chất tƣơng tự bằng phân hủy sinh học
Hiện nay, trên thế giới có khoảng 50 công nghệ sử dụng các phương pháp vật lý, hóa học và sinh học đã, đang được nghiên cứu và ứng dụng trong xử lý tẩy độc các hợp chất POP trong đó có chất diệt cỏ/dioxin. Các công nghệ này được xếp thành 4 nhóm là các công nghệ đã được thương mại hóa với nhiều kinh nghiệm (khử bằng hóa chất ở pha khí, khử natri, xúc tác…), các công nghệ tiến gần hoặc ở giai đoạn bắt đầu thương mại hóa (oxi hóa muối nóng chảy, điện sônvat), các công nghệ nhiều triển vọng (nghiền bi phân tử, oxi hóa điện hóa trung gian, kim loại nóng chảy…) và công nghệ gần như có thể ứng dụng để phân hủy các kho chứa POPs (phản ứng Fenton, phân hủy nhờ nấm mục trắng, do enzyme, phân hủy nhờ thực vật…) (UNEP, 2005). Tại Việt Nam, các công nghệ đã, đang được thực hiện và thử nghiệm ở quy mô pilot bao gồm công nghệ hóa cơ (mechano-chemical destruction -MCD) của EDL (Newzealand) (phương pháp vật lý), công nghệ giải hấp thụ nhiệt của Mỹ (phương pháp hóa học) và công nghệ chôn lấp tích cực của
Viện Công nghệ sinh học (phương pháp phân hủy sinh học). Công nghệ chôn lấp tích cực đã xử lý thành công ở quy mô 3.384 m3 với giá thành 150 USD/m3. Công nghệ giải hấp thu nhiệt đẵ bắt đầu khởi động và cuối năm 2012 với quy mô 12.400 m3 và giá thành 600-800 USD/m3. Công nghệ MCD mới trình diễn ở pilot hiện trường năm 2012 và sẽ thử nghiệm ở quy mô 100 m3
. So với các phương pháp vật lý và hóa học thì phương pháp phân hủy sinh học cũng có hạn chế là tốc độ phân hủy chậm hơn, khó kết hợp được hoạt động của các vi khuẩn hiếu khí và kỵ khí tại cùng một thời điểm và địa điểm. Tuy nhiên, làm sạch ô nhiễm bằng phân hủy sinh học có ưu điểm hơn hẳn so với các phương pháp vật lý và hóa học bởi tính kinh tế, an toàn và thân thiện với môi trường. Xử lý ô nhiễm các hợp chất hữu cơ chứa clo trong đó có dioxin và các hợp chất tương tự có thể có nhiều cách: sử dụng các tế bào VSV, kích thích sinh học, tăng cường sinh học, hấp phụ sinh học và làm sạch bằng thực vật (Nam, 2005, Yoshida, 2005, Sonoki, 2006).
- Sử dụng các tế bào VSV: các hợp chất PCDD bị khử 75% và 20% trong các mẫu tro nhà máy đốt chất thải rắn có bổ sung tương ứng các tế bào VSV sống và chết trong 15 ngày xử lý (Nam, 2005). Khi bổ sung thêm chủng VK RW1 đã tăng cường loại bỏ đến 10,3% các PCDD/F. Biphenyl dioxygenase cải biến từ chủng VK
B. xenovorans LB400 phân hủy được các dioxin chứa clo (Mohammadi, 2005). - Kích thích sinh học: là quá trình kích thích làm tăng số lượng các VSV bản địa tham gia phân hủy chất ô nhiễm bằng cách thay đổi các yếu tố môi trường như oxy, nguồn dinh dưỡng, các chất cho điện tử, các chất làm cho chất ô nhiễm có tính sẵn sàng sinh học cao hơn v.v. để thúc đẩy quá trình chuyển hóa, phân hủy và khoáng hóa dioxin, chất diệt cỏ, các chất trao đổi vẫn còn độc nhanh hơn. Tóm lại, kích thích sinh học là tạo điều kiện môi trường thuận lợi để quá trình phân hủy sinh học hỗn hợp các chất ô nhiễm xảy ra nhanh nhất (Đặng Thị Cẩm Hà, 2012). Tại các lô xử lý của sân bay Đà Nẵng và Biên Hòa, phương pháp kích thích sinh học đã được áp dụng và đã có những kết quả rõ rệt (sẽ được trình bày ở cuối chương). Hiraishi và đtg (2001) đã bổ sung compost khử trùng vào các chai chứa PCDD/F và 22% PCDD/F đã bị loại bỏ trong 3 tháng nuôi cấy với nồng độ ban đầu khoảng 4.000 pg TEQ/g đất khô.
