KLTN Tác động của nylon đến môi trường sống

Trong thời đại ngày nay, cùng với sự phát triển nhanh chóng của xã hội, nhu cầu về nguyên liệu, nhiên liệu của con người ngày càng gia tăng, đi đôi với nó thì con người cũng đang đối diện với một vấn đề hết sức nghiêm trọng đó chính là sự ô nhiễm môi trường. Ô nhiễm môi trường đã kéo theo sự mất cân bằng sinh thái cũng như phá hủy môi trường tự nhiên, đe dọa sức khỏe con người cũng như các loài động thực vật khác. Sinh hoạt hằng ngày của con người được phục vụ bởi vô số những hàng hóa, sản phẩm được chế biến, gia công từ nhựa, và có thể gọi thời đại con người đang sống hiện nay là thời đại của nhựa nhân tạo. Việc sản xuất vật liệu nhựa hàng năm đã tăng gấp đôi trong 15 năm qua. Một ước tính chung trên toàn thế giới là có khoảng 57 triệu tấn chất thải nhựa phát sinh hàng năm (Uttiya và cộng sự, 2012). Theo các báo cáo khoa học, có khoảng 45000 tấn nhựa được thải ra ở các đại dương hàng năm (Takayoshi và cộng sự, 2010). Nguyên nhân ô nhiễm từ nhựa do đặc tính bền, khó phân hủy, cần tới một khoảng thời gian từ 20 1000 năm để nhựa có thể phân hủy trong môi trường. Chính vì điều đó dẫn đến sự tích tụ với quy mô lớn của nhựa phế thải trong sinh quyển làm cho ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng hơn. Những vấn đề này đã làm cho chất thải rắn được chế tạo từ nhựa tổng hợp trở thành trọng tâm chính trong việc quản lý môi trường.

MỤC LỤC

1.2.1 Tổng quan về các phương pháp xử lý chất thải nhựa

1.1 1.2 Phương pháp nghiên cứu

10

27

1.3

vi khuẩn hiện diện trong mẫu nylon được phân lập và định danh sơ bộ bằng một sốthử nghiệm sinh hóa.

1.19 Vật liệu nghiên cứu của đề tài là các mẫu nylon thu thập từ bãi chôn lấpKhu liên hiệp xử lý chất thải Bình Dương và quá trình phân lập sử dụng môi trườngthạch dinh dưỡng Nutrient Broth Agar

1.20 Kết quả nghiên cứu của đề tài đã phân lập 32 chủng vi khuẩn từ cácmẫu nylon thải thu từ bãi chôn lấp, trong đó có 14 chủng phân lập được từ mẫu nylonthu thập bên hông bãi chôn lấp, 18 chủng phân lập từ mẫu nylon thu thập phía chânbãi chôn lấp Đề tài này đã xác định được các chủng hiện diện trong mẫu nylon chủ

yếu thuộc các chi Pseudomonas, Bacillus, Clostridium, streptococcus Kết quả cho

thấy các chủng vi khuẩn trong các mẫu nylon đều là những chủng phổ biến đã đượcnghiên cứu trước đó trên thế giới

1.21 Các vi khuẩn phân lập được nuôi cấy trong môi trường Nutrient Broth Agar có bổ sung các mẫu nylon thử nghiệm Quan sát qua kính hiển vi những hình ảnh thu được thể hiện rõ hơn những biến dạng trên bề mặt mảnh nylon Sau thử nghiệm nuôi cấy lỏng có một số lỗ hỏng và vết xướt xuất hiện trên bề mặt nylon dẫn đến khả năng giữ màu từ thuốc nhuộm Methylene Blue Kết quảnày cho thấy có sự ăn mòn ở các mẫu nylon thử nghiệm gây ra bởi các chủng

vi khuẩn đã phân lập

1.25 The results of the research was isolated and puriíled on nutrient agarNutrient Agar 32 bacterial strains nylon samples collected in the landfill, including

14 strains from nylon samples collected from the side landílll, and 18 strains fromnylon samples collected at the foot of the landílll This subject had identiíled the

species presented in the form of nylon is mainly of the genera Pseudomonas, Bacillus, Clostridium, Serratia, streptococcus The results showed that the bacteria

in the forms of nylon are popular species that had been studied previously in theworld

1.26 The isolated bacteria were cultured in Nutrient Broth medium and hadsupplements of the nylon test samples Observing through the microscope, colectedimages were depicted clearer than the surface deformations after the liquid culturetesting, there were some holes and scratches on the nylon surface led to the ability tokeep the color Methylene Blue dye This result showed that the corrosion in thenylon test samples caused by microbial strains isolated

1.27 Keywords: Biodegradation, degradation, plastics, polymers, nylons

1.28 PHẦN MỞ ĐẦU

1.29 1 Lý do chọn đề tài

1.30 Trong thời đại ngày nay, cùng với sự phát triển nhanh chóng của xãhội, nhu cầu về nguyên liệu, nhiên liệu của con người ngày càng gia tăng, đi đôi với

nó thì con người cũng đang đối diện với một vấn đề hết sức nghiêm trọng đó chính

là sự ô nhiễm môi trường Ô nhiễm môi trường đã kéo theo sự mất cân bằng sinhthái cũng như phá hủy môi trường tự nhiên, đe dọa sức khỏe con người cũng như cácloài động thực vật khác

1.31 Sinh hoạt hằng ngày của con người được phục vụ bởi vô số nhữnghàng hóa, sản phẩm được chế biến, gia công từ nhựa, và có thể gọi thời đại conngười đang sống hiện nay là thời đại của nhựa nhân tạo Việc sản xuất vật liệu nhựahàng năm đã tăng gấp đôi trong 15 năm qua Một ước tính chung trên toàn thế giới

là có khoảng 57 triệu tấn chất thải nhựa phát sinh hàng năm (Uttiya và cộng sự,2012) Theo các báo cáo khoa học, có khoảng 45000 tấn nhựa được thải ra ở các đạidương hàng năm (Takayoshi và cộng sự, 2010) Nguyên nhân ô nhiễm từ nhựa dođặc tính bền, khó phân hủy, cần tới một khoảng thời gian từ 20 - 1000 năm để nhựa

có thể phân hủy trong môi trường Chính vì điều đó dẫn đến sự tích tụ với quy môlớn của nhựa phế thải trong sinh quyển làm cho ô nhiễm môi trường ngày càngnghiêm trọng hơn Những vấn đề này đã làm cho chất thải rắn được chế tạo từ nhựatổng hợp trở thành trọng tâm chính trong việc quản lý môi trường

1.32 Túi nylon, một sảm phẩm được làm từ sợi nhựa tổng hợp và được sửdụng phổ biến nhất Việc sử dụng túi nylon tràn lan như hiện nay gây ảnh hưởng rấtlớn đến môi trường bởi thành phần chính nylon được làm từ nhựa là những chất khóphân huỷ, khi thải ra môi trường phải mất hàng trăm năm đến hàng nghìn năm mới

bị phân huỷ hoàn toàn Làm sao để giảm được tuổi thọ cũng như phân hủy hoàn toànrác thải nhựa trong tự nhiên nói chung và các sản phẩm nhựa như nylon nói riêng?

Có nhiều cách xử lý như xử lý bằng biện pháp hóa học kết hợp cơ học, lý hóa học đãđược tiến hành, thậm chí còn có những biện pháp thu hồi để tái sử dụng, xong hiệuquả vẫn còn giới hạn, chi phí cao và thường gây ô nhiễm môi trường do các sảnphẩm phụ Chính vì vậy mà con đường xử lý bằng biện pháp sinh học thúc đẩy xuhướng tìm kiếm các chung vi khuẩn có khả năng phân hủy các sảm phẩm từ nhựa.Tuy nhiên, sự xuất hiện của các nhóm vi khuẩn cũng như hoạt tính của chúng đốivới nylon còn tương đối hạn chế Việc tìm ra những chủng vi khuẩn có khả năngphân hủy được nylon ở mức độ cao là vô cùng cần thiết

1.33 Xuất phát từ những lý do trên, đề tài “Phân lập vi khuẩn hiện diện trong rác thải nylon và bước đầu ứng dụng xử lý nylorì" được đề xuất và thực hiện,

làm cơ sở để xây dựng phương pháp xử lý rác thải nylon bằng biện pháp sinh học,góp phần giảm chi phí xử lý rác thải cũng như giảm thiểu ô nhiễm môi trường

1.1 Mục tiêu tổng quát

1.34 Phân lập một số chủng vi khuẩn hiện diện trong rác thải nylon, nhằmmục đích phát triển các chủng vi khuẩn có khả năng phân hủy nylon và rút ngắn thờigian tồn tại của nylon trong môi trường, góp phần hạn chế ô nhiễm môi trường

1.2 Mục tiêu cụ thể

1.35 - Phân lập được các chủng vi khuẩn hiện diện ở các mẫu rác thải nylon

1.37 thu nhận từ Khu liên hợp xử lý chất thải Bình Dương.

