3.1. Ảnh hưởng của phương pháp tách tới khối lượng, chất lượng của polymer
3.1.4. Hoạt tính tạo bơng của polymer ngoại bào
Cho tới nay, phương pháp tách EPS được coi là lý tưởng khi đảm bảo mang lại hiệu quả tách cao, ít ảnh hưởng tới tế bào VSV và khơng làm phá vỡ cấu trúc của EPS [26]. Tuy nhiên, đứng về khía cạnh tách EPS để tái sử dụng cho mục đích xử lý khác thì phương pháp tách cần phải đáp ứng được cả 2 tiêu chí về chất lượng (khả năng tạo bông, khả năng hấp phụ) và khối lượng (năng suất tách EPS, mg EPS/g bùn). Do đó, để lựa chọn được phương pháp tách chiết phù hợp thì ngồi việc phân tích khối lượng EPS và thành phần hóa học, EPS sau khi tách cịn cần được thử hoạt tính tạo bơng với cao lanh. Từ đó, có thể có đầy đủ cơ sở nhằm lựa chọn ra phương pháp phụ hợp với đối tượng bùn thải của nhà máy bia.
Hình 3.4 thể hiện giá trị của hoạt tính tạo bơng với cao lanh của EPS thô và EPS tinh tách bằng các phương pháp khác nhau. Thể tích EPS thơ sử dụng cùng là 5 mL.
Kết quả phân tích cho thấy, hoạt tính tạo bơng của EPS phụ thuộc vào phương pháp tách rất nhiều, dao động từ 37 % (EPS tách bằng phương pháp ly tâm) đến 96 % (EPS tách bằng phương pháp HCHO-NaOH) đối với EPS dạng tinh, còn đối với EPS dạng thô dao động từ 39 % (EPS tách bằng phương pháp HCHO- EDTA axit) đến 87 % (EPS tách bằng phương pháp HCHO-NaOH). Hoạt tính tạo bơng của EPS dạng thô đạt hiệu quả dưới 50 % (phương pháp ly tâm, phương pháp EDTA axit, phương pháp HCHO-EDTA axit), hiệu quả trên 50 % đến 80 % (phương pháp HCl, phương pháp HCHO, phương pháp ly tâm, phương pháp EDTA muối, phương pháp HCHO-EDTA muối, phương pháp H2SO4, phương pháp NaOH), hiệu quả trên 80 % (phương pháp HCHO-NaOH). Đối với EPS dạng tinh hiệu quả được tăng dần theo thứ tự như sau: hiệu quả dưới 50 % (phương pháp ly tâm), hiệu quả từ trên 50 % đến 90 % (phương pháp HCL, phương pháp HCHO, phương pháp EDTA axit, phương pháp H2SO4, phương pháp HCHO-EDTA muối), hiệu quả trên 90 % (phương pháp HCHO-EDTA axit, phương pháp EDTA muối, phương pháp NaOH, phương pháp HCHO-NaOH).
Kết quả trên Hình 3.3 cho thấy, phương pháp tách EPS cho hoạt tính tạo bơng tốt nhất đối với cả hai loại EPS thô và tinh là phương pháp HCHO-NaOH, phương pháp này đạt hiệu quả tạo bông 90 % (EPS thơ) và 96 % (EPS tinh).
Hình 3.3. So sánh kết quả hoạt tính tạo bơng của các phương pháp tách khác nhau tại cùng một thể tích EPS.
Hoạt tính tạo bơng của EPS thơ và EPS tinh được thể hiện trên Hình 3.3 cho thấy, với các phương pháp như phương pháp ly tâm, phương pháp HCHO hoạt tính tạo bơng của EPS thô cao hơn nhiều hoạt tính tạo bơng của EPS tinh, điều này chứng tỏ rằng hai phương pháp này không tách được nhiều EPS ra khỏi tế bào VSV.
Các phương pháp có sử hóa chất EDTA muối, EDTA axit, HCHO-EDTA muối, HCHO-EDTA axit, NaOH, hoạt tính tạo bơng của EPS tinh cao hơn nhiều so với EPS thơ. Ngun nhân có thể là do trong EPS thơ có chứa hàm lượng lớn các chất gây ảnh hưởng tới q trình tạo bơng. Có lượng Na+ và EDTA cao, nên khi bổ sung vào sẽ làm phá vỡ liên kết giữa cao lanh với Al3+ thông qua các cơ chế như
tạo phức (đối với EDTA) và trao đổi ion (với Na). Do đó mà ảnh hưởng tiêu cực đến hoạt tính tạo bơng của EPS [60].
