CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Thành phần, đặc tính của EPS tách từ bùn thải bằng các phương pháp
3.1.1. Hàm lượng EPS
EPS sau khi được tách bằng các phương pháp vật lý, phương pháp hóa học khác nhau, mẫu EPS được thu lại và đưa đi phân tích khối lượng bằng cách kết tủa trong ethanol lạnh với tỉ lệ 2 ethanol : 1 EPS (quy trình được mô tả ở mục 2.4 chương 2). Kết quả phân tích khối lượng EPS tách bằng phương pháp khác nhau được trình bày chi tiết tại Bảng 3.1.
Bảng 3.1. Kết quả phân tích khối lượng, thành phần hóa học của EPS được tách bằng các phương pháp khác nhau
Phương pháp Khối lượng (mg EPS/g bùn) Protein (mg /g bùn) Polysaccharide (mg /g bùn) Axit nucleic (µg /g bùn) Ly tâm 3,333 0,063 0,055 0,072 Nhiệt 5,185 0,053 0,096 0,063 HCl 101,259 2,281 2,185 1,481 H2SO4 96,000 2,607 2,311 1,442 NaOH 39,259 5,600 2,681 0,841 HCHO + NaOH 25,556 5,148 2,119 0,607 EDTA 20,000 1,170 0,561 0,239
EPS là một trong những thành phần quan trọng đóng góp vào sự hình thành lên các bông bùn sinh học trong hệ thống xử lý nước thải, vì vậy, trong bùn sinh học luôn có chứa một lượng EPS nhất định [26, 27]. Tùy thuộc vào phương pháp tách chiết EPS được sử dụng mà lượng EPS tách ra từ bùn sinh học có thể khác nhau.
Kết quả phân tích cho thấy hàm lượng EPS tách được dao động từ 3,333 g EPS/g bùn (phương pháp ly tâm) tới 101.259 mg EPS/g bùn (phương pháp HCl). Hiệu quả tách tăng dần theo thứ tự sau: nhóm có hàm lượng EPS dưới 100 mg
EPS/L (phương pháp ly tâm, phương pháp nhiệt), nhóm có hàm lượng EPS dưới 1000 mgEPS/L (phương pháp NaOH, phương pháp NaOH kết hợp HCHO, phương pháp EDTA), nhóm có hàm lượng EPS trên 1000 mgEPS/L (phương pháp HCl, phương pháp H2SO4).
Kết quả khối lượng EPS cũng cho thấy hiệu suất tách của phương pháp vật lý (ly tâm) thấp hơn nhiều so với pương pháp hóa học. Phương pháp vật lý như ly tâm và nhiệt đươc sử dụng nhiều trong nghiên cứu khác nhau để đánh giá về hàm lượng EPS có trong sinh khối [28]. Tuy nhiên, phương pháp này chỉ có khả năng tách EPS ở dạng hòa tan hoặc liên kết yếu với tế bào vi sinh vật [29]. Trong bể bùn hoạt tính, vi sinh chịu sự tách động mạnh do sự khuấy trộn bởi khí nên phần EPS có liên kết yếu với tế bào vi sinh vật có khả năng bị giải phóng ra môi trường và chỉ còn lại phần EPS liên kết tương đối chặt chẽ với tế bào vi sinh vật. Do đó, khi sử dụng phương pháp ly tâm, lượng EPS tách được không cao.
Ngược lại, phương pháp tách bằng các tác nhân hóa học lại có khả năng tách cả EPS dạng hòa tan và EPS dạng liên kết, do các tác nhân tách tạo phản ứng hóa học với các cầu nối giữa EPS và tế bào vi sinh vật (khi bổ sung EDTA vào bùn sinh học, EDTA tạo phức tan với cation hóa trị II nhờ đó phá vỡ liên kết của EPS với tế bào vi sinh vật, hay bổ sung hóa chất NaOH, gốc Na tăng lên làm cho liên kết giữa EPS với các cation hóa trị II yếu đi, do đó EPS được tách ra khỏi tế bào), nhờ đó giải phóng được lượng EPS nhiều hơn vào pha lỏng.
Nhìn vào kết quả phân tích ta thấy được hàm lượng của EPS tách được của phương pháp H2SO4 và phương pháp HCl (96 mg EPS/g bùn và 101,259 mg EPS/g bùn) lớn hơn rất nhiều lần so với các phương pháp khác. Hàm lượng EPS lớn có thể là do ngoài việc tách các hợp chất polymer có khối lượng phân tử cao nằm bên ngoài tế bào thì các axit HCl và H2SO4 còn có khả năng phá vỡ tế bào và tách cả những hợp chất hữu cơ phân tử lượng lớn nằm trong tế bào vi sinh vật (ví dụ: axit nucleic, polysaccharide nội bào,…).
Kết quả cũng cho thấy, sử dụng HCHO làm giảm hiệu suất tách EPS. Trong phương pháp tách với NaOH, khối lượng EPS giảm từ 39,259 mg EPS/g bùn
(phương pháp NaOH) xuống còn 25,556 mg EPS/g bùn (phương pháp HCHO + NaOH). Nguyên nhân là do HCHO có khả năng phản ứng và gắn protein trong EPS vào tế bào, cố định tế bào và làm tế bào trở nên vững chắc hơn, do đó làm giảm lượng EPS tách được [39,69,76,77]. Mặc dù, HCHO làm giảm hiệu quả tách EPS nhưng HCHO lại có khả năng bảo toàn tính chất của EPS và giảm thiểu các tác động tiêu cực của tác nhân tách tới thành phần hóa học của EPS.
Kết quả phân tích hàm lượng EPS cho thấy, bằng việc sử dụng một phương pháp tách phù hợp, hàm lượng EPS tách ra được từ bùn thải của hệ thống xử lý nước thải được nuôi cấy tại phòng thí nghiệm có thể đạt từ 0.5 – 1.3 g/L (tương ứng với khoảng 10% khối lượng của sinh khối). Lượng EPS thu được cũng tương đối lớn so với quá trình lên men tổng hợp EPS thông thường (Bảng 3.2). So sánh kết quả này cho thấy, bùn thải sinh học được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm là một nguồn tiềm năng để thu hồi EPS vừa đơn giản, lại hiệu quả phục vụ các mục đích xử lý môi trường.
Bảng 3.2. So sánh kết quả khối lượng EPS tách được với các nghiên cứu khác
Chủng VSV Môi trường EPS
(g/L)
Tài liệu tham khảo
Alcaligenes cupidus (KT 210) Đường Sucrose 0,6 [30]
Bacillus sp. F19 Đường Glucose 0,8 [31]
Klebsiella sp. N10 Nhân tạo 1,0 [32]
Proteus mirabilis (TJ-1) Đường Glucose 1,3 [33]
EPS được tách từ bùn thải nuôi
cấy trong phòng thí nghiệm Bùn thải nuôi cấy 0,5 – 1.3
Kết quả của đề tài