Sản xuất nhựa sinh học tự phân từ vi khuẩn trong nước thải thực phẩm

Kinh tế tuần hoàn

05/07/2023

Nhựa sinh học PHB thu được từ hai chủng vi khuẩn bacillus pumilus NMG5 và bacillus megaterium BP5 có thể được xem là loại vật liệu xanh, bảo vệ môi trường, thích hợp để sử dụng phục vụ đời sống. Đặc biệt, sản phẩm từ nhựa sinh học này có độ dẻo dai như nhựa thông thường nhưng lại có thể tự phân huỷ hoàn toàn trong vòng 30 ngày tuỳ môi trường.

Với ưu điểm giá thành thấp và độ bền cao, các sản phẩm từ nhựa đã và đang được sử dụng, ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống. Tuy nhiên, tính chất khó phân huỷ của nhựa phế thải lại chính là vấn nạn gây ô nhiễm môi trường.

Hiện nay, các nhà khoa học trên thế giới đã tạo ra 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 tương đương với các loại nhựa thông thường, nhưng thân thiện với môi trường, do có khả năng tự phân hủy nhờ các vi sinh vật trong môi trường tự nhiên. Tuy nhiên, nhược điểm của những loại nhựa này là giá thành cao, chủ yếu do quá trình sản xuất đòi hỏi lượng dinh dưỡng tổng hợp đắt tiền, nên khó phát triển rộng rãi đến người sử dụng.

Ở Việt Nam, nhựa phân hủy sinh học được nghiên cứu chủ yếu theo hướng phối trộn tinh bột với một số hợp chất khác để tạo ra các polymer sinh học. Các công trình nghiên cứu, phân lập các chủng vi sinh vật và đánh giá khả năng sản xuất nhựa sinh học mặc dù đã có, nhưng chưa đưa ra được quy trình sản xuất sử dụng nguyên liệu là các loại chất thải cụ thể một cách hiệu quả.

Trước thực tế đó, được sự hỗ trợ từ Sở KH&CN TP Hồ Chí Minh, nhóm nghiên cứu thuộc Viện Công nghệ môi trường - năng lượng (Trường Đại học Sài Gòn) đã triển khai nhiệm vụ khoa học công nghệ “Nghiên cứu khả năng tổng hợp nhựa PHB của vi khuẩn từ nguồn nước thải giàu carbon”.

Tinh chế và thu nhựa sinh học PHB .(Ảnh: Nhóm nghiên cứu)

Tiến sĩ Hồ Kỳ Quang Minh, chủ nhiệm nhiệm vụ cho biết: Nội dung 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.

Thực hiện nhiệm vụ, nhóm đã tiến hành 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 (thành phố Hồ Chí Minh), Công ty Thực phẩm Mekong (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 với tổng cộng 185 dòng vi khuẩn khác nhau.

Trong số này, có 2 chủng vi khuẩn có khả năng tổng hợp PHB tại thời điểm 48 giờ nuôi cấy đáng chú ý: Bacillus pumilus NMG5 đạt 42,28% trọng lượng khô và bacillus megaterium BP5 đạt 41,19% trọng lượng khô. Nhóm đã tạo các tấm phim PHB từ tổng hợp 2 chủng vi khuẩn trên, ủ trong môi trường đất ẩm. Kết quả là sau 6 tuần, các tấm phim đã bị phân hủy hoàn toàn. Với môi trường nước, các tấm phim phân hủy hết trong 4 tuần.

“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. Đặc biệt, sản phẩm từ nhựa sinh học này có độ dẻo dai như nhựa thông thường nhưng lại có thể tự phân huỷ hoàn toàn trong vòng 30 ngày tuỳ môi trường." - Tiến sĩ Hồ Kỳ Quang Minh khẳng định.

Nhựa sinh học chịu lực, chịu nhiệt tốt, phù hợp làm bao bì, nhưng lại có thể phân hủy sau 6 tuần trong môi trường đất ẩm và 4 tuần trong môi trường nước.

Nhóm thực hiện cũng đã tiến hành nuôi cấy hai chủng vi khuẩn bacillus pumilus NMG5 và bacillus megaterium BP5 trong môi trường nước thải nhân tạo. Sau 15 ngày, số lượng vi khuẩn trong hệ thống đã đạt mức để đáp ứng yêu cầu xử lý nước thải. Kết quả phân tích chất lượng nước cho thấy, hiệu quả xử lý nước thải của cả hai chủng vi khuẩn trong giai đoạn ổn định (từ ngày thứ 23) đều đạt hiệu quả từ 94,5% đối với thông số COD, thông số tổng photpho và tổng nito lần lượt từ 70,2% và 77,2%. Hiệu quả xử lý tăng chậm và đạt mức tốt nhất ở ngày thứ 29 trở đi. Cụ thể, với chủng bacillus pumilus NMG5 hiệu suất xử lý là: COD = 97,7 %; Nito tổng số = 84,6 %; Photpho tổng số = 86,5 %. Tương tự, hiệu suất xử lý của chủng bacillus megaterium BP5 là: COD = 98,2 %; Nito tổng số = 78,9 %; Photpho tổng số = 81,7 %.

Để đánh giá hiệu quả xử lý thực tế, nhóm nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm xử lý nước thải tại nhà máy giấy Minh Hưng (Bình Phước). Kết quả, hiệu suất xử lý đối với nước thải của cả hai chủng bacillus pumilus NMG5 và bacillus megaterium BP5 khi sử dụng nước thải nhà máy giấy tuy đều thấp hơn so với với hiệu suất đạt được khi sử dụng nước thải nhân tạo, nhưng vẫn đảm bảo hiệu quả xử lý cao, giá trị đầu ra của các thông số được phân tích đều đạt Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về xử lý nước thải công nghiệp và nước thải công nghiệp giấy và bột giấy (QCVN 40/:2011/BTNMT và QCVN 12-MT:2015/BTNMT).

Từ kết quả rất khả quan này, Giám đốc Sở Khoa học và Công nghệ thành phố Hồ Chí Minh Nguyễn Việt Dũng cho biết, Sở đang xem xét đề nghị của nhóm nghiên cứu về việc tiếp tục hỗ trợ để triển khai sản xuất thử nghiệm PHB trên quy mô lớn hơn, từ đó hoàn thiện việc xác định các chủng loại vi khuẩn và quy trình tổng hợp thành hạt nhựa vật liệu tự hủy để sản xuất bao bì thân thiện môi trường trên quy mô công nghiệp.

Anh Thư

Tags: