Trong môi trường tự nhiên, các PAH thường tồn tại ở dạng hỗn hợp và rất độc. Do đó, việc đánh giá khả năng phân hủy PAH bởi các chủng vi sinh vật bản địa có ý nghĩa rất quan trọng trong quá trình làm sạch ô nhiễm dầu nói chung và PAH nói riêng.
Sau 5 ngày nuôi lắc trên môi trường khoáng bổ sung các PAH khác nhau, mầu của môi trường chứa các vi sinh vật thay đổi rõ rệt, môi trường chuyển màu nâu vàng. Đặc biệt, trong các bình nuôi cấy chứa phenanthrene và naphthalene môi trường đục hơn và có nhiều sinh khối hơn (Bảng 3.3).
Bảng 3.3: Phổ UV đo khả năng phân hủy các PAH của chủng BQN31
Nguồn PAH Phổ UV Hình ảnh minh họa
Phenanthrene
Naphthalene
Hiệu quả sử dụng một số loại PAH của chủng BQN31 được trình bày trong bảng 3.4.
ĐC
BQN31
ĐC
Bảng 3.4: Khả năng sử dụng các PAH khác nhau của chủng BQN31 Các PAH Hiệu suất
phân hủy (%) Màu môi trường nuôi cấy Ghi chú
Phenanthrene 60,24 vàng nâu
Fluorene 18,52 vàng nhạt
Fluoranthene vàng chanh không phân tích
Pyrene 18,75 nâu nhạt, ánh vàng
Naphthalen 69,38 màu vàng
Anthracene 25,9 màu nâu
Kết quả ở bảng 3.4 cho thấy, chủng BQN31 sử dụng tất cả các PAH thử nghiệm. Đối với mỗi loại PAH, màu môi trường nuôi cấy có sự thay đổi khác nhau. Dựa trên kết quả phân tích, sau 5 ngày nuôi lắc ở nhiệt độ 30oC và 200 vòng/phút, chủng BQN31 có khả năng sử dụng 69,38% naphthalene, 60,24% phenanthrene, 18,52% fluorene, 25,9% anthracene và 18,75% pyrene với nồng độ ban đầu là 100 ppm mỗi loại PAH. Khả năng phân hủy của chủng BQN31 với naphthalen là cao nhất và fluorene là thấp nhất. Kết quả này chứng tỏ với các PAH ít vòng thì khả năng bị phân hủy sinh học càng mạnh.
Trên thế giới, đã có nhiều công trình nghiên cứu về khả năng phân hủy các loại PAH của các chủng vi sinh vật. Weissenfels và cộng sự (1991) đã công bố chủng Alcaligenes denitrficans WW1 phân hủy fluoranthene với tốc độ 300 mg/l mỗi ngày, đồng thời chủng này sử dụng các loại PAH khác như pyrene, benzo(a)anthracene theo cơ chế đồng trao đổi chất [53]. Chủng
Mycobacterium sp. PYR-1 phân hủy 74% hỗn hợp PAH gồm phenanthrene, anthracene, fluoranthene, pyrene, chrysene và benzo(a)pyrene sau 7 ngày nuôi cấy. Trong đó 95% fluoranthren bị loại bỏ sau 24h nuôi cấy, tuy nhiên nồng độ ban đầu chỉ có 17 mg/l [21]. Hai chủng Cycloclasticus N3 và W của Gelsenbrecht và cộng sự không sử dụng được PAH cao phân tử như fluoranthene, pyrene và chrysene như là nguồn carbon và năng lượng duy
nhất, tuy nhiên theo cơ chế đồng trao đổi chất chủng Cycloclasticus N3 có thể phân huỷ khoảng 50% các PAH cao phân tử trên với nồng độ ban đầu 1ppm khi bổ sung 10ppm phenanthrene sau 7 ngày [12].
