CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Thành phần, đặc tính của EPS tách từ bùn thải bằng các phương pháp
3.1.2. Thành phần hóa học của EPS thu được
Thành phần hóa học của EPS quy định tính chất và khả năng hấp phụ của EPS. Như đã trình bày ở chương 1, EPS có thành phần khá phức tạp và là tổ hợp của nhiều loại polymer khác nhau. EPS có thành phần chính là các hợp chất hữu cơ có phần tử lượng lớn như protein, polysaccharide, humics, acid amin v.v…Trong
đó, protein và polysaccharide được cho là các thành phần quan trọng nhất. Ngoài ra, nucleic acid cũng được quan tâm do nuclein acid là một chỉ thị đáng tin cậy để đánh giá mức độ ảnh hưởng của các tác nhân hóa học và lý học tới quá trình phá vỡ và phân hủy của tế bào vi sinh vật.
Kết quả phân tích thành phần hóa học của EPS được tách bằng các phương pháp khác nhau được thể hiện tại Bảng 3.1. Kết quả cho thấy không chỉ khối lượng EPS mà cả thành phần hóa học của EPS cũng có sự thay đổi một cách đáng kể tùy thuộc vào phương pháp tách chiết EPS khác nhau. Hàm lượng protein có giá trị nằm trong khoảng 0,063 mg/g bùn (phương pháp ly tâm) đến 5,6 mg/g bùn (phương pháp NaOH). Hàm lượng polysaccharide có giá trị nằm trong khoảng 0,055 mg/g bùn (phương pháp ly tâm) đến 2,681 mg/g bùn (phương pháp NaOH) và hàm lượng nucleic acid có giá trị nằm trong khoảng 0,063 µg/ g bùn (phương pháp nhiệt) đến 1,481 µg/ g bùn (phương pháp HCl).
Hình 3.1 thể hiện tỉ lệ phần trăm của các thành phần hóa học trong tổng khối lượng EPS thu tách được. Kết quả cho thấy EPS được tách bằng phương pháp hóa học cho kết quả hàm lượng protein và polysaccharide chiếm tỉ lệ % nhiều hơn so với hàm lượng acid nucleic, như đối với phương pháp NaOH kết hợp với HCHO cho kết quả cao nhất, hàm lượng protein chiếm 20,14% tổng khối lượng EPS thu được (69,5 mg Protein/ 345mg EPS), hàm lượng polysaccharide chiếm 8,29% tổng khối lượng EPS thu được (28,6 mg Polysaccharide/345mg EPS), phương pháp NaOH có hàm lượng protein thấp hơn chiếm 14,26% (75,6 mg Protein/ 530mg EPS), hàm lượng polysaccharide chiếm 6,83% tổng khối lượng EPS thu được (36,2 mg Polysaccharide/530mg EPS), trong khi đó, cùng thuộc nhóm phương pháp hóa học, phương pháp H2SO4, HCl và EDTA chỉ cho kết quả lần lượt là 2,25%; 2,72% và 5,85% đối với hàm lượng Protein và 2,16%; 2,41% và 2,80% đối với hàm lượng Polysaccharide.
Phương pháp ly tâm và phương pháp nhiệt có hàm lượng protein và polysaccharide thấp hơn nhiều lần so với phương pháp hóa học, chiếm lần lượt là 1,89% và 1,01% tổng khối lượng EPS (đối với hàm lượng protein), chiếm lần lượt
là 1,64% và 1,84% (đối với hàm lượng polysaccharide). Bên cạnh đó, hàm lượng acid nucleic được phân tích giữa các phương pháp không chênh lệch nhau nhiều, dao động trong khoảng từ 1,19% đến 2,37%
Mặt khác, kết quả cũng cho thấy hàm lượng protein tăng nhiều hơn so với hàm lượng polysaccharide. Nồng độ polysaccharide và protein trong EPS tăng đột biến khi được tách bằng phương pháp hóa học chứng tỏ ngoài những hợp chất polymer có khối lượng phân tử lớn nằm bên ngoài tế bào, thì các hợp chất hóa học như NaOH, HCl, H2SO4, EDTA còn có khả năng phá vỡ tế bào và tách cả những hợp chất hữu có phân tử lượng lớn nằm trong tế bào vi sinh vật như: DNA, polysaccharide nội bào, protein nội bào. Vì nucleic acid là một trong những chất chỉ thị cho hiện tượng tế bào bị phá vỡ [34]. Từ đó, hàm lượng protein, polysaccharide và nucleic acid tăng lên đáng kể.
Hình 3.1. So sánh thành phần hóa học của EPS được tách bằng các phương pháp khác nhau (PN, PS và AN là hàm lượng protein, polysaccharide và acid nucleic)
Bảng 3.1 Kết quả phân tích khối lượng, thành phần hóa học của EPS được tách bằng các phương pháp khác nhau. Cho thấy, các phương pháp tách bằng tác nhân hóa học cho EPS có hàm lượng protein, polysaccharide và nucleic acid cao. Điều đó cũng chỉ ra rằng EPS tách bằng phương pháp hóa học có khả năng chứa cả các hợp chất polymer ngoại bào lẫn các hợp chất polymer nội bào.
Thành phần hóa học của EPS (Protein, Polysaccharide và Nucleic Acid) đóng vai trò quyết định tới hiệu suất xử lý ion kim loại Cu2+ do đây là các chất có khối lượng phân tử lớn và có chứa các nhóm chức liên kết các cấu trúc của chúng. Hình 3.2, 3.3 và 3.4 thể hiện mỗi tương quan giữa hiệu suất xử lý ion kim loại Cu2+ với các thành phần hóa học chính của EPS. Kết quả thể hiện ở các hình 3.2 - 3.4 cho thấy, hàm lượng của Protein, polysaccharide và Nucleic acid trong EPS càng cao thì hiệu quả xử lý kim loại của EPS càng lớn. Tuy nhiên, dựa vào hệ số tương đồng R2, khả năng xử lý ion kim loại Cu2+ có mối quan hệ chặt chẽ nhất với hàm lượng polysaccharide (R = 0,9589), tiếp theo là protein (R = 0,8775), độ tương đồng thấp nhất là nucleic acid với R = 0,8075.
Hình 3.3. Mối quan hệ giữa hiệu suất xử lý kim loại với hàm lượng Polysaccharide
Hình 3.4. Mối quan hệ giữa hiệu suất xử lý kim loại với hàm lượng Nucleic acid
Như đã trình bày ở trên, polysacchride là một trong những chỉ thị đánh giá ảnh hưởng của phương pháp tách chiết tới tế bào vi sinh vật. Hàm lượng polysaccharide cao thể hiện tế bào bị phá vỡ và các hợp chất polymer có trong nội bào được giải phóng vào pha lỏng. Mối tương quan cao giữa hiệu quả xử lý ion kim loại Cu2+ và polysaccharide gợi ý rằng các hợp chất polymer có ở trong tế bào vi sinh vật đóng một vai trò lớn đối với hiệu quả xử lý kim loại của EPS tách ra từ bùn thải.