Phân lập tuyển chọn và nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng sinh tổng hợp xenlulaza của một số chủng vi sinh vật nhằm ứng dụng xử lý phế thải ligno xenluloza 1

I.Mở đầu Cuộc sống ngày phát triển theo hớng tiến với thành tựu mặt khoa học kỹ thuật, nh lợi ích to lớn kinh tế xà hội Nhng bên cạnh mà ngời đợc hởng thụ ®èi diƯn víi mét vÊn ®Ị hÕt søc nghiªm träng Đó ô nhiễm môi trờng thành tựu mà đà sáng tạo Ô nhiễm môi trờng đà kéo theo cân sinh thái nh phá huỷ môi trờng tự nhiên, đe doạ sức khoẻ ngời nh loại động thực vật khác Bên cạnh nguyên nhân gây « nhiƠm m«i trêng nh ch¸y rõng, khai th¸c rõng bừa bÃi, chảy dầu, nhà máy điện hạt nhân, dò rỉ phóng xạ nguyên nhân to lớn việc gây ô nhiễm môi trờng rác thải mà rác thải hữu chiếm thành phần chủ yếu Rác thải hữu có khả phân huỷ, chuyển hoá thành dạng khác Sau thời gian chuyển đổi, chất hữu từ vùng sản xuất nông nghiệp vùng nông thôn lại quay làm ô nhiễm không thành phố mà làm ô nhiễm vùng nông thôn lân cận thành phố Chính có khả phát tán nhanh chóng, gây ô nhiễm diện rộng nên không đợc thu gom xử lý triệt để rác thải hữu gây hậu nghiêm trọng Trong lợng rác thải hữu thu gom đợc, chất ligno-xenluloza lại chiếm lợng lớn Đối với động vật ngời, chất ligno-xenluloza thờng giá trị dinh dỡng Trong phế phẩm nông nghiệp, phần không đợc sử dụng chiếm đến 50% tổng sinh khối Khối lợng đợc thu gom thải vào thiên nhiên, vừa gây lÃng phí lại vừa gây ô nhiễm môi trờng Tuy nhiên, để giải đợc vấn đề ô nhiễm rác hữu gây nên, vấp phải vấn đề phức tạp làm cách để tăng khả thu gom xử lý rác thải nhanh chóng nhằm đẩy nhanh vòng tuần hoàn rác, không để tồn đọng gây ô nhiễm môi trờng lợng rác thải ngày tăng lên mà sở xử lý lại có hạn Hiện có nhiều phơng pháp xử lý rác nh phơng pháp đốt, phơng pháp chôn lấp thành bÃi chứa Tuy nhiên, phơng pháp không mang lại hiệu cao lÃng phí diện tích chôn lấp, thời gian xử lý dài gây ô nhiễm thứ cấp Trong đó, phơng pháp xử lý rác b»ng c«ng nghƯ vi sinh vËt tá cã nhiỊu u điểm hiệu kinh tế lẫn kỹ thuật, tạo sản phẩm phân bón hữu dùng cho sản xuất nông nghiệp Mặc dù vậy, việc phân huỷ rác dựa vi sinh vật tự nhiên có sẵn đống rác ủ gặp nhiều hạn chế nh thời gian phân huỷ lâu, trình phân huỷ cha triệt để Do đó, cần tuyển chọn chủng vi sinh vật thích hợp bổ sung vào bên cạnh vi sinh vật có sẵn để giúp cho trình xử lý đạt kết tốt Với mong muốn tham gia vào trình phân lập tuyển chọn chủng vi sinh vật có khả phân huỷ rác thải cao phù hợp với điều kiện Việt Nam dù phần đóng góp nhỏ bé mình, đà thực đề tài Phân lập, tuyển chọn nghiên cứu yếu tố ảnh hởng đến khả sinh tổng hợp xenlulaza số chđng vi sinh vËt nh»m øng dơng xư lý phÕ thải ligno-xenluloza II Tổng quan 2.1 Sơ lợc tình hình thành phần rác thải sinh hoạt Việt Nam 2.1.1 Sơ lợc tình hình rác thải Việt Nam Rác thải từ sinh hoạt ngời, rác thải nông nghiệp rác thải công nghiệp chiếm thành phần chủ yếu khối lợng rác thải thu gom đợc giới Việt Nam, sản lợng công nghiệp đô thị cha phải lớn rác thải công nghiệp nh rác thải sinh hoạt nơi tập trung dân c so với nớc phát