5. Phƣơng phỏp nghiờn cứu
3.1.6.Phƣơng phỏp phõn hủy sinh học
Việc loại bỏ cú hiệu quả tồn dƣ húa chất BVTV là một trong cỏc khú khăn chớnh mà nờn nụng nghiệp phải đối mặt. Vi sinh vật đất đƣợc biết đến nhƣ những cơ thể cú khả năng phõn hủy rất nhiều húa chất BVTV dựng trong nụng nghiệp. Trong những năm gần đõy xu hƣớng sử dụng vi sinh vật đế phõn hủy lƣợng tồn dƣ húa chất BVTV một cỏch an toàn đƣợc chỳ trọng nghiờn cứu. Phõn hủy sinh học tồn dƣ húa chất BVTV trong đất, nƣớc, rau quả là một trong những phƣơng phỏp loại bỏ nguồn gõy ụ nhiễm mụi trƣờng, bảo vệ sức khỏe cộng đồng và nề kinh tế.
Biện phỏp phõn hủy húa chất BVTV bằng tỏc nhõn sinh học dựa trờn cơ sở sử dụng nhúm vi sinh vật cú sẵn trong mụi trƣờng đất, cỏc vi sinh vật cú khả năng phỏ hủy sự phức tạp trong cấu trỳc húa học và hoạt tớnh sinh học của húa chất BVTV. Nhiều nghiờn cứu cho thấy rằng trong mụi trƣờng đất quần thể vi sinh vật luụn luụn cú khả năng thớch nghi đối với sự thay đổi điều kiện sống. Ở trong đất húa chất BVTV bị phõn hủy thành cỏc hợp chất vụ cơ nhờ cỏc phản ứng oxy húa, thủy phõn, khử oxy xảy ra ở mọi tầng đất và tỏc động quang húa xảy ra ở tầng đất mặt. Tập đoàn vi sinh vật ở trong đất rất phong phỳ và phức tạp. Chỳng cú thể phõn hủy húa chất BVTV và dựng thuốc nhƣ một nguồn cung cấp chất dinh dƣỡng, cung cấp cacbon, nitơ và năng lƣợng để chỳng xõy dựng cơ thể. Quỏ trỡnh phõn hủy của vi sinh vật cú
47
thể gồm một hay nhiều giai đoạn, để lại cỏc sản phẩm trung gian và cuối cựng dẫn tới sự khoỏng húa hoàn toàn sản phẩm thành CO2, H2O và một số chất khỏc.
Một số loại thuốc thƣờng chỉ bị một số loài vi sinh vật phõn hủy. Nhƣng cú một số loài vi sinh vật cú thể phõn hủy đƣợc nhiều húa chất BVTV trong cựng một nhúm hoặc ở cỏc nhúm thuốc khỏc xa nhau.
Trờn thế giới đó phỏt hiện hơn 300 chủng loại VSV (vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn) cú khả năng chuyển húa DDT. Thực vật cú khả năng hỳt DDT, DDD, DDE mạnh nhất và đó đƣợc sử dụng ở một số nƣớc là rong biển, bớ đỏ và zucchini.
Cỏc nghiờn cứu cho thấy trong đất tồn tai rất nhiều nhúm vi sinh vật cú khả năng phõn hủy cỏc hợp chất photpho hữu cơ, vớ dụ nhƣ nhúm Bacillus mycoides. B.subtilis, Proteus vulgaris,..., đú là những vi sinh vật thuộc nhúm hoại sinh trong đất. Rất nhiều vi sinh vật cú khả năng phõn hủy 2,4-D, trong đú cú Achrombacter, Alcaligenes, Corynebacterrium, Flavobaterrium, Pseudomonas, ... Yadav J.S và cộng sự đó phỏt hiện nấm Phanerochaete Chrysosporium cú khả năng phõn hủy 2,4-D và rất nhiều họp chất hữu cơ quan trọng cú cấu trỳc khỏc nhƣ Clorinated phenol, PCBs, Dioxin, Monoaromatic và Polyatomatic hydrocacbon, Nitromatic.
Quỏ trỡnh phõn hủy húa chất BVTV của vi sinh vật đất đó xảy ra trong mụi trƣờng nhƣng cú hiệu suất chuyển húa thấp. Để tăng độ phõn hủy húa chất BVTV và phự hợp với yờu cầu xử lý, ngƣời ta tối ƣu húa cỏc điều kiện sinh trƣởng và phỏt triển của vi sinh vật nhƣ: pH, mụi trƣờng, độ ẩm, nhiệt độ, dinh dƣỡng, độ thoỏng khớ, bổ sung vào mụi trƣờng đất chế phẩm sinh vật cú khả năng phõn hủy húa chất BVTV.
pH của mụi trƣờng ủ vi sinh vật giới hạn trong khoản 4 – 10, cỏc vi khuẩn nấm thỡ ƣa axit; Dinh dƣỡng đúng vai trũ quan trọng trong quỏ trỡnh sinh trƣởng và phỏt triển của VSV, hàm lƣợng ni tơ đạt từ 100 – 1000 mg/kg thỡ gõy cản trở sự phỏt triển của VSV. Ngƣợc lại hàm lƣợng ni tơ từ 0 – 100 mg/kg lại thỳc đẩy VSV phỏt triển; Nồng độ húa chất VTV cũng phải nằm trong giới hạn cho phộp; khi độ ẩm đạt toàn phần thỡ tốc độ thủy phõn húa chất BVTV cao nhất; độ thoỏng khớ cũng quan trọng. Việc bổ sung ụ xy trong quỏ trỡnh VSV phõn hủy húa chất BVTV cú ảnh hƣởng tới hiệu suất quỏ trỡnh
48
Một số trở ngại cú thể sử dụng vi sinh vật trong xử lý sinh học là những điều kiện mụi trƣờng tại nơi cần xử lý, nhƣ sự cú mặt của cỏc kim loại nặng độc, nồng độ cỏc chất ụ nhiễm hữu cơ cao cú thể làm cho vi sinh vật tự nhiờn khụng phỏt triển đƣợc và làm chết vi sinh vật đƣa vào, giảm dỏng kể ý nghĩa thực tế của xử lý sinh học.
Cú những phỏt minh mới mở rộng khả năng sử dụng vi sinh vật để xử lý ụ nhiễm mụi trƣờng. Một vớ dụ sử dụng cỏc chủng vi sinh vật khỏng cỏc dung mụi hữu cơ ở nồng độ rất cao. Ngoài ra, với những kỹ thuật sinh học phõn tử hiện đại cú thể tạo ra những chủng vi khuẩn cú khả năng phõn hủy đồng thời nhiều húa chất độc hại mà khụng yờu cầu điều kiện nuụi cấy phức tạp mà khụng gõy hại cho động thực vật cũng nhƣ con ngƣời.
Trờn thế giới đó cú nhiều cụng trỡnh nghiờn cứu khả năng dựng VSV để xử lý húa chất BVTV. Năm 2002, Gray và cộng sự sử dụng phƣơng phỏp phõn hủy sinh học hiếu khớ với khối lƣợng DDT, DDD, DDE và Toarphene, Chlordance là 22.800 m3, sau 3 thỏng nồng độ ban đầu 13.000 ppb giản xuống 750 ppb, giảm gẩn 1/2.
* Ƣu nhƣợc điểm: - Ƣu điểm:
+ Thõn thiện với mụi trƣờng do khụng sử dụng húa chất + Chi phớ xử lý thấp
- Nhƣợc điểm:
+ Thời gian xử lý lõu, từ 3-5 năm
+ Ảnh hƣởng nhiều bởi điều kiện tự nhiờn, thổ nhƣỡng và loại húa chất BVTV