- Định danh sơ bộ chủng vi khuẩn hiện diện trên các mẫu rác thải nylon tại Khu liên hợp xử lý chất thải Bình Dương

- Đánh giá sơ bộ sự ăn mòn nylon của các chủng vi khuẩn đã phân lập được

1.38 2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

2.1 Đối tượng nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các mẫu rác thải nylon được thu thập từ Khu liên hợp xử lý chất thải Bình Dương

- Các chủng vi khuẩn được phân lập từ các mẫu rác thải nylon thu nhận được tại Khu liên hợp xử lý chất thải Bình Dương

1.1.1 Khái niệm chất thải rắn

1.40 Theo quan niệm chung: Chất thải là toàn bộ các loại vật chất được conngười loại bỏ trong các hoạt động kinh tế - xã hội (bao gồm các hoạt động sản xuất, cáchoạt động sống và duy trì sự tồn tại của cộng đồng ) Trong đó quan trọng nhất là cácloại chất thải sinh ra từ các hoạt động sản xuất và hoạt động sống (Trần Hiếu Nhuệ vàcộng sự, 2001)

1.41 Theo quan niệm mới chất thải rắn (CTR) bao gồm tất cả các chất thải ởdạng rắn, phát sinh do các hoạt động của con người và sinh vật, được thải bỏ khi chúngkhông còn hữu ích hay khi con người không muốn sử dụng nữa (Nguyễn Văn Phước,2008)

1.2.2 Phân loại chất thải rắn

1.2.2.1 Phân loại theo nguồn gốc phát sinh

1.42 Chất thải rắn sinh hoạt: là chất thải liên quan đến các hoạt động của conngười, nguồn tạo thành chủ yếu từ các khu dân cư, các cơ quan, trường học, các trungtâm dịch vụ, thương mại Chất thải rắn sinh hoạt có thành phần bao gồm kim loại, sành

sứ, thủy tinh, gạch ngói vỡ, đất, đá, cao su, chất dẻo, thực phẩm dư thừa hoặc quá hạn sửdụng, xác động vật, vỏ rau quả

1.43 Chất thải rắn công nghiệp: là chất thải phát sinh từ các hoạt động sản xuấtcông nghiệp, tiểu thủ công nghiệp

1.44 Chất thải rắn nông nghiệp: là những chất thải và mẩu thừa thải ra từ cáchoạt động nông nghiệp, thí dụ như trồng trọt, thu hoạch các loại cây trồng, các sản phẩmthải ra từ chế biến sữa, của các lò giết mổ

1.45 Chất thải rắn xây dựng: là các phế thải như đất đá, gạch ngói, bê tông vỡ,vôi vữa, đồ gỗ, nhựa, kim loại do các hoạt động phá vỡ, xây dựng công trình.

1.46 Chất thải rắn y tế: theo Quy chế quản lý chất thải y tế, các loại chất thải y

tế nguy hại được phát sinh từ các hoạt động chuyên môn trong các bệnh viện, trạm xá vàtrạm y tế Là chất thải có chứa các chất hoặc hợp chất có một trong các đặc tính gâynguy hại trực tiếp hoặc tương tác với các chất khác gây nguy hại tới môi trường và sứckhỏe cộng đồng (Trần Hiếu Nhuệ và cộng sự, 2001)

1.2.2.2 Phân loại theo vị trí phát sinh

1.47 Chất thải rắn đô thị: bao gồm CTR sinh hoạt, CTR công nghiệp, CTR xâydựng, CTR y tế.do đặc điểm nguồn thải là nguồn phân tán nên rất khó quản lý, đặc biệt

là các nơi có đất trống

1.48 Chất thải rắn nông thôn: bao gồm CTR nông nghiệp, CTR xây dựng, CTR

y tế

I.2.2.2 Phân loại theo tính chất nguy hại

1.49.CTR nguy hại: là các chất thải dễ gây phản ứng, dễ cháy nổ, ăn mòn,nhiễm khuẩn độc hại, chứa chất phóng xạ, các kim loại nặng Các chất thải này tiềm

ẩn nhiều khả năng gây sự cố rủi ro, nhiễm độc, đe doạ sức khoẻ con người và sự pháttriển của động thực vật, đồng thời là nguồn lan truyền gây ô nhiễm môi trường đất,nước và không khí

1.50.CTR không nguy hại: là các chất thải không chứa các chất và các hợp chất

có các tính chất nguy hại Thường là các chất thải phát sinh trong sinh hoạt gia đình,

đô thị

1.2.2.3 Phân loại theo đặc tính tự nhiên

1.51.CTR vô cơ: gồm các loại phế thải thủy tinh, sành sứ, kim loại, cao su,nhựa, vải, đồ điện, đồ chơi, cát sỏi, vật liệu xây dựng nói chung

1.52.CTR hữu cơ: gồm cây cỏ, lá rụng, rau quả hư hỏng, đồ ăn thừa, rác nhàbếp, giấy, xác súc vật, phân gia súc, gia cầm

1.53.CTR độc hại: là phế thải gây độc hại cho con người và môi trường nhưpin, bình ắc qui, hóa chất, chai lọ đựng thuốc trừ sâu, kim tiêm

1.54 Hiện trạng quản lý chất thải rắn trên thế giới và ở Việt Nam

1.1.3.1 Hiện trạng quản lý chất thải rắn trên thế giới

1.55.Theo Nguyễn Thị Anh Hoa (2006), mức độ đô thị hóa cao thì lượng chấtthải tăng lên theo đầu người Ví dụ cụ thể một số nước hiện nay như sau: Canada là1,7kg/người/ngày; Australia là 1,6 kg/người/ngày; Thụy Sỹ là 1,3 kg/người/ngày;Trung Quốc là 1,3 người/ngày Đô thị hóa và phát triển kinh tế thường đi đôi với mứctiêu thụ tài nguyên và tỷ lệ phát sinh chất thải rắn tăng lên tính theo đầu ng ười Dânthành thị ở các nước phát triển phát sinh chất thải nhiều hơn ở các nước đang pháttriển gấp 6 lần, cụ thể ở các nước phát triển là 2,8 kg/người/ngày; ở các nước đangphát triển là 0,5 kg/người/ngày Chi phí quản lý cho chất thải rắn ở các nước đangphát triển có thể lên đến 50% ngân sách hàng năm Cơ sở hạ tầng tiêu hủy an toàn rácthải thường rất thiếu thốn Khoảng 30 - 60% chất thải rắn đô thị không được cung cấp

1.56.Lượng chất thải rắn trung bình theo đầu người đối với từng loại chất thảimang tính đặc thù của từng địa phương và phụ thuộc vào mức sống, văn minh, dân cư

ở mỗi khu vực Tuy nhiên, dù ở khu vực nào cũng có xu hướng chung của thế giới làmức sống càng cao thì lượng chất thải phát sinh càng nhiều Theo báo cáo của Ngânhàng Thế giới, tại các thành phố lớn như New York tỷ lệ phát sinh chất thải rắn là 1,8kg/người/ngày, Singapore, Hồng Kông là 0,8 - 10 kg/người/ngày (Nguyễn Thị CẩmVân, 2011)

1.57.Tại một số nước trên thế giới như:

1.58.Nhật Bản: Các gia đình Nhật Bản đã phân loại chất thải thành 3 loại riêngbiệt và cho vào 3 túi với màu sắc khác nhau theo quy định: rác hữu cơ, rác vô cơ,giấy,

1.59 vải, thủy tinh, rác kim loại Rác hữu cơ được đưa đến nhà máy xử lý rác thải để sản xuất phân vi sinh Các loại rác còn lại: giấy, vải, thủy tinh, kim loại đều được đưa đến cơ sở tái chế hàng hóa (Nguyễn Thị Cẩm Vân, 2011).

1.60 Mỹ: Quy định mỗi hộ dân hay mỗi dãy nhà tập thể có thùng đựng rác bằng nhựa và hòm đựng rác bằng nhựa hình vuông Rác sinh hoạt hằng ngày đựng vào túi đựng rác bỏ vào thùng nhựa đựng rác, còn các loại rác thủy tinh, kim loại thì bỏ vào thùng đựng rác hình vuông Xe vận chuyển cũng được phân loại và chuyên chở đến các chổ khác nhau (Trần Hiếu Nhuệ và cộng sự, 2001).

1.61 Pháp: Việc phân loại rác được thực hiện theo các cách sau: Mỗi hộ dân được phát hai thùng rác khác nhau, thùng màu sẫm chứa rác không thể tái chế, thùng màu đen chứa rác tái sử dụng Ở Phàp người ta cho rằng trong rác thải sinh hoạt có thể thu hồi được 25% là thủy tinh, 30% dấy bìa, 8% chất sợi, 25-35%

là sắt (Trần Hiếu Nhuệ và cộng sự, 2001).

1.62 Singapore: Đây là nước đô thị hóa 100% và là đô thị sạch nhất trên thế giới Để có được kết quả như vậy, Singapore đầu tư cho công tác thu gom, vận chuyển và xử lý, đồng thời xây dựng một hệ thống luật pháp nghiêm khắc làm tiền

đề cho quá trình xử lý rác thải tốt hơn Rác thải ở Singapore được thu gom và phân loại bằng túi nilon Các chất thải có thể tái chế được, được đưa về các nhà máy tái chế còn các loại chất thải khác được đưa về nhà máy khác để thiêu hủy Ở Singapore có 2 thành phần chính tham gia vào thu gom và xử lý các rác thải sinh hoạt từ các khu dân cư và công ty, hơn 300 công ty tư nhân chuyên thu gom rác thải công nghiệp và thương mại Tất cả các công ty này đều được cấp giấy phép hoạt động và chịu sự giám sát kiểm tra trực tiếp của Sở Khoa học công nghệ và môi trường (Nguyễn Thị Cẩm Vân, 2011).

1.63 Hiện nay có rất nhiều phương pháp khác nhau để xử lý chất thải rắn.

Tỷ lệ chất thải rắn được xử lý theo phương pháp khác nhau của một số nước trên thế giới được giới thiệu ở bảng sau:

1.64 Bảng 1.1 Tỷ lệ các hình thức xử lý CTR ở một số quốc gia (Đỗ Thị Lan

và cộng sự, 2007)

1.1.3.2 Hiện trạng quản lý chất thải rắn ở Việt Nam

1.66 Ở Việt Nam, cùng với sự phát triển kinh tế - xã hội, các ngành sản xuấtkinh doanh, dịch vụ ở các đô thị, khu công nghiệp được mở rộng và phát triển nhanhchóng, một mặt góp phần tích cự cho sự phát triển của đất nước, mặt khác tạo ra mộtkhối lượng CTR ngày càng lớn (bao gồm chất thải sinh hoạt, chất thải công nghiệp, chấtthải bệnh viện ) Việc thải bỏ một cách bừa bãi CTR không hợp vệ sinh ở các đô thị,khu công nghiệp là nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường, làm phát sinh bệnh tật,ảnh hưởng đế sức khỏe và cuộc sống con người (Nguyễn Văn Phước, 2008)

1.67 Nguy cơ ô nhiễm môi trường do chất thải rắn gây ra đang trở thành vấn đềcấp bách đối với hầu hết các đô thị trong nước, trong khi đó công tác quản lý CTR ở các

đô thị và khu công nghiệp còn rất yếu kém

1.68 Theo Báo cáo diễn biến môi trường Việt Nam năm 2004 của Ngân hàngThế Giới thì lượng chất thải rắn phát sinh tại Việt Nam ước tính khoảng 15 triệutấn/năm Trong thập kỷ tới, tổng lượng chất thải rắn phát sinh được dự báo sẽ tiếp tụctăng nhanh Các khu vực đô thị chiếm khoảng 24% dân số cả nước nhưng lại chiếm hơn50% tổng lượng chất thải rắn phát sinh, và ước tính trong những năm tới, lượng chất thảirắn sinh hoạt phát sinh khoảng 60%, tương đương với đó chất thải rắn công nghiệp sẽtăng 50% và chất thải rắn độc hại sẽ tăng gắp 3 lần so với hiện nay (Nguyễn Văn Phước,2008)

1.69 Theo báo cáo môi trường quốc gia, tỷ lệ phát sinh chất thải rắn đã tăng từ0,9 kg đến 1,2 kg/người/ngày ở các thành phố lớn, từ 0,5 kg lên 0,65 kg/người/ngày tạicác đô thị nhỏ Dự báo tổng lượng chất thải rắn phát sinh có thể tăng lên đến 45 triệu tấnvào năm 2020 Trong khi đó, tỷ lệ thu gom chất thải rắn ở các vùng đô thị trung bình đạtkhoảng 70%, ở các vùng nông thôn đạt dưới 20% (Nguyễn Thị Cẩm Vân, 2011)

1.70 Biện pháp xử lý CTR hiện nay chủ yếu là chôn lấp, nhưng chưa có bãichôn lấp CTR đạt tiêu chuẩn kỹ thuật vệ sinh môi trường Các bãi chôn lấp CTR vẫn còngây ô nhiễm môi trường đất, nước và không khí

1.71 Tại các đô thị và khu công nghiệp, việc thu gom và xử lý chất thải rắn sinh

1.5

Chôn lấp

1.6

1.7 Đ ốt 1.8 %

bách Hiện nay, ở Việt Nam, năng lực thu gom chất thải rắn còn thấp Chất thải rắn phầnlớn chưa được phân loại tại nguồn, nó được thu gom lẫn lộn và vận chuyển đến bãi chônlấp Việc thu gom chất thải chủ yếu sử dụng lao động thủ công Sự tham gia của cộngđồng và của khu vực tư nhân vào việc thu gom và quản lý chất thải chưa rộng rãi Đã cómột số mô hình thu gom và xử lý rác thải đô thị của tư nhân và cộng đồng tổ chức thànhcông, nhưng do vốn đầu tư có hạn, nên số lượng và chất lượng của dịch vụ vẫn chưa đápứng yêu cầu phát triển bền vững.