Hiện nay, có nhiều công bố kết quả nghiên cứu về khả năng phân hủy fluoranthene và pyrene như là nguồn cacbon và năng lượng duy nhất của các chủng xạ khuẩn thuộc các chi Gordonia, Mycrobacterium [36] . Theo nghiên cứu của Lors và cộng sự về xử lý sinh học mẫu đất nhiễm PAH từ một khu vực công nghiệp ở miền Bắc nước Pháp tại phòng thí nghiệm với 3 loại hỗn hợp cơ chất PAH gồm các PAH có 3 hoặc 4 vòng thơm cùng với 16 loại PAH (theo quy định của UEPA - Hoa Kỳ) cho kết quả loại bỏ lần lượt là 96%, 80% và 80%, sau 245 ngày [19]. Chủng Rhodococcus sp. được phân lập từ mẫu trầm tích có khả năng phân hủy 53% anthracene sau 24h ở nồng độ 3µg/ml [21].
Xue-Jing Zheng và cộng sự đã nghiên cứu khả năng chuyển hoá sinh học của tập đoàn vi sinh vật hiếu khí có trong bùn cống, bổ sung chất hoạt động bề mặt tween 80 cho hiệu quả loại bỏ PAH trên 95% đối với PAH chứa 3 vòng thơm và tăng tốc độ loại bỏ PAH chứa 4 vòng thơm sau 21 ngày [57]. Cũng bổ sung tween 80 (0,5%), Dhenain và cộng sự đã cho thấy khả năng loại bỏ từ 35 – 50% benzo(a)anthracene, benzo(a)pyrene, benzo(b)fluoranthene, benzo(j)fluoranthene, benzo(k)fluoranthene, fluoranthene trong bùn đen của công nghiệp nhôm [13].
Ở Việt Nam, chủng vi khuẩn Sphingomonas yanoikuyae MXL-9 phân lập từ cặn dầu thô mỏ Bạch Hổ có khả năng phân hủy 64,5% phenanthrene và 61,4% anthracene sau 7 ngày nuôi cấy với nồng độ ban đầu là 12mg/l [8]. Hoàng Thị Mỹ Hạnh và cộng sự (2003) đã phân lập và nghiên cứu khả năng sử dụng PAH của chủng nấm Aspergillus sp. FVX5 phân lập từ thí nghiệm xử lý làm sạch cặn dầu thô của tàu Chí Linh. Chủng nấm này có khả năng phân
hủy 266,69 mg/l phenanthrene, 33,34 mg/l anthracene, 19,16 mg/l fluoranthene sau 7 ngày nuôi cấy ở điều kiện 37oC [2]. Sau 7 ngày nuôi lắc trên môi trường khoáng có bổ sung glucose, hai chủng xạ khuẩn XKDN12 và XKDN13 phân lập từ đất nhiễm chất độc hoá học có khả năng sử dụng PAH, 32,72% và 45,05% với phenanthrene, 39,01% và 52,22% với anthracene, 23,32% và 41,41% với fluoranthen [7].
Chủng vi khuẩn Chromobacterium sp. BPQ1 phân lập từ nước thải nhiễm dầu ở công ty xăng dầu B12, Quảng Ninh có thể sử dụng phenanthrene và fluorene [5]. Trong một nghiên cứu khác, chủng vi khuẩn KCP8 phân lập tại Khe Chè có khả năng phân hủy hỗn hợp PAH (phenanthrene, anthracene và fluoranthene). Sau 7 ngày nuôi lắc chủng KCP8 phân hủy 76,12% hỗn hợp PAH, trong đó khả năng phân hủy phenanthrene trong hỗn hợp là 79,96%, anthracene là 71,09% và fluoranthene là 41,01% [4].
So sánh với các kết quả đã công bố trên thế giới và Việt Nam, cho thấy rằng, chủng vi khuẩn BQN31 có khả năng phân hủy trung bình các PAH đã công bố. Tuy nhiên, khả năng sử dụng nhiều loại PAH khác nhau chứng tỏ vai trò nhất định của chủng vi khuẩn này trong nước thải nhiễm dầu ở khu vực Quảng Ninh. Chủng này có thể được sử dụng để xây dựng tập đoàn giống vi sinh vật sử dụng trong quá trình làm sạch ô nhiễm PAH ở các điều kiện có kiểm soát.