- Tăng cường sinh học: là quá trình bổ sung các VSV có khả năng phân hủy các chất ô nhiễm cao vào các vị trí ô nhiễm chưa có hoặc đã có mặt các VSV này nhưng với nồng độ thấp (Krajmalnik-Brown, 2005). Ưu điểm của phương pháp này là chọn lọc được những chủng có hoạt tính cao có khả năng phân hủy các chất chúng ta mong muốn. Nhược điểm của phương pháp này là phải chọn lựa các chủng không có độc tố, không gây bệnh đối với con người và động thực vật. Hơn thế nữa phương pháp này chỉ có thể có hiệu quả khi tất cả các yếu tố môi trường có thể kiểm soát được. Thông thường chúng ta kết hợp cả biện pháp kích thích và tăng cường sinh học thì công nghệ sẽ mang lại hiệu quả cao hơn với quy mô nhỏ và vừa. Đối với khu vực ô nhiễm lớn, rất độc thì tăng cường sinh học sẽ không mang lại hiệu quả cả về hiệu quả và kinh tế.
- Làm sạch ô nhiễm trong đất, nước và trầm tích bằng thực vật cũng là một kỹ thuật hiệu quả. Sonoki và đtg (2006) đã tách dòng gene mã hóa laccase, LiP và MnP từ các nấm đảm trắng P. chrysosporium,Trametes versicol và biểu hiện các sản phẩm gene tái tổ hợp trong cây Arabidopsis thaliana. Sau đó, A. thaliana tái tổ hợp được sử dụng để loại bỏ dioxin ở trong phòng thí nghiệm và có kết quả dương tính. Dioxin cũng có thể được hấp thụ bởi Boussonetia papyrifera ở đất nhiễm nặng và bởi
Physalis angulatal ở đất nhiễm nhẹ. Sự hấp thụ dioxin ở mức thấp cũng được phát hiện trong zucchini (Jonhson, 2008). Tuy nhiên sau khi hấp thụ vào cây thì thực vật này sẽ phải mang đốt ở trên 12000C để dioxin bị loại bỏ hoàn toàn. Đây là yếu điểm làm cho phương pháp này khó có thể áp dụng trên quy mô thực tế.
- Hấp phụ sinh học: là sự hấp phụ hoặc tích lũy các chất hóa học bởi sinh khối VSV. Các nhà khoa học Hàn Quốc đã chứng minh sự loại bỏ PCDD/F và các hợp chất hữu cơ chứa clo bằng sự hấp phụ sinh học (Nam, 2006). Sinh khối tế bào chết của chủng Bacilluspumilus PH-01 đã hấp phụ PCDD/F tốt hơn so với các sinh khối của các tế bào sống tương tự. Tế bào từ B.pumilus có thể hấp phụ các hợp chất PCDD/F, PCB, chlorobenzene và chlorinate naphtalene (Hong, 2000).
Ở Việt Nam, các nghiên cứu về phân hủy sinh học các hợp chất là thành phần của chất diệt cỏ/dioxin cũng đã và đang được tiến hành trong hơn 1 thập kỷ qua. Quá trình được thực hiện từ các nghiên cứu cơ bản đến quy mô phòng thí nghiệm,
sau đó là áp dụng ngoài hiện trường và thực hiện khử độc với các quy mô khác nhau từ 0,5 đến 3384 m3. Hiệu quả khử độc thu được từ các quy mô xử lý cũng khác nhau và khá lý thú (từ 30% đến 99,8%). Trong các lô xử lý ở sân bay Đà Nẵng và Biên Hòa cũng như tại các điểm ô nhiễm chất diệt cỏ/dioxin, các nhà khoa học Viện Công nghệ sinh học đã nghiên cứu đa dạng cấu trúc quần xã VSV và đặc điểm sinh học của các chủng thuần khiết sau khi phân lập từ các vùng nhiễn độc và các lô xử lý khử độc. Để làm rõ mục tiêu nghiên cứu cũng như các đóng góp mới của luận án, các nghiên cứu về quá trình tẩy độc, VK chuyển hóa và loại khử clo ở Việt Nam đã thực hiện như thế nào sẽ được trình bày ở các mục tiếp theo.