- Nguyên lý vận hành: Nước thải được phân phối từ dưới lên, qua lớp bùn kỵ khí,
1.6.1. Giới thiệu chung
Công nghệ màng vi bao có thể được coi như cuộc cách mạng giúp cải tiến các phương pháp truyền thống trong lĩnh vực sinh học và hóa học. Khái niệm đóng gói (hay vi bao) xuất phát từ ý tưởng về mơ hình hoạt động của các sinh vật đơn bào. Màng tế bào tự nhiên đóng vai trị thực hiện nhiều chức năng đặc hiệu, trong đó chức năng quan trọng nhất có lẽ là bảo vệ vật chất bên trong tế bào và kiểm soát lượng vật chất trao đổi qua màng. Năm 1942, nhà khoa học người Mỹ Barrett Green đã xây dựng được công thức tạo hạt gel đầu tiên gồm lớp vỏ gelatin kết hợp với pha dầu bên trong. Từ đó, cơng nghệ màng vi bao đã được phát triển theo nhiều cách khác nhau và ứng dụng rộng rãi trên các lĩnh vực của khoa học kỹ thuật [57].
Công nghệ màng vi bao sinh học được định nghĩa là việc đóng gói (cố định) các vật liệu có hoạt tính sinh học (tế bào, enzyme,…) trong một vùng riêng biệt được tạo ra bởi các polymer nhằm đảm bảo giữ ổn định hoạt tính sinh học của
chúng [79]. Vi bao có thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau, tuy nhiên, các hạt gel tạo thành đều gồm 3 hợp phần cơ bản: vật liệu vi bao, các tế bào (hoặc enzyme) và chất nền (vi môi trường bao quanh tế bào) (hình 1.8). Tùy thuộc vào mỗi loại tế bào cần vi bao và mục đích sử dụng để lựa chọn chất nền và vật liệu vi bao phù hợp.
Hình 1.8. Cấu trúc điển hình của hạt gel tạo bởi cơng nghệ màng vi bao
(A – Bùn kỵ khí vi bao trong hạt gel alginate [79], B – Mô phỏng cấu trúc hạt gel)
Đối với vi sinh vật, màng vi bao tạo cho chúng một vi môi trường tách biệt giúp giảm thiểu các tác động bất lợi từ mơi trường bên ngồi hạt gel (các chất độc, pH,…) đồng thời vi sinh vật vẫn được cung cấp đủ các yếu tố dinh dưỡng cần thiết cho sinh trưởng [79]. Các ưu nhược điểm của công nghệ màng vi bao đối với vi sinh vật được khái quát trong bảng 1.3.
Bảng 1.3. Ưu nhược điểm của công nghệ màng vi bao với vi sinh vật [57]
Ưu điểm Nhược điểm
- Bảo vệ tế bào khỏi các yếu tố bất lợi từ môi trường, tăng cường khả năng sống của VSV và hoạt động trao đổi chất.
- Gia tăng sinh khối tế bào nhờ nguồn dinh dưỡng có thể được đóng gói kèm theo. - VSV có thể phân bố tại các vùng hiếu khí
hay kỵ khí trong chất nền tùy thuộc nhu cầu
- Có thể gây hạn chế về sự khuếch tán khí và một số chất hịa tan. - Ở giai đoạn đầu sau khi đóng
gói, hoạt tính của vi sinh vật có thể bị giảm.
- Lựa chọn loại vật liệu vi bao phù hợp đòi hòi thời gian và chi
B A A
oxy của chúng.
- Giảm nguy cơ tạp nhiễm trong quá trình lưu giữ, vận chuyển và sử dụng.
- Ngăn ngừa rị rỉ tế bào ra mơi trường đồng thời dễ dàng giải phóng tế bào khi cần thiết. - Dễ dàng sản xuất với số lượng lớn và thu
hồi lại khi không sử dụng.
- Phù hợp với nhiều loại thiết bị, công nghệ hiện đại (thực phẩm, xử lý mơi trường).
phí.