Thành phần hóa học của EPS (protein, polysaccharide, nucleic axit) đóng vai trị quyết định tới hoạt tính tạo bơng của EPS, do đây là các chất có khối lượng phân tử lớn và có chứa nhiều nhóm chức liên kết trong cấu trúc của chúng. Kết quả hàm lượng (protein, polysaccharide, nucleic axit) trong EPS tách được bằng các phương pháp khác nhau được thể hiện trong Bảng 3.1.
Hình 3.4. So sánh kết quả hoạt tính tạo bông của các phương pháp tách khác nhau cùng khối lượng EPS tinh.
Hình 3.4 thể hiện hoạt tính tạo bơng của EPS tách bằng các phương pháp tách khác nhau khi sử dụng cùng một nồng độ EPS tinh. Kết quả cho thấy, các tác nhân tách hóa học như EDTA, axit (HCl, H2SO4), NaOH đều có ít nhiều ảnh hưởng tiêu cực tới tính chất của EPS. Kết quả cũng cho thấy vai trị bảo vệ tính chất EPS của HCHO.
Mặc dù, phương pháp ly tâm và HCHO cho EPS có hoạt tính tạo bơng tốt nhất. FA đạt 95,6 % với phương pháp ly tâm và 95,4 % với phương pháp HCHO. Tuy nhiên, khối lượng EPS tách được lại rất thấp nên khơng có tính khả thi trong việc ứng dụng thực tế. HCHO-NaOH là phương pháp phù hợp do EPS có hoạt tính tạo bông cao (96 %) và khối lượng EPS tách được cũng tương đối lớn (5816 mg/L).
Bảng 3.3. So sánh hoạt tính tạo bơng và khối lượng với các phương pháp khác
Phương pháp FA (%)
EPS
(mg/L) Môi trường Tài liệu tham khảo
K. mobillis 94,6 5,2 Nước thải
sinh hoạt [81]
Bacillus sp. DYUI 97 40 TSB [61]
Bacillus sp. F19 97 2 Đường
Glucose [47]
Klebsiella sp. N10 85,6 34 Nhân tạo [47]
Nannocystis sp. NU 90 30 TSB [38] EPS tách trực tiếp từ bùn bia bằng phương pháp HCHO-NaOH 96 5816 - Kết quả nghiên cứu
Bảng 3.3 tổng hợp một số kết quả nghiên cứu khác về FA của EPS sinh tổng hợp bởi VSV trên môi trường nhân tạo. EPS sinh tổng hợp bởi các chủng VSV có hoạt tính tạo bơng tốt ở nồng độ EPS từ 2 mg/L tới 40 mg/L, hoạt tính tạo bơng đạt được từ 85,6 đến 97 %. So sánh với các kết quả này, EPS được tách trực tiếp từ nùn thải sinh học nhà máy bia bằng phương pháp HCHO kết hợp NaOH có hoạt tính tạo
bông tương đương, nông độ EPS cần sử dụng cho q trình tạo bơng cũng tương đương. Ưu điểm nổi bật của phương pháp tách trực tiếp EPS từ bùn thải là tái sử dụng được một phần chất thải. Ngoài ra, tách EPS từ bùn thải cũng khá đơn giản, tốn ít thời gian hơn rất nhiều so với việc sử dụng các VSV đặc chủng để sinh tổng hợp EPS trên thiaats bị lên men.
Từ việc đánh giá hoạt tính tạo bơng với cao lanh của EPS thơ, EPS tinh, phân tích khối lượng EPS và tính chất hóa học, HCHO-NaOH là phương pháp phù hợp nhất do đảm bảo được hiệu suất tách EPS lớn (5816 mg/L) và hoạt tính tạo bơng với cao lanh của cả EPS thô và EPS tinh đều cao (87 %, 96 %). Do đó, đây là phương pháp được lựa chọn để thực hiện các nghiên cứu tiếp theo về khả năng xử lý thuốc nhuộm hoạt tính.