1.72 Giải quyết vấn đề chất thải rắn là một bài toán phức tạp từ khâu phân loại,tồn trữ, thu gom đến việc vận chuyển, tái sinh, tái chế và chôn lấp Việc ứng dụng cáccông nghệ tái chế chất thải rắn để tái sử dụng còn rất hạn chế, chưa được tổ chức và quyhoạch phát triển Các cơ sở tái chế rác thải có quy mô nhỏ, công nghệ lạc hậu, hiệu quảtái chế còn thấp và quá trình hoạt động cũng gây ô nhiễm môi trường Chỉ có một phầnnhỏ rác thải được chế biến thành phân bón vi sinh và chất mùn với công nghệ hợp vệsinh (Nguyễn Văn Phước, 2008)

1.2 Tổng quan về nhựa (chất dẻo)

1.2.1 Khái niệm về nhựa (chất dẻo)

1.73 Nhựa là chuỗi dài các đơn vị polyme nhân tạo (Scott, 1990) Các loạipolyme tổng hợp bắt đầu thay thế vật liệu tự nhiên trong hầu hết các lĩnh vực hơn nửathế kỷ trước và hiện nay nhựa đã trở một thành phần không thể thiếu trong cuộc sốngcủa con người Nhựa được sử dụng ngày nay chủ yếu làm từ nguyên liệu vô cơ và hữu

cơ, chẳng hạn như carbon, silicon, hydro, nitơ và oxy Nguyên liệu chủ yếu được chiếtxuất từ dầu, than và khí tự nhiên cũng được sử dụng cho việc chế tạo nhựa (Seymour,1989)

1.74 Sản phẩn từ nhựa với đặc tính nhẹ, hình dạng phong phú, tiện sử dụng đãdần chiếm lĩnh thị trường, thay thế các sản phẩm sản xuất từ kim loại và thủy tinh Cùngvới sự gia tăng các sản phẩm tiêu dùng từ nhựa, nhựa phế thải, nylon ngày càng chiếm tỷtrọng đáng kể trong thành phần chất thải rắn đô thị (12,78% theo khối lượng) (NguyễnVăn Phước, 2008)

1.2.2 Tính chất hóa học của nhựa

1.75 Các gốc tự do được bổ sung vào phản ứng trùng hợp với các liên kết đôi:

- Các phản ứng chứa liên kết đôi trong một phân tử nhỏ như ethylene hoặcpropylene các phân tử này cho phép nối các phân tử tương tự tạo thành chuổi mắc xíchgồm n phân tử nhỏ, những phân tử nhỏ được gọi là các monome Phương trình hoá họcdưới đây cho thấy quá trình liên kết trong ethylene Giá trị của n trong phương trìnhthường có thể vượt quá 10000 và có thể tăng lên trên 1000000

1.76 nCH2 = CH2 ^ [ _CH2 _CH2 _]n

1.77 (1)

- Những phân tử có dạng công thức cấu tạo như phương trình (1) trên được gọi làmột polyme, trong trường hợp này là polyethylene Ngoài ra styrene, propylene, vinylclorua, vinyl acetate và methyl methacrylate là ví dụ khác của monome có thể polymehóa Đôi khi, hai monome có thể phản ứng với nhau tạo ra polyme như ethylene vinylacetate copolyme và copolyme styrene acrylonitrile, nếu có ba monome phản ứng vớinhau tạo thành terpolyme (Hourston, 2010)

- Hầu hết nylon, polyeste, phenol và một số nhựa khác được tạo ra từ phản ứngtrùng hợp Một ví dụ về tính chất hóa học của nhựa là phản ứng giữa axit adipic vàhexamethylene diamine, trong đó chất sản phẩm là nylon - 6,6 và nước

1.78 nHOOC(CH2)4COOH + nHN(CH2)6NH2 ^ [_OC(CH2)4CONH(CH2)6NH_]n + 2nH2O

- Ngoài ra Polyme cũng có thể thu được từ các nguồn sinh học như Cellulose,(thành phần chính của cotton và thành phần chính của gỗ, là một ví dụ polyme), còn cácchất khác như là lignin, chitin từ vỏ tôm cua, cao su tự nhiên, nhựa cây gutta percha vàprotein cát (silica) có thể được coi như là một polyme vô cơ, một số

1.79 chất như cellulose không thể được coi như nhựa trong trạng thái tự nhiêncủa chúng, nhưng nếu biến đổi hóa học sẽ trở thành vật liệu nhựa hữu ích nhưcellulose acetate, nhựa ethyl cellulose (Hourston, 2010)

1.2.3 Tính chất vật lý của nhựa

1.80.Dựa vào tính chất vật lý, nhựa bao gồm nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn

- Nhựa nhiệt dẻo có thể làm mềm nhiều lần bằng nhiệt và làm rắn lại bằng hơilạnh Khi nóng chảy, nhựa giống như sáp nến và nhựa đông lại khi ở nhiệt độphòng Khi nóng, nhựa mềm và có thể ép khuôn, sau đó nhựa đông cứng lại vàtrở nên hình dạng mới khi nó nguội Quá trình này có thể thực hiện nhiều lầnnhưng đặc tính hóa học của nó vẫn không thay đổi Xét về trọng tải, phần lớncác nhựa sản xuất là nhựa nhiệt dẻo, bao gồm các polyethylene, polypropylene,polystyrene, polyvinyl clorua (PVC), các nylon, polycarbonate và celluloseacetate (Hourston,

2010) Ở Châu Âu, trên 80% sản phẩm nhựa là nhựa nhiệt dẻo (Hoàng Anh, 2006).

- Nhựa nhiệt rắn lại không thích hợp với cách xử lý bằng nhiệt nhiều lần do cấutrúc liên kết giữa các phân tử của chúng Cấu trúc này giống như một dạng lướimỏng khớp vào nhau Nguyên liệu này không thể dùng để tái chế thành sảnphẩm mới như nhựa nhiệt dẻo Nhựa nhiệt rắn được sử dụng rộng rãi trong cácthiết bị điện và các máy móc tự động Đặc trưng của nhựa nhiệt rắn là PhenolFormaldehyde và Urea Formaldehyde (Hourston, 2010) Nhựa nhiệt rắn baogồm các loại nhựa phenolic, nhựa melamine formaldehyde, các loại nhựa epoxy

và nhựa polyester không no được sử dụng trong thuỷ tinh gia cố nhựa

1.2.4 Phân loại nhựa

1.81 Bảng 1.2 Phân loại, ký hiệu và nguồn sử dụng một số loại nhựa phổ biến

1.82 hiện nay

1.83

1.84 Ở những nước công nghiệp, có hàng trăm loại nguyên liệu nhựa có giá trịthương mại Ở những nước có nên kinh tê kem phát triển, nhựa được sử dụng ít hơn sovới nhữnh nước công nghiệp Chúng được phân loại theo tính chất, thành phần vàphương thức sản xuất ( Nguyễn văn phước, 2008)

1.85 - Polyethylene Terephathlate (PETE): được tái chế đầu tiên để sản xuất cácloại

1.86 sợi polyeste dùng để sản xuất ra ngủ, gối chăn, quần áo mùa đông Sau này,PETE còn được sử dụng để chế tạo thảm, các sản phẩm đúc, băng chuyền, bao bì thựcphẩm

- Polyethylene (PE): Polyethylene được chia làm nhiều loại khác nhau dựa vào tỷtrọng và sự phân nhánh của chúng Có hai loại Polyethylene (PE) thông dụngnhất hiện nay như Polyethylene tỷ trọng thấp và Polyethylene tỷ trọng cao.Polyethylene tỷ trọng thấp mềm, dẻo, dễ cắt, trong suốt khi ở dạng mỏng và cómàu trắng sữa khi dày Ngoài ra Polyethylene tỷ trọng thấp được sử dụng làmtúi mỏng, bao tải hoặc tấm phủ, chai nhựa, hộp đựng thức ăn, các ống nhựa dẻo,vật dụng trong nhà như: xô, chén bát, đồ chơi Polyethylene tỷ trọng cao thườngdai, đặc tính cứng, có độ nóng chảy cao, có màu trắng sữa, thường dùng để sảnxuất can chứa bột giặt và thùng chứa dầu nhớt, các chai đựng hóa mỹ phẩm,Polyethylene tỷ trọng cao còn được dùng để chế tạo các loại khăn phủ, túi chứahàng hóa, ống dẫn, thùng chứa nước và đồ chơi trẻ em

- Polypropylene (PP): Phần lớn PP được sử dụng để chế tạo những đồ dùng ngoàitrời, hộp thư, tường rào, sản xuất pin ô tô, nắp thùng chứa, nhãn hiệu của chailọ

- Polystyrene (PS): Các sản phẩm quen thuộc của PS bao gồm: bao bì thực phẩm,đĩa, khay đựng thịt, ly uống nước, bao bì đóng gói sản phẩm, đồ dùng nhà bếp,hộp đựng yogurt

- Polyvinyl chloride (PVC): Được sử dụng rộng rãi làm bao bì thực phẩm, dây

điện, chất cách điện, ống nước, các tấm thảm lót, đồ chơi trẻ em.

