Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

0
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

NGUYỄN HƢƠNG QUỲNH PHÂN LẬP, TUYỂN CHỌN CHỦNG
VI SINH VẬT CÓ KHẢ NĂNG PHÂN HỦY
PYRENE VÀ KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI
Ở QUY MÔ PHÕNG THÍ NGHIỆM 5 LÍT

Chuyên ngành: SINH HỌC THỰC NGHIỆM
Mã số: 60 42 30 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. NGHIÊM NGỌC MINH


hiện luận văn của mình.
Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô khoa Sinh trường Đại
học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên, lãnh đạo Viện Công nghệ Sinh học đã tạo điều
kiện và giúp đõ tôi trong quá trình học tập nghiên cứu tại trường và tại Viện.
Bên cạnh đó tôi xin cảm ơn người thân trong gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã
tạo điều kiện động viên và giúp đỡ tôi cả về vật chất và tinh thần để tôi có thể hoàn
thành tốt luận văn này.
Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày tháng năm 2011
Học viên
Nguyễn Hương Quỳnh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

iii
MỤC LỤC

Trang phụ bìa
Lời cam đoan i
Lời cảm ơn ii
Mục lục iii
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt v
Danh mục các bảng vi
Danh mục các hình vii
MỞ ĐẦU 1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3
1.1. Đặc điểm chung của PAH 3
1.1.1. Cấu trúc hóa học và một số đặc tính cơ bản của PAH 3
1.1.2. Tính độc và ảnh hưởng của PAH tới con người và môi trường 5
1.2. Nguồn gốc phát sinh PAH 7

lựa chọn 37
2.2.7. Xác định khả năng phân hủy pyrene của vi khuẩn 42
2.3. Thử nghiệm trên quy mô 5 lít 43
Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44
3.1. Phân lập và tuyển chọn vi khuẩn có khả năng phát triển trên môi trường
chứa PAH 44
3.2. Đặc điểm khuẩn lạc và hình thái tế bào của chủng BTL4 47
3.3. Xác định trình tự đoạn gen mã hóa 16S rRNA của chủng vi khuẩn BTL4 47
3.3.1. Tách chiết DNA tổng số và nhân đoạn gen 16S rRNA của chủng BTL4 47
3.3.2. Tách dòng gen 16S rRNA của chủng BTL4 48
3.3.3 Trình tự đoạn gen mã hóa 16S rRNA của chủng BTL4 50
3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ, pH đến sự phát triển của chủng BTL4 53
3.4.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ 53
3.4.2. Ảnh hưởng của pH 54
3.5. Khả năng phân hủy pyrene của chủng BTL4 55
3.6. Kết quả mô hình xử lý nước thải ở quy mô 5 lít 58
3.6.1. Quá trình hoạt hóa bùn 58
3.6.2. Xử lý nước thải ở quy mô 5 lít 59
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT bp
Base pair (cặp bazơ)
DNA

Bảng 1.2: Một số chủng vi sinh vật có khả năng phân hủy PAH 15
Bảng 1.3: Một số phương pháp phân loại vi sinh vật 28
Bảng 3.1: Chủng vi khuẩn phát triển trên môi trường khoáng có bổ sung hỗn
hợp PAH 46
Bảng 3.2: Chủng vi khuẩn phát triển trên môi trường khoáng có bổ sung hỗn
hợp PAH và 0,5% glucose 46
Bảng 3.3: Mức độ tương đồng của BTL4 so với một số chủng vi khuẩn 52
Bảng 3.4: Kết quả đo và phân tích 1 số chỉ tiêu của nước thải KCN Từ Liêm
trước và sau xử lý ở quy mô 5 lit phòng thí nghiệm 61

