Sàng lọc các chủng xạ khuẩn có khả năng sinh enzyme laccase và đánh giá khả năng loại màu thuốc nhuộm của chúng

SVTH : Nguyễn Thị Thùy Linh VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đề tài : SÀNG LỌC CÁC CHỦNG XẠ KHUẨN CÓ KHẢ NĂNG SINH ENZYME LACCASE VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂN

SVTH : Nguyễn Thị Thùy Linh

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Đề tài :

SÀNG LỌC CÁC CHỦNG XẠ KHUẨN CÓ KHẢ NĂNG SINH ENZYME LACCASE

VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG LOẠI MÀU THUỐC NHUỘM CỦA CHÚNG

Người hướng dẫn Sinh viên thực hiện Lớp

: TS ĐINH THỊ THU HẰNG : NGUYỄN THỊ THÙY LINH : YTMT.11-04

Hà Nội – 2015

SVTH : Nguyễn Thị Thùy Linh

LỜI CẢM ƠN

Trước hết tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành và sâu sắc tới PGS.TS Đặng Thị Cẩm Hà và TS Đinh Thị Thu Hằng – Viện Công nghệ sinh học - Viện Khoa học Việt Nam đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, quan tâm và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài này

Tôi cũng xin ghi nhận và chân thành cảm ơn, sự quan tâm hướng dẫn dạy bảo nhiệt tình của các cán bộ, anh chị trong phòng Công nghệ sinh học tái tạo môi trường – Viện Công nghệ sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam như : KS Hoàng Thị Nhung, KS Trần Thị Thu Hiền, KS Nguyễn Hải Vân, Ths Ngô Thị Huyền Trang, CN Nguyễn Văn Huynh , Ths Đào Thị Ngọc Ánh Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy, cô trong Khoa Công nghệ sinh học – Viện Đại học Mở Hà Nội đã giúp đỡ, dạy bảo tôi trong suốt những năm học vừa qua

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến bố mẹ và những người thân yêu của tôi, những người luôn động viên, giúp đỡ tôi trong học tập và trong cuộc sống

Hà Nội, ngày 20 tháng 5 năm 2015

Sinh viên Nguyễn Thị Thùy Linh

SVTH : Nguyễn Thị Thùy Linh

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 Enzyme laccase 3

1.1.1 Giới thiệu chung về laccase 3

1.1.2 Cấu trúc phân tử của laccase 3

1.1.3 Cơ chế xúc tác của laccase 4

1.1.4 Tính chất hóa sinh của laccase 6

1.1.5 Sự phân bố và khả năng sinh tổng hợp laccase ở vi sinh vật 7

1.1.6 Ứng dụng của laccase và tiềm năng nghiên cứu laccase ở Việt Nam 9

1.2 Giới thiệu về xạ khuẩn 10

1.2.1 Phân bố của xạ khuẩn trong tự nhiên 10

1.2.2 Đặc điểm hình thái của xạ khuẩn 10

1.2.3 Cấu tạo của xạ khuẩn 11

1.2.4 Phân loại xạ khuẩn chi Streptomyces 12

1.2.5 Ứng dụng của xạ khuẩn 12

1.2.6 Đặc tính của laccase từ xạ khuẩn 13

1.3 Thuốc nhuộm 14

1.3.1 Thuốc nhuộm và vi sinh vật phân hủy thuốc nhuộm 14

1.3.2 Các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm 17

CHƯƠNG II: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19

SVTH : Nguyễn Thị Thùy Linh

2.1 Vật liệu, hóa chất, thiết bị 19

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 19

2.1.2 Thiết bị máy móc 20

2.2 Phương pháp nghiên cứu 21

2.2.1 Phân lâp và sàng lọc các chủng xạ khuẩn sinh laccase 21

2.2.2 Phương pháp xác định hoạt tính laccase 21

2.2.3 Phân loại và định tên xạ khuẩn 22

2.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của một số điều kiện môi trường đến khả năng sinh tổng hợp laccase của chủng xạ khuẩn ACBT20 22

2.2.4.1 Ảnh hưởng của tốc độ nuôi lắc 22

2.2.4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường nuôi cấy 23

2.2.4.3 Ảnh hưởng của pH ban đầu 23

2.2.4.4 Ảnh hưởng của các chất cảm ứng 23

2.2.4.5 Ảnh hưởng của nguồn cacbon 23

2.2.4.6 Ảnh hưởng của kim loại 23

2.2.4.7 Ảnh hưởng của nguồn nitơ 24

2.2.5 Đánh giá sinh trưởng của chủng ACBT20 24

2.2.6 Đánh giá độ bền nhiệt của enzyme thô thu từ chủng ACBT20 24

2.2.7.Nghiên cứu khả năng loại màu bằng dịch enzyme thô của chủng đại diện 24

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 25

3.1 Tuyển chọn các chủng xạ khuẩn có khả năng sinh laccase từ compost 26

3.2 Phân loại chủng ACBT20 27

3.3 Ảnh hưởng của một số điều kiện môi trường đến khả năng sinh tổng hợp laccase của chủng xạ khuẩn ACBT20 27

3.3.1 Ảnh hưởng của tốc độ lắc 28

3.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ 28

SVTH : Nguyễn Thị Thùy Linh

3.3.3 Ảnh hưởng của pH 30

3.3.4 Ảnh hưởng của chất cảm ứng 31

3.3.5 Ảnh hưởng của kim loại 32

3.3.6 Ảnh hưởng của nguồn nitơ 33

3.3.7 Ảnh hưởng của nguồn cacbon 34

3.3.7.1 Lựa chọn nguồn cacbon 34

3.3.7.2 Ảnh hưởng của nồng độ glucose 35

3.4 Đánh giá độ bền nhiệt của enzyme thô thu từ chủng ACBT20 35

3.5 Khả năng loại màu bằng dịch enzyme thô của chủng ACBT20 36

CHƯƠNG IV : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 39

4.1 Kết luận 39

4.2 Kiến nghị 40

TÀI LIỆU THAM KHẢO 40

SVTH : Nguyễn Thị Thùy Linh

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Axit Deoxyribo Nucleic Hydroxybenzotriazole

Hệ sợi cơ chất

Hệ sợi khí sinh International Streptomyces Project Kính hiển vi điện tử

Kính hiển vi quang học Hidrocacbon thơm đa nhân Ribonucleic Acid

violuric acid

Vi sinh vật

Xạ khuẩn

SVTH : Nguyễn Thị Thùy Linh

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 1 Một số loại thuốc nhuộm thường gặp 16