- Các loại nhựa khác: Các loại nhựa khác gồm: Polycarbonate (PC), PolyethyleneTerephthalate (PET), Polyurethane (PU) và Nylon hoặc Polyamide (PA)

1.2.5 Nguồn gốc phát sinh chất thải nhựa

1.87 Phát sinh từ hoạt động công nghiệp: Nhiều xí nghiệp đã vứt bỏ lớp màngphủ Polyethylene của hàng hóa, nhưng đây chính là nguồn nguyên liệu tốt để tái chế.Bởi vì chúng khá dày, hoàn toàn tinh khiết và là nguồn cung cấp nguyên liệu dồi dào.Ngành công nghiệp sản xuất ôtô như các thiết bị thay thế cho ôtô, cánh quạt, vỏ bọcghế, bình acqui Các công ty xây dựng: các ống dẫn, dụng cụ gia đình và các tấm phủ.Ngành điện và các ngành liên quan đến điện: hộp công tắc, vỏ bọc dây cáp, vỏ máycassette, màn hình TV

1.88 Phát sinh từ hoạt động thương mại: Các phân xưởng, cửa hàng, siêu thị,nhà hàng, khách sạn là những nơi cung cấp số lượng chất thải nhựa khá ổn định

1.89 Phát sinh từ hoạt động nông nghiệp: Các khu vực trồng trọt, nuôi trồngthủy sản cung cấp một lượng lớn chất thải nhựa như: các tấm phủ, thùng nhựa, ống dẫnnước và các ống phun nước

1.90 Phát sinh từ hoạt động đô thị: Chất thải nhựa được thu gom ở khu vực dân

cư, hộ gia đình, đường phố, công viên, các bãi rác Sẽ rất khó cho việc thu gom, phânloại, làm sạch và xử lý nếu chúng bị lẫn với chất thải nguy hại, trừ khi chúng được thugom trực tiếp tại nhà

1.2.6 Tổng quan về các phương pháp xử lý chất thải nhựa

1.91 Hiện nay, có ba phương pháp chính để xử lý chất thải nhựa: chôn lấp, đốt

và tái chế Mỗi phương pháp đều có những hạn chế vốn có của phương pháp đó

1.2.6.1 Phương pháp chôn lấp

1.92 Hạn chế đầu tiên có liên quan đến việc xử lý chất thải nhựa là trên thực tếcác cơ sở chôn lấp chiếm một diện tích khá lớn mà diện tích này có thể được sử dụngcho các mục đích khác tốt hơn, chẳng hạn như nông nghiệp Điều này trở nên phức tạp

do quá trình phân hủy chậm của hầu hết các sản phẩm nhựa, và điều này có nghĩa làvùng đất dùng làm bãi chôn lấp sẽ không có sẵn dành cho khoảng thời gian lâu dài đó.Thành phần nhựa của chất thải rắn ở các bãi chôn lấp đã được chứng minh kéo dài hơn

20 năm Điều này là do sự hạn chế của oxy có sẵn trong các bãi chôn lấp, xung quanhmôi trường chủ yếu là kỵ khí Sự phân hủy hạn chế mà nguyên nhân phần lớn là do quátrình oxy hóa bởi nhiệt và các điều kiện yếm khí trong các bãi chôn lấp (Andrady,

2011)

1.2.6.2 Phương pháp đốt

1.93 Một kỹ thuật thường được sử dụng trong xử lý chất thải nhựa là đốt Nhựađược xử lý bằng phương pháp đốt đã khắc phục một số hạn chế của các bãi chôn lấp vìbiện pháp đốt không yêu cầu bất kỳ không gian đáng kể, và thậm chí còn có khả năngthu hồi năng lượng dưới dạng nhiệt (Sinha và công sự, 2010) Tuy nhiên, có một sự đánhđổi đáng kể trong đó đốt chất thải nhựa dẫn đến sự hình thành của nhiều hợp chất có hại,hầu hết trong đó được thải vào khí quyển PAHs (polycyclic aromatic hydrocarbons),PCBs (polychlorinated biphenyls), kim loại nặng, carbon và oxy dựa trên các gốc tự do,

được sản xuất và phát tán khi đốt nhựa Những hạn chế đáng kể đối với môi trường từviệc xử lý nhựa thông qua chôn lấp và đốt là động lực đằng sau sự phát triển của quátrình tái chế nhựa

1.2.6.3 Phương pháp tái chế

1.94 Có hai phương pháp hiện đang sử dụng rộng rãi cho việc tái chế nhựa: Hóahọc và gia công cơ khí Xử lý hóa học được thực hiện bằng cách xúc tác hóa học với mộttrong số các hợp chất, dẫn đến quá trình polyme hóa của nhựa Quá trình polyme hóa cóthể được thực hiện bằng cách thủy phân (sử dụng nước), methanolysis (methanol),glycolysis (EG) hoặc aminolysis (methylamine) Kết quả là các đơn vị monome khácnhau có thể được thu hồi và hầu hết tất cả các monome có thể được sử dụng như vật liệupolyme hóa để sản xuất nhựa mới Tuy nhiên, gia công cơ khí thường được ưa chuộnghơn là xúc tác hóa học, bởi vì mặc dù nó là một quá trình phức tạp nhưng nó có lợi thế làchi phí hiệu quả hơn nhiều (Awaja và cộng sự, 2005)

I.2.6.4 Phương pháp sinh học

1.95 Phân hủy sinh học là một phương pháp thay thế hấp dẫn đối với thực tiễnhiện nay cho việc xử lý chất thải, vì nó rẻ tiền hơn, hiệu quả hơn và không phát sinh chấtgây ô nhiễm thứ cấp như phương pháp đốt và chôn lấp trong một số trường hợp thậmchí phương pháp này có thể tạo ra sản phẩm cuối cùng hữu ích với những lợi ích kinh tế

từ sự trao đổi chất của vi khuẩn với các chất ô nhiễm, ví dụ như ethanol sử dụng trongnhiên liệu sinh học (Hayden và cộng sự, 2013) Phân hủy sinh học là quá trình mà cácchất hữu cơ bị phá vỡ bởi các sinh vật sống Thuật ngữ này thường được sử dụng liênquan đến hệ sinh thái, quản lý chất thải, xử lý sinh học với các vật liệu nhựa, vì tuổi thọlâu dài của chúng Nhựa phân hủy sinh học trong điều kiện tự nhiên, trong trầm tích, bãichôn lấp và một phần trong phân compost và đất (Gu và cộng sự, 2000)

1.96 Phân hủy sinh học là quá trình trong đó các vi sinh vật như nấm và vikhuẩn phân hủy các polyme tự nhiên (lignin, cellulose) và polyme tổng hợp(polyethylene, polystyrene) Vì các vi sinh vật có đặc điểm khác nhau, vì vậy quá trìnhphân hủy sẽ thay đổi theo từng loại vi sinh vật khác Vi sinh vật phân hủy các polymenhư polyethylene, polyurethane bằng cách sử dụng nó như là một chất nền cho sự sinhtrưởng của chúng Có nhiều yếu tố khác nhau chịu trách nhiệm cho quá trình phân hủysinh học như là: loại polyme, đặc điểm sinh vật (Himani và cộng sự, 2012)

1.97 1.3 Giới thiệu quá trình phân hủy nhựa bởi vi sinh vật

1.3.1 Cơ chế của quá trình phân hủy nhựa dưới tác dụng của vi sinh vật

1.98 Phân hủy sinh học bị chi phối bởi các yếu tố khác nhau bao gồm các đặcđiểm của polyme, loại sinh vật và bản chất của tiền xử lý Các đặc tính của polyme như

di chuyển, tinh thể (độ kết tinh), trọng lượng phân tử, các nhóm chức năng và nhóm thếhiện diện trong cấu trúc của nó, chất làm dẻo hoặc các chất phụ gia khi thêm vàopolyme, tất cả đóng một vai trò quan trọng trong sự suy thoái của nó Trong quá trìnhphân hủy sinh học hiếu khí, carbon dioxide và nước được sản xuất và trong quá trìnhphân hủy sinh học kỵ khí, carbon dioxide, nước và methane được sản xuất Nói chung,

sự phân hủy của polyme tạo ra phần lớn carbon dioxide bởi các sinh vật khác nhau, mộttrong những phương pháp phá vỡ nhằm phân hủy polyme thành các monome, một trong

số các monome có thể sử dụng và đào thải chất thải ra khỏi các hợp chất như các sảnphẩm phụ và một số có thể tái sử dụng các chất thải đó (Gu và cộng sự, 2000)

1.99 Vi sinh vật như vi khuẩn và nấm có liên quan đến sự suy thoái của cả nhựa

tự nhiên và nhựa tổng hợp Sự phân hủy sinh học của nhựa diễn ra tích cực dưới điềukiện đất đai khác nhau tùy theo tính chất của chúng, bởi vì các vi sinh vật chịu tráchnhiệm về quá trình phân hủy khác nhau từ mỗi chất khác nhau và chúng có điều kiệntăng trưởng tối ưu trong đất Nhựa là chất tiềm năng cho các vi sinh vật dị dưỡng (Glass

1.101 khuẩn Những phá vỡ ban đầu của quá trình phân hủy polyme có thể là kếtquả của một loạt các tác động của các tác nhân vật lý và sinh học Bất kỳ yếu tốtác động nào của các tác nhân vật lý, chẳng hạn như sưởi ấm, làm mát, làm lạnh,

rã đông, làm ướt hoặc khô, có thể gây thiệt hại cho sản phẩm về cơ học như nứtpolyme (Huang và cộng sự, 1992) Sự phát triển của nhiều loại nấm trên polymecũng có thể gây vết phù quy mô nhỏ và bùng nổ, như các loại nấm thâm nhập vàotrong chất rắn polyme Polyme tổng hợp chẳng hạn như polycaprolactone, cũng

có thể được phân hủy bởi các enzyme được tiết ra từ vi khuẩn (Poojia Thakur,2012)

1.102 Enzvme ngoai bào «

1.103 p l n s t i c s

1.104 Hình 1.1 Cơ chế chung của quá trình phân hủy sinh hoc nhưa trong điều kiên

1.105 hiếu khí (Pooja Thakur, 2012) "

1.106 Nói chung, sự gia tăng trọng lượng phân tử dẫn đến sự suy giảm củapolyme phân hủy bởi vi sinh vật Ngược lại, các đơn vị lặp đi lặp lại của polyme làmonome và oligome dễ dàng bị phân hủy và khoáng hóa nhiều hơn Có thể xảy ra sựgiảm mạnh trong khả năng hòa tan do trọng lượng phân tử cao của nhựa làm chúngkhông thuận lợi cho vi khuẩn tấn công vì vi khuẩn đòi hỏi các bề mặt được đồng hóathông qua màng tế bào và sau đó tiếp tục bị phân hủy bởi các men tế bào

1.107 Có ít nhất hai loại enzyme đang tích cực tham gia vào quá trình phân hủysinh học của polyme: depolymerases ngoại bào và depolymerases nội bào Exoenzymes

từ vi sinh vật phân hủy polyme phức tạp cho năng suất phân hủy kém hơn so với phânhủy các phân tử nhỏ hơn trong các chuỗi ngắn, dung lượng nhỏ đủ để vượt qua màngbán thấm bên ngoài vi khuẩn và sau đó sử dụng như làm nguồn carbon và năng lượng.Quá trình này được gọi là depolymerization Quá trình phân hủy được gọi là khoáng hóakhi cuối cùng sản phẩm là carbon dioxide, nước, hoặc methane (Poojia Thakur,

2012) Điều quan trọng cần lưu ý là quá trình suy thoái của chất nền polyme cóthể hiếm khi đạt 100% và lý do là một phần nhỏ của polyme sẽ được đưa vào sinhkhối vi sinh vật, mùn và các sản phẩm tự nhiên khác Trong điều kiện tự nhiên,các vi sinh vật hiếu khí chủ yếu chịu trách nhiệm cho việc phá hủy vật liệu phứctạp, năng suất sinh khối vi khuẩn, carbon dioxide và nước là sản phẩm cuối

C() 2 , HjO, các sán phâni trau dổi chất khác Bài tiết các

enzyme ngoại bào

Chất trung gian dược dông hóa vào

Enzỵme bám trên

bề mặt và cắt đôi chuôi polyme

Chất trung gian phân hủy thòi gian ngắn và hòa tan vào môi trường Chất trung gian hòa tan trong nước

1.108 cùng (Poojia Thakur, 2012) Các quần thể vi sinh vật kỵ khí chịu trách nhiệmcho sự suy giảm polymer dưới điều kiện thiếu oxy Sinh khối, carbon dioxide, methane

và nước là những sản phẩm chính dưới tác dụng của các enzyme từ vi sinh vật kỵ khí(Barlaz và cộng sự, 1989)

1.3.2 Các enzyme tham gia vào quá trình phân hủy nhựa

1.109 Enzyme của vi sinh vật đặc hiệu trong hoạt động của chúng trên các cơchất, vì vậy mỗi loại enzyme khác nhau sẽ phân hủy theo các cách riêng của mỗi loại.Enzyme của vi sinh vật giúp tăng tỷ lệ phân hủy nhựa một cách hiệu quả mà không gây

ra bất kỳ tác hại cho môi trường (Himani và cộng sự, 2012)

1.110 Laccase có thể giúp ích trong quá trình oxy hóa chuỗi hydrocarbon củapolyethylene Laccase ủ với polyethylene làm giảm trọng lượng trung bình của phân tử

và số lượng phân tử polyethylene trung bình lần lượt là 20% và 15% (Sivan, 2011).Laccase sản xuất bởi các xạ khuẩn Rhodococcus ruber, tham gia quá trình phân hủysinh học của polyethylene Laccases chủ yếu hiện diện trong nấm phân hủy lignin, nơichúng xúc tác quá trình oxy hóa của các hợp chất thơm Hoạt động Laccase được biết

là hoạt động trên chất nền không thơm (Mayer và Staples, 2002)

1.111 Papain và urease là hai enzyme phân hủy protein đã được tìm thấy có khảnăng phân hủy vỏ thuốc y tế làm từ polyurethane polyester Polyme phân hủy bởipapain là do sự thủy phân của urethane và urê mối liên kết sản xuất tự do nhóm amin

tự do và hydroxyl (Phua và cộng sự 1987)

1.112

1.100 Bảng 1.3 Một số loại enzyme có khả năng phân hủy nhựa

1.101

Nhóm1.105. 1.102. me Enzy 1.103. vật Vi sinh 1.104. dụng Cơ chất sử

Nấm 1.106.1.110.sidasesGlucoKhôn 1.107.us flavusAspergill 1.108.e (PCL)Polycaprolacton

g xác định 1.111.m Penicilliu

1.112 Funiculos

1.113 Polyhydroxybutyrate (PHB)

1.115 Cutinase 1.116.us oryzaeAspergill 1.117.succinate (PBS)Polybutylene 1.119 Catala

se, Protease 1.120.us nigerAspergill 1.121. PCL1.123 Khôn

g xác định 1.124.yces Streptom 1.125. PHB, PCL1.127 Ureas

e 1.128.ma sp.Trichoder 1.129. Polyurethane1.131 Cutin

dase 1.149.orium Chrysosp1.151

g xác định 1.157.s Firmicute 1.158.PBS PHB, PCL, and 1.160 Khôn

g xác định 1.161.eria Protobact 1.162.PBS PHB, PCL, and 1.164 Lipas

e 1.165.m,RhizopusPenicilliu 1.166.AdipatePolyethylene 1.167

1.3.3 Một số vi sinh vật có khả năng phân hủy nhựa

1.114 Quá trình phát thải nhựa bừa bãi và thường xuyên một cách cố ý lànguyên nhân dẫn đến những ô nhiễm môi trường Với mức chi phí thấp, công nghệthấp, phương pháp để cải thiện điều kiện sinh thái có khả năng làm giảm và thậm chíloại bỏ nhựa, được phát triển bởi các nhà nghiên cứu Enzyme vi khuẩn là một trongnhững công cụ mạnh mẽ nhất cho quá trình phân hủy sinh học của nhựa

1.115 Một vài cuộc thảo luận về cộng đồng vi sinh vật và các yếu tố ảnh hưởngđến việc sản xuất các enzyme, một cuộc khảo sát được trình bày ngắn gọn về từngnhóm cá nhân riêng lẻ của các enzyme khác nhau như laccase, cutinase, hydrolase,esterase, protease và urease Các enzyme này được tiết ra bởi vi khuẩn như

1.116 Streptococcus, Bacillus, Pseudomonas, Staphylococcus, Aspergillus, Penicillium, Phanerochaete (Himani và cộng sự, 2012).

1.117 Chi Bacillus: Bacillus là tên của một chi gồm các vi khuẩn Gram dương,

hình que có kích thước khác nhau, hiếu khí thuộc về họ Bacillaceae trong Firmicutes

Bacillus có chùm tiêm mao giúp chúng có khả năng di động Là vi khuẩn dị dưỡng hóa năng, hoại sinh thu năng lượng nhờ oxi hóa các hợp chất hữu cơ Bacillus có khả năng

sinh bào tử Bào tử của vi khuẩn không phải là một hình thức sinh sản mà chúng chỉ làmột hình thức thích nghi để giúp vi khuẩn vượt qua những điều kiện sống bất lợi Đa

số Bacillus phát triển tốt ở pH = 7, ở nhiệt độ 340C - 370C Chúng có khả năng sinhenzyme ngoại bào do đó được ứng dụng nhiều trong công nghiệp, bảo vệ môi trường,nông nghiệp (Nguyễn Lân Dũng và cộng sự, 2009) Hiệu quả của vi khuẩn trong quátrình phân hủy chất dẻo đã được phân tích trong phương pháp nuôi cấy lỏng, trong đó

vi khuẩn Bacillus amylolyticus làm giảm nhựa trong thời gian hơn 1 tháng (30% trọng

lượng/tháng) so với những vi khuẩn khác và tỷ lệ suy giảm thấp nhất được quan sát

thấy trong trường hợp của vi khuẩn Bacillus subtilis (20% trọng lượng/tháng) Bacillus amylolyticus sở hữu tiềm năng lớn để làm suy giảm nhựa khi so sánh với các vi khuẩn

khác (Pooja Thakur, 2012)

1.118 Chi Pseudomonas :Vi khuẩn Pseudomonas thường là vi khuẩn Gram âm,

có hình que Có chiêm mao ở cực nên có khả năng lội tốt trong nước, không có khả

năng tạo bào tử Pseudomonas là vi khuẩn sống tự do, chúng hiện diện khắp nơi như

trong đất, nước, động vật, thực vật, một số làm hỏng thực phẩm Chúng có khả năng hôhấp hiếu khí hay kỵ khí trong môi trường không có oxi Nhiệt độ thuận lợi để chúngphát triển là 300C - 370C Vi khuẩn Pseudomonas có hơn 140 loài, hầu hết thuộc nhóm

hoại sinh, phân bố rộng rãi và đa dạng Một số loài thuộc chi Pseudomonas có khả

năng cố định đạm đã được khẳng định từ lâu trong đó có Pseudomonas stutzeri

(Nguyễn Lân Dũng và cộng sự, 2009) Một thí nghiệm nuôi cấy lỏng đã được thực

hiện, kết quả cho thấy Pseudomonas phân lập từ bùn thải cho thấy khả phân hủy cả

1.168 1.169

1.170 Arrizus 1.171.PCL (PEA), PBS, 1.173 Serine

hydrolase 1.174.onas tutzeriPseudom 1.175.noate Polyhydroxyalka

1.176 (PHA)1.177 (Hayden, 2013)

1.178

polyethylene tự nhiên và tổng hợp rất hiệu quả với 46,2%

1.119 polyethylene tự nhiên và 29,1% polyethylene tổng hợp Ngược lại,

Pseudomonas phân lập từ bãi rác hộ gia đình đã cho phân hủy sinh học thấp nhất

31,4% polyethylene tự nhiên và 16,3% polyethylene tổng hợp Tuy nhiên,

Pseudomonas phân lập từ đất nước thải dệt may ở cống thoát nước cho thấy khả

năng phân hủy sinh học trung bình 39,7% và 19,6% cho polyethylene tự nhiên vàpolyethylene tổng hợp (Sonil và cộng sự, 2010)

1.120 Một thí nghiệm nuôi cấy lỏng khác đã được thực hiện bởi (Kathiresan

2003), kết quả cho thấy trong số các vi khuẩn loài Pseudomonas sp làm giảm 20,54% của polythene và 3,97% của chất dẻo, loài Staphylococcus sp làm giảm 16,39% của polythene và 0,56% của chất dẻo, loài Streptococcus sp làm giảm 2,19% của polythene

và 1,07% của chất dẻo trong khoảng thời gian một tháng

1.121 Chi Staphylococcus: Staphylococcus là các cầu khuẩn Gram dương không

tạo nha bào, đường kính khoảng 1 pm, không di động và sắp xếp theo mọi hướng Tụcầu khuẩn mọc dễ dàng trên các môi trường nuôi cấy ở nhiệt độ 37OC Màu đặc trưngcủa các khuẩn lạc là màu trắng như sứ hoặc màu trắng ngà

1.122 Chi Streptococcus: Streptococcus là các liên cầu khuẩn có hình cầu hay

hình oval kéo dài, Gram dương, không di dộng, không sinh bào tử, một số dòng có tạo

vỏ nhày Hầu hết các loài này sống hiếu khí tùy ý nhưng phát triển tốt trong điều kiện kỵkhí, tiết bacteriocin trong quá trình tăng trưởng và có thể ức chế sự tăng trưởng của các

vi khuẩn khác Nhóm này bao gồm các vi khuẩn chủ yếu sống trong đường ruột của

động vật như Streptococcus bovis và S.equines, một số loài có phân bố rộng hơn hiện diện cả trong đường ruột của người và động vật như S faecalis và S faecium hoặc các loại biotype (S faecalis var liquefaciens và loài S faecalis có khả năng thủy phân tinh

bột) (Nguyễn Lân Dũng và cộng sự, 2009)

1.123 1.4 Giới thiệu về chất thải nylon và tác động của nylon đến môi trường sống

1.4.1 Giới thiệu về nylon.

1.124 Nylon được làm từ nhựa là một hỗn hợp có thành phần hóa học trung bình

là 60% C, 7,2% H, 22,8% O, 10% tro tính theo phần trăm trọng lượng khô (Hoàng Anh,2006)

1.125 Nylon là một chất nền bền vững trong môi trường Tuy nhiên, khi thải ramôi trường, chất thải nylon gây tác động xấu đến nguồn nước, gây cản trở giao thông,mất thẩm mỹ và gây tắc nghẽn các công trình thủy lợi, trạm bơm nước

1.126 Thành phần của nylon chứa các thành phần phụ gia như bột màu, chất ổnđịnh, chất hóa dẻo có thể có chì, cadmi là những chất độc hại, đóng góp vào tổnglượng cadmi, chì trong rác thải đô thị khoảng 28% và 2% tương ứng Đặc biệt, đối vớinhựa PVC khi đốt ở nhiệt độ 3000C - 8000C sẽ tạo ra dioxin là chất rất độc cho môitrường tự nhiên Ngoài ra, nhựa PVC khi bị vụn vỡ sẽ gây đau cơ ở người và gây ungthư ở trâu bò Tro tạo thành khi tiêu hủy 1 lượng nylon cũng chứa kim loại nặng, gây ônhiễm môi trường (Hoàng Anh, 2006)

1.4.2 Tác động của nylon đến môi trường sống

1.4.2.1 Tác động của nylon đến môi trường không khí

1.127 Trong suốt quá trình sản nylon sẽ phát thải các hóa chất độc vànhiều khí CO2 làm tăng hiệu ứng nhà kính, thúc đẩy biến đổi khí hậu toàn cầu

