Luận văn thạc sĩ nghiên cứu đệm sinh học trong phân hủy hóa chất bảo vệ thực vật chlorpyrifos

Luận văn nghiên cứu đệm sinh học phân hủy chlorpyrifos, hóa chất bảo vệ thực vật. Tìm hiểu quy trình, đánh giá hiệu quả và ứng dụng thực tiễn.

• Tác giả: Vũ Thị Thu
• Người hướng dẫn: PGS. Ngô Thị Tường Châu
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Khoa học môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu đệm sinh học trong phân hủy hóa chất bảo vệ thực vật (Chlorpyrifos)
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Tổng quan về biobed
• 1.1.1. Khái niệm
• 1.1.2. Cấu trúc của biobed
• 1.1.3. Ảnh hưởng của các yếu tố đến đặc tính của biobed
• 1.2. Tổng quan về HCBVTV
• 1.2.1. Định nghĩa
• 1.2.2. Phân loại HCBVTV theo gốc hoá học
• 1.2.3. Tình hình sử dụng HCBVTV
• 1.2.4. Ô nhiễm môi trường do sử dụng HCBVTV
• 1.2.5. Hiện trạng tồn dư HCBVTV
• 1.2.6. Sự phân hủy HCBVTV của vi sinh vật
• 1.3. Tổng quan tình hình nghiên cứu và ứng dụng hệ thống biobed
• 1.3.1. Trên thế giới
• 1.3.2. Tình hình ứng dụng biobed ở Việt Nam
• 1.3.3. Hướng sử dụng bã thải trồng nấm thay thế than bùn trong biomix
• 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. Phương pháp chuẩn bị các loại biomix
• 2.2.1.1. Chuẩn bị nguyên liệu
• 2.2.1.2. Bố trí thí nghiệm
• 2.2.2. Phương pháp xác định đặc tính lý - hoá của biomix
• 2.2.3. Phương pháp xác định hoạt tính enzyme phân hủy lignin của biomix
• 2.2.4. Phương pháp xác định số lượng vi sinh vật của biomix
• 2.2.5. Phương pháp đánh giá hô hấp vi sinh vật của biomix
• 2.2.6. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ Chlorpyrifos, pH và nhiệt độ đến hiệu quả phân hủy Chlorpyrifos của biomix
• 2.2.7. Phương pháp chiết xuất và định lượng Chlorpyrifos
• 2.2.8. Xây dựng mô hình đệm sinh học để đánh giá hiệu quả xử lý Chlorpyrifos
• 2.2.9. Phương pháp xử lý số liệu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Chuẩn bị và khảo sát một số đặc tính lý hóa ban đầu của các biomix
• 3.1.1. Độ ẩm cực đại
• 3.1.2. Hàm lượng C hữu cơ, N tổng số
• 3.2. Đặc tính sinh học của các biomix
• 3.2.1. Tổng số vi sinh vật hiếu khí
• 3.2.2. Tổng số vi sinh vật phân hủy ligno-cellulose
• 3.2.3. Hô hấp vi sinh vật
• 3.3. Ảnh hưởng của thời gian ủ ban đầu đến hoạt tính enzym phân hủy lignin của các biomix
• 3.4. Ảnh hưởng của pH, nồng độ Chlorpyrifos và nhiệt độ đến hiệu quả phân hủy Chlorpyrifos của biomix
• 3.4.1. Đánh giá hiệu quả phân hủy Chlorpyrifos của các biomix
• 3.4.2. Ảnh hưởng của pH, nồng độ Chlorpyrifos và nhiệt độ đến hiệu quả phân hủy Chlorpyrifos của biomix
• 3.5. Sự biến động các thông số lý hoá và hiệu quả xử lý Chlorpyrifos của mô hình biobed trong phòng thí nghiệm
• 3.5.1. Sự rò rỉ nước từ biomix trong hệ biobed
• 3.5.2. Sự biến động về nhiệt độ của biomix trong biobed
• 3.5.3. Sự biến động về pH của biomix trong biobed
• 3.5.4. Sự biến động về độ ẩm của biomix trong biobed
• 3.5.5. Hiệu quả phân hủy Chlorpyrifos của biobed trong quá trình hoạt động trong biobed
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan luận văn thạc sĩ về đệm sinh học xử lý chlorpyrifos