Bảng2.1Thành phần môi trường 20

Bảng 2 2 Thành phần phản ứng 21

Bảng 3 1 Hoạt tính của các chủng xạ khuẩn được khảo sát 26

SVTH : Nguyễn Thị Thùy Linh

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Cấu tạo của nguyên tử đồng T1 4

Hình 1.2 Hình ảnh không gian ba chiều của laccase từ nấm đảm trắng M albomyces 4

Hình 1.3 Trung tâm hoạt động của laccase từ Bacillus subtilis 4

Hình 1.4 Sơ đồ cơ chế xúc tác của laccase 5

Hình 1.5 Cơ chế xúc tác của laccase 5

Hình 3 1 Hình thái khuẩn lạc chủng xạ khuẩn ACBT20 27

Hình 3 2 Hình thái bào tử của chủng xạ khuẩn ACBT20 dưới kính hiển vi điện tử quét với độ phóng đại 10.000 lần 27

Hình 3 3 Ảnh hưởng của tốc độ lắc lên khả năng sinh laccase của chủng ACBT20 28

Hình 3 4 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng sinh laccase của chủng ACBT20 29

Hình 3 5 Ảnh hưởng của pH lên khả năng sinh laccase của chủng ACBT20 30

Hình 3 6 Ảnh hưởng của chất cảm ứng lên khả năng sinh laccase của chủng ACBT20 31

Hình 3 7 Ảnh hưởng của kim loại lên khả năng sinh laccase của chủng ACBT20 32

Hình 3 8 Ảnh hưởng của nguồn nitơ lên khả năng sinh laccase của chủng ACBT20 33 Hình 3 9 Ảnh hưởng của nguồn cacbon lên khả năng sinh laccase của chủng ACBT20 34

Hình 3 10 Ảnh hưởng của nồng độ glucose lên khả năng sinh laccase của chủng ACBT20 35

Hình 3 11: Đánh giá độ bền nhiệt của enzyme thô thu từ chủng ACBT20 36

Hình 3 12: Khả năng loại màu NY1 bằng dịch enzyme thô được bổ sung chất gắn kết của chủng ACBT20 trong 20 h 38

Hình 3 13: Khả năng loại màu NY5 bằng dịch enzyme thô được bổ sung chất cảm ứng trung gian của chủng ACBT20 trong 13,5h 38

SVTH : Nguyễn Thị Thùy Linh

Hình 3 14 Khả năng loại màu RBBR bằng dịch enzyme thô được bổ sung chất gắn

kết của chủng ACBT20 trong 13,5 h 39

Hình 3 15 Phổ UV loại màu RBBR trong mẫu có dịch enzyme thô của chủng

ACBT20 và mẫu đối chứng 39

MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển kinh tế, kéo theo đó là hàng loạt các vấn đề về ô nhiễm môi trường Vấn đề rác thải hiện nay đang là vấn đề báo động đối với các tỉnh, thành phố trong cả nước Các loại rác thải sinh hoạt hiện nay chủ yếu được đem chôn lấp, chỉ số ít được xử lý, vì vậy đã gây ô nhiễm nguồn nước ngầm và ô nhiễm không khí trầm trọng, các bãi rác ngày một quá tải và hàng loạt vấn đề kéo theo như phát thải khí metan, nước rác và đặc biệt là mùi, đây là kết quả việc phân hủy tự nhiên các chất hữu cơ có trong rác thải Vì vậy, vấn đề đặt ra hiện nay là phải có biện pháp xử lý rác thải hiệu quả, không gây ô nhiễm môi trường, tái sử dụng rác thải thành các sản phẩm có giá trị kinh tế

Do đó, nhiệm vụ của các nhà khoa học công nghệ là phải tìm ra được các biện pháp khả thi giúp giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường phù hợp với điều kiện Việt Nam Biện pháp được ưu tiên hàng đầu hiện nay để xử lý rác thải là sử dụng phương pháp phân hủy sinh học, vì thành phần chủ yếu trong rác thải sinh hoạt chiếm 65-90% là thành phần hữu cơ, sử dụng phương pháp sinh học ít tốn kém, không gây ô nhiễm môi trường và nhất là phù hợp với các quy luật tự nhiên Trong quá trình phân hủy sinh học hiếu khí các chất thải hữu cơ hay còn gọi là ủ compost, nhiều nhà nghiên cứu đã phát hiện ra sự có mặt của một số chủng xạ khuẩn có khả

năng sinh trưởng và phát triển trong đống ủ compost như Streptomyces thermotolerans, S iakyrus, và S thermocarboxydus Điều này chứng minh rằng, xạ

khuẩn có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ trong compost và sử dụng chúng làm nguồn dinh dưỡng

Trong những năm gần đây, các enzyme ngoại bào nói chung và laccase nói riêng của các chủng vi sinh vật rất được quan tâm bởi những ứng dụng to lớn của nó trong các nghành công nghiệp như thực phẩm, dược phẩm v.v và đặc biệt là trong lĩnh vực nghiên cứu loại màu thuốc nhuộm Các nghiên cứu về laccase chủ yếu tập trung ở nấm đảm Hiện nay, có rất ít thông tin về những chủng vi khuẩn, đặc biệt là

xạ khuẩn có khả năng sinh laccase có mặt trong compost Từ những nhu cầu thực

tiễn đó mà đề tài “Sàng lọc các chủng xạ khuẩn có khả năng sinh enzyme

laccase và đánh giá khả năng loại màu thuốc nhuộm của chúng” đã được thực

hiện Các nội dung chính trong đề tài bao gồm:

• Sàng lọc các chủng xạ khuẩn từ đống ủ compost có khả năng sinh enzyme laccase

• Nghiên cứu một số yếu tố môi trường lên sự sinh trưởng và khả năng sinh tổng hợp laccase của chủng đại diện

• Nghiên cứu khả năng loại màu thuốc nhuộm bởi enzyme laccase thô sinh tổng hợp bởi chủng đại diện

• Phân loại và định tên chủng được lựa chọn dựa trên một số đặc điểm hình thái

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Enzyme laccase

1.1.1 Giới thiệu chung về laccase

Laccase (Benzenediol: oxygen oxidoreductase, E.C.1.10.3.2) là những enzyme thuộc nhóm oxidase có chứa 4 nguyên tử đồng có khả năng oxy hóa các hợp chất phenolic, amine thơm và thậm chí là cả các hợp chất vô cơ sử dụng phân tử oxy làm chất oxy hóa [9,10] Laccase có mặt ở các loại nấm, thực vật bậc cao và một số ít ở

vi khuẩn Laccase từ nấm có thể có ba chức năng như: hình thành sắc tố, phân hủy lignin và giải độc Laccase có tiềm năng về công nghệ sinh học và triển vọng cao về thị trường bởi vì nó có rất nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực công nghiệp [24] Trong những năm gần đây, laccase đặc biệt được quan tâm bởi những ứng dụng to lớn của nó trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như khử độc bằng phân hủy sinh học, dệt nhuộm, tổng hợp hữu cơ, thực phẩm v.v [19]