triển, nhng quản lý môi trờng nhiều thiếu sót, ý thức giữ gìn môi trờng ngời dân cha cao nên vấn đề môi trờng nói chung vấn đề rác thải nói riêng vấn đề nan giải Việt Nam, đặc biệt thành phố lớn Hàng ngày, thành phố lớn Việt Nam thải khoảng 9100 m3 rác nhng thu gom đợc khoảng 40 50% Chỉ tính ba thành phố lớn Việt Nam, lợng rác thải hàng ngày thu gom đợc lớn Mỗi ngày Hải Phòng thải 270 rác, Hà Nội khoảng 1000 tấn, Thành phố Hồ Chí Minh khoảng 4000 Đó số liệu giấy tờ mà công ty vệ sinh đô thị thu gom đợc Còn số lợng rác thực tế mà ngời dân thải bỏ lớn gấp nhiều lần nh [15,16] Quá trình đô thị hoá nhanh chóng hệ thống sở hạ tầng cha phát triển tơng ứng làm tăng thêm khó khăn tình hình ô nhiễm môi trờng Cùng với trình đô thị hoá mức sống ngời dân đợc nâng lên kéo theo lợng rác thải ngày lớn.Lợng rác trung bình thành phố Hồ Chí Minh tăng khoảng 20% năm lợng rác thành phố lớn giới tăng trung bình dới 7%.Tuy nhiên lợng rác xử lý cha đợc so với nớc giới Mặc dù nớc ta đà quan tâm đến vấn đề song nhiều hạn chế Rác thải công nghiệp thành phần tham gia vào trình tạo nên sản phẩm bán thành phẩm phải loại bỏ khỏi dây chuyền sản xuất Rác thải sinh hoạt thành phần đợc loại bỏ từ gia đình khu công cộng hay chợ, siêu thị Trong tất loại rác kể rác thải sinh hoạt loại chất thải phức tạp Trớc hết thành phần rác thải sinh hoạt đa dạng, thành phần chúng hợp chất hữu mà tríc hÕt lµ xenluloza vµ lignin chiÕm tû lƯ cao nhất, thông thờng 40 50%, có nhiều trờng hợp chiếm đến 70 80% Bên cạnh ý thức đại phận dân chúng yếu, quản lý biện pháp xử lý cha đạt đợc hiệu nh mong muốn, đòi hỏi phải phù hợp với mức sống tập tục cộng đồng Ngoài mong muốn tận dụng rác thải sinh hoạt để tạo sản phẩm có ích cho x· héi cịng lµ mét u tè quan träng khiến cho việc xử lý rác thải sinh hoạt gặp nhiều vấn đề nan giải [2, 12, 14] Là mét níc n«ng nghiƯp n»m vïng khÝ hËu nhiƯt đới nên rác thải sinh hoạt Việt Nam có đặc điểm riêng thành phần tính chất Độ ẩm rác thay đổi theo mùa năm - độ ẩm trung bình vào mùa khô từ 40 – 45% vµ vµo mïa ma tõ 50 – 80%, lợng rác ngày tăng lên cách nhanh chóng Do việc nghiên cứu, tuyển chọn chủng vi sinh vật có khả phân giải xenluloza mạnh, áp dụng vào công nghệ xử lý rác vi sinh vật Việt Nam cần thiết cần đợc quan tâm 2.1.2 Thành phần rác thải sinh hoạt Việt Nam Khác với rác thải công nghiệp, rác thải sinh hoạt tập hợp không đồng Sự không đồng thể đầu vào nguyên liệu ban đầu dùng cho sinh hoạt thơng mại Sự không đồng tạo số đặc tính khác biệt thành phần rác thải sinh hoạt 2.1.2.1 Thành phần học Đặc điểm rõ thấy rác đô thị Việt Nam thành phần chất hữu có Số lợng thờng chiếm cao, khoảng 55 65% Trong thành phần rác thải đô thị, cấu tử phi hữu (kim loại, rác xây dựng ) chiếm khoảng 11 15%, phần lại cấu tử khác.[5] Bảng 1: Thành phần rác sinh hoạt Hải Phòng, Hà Nội, TP Hồ Chí Minh Thành phần rác Hải Phòng Hà Nội TP Hồ Chí Minh 50,70 50,72 62,64 GiÊy 2,28 2,72 0,59 V¶i vơn, củi gỗ 2,27 6,27 4,25 Nhựa, cao su, da 2,02 0,71 0,46 Vá èc, x¬ng 3,68 1,06 0,50 Thủ tinh 0,72 0,31 0,20 (%) Lá cây, vỏ hoaquả, xác thực vật Rác xây dựng 8,45 7,43 16,04 Kim loại 0,14 1,02 0,27 Tạp chất khó phân giải 23,9 30,21 15,27 Chúng ta nhận thấy thành phần rác thải hữu chiếm tỷ lệ lớn rác thải sinh hoạt Việt Nam So với nớc phát triển giới tỷ lệ rác hữu nớc ta cao.