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

vii
DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Cấu trúc hóa học của một số hydrocarbon thơm đa nhân (PAH) 3
Hình 1.2: Các con đường phân hủy hiếu khí PAH chính của vi khuẩn và nấm 16
Hình 1.3: Con đường phân hủy napthalene ở Pseudomonas 19
Hình 1.4: Con đường phân hủy pyrene ở Mycobacterium sp. AP1 20
Hình 1.5: Con đường phân hủy anthracene ở Mycobacterium sp. PYR-1 21
Hình 3.1: Mẫu làm giàu lần 3 của mẫu nước thải lấy từ khu công nghiệp Từ Liêm 44
Hình 3.2: Tập đoàn vi sinh vật trên môi trường khoáng thạch với 50 ppm
PAH sau 3 lần làm giàu: (A) có bổ sung glucose, (B) không bổ
sung glucose 45
Hình 3.3: (A) Hình thái khuẩn lạc và (B) hình thái tế bào chủng BTL 4 47
Hình 3.4: Điện di đồ DNA tổng số chủng BTL4 (A), và kiểm tra nhân đoạn
gen 16S rRNA bằng kỹ thuật PCR (B) 48
Hình 3.5: Kết quả biến nạp chủng BTL4(A), và điện di đồ DNA plasmid của
dòng số 2 từ BTL4 trên gel agarose 1% plasmid của chủng lạc
mầu xanh (B) 49

đã được quan tâm, chú ý từ lâu, tuy nhiên do mức độ ô nhiễm và thành phần nước
thải của các khu công nghiệp phụ thuộc vào thành phần các nhà máy, làng nghề
thuộc khu công nghiệp, làm cho quá trình xử lý nước thải công nghiệp gặp rất nhiều
khó khăn.
Một trong những chất gây ô nhiễm nghiêm trọng nhất của nước thải công
nghiệp là các hydrocarbon thơm đa vòng (PAH - Polycyclic Aromatic Hydrocarbon).
PAHs có nguồn gốc khá đa dạng từ dầu mỏ, than đá, sản phẩm phụ của việc đốt
nhiên liệu… [1].
PAHs tồn tại trong không khí có khả năng phản ứng với ozone và tạo thành
ozone-alken có khả năng gây ung thư tồn tại trong khí quyển, ngoài ra nếu PAHs
xâm nhập vào cơ thể con người thông qua con đường thực phẩm, tiếp xúc trực tiếp
qua da… có thể gây ung thư, giảm tuổi thọ, đột biến thai nhi… Hầu hết PAHs đều ít
tan trong nước nhưng tan tốt trong chất béo và khả năng gây ô nhiễm môi trường
của chúng phụ thuộc vào khả năng tan của chúng trong môi trường nước. Do tác hại
của PAH với con người mà từ lâu con người đã quan tâm nghiên cứu các phương
pháp phân hủy PAH. Các PAH được nghiên cứu thường là các PAH có cấu tạo đơn
giản như antharacene, naphthalene, phenantherene, pyren … trong đó pyren là chất
có cấu tạo phức tạp, có khả năng gây độc hơn những chất còn lại, vì vậy nếu vi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2
khuẩn có khả năng phân hủy pyren thì cũng có khả năng phân hủy các loại PAH
đơn giản khác. Có nhiều phương pháp phân hủy pyren như các phương pháp vật lý,
hóa học tuy nhiên những phương pháp này vừa đắt lại vừa không triệt để nên khó có
thể thực hiện trên quy mô lớn. Tuy nhiên ngày nay các nhà khoa học đã thấy rằng
không những có thể sử dụng vi sinh vật để loại bỏ pyren mà đó còn là phương pháp
vừa rẻ, triệt để và có khả năng thực hiện trên quy mô công nghiệp, có thể tiến hành
thuận lợi trong điều kiện tự nhiên, độ an toàn cao và thân thiện với môi trường. Do
vậy, trên thế giới và ở Việt Nam đã có nhiều nhà khoa học tập trung nghiên cứu và


Hình 1.1: Cấu trúc hóa học của một số hydrocarbon thơm đa nhân (PAH)
PAH tinh khiết tồn tại ở thể rắn không màu, màu trắng hoặc màu vàng chanh ở
nhiệt độ phòng (15-35
0
C). Tuỳ thuộc vào kích thước và khối lượng phân tử mà các
PAH có những tính chất vật lí, hóa học khác nhau.
Tuy nhiên hầu hết các PAH đều ít tan trong nước, có áp suất hơi thấp nhưng
lại tan tốt trong chất béo và có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi cao [57]. Khả năng
gây ô nhiễm môi trường tùy thuộc khả năng hòa tan của chúng trong môi trường