1.1.2 Cấu trúc phân tử của laccase

Cấu trúc laccase gồm 3 tiểu phần chính A, B, C có khối lượng bằng nhau Tất

cả ba tiểu phần trên đều rất quan trọng cho quá trình xúc tác của laccase Trung tâm hoạt động của enzym nằm giữa tiểu phần B và C Thông thường, trung tâm hoạt động của laccase có bốn nguyên tử đồng thuộc ba loại khác nhau nằm trên các vị trí khác nhau của enzym Bốn nguyên tử đồng này cũng khác nhau về tính chất cộng hưởng từ Một nguyên tử đồng loại 1 (T1) thuộc tiểu phần C, còn 3 nguyên tử đồng khác (bao gồm một nguyên tử đồng loại 2 (T2) và hai nguyên tử đồng loại 3 (T3) nằm ở giao diện của hai tiểu phần A và C Nguyên tử đồng đơn T1 nằm ở giữa tam giác được tạo ta bởi ba axit amin (2 histidine và 1 cystein) và có liên kết cộng hóa trị rất mạnh với nguyên tử lưu huỳnh của axit amin cystein điều này giải thích tại sao laccase hấp thụ mạnh ánh sáng ở bước sóng 600 nm và có màu xanh đặc trưng [11] (Hình 1.2)

Hình 1.1 Cấu tạo của nguyên tử đồng T1

Nguyên tử đồng T1 tạo liên kết phối tử với hai phân tử histydine và hai phân

tử lưu huỳnh một của methionime và một cysteine (Hình 1.1) Nguyên tử đồng T2 liên kết với hai phân tử histydine và nhóm OH Nguyên tử đồng T4 có bốn liên kết, trong đó có 3 liên kết với 3 phân tử histydine và một liên kết với nhóm OH (Hình 1.3)

Hình 1.2 Hình ảnh không gian

ba chiều của laccase từ nấm

đảm trắng M albomyces

Tiểu phần A: màu đỏ,

Tiểu phần B: màu xanh lục,

Tiểu phần C: màu xanh lá cây

Hình 1.3 Trung tâm hoạt động

của laccase từ Bacillus subtilis

1.1.3 Cơ chế xúc tác của laccase

Khi bị oxy hóa bởi laccase, cơ chất nhường một electron cho nguyên tử đồng T1, biến nguyên tử đồng T1 trở thành dạng Cu+, hình thành phân tử laccase có cả 4 nguyên tử đồng đều ở trạng thái khử (Cu+) Phân tử oxy sau đó oxy hóa laccase dạng khử, thông qua hợp chất mediator (chất gắn kết) peroxy và peroxy bị khử thành nước (hình 1.4) Một số nhà nghiên cứu cho rằng, sự oxy hóa hợp chất peroxy trung gian hình thành laccase ở trạng thái bị oxy hoạt hóa, trong đó cả 4 nguyên tử đồng đều ở trạng thái oxy hóa Sau đó enzyme nhanh chóng tham gia vào chu trình xúc tác mới [19]

Hình 1.4 Sơ đồ cơ chế xúc tác của

laccase

Hình 1.5 Cơ chế xúc tác của laccase

A.Chu kỳ xúc tác không có sự tham gia của các mediator [24]

B.Chu kỳ xúc tác với sự tham gia của các mediator [46]

Ngoài ra, cơ chế xúc tác có thể xảy ra theo cơ chế đơn giản nhất khi các cơ chất bị oxy hóa trực tiếp bởi trung tâm hoạt động do 4 nguyên tử đồng đảm nhiệm Tuy nhiên, các phần tử cơ chất thường có cấu tạo cồng kềnh hoặc có thể oxi hóa khử quá lớn, vì vậy chúng không thể tiếp cận được trung tâm phản ứng của laccase Trong trường hợp này cần một chất gắn kết Chất gắn kết này có thể kết hợp với trung tâm phản ứng của laccase và bị laccase oxy hóa thành dạng gốc tự do [24] Sau đó mediator ở dạng oxy hóa nhận một điện tử của cơ chất và trở thành dạng

khử, tiếp tục tham gia vào chu kỳ xúc tác mới Ngược lại, laccase sau khi cho meditor một điện tử thì trở thành dạng khử, sau đó bị oxy hóa thành dạng oxy hóa

và tiếp tục tham gia vào chu kì tiếp theo (hình 1.5) Các meditor thường phù hợp cho laccase là 3-hydroxyanthranillic acid (HAA), 2,2-azino-bis (3-ethylbenzthiazoline-6-sulphinic axit) (ABTS), N-hydroxybenzo-trialzone (HOBT), N-hydroxyphtaimide (HPI), violuric acid (VIO) v.v [24] Sự tham gia của mediator

đã làm tăng phổ cơ chất xúc tác và tính không đặc hiệu cơ chất của laccase

Các chất ức chế của laccase thường là các ion nhỏ như azide, cyanide, fluoride Các ion này sẽ liên kết vào trung tâm đồng 3 nguyên tử và cản trở các dòng điện từ đi đến các nguyên tử này Các chất ức chế laccase khác là ethylenediaminetetraacetic (EDTA), axit béo, tropolon và coumaric acid, nhưng chúng chỉ có tác dụng ức chế ở nồng độ cao hơn Các hợp chất chứa sulfhydrol như L—cysteine, dithiothreitol và thioglycolic acid cũng được coi là các chất ức chế laccase

1.1.4 Tính chất hóa sinh của laccase

Phân tử laccase thường gồm 1 chuỗi peptide, chỉ một số loại laccase khác có nhiều chuỗi peptide, khối lượng phân tử dao động từ 60-100 kDa Phần lớn laccase của nấm có bản chất là glycoprotein với hàm lượng đường chiếm khoảng 10-25% [18]

pH tối thích cho hoạt động của laccase trong khoảng 4-6 đối với cơ chất phenol, tăng pH làm giảm thế oxy hóa khử của cơ chất, do đó cơ chất dễ bị oxy hóa bởi enzyme hơn, nhưng mặt khác nồng độ OH- cao dễ gây ức chế hoạt động của lacase Còn đối với các cơ chất không có cấu trúc vòng phenol như ABTS, phản ứng oxy hóa không liên quan đến sự trao đổi proton, và do đó pH tối thích nằm trong khoảng 2-3 [46,20]