[5] Bảng Thành phần rác sinh hoạt số nớc phát triển giới (1990) Thành phần Nhật Pháp Mỹ Giấy 12,1 30,0 30-40 Thùc phÈm 8,1 34,0 9,4 V¶i 5,1 2,0 2,0 Gỗ, cỏ 1,9 4,0 0,5 Chất dẻo 19,8 4,0 7,0 Cao su 1,4 10,0 0,5 Kim lo¹i 20,0 7,0 6,5 Thủ tinh 22,7 13,0 7,9 Nh÷ng thø 3,2 13,0 3,2 (%) khác 2.1.2.2 Thành phần hoá học Trong cấu tử hữu rác sinh hoạt, thành phần hoá học chúng chủ yếu là: C, H, O, N, S chất tro [14] Thành phần quan trọng việc nghiên cứu xử lý, tái sinh chúng nh việc đánh giá tác động đến môi trờng không đợc xử lý.[5] Ta nhận thấy tuỳ thuộc vào chất khác mà thành phần cấu tử hữu có chất dao động thay đổi khoảng rộng Kết đợc minh hoạ qua bảng dới Bảng 3: Thành phần hoá học cấu tử hữu rác thải sinh hoạt Thành phần Các chÊt (%) C H O N S Tro Thùc phÈm 48,0 6,4 37,6 2,6 0,4 5,0 GiÊy 43,5 6,0 44,0 0,3 0.2 6,0 Caton 44,0 5,9 44,6 0,3 0,2 5,0 V¶i 55,0 6,6 31,2 1,6 0,15 - Cao su 78,0 10,0 - 2,0 - 10,0 Nhìn qua bảng số liệu nhận thấy thành phần rác thải hữu phức tạp Nếu rác thải đô thị phân huỷ tự môi trờng tự nhiên môi trờng, môi sinh đặc biệt nguồn nớc bị ô nhiễm cách ghê gớm Có nhiều biện pháp để xử lý lợng rác khổng lồ đợc tạo ngày ví dụ nh thiêu đốt, chôn lấp nhng cách hay cách khác, phơng pháp xử lý lại gây ô nhiễm cho môi trờng tơng lai Chính vậy, phơng pháp xử lý rác vi sinh vật lựa chọn tối u Nếu kiểm soát đợc trình xử lý rác thải đô thị tạo nguồn phân hữu nguồn dinh dỡng lớn, vừa tạo đợc cân sinh thái, lại vừa tránh đợc nguy gây ô nhiễm môi trờng 2.2 Các phơng pháp xử lý rác vi sinh vật 2.2.1 Bản chất phơng pháp Bản chất trình xử lý rác nhờ vi sinh vật trình phân huỷ rác vi sinh vật có sẵn rác nh vi sinh vật đợc bổ sung vào Nhờ có vi sinh vật mà rác đợc phân huỷ thành thành phần nhỏ hơn, tạo sinh khối sản phẩm trao đổi chất vi sinh vật loại khí nh CO2, CH4 [4] Các trình chuyển hoá xảy điều kiện yếm khí hiếu khí - Quá trình ủ hiếu khí trình phân giải chất hữu nhờ có mặt oxy tạo sản phẩm ci cïng lµ CO2, NH3, níc, nhiƯt vµ sinh khèi vi sinh vật - Quá trình ủ yếm khí trình phân giải chất hữu vi sinh vật nhng oxy sản phẩm cuối CH4, CO2, NH3 lợng nhỏ loại khí khác, axit hữu sinh khối vi sinh vật Trong trình ủ rác diễn loạt trình chuyển hoá khác Các trình theo hớng có lợi, nh hớng lợi Do phải kiểm soát đợc trình xử lý, hạn chế mặt có hại cho trình xử lý, phát huy tối đa mặt tích cực với mục tiêu đặt là: - Làm ổn định thành phần rác thải sau trình xử lý: Chất thải hữu đợc đa vào môi trờng đợc chuyển hoá liên tục, cha ổn định Quá trình lên men ổn định chúng phản ứng sinh hoá Sản phẩm cuối trình đợc ổn định sử dụng chúng - Tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh: Trong rác thải thờng chứa nhiều vi sinh vật gây bệnh Trong trình ủ rác vi sinh vật bị tiêu diệt nhiệt độ khác nhau.[6] E.coli hầu hÕt chÕt ë 55oC giê, 60oC 15-20 Shigella sp chÕt ë 55oC giê