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

4
nước [16]. Đặc điểm về khả năng hòa tan và áp suất hơi của PAH là nhân tố chính
ảnh hưởng đến khả năng phân tán của chúng trong khí quyển, thủy quyển và sinh
quyển. Số lượng vòng benzen trong cấu trúc hóa học của các PAH quyết định khả
năng hòa tan của các PAH trong nước. PAH giảm khả năng hòa tan trong nước hay
tăng tính kỵ nước khi số lượng vòng benzen tăng [59]. Khả năng hòa tan của các
PAH rất biến động, từ những chất khó hòa tan nhất là Benzo[g,h,i]perylene có chỉ
số hòa tan là 0,0003 mg/l cho đến chất dễ hòa tan nhất là naphthalen có chỉ số hòa
tan tới 31 mg/l. Nếu khả năng hòa tan trong nước của PAH thấp, hay hệ số hấp phụ
cao sẽ dẫn đến các PAH có xu hướng bị hấp phụ trong cặn bùn, đất đá và trầm tích,
do đó ảnh hưởng rất nhiều tới khả năng chúng bị phân hủy sinh học bởi vi sinh vật
[12]. Ngược lại, khả năng hòa tan trong nước của PAH cao thì khả năng bị phân hủy
bởi vi sinh vật cũng cao. Điều đó cho thấy khả năng hòa tan trong nước của các
PAH có ảnh hưởng đặc biệt quan trọng trong quá trình phân hủy sinh học PAH.
Tính chất vật lý của một số PAH được chỉ ra ở bảng 1.1.
Bảng 1.1: Tính chất vật lý của một số PAH [27]


3
101
340
1,29
4,45
6,8x10
-4

Anthracene
3
216
340
0,07
4,46
2,0x10
-4
Fluoranthene
4
111
250
0,26
5,33
6,0x10
-6

Benzo[a]anthracene
4
158
400
0,24

524
0,0005
5,97
1,0x10
-10
Benzo[g,h,i]perylene
6
222

0,0003
7,23
1,0x10
-10

Kp
d
=[octanol]/[nước]

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

5
Trong các tính chất vật lý của PAH, hệ số Kp
d
phản ánh khả năng hấp phụ
lên bề mặt vật liệu rắn. Nếu hệ số Kp
d
cao, các PAH có xu hướng tăng khả năng
hấp phụ lên bề mặt các vật liệu rắn, đồng nghĩa với sự giảm khả năng phân hủy
sinh học.
Áp suất hơi và nhiệt độ sôi cũng có vai trò quan trọng trong quá trình xử lý

chuột dễ bị các bệnh như: ung thư phổi qua đường hô hấp, ung thư dạ dày từ việc
tiêu hóa thức ăn có PAH và ung thư da do tiếp xúc trực tiếp với PAH qua da. Với
con người, PAH có thể là tác nhân gây đột biến và dẫn đến ung thư [13, 16, 27].
Một vài nghiên cứu trên đối tượng động, thực vật cho thấy, động vật nếu tiếp xúc

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

6
với naphthalene ở nồng độ cao thì chỉ trong thời gian ngắn cũng có thể gây mờ mắt,
gây độc ở mức độ vừa phải. Hiệu ứng mạnh hơn, naphthalene có thể gây chậm phát
triển, thậm chí gây chết với động thực vật. Nghiên cứu ngưỡng độc của naphthalene
đối với loài cá vược, người ta đã xác định LD
50
là 240 g/l (LD
50
là liều gây chết
50% mẫu sinh vật thí nghiệm). Bằng việc thử nghiệm với một nhóm chuột cho sử
dụng anthracene với lượng 1,8 µg/l, người ta thấy rằng, sau 2 tuần gây nhiễm, tỷ lệ
chuột xuất hiện khối u là 40% [27].
Trong thực tế, các nhà khoa học cũng đã tiến hành nhiều nghiên cứu để xác
định khả năng gây ảnh hưởng của PAH đến sức khỏe con người. Người ta đã tiến
hành điều tra những người công nhân sống ở những nơi bị ô nhiễm PAH trong thời
gian dài và nhận thấy rằng những người này có nguy cơ bị mắc các như bệnh ung
thư da, ung thư phổi và ung thư dạ dày cao hơn những người bình thường. Tuy hiện
nay vẫn chưa có nghiên cứu nào cho thấy rằng PAH có thể giết chết con người sau
khi xâm nhập vào cơ thể nhưng những tác động của chúng đến cơ thể con người là
khá rõ ràng. Anthracene và naphthalene có thể gây dị ứng, viêm, sưng tấy da khi
tiếp xúc trong thời gian ngắn. Phenanthrene được biết như chất cảm quang với da
người, chất gây dị ứng với động vật, đột biến tới hệ thống vi khuẩn trong các điều
kiện đặc biệt. Chất này gây yếu các nhiễm sắc thể tương đồng và kìm hãm sự nối