Độ bền nhiệt của laccase phụ thuộc vào vi sinh vật mà nó sinh ra Thông thường, laccase bền nhiệt ở nhiệt độ từ 30-50oC và mất hoạt tính rất nhanh khi tăng nhiệt độ lên tới trên 50oC Hầu như các laccase bền nhiệt đều được thu nhận từ vi

khuẩn Chu kỳ phân hủy của laccase từ Streptomyces lavendulae là 100 phút ở

70oC, Bacillus subtilis là 112 phút ở 80oC Thời gian bán hủy của lacase có nguồn gốc nấm thường dưới 1 giờ ở 70oC và dưới 10 phút ở 80oC [2,47]

1.1.5 Sự phân bố và khả năng sinh tổng hợp laccase ở vi sinh vật

Laccase là một trong những enzyme khá phổ biến trong tự nhiên như ở nhiều loại thực vật, nấm cũng như một số loài vi khuẩn và côn trùng Laccase lần đầu tiên

được tìm thấy ở cây Sơn Nhật Bản Rhus vernicifera vào năm 1883 Sau đó các nhà khoa học cũng phát hiện laccase ở nhiều loài thực vật khác như cây sung dầu Ficus sycomorus, cây dương Populus, cây thuốc lá và cây lê Laccase thực vật thường có

nhiều ở hệ xylem, có vai trò oxy hóa các thành phần monolignol trong giai đoạn đầu của quá trình hình thành lignin Ngoài ra, laccase thực vật còn có liên quan đến phản ứng của thực vật khi các mô lá bị tổn thương Đến nay, laccase đã được tinh

sạch và nghiên cứu có nguồn gốc từ một số ít lại cây như cây sơn Nhật Bản R vernicifera vì thực vật có rất nhiều hệ enzyme oxi hóa khử với phổ cơ chất rộng

khiến cho việc tinh sạch laccase từ nguồn này trở nên rất khó khăn [10]

Hiện nay, laccase chủ yếu được nghiên cứu trên đối tượng nấm, đặc biệt là nấm đảm trắng phân hủy gỗ Một số loại nấm có khả năng sinh laccase được biết

đến nhiều nhất là Agaricus bisporus, Botrytis cinerea, Chaetomium thermophilum, Coprinus cinereus, Neurospora crassa, Phlebia radiata, Pleurotus ostreatus, Pycnoporus cinnabarinus và Trametes versicolor Vai trò của laccase trong nấm đảm khá đa dạng, Laccase từ nấm đảm trắng như T versicolor và P cinnabarinus

tham gia vào quá trình phân hủy sinh học lignin vì nó có khả năng oxi hóa các tiểu phần phenolic của ligin, ở một số loại nấm gây bệnh cây thì laccase là những yếu tố

gây độc quan trọng Nấm xám gây bệnh thối nho Botrytis cinerea, sinh laccase cần

thiết cho quá trình gây bệnh, vai trò của nó có thể liên quan đến sự khử độc của các chất miễn dịch thực vật sinh ra bởi cây nho

Ở nấm sợi Aspergillus nidulans, hoạt động của laccase có liên quan đến sự tạo sắc tố của bào tử Khi bất hoạt gene mã hóa laccase yA thì bào tử không có màu

xanh lục Laccase cũng được cho là tham gia vào quá trình hình thành kiểu hình của

nấm ở Armillaria spp., Lentinus edodes và Volvariella volvacea [6]

Cho đến nay, laccase mới được tìm thấy ở các loài Eukaryote như nấm, thực vật và côn trùng Nhưng hiện nay, có một số bằng chứng cho thấy sự tồn tại của các protein với những tính chất điển hình của các enzyme oxi hóa khử có nhiều nguyên

tử đồng trong các loài Prokaryote Các gene mã hóa họ các enzyme này đã được phát hiện trong một số chủng vi khuẩn Gram dương và Gram âm, bao gồm các loài

sống trong môi trường khắc nghiệt như Oceanobacillus iheyensis hoặc Aquifex aeolicus và trong vi khuẩn cổ như Pyrobaculum aerophilum Một số công trình

khoa học gần đây đã giả thiết về sự tồn tại của laccase trong xạ khuẩn dựa trên các phản ứng xúc tác không đặc hiệu cơ chất Hiện nay, các giả thuyết này đã được

kiểm chứng là đúng đối với Streptomyces griseus [13] và S lavendulae [48]

Công bố đầy đủ đầu tiên về laccase ở Prokaryote là ở vi khuẩn cộng sinh với

rễ thực vật Azospirillum lipoferum Các nhà khoa học đã tách chiết được một

enzyme có nhiều tiểu đơn vị, gồm một dưới đơn vị có hoạt tính xúc tác và một hoặc hai chuỗi peptide có kích thước lớn hơn Trên gel SDS – PAGE xuất hiện ba băng đặc trưng có kích thước phân tử lần lượt là 48,9; 97,8 và 179,3 kDa Vi khuẩn sinh

sắc tố melanin Marinomonas mediterranea có cả hai enzyme tyrosinase và laccase Gen mã hóa của chủng vi khuẩn này đã được tách dòng và biểu hiện ở E.coli

Enzyme tái tổ hợp có trung tâm liên kết với nguyên tử đồng điển hình và hai thụ thể liên kết với nguyên tử đồng khác ở gần đầu N của chuỗi polypeptide Các thụ thể liên kết đồng thứ cấp có thể có vai trò trong hoạt tính tyrosinase của enzyme tái tổ hợp Một loại protein có hoạt tính tương tự laccase đã được tách chiết từ lớp vỏ bào

tử của một chủng trực khuẩn snh bào tử từ Bacillus sphaericus Gần đây, protein CotA cũng được tách chiết từ lớp vỏ bào tử Bacillus subtilis cũng có hoạt tính

laccase Các chủng đột biến gen mã hóa protein CotA mất khả năng sinh săc tố nâu

ở lớp vỏ bào tử CotA được cho là có vai trò bảo vệ bào tử khỏi các tác nhân ức chế như tia UV hoặc hydro peroxide CotA có tính chịu nhiệt cao và được biểu hiện ở

E.coli [23]

Laccase có nguồn gốc từ các loài thuộc Prokaryote đang ngày càng được quan tâm nghiên cứu vì chúng có thể có nhiều đặc tính quý phù hợp với khả năng ứng dụng như tính bền nhiệt, bền với các hóa chất và pH rất axit hoặc rất kiềm

1.1.6 Ứng dụng của laccase và tiềm năng nghiên cứu laccase ở Việt Nam [4]

Phương pháp oxy hóa nhờ enzyme được xem là phương pháp khả thi có thể thay thế các phương pháp oxy hóa học do chúng rất than thiện với môi trường, có tính đặc hiệu và hiệu suất cao Laccase là một trong các enzyme oxy hóa được ứng dụng khá phổ biến trong các nghành nghề công nghiệp do chúng có phổ cơ chất rộng và sử dụng chất nhận điện tử cuối cùng là oxy phân tử chứ không phải cần các chất nhận điện tử đắt tiền khác như NAD(P)+

Laccase được sử dụng trong một số ngành công nghiệp giấy để phân hủy lignin trong bột gỗ; tẩy trắng trong công nghiệp dệt nhuộm; xử lý các hợp chất polyphenol và loại bỏ oxy không mong muốn trong một số ngành công nghiệp thực phẩm; hóa mỹ phẩm; dược phẩm v.v Laccase có tiềm năng cao trong công nghệ nano sinh học để tạo các biosensor có độ nhạy cao Ngoài ra, laccase còn được sử dụng trong phân hủy các hợp chất lignocellulose và xử lý các chất ô nhiễm khó phân hủy

Laccse rất hữu hiệu trong việc tham gia xúc tác phân hủy các chất độc thông qua quá trình oxy hóa, đặc biệt là các chất phức tạp, không tan Laccse có thể tham gia phân hủy các hợp chất phenol là chất thải của quá trình sản xuất khác nhau như hóa dầu, sản xuất các hợp chất hữu cơ v.v Laccase được cố định trên các vật liệu mang và hệ thống xúc tác laccase - mediator có hiệu quả trong việc chuyển hóa các chất ô nhiễm chứa phenol và các dẫn xuất clo phenol khác như các hợp chất PAH, PCB từ ngành công nghiệp dầu mỏ, thuốc nổ TNT (trinitrotoluene) trong ngành khai khoáng, quân sự, thuốc trừ sâu DDT (dichlorodiphenyltrichloroethane), HCH (hexachlorocyclohexane) , thuốc diệt cỏ (2,4-D; 2,4,5-T) v.v dùng trong nông nghệp [25]

Ngoài ra, laccase còn được sử dụng để phân hủy các loại thuốc nhuộm vải sợi

và các chất ô nhiễm có trong nước thải từ các nhà máy sản xuất vải sợi, thuốc nhuộm, bột giấy v.v vốn đang gây ra nhiều ô nhiễm trầm trọng đối với môi trường

Vi sinh vật sinh enzyme được bổ sung vào các hệ thống xử lý đảm bảo các điều kiện pH, nhiệt độ môi trường dinh dưỡng vv Vi sinh vật phát triển sinh enzyme phân hủy chất màu, ngoài ra còn xảy ra quá trình hấp phụ chất ô nhiễm vào trong

sinh khối tế bào vi sinh vật Phương pháp cố định enzyme laccase trên các chất mang, đang mang lại hiệu quả xử lý ô nhiễm cao và thời gian xử lý được rút ngắn hơn nhiều Các chất mang thường là các chất có khả năng hấp phụ chất ô nhiễm do

đó làm tăng khả năng tiếp xúc giữa chất ô nhiễm và enzyme Phương pháp này đang thực sự mang lại hiệu quả cao cả về phương diện kinh tế cũng như phương diện xử

lý chất ô nhiễm [36], đã phân lập được nhiều chủng nấm sợi, xạ khuẩn và vi khuẩn sinh laccase và các enzyme ngoại bào có khả năng phân hủy tốt chất diệt cỏ/dioxin

Sử dụng vi sinh vật với mục đích tẩy độc các chất ô nhiễm là hướng ưu tiên của công nghệ sinh học hiện đại, trong đó laccase là enzyme ngoại bào đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình phân hủy chất diệt cỏ/dioxin

1.2 Giới thiệu về xạ khuẩn [ 1]

1.2.1 Phân bố của xạ khuẩn trong tự nhiên

Xạ khuẩn (Actinobacteria) thuộc nhóm vi khuẩn thật (Eubacteria) phân bố rất

rộng rãi trong tự nhiên Chúng có trong đất, nước, rác, phân chuồng, bùn, thậm chí

cả trong cơ chất mà vi khuẩn và nấm mốc không phát triển được Sự phân bố của xạ khuẩn phụ thuộc vào khí hậu, thành phần đất, mức độ canh tác và thảm thực vật

Sự phân bố của xạ khuẩn còn phụ thuộc nhiều vào độ pH môi trường, chúng

có nhiều trong các lớp đất trung tính và kiềm yếu hoặc axit yếu 6,8 - 7,5 Xạ khuẩn

có rất ít trong lớp đất kiềm hoặc axit và càng hiếm trong các lớp đất rất kiềm, số lượng xạ khuẩn trong đất cũng thay đổi theo thời gian trong năm

Xạ khuẩn tham gia tích cực vào các quá trình chuyển hoá nhiều hợp chất trong đất, nước Dùng để sản xuất nhiều enzyme như protease, amylase, cellulose…một

số axit amin và axit hữu cơ Một số xạ khuẩn có thể gây bệnh cho người, động vật

1.2.2 Đặc điểm hình thái của xạ khuẩn

Khuẩn lạc

Đặc điểm nổi bật của xạ khuẩn là có hệ sợi phát triển, phân nhánh mạnh và không có vách ngăn (chỉ trừ cuống bào tử khi hình thành bào tử) Kích thước và khối lượng hệ sợi thường không ổn định và phụ thuộc vào điều kiện sinh lý và nuôi cấy Kích thước của hệ sợi xạ khuẩn là một trong những đặc điểm phân biệt khuẩn

lạc của xạ khuẩn và khuẩn lạc của nấm mốc vì hệ sợi của nấm mốc có đường kính rất lớn Khuẩn lạc có 3 lớp, lớp vỏ ngoài có dạng sợi bện chặt, lớp trong tương đối xốp, lớp giữa có cấu trúc tổ ong

Khuẩn ty trong mỗi lớp có chức năng sinh học khác nhau Các sản phẩm trong quá trình trao đổi chất như: độc tố, enzym, vitamin, axit hữu cơ…có thể được tích luỹ trong sinh khối của tế bào xạ khuẩn hay được tiết ra môi trường nuôi cấy

Khuẩn ty

Trên môi trường đặc, hệ sợi của xạ khuẩn phát triển thành 2 loại: một loại cắm sâu vào môi trường gọi là hệ sợi cơ chất (khuẩn ty cơ chất substrate mycelium) với chức năng chủ yếu là dinh dưỡng Một loại phát triển trên bề mặt thạch gọi là hệ sợi khí sinh (khuẩn ty khí sinh aerial mycelium) với chức năng chủ yếu là sinh sản

1.2.3 Cấu tạo của xạ khuẩn

Bào tử xạ khuẩn được hình thành trên các nhánh phân hóa của khuẩn ty khí sinh - gọi là cuống sinh bào tử Đó là cơ quan sinh sản đặc trưng cho xạ khuẩn Hình thái, cuống sinh bào tử và bào tử là các đặc điểm quan trọng nhất trong phân loại xạ khuẩn

Xạ khuẩn có cấu trúc tế bào tương tự như vi khuẩn Gram dương, toàn bộ cơ thể chỉ là một tế bào bao gồm các thành phần chính: thành tế bào, màng sinh chất, nguyên sinh chất, chất nhân và các thể ẩn nhập

Xạ khuẩn thuộc loại vi khuẩn Gram dương nên ngoài yếu tố di truyền trong nhiễm sắc thể còn có các yếu tố di truyền ngoài nhiễm sắc thể, chúng có thể tự nhân lên mà được Lederberg gọi là plasmid Các plasmid đem lại cho tế bào nhiều đặc tính chọn lọc quý giá như có thêm khả năng phân giải một số hợp chất, chống chịu với nhiệt độ bất lợi, chống chịu với các kháng sinh, chuyển gene, sản xuất các chất kháng sinh trong đất và môi trường tuyển chọn [3] Xạ khuẩn thuộc loại cơ thể dị dưỡng, nguồn cacbon chúng thường dùng là đường, tinh bột, rượu và nhiều chất hữu cơ khác Nguồn nitơ hữu cơ là protein, pepton, cao ngô, cao nấm men Nguồn nitơ vô cơ là nitrat, muối amoni v.v Khả năng đồng hoá các chất ở các loài hay chủng xạ khuẩn khác nhau là khác nhau

1.2.4 Phân loại xạ khuẩn chi Streptomyces

Chi Streptomyces là một giống xạ khuẩn bậc cao được Wakman và Henrici đặt

tên năm 1943 [43] Đây là chi có số lượng loài được mô tả lớn nhất Các đại diện chi này có HSKS và HSCC phát triển phân nhánh Đường kính sợi xạ khuẩn khoảng

1 - 10 µm, khuẩn lạc thường không lớn có đường kính khoảng 1 - 5 mm Khuẩn lạc chắc, dạng da mọc đâm sâu vào cơ chất Bề mặt khuẩn lạc thường được phủ bởi KTKS dạng nhung, dày hơn cơ chất, đôi khi có tính kỵ nước

Xạ khuẩn chi Streptomyces sinh sản vô tính bằng bào tử Trên đầu sợi khí

sinh hình thành cuống sinh bào tử và chuỗi bào tử Cuống sinh bào tử có những hình dạng khác nhau tùy loài: thẳng, lượn sóng, xoắn, có móc, vòng v.v Bào tử được hình thành trên cuống sinh bào tử bằng hai phương pháp phân đoạn và cắt khúc Bào tử xạ khuẩn có hình bầu dục, hình lăng trụ, hình cầu với đường kính khoảng 1,5 µm Màng bào tử có thể nhẵn, gai, khối u, nếp nhăn v.v tùy thuộc vào loài xạ khuẩn và môi trường nuôi cấy

Thường trên môi trường có nguồn đạm vô cơ và glucoza, các bào tử biểu hiện các đặc điểm rất rõ Màu sắc của khuẩn lạc và hệ sợi khí sinh cũng rất khác nhau

tùy theo nhóm Streptomyces, màu sắc này cũng có thể biến đổi khi nuôi cấy trên

môi trường khác nhau Vì vậy mà Ủy ban Quốc tế về phân loại xạ khuẩn ISP đã nêu

ra các môi trường chuẩn và phương pháp chung để phân loại nhóm VSV này

Các loài xạ khuẩn thuộc chi Streptomyces có cấu tạo giống vi khuẩn Gram

dương, hiếu khí, dị dưỡng các chất hữu cơ Nhiệt độ tối ưu thường là 25 – 30oC, pH tối ưu 6,5 - 8,0 Một số loài có thể sinh trưởng ở nhiệt độ cao hơn hoặc thấp hơn (xạ khuẩn ưa nhiệt và ưa lạnh)

1.2.5 Ứng dụng của xạ khuẩn

Đặc tính của xạ khuẩn là khả năng tiết kháng sinh (antibiotic), dùng làm thuốc điều trị bệnh cho người và gia súc và cây trồng Xạ khuẩn còn có khả năng sinh ra các vitamin thuộc nhóm B, một số acid amin và các acid hữu cơ Xạ khuẩn còn có

khả năng tiết ra các enzyme (protease, amylase ) và trong tương lai có thể dùng xạ khuẩn để chế biến thực phẩm thay cho nấm và vi khuẩn vì nấm có thể sinh ra aflatoxin độc cho người và gia súc

1.2.6 Đặc tính của laccase từ xạ khuẩn

Sau nấm thì xạ khuẩn được xem là nhóm vi sinh vật có nhiều tiềm năng sinh laccase Độ tinh sạch và đặc tính của enzyme laccase từ xạ khuẩn đặc biệt từ các

chủng xạ khuẩn khác nhau đã được công bố Laccase từ loài xạ khuẩn S griseus có

nhiều đặc điểm tương tự nhóm phenol oxidase Enzyme này có homotrimer (một protein được tạo thành từ ba đơn vị giống hệt nhau của polypeptide) ổn định chứa

cả ba loại nguyên tử đồng Ngoài ra, nó có khả năng oxi hóa mạnh phenylenediamine sulphate, và giữ được 40% hoạt tính ở nhiệt độ 70oC trong 60

N,N-dimethyl-p-phút Laccase từ loài S.coelicolor có nhiều đặc tính tốt như khả năng chịu được

khoảng pH rộng từ 3 tới 9, giữ được hoạt tính tốt ở 70oC và có hoạt tính tốt đối với một số chất ức chế thông thường như NaN3 1mM [9] Laccase từ chủng S

lavendulae có khả năng thích nghi ở nhiệt độ cao, vẫn giữ nguyên hoạt tính ở nhiệt

