawa M and Hien LT (2011), Ability of hydrocarbon degradation by several biofilm – forming microorganisms isolated from Vietnam coastal zone, The analytica Vietnam conference 2011: 169-174. 4. Nguyễn Bá Diến (2008). Tổng quan pháp luật Việt Nam về phòng, chống ô
nhiễm dầu ở các vùng biển. Tạp chí Khoa học Đại học Quốc Gia Hà Nội, Kinh tế-Luật 24: 224-238
5. Nguyễn Lân Dũng, Nguyễn Đình Quyến, Phạm Văn Ty (2002), Vi sinh vât
học, NXB Giáo dục.
6. Phạm Thị Hồng Đức, Lê Văn Cát (2010), Phát triển kỹ thuật xử lý nƣớc thải nuôi giống thuỷ sản bằng phƣơng pháp màng sinh học nhằm tái sử dụng, Hội
nghị Khoa học kỷ niệm 35 năm Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam,
trang: 187-192.
7. Trần Đức Hạ (2006), Xử lý nước thải đô thị, NXB Khoa học – Kỹ thuật. 8. Nguyễn Bá Hữu, Trần Thị Tƣờng Vi, Nghiêm Ngọc Minh, Đặng Thị Cẩm
Hà (2007), “Phân hủy sinh học dầu diesel và hydrocacbon thơm đa nhân của một số chủng vi khuẩn phân lập từ nƣớc thải nhiễm dầu kho cảng B12, Quảng Ninh”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ- Đại học Thái Nguyên, 42(2), trang: 61-67..
9. Lê Tiến Mạnh, Nghiêm Ngọc Minh (2007), “Nghiên cứu phân lập và khả năng sử dụng hydrocarbon thơm đa nhân (PAH) của chủng vi khuẩn
58
BQN31”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ- Đại học Thái Nguyên, 42(2),
trang, trang: 59-66.
10. Nguyễn Xuân Nguyên (2003), Nƣớc thải và công nghệ xử lý nƣớc thải, NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội.
11. La Thị Thanh Phƣơng, Nguyễn Bá Hữu, Đặng Thị Cẩm Hà (2003), “Phân hủy sinh học Hydrocacbon thơm đa nhân (PAH) bởi chủng vi khuẩn MLX-9 phân lập từ cặn dầu mỏ Bạch Hổ, Vũng Tàu”, Tạp chí Công nghệ Sinh học, 1(1), trang: 109-117.
12. Đỗ Khắc Uẩn, Rajesh Banu, Kaliappan S, Ick-Tae Yeom (2009), “Ứng dụng công nghệ lọc màng trong xử lý nitơ, phôtpho và các chất hữu cơ trong nƣớc thải đô thị bằng phƣơng pháp sinh học yếm khí - thiếu khí – hiếu khí”, Hội
nghị Công nghệ Sinh học toàn quốc, trang: 950-958.
Tiếng Anh:
13. Agency for toxic substances and disease registry (1995), “Toxicological
profile for polycyclic aromatic hydrocarbons”, pp.1-20.
14. Ahn Y, Sanseverino J, Sayler GS (1999), “Analyses of polycylic aromatic hydrocarbon-degrading bacteria isolated from contaminated soil”,
Biodegradation 10: pp.149-157.
15. Andersson S., Dalhammar G., Land C. J., Kuttuva R. G. (2009). Characterization of extracellular polymeric substances from denitrifying organism Comamonas enitrificans, Application Microbiology Biotechnology, 82(3): 535-543
16. ATSDR, Chemical and Physical Information (1995), in: “Toxicological Profile for Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs)”, ATSDR, Atlanta,
Georgia, USA, pp. 209–221.
17. Baek, S.; Goldstone, M.; Kirk, P.; Lester, J. & Perry, R. (1991), Phase distribution and particle size dependency of polycyclic aromatic hydrocarbons in the urban atmosphere, Chemosphere, 22, pp.503–520.
59
18. Cerniglia C. E. (1993), Biodegradation of polycyclic aromatic hydrocarbons,
Current Opinion in Biotechnology, vol 4, pp 331-338.
19. Cerniglia C.E (1992), Biodegradation of polycyclic aromatic hydrocarbons,
Biodegradation, 3, pp.351-368.
20. Chen, S.; Su, B.; Chang, J.E.; Lee, W.J.; Huang, K.L.; Hsieh, L.T.; Huang, J.C.; Lin, W.J. & Lin,C.C. (2007), Emissions of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) from the pyrolysis of scrap tires, Atmospheric Environment, 41, pp.1209-1220.
21. Cheng K. C., Demirci A. and Catchmark J. M. (2010), Advances in biofilm reactors for production of value - added products, Applied Microbiology and
Biotechnology, 87, pp.445-456.
22. Deborah D, Moody J, Cerniglia CE (2002), “Utilization of mixtures of polycyclic aromatic hydrocarbon by bacteria isolated from contaminated sediment”, FEMS Microbial Ecol 41, pp 1-7.
23. Dennis, M.J.; Massey, R.C.; Cripps, G.; Venn, I.; Howarth, N.; Lee, G. (1991), Factors affecting the polycyclic aromatic hydrocarbons content of cereals, fats and other food products, Food additives and contaminants, 8,
pp.517-530.
24. Diane Farrelly, Jeremy R. Mason, Steve Smith (2000), The Bio-availability of Polycyclic aromatic hydrocarbons in Soil, Journal of Conference Abstracts, Vol.5(2), pp.394.
25. Elizabeth Ward Liegega, Teresa J. Cutrightb (1999), the investigation of enhanced bioremediation through the addition of macro and micro nutrients in PAH contaminated soil, Internetional Biodeterioration Biodegradation
, Vol. 44, pp.55-64.