Luận văn thạc sĩ khoa học của tác giả Vũ Thị Thu (2018) với đề tài “Nghiên cứu đệm sinh học trong phân hủy hóa chất bảo vệ thực vật (Chlorpyrifos)” là một công trình khoa học có giá trị, tập trung vào việc tìm kiếm giải pháp xử lý ô nhiễm thuốc trừ sâu tại nguồn. Công trình này thuộc chuyên ngành Khoa học Môi trường, đi sâu vào ứng dụng công nghệ bioremediation để giải quyết vấn nạn dư lượng thuốc bảo vệ thực vật trong nông nghiệp. Bối cảnh nghiên cứu xuất phát từ thực trạng lạm dụng hóa chất bảo vệ thực vật (HCBVTV) tại Việt Nam, đặc biệt là các hợp chất lân hữu cơ độc hại như chlorpyrifos, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường đất và nước. Luận văn đặt mục tiêu tối ưu hóa hệ thống biobed (đệm sinh học) để có thể triển khai hiệu quả trong điều kiện canh tác tại Việt Nam. Đây không chỉ là một đề tài thạc sĩ công nghệ sinh học mang tính ứng dụng cao mà còn là một báo cáo khoa học xử lý thuốc trừ sâu chi tiết, từ khâu chuẩn bị nguyên liệu, khảo sát đặc tính lý hóa, đến đánh giá hiệu quả phân hủy trong mô hình thí nghiệm. Nghiên cứu tập trung vào việc thay thế các thành phần truyền thống trong hỗn hợp sinh học (biomix) bằng những vật liệu địa phương sẵn có, chi phí thấp như bã thải trồng nấm, nhằm tạo ra một giải pháp nông nghiệp bền vững. Luận văn đã thành công trong việc khảo sát các yếu tố ảnh hưởng như pH, nhiệt độ, nồng độ hóa chất đến động học quá trình phân hủy chlorpyrifos, cung cấp những dữ liệu khoa học quan trọng cho việc nhân rộng mô hình này. Các kết quả từ việc phân tích dư lượng CPF (chlorpyrifos) cho thấy tiềm năng to lớn của đệm sinh học trong việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường nông nghiệp, mở ra hướng đi mới cho các khóa luận về thuốc trừ sâu và các nghiên cứu sâu hơn.

1.1. Bối cảnh và tính cấp thiết của một luận văn môi trường

Việc lạm dụng hóa chất bảo vệ thực vật (HCBVTV) đang gây ra những hậu quả nghiêm trọng cho môi trường và sức khỏe con người tại Việt Nam. Theo thống kê, lượng HCBVTV sử dụng tăng gấp nhiều lần trong các thập kỷ qua, dẫn đến tình trạng ô nhiễm chlorpyrifos và các hóa chất khác trong đất, nước mặt và nước ngầm. Một nguyên nhân quan trọng là việc tráng rửa dụng cụ bơm phun và đổ trực tiếp ra môi trường, tạo thành các nguồn ô nhiễm điểm. Trước thực trạng đó, các luận văn môi trường tập trung vào giải pháp xử lý tại nguồn như công trình này có ý nghĩa cấp thiết, đáp ứng nhu cầu thực tiễn về một phương pháp xử lý hiệu quả, chi phí thấp và thân thiện với môi trường.

1.2. Mục tiêu chính của đề tài nghiên cứu hệ thống biobed

Mục tiêu cốt lõi của luận văn là nghiên cứu và tối ưu hóa hệ thống biobed để ứng dụng vào việc phân hủy chlorpyrifos. Các mục tiêu cụ thể bao gồm: (1) Chuẩn bị và khảo sát đặc tính lý-hóa, sinh học của các hỗn hợp sinh học (biomix) từ vật liệu địa phương; (2) Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố như thời gian ủ, pH, nhiệt độ và nồng độ đến khả năng phân hủy sinh học thuốc trừ sâu của biomix; (3) Đánh giá hiệu quả xử lý của biobed trong mô hình phòng thí nghiệm thông qua việc theo dõi sự biến động các thông số và nồng độ chlorpyrifos tồn dư. Kết quả nghiên cứu hướng tới việc cung cấp cơ sở khoa học cho việc triển khai mô hình trong thực tế.

II. Thách thức từ ô nhiễm chlorpyrifos trong nông nghiệp Việt Nam

Chlorpyrifos là một hoạt chất trừ sâu thuộc nhóm lân hữu cơ, được sử dụng rộng rãi nhưng lại có độc tính cao, xếp vào nhóm độc II theo WHO. Việc sử dụng không kiểm soát đã dẫn đến tình trạng ô nhiễm chlorpyrifos lan rộng, gây ra nhiều thách thức lớn. Thách thức đầu tiên là sự tồn lưu lâu dài trong môi trường. Hợp chất này có chu kỳ bán phân hủy kéo dài, tích tụ trong đất và trầm tích, gây thoái hóa đất và làm suy giảm đa dạng sinh học. Tình trạng xử lý ô nhiễm đất nông nghiệp trở nên phức tạp do hóa chất ngấm sâu vào các tầng đất, đi vào mạch nước ngầm. Thách thức thứ hai là sự ảnh hưởng tiêu cực đến hệ sinh thái thủy sinh. Dư lượng thuốc bảo vệ thực vật từ các hoạt động nông nghiệp bị rửa trôi vào sông, hồ, gây ngộ độc cấp tính cho cá và các sinh vật khác. Thách thức thứ ba là nguy cơ đối với sức khỏe con người. Chlorpyrifos có thể ảnh hưởng đến hệ thần kinh, đặc biệt nguy hiểm cho sự phát triển của thai nhi và trẻ nhỏ, ngay cả ở liều lượng thấp. Việc phân tích dư lượng CPF trong nông sản và môi trường thường xuyên cho thấy các chỉ số vượt ngưỡng an toàn. Các phương pháp xử lý chlorpyrifos truyền thống thường tốn kém và không hiệu quả triệt để đối với các nguồn ô nhiễm điểm, phân tán. Do đó, việc tìm kiếm một giải pháp nông nghiệp bền vững để xử lý loại hóa chất này ngay tại nguồn là một yêu cầu bức thiết, đòi hỏi các nghiên cứu chuyên sâu như luận văn thạc sĩ nghiên cứu đệm sinh học.

2.1. Hiện trạng dư lượng thuốc bảo vệ thực vật trong môi trường

Tình trạng dư lượng thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) tại các vùng nông nghiệp Việt Nam đang ở mức báo động. Các nghiên cứu chỉ ra rằng có tới 50% lượng thuốc phun bị rơi xuống đất, trong khi vỏ bao bì và nước súc rửa dụng cụ chứa một lượng đáng kể hóa chất còn sót lại. Hậu quả là nồng độ các hoạt chất, bao gồm chlorpyrifos, trong đất và nước thường xuyên vượt quá giới hạn cho phép. Điều này không chỉ làm ô nhiễm môi trường sống mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng nông sản và an toàn thực phẩm, tạo ra rào cản lớn cho việc xuất khẩu nông sản sang các thị trường khó tính.

2.2. Tác động của chlorpyrifos đến hệ sinh thái và sức khỏe

Chlorpyrifos gây ra những tác động nghiêm trọng và đa chiều. Đối với hệ sinh thái, nó tiêu diệt không chỉ sâu hại mà cả các sinh vật có lợi như giun đất, vi sinh vật đất và côn trùng thụ phấn, làm mất cân bằng sinh thái. Trong môi trường nước, chlorpyrifos rất độc với cá và các loài thủy sinh. Đối với con người, phơi nhiễm chlorpyrifos, dù là cấp tính hay mãn tính, đều có thể gây tổn thương hệ thần kinh trung ương. Đây là lý do nhiều quốc gia đã hạn chế hoặc cấm sử dụng hoạt chất này. Việc tìm ra phương pháp phân hủy sinh học thuốc trừ sâu hiệu quả là rất quan trọng để bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

III. Phương pháp xây dựng hệ thống biobed phân hủy thuốc trừ sâu

Luận văn đã trình bày chi tiết phương pháp xây dựng một hệ thống biobed hiệu quả, dựa trên nguyên lý của công nghệ bioremediation. Đây là một hệ thống đơn giản, chi phí thấp, có thể được lắp đặt ngay tại các vùng canh tác. Cấu trúc của biobed là yếu tố quyết định đến hiệu quả xử lý. Một hệ thống tiêu chuẩn bao gồm ba lớp chính được chứa trong một hố đào. Lớp đáy cùng là một lớp đất sét dày khoảng 10 cm, có tác dụng chống thấm, ngăn chặn hóa chất rò rỉ ra môi trường bên ngoài. Lớp quan trọng nhất là lớp giữa, gọi là hỗn hợp sinh học (biomix), dày khoảng 50 cm. Đây chính là trái tim của hệ thống, nơi diễn ra quá trình phân hủy sinh học thuốc trừ sâu. Lớp trên cùng là một lớp cỏ che phủ bề mặt, giúp duy trì độ ẩm lý tưởng, ngăn chặn sự hình thành lớp váng cứng và hỗ trợ hoạt động của vi sinh vật. Cấu tạo đệm sinh học này được thiết kế để tối ưu hóa khả năng lưu giữ và phân hủy HCBVTV. Thành phần của biomix được nghiên cứu kỹ lưỡng, sử dụng các vật liệu lọc sinh học có nguồn gốc hữu cơ. Luận văn đã thử nghiệm các công thức biomix khác nhau, thay thế than bùn (khó kiếm và đắt tiền) bằng các loại bã thải sau trồng nấm, kết hợp với rơm và đất mặt theo tỷ lệ tối ưu. Phương pháp chuẩn bị biomix đòi hỏi việc phối trộn đồng nhất và ủ trong một khoảng thời gian nhất định để hệ vi sinh vật phân hủy chlorpyrifos có thời gian thích nghi và phát triển trước khi đưa vào vận hành.

3.1. Phân tích chi tiết cấu tạo đệm sinh học theo luận văn

Cấu tạo đệm sinh học được mô tả trong luận văn là một hệ thống 3 lớp tối ưu. Lớp đất sét đáy cùng đóng vai trò là hàng rào vật lý, giảm dòng chảy trọng lực và tăng thời gian lưu của hóa chất. Lớp biomix ở giữa là môi trường hoạt động chính, cung cấp cơ chất đệm sinh học và hệ vi sinh vật. Lớp cỏ bề mặt không chỉ giữ ẩm mà còn tạo ra các mao mạch dẫn nước, hỗ trợ quá trình đồng trao đổi chất qua dịch tiết rễ. Thiết kế này đảm bảo cả hai quá trình quan trọng: hấp phụ và phân hủy hóa chất một cách hiệu quả.

3.2. Bí quyết tối ưu hỗn hợp sinh học biomix từ vật liệu địa phương

Điểm sáng của luận văn là việc tối ưu hóa cơ chất đệm sinh học từ các nguyên liệu sẵn có. Công thức biomix truyền thống (rơm : than bùn : đất theo tỷ lệ 2:1:1) đã được cải tiến. Rơm cung cấp nguồn lignin dồi dào, là cơ chất cho nấm mục trắng phát triển và tiết ra enzyme phân hủy. Đất cung cấp hệ vi sinh vật bản địa và khả năng hấp phụ. Đặc biệt, việc sử dụng bã thải trồng nấm thay thế than bùn không chỉ giảm chi phí mà còn tận dụng được nguồn phế phẩm nông nghiệp, cung cấp một hệ vi sinh vật đã được thuần hóa có khả năng phân hủy lignin mạnh mẽ.

IV. Cách vi sinh vật phân hủy chlorpyrifos trong đệm sinh học

Cơ chế phân hủy sinh học thuốc trừ sâu chlorpyrifos trong đệm sinh học là một quá trình phức tạp, dựa trên hoạt động của một quần xã vi sinh vật đa dạng, đặc biệt là các loài nấm phân hủy lignin. Luận văn đã làm rõ vai trò của các vi sinh vật phân hủy chlorpyrifos này. Quá trình phân hủy không diễn ra trực tiếp mà thông qua cơ chế đồng trao đổi chất (co-metabolism). Cụ thể, các vi sinh vật, điển hình là nấm mục trắng (white-rot fungi), sử dụng lignin có trong rơm và bã nấm làm nguồn cacbon và năng lượng chính. Trong quá trình phân hủy lignin, chúng tiết ra một hệ enzyme ngoại bào không đặc hiệu, gọi là hệ enzyme ligninolytic, bao gồm laccase, lignin peroxidase và manganese peroxidase. Chính hệ enzyme này có khả năng phá vỡ các liên kết hóa học phức tạp và bền vững trong phân tử chlorpyrifos, biến đổi chúng thành các hợp chất đơn giản hơn và ít độc hại hơn. Động học quá trình phân hủy phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Luận văn chỉ ra rằng hoạt tính của enzyme bị ảnh hưởng bởi độ pH, nhiệt độ và độ ẩm của môi trường biomix. Một môi trường có pH hơi axit (khoảng 5.9), độ ẩm vừa phải và nồng độ nitơ thấp sẽ kích thích nấm mục trắng sản sinh enzyme mạnh mẽ nhất. Đây là cơ sở khoa học để vận hành và bảo trì hệ thống biobed, đảm bảo hiệu quả xử lý của biobed đạt mức cao nhất. Quá trình này là một minh chứng điển hình cho sức mạnh của công nghệ bioremediation trong việc xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy.

4.1. Vai trò của nấm mục trắng và hệ enzyme ligninolytic

Nấm mục trắng được xem là tác nhân chủ chốt trong quá trình phân hủy. Khả năng đặc biệt của chúng là sản sinh ra hệ enzyme ligninolytic có hoạt tính oxy hóa mạnh và phổ cơ chất rộng. Các enzyme này không cần nhận biết chlorpyrifos như một nguồn thức ăn, mà tấn công và phá vỡ cấu trúc của nó một cách “ngẫu nhiên” trong khi đang phân giải lignin. Đây là cơ chế phân hủy không đặc hiệu nhưng lại cực kỳ hiệu quả đối với các hợp chất xenobiotic (chất ngoại lai), bao gồm nhiều loại HCBVTV khác nhau.

4.2. Tìm hiểu động học quá trình phân hủy chlorpyrifos

Động học quá trình phân hủy là tốc độ mà nồng độ chlorpyrifos giảm đi theo thời gian. Nghiên cứu trong luận văn đã khảo sát sự ảnh hưởng của các điều kiện môi trường đến tốc độ này. Kết quả cho thấy, hiệu quả phân hủy cao nhất đạt được ở các điều kiện nhiệt độ và pH tối ưu cho hoạt động của vi sinh vật. Việc theo dõi động học giúp xác định thời gian lưu cần thiết để hóa chất được xử lý triệt để trong biobed, từ đó có thể thiết kế và vận hành hệ thống một cách khoa học và chính xác, đảm bảo đầu ra đạt tiêu chuẩn môi trường.

V. Kết quả thực nghiệm về hiệu quả xử lý chlorpyrifos của biobed

Phần kết quả nghiên cứu của luận văn cung cấp những bằng chứng thuyết phục về hiệu quả xử lý của biobed. Thông qua các thí nghiệm được bố trí chặt chẽ, tác giả đã đánh giá khả năng phân hủy chlorpyrifos của các công thức biomix khác nhau trong điều kiện phòng thí nghiệm. Kết quả nổi bật cho thấy, sau 30 ngày ủ, các hỗn hợp biomix có khả năng phân hủy chlorpyrifos ở nồng độ 10 ppm với hiệu suất rất cao. Cụ thể, các công thức sử dụng bã thải trồng nấm cho thấy hiệu quả vượt trội. Các phân tích sâu hơn về ảnh hưởng của pH và nhiệt độ cũng khẳng định tầm quan trọng của việc kiểm soát điều kiện môi trường. Hiệu quả phân hủy Chlorpyrifos đạt mức tối ưu trong môi trường có pH và nhiệt độ phù hợp với sự phát triển của hệ vi sinh vật phân hủy lignin. Trong mô hình biobed hoàn chỉnh, kết quả phân tích dư lượng CPF trong nước rò rỉ và trong chính lớp biomix theo thời gian đã chứng minh khả năng lưu giữ và xử lý gần như hoàn toàn lượng hóa chất được đưa vào. Hiệu suất xử lý có thể đạt trên 80-90% sau một tháng vận hành. Những con số này không chỉ xác nhận giả thuyết khoa học của đề tài mà còn cho thấy tiềm năng ứng dụng thực tiễn to lớn của hệ thống biobed. Đây là một báo cáo khoa học xử lý thuốc trừ sâu có giá trị, cung cấp dữ liệu định lượng cụ thể, làm cơ sở vững chắc cho việc khuyến nghị áp dụng rộng rãi mô hình này như một giải pháp nông nghiệp bền vững.

5.1. Đánh giá hiệu suất phân hủy chlorpyrifos qua các thí nghiệm

Các thí nghiệm trong luận văn được thiết kế để định lượng hiệu quả xử lý của biobed. Bằng cách sử dụng phương pháp chiết xuất QuEChERS và phân tích bằng sắc ký khí, nồng độ chlorpyrifos tồn dư đã được xác định chính xác. Kết quả cho thấy hiệu suất phân hủy chlorpyrifos có thể đạt tới trên 80% chỉ sau vài tuần. Đặc biệt, các công thức biomix sử dụng bã thải nấm cho kết quả phân hủy nhanh và triệt để hơn so với công thức truyền thống, chứng tỏ tính ưu việt của việc tận dụng phế phẩm nông nghiệp.

5.2. Ảnh hưởng của các yếu tố pH và nhiệt độ đến hiệu quả xử lý

Luận văn đã chỉ ra rằng pH và nhiệt độ là hai yếu tố then chốt quyết định động học quá trình phân hủy. Thí nghiệm cho thấy, hoạt động của hệ vi sinh vật phân hủy bị ức chế ở điều kiện pH quá kiềm hoặc quá axit, cũng như nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp. Hiệu quả phân hủy chlorpyrifos cao nhất được ghi nhận ở dải pH và nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển của nấm mục trắng. Điều này gợi ý rằng khi triển khai biobed trong thực tế, cần có các biện pháp che chắn, điều tiết để duy trì điều kiện môi trường ổn định, đặc biệt là trong điều kiện khí hậu nhiệt đới khắc nghiệt.