70oC [48] Ngoài ra, laccase từ loài S cyaneus có khả năng oxi hóa hợp chất không

phải là phenol Điều này rất có ý nghĩa và triển vọng trong nhiều ứng dụng khác

nhau, đặc biệt chủng S psammoticus MTCC 7334 có khả năng sinh enzyme laccase

hoạt động tốt trong môi trường kiềm và trên nguồn cơ chất dễ kiếm như thịt quả cà phê, rơm rạ, xơ dừa v.v Đặc tính này cho phép chủng có nhiều tiềm năng ứng dụng trong công nghiệp

Dựa vào những ưu điểm và đặc tính đa dạng của laccase từ xạ khuẩn như khả năng chống chịu được nhiệt độ cao, có hoạt tính tốt trên môi trường kiềm, khả năng phân hủy nhiều cơ chất khác nhau bao gồm các chất chứa phenol và không phenol, môi trường nuôi cấy từ các cơ chất sẵn có dễ kiếm như thịt quả cà phê, rơm rạ xơ dừa, đây là những phế phẩm phổ biến trong các nghành sản xuất nông nghiệp và chế biến nông sản

Do đó, có thể thấy xạ khuẩn có rất nhiều tiềm năng ứng dụng trong công nghiệp không chỉ tạo enzyme laccase có nhiều đặc tính tốt như đã đề cập ở trên, mà còn góp phần giải quyết vấn đề môi trường trong lĩnh vực chế biến nông sản vì đã

tận dụng được những phế phẩm của quá trình sản xuất này làm nguồn cơ chất nuôi cấy

1.3 Thuốc nhuộm

1.3.1 Thuốc nhuộm và vi sinh vật phân hủy thuốc nhuộm

Thuốc nhuộm đã tạo ra một cuộc cách mạng trong công nghiệp dệt và thương mại hóa các sản phẩm của nó Gần như mọi ngành công nghiệp đều sử dụng chất màu bằng cách này hay cách khác [38]

Nước thải màu từ công nghiệp dệt được đánh giá là loại hình gây ô nhiễm nhất trong tất cả các nghành công nghiệp Ước tính có hơn 10.000 thuốc nhuộm và chất màu khác nhau thường được sử dụng Tổng sản lượng màu hữu cơ của thế giới lên tới hơn 100.000 tấn/ năm [36] Hai phần trăm màu được tạo ra bị thất thoát trực tiếp vào nguồn nước và hơn 10% sau đó bị mất mát trong quá trình nhuộm màu vải do khả năng hấp thụ kém của chúng vào sợi vải [53]

Hiện nay, xử lý loại bỏ màu trong nước thải dệt nhuộm là một trong những vấn đề cấp bách, bởi vì các loại màu tổng hợp có cấu trúc đa vòng thơm rất khó bị phân hủy bởi các hệ thống xử lý thông thường Các hệ thống xử lý này không thể loại bỏ triệt để các màu bền vững và các cặn hữu cơ khác từ các nguồn nước thải [31] Một số phương pháp hóa-lý học đã được sử dụng để loại bỏ màu trong nước thải nhưng các phương pháp này thường có chi phí cao, giới hạn trong việc ứng dụng và tạo ra một lượng bùn lớn Ngày nay, việc sử dụng các kỹ thuật sinh học hiện đại trong xử lý các vấn đề ô nhiễm khác nhau đang trở nên tốt hơn và phân hủy sinh học (bioremendiation) được quan tâm nhiều hơn do tính hiệu quả về lợi ích lâu dài và hầu như không ảnh hưởng có hại đến môi trường Các nhà khoa học công nghệ đã chứng minh được rằng phương pháp này có tính hiệu quả kinh tế hơn các phương pháp hóa lý [31]

Các nhóm màu khác nhau như azo, triphenylmethan và phthalocyanine đã làm cho màu của thuốc nhuộm có cấu trúc đa dạng Hơn 50% chúng được sử dụng trong công nghiệp Bên cạnh đó, một điều không mong muốn là các loại nước thải nhà máy dệt, giấy, thuộc da… bị ô nhiễm màu rất cao, hầu hết các màu và các sản phẩm

phân huỷ của chúng là độc [38] Ngoài ảnh hưởng đến thị giác và tác động bất lợi

do nhu cầu oxy hóa học của màu thuốc nhuộm, nhiều loại màu tổng hợp còn thể hiện tính độc, gây ung thư và đột biến gene Đặc biệt là các màu tổng hợp có lưu huỳnh và các sản phẩm phân hủy liên quan đến chúng có chứa các nguyên tố cấu trúc, đặc tính chưa được biết rõ hay rất hiếm trong tự nhiên; chúng không chỉ có ảnh hưởng xấu đến thẩm mỹ mà còn kháng lại sự tấn công của VSV và tăng tính độc của nước và đất [51]

Nhóm màu azo là các màu quan trọng và được xác định nhờ sự hiện diện của 1 hoặc nhiều nhóm azo (-N = N-) và tạo thành một lớp màu lớn nhất được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp dệt, giấy, thuộc da, xăng dầu, công nghiệp thực phẩm và

lý và khử độc vấn đề ô nhiễm màu công nghiệp Sử dụng vi sinh vật phân hủy và loại màu tập trung vào loại nhóm màu azo, các màu anthraquinone thường khó phân hủy bởi cấu trúc vòng benzene của chúng [20]

Phân hủy sinh học là công cụ điều khiển ô nhiễm có hiệu quả nhằm loại bỏ các chất ô nhiễm trong đất và nước Trong số nhiều cơ chế sinh học loại bỏ màu đã được đăng tải trong các tạp chí khoa học thì hấp phụ sinh học kết hợp với phân hủy sinh học dường như có tiềm năng lớn cho áp dụng quy mô công nghiệp Vi khuẩn phân hủy những màu này cần có sự tham gia của enzyme nội bào trong khi nấm phân hủy chúng bằng các enzyme ngoại bào [54]

Nhiều loài nấm sợi khác nhau không phân hủy lignin thuộc chi Aspergillus đã được chứng minh khả năng loại được nhiều màu khác nhau Chủng Aspergillus sojae B10 có khả năng loại màu azo amaranth, congo red và sudan III trong môi

trường nghèo nitơ sau 3-5 ngày nuôi cấy [41] Nghiên cứu cũng chứng minh được

khả năng loại màu của chủng Aspergillus alliaceus 121C với hai màu indigo và

congo đỏ cho hiệu quả rất tốt sau 9 ngày nuôi cấy [8] Nấm sợi Aspergillus ochraceus NCIM-1146 thể hiện hiệu quả loại màu thuốc nhuộm màu xanh lục và xanh cotton khi sử dụng hệ sợi của nấm sau khi nuôi cấy 96 h [43] A ochraceus

