3.6. Kết quả nghiên cứu xử lý đất ô nhiễm DDT bằng chế phẩm sinh học từ các chủng được chọn ở quy mô phòng thí nghiệm
3.6.3. Thử nghiệm xử lý ô nhiễm DDT bằng chế phẩm sinh học với các tỷ lệ bổ
DDT là chất ô nhiễm có tính kỵ nước, dễ bị hấp phụ vào các hạt đất, điều này hạn chế khả năng phân hủy sinh học DDT của vi khuẩn. Vì vậy, tiếp theo, nhằm tăng cường hiệu quả phân hủy DDT, việc bổ sung các chất hoạt động bề mặt khác nhau được khảo sát để tăng khả năng vi khuẩn tiếp cận DDT trong đất. Trong nghiên cứu này, 3 chất hoạt động bề mặt tween80 (Tw80) (thuộc nhóm dễ kiếm), rhamnolipids (RLs) (thuộc nhóm được sinh bởi nhiều vi sinh vật) và digalactosyl diglyceride (DGDG) (thuộc nhóm glycolipid, cũng là chất sinh học từ một số loài sinh vật) được sử dụng để đánh giá khả năng xử lý DDT trong đất của chế phẩm sinh học.
0 5 10 15 20 25 30
TB_1% TB_5% TB_10% TB_15% TB_20% BS_1% BS_5% BS_10% BS_15% BS_20%
Nồng độ DDT (ppm)
Mẫu chế phẩm Y042
d
1 ngày 7 ngày 14 ngày 28 ngày
91
0 5 10 15 20 25 30 35
Nồng độ DDT (ppm)
Mẫu đối chứng
a
0 ngày 7 ngày 14 ngày 28 ngày
0 5 10 15 20 25 30 35
Lượng DDT còn lại (ppm)
Mẫu chế phẩm PAM67
b
0 ngày 7 ngày 14 ngày 28 ngày
92
Hình 3.22. Khả năng xử lý DDT trong đất bằng chế phẩm sinh học bổ sung các tỷ lệ chất hoạt động bề mặt khác nhau: (a) Đối chứng; (b) chế phẩm PAM67;
(c) chế phẩm TN030; (d) chế phẩm Y042. Chú thích: TB: Than bùn; BS: Bột sắn;
DGDG: Digalactosyl Diglyceride; RLs: Rhamnolipids; Tw80: Tween 80.
0 5 10 15 20 25 30 35
Lượng DDT còn lại (ppm)
Mẫu chế phẩm TN030
c
0 ngày 7 ngày 14 ngày 28 ngày
0 5 10 15 20 25 30 35
Lượng DDT còn lại (ppm)
Mẫu chế phẩm Y042
d
0 ngày 7 ngày 14 ngày 28 ngày
93 Kết quả (Hình 3.22) cho thấy: Sau 28 ngày, chế phẩm than bùn có hiệu quả phân giải DDT tốt hơn chế phẩm bột sắn, các loại chế phẩm bổ sung chất hoạt động bề mặt phân hủy hơn 40% đến 80% DDT, hiệu quả phân giải tốt hơn so với các thử nghiệm bổ sung nước và chế phẩm trước đó. Chế phẩm chứa chủng TN030 có hiệu quả xử lý DDT từ 39% đến 64%, và việc bổ sung tween80 giúp phân hủy DDT tốt hơn so với rhamnolipids và DGDG. Chế phẩm chứa PAM67 phân giải DDT tốt hơn, từ 43% đến 67%, và việc bổ sung tween80 và rhamnolipids vào chế phẩm than bùn có hiệu quả tương đương, đều khoảng hơn 60%. Rhamnolipids là chất hoạt động bề mặt được tổng hợp bởi nhiều loài thuộc chi Pseudomonas [26], điều này giải thích cho việc thích nghi tốt với các tỷ lệ rhamnolipids bổ sung của P. anuradhapurensis PAM67, giúp phân hủy DDT hiệu quả cao. Chế phẩm chứa Y042 có hiệu quả phân
giải DDT tốt nhất, từ 43% đến 80%. Chế phẩm than bùn chứa Y042 bổ sung tween80 đạt hiệu quả phân giải DDT tốt nhất, đạt 75 đến 80% từ nồng độ ban đầu 30ppm, trong đó với tỷ lệ bổ sung tween80 là 0,1%, hiệu quả phân giải đạt 80,15%. Việc bổ sung Tween80 giúp tăng cường hiệu quả phân hủy DDT cao hơn rhamnolipids (<67%) và DGDG (<57%). Việc bổ sung chất hoạt động bề mặt giúp tăng cường hiệu quả phân hủy DDT của chế phẩm sinh học. Cụ thể là, hiệu quả có thể đạt tương đương (chế phẩm chứa TN030) hoặc cao hơn (các chế phẩm chứa PAM67 và Y042) so với hiệu quả phân giải của vi khuẩn nuôi trong môi trường bán rắn MSM (lần lượt 61%, 57%, 55% với 3 chủng trên).
Trước đây, đã có nhiều nghiên cứu về việc bổ sung chất hoạt động bề mặt được
báo cáo. Trong nghiên cứu của Xiaoxu Wang và cộng sự (2018), việc bổ sung 5mg/kg rhamnolipids giúp A. globiformis phân hủy sinh học 64,3% DDT sau 150 ngày, cao hơn 60,7% so với đối chứng [96]. Theo Betancur-Corredor và cộng sự (2015), bổ sung 6,55mg/kg (0,000655%) Tween80 làm giảm 94,3% DDT từ nồng độ ban đầu 99,46ppm sau 8 tuần, còn trong trường hợp không bổ sung tween80, lượng DDT chỉ giảm 4,28% [20]. Guo và cộng sự (2014) đã bổ sung 1 số chất hoạt động bề mặt như TX-100, tween80, brij35, SDBS để xử lý đất ô nhiễm DDT và đã đề nghị nên sử dụng tween80 để xử lý đất bị ô nhiễm DDT, bởi tween80 có khả năng hòa tan tốt, có khả
94 năng rửa giải tốt để loại DDT khỏi đất, ít bị hấp phụ vào đất và có mức độc tính ảnh hưởng đến hệ sinh thái thấp nhất trong 4 loại chất hoạt động bề mặt được nghiên cứu [46].
Kết hợp với kết quả của nhóm nghiên cứu, tween80 với tỷ lệ bổ sung 0,1%
được lựa chọn để bổ sung vào chế phẩm giúp tăng cường phân hủy sinh học DDT.
Đồng thời, tổng hợp tất cả các kết quả, chúng tôi lựa chọn chế phẩm Y042 phối trộn trong than bùn để áp dụng trong thực tế, với tỷ lệ nước bổ sung là 50 đến 70% (tốt nhất ở 70%) và tỷ lệ bổ sung chế phẩm hơn 5% (tốt nhất là khoảng 10% với chế phẩm có mật độ vi khuẩn lớn hơn 108 CFU/g chế phẩm).
3.6.4. Sản phẩm của quá trình phân hủy sinh học DDT trong đất của chế phẩm chứa S. maltophilia Y042
Để phân tích rõ hơn khả năng xử lý DDT trong đất của chế phẩm sinh học chứa S. maltophilia Y042 với chất mang than bùn, thành phần các chất chuyển hóa của DDT trong 28 ngày được xử lý với chế phẩm này được bằng phân tích GC-MS.
a
b
95 c
Hình 3.23. Sắc ký đồ ion tổng số (TIC) thể hiện sản phẩm chuyển hóa của DDT trong đất bởi chế phẩm chứa S. maltophilia Y042 (với chất mang than bùn, tỷ lệ bổ sung nước 70% và tween 80 0,1%) sau các mốc thời gian: (a) mốc 0, (b) sau
14 ngày, (c) sau 28 ngày.
Kết quả (Hình 3.23) cho thấy: Sau 28 ngày, DDT bị phân hủy khoảng 80,15%
thành DDD, DDE, DDMU, DBP (phổ khối và các cấu trúc đề xuất được thể hiện
trong Hình A6 - Phụ lục). Sự tích tụ của các chất chuyển hóa này không được quan sát thấy trong đất lây nhiễm DDT ở mốc đầu vào (mốc 0), được quan sát sau 14 ngày và giảm dần sau 28 ngày. Điều này cho thấy chế phẩm S. maltophilia Y042 có thể
khoáng hóa DDT thành cac-bon dioxide thông qua bốn chất chuyển hóa trung gian này. Các sản phẩm chuyển hóa này khá tương đồng với nghiên cứu của Pan và cộng sự năm 2016, Stenotrophomonas sp. DDT-1 phân hủy DDT thành DDD, DDE, DDA, DDMU, DDOH [68].
Dựa trên các chất chuyển hóa này, giả thuyết của chúng tôi về con đường phân hủy DDT trong đất của chế phẩm S. maltophilia Y042 được đề xuất trong Hình 3.24:
Chế phẩm S. maltophilia Y042 được bổ sung 10% vào đất, bổ sung thêm 70% nước và 0,1% tween80. Tween80 giúp rửa giải DDT khỏi đất và giúp Y042 tiếp cận DDT tốt hơn; DDT ban đầu được chuyển hóa thành DDE và DDD bằng cách khử Chloride, tạo thành DDMU, chất này tiếp tục được chuyển hóa thành DBP bằng quá trình hydroxyl hóa và carboxyl hóa, và cuối cùng được khoáng hóa thành cac-bon dioxide.
96 Theo thời gian, DDT và các chất chuyển hóa của nó có thể bị phân hủy triệt để, các kết quả này sẽ được tiếp tục theo dõi trong các mốc thời gian xa hơn.
Hình 3.24. Giả thuyết về quá trình phân hủy sinh học DDT trong đất bởi chế
phẩm chứa S. maltophilia Y042.
Các kết quả trên cho thấy, chế phẩm sinh học phối trộn than bùn và S.
maltophilia Y042, với tỷ lệ bổ sung 70% nước, 10% chế phẩm và 0,1% tween 80, có
khả năng xử lý hiệu quả DDT trong đất ở quy mô phòng thí nghiệm. Đây là chế phẩm có tiềm năng ứng dụng trong thực tế nhằm xử lý tồn dư DDT và các loại thuốc BVTV hữu cơ khác trong đất. Như vậy, từ nguồn vi khuẩn và xạ khuẩn đa dạng được phân lập từ đất ở Việt Nam, nhóm nghiên cứu đã phát triển và thử nghiệm thành công chế phẩm sinh học xử lý hiệu quả DDT trong đất, có tiềm năng phù hợp để ứng dụng cải tạo đất nông nghiệp ô nhiễm tại Việt Nam. Chế phẩm sinh học được nghiên cứu có tiềm năng cải tạo chất lượng đất, hướng tới phục vụ nông nghiệp an toàn, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường cũng như đảm bảo sức khỏe cộng đồng.