26. Hiroshi Awata, Stephanie Bates, David Knaub, Rob Popenka (1998), Polyluclear Aromatic Hydrocacbons: Properties and Environmental Fate,
60
27. IARC (1983), Monographs on the evalutaion of the carcinogenic risk of chemicals to humans, Polynuclear Aromatic Compounds, Part 1, Chemical, environmental and experimental data. Vol. 32, IARC, Lyon, France.
28. Jomeo T. (2008), Bacterial biofilms, Current Topics in Microbiology and Immunology, Vol. 322, Atlanta - United States of American.
29. Komarkova E, Paca J, Klapkova E, Stiborova M, Socco CR, Sobotka M (2003), Physiological changes of Candida tropicalis population degrading
phenol in fed batch reactor, Brazilian Archives of Biology and Technology,
46(4), pp.375-421.
30. Lu, H.; Zhu, L. & Zhu, N. (2009), Polycyclic aromatic hydrocarbon emission from straw burning and the influence of combustion parameters, Amospheric
Environment, 43, 978-983.
31. Mackay, D., Shiu W-Y., Ma K-C. (1992), Illustrated Handbook of Physical-
Chemical Properties and Environmental Fate for Organic Chemicals: Polynuclear Aromatic Hydrocarbons, Polychlorinated Dioxins, and Dibenzofurans, Chelsea, MI: Lewis Publishers.
32. [36]Marr, L. C., Dzepina, K., Jimenez, J. L., Reisen, F., Bethel, H. L., Arey, J., Gaffney, J. S., Marley, N. A., Molina, L. T., and Molina, M. J (2006), Sources and transformations of PAHs in Mexico City,
Atmospheric Chemistry and Physics, 6, 1733–1745.
33. Morikawa M, Kagihiro S, Haruki M, Takano K, Branda S, Kolter R and Kanaya S (2006), Biofilm formation by a Bacillus subtilis strain that
produces gamma-polyglutamate. Microbiology, 152(Pt 9): 2801-7.
34. O’Toole G. A., Heidi K. B. and Kolter R. (2000), Biofilm formation as microbial development, Annual Review of Microbiology, 54, pp.49-79.
35. O’Toole G.A., and Kolter R (1998), Initiation of biofilm formation in
Pseudomonas fluorescens WCS365 proceeds via multiple, convergent signaling pathways: a genetic analysis. Molecular Microbiology, 28, pp.449– 461.
61
36. Pickering, R.W. (1999), A toxicological review of polycyclic aromatic hydrocarbons. J.Toxicol.Cutan.Ocul.Toxicol. 18, pp.101-135.
37. Ravindra, K.; Sokhi. R. & Grieken, R.V. (2008). Atmospheric polycyclic aromatic hydrocarbons: Source attribution, emission factors and regulation,
Atmospheric Environment, 42, pp.2895-2921.
38. Rostad, C.E., Pereira, W.E. (1987), Creosote compounds in snails obtained from Pensacola Bay, Florida, near an onshore hazardous-waste site,
Chemosphere, 16, pp.2397-2404.
39. Santucci K & Shah B (2000), Association of naphtalene with acute hemolytic anemia, Acad Emerg Med, 7, pp.42-47.
40. Sinkkonen S, Paasivirta J (2000), Degradation half-life times of PCDDs, PCDFs and PCBs for environmental fate modeling, Chemosphere 40,
pp.943-949.
41. Srogy K (2007), Monitoring of environmental exposure to polycyclic aromatic hydrocarbons: a review, Environmental Chemistry Letters, 5,
pp.169-195.
42. Sutherland J.B., Khan A. A., Cerniglia C.E. (1995), Mechanics of polyciclic aromatic hydrocacbon degradation, Microbial transformation and degradation of toxic organic chemicals, Willey-Liss, New York, pp264-300.
43. United States Environmental Protection Agency, Office of Environmental Information (2001), Emergency Planning and Community Right-to-Know Act
– Section 313: Guidance for Reporting Toxic Chemicals: Polycyclic Aromatic Compounds Category, EPA 260-B-01-03, Washington, DC.
44. WHO (1998), Selected Non – Heterocylic Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, Geneva.
45. World health organization and Institute for resource and security studies (2000), Application of the peace through health approach in the north Caucasus, Report of an Inter-Agency Consultation.
62
46. Xue-Jing Zheng, Jean-Francois Blais, Guy Mercier, Mario Bergeron, Patrick Drogui (2007). “PAH removal from spiked municipal wastewater sewage sludge using biological, chemical and electrochemical treatments”,
Chemosphere, Mar 2: 17337031. Bioinfobank Library.
47. Zaidi R., Baquar. and Imam H. S. (1999), Factors affecting microbial degradation of polycyclic aromatic hydrocarbon phenanthrene in the Caribbean coastal water, Marine Pollution Bulletin, vol 38, pp.737 – 742. 48. Zhu, L., Lu, H.; Chen, S. & Amagai, T. (2009), Pollution level, phase
distribution and source analysis of polycyclic aromatic hydrocarbons in residential air in Hangzhou, China Journal of Hazardous Materials, 162,
1165-1170.
Trang Webside tham khảo:
49. http://cect.gov.vn/index.php?m=news&p=detailNews&newid=713 50. http://www.atsdr.cdc.gov/toxprofiles/tp69-c3.pdf.
51. www.skuld.com/News/News/ITOPF-Oil-Tanker-Spill-Statistics-2011- released/
63
Phụ Lục
Hình ảnh tạo màng đa chủng từ 5 chủng vi khuẩn lựa chọn