NCIM-1146 cũng có khả năng phân hủy màu thuốc nhuộm xanh hòa bình đậm 25

khá tốt [36] Chủng Pinicillium ochorochloron MTCC 517 trong quá trình phân hủy

màu sinh học màu xanh triphenylmethan ngoài sinh LiP loài nấm này còn sinh laccase, mà không thấy sự xuất hiện của enzyme ngoại bào MnP [47]

Rất ít nghiên cứu thực hiện xử lý loại màu bởi nấm men Chỉ tìm thấy một vài

đại diện nấm men Ascomycetous như Candida zeylanoides, C tropicalis,

bằng hệ enzyme và loại màu các thuốc nhuộm azo khác nhau [48] Loài nấm men Debaryomyces polymorphus có khả năng loại được 4 màu Reactive Red M-3BE, Procion Scharlach H-E3G, Procion Marine H-EXL và Reactive Brillant Red K-2BP với hiệu suất loại màu đạt 69-94% [50,52]

Bảng 1 1 Một số loại thuốc nhuộm thường gặp

hiệu

Trọng lượng phân tử ( g/mol)

Độ hòa tan (g/l)

λmax (nm)

Axit xanh 62 62045 NY3 400,5 40 595

Anthraquinone Axit xanh 281 - NY5 580,6 20 600

Remazol Brilliant Blue R

Việt Nam là một nước đang trên đà phát triển, trong đó các ngành công nghiệp may mặc, dệt nhuộm và in ấn đang phát triển rất mạnh Đi đôi với sản lượng và năng suất tăng lên là việc môi trường nước bị ô nhiễm cũng tăng nhưng hầu như ở nước ta vấn đề này chưa được nhiều nhà máy, xí nghiệp hay hộ gia đình quan tâm

Do đó, xây dựng các quy trình công nghệ để xử lý nước thải cho các ngành công nghiệp này là một trong những ưu tiên ở Việt Nam Tuy nhiên, các phương pháp phân hủy và loại màu thuốc nhuộm vẫn chưa được áp dụng thành công trên quy mô lớn ở Việt Nam

1.3.2 Các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm

Nước thải dệt nhuộm là sự tổng hợp nước thải phát sinh từ tất cả các công đoạn hồ sợi, nấu tẩy, tẩy trắng, làm bóng sợi, nhuộm in và hoàn tất Theo phân tích của các chuyên gia, trung bình, một nhà máy dệt nhuộm sử dụng một lượng nước đáng kể, trong đó, lượng nước được sử dụng trong các công đoạn sản xuất chiếm 72,3%, chủ yếu là trong công đoạn nhuộm và hoàn tất sản phẩm [39] Xét hai yếu tố

là lượng nước thải và thành phần các chất ô nhiễm trong nước thải, ngành dệt nhuộm được đánh giá là ô nhiễm nhất trong số các ngành công nghiệp [44]

Các chất ô nhiễm chủ yếu có trong nước thải dệt nhuộm là các hợp chất hữu

cơ khó phân hủy,thuốc nhuộm, các chất hoạt động bề mặt, các hợp chất halogen hữu cơ (AOX - Adsorbable Organohalogens), muối trung tính làm tăng tổng hàm lượng chất rắn, nhiệt độ cao (thấp nhất là 40°C) và pH của nước thải cao do lượng kiềm trong nước thải lớn Trong số các chất ô nhiễm có trong nước thải dệt nhuộm, thuốc nhuộm là thành phần khó xử lý nhất, đặc biệt là thuốc nhuộm azo không tan -

loại thuốc nhuộm được sử dụng phổ biến nhất hiện nay, chiếm 60-70% thị phần [50] Thông thường, các chất màu có trong thuốc nhuộm không bám dính hết vào sợi vải trong quá trình nhuộm mà bao giờ cũng còn lại một lượng dư nhất định tồn tại trong nước thải Lượng thuốc nhuộm dư sau công đoạn nhuộm có thể lên đến 50% tổng lượng thuốc nhuộm được sử dụng ban đầu [44] Đây chính là nguyên nhân làm cho nước thải dệt nhuộm có độ màu cao, và nồng độ chất ô nhiễm lớn

Nhìn chung, phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm được áp dụng phổ biến

ở các cơ sở dệt nhuộm ở nước ta hiện nay chủ yếu là 3 phương pháp và thường được ứng dụng riêng rẽ hoặc kết hợp để xử lý nước thải dệt nhuộm là: phương pháp hóa lý, phương pháp oxy hóa bậc cao và phương pháp sinh học

Quá trình xử lý hóa lý với phương pháp keo tụ - tạo bông, tuyển nổi và hấp phụ thu được hiệu quả cao trong việc khử độ màu và giảm nồng độ BOD [2] Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là chi phí hóa chất cao và lượng bùn sinh

ra lớn (0,5 - 2,5 kg TS/m3 nước thải xử lý)

Trong quá trình xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp oxy hóa bậc cao, các chất oxy hóa thường được sử dụng là chlorine (Cl2), hydroxy peroxide (H2O2), và ozone (O3), với Cl2 được đánh giá là chất oxy hóa kinh tế nhất [39] Nhược điểm của phương pháp oxy hóa bậc cao là chi phí đầu tư và chi phí vận hành cao, không thích hợp để xử lý nước thải dệt nhuộm có nồng độ chất ô nhiễm lớn Quá trình xử lý sinh học với bùn hoạt tính hiếu khí và kỵ khí cũng có thể được sử dụng để xử lý nước thải dệt nhuộm với hiệu quả cao Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là thời gian xử lý dài và hiệu quả xử lý các chất màu là các hợp chất hữu cơ khó phân hủy thấp

Hiện nay, nước thải dệt nhuộm thường được xử lý bằng cách kết hợp các quá trình xử lý sinh học và keo tụ-tạo bông Quá trình xử lý sinh học giúp loại bỏ các hợp chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học và xử lý một phần các hợp chất hữu

cơ khó phân hủy sinh học dưới tác dụng của quá trình sinh trưởng và phát triển của các vi sinh vật, giúp giảm bớt tải lượng hoạt động của quá trình xử lý hóa lý keo tụ -

tạo bông Việc bố trí quá trình xử lý sinh học trước quá trình xử lý hóa lý giúp giảm bớt chi phí hóa chất và chi phí xử lý bùn hóa lý

CHƯƠNG II: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Vật liệu, hóa chất, thiết bị

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu