Đánh Giá Đặc Điểm Ô Nhiễm Dioxin và Khả Năng Phân Hủy Sinh Học Tại Khu Vực Tây Sân Bay Biên Hòa

Luận văn thạc sĩ phân tích hus đánh giá đặc điểm ô nhiễm dư lượng chất diệt cỏ đioxin và khả năng phân hủy sinh học tại khu, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp

• Tác giả: Phùng Khắc Huy Chú
• Người hướng dẫn: PGS. Đặng Thị Cẩm Hà
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Khoa Học Môi Trường
• Đề tài: Đánh Giá Đặc Điểm Ô Nhiễm Dư Lượng Chất Diệt Cỏ/Dioxin Và Khả Năng Phân Hủy Sinh Học Tại Khu Vực Ô Nhiễm Tây Sân Bay Biên Hòa Tỉnh Đồng Nai
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sỹ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Dioxin, đặc điểm tính chất của dioxin và các chất tương tự
• 1.1.1. Các đặc điểm lý, hóa học của dioxin
• 1.1.2. Dioxin có độ bền cao
• 1.1.3. Dioxin ái mỡ và kỵ nước
• 1.1.4. Tính bền vững hoá học
• 1.1.5. Tính bền nhiệt
• 1.1.6. Thời gian bán huỷ của dioxin
• 1.1.7. Nguồn gốc và khối lượng dioxin do chiến tranh hoá học để lại ở Nam Việt Nam
• 1.1.8. Đặc điểm ô nhiễm dioxin ở sân bay Biên Hòa, Đà Nẵng và Phù Cát
• 1.1.8.1. Ô nhiễm chất diệt cỏ/dioxin ở sân bay Biên Hòa
• 1.1.8.2. Tình trạng ô nhiễm chất diệt cỏ/dioxin ở sân bay Đà Nẵng
• 1.1.8.3. Tình trạng ô nhiễm chất diệt cỏ/dioxin ở sân bay Phù Cát
• 1.1.9. Một số đặc tính của chất diệt cỏ 2,4-D và 2,4,5-T
• 1.1.10. Phân hủy sinh học chất diệt cỏ 2,4-D và 2,4,5-T
• 1.1.10.1. Phân hủy sinh học hiếu khí 2,4-D và 2,4,5-T
• 1.1.10.2. Các cụm gene tham gia phân hủy 2,4-D
• 1.1.10.3. Enzyme 2,4-dichlorophenoxyacetate/α-ketoglutarate dioxygenease
• 1.1.10.4. Các enzyme monooxygenease tham gia quá trình phân hủy chất diệt cỏ 2,4,5-T và 2,4-D
• 1.1.11. Các nghiên cứu về phân hủy sinh học 2,4-D và 2,4,5-T ở Việt Nam
• 1.1.12. Chuyển hóa, phân hủy sinh học dioxin và các chất tương tự
• 1.1.12.1. Phân hủy hiếu khí sinh học dioxin và các hợp chất tương tự dioxin bởi vi khuẩn
• 1.1.12.2. Phân hủy hiếu khí sinh học dioxin và dibenzofuran không chứa clo
• 1.1.12.3. Phân hủy dioxin và dibenzofuran bởi oxy hóa kép vị trí bên
• 1.1.12.4. Phân hủy dioxin và các hợp chất tương tự dioxin bởi oxy hóa kép vị trí góc
• 1.1.12.5. Phân hủy sinh học các hợp chất dioxin và dibenzofuran chứa clo
• 1.1.12.6. Phân hủy các hợp chất dioxin chứa clo bởi enzyme cytochrome P-450-monooxygenease
• 1.1.13. Nghiên cứu phân hủy sinh học chất diệt cỏ chứa dioxin ở Việt Nam
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Phân tích các đồng phân độc của dioxin
• 2.2.2. Phân tích hàm lượng mùn, thành phần cơ giới
• 2.2.3. Nghiên cứu đa dạng vi sinh vật trong đất
• 2.2.4. Lấy mẫu đất để tiến hành phân tích vi sinh vật
• 2.2.5. Phân lập vi khuẩn
• 2.2.6. Tách DNA tổng số mẫu đất nhiễm, mẫu bùn hồ và từ VSV nuôi cấy
• 2.2.7. Phương pháp nghiên cứu các đặc điểm hình thái vi sinh vật
• 2.2.8. Phân loại vi sinh vật bằng xác định trình tự gene 16S rRNA
• 2.2.9. Xác định trình tự đoạn gene tfdA mã hóa cho enzyme phân hủy 2,4-D
• 2.2.10. Xác định trình tự đoạn gene mã hóa enzyme dioxin dioxygenase
• 2.2.11. Định tính khả năng sử dụng chất diệt cỏ/dioxin của vi khuẩn
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Đặc điểm ô nhiễm khu vực Tây sân bay Biên Hòa
• 3.1.1. Sự phân bố hàm lượng đồng phân 2,3,7,8-TCDD trong đất tại khu vực Tây sân bay Biên Hòa
• 3.1.2. Sự phân bố hàm lượng mùn trong đất khu vực Tây sân bay Biên Hòa
• 3.1.3. Sự phân bố hàm lượng sét tại khu vực Tây sân bay Biên Hòa
• 3.2. Đặc điểm sinh học của một số chủng vi khuẩn phân lập từ đất ô nhiễm chất diệt cỏ/dioxin tại khu vực Tây sân bay Biên Hòa
• 3.2.1. Phân lập và xác định khả năng phân hủy chất diệt cỏ/dioxin của một số chủng vi khuẩn
• 3.2.2. Phân loại chủng vi khuẩn BHNA1
• 3.2.3. Phân loại chủng vi khuẩn BHNB1
• 3.2.4. Một số đặc điểm sinh học của các chủng vi khuẩn sử dụng chất diệt cỏ/dioxin và các chất tương tự
• 3.2.5. Sự tồn tại của các gene tfdA ở chủng BHNA1
• 3.2.6. Sự tồn tại của các gene tfdA ở chủng BHNB1
• 3.2.7. Sự tồn tại của gene dioxin dioxygenase ở chủng BHNB1
• 3.2.8. Định tính khả năng sử dụng các chất diệt cỏ/dioxin
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Đánh Giá Ô Nhiễm Dioxin Tại Tây Sân Bay Biên Hòa

Ô nhiễm dioxin tại Tây sân bay Biên Hòa là một vấn đề nghiêm trọng, ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe con người. Dioxin, một chất độc hại, được sử dụng trong chiến tranh Việt Nam, đã để lại hậu quả lâu dài. Việc đánh giá ô nhiễm dioxin không chỉ giúp hiểu rõ mức độ ô nhiễm mà còn tìm ra các giải pháp khắc phục hiệu quả.

1.1. Đặc Điểm Của Dioxin Và Tác Động Đến Môi Trường

Dioxin là một trong những chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy, có độ bền cao và khả năng tích tụ trong cơ thể sống. Tác động của dioxin đến môi trường sinh thái và sức khỏe con người đã được nghiên cứu rộng rãi, cho thấy sự nguy hiểm của nó trong việc gây ra các bệnh lý nghiêm trọng.

1.2. Tình Hình Ô Nhiễm Tại Tây Sân Bay Biên Hòa

Khu vực Tây sân bay Biên Hòa đã được xác định là một trong những điểm nóng ô nhiễm dioxin. Nồng độ dioxin tại đây có thể lên tới hàng triệu ppt, gây ra mối đe dọa lớn cho sức khỏe cộng đồng và hệ sinh thái xung quanh.

II. Vấn Đề Ô Nhiễm Dioxin Và Thách Thức Khắc Phục

Ô nhiễm dioxin tại Tây sân bay Biên Hòa không chỉ là một vấn đề môi trường mà còn là thách thức lớn cho các nhà khoa học và chính quyền. Việc khắc phục ô nhiễm này đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa các bên liên quan và áp dụng các công nghệ tiên tiến.

2.1. Thách Thức Trong Việc Đánh Giá Ô Nhiễm

Đánh giá ô nhiễm dioxin gặp nhiều khó khăn do tính chất phức tạp của nó. Việc xác định nồng độ dioxin trong đất và nước cần các phương pháp phân tích chính xác và đáng tin cậy.

2.2. Tác Động Đến Sức Khỏe Cộng Đồng

Ô nhiễm dioxin có thể gây ra nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng, bao gồm ung thư và các bệnh liên quan đến hệ thần kinh. Cộng đồng xung quanh sân bay Biên Hòa đang phải đối mặt với những rủi ro này, cần có các biện pháp bảo vệ kịp thời.

III. Phương Pháp Đánh Giá Ô Nhiễm Dioxin Hiện Nay

Để đánh giá ô nhiễm dioxin, nhiều phương pháp đã được áp dụng, từ phân tích mẫu đất đến nghiên cứu đa dạng vi sinh vật. Những phương pháp này giúp xác định mức độ ô nhiễm và khả năng phân hủy sinh học của dioxin.

3.1. Phân Tích Mẫu Đất Và Nước

Phân tích mẫu đất và nước là bước quan trọng trong việc đánh giá ô nhiễm dioxin. Các chỉ số như nồng độ dioxin, hàm lượng mùn và thành phần cơ giới được xác định để có cái nhìn tổng quan về tình trạng ô nhiễm.

3.2. Nghiên Cứu Đa Dạng Vi Sinh Vật

Nghiên cứu đa dạng vi sinh vật trong đất ô nhiễm giúp xác định khả năng phân hủy sinh học của dioxin. Các chủng vi khuẩn có khả năng phân hủy dioxin được phân lập và nghiên cứu để tìm ra giải pháp khắc phục hiệu quả.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Về Khả Năng Phân Hủy Sinh Học

Kết quả nghiên cứu cho thấy một số chủng vi khuẩn có khả năng phân hủy dioxin hiệu quả. Việc ứng dụng các chủng vi khuẩn này trong xử lý ô nhiễm dioxin tại Tây sân bay Biên Hòa có thể mang lại hiệu quả cao.

4.1. Khả Năng Phân Hủy Của Các Chủng Vi Khuẩn

Các chủng vi khuẩn phân lập từ khu vực Tây sân bay Biên Hòa đã cho thấy khả năng phân hủy dioxin đáng kể. Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới trong việc xử lý ô nhiễm dioxin bằng phương pháp sinh học.

4.2. Ứng Dụng Thực Tiễn Trong Xử Lý Ô Nhiễm

Việc ứng dụng các công nghệ sinh học trong xử lý ô nhiễm dioxin tại Tây sân bay Biên Hòa không chỉ giúp làm sạch môi trường mà còn bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Các giải pháp này cần được triển khai rộng rãi để đạt hiệu quả cao nhất.

V. Kết Luận Và Hướng Đi Tương Lai Trong Nghiên Cứu Ô Nhiễm Dioxin

Kết luận từ nghiên cứu cho thấy ô nhiễm dioxin tại Tây sân bay Biên Hòa là một vấn đề nghiêm trọng cần được giải quyết. Hướng đi tương lai cần tập trung vào việc phát triển các công nghệ xử lý hiệu quả và bền vững.

5.1. Tầm Quan Trọng Của Nghiên Cứu Liên Tục

Nghiên cứu liên tục về ô nhiễm dioxin là cần thiết để cập nhật thông tin và tìm ra các giải pháp mới. Việc theo dõi tình trạng ô nhiễm và sức khỏe cộng đồng cần được thực hiện thường xuyên.

5.2. Hợp Tác Giữa Các Bên Liên Quan

Hợp tác giữa các nhà khoa học, chính quyền và cộng đồng là yếu tố quan trọng trong việc giải quyết vấn đề ô nhiễm dioxin. Sự phối hợp này sẽ giúp triển khai các giải pháp hiệu quả và bền vững hơn.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong giai đoạn chiến tranh hóa học từ ngày 10/8/1961 đến ngày 31/10/1971, quân đội Mỹ đã phun rải khoảng 74.920.000 lít chất diệt cỏ xuống chiến trường miền Nam Việt Nam. Trong số đó, chất da cam chiếm tới 43.640.000 lít, chất trắng chiếm 21.400.000 lít, kéo theo lượng tồn dư khổng lồ của tạp chất siêu độc tính 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin (2,3,7,8-TCDD). Sân bay Biên Hòa thuộc tỉnh Đồng Nai là căn cứ quân sự trọng điểm phục vụ lưu trữ, pha trộn và nạp chất độc hóa học, hiện tồn tại 4 khu vực ô nhiễm nghiêm trọng. Bên cạnh các điểm nóng truyền thống như khu Z1 hay khu phía Nam với nồng độ từng chạm mốc 5.800.000 ppt, khu vực Tây sân bay (khu Pacer Ivy) với diện tích khoảng 150.000 m2 là vùng ô nhiễm mới được phát hiện.

Vấn đề cấp bách đặt ra là khu vực Tây sân bay nằm cách sông Đồng Nai chỉ khoảng 1.000 m và tiếp giáp trực tiếp các khu dân cư đông đúc, tiềm ẩn nguy cơ thẩm thấu chất độc vào hệ thống nước ngầm và chuỗi thức ăn sinh thái. Luận văn tập trung đánh giá toàn diện hiện trạng ô nhiễm 2,3,7,8-TCDD theo phẫu diện tầng sâu, phân tích các chỉ số địa hóa thổ nhưỡng và xác định khả năng phân hủy sinh học của tập đoàn vi khuẩn bản địa. Nghiên cứu khảo sát 42 mẫu đất trên diện tích 2 ha ở độ sâu dao động từ -200 cm đến +590 cm so với mực nước biển. Kết quả là tiền đề khoa học then chốt nhằm phát triển công nghệ phân hủy sinh học (bioremediation), hướng tới mục tiêu giảm 50% đến 70% tổng độ độc tồn lưu, loại bỏ nguy cơ phơi nhiễm dioxin cho hàng vạn người dân địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết về các hợp chất hữu cơ khó phân hủy (POPs) theo Công ước Stockholm năm 2001, trong đó nhóm dibenzo-p-dioxin clo hóa (PCDD) gồm 75 đồng phân và dibenzofuran clo hóa (PCDF) gồm 135 đồng phân được xếp vào danh mục nguy hại hàng đầu cần loại bỏ hoàn toàn. Đồng phân 2,3,7,8-TCDD có hệ số độc tính tương đương TEF = 1, nhiệt độ sôi 412,2 độ C, áp suất hơi cực thấp 7,40 x 10^-10 mmHg và độ tan trong nước chỉ 19,3 ng/L. Trong môi trường đất sâu, thời gian bán hủy của dioxin kéo dài từ 25 đến trên 100 năm.

Khung phân tích sinh học dựa trên cơ chế phân hủy hiếu khí các hợp chất thơm đa vòng chứa clo. Quá trình chuyển hóa dioxin diễn ra qua hai con đường chính: oxy hóa kép vị trí bên (lateral dioxygenation) và oxy hóa kép vị trí góc (angular dioxygenation). Trong đó, phản ứng oxy hóa kép vị trí góc 4,4a được xúc tác bởi enzyme Rieske non-heme iron oxygenase có ý nghĩa quyết định trong việc phá vỡ cấu trúc mặt phẳng mang tính độc của vòng dioxin. Quá trình phân hủy chất diệt cỏ họ phenoxy (2,4-D và 2,4,5-T) được khởi đầu bởi enzyme alpha-ketoglutarate-dependent dioxygenase do cụm gene tfdA mã hóa, chuyển hóa 2,4-D thành 2,4-dichlorophenol (2,4-DCP) trước khi mở vòng khoáng hóa hoàn toàn thành sinh khối, nước và carbon dioxide.

Phương pháp nghiên cứu

Cỡ mẫu nghiên cứu gồm 42 mẫu đất được thu thập tại 10 vị trí phẫu diện đặc trưng (từ S2 đến S15) trên khu vực Tây sân bay Biên Hòa trong năm 2011. Phương pháp lấy mẫu theo phẫu diện thẳng đứng được áp dụng thay thế kỹ thuật khoan lõi đơn lẻ nhằm phản ánh chính xác sự phân tầng địa chất và hiện tượng dịch chuyển chất độc ở các lớp cao độ từ -200 cm đến +590 cm.

Quy trình phân tích hóa học tuân thủ tiêu chuẩn 45 TQSB 01:2007 (cải tiến từ phương pháp EPA 8280A của Cục Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ). Đất được đồng nhất, bổ sung nội chuẩn 13C12-PCDD/PCDF, chiết Soxhlet qua dung môi n-hexan, làm sạch qua cột sắc ký đa lớp và cột than hoạt tính FAS-MD/AX21 trước khi định lượng đồng phân 2,3,7,8-TCDD trên hệ thống sắc ký khí ghép khối phổ (GC-MS). Hàm lượng mùn và thành phần cơ giới cấp hạt được xác định theo phương pháp chuẩn thổ nhưỡng.

Về phương pháp sinh học phân tử, vi khuẩn bản địa được phân lập bằng kỹ thuật làm giàu sinh học trên môi trường muối khoáng tối thiểu bổ sung dịch chiết dioxin. Tách chiết DNA tổng số, thực hiện phản ứng khuếch đại PCR đoạn gene 16S rRNA với cặp mồi 27F/1492R, gene tfdA với cặp mồi tfdAF/tfdAR và gene dioxin dioxygenase với cặp mồi DIOXY-F/DIOXY-R. Trình tự nucleotide được gióng hàng và xây dựng cây phát sinh chủng loại bằng phần mềm Clustal X và MEGA5. Khả năng loại bỏ 2,3,7,8-TCDD được đánh giá định tính qua độ suy giảm diện tích pic sắc ký GC-MS sau thời gian nuôi cấy thực nghiệm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích sắc ký khí khối phổ 42 mẫu đất cho thấy mức độ ô nhiễm 2,3,7,8-TCDD tại khu Tây sân bay Biên Hòa phân bố dị thường, không tuân theo quy luật giảm dần theo độ sâu như các điểm ô nhiễm thông thường. Hàm lượng 2,3,7,8-TCDD đạt mức cao kỷ lục 106.749 ppt tại vị trí S13 ở độ sâu 95 cm, và đạt 93.876 ppt tại vị trí S5 ở độ sâu 140 cm. Ngay tại tầng đất rất sâu là -135 cm so với mực nước biển, hàm lượng dioxin vẫn ghi nhận ở mức cực cao với 27.411 ppt tại vị trí S4 và 20.142 ppt tại vị trí S8, vượt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia cho phép (1.000 ppt đối với đất công nghiệp/phi nông nghiệp) từ 20 đến trên 106 lần.

Đặc điểm thổ nhưỡng tại khu vực khảo sát cho thấy tỷ lệ hạt sét (kích thước dưới 0,02 mm) chiếm ưu thế áp đảo, dao động từ 57,75% đến 69,55%, trong khi hạt cát chỉ chiếm từ 30,45% đến 42,25%. Hàm lượng mùn trong đất duy trì ở mức tương đối cao từ 3,52% đến 5,44%. Mối tương quan nghịch giữa thành phần cơ giới mịn và tốc độ rửa trôi cho thấy chất độc bị hấp phụ chặt vào phức hệ sét - mùn, hạn chế phân tán bề mặt nhưng lại lưu giữ bền vững trong các tầng đất sâu.

Từ đất ô nhiễm, nghiên cứu đã phân lập thành công hai chủng vi khuẩn thuần khiết ký hiệu BHNA1 và BHNB1 có khả năng sinh trưởng trên môi trường chứa dioxin và chất diệt cỏ. Phân tích trình tự 16S rRNA định danh chủng BHNA1 thuộc chi Pseudomonas sp. và chủng BHNB1 thuộc chi Sphingomonas sp. Kết quả PCR xác nhận cả hai chủng đều mang gene chức năng tfdA kích thước khoảng 1,0 kb, đồng thời chủng BHNB1 mang thêm đoạn gene mã hóa dioxin dioxygenase. Phổ GC-MS định tính chứng minh diện tích pic 2,3,7,8-TCDD giảm đáng kể so với mẫu đối chứng vô sinh (100%), khẳng định hoạt tính phân hủy sinh học mạnh mẽ của hai chủng bản địa này.

Thảo luận kết quả

Khác biệt nổi bật của khu Tây sân bay Biên Hòa so với sân bay Đà Nẵng (nơi 99% lượng dioxin tập trung ở lớp đất mặt 0-10 cm với nồng độ 361.000 ppt) hay sân bay Phù Cát (ô nhiễm tập trung tại các sân bê tông rửa với mức 238.000 ppt) là hiện tượng tồn dư ngầm cục bộ không đồng nhất. Dữ liệu thực nghiệm khi biểu diễn qua biểu đồ không gian ba chiều hoặc bản đồ phẫu diện cho thấy các "túi dioxin" nằm rải rác ở các cao độ khác nhau, xuất phát từ hoạt động san lấp, cào xới đất quân sự trong quá khứ kết hợp với sự dịch chuyển vi mô trong các khe nứt tầng sét.

Về mặt cảm quan sinh thái, bề mặt khu Tây sân bay Biên Hòa vẫn có thảm thực vật cây bụi phát triển tự nhiên và không phát sinh mùi hóa chất clo hữu cơ nồng nặc như tại đầu Bắc sân bay Đà Nẵng. Sự hiện diện đồng thời của vi khuẩn dị dưỡng Pseudomonas sp. BHNA1 và Sphingomonas sp. BHNB1 chứng minh rằng áp lực chọn lọc tự nhiên suốt 40 năm đã giúp hệ vi sinh vật bản địa thích nghi và tiến hóa các con đường chuyển hóa đặc hiệu. Việc sở hữu gene dioxin dioxygenase cho phép vi khuẩn thực hiện phản ứng cắt vòng vị trí góc, mở ra hướng ứng dụng công nghệ khử độc sinh học trực tiếp tại chỗ mà không tạo ra các hợp chất chuyển hóa trung gian dạng "ngõ cụt" gây độc thứ cấp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Ứng dụng quy trình chôn lấp tích cực kết hợp phân hủy sinh học (Active Landfilling with Bioremediation): Bộ Quốc phòng phối hợp cùng Bộ Tài nguyên và Môi trường cần triển khai ngay công nghệ chôn lấp cô lập kết hợp phối trộn chế phẩm vi sinh cho toàn bộ 150.000 m2 đất ô nhiễm tại khu Tây. Mục tiêu xử lý đạt tỷ lệ giảm 60% đến 75% nồng độ 2,3,7,8-TCDD sau chu kỳ 24 đến 36 tháng, đưa nồng độ về dưới ngưỡng an toàn 1.000 ppt.
2. Xây dựng đê bao địa kỹ thuật và hệ thống giếng quan trắc tự động: Các đơn vị thi công công binh cần hoàn thành hệ thống hào chống thấm sâu đến -300 cm dọc theo chu vi phía Tây giáp sông Đồng Nai trong vòng 12 tháng. Hệ thống quan trắc nước ngầm định kỳ cần bảo đảm 100% mẫu nước mặt và nước ngầm đạt tiêu chuẩn QCVN với nồng độ dioxin dưới mức phát hiện 0,1 pg/L TEQ.
3. Sản xuất sinh khối hai chủng vi khuẩn BHNA1 và BHNB1 ở quy mô công nghiệp: Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam cần thực hiện đề tài nhân nuôi pilot chủng Pseudomonas sp. BHNA1 và Sphingomonas sp. BHNB1 trong thời gian 6 tháng, đảm bảo mật độ tế bào đạt từ 10^8 đến 10^9 CFU/g chế phẩm sinh học phục vụ xử lý hiện trường.
4. Cập nhật quy chuẩn kỹ thuật điều tra phẫu diện đất sâu: Bộ Tài nguyên và Môi trường cần bổ sung hướng dẫn bắt buộc khảo sát phẫu diện tầng sâu (-200 cm đến +500 cm) thay vì chỉ khoan lấy mẫu tầng mặt trong các dự án đánh giá điểm nóng chất độc hóa học, nâng độ chính xác của mô hình hóa khối lượng đất nhiễm lên trên 95% trong lộ trình 2 năm tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Kỹ sư và chuyên gia công nghệ môi trường: Cung cấp quy trình phân tích sắc ký GC-MS chuẩn mực, thông số vận hành phân hủy sinh học hiếu khí và kinh nghiệm xử lý các hợp chất POPs khó phân hủy trong nền đất giàu sét.
• Cơ quan quản lý nhà nước và quân đội (Bộ Quốc phòng, Binh chủng Hóa học, Cục Kiểm soát Ô nhiễm): Cung cấp bộ cơ sở dữ liệu thực địa chính xác về tọa độ, độ sâu và thể tích đất nhiễm tại sân bay Biên Hòa phục vụ công tác lập dự toán, phân bổ ngân sách và thiết kế biện pháp cô lập an toàn.
• Các nhà khoa học, giảng viên và học viên cao học ngành Công nghệ Sinh học và Khoa học Môi trường: Tài liệu tham khảo giá trị về kỹ thuật nhân dòng gene chức năng tfdA, dioxin dioxygenase, phân tích phylogenetic và đánh giá tương tác sinh học phân tử của vi khuẩn đất.
• Các tổ chức quốc tế và tổ chức phi chính phủ (UNDP, USAID, Hatfield Consultants): Nguồn số liệu đối sánh thực chứng chất lượng cao giữa các điểm nóng Biên Hòa, Đà Nẵng và Phù Cát nhằm tối ưu hóa các chương trình tài trợ nhân đạo và khắc phục hậu quả chiến tranh tại Đông Nam Á.

Câu hỏi thường gặp

• Tại sao nồng độ dioxin tại Tây sân bay Biên Hòa lại phân bố bất thường theo độ sâu? Sự phân bố phức tạp với các đỉnh ô nhiễm lên tới 106.749 ppt ở độ sâu 95 cm hay 27.411 ppt ở độ sâu -135 cm bắt nguồn từ lịch sử san ủi, chôn lấp cơ học các thùng hóa chất trong chiến dịch Pacer Ivy, kết hợp với cấu trúc địa tầng chứa 57% đến 69% hạt sét giữ chặt chất độc tại các phẫu diện ngầm.

• Đồng phân 2,3,7,8-TCDD nguy hại như thế nào đối với môi trường và sức khỏe? Đồng phân 2,3,7,8-TCDD có hệ số độc tính cao nhất (TEF = 1,0), cực kỳ bền nhiệt (chỉ phân hủy trên 1.200 độ C), tính ái mỡ cao làm tăng tích lũy sinh học trong mô mỡ động vật và chuỗi thức ăn, với thời gian bán hủy trong cơ thể người từ 5 đến 7 năm và trong đất sâu lên tới hàng thế kỷ.

• Vai trò của gene tfdA và dioxin dioxygenase trong quá trình xử lý sinh học là gì? Gene tfdA mã hóa enzyme khởi động quá trình oxy hóa tách chuỗi axetat của chất diệt cỏ 2,4-D tạo thành 2,4-DCP, trong khi gene dioxin dioxygenase xúc tác phản ứng oxy hóa vị trí góc 4,4a, bẻ gãy khung thơm của vòng dioxin mà không tạo ra các chất độc trung gian gây tắc nghẽn chuyển hóa.

• Hai chủng vi khuẩn BHNA1 và BHNB1 có ưu thế gì so với vi sinh vật nhập nội? Là các chủng bản địa được tôi luyện qua 4 thập kỷ trong môi trường đất chua nhiễm độc cao, Pseudomonas sp. BHNA1 và Sphingomonas sp. BHNB1 có khả năng sống sót tuyệt đối, không gây mất cân bằng sinh thái địa phương và sở hữu đầy đủ bộ máy enzyme tương thích với điều kiện thổ nhưỡng Việt Nam.

• Phương pháp phân hủy sinh học có điểm vượt trội nào so với các công nghệ nhiệt? Xử lý sinh học có chi phí vận hành chỉ bằng khoảng 20% đến 30% so với công nghệ giải hấp nhiệt (Thermal Desorption), hoàn toàn thân thiện với môi trường, không phát sinh khí thải thứ cấp độc hại và giúp bảo tồn tính chất thổ nhưỡng của đất sau khi xử lý.

Kết luận

• Luận văn đã xác định diện mạo ô nhiễm ngầm đặc thù tại khu Tây sân bay Biên Hòa với nồng độ 2,3,7,8-TCDD cao nhất đạt 106.749 ppt ở độ sâu 95 cm và duy trì trên 20.000 ppt ở cao độ -135 cm.
• Khẳng định vai trò của phức hệ thổ nhưỡng với hàm lượng hạt sét 57,75% đến 69,55% và mùn 3,52% đến 5,44% trong việc lưu giữ và cố định hóa chất diệt cỏ qua hơn 40 năm.
• Phân lập và định danh thành công hai chủng vi khuẩn có hoạt tính cao gồm Pseudomonas sp. BHNA1 và Sphingomonas sp. BHNB1 có khả năng sử dụng dioxin làm nguồn dinh dưỡng.
• Chứng minh bằng sinh học phân tử sự hiện diện của các gene thoái hóa cốt lõi tfdA (~1,0 kb) và dioxin dioxygenase, xác nhận cơ chế oxy hóa vị trí góc giúp khử độc triệt để 2,3,7,8-TCDD.
• Đặt nền móng khoa học vững chắc để ứng dụng giải pháp công nghệ chôn lấp tích cực kết hợp chế phẩm vi sinh bản địa trên quy mô hiện trường pilot từ 1.000 m3 đến 3.000 m3 trong giai đoạn tới, kêu gọi các cơ quan quản lý và nhà tài trợ sớm triển khai nhằm phục hồi môi trường sống an toàn cho cộng đồng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Trong chiến tranh ở Việt Nam, các chất diệt cỏ chứa dioxin (chất diệt cỏ/dioxin) được gọi với các tên khác nhau là chất độc hóa học, chất diệt cỏ, dioxin, chất da cam mà quân đội Mỹ sử dụng ở miền Nam Việt Nam bắt đầu từ ngày 10/8/1961 và kết thúc vào ngày 31/10/1971 đã gây ra thảm họa lớn cho môi trường và con người. Theo Young (2009) quân đội Mỹ đã rải tổng cộng 74.920 lít chất diệt cỏ, trong đó: chất da cam là 43.640 lít; chất xanh lá mạ, chất hồng, chất tím là 2.240 lít; chất trắng là 21.400 lít; chất xanh da trời là 6. Các chất diệt cỏ trên chứa dioxin (tetraclordibenzodioxin-TCDD) là tạp chất sinh ra trong quá trình sản xuất các chất diệt cỏ. Sân bay Biên Hòa là một trong số các căn cứ quân sự mà quân đội Mỹ sử dụng làm nơi lưu trữ, đóng nạp các chất trên để phục vụ các cuộc phun rải kéo dài và để lại sự ô nhiễm nặng nề cho đến ngày nay.

Hiện tại có 4 khu vực ở sân bay này vẫn bị ô nhiễm chất diệt cỏ/dioxin. Khu 1 là khu chứa ở phía Nam sân bay nồng độ ô nhiễm cao nhất tới 5,8 triệu ppt, diện tích của khu vực này khoảng 4,7 ha; Khu 2 là nam sân bay diện tích ô nhiễm khoảng 1,0 ha, chiều sâu nhiễm 1 m, độ tồn lưu dioxin (2,3,7,8 TCDD) phân tích được tới 65. Khu 3 là khu vực ao - hồ thuộc cổng II sân bay, diện tích ô nhiễm hơn 2 ha và chủ yếu là trầm tích (bùn), nồng độ dioxin phân tích cao nhất ở khu vực này chỉ khoảng 2. Khu 4 là Tây sân bay, đây là khu vực mới được phát hiện (khu Pacer Ivy) [2].

Ảnh hưởng của chất diệt cỏ chứa dioxin đối với môi trường sinh thái và con người ở Việt Nam đã được nghiên cứu từ những năm 80 của thể kỷ trước với nhiều đề tài, dự án điều tra, đánh giá tác hại của chất diệt cỏ/dioxin. Đồng thời các nghiên cứu ở quy mô khác nhau đã nhằm vào việc tìm kiếm các công nghệ xử lý khử độc ô nhiễm môi trường mang tính khả thi. Từ nghiên cứu trong phòng thí nghiệm tới quy mô pilot hiện trường và thử nghiệm ở quy mô lớn tới hàng nghìn mét khối để xử lý khử độc đất hay trầm tích bị ô nhiễm đã được tiến hành. Tuy nhiên, các nghiên cứu LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] này chỉ ở đối tượng là các “điểm nóng” với các khu vực bị ô nhiễm đã biết như đầu Bắc sân bay Đà Nẵng, khu vực Z1 sân bay Biên Hòa, còn những khu vực mới phát hiện trong thời gian gần đây thì chưa có nghiên cứu chi tiết kể cả điều tra cơ bản.

Vì vậy cho đến nay chưa có giải pháp công nghệ để xử lý làm sạch khu vực Tây sân bay Biên Hòa. Chính vì vậy các nghiên cứu đã được tiến hành nhằm vào việc xác định khu vực ô nhiễm trong đó có đánh giá độ tồn lưu và khả năng xử lý bằng con đường sinh học. Các nhiệm vụ đầu tiên được đặt ra là đó là đánh giá một số tính chất của đất ô nhiễm và mức độ độc của dioxin theo độ sâu; nghiên cứu đa dạng vi sinh vật cũng như sự biểu hiện của các gene chức năng trong đất nhiễm chất diệt cỏ/dioxin; nghiên cứu khả năng khử clo sinh học các hợp chất ô nhiễm theo cơ chế oxy hóa cắt vòng, xúc tác hay loại khử clo, các quá trình biến đổi chất sử dụng chất diệt cỏ/dioxin như là nguồn carbon và năng lượng duy nhất hay theo cơ chế trao đổi chất. Một số nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước về phân lập, đánh giá khả năng sử dụng các hợp chất độc cũng như gene tham giá quá trình phân hủy các chất độc đã được tiến hành [9,11,1,22,21,27,5,126,6,84,91].

Bên cạnh các nghiên cứu về đa dạng chủng loại, gene chức năng cùng một số nghiên cứu về lý, hóa và sinh học nhằm khử độc đất nhiễm đã được tiến hành trong đất tại các “điểm nóng” trong đó có sân bay Đà Nẵng, khu vực Z1 sân bay Biên Hòa. Trong các công nghệ có thể áp dụng cho xử lý môi trường nói chung và xử lý các hợp chất khó phân hủy nói riêng, đặc biệt là các chất diệt cỏ có chứa dioxin thì việc khử độc đất nhiễm bằng phân hủy sinh học (bioremediation) được quan tâm đặc biệt do giá thành thấp và thân thiện với môi trường. Cơ sở của phương pháp phân hủy sinh học trong điều kiện của Việt Nam là kích thích tập đoàn vi sinh vật bản địa để phân hủy chất ô nhiễm là hỗn hợp của chất diệt cỏ/dioxin và các chất ô nhiễm tạo ra trong đất sau quá trình phân hủy tự nhiên. Do vậy nghiên cứu đa dạng vi sinh vật và gene chức năng trong đất nhiễm là hết sức cần thiết.

Đồng thời nghiên cứu khả năng phân hủy 2,3,7,8-TCDD là chất chiếm tỷ lệ 90 đến 99% tổng độ độc trong đất đã được đặt ra. Kết quả của các nghiên cứu cơ bản về quần xã vi sinh vật, các gene chức năng có mặt trong đất và bùn hồ nhiễm chất diệt cỏ chứa dioxin sẽ là cơ sở quyết định trong LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] xây dựng quy trình công nghệ phù hợp để xử lý khử độc các điểm nóng ô nhiễm vẫn còn tồn tại cho đến nay. Trên cơ sở lý luận khoa học và nhu cầu cấp bách của việc khử độc làm sạch đất nhiễm tại các “điểm nóng” đã biết và các khu vực mới phát hiện thuộc các sân bay quân sự cũ, góp phần thực hiện Chương trình khắc phục hậu quả của chất độc hóa học do Mỹ sử dụng trong chiến tranh, đề tài “Đánh giá đặc điểm ô nhiễm dư lượng chất diệt cỏ/đioxin và khả năng phân hủy sinh học tại khu vực ô nhiễm Tây sân bay Biên Hòa tỉnh Đồng Nai” thực hiện với các mục đích và nội dung chính như sau:  Mục tiêu của đề tài Tìm hiểu mức độ ô nhiễm chất diệt cỏ/dioxin tại khu vực đầu phía Tây sân bay Biên Hòa tỉnh Đồng Nai, đánh giá khả năng phân hủy sinh học của vi sinh bản địa tại khu vực trong điều kiện phòng thí nghiệm.  Nội dung nghiên cứu - Khảo sát và phân tích hiện trạng, đặc điểm ô nhiễm dioxin tại khu vực đầu Tây sân bay Biên Hòa (chỉ số môi trường, địa hóa cơ bản như hàm lượng mùn, thành phần cơ giới, độ pH v.

và mức độ ô nhiễm dioxin); - Đặc điểm sinh học của một số chủng vi khuẩn phân lập được từ khu vực nghiên cứu. - Xác định sự có mặt của 2 gene chức năng tfdA và dioxin dioxygenase tham gia phân hủy chất diệt cỏ/dioxin từ hai chủng vi khuẩn trên. - Nghiên cứu khả năng phân hủy chất diệt cỏ/dioxin của hai chủng vi khuẩn được phân lập từ khu vực nghiên cứu và phân loại định tên chúng; LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.Dioxin, đặc điểm tính chất của dioxin và các chất tƣơng tự Dioxin thuộc vào một trong 12 nhóm chất hữu cơ khó phân huỷ (Persistent Organic Pollutants) này được gọi tắt POP theo công ước Stockholm (UNEP, 2001) phải được loại bỏ hoàn toàn. Các chất này gồm: Policlobiphenyl (PCB); Policlodibenzeo-p-dioxin (PCDD); Policlodibenzofuran (PCDF); Aldrin; Dieldrin; Diclodiphenyltricloetan (DDT); Endrin; Clordan; Hexaclobenzen; Mirex; Toxaphen; Heptaclo [24].

Trong 12 nhóm chất POP, với tên chung là “dioxin” và tương tự dioxin, thường được hiểu là các chất Policlodibenzo-p-dioxin (PCDD) và Polyclodibenzofuran (PCDF), polyclobiphenyl (PCB). Trừ PCDD và PCDF là nhóm các chất không chủ định sản xuất, các chất còn lại được sản xuất để sử dụng trong hoạt động kinh tế. PCB được sử dụng trong chế tạo dầu biến thế, tụ điện lỏng, làm chất hoá dẻo, v.Các chất chứa clo được sản xuất làm thuốc trừ sâu, trừ muỗi, trừ côn trùng có hại v. Các đồng phân của dioxin và furan: a) Polyclodibenzo-p-dioxin có 75 chất gọi là đồng phân, phụ thuộc vào số lượng nguyên tố clo trong phân tử được chia ra tám nhóm đồng phân (isomer).

b) Polyclodibenzofuran có 135 chất gọi là đồng phân, tương tự như PCDD, PCDF được chia ra tám nhóm đồng phân [24]. Cấu tạo nguyên tử chung của dioxin và furan như sau: 9 10 1 8 O 9 1 2 8 2 7 3 7 6 O 3 5 4 O Cl x Cl y Cl m 6 5 4 Cln Policlodibenzo-p-dioxin Policlodibenzofuran 1. Các đặc điểm lý, hóa học của dioxin LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Dioxin có độ bền cao Một trong những đặc điểm quan trọng của dioxin là có độ bền vật lý, hóa học và sinh học cao.

Ở điều kiện bình thường, dioxin là những chất rắn, có nhiệt độ nóng chảy khá cao, áp suất hơi rất thấp và rất ít tan trong nước. Nhiệt độ sôi của 2,3,7,8-TCDD, là đồng phân độc nhất trong các đồng phân của dioxin, vào khoảng 412,2oC. Độ hoà tan của nó trong chất diệt cỏ sử dụng trong chiến tranh vào khoảng 580 ppm; trong các dung môi hữu cơ khác lần lượt là: o- diclobenzen: 1.400 mg/l, clobenzen: 720 mg/l, benzene: 570 mg/l, chloroform: 370mg/l; axeton: 110 mg/l, methanol: 10mg/l [34, 113].1: Một số tính chất của dioxin và furan Phân tử Nhiệt độ Nhiệt độ Độ tan trong áp suất Chất lượng nóng chảy, C sôi oC o nước ng/l mmHg [2,3,7,8]-TCDD 322,0 305-306 446,5 19,3 7,40. 10-10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Dioxin ái mỡ và kỵ nƣớc Đặc tính ái mỡ (lipophilic) và kị nước (hydrophobic) của dioxin liên quan chặt chẽ với độ bền vững của chúng trong cơ thể sống cũng như trong tự nhiên và sự phân bố của chúng trong các cơ quan của cơ thể. Hệ số phân bố của 2,3,7,8-TCDD đã được xác định trong các thành phần của cơ thể lần lượt là: mô mỡ 300; da 30; gan 25; sữa mẹ 13; thành ruột 10; máu 10; thận 7; bắp thịt 4; mật 0,5; nước tiểu 0,00005. Vì vậy, khi nghiên cứu đánh giá độ tồn lưu của dioxin trong cơ thể người, thường lấy mỡ, máu và sữa mẹ là các mô chứa nhiều sữa nhất nên tại đây dioxin có khả năng bị hòa tan cao nhất. Trong sữa mẹ có khoảng 3-4% mỡ, còn trong máu khoảng 0,3 - 0,7% [51].

Tính bền vững hoá học Về mặt hoá học, dioxin rất bền vững, không bị phân huỷ dưới tác dụng của các axit mạnh, kiềm mạnh, các chất oxy hoá mạnh khi không có chất xúc tác và ngay ở cả môi trường có nhiệt độ cao. Dioxin không bị thuỷ phân trong nước ở điều kiện bình thường. Nước siêu tới hạn có nhiệt độ 375oC, áp suất 222 atm và tỷ khối 0,307 g/cm3, có thể hoà tan và oxy hoá dioxin với hiệu suất rất cao, ở quy mô phòng thí nghiệm, 99,9999% [39].