hình và tiến hành kiểm định sự có mặt của chúng trong hệ sinh thái dưới nước cũng
như trên cạn [16, 56]. Cơ quan này cũng đã đưa ra mức nồng độ an toàn của PAH
trong quá trình tiếp xúc để tránh gây ảnh hưởng đến sức khoẻ con người để chúng ta
tham khảo, theo đó không nên tiếp xúc với một số loại PAH có nồng độ cao hơn các
mức sau: 0.3 mg anthracene/kg cơ thể người, 0.06 mg acenaphthene/kg cơ thể
người, 0.04 mg fluoranthene/kg cơ thể người và 0.03 mg pyrene/kg cơ thể người.
1.2. Nguồn gốc phát sinh PAH
Có nhiều nguyên nhân khác nhau dẫn đến sự phát sinh PAH tuy nhiên chúng
đều bắt nguồn từ quá trình đốt cháy các vật liệu hữu cơ trong tự nhiên hay trong các
hoạt động sản xuất của con người. Trong tự nhiên, sự phát sinh PAH là từ các quá
trình địa chất tự nhiên như: sự phun trào núi lửa, hóa lỏng khí than, cháy rừng, cháy
đồng cỏ… nhưng phần lớn lượng PAH tồn tại trong môi trường hiện nay đều bắt
nguồn từ các hoạt động sản xuất của con người. PAH được hình thành từ quá trình
khai thác than và dầu mỏ, sự đốt cháy các khí thiên nhiên, xử lý phế thải, từ khí thải

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

8
của các phương tiện giao thông, từ quá trình chế biến thức ăn hay trong khói thuốc
lá…[46]. Như vậy, PAH có thể được hình thành từ nhiều quá trình khác nhau tuy
nhiên chúng ta có thể tóm tắt những nguồn phát sinh chính như sau:
- Các quá trình sản xuất công nghiệp: các công đoạn đúc sắt, thép, sản xuất
nhôm, sản xuất than chì, quá trình bẻ gãy các liên kết hữu cơ trong sản xuất dầu thô.
- Các thiết bị đốt nóng trong công nghiệp, các thiết bị sưởi, tháp chưng cất, các
lò đốt và lò luyện kim.
- Các động cơ chạy bằng dầu diezen và các loại khí đốt khác.
- Các hoạt động sinh hoạt thường ngày của con người: chế biến thức ăn, sưởi
ấm, hút thuốc lá…
- Các lò thiêu đốt rác: rác thải y tế, rác thải sinh hoạt và một số phế thải trong
công nghiệp.