Trích đoạn nội dung tài liệu

đặt vấn đề “Nghiên cứu đệm sinh học trong phân hủy HCBVTV (ChlopyrifosChlorpyrifos)”. Formatted: Vietnamese (Vietnam) Luận văn gồm các nội dung nghiên cứu sau: Formatted: Indent: Left: 0", First line: 0,5" 1. Chuẩn bị và khảo sát một số đặc tính lý hóa ban đầu của các biomix. Formatted: Font color: Auto 2.

Khảo sát các đặc tính sinh học của các biomix. Nghiên cứu ảnh hƣởng của thời gian ủ ban đầu đến hoạt tính enzyme phân huỷhủy lignin của các biomix. Nghiên cứu ảnh hƣởng của điều kiện phân huỷhủy đến khả năng phân hủy HCBVTV (ChlopyrifosChlorpyrifos) của các biomix. Nghiên cứu sự biến động các thông số lý hoá và hiệu quả xử lý Chlorpyrifos của Formatted: Justified mô hình biobed trong phòng thí nghiệm.

Formatted: Font: Times New Roman 13 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Formatted: Justified Formatted: Font: Times New Roman Formatted: Font: Times New Roman 14 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Formatted: Portuguese (Brazil) Chƣơng 1 - TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Tổng quan về biobed 1. Khái niệm Biobed là một hệ thống đơn giản, chi phí thấp đƣợc lắp đặt ngay tại vùng canh tác nông nghiệp nhằm mục đích thu gom và phân hủy thuốc trừ sâu từ việc tráng rửa dụng cụ bơm phun [3626,3727]. Biobed đầu tiên đƣợc đề xuất bởi Formatted: Font color: Auto Formatted: Font color: Auto, Not Highlight Torstensson và Castillo vào năm 1993 và đƣợc thiết kế ở Thụy Điển vào năm 1997.

Formatted: Font color: Auto Biobed gồm ba hợp phần phần chứa trong một hố sâu 60 cm: (i) một lớp đất sét ở Formatted: Font color: Auto, Not Highlight Formatted: Font color: Auto phía dƣới (dày 10 cm), (ii) hỗn hợp sinh học (biomix) của rơm, than bùn và đất với tỉ lệ 2:1:1 về thể tíchkhối lƣợng (dày 50 cm), và (iii) một lớp cỏ che phủ bề mặt [3014]. Formatted: Font color: Auto Formatted: Font color: Auto, Not Highlight Tùy thuộc vào việc có hoặc không có lớp lót ở đáy nhằm cách ly với môi Formatted: Font color: Auto trƣờng, hệ thống biobed đƣợc phân thành hai loại sau đây: - Biobed không lót: không có lớp lót chống thấm ở đáy. Trong nhiều trƣờng hợp, một lớp đất sét tự nhiên hiện diện tại đáy hố, nếu không thì một lớp sét đƣợc thêm vào. Không có sự thu gom nƣớc thoát ra trong hệ thống này (Hình 1.

Formatted: Not Highlight Hình 1. Biobed không lót có một lớp sét đƣợc thêm vào (a) hoặc tự Field Code Changed nhiên (b) Formatted: Font: Times New Roman, 13 pt, Font color: Auto - Biobed có lót: đáy đƣợc lót bởi một lớp tổng hợp chống thấm (nhựa, bê Formatted: Font: .VnTime, 9 pt tông. Thiết kế này cho phép thu gom nƣớc thoát vào các giếng cạnh đệm sinh học Formatted: Not Highlight (Hình 1. Các lớp thoát nƣớc (sỏi, đá dăm hoặc cát) thƣờng đƣợc đặt dƣới lớp Formatted: Justified Formatted: Font: Times New Roman đất sét.

Formatted: Font: Times New Roman 15 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Biobed có lót cho phép thu gom nƣớc thoát ra vào giếng Formatted: Keep with next Formatted: Font: Times New Roman, 13 pt, 1. Cấu trúc của biobed Font color: Auto Field Code Changed Biobed gồm 03 hợp phần: lớp cỏ, lớp biomix và lớp đất sét. Hiệu quả của Formatted: Font: Times New Roman, 13 pt, Font color: Auto biobed phụ thuộc vào sự hấp phụ và phân hủy HCBVTV của cả 03 hợp phần này.

Formatted: Font: Times New Roman, 13 pt, Font color: Auto Trong đó, hợp phần giữ vai trò quyết định trong quá trình phân hủy HCBVTV là lớp biomix. Lớp biomix Formatted: Condensed by 0,1 pt Chức năng chính của biomix là lƣu giữ và phân hủy HCBVTV nhờ vào khả năng hấp phụ và hoạt động của VSV phân giải, đặc biệt là VSV phân giải lignin. VSV trong quá phân giải lignin sẽ tiết ra hệ enzyme phân hủy lignin (bao gồm: laccase, lignin peroxidase và mangan peroxidase). Hệ enzyme này có khả năng phân hủy đƣợc xenobiotic (hợp chất dị sinh ngoại lai), từ đó phân hủy đƣợc HCBVTV.

Tuy nhiên, khả năng hấp phụ và hoạt động của hệ VSV trong biomix phụ thuộc trực tiếp vào thành phần, tính đồng nhất, tuổi, độ ẩm và nhiệt độ của hỗn hợp. Ở Thụy Điển, nơi biobed đƣợc phát minh, một biomix điển hình bao gồm 03 hợp phần chính là rơm, than bùn và đất theo tỷ lệ phần trăm khối lƣợng là 2:1:1. Mỗi hợp phần đóng góp vai trò khác nhau vào hiệu quả hấp phụ và phân hủy HCBVTV của toàn hệ thống biobed. Formatted: Justified Formatted: Font: Times New Roman 16 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] - Rơm là hợp phần quan trọng nhất cung cấp cơ chất cho quá trình phân hủy HCBVTV và cho hoạt động sống của hệ VSV, đặc biệt là nấm phân hủy lignin (ví dụ nhƣ nấm mục trắng) với khả năng sản sinh ra hệ enzyme ligninolytic.

Hệ enzyme này có thể phân hủy phổ rộng xenobiotic, tức là chúng có thể phân hủy hỗn hợp các loại HCBVTV khác nhau. Hàm lƣợng rơm càng nhiều thì lƣợng enzyme này tiết ra càng lớn, tƣơng ứng với tăng quá trình hô hấp trong hỗn hợp làm cho HCBVTV càng bị phân tán nhanh [12]. Các nghiên cứu về sự phân hủy đơn loại HCBVTV khác nhau bởi nấm mục trắng/enzyme ligninolytic cũng đã đƣợc kiểm chứng [13- 1611,4329]. Vì vậy, rơm là hợp phần không thể thiếu trong biomix tuy nhiên hàm Formatted: Not Highlight Formatted: Not Highlight lƣợng chỉ nên dừng ở mức 50% để giúp cho hỗn hợp đƣợc đồng nhất [12,3727].

Formatted: Not Highlight - Hợp phần đất cung cấp dung tích hấp phụ HCBVTV cho biomix. Đất giàu mùn và có hàm lƣợng sét vừa đủ sẽ giúp tăng hoạt động của hệ VSV (cung cấp hệ VSV đất) trong biomix [3525]. Tuy nhiên, đất quá nhiều sét thì lại làm giảm khả Formatted: Not Highlight năng bị phân hủy sinh học của HCBVTV do khoáng sét có lực hút bề mặt lớn, HCBVTV sẽ bị các hạt sét hấp phụ nhiều hơn thay vì bị VSV phân hủy [98] hoặc Formatted: Not Highlight các hợp phần trong biomix cũng khó có thể đƣợc đồng nhất do đất không đủ tơi xốp để phân tán trong hỗn hợp. Đất cũng là một nguồn cung cấp dồi dào các VSV có khả năng phân hủy HCBVTV, đặc biệt là vi khuẩn thông qua quá trình trao đổi chất.

Tuy nhiên, quá trình này bị hạn chế bởi hỗn hợp có tỷ lệ C/N cao và pH thấp (để tối ƣu sự phát triển của nấm phân hủy lignin) [12]. Lớp đất trồng trên bề mặt 10 cm. - Than bùn đóng góp vào dung tích hấp phụ của biomix, kiểm soát độ ẩm và nó là nhân tố vô sinh góp phần vào qua trình phân hủy HCBVTV, điển hình là terbuthylazine [12]. Hàm lƣợng than bùn trong hỗn hợp tỷ lệ nghịch với pH của hỗn hợp [12].

Vì vậy, một lƣợng vừa đủ than bùn ở tỷ lệ 25% sẽ làm pH của hỗn hợp ổn định ở mức khoảng 5,9, thích hợp với sự phát triển của nấm phân giải lignin, tỷ lệ nhiều hơn sẽ làm pH giảm sâu, ức chế sự phát triển của các loài VSV trong hỗn hợp [12]. Một nhân tố quan trọng khác góp phần tăng hoạt động của hệ nấm phân giải Formatted: Justified Formatted: Font: Times New Roman Formatted: Font: Times New Roman 17 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] lignin là các nguyên tố dinh dƣỡng tới hạn, đặc biệt là nguyên tố nito. Vì vậy không nên bổ sung dinh dƣỡng vào biomix [11]. Sự thay thế các thành phần của biomix có thể làm thay đổi sự trình diễn của hệ thống, ví dụ số lƣợng, hoạt tính và thành phần của hệ vi sinh vật nội tại.

Biobed hiện đƣợc sử dụng ở nhiều quốc gia, về cơ bản vẫn bao gồm 3 thành phần chính, tuy nhiên tùy theo các nguyên liệu địa phƣơng khác nhau mà thành phần than bùn trong biomix có thể thay thế bằng bã thải sau trồng nấm, cành nho, vỏ cam, quýt, mía,. Thành phần rơm (của lúa mì) có thể đƣợc thay thế bằng rơm (của Formatted: Vietnamese (Vietnam), Not Highlight lúa gạo) hoặc xơ dừa, hoặc phân compost đặc biệt là các nƣớc đang phát triển. Lớp cỏ Lớp cỏ ở trên mặt biobed giữ vai trò quan trọng trong việc duy trì độ ẩm lý tƣởng cho VSV phân hủy HCBVTV phát triển thông qua việc tạo các mao mạch dẫn nƣớc và hỗ trợ quá trình đồng trao đổi chất thông qua dịch tiết rễ, đặc biệt là enzyme peroxidase [41]. Nếu không có lớp cỏ phủ ở trên này, trên bề mặt biobed sẽ hình thành một lớp sừng cứng không thấm nƣớc.

Lớp sừng cứng này làm giảm hoạt động bốc/thoát hơi nƣớc của hệ thống, từ đó làm giảm hoạt động của hệ VSV. Hơn nữa, lớp sừng cứng này làm tăng lƣợng nƣớc trọng lực chảy qua hệ thống, tăng nguy cơ thấm lọc của HCBVTV ra ngoài, giảm hiệu quả còn biobed [2319,2710,28]. Nếu Formatted: Font color: Auto Formatted: Font color: Auto, Not Highlight không có lớp cỏ trên bề mặt giữ ẩm cùng với than bùn trong biomix, độ ẩm trong Formatted: Font color: Auto toàn hệ thống khó có thể đƣợc cân bằng [2720]. Formatted: Font color: Auto, Not Highlight Formatted: Font color: Auto c.

Lớp đất sét Formatted: Font color: Auto Formatted: Font color: Auto, Not Highlight Lớp đất sét với dung tích hấp phụ lớn, tính thấm kém, có vai trò làm giảm Formatted: Font color: Auto dòng chảy trọng lực, tránh HCBVTV thấm lọc ra ngoài, nhờ đó tăng thời gian lƣu giữ của HCBVTV trong hệ thống. Để tối ƣu đƣợc khả năng đó, lớp đất sét phải đảm bảo đƣợc yêu cầu là đủ ƣớt và có khả năng trƣơng nở cao để tránh việc bị nứt vỡ khi hỗn hợp bị quá khô (do tăng quá trình bốc/thoát hơi nƣớc), dẫn đến hình thành Formatted: Font color: Auto hoặc để dòng chảy trọng lực chứa HCBVTV thoát ra ngoài [11]. Formatted: Justified Formatted: Font: Times New Roman Formatted: Font: Times New Roman 18 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Ảnh hƣởng của các yếu tố đến đặc tính của biobed Formatted: Space Before: 6 pt Hiệu suất của một hệ thống biobed đƣợc xác định bằng khả năng hấp phụ và phân hủy HCBVTV.

Sự hấp phụ HCBVTV phụ thuộc vào tính chất của biomix, lớp sét, lớp cỏ và các tƣơng tác của chúng với nƣớc trong hệ thống biobed. Sự phân hủy HCBVTV chủ yếu đƣợc quyết định bởi tính chất của biomix, trong khi lớp cỏ góp phần gián tiếp vào quá trình phân hủy bằng cách điều hòa cân bằng nƣớc cho hệ thống biobed. Ảnh hưởng của biomix tới sự hấp phụ và phân hủy HCBVTV Một biomix tốt sẽ thúc đẩy sự hấp phụ, tăng hiệu suất phân hủy HCBVTV của hệ vi sinh vật, chịu đƣợc thuốc ở nồng độ cao. Sự hấp thụ và phân hủy HCBVTV bị chi phối bởi các yếu tố: (i) thành phần, (ii) tính đồng nhất, (iii) tuổi, (iv) nhiệt độ và (v) độ ẩm của biomix.

(i) Ảnh hưởng của thành phần biomix Rơm hoặc các vật liệu giàu lignin khác nên có trong thành phần của biomix.