Đây là nghiên cứu của các nhà khoa học Trường Đại học Sài Gòn.

Tổng hợp nhựa từ nước thải giàu carbon

TS Hồ Kỳ Quang Minh, chủ nhiệm triển khai nhiệm vụ, Trường Đại học Sài Gòn cho biết, với sự tiến bộ của khoa học công nghệ, các nhà khoa học đã chế tạo được một số loại nhựa sinh học có khả năng tự hủy trong thời gian ngắn (30 ngày).

Trong đó, PHA (polyhydroxyalkanoate) và PHB (polyhydroxybutyrate) là những loại nhựa có nhiều ưu điểm như độ dẻo dai gần như tương đương các loại nhựa thông thường, nhưng lại rất thân thiện với môi trường do có khả năng tự phân hủy nhờ các vi sinh vật trong môi trường tự nhiên.

Tuy vậy, hạn chế của nhựa sinh học giá thành cao, chủ yếu do quá trình sản xuất đòi hỏi lượng lớn nguyên liệu tổng hợp rất đắt tiền, nên chưa thể phát triển rộng rãi.

Khắc phục điều này, nhóm các nhà khoa học của Trường Đại học Sài Gòn đã thực hiện nhiệm vụ “Nghiên cứu khả năng tổng hợp nhựa PHB của vi khuẩn từ nguồn nước thải giàu carbon”.

Đây là nhiệm vụ hướng đến việc tận dụng nguồn nước thải giàu dinh dưỡng hydratcarbon (đặc biệt xuất hiện nhiều trong thành phần nước thải từ các cơ sở sản xuất – nhà máy chế biến thực phẩm, nhà máy sản xuất giấy, nhà máy sản xuất bia…) để phát triển các loại vi sinh vật có khả năng tổng hợp PHB, kết hợp quá trình tổng hợp PHB với quá trình xử lý nước thải.

Nhóm đã thu mẫu bùn hoạt tính và nước thải tại bể điều hòa của hệ thống xử lý nước thải tại các cơ sở sản xuất bún, hủ tiếu và bánh tráng ở huyện Củ Chi (TPHCM), Công ty Thực phẩm Mêkong (huyện Đức Hòa, tỉnh Long An), Nhà máy giấy Sài Gòn (huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu), Nhà máy giấy Minh Hưng (tỉnh Bình Phước)…

Kết quả thu được 9 mẫu bùn và 9 mẫu nước thải. Tổng cộng 185 dòng vi khuẩn khác nhau được xác định phát huỳnh quang trong môi trường chứa thuốc nhuộm Nile Blue A dưới ánh sáng UV 365nm.

Định danh nhanh bằng phương pháp phân tích khối phổ Maldi-Top, kết quả họ bacillus sp. chiếm đến 65,4% với đa số là bacillus cereus (40 dòng) và bacillus pumilus (14 dòng), có mặt ở hầu hết mẫu nước và bùn thải.

TS Hồ Kỳ Quang Minh cho biết, nước thải từ các nhà máy sản xuất thường có mức độ ô nhiễm cao, chứa nhiều hóa chất độc hại, ức chế sự phát triển của các loài vi sinh vật.

Tuy nhiên, trong các loại nước thải này vẫn có các chủng, loài vi khuẩn có khả năng sinh tổng hợp thành nhựa sinh học tồn tại và sinh trưởng với số lượng lớn và rất phong phú. Tại các điểm mà nhóm thực hiện lấy mẫu đều thu được các dòng vi khuẩn tiềm năng.

Việc các dòng vi khuẩn này vẫn có thể tồn tại và phát triển tự nhiên trong môi trường nước thải cho thấy chúng thích nghi rất tốt với điều kiện môi trường độc hại, rất có tiềm năng để sử dụng cho việc sản xuất nhựa sinh học.

Thử nghiệm phân hủy PHB trong môi trường dịch nuôi bacillus sp.

Phân hủy nhanh nhờ vi sinh vật

Kết quả phân tích nhiệt trọng hai mẫu PHB thu được từ hai chủng vi khuẩn trên thể hiện tính ổn định tốt của vật liệu. Trọng lượng bị mất nhiều nhất, trên 80% và 60% ở nhiệt độ khoảng 260 độ C đối với lần lượt mẫu PHB thu được từ bacillus pumilus NMG5 và bacillus megaterium BP5.

Kết quả này tương đồng với những báo cáo quốc tế khác (các mẫu PHB được tổng hợp từ vi khuẩn và PHB mẫu chuẩn đều bị phân hủy ở nhiệt độ trong khoảng 250 – 300 độ C).

Các tấm phim PHB (mẫu sản phẩm tổng hợp bởi hai chủng vi khuẩn bacillus pumilus NMG5, bacillus megaterium BP5) được ủ trong môi trường đất ẩm và dịch nuôi cấy vi sinh vật để tiến hành thử nghiệm khả năng tự phân hủy trong môi trường có sự hiện diện của vi sinh vật.

Trong tuần đầu tiên, quá trình phân hủy xảy ra rất chậm, trọng lượng các tấm phim PHB thay đổi rất ít hoặc không thay đổi. Ở tuần thứ 2 và 3, quá trình phân hủy diễn ra nhanh hơn, trọng lượng các tấm phim PHB giảm rõ rệt.

Ở tuần thứ 4, các tấm phim đã bị rã vụn thành các hạt nhỏ, không thể thu hồi để xác định trọng lượng. Tiếp tục theo dõi đến tuần thứ 6 và 7 thì không còn phát hiện dấu vết các tấm phim PHB được sử dụng trong thử nghiệm.

Các tấm phim PHB tương tự cũng được thử nghiệm phân trong môi trường lỏng (bình tam giác chứa 100ml dịch nuôi vi khuẩn bacillus sp. trong môi trường Nutrient Broth trong 72 giờ, mức nhiệt 32 độ C).

Kết quả cho thấy, ở ngày thứ 14, các tấm phim PHB đã bị vỡ thành 5 – 7 mảnh nhỏ. Ở tuần thử nghiệm thứ 3 (ngày 21), các tấm phim PHB đã rã vụn và ở tuần thứ 4, chỉ còn thấy 1 lớp (tương tự) sinh khối ở đáy bình tam giác.

TS Hồ Kỳ Quang Minh cho biết, kết quả thử nghiệm tự phân trên cho thấy sản phẩm PHB thu được từ hai chủng vi khuẩn bacillus pumilus NMG5 và bacillus megaterium BP5 có thể được phân hủy bởi vi sinh vật trong khoảng từ 30 – 50 ngày.

Nhờ có nguồn gốc từ vi khuẩn – là một trong những kiểu dự trữ dinh dưỡng của sinh vật, các mẫu PHB tổng hợp từ hai chủng vi khuẩn bacillus pumilus NMG5, bacillus megaterium BP5 có khả năng phân hủy tốt. Trong điều kiện ủ compost, tốc độ phân hủy của PHB thậm chí còn có thể đạt mức nhanh hơn do mật độ vi sinh vật cao, đa dạng, các điều kiện độ ẩm, nhiệt độ… thích hợp hơn.

Do đó, nhựa sinh học PHB thu được từ 2 chủng vi khuẩn bacillus pumilus NMG5, bacillus megaterium BP5 có thể được xem là một loại vật liệu xanh, bảo vệ môi trường, thích hợp để sử dụng phục vụ đời sống.