trong công nghiệp dược để sản xuất thuốc ngủ [27].
1.3. Tình trạng ô nhiễm PAH và các biện pháp xử lý
1.3.1. Tình trạng ô nhiễm PAH
Trong môi trường nước, người ta ước tính có khoảng 2,3.10
5
tấn PAH xâm
nhập vào hệ sinh thái nước mỗi năm. Đặc biệt với hệ sinh thái biển, tình trạng ô
nhiễm PAH thực sự đáng báo động. Nguồn phát sinh PAH chủ yếu ở đây là từ phế
thải của công nghiệp hóa dầu, công nghiệp khai thác và vận chuyển dầu mỏ, nước
thải công nghiệp và sinh hoạt… Không chỉ tồn tại trong môi trường nước tự nhiên
PAH còn được tìm thấy trong nhiều mẫu nước uống. Người ta đã tiến hành kiểm tra
1 số lượng nước khoáng nhất định và xác định được 6 loại PAH có trong đó:
flouranthene, benzo[b]flouranthene, benzo[k]fluoranthene, BaP, benzo[ghi]perylene
và indeno [1,2,3- cd] pyrene. Trong đó 90% mẫu nước kiểm tra có nồng độ 6 loại
PAH trên từ 0,001-0,01μg/l, 1% mẫu nước có nồng độ trung bình lớn hơn 0,11μg/l
và nồng độ BaP trong đó là khoảng 0,002-0,024μg/l [27].
Nhiều nghiên cứu cũng cho thấy sự có mặt của PAH trong các mẫu trầm tích
với nồng độ cao. Ở vịnh Boston (Mỹ) nồng độ PAH lên tới 100.000 ng/g. PAH tích
lũy nhiều như vậy là do chúng có khả năng hòa tan kém trong nước nên bị hấp phụ
với số lượng lớn vào trong các lớp đá trầm tích [27].
Trong không khí cũng chứa một lượng đáng kể PAH. Có khoảng hơn 500 loại
PAH và các hợp chất có liên quan đã được phát hiện tuy nhiên lượng lớn nhất phải
kể đến BaP. Vào những năm 70 của thế kỷ trước, ở Mỹ nồng độ BaP trung bình

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

10
hàng năm là 1-5 ng/m
3
còn ở một số thành phố của châu Âu nồng độ BaP là 100

phẩm, 1,6% từ không khí, 0,2% từ nước và 0,4% từ đất [57].
Tại Việt Nam, ô nhiễm nước thải từ các khu công nghiệp đã trở nên phổ biến.
Hiện nay, tỷ lệ các khu công nghiệp đã đi vào hoạt động có trạm xử lý nước thải tập
trung chỉ chiếm khoảng 43%, rất nhiều khu công nghiệp đã đi vào hoạt động mà
hoàn toàn chưa triển khai xây dựng hạng mục này. Nhiều khu công nghiệp đã có hệ
thống xử lý nước thải tập trung nhưng tỷ lệ đấu nối của các doanh nghiệp trong khu
công nghiệp còn thấp. Nhiều nơi doanh nghiệp xây dựng hệ thống xử lý nước thải
cục bộ nhưng không vận hành hoặc vận hành không hiệu quả [2]. Theo báo cáo của
của Bộ tài nguyên Môi trường (2009), khoảng 70% trong số hơn 1 triệu m
3
nước
thải/ngày từ các khu công nghiệp được xả thẳng ra các nguồn tiếp cận không qua xử

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

11
lý đã gây ra ô nhiễm môi trường nước mặt. Chất lượng nước mặt tại những vùng
chịu tác động của nguồn thải từ các khu công nghiệp đã suy thoái, đặc biệt tại lưu
vực sông: Đồng Nai, Cầu và Nhuệ-Đáy [2].
Các khu công nghiệp với sự đa dạng của các nhà máy (sản xuất sơn, cơ khí,
thép, thực phẩm, in…) có thể thải ra PAH trong quá trình hoạt động sản xuất. Tuy
hiện nay vẫn chưa có công bố chính thức về sự có mặt của PAH trong nước thải khu
công nghiệp ở Việt Nam nhưng khả năng ô nhiễm nghiêm trọng khá rõ ràng.
1.3.2. Các biện pháp xử lý tẩy độc PAH
Việc làm thay đổi cấu trúc hóa học của chất độc nhằm tạo ra các sản phẩm ít
độc hoặc không độc cho môi trường và con người đang là một thách thức đối với
các nhà khoa học và công nghệ. Để giảm độc tính của các chất này, người ta hay
phá vỡ cấu trúc phân tử của chúng bằng cách sử dụng enzyme cắt vòng. Đến nay,
trên thế giới, người ta đã đưa ra một số phương pháp tiêu độc như: cô lập, chôn lấp,
xử lý hóa học, đốt ở nhiệt độ cao, lý học, sinh học…

* Phương pháp phân hủy sinh học
Hiện nay, phương pháp sinh học đang bắt đầu được quan tâm bởi tính an toàn
và hiệu quả không những về mặt công nghệ mà còn về kinh tế. Chìa khóa của công
nghệ phân hủy sinh học là thúc đẩy tập đoàn vi sinh vật bản địa tham gia vào quá
trình phân hủy ở mức cao nhất. Các nghiên cứu cơ bản đều nhằm mục đích thúc đẩy
hiệu quả quá trình tẩy độc thông qua việc kích thích tập đoàn vi sinh vật trong các
điều kiện phân hủy khác nhau tạo ra kết quả cuối cùng là các sản phẩm ít độc hoặc
hoàn toàn không độc. Chính vì vậy, công nghệ phân hủy sinh học đã trở thành công
nghệ thân thiện với môi trường.
Phương pháp phân hủy sinh học đã được các nhà khoa học trên thế giới nghiên
cứu và áp dụng trong những năm gần đây và cũng đã đạt được khá nhiều thành tựu.
Công nghệ sinh học đảm bảo an toàn cho môi trường hơn tất cả các công nghệ khác.
Đặc biệt, trong điều kiện sinh thái đa hệ, việc áp dụng công nghệ phân hủy sinh học
PAH nói riêng và các nguồn chất độc nói chung sẽ mang lại hiệu quả kinh tế xã hội
cao nhất [61], [64].
Quá trình làm sạch sinh học có thể thực hiện ở quy mô lớn nhỏ khác nhau và ở
điều kiện hiếu khí hoặc kị khí. Việc tẩy độc bằng phân hủy sinh học có thể được
tiến hành riêng rẽ hoặc kết hợp với các phương pháp khác, sau vài tháng hoặc vài
năm các chất ô nhiễm có thể được hoàn toàn loại bỏ. Phương pháp phân hủy sinh
học không đòi hỏi các điều kiện phức tạp (nhiệt độ cao, áp suất lớn, quá trình xúc
tác…) không gây ra ô nhiễm thứ cấp, thân thiện với môi trường, chi phí thấp, do đó
rất phù hợp với điều kiện ở nước ta. Tuy nhiên, phương pháp sinh học thường diễn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

13
ra với tốc độ chậm, thời gian xử lý kéo dài. Đây chính là một nhược điểm cơ bản
của nó, đòi hỏi có lời giải đáp từ phía các nhà khoa học.
Xử lý chất ô nhiễm theo phương pháp sinh học có thể được tiến hành theo hai
hướng chính: tăng cường sinh học và kích thích sinh học.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

14
Quá trình làm sạch sinh học có thể thực hiện với các quy mô khác nhau và ở
điều kiện hiếu khí hoặc kỵ khí. Việc tẩy độc bằng phân hủy sinh học có thể tiến
hành riêng rẽ hoặc kết hợp với các phương pháp xử lý cơ học, hóa lý để tăng cường
hiệu quả xử lý của quá trình. Sau khoảng thời gian nhất định (vài tháng hoặc vài
năm), các chất ô nhiễm có thể được loại bỏ hoàn toàn [20, 28, 39].
Hiện nay trên thế giới phân hủy sinh học đã được các nhà khoa học nghiên
cứu và áp dụng khá rộng rãi. Tại Việt Nam, các nhà khoa học tại Viện Công nghệ
sinh học đã tiến hành nghiên cứu và phân lập thành công một số chủng vi sinh vật
có khả năng phân hủy sinh học PAH cũng như phân bố của các tập đoàn vi sinh vật
tại các vùng sinh thái khác nhau [3, 6, 8].
1.4. Phân hủy sinh học các PAH bởi vi sinh vật
1.4.1. Vi sinh vật phân hủy PAH
Hiện nay, có nhiều nghiên cứu về khả năng của vi sinh vật sử dụng các PAH
có trọng lượng phân tử thấp như naphthalene, phenanthrene và anthracene. Tuy
nhiên, chưa có nhiều nghiên cứu về tiềm năng phân hủy các PAH có trọng lượng
phân tử cao như chrysene và benzo[a]pyrene [16].
Vi sinh vật phân hủy PAH phân bố rộng rãi trong tự nhiên. Số lượng các vi
sinh vật có khả năng phân hủy PAH tại các vùng ô nhiễm nhiều hơn so với các vùng
không ô nhiễm. Các loài vi sinh vật trong vùng ô nhiễm có xu hướng thích nghi,
bằng cách thay đổi cấu trúc di truyền để hướng đến việc phân hủy PAH. Vi khuẩn
có vai trò quan trọng trong tham gia phân hủy sinh học PAH trong nước và trầm
tích, trong khi đó, nấm sợi và xạ khuẩn đóng vai trò quan trọng phân hủy PAH và
các chất ô nhiễm trong môi trường đất [22].
Thống kê ở bảng 1.2 cho thấy, vi sinh vật phân hủy PAH thuộc nhiều nhóm vi
sinh vật khác nhau [4, 8, 13, 14, 22, 36, 62, 63, 64, 65]. Các vi sinh vật có khả năng
chuyển hóa PAH phần lớn thuộc vi khuẩn, vi khuẩn lam và một số vi nấm [13, 14,
17, 35, 61, 62].

Micrococcus sp.
Mycobacterium sp.
Staphylococcus auriculans
Pseudomonas stuzeri
Rhodococcus sp.
Sphingomonas. sp
Staphylococcus auriculans
Agmenellum
quadruplicatum
Anabena sp. CA
Amphora sp.
Aphanocapsa sp.
Chlorella autotrophica
Chlamydomonas
angulosa
Coccochloris elabens
Cylindrotheca sp.
Dunaliella tertiolecta
Microcoleus
chthonoplastes
Navicula sp.
Nostoc sp.
Phorphyridium
Scapricomutum
Synedar sp.

Aspergillus sp. FVX5
Basidiobolus ranarum
Bjerkandera adusta
Candida maltosa

được tóm tắt như sau:
- Chuyển hóa PAH đến cis-dihydrodiol, phenol và các sản phẩm cắt vòng bởi
vi khuẩn và vi khuẩn lam
- Chuyển hóa PAH đến phenol bởi vi khuẩn nhóm methylotrophic
- Chuyển hóa PAH đến trans-dihydrodiol bởi vi nấm, vi khuẩn và vi khuẩn lam
- Chuyển hóa PAH đến quinon bởi nấm mục trắng (white-rot fungi)

Hình 1.2: Các con đƣờng phân hủy hiếu khí PAH chính của vi khuẩn và nấm

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

17
Hiện nay người ta đã biết đến các enzyme cytochrome P450 monooxygenase
được sinh ra bởi một loài vi nấm, vi khuẩn và vi khuẩn lam. Các enzyme này tham
gia chuyển hóa PAH đến dạng aren oxit, sau đó dạng hợp chất trung gian này được
hydrat hóa bởi enzyme epoxyt hydrolase đến dạng trans-dihydrodiols hoặc được tái
sắp xếp không có sự tham gia của enzyme tạo thành dạng phenol. Trong trường hợp
các vi sinh vật chỉ có thể thực hiện theo cách chuyển hóa này, thì chúng sẽ không sử
dụng PAH như nguồn cacbon mà chỉ có thể loại bỏ tính độc của PAH [16,52].
Chuyển hóa PAH đến quinon bởi nấm trắng (white- rot fungi): Một số nấm
trắng phân hủy lignin và cellulose (có trong gỗ) sẽ chuyển hóa PAH đến quinon và
các chất khác mà không qua cis-dihydrodiol hoặc trans-dihydrodiol, trong một số
trường hợp quá trình chuyển hóa này có sự tham gia của lignin peroxydase [16,52].
Nhiều nghiên cứu cho thấy, trong vi khuẩn, các gene mã hóa các enzyme tham
gia vào quá trình chuyển hóa PAH có thể nằm trên plasmid hoặc chromosome [23].
Trong hai thập kỷ vừa qua, một nhóm các gene bảo thủ cao dị hóa PAH (các gene
giống nah) từ các loài Pseudomonas đã được điều tra đầy đủ bao gồm cả quan hệ
chức năng, cấu trúc và tiến hóa của các gene này. Tuy nhiên, gần đây các gene dị
hóa PAH mà có sự khác nhau về tiến hóa đối với gene giống nah đã được nghiên
cứu ở các vi khuẩn Gram âm khác và cả vi khuẩn Gram dương [23].