1.128 1.4.2.2 Tác động của nylon đến môi trường nước

1.129 Trong quá trình sản xuất nylon tạo ra chất thải lây lan vào môitrường nước, gây ô nhiễm Sau khi sử dụng, một phần chất thải nylon bị con người xảbừa bãi trên đường phố và xuống các con kênh, rạch, chất thải nylon dơ, khó phânhủy sẽ nổi lềnh bềnh trên mặt nước, vừa gây mất cảnh quan vừa gây ô nhiễm nước.Ngoài ra chất thải nylon còn làm nghẹt cống rãnh, ngăn cản sự thoát nước ra khỏithành phố theo hệ thống cống ngầm, vừa gây ngập lục vừa tạo các tù động nước, lànơi phát sinh ruồi, muỗi gây bệnh cho người

1.4.2.3 Tác động của nylon đến môi trường đất

1.130 Vì chất thải nylon tồn tại trong môi trường cần một thời gian rất dàimới phân hủy được, có thể đến 1000 năm, làm ngăn cản sự phân hủy vi sinh vật cácchất quanh khu vực có sự hiện diện của chúng Chất thải nylon rơi vào những vùngđất nông nghiệp làm chậm sự sinh trưởng của cây trồng bằng cách bao quanh thựcvật, khi lẫn vào đất chất thải nylon ngăn cản oxy đi qua, dẫn đến xói mòn đất

1.4.2.4 Tác động của nylon đến cảnh quan

1.131 Chất thải nylon nhẹ có thể bị gió cuốn bay đến nơi khác, vướng trênnhững cành cây, rơi xuống các kênh rạch, biển hay khắp nơi trên các con đường phốgây mất cảnh quan đô thị

1.4.2.5 Tác động của nylon đến động vật

1.132 Chất thải nylon có ảnh hưởng đến động vật trên cạn lẫn ở biển

1.133 Đối với động vật trên cạn: Trên đất liền, chất thải nylon không phải là vấn

đề nghiêm trọng đối với động vật, vì chỉ liên quan đến cái chết của một số loài gia súc.Chất thải nylon có thể gây chết cho loài gia súc chủ yếu là do chúng nhầm lẫn túi nylon

là thức ăn, nên khi ăn vào dẫn đến chúng bị nghẹt thở hay bị tắt đường tiêu hóa, cuốicùng bị chết

1.134 Đối với động vật ở biển: Phần lớn mối quan tâm về chất thải nylon tậptrung vào các tác động lên sự sống ở biển vì các loài có thể bị gây hại theo nhiều conđường khác nhau như các loài chim biển do bị vướng phải chất thải nylon gây mất khảnăng di chuyển nhanh hơn, giảm khả năng bắt mồi và tránh các loài động vật ăn thịtchúng ,hay bị nghẹt thở và chết Nhiều loài động vật có vú ở biển (cá voi, chim, hải cẩu

và rùa) bị chết mỗi năm do nhằm lẫn chất thải nylon là thức ăn hay loài sứa biển khi ănphải chất thải nylon vào bụng không thể tiêu hóa và ở lại trong ruột, cản trở sự tiêu hóacác thức ăn khác, gây ra cái chết Đặc biệt, chất thải nylon nguy hiểm cho loài rùa biển

vì chúng nhầm chất thải nylon như những con sứa, thức ăn chính của chúng (Phan ThịAnh Thư, 2008)

I.4.2.6 Tác động của nylon đến con người

1.135 Quá trình sản xuất nylon liên quan đến việc sử dụng dầu mỏ, than đá, khí

tự nhiên, dẫn đến phát sinh ra nhiều khí độc, gây ảnh hưởng không tốt cho những côngnhân mỏ, những kim loại như chì có trong mực in tạo màu trên các bao bì có thể gây táchại cho não và là nguyên nhân chính gây ra bệnh ung thư phổi chất thải nylon cũng có

khả năng đưa các thành phần hóa chất và chất độc vào đất và nguồn nước, đến conngười, gây nhiều nguy hiểm đến sức khỏe như vấn đề thần kinh, các bệnh ung thư Khicống rãnh nghẹt, chất thải nylon cũng gây tù đọng nước, sinh ra nhiều muỗi và ký sinhtrùng có khả năng lan truyền nhiều loại bệnh như viêm não, sốt xuất huyết, đáng lưu ýnhất là bệnh sốt rét.

1.136 .5 Tổng quan vê các nghiên cứu có liên quan đến đê tài

1.5.1 Nghiên cứu ngoài nước

1.137 Năm 1995, Kambe và cộng sự đã phân lập và tìm hiểu đặc điểm của mộtvài vi khuẩn từ đất mà chúng có khả năng sử dụng polyester polyurethane Nghiên cứugần đây đã cho thấy cũng có một số vi sinh vật trong đất ngập mặn có khả năng phânhủy nhựa, mặc dù tốc độ phân hủy chậm Sự phát triển của nhiều loại nấm cũng có thểgây phá vỡ cấu trúc của nhựa, sự phù trên bề mặt nhựa bởi sự xâm nhập của các chủngnấm vào các chất rắn polyme (Uttiya, 2012)

1.138 Năm 2000, Wedd và cộng sự đã nghiên cứu các chủng nấm có khả năngphân hủy nhựa dẻo Polyvinyl clorua ở điều kiện nội vi và ngoại vi Cũng tại một nghiêncứu khác cho thấy các vi sinh vật tiết ra enzyme vào trong môi trường đất, nước và bắtđầu quá trình phân hủy polyme

1.139 Năm 2003 Kathiresan đã phân lập được bảy loài vi khuẩn: Bacillus sp.,

Staphylococcus sp., Streptococcus sp., Dipỉococcus sp., Micrococcus sp., Moraxella sp., Pseudomonas sp Bảy loài vi khuẩn đã được thử nghiệm khả năng phân hủy polyethene

và nhựa trong phòng thí nghiệm Kết quả là các loài vi khuẩn phân hủy được 20,54%

polyethene và 8,16% nhựa trong khoảng thời gian một tháng.

1.140 Takayoshi và cộng sự (2010) đã phân lập được mười ba chủng vi khuẩnkhác nhau có khả năng phân hủy poly 8 - caprolacton (PCL) từ Kurile và Trenches Nhật

Bản ở độ sâu 5000 - 7000 m Các chủng phân lập thuộc các chi Shewanella, Moritella, Psychrobacter và Pseudomonas.

1.141 Năm 2012, Himani và cộng sự trong nghiên cứu về cộng đồng vi sinh vật

và các yếu tố ảnh hưởng đến việc sản xuất các enzyme phân hủy được nhựa, kết quả chothấy các enzyme khác nhau như laccase, cutinase, hydrolase, esterase, protease và

urease Các enzyme này được tiết ra từ các nhóm vi khuẩn Streptococcus, Bacillus, Pseudomonas, Staphylococcus, Aspergillus, Penicillium, Phanerochaete.

1.5.2 Nghiên cứu trong nước

1.142 Năm 2012 Nguyễn Thị Thanh Lịch và cộng sự đã phân lập được 12chủng vi sinh vật có khả năng phân hủy polylactic axit (PLA) Trong số 12 chủng visinh vật đã phân lập (T1 - T12), kết quả nghiên cứu cho thấy chủng T2 có khả năngphân hủy PLA tốt nhất Qua giải trình tự gen 16S rDNA của chủng T2 cho thấy trình

tự gen của chủng T2 tương đồng 99,9% (1398/1400 bp) với đoạn 16S rDNA củaKlebsiella variicola _AJ783916 Chủng T2 phân hủy được 79,9 %, 71,03 % và 39,94

% khối lượng tương ứng PLA, PHB, PCL sau 20 ngày nuôi ở nhiệt độ 37 oC

1.6 Tổng quan về khu liên hợp xử lý chất thải Bình Dương

1.6.1 Giới thiệu về công ty

Trường Bình Dương / Binh Duong Water Supply - Sewerage - Environment Co., Ltd.

- Ông: Nguyễn Văn Thiền Chức vụ: Chủ Tịch Hôi Đồng Quản Trị

- Ông: Phạm Thanh Hùng Chức vụ: Giám đốc Xí nghiệp

- Cơ quan chủ quản: UBND tỉnh Bình Dương

- Loại hình doanh nghiệp: Doanh nghiệp nhà nước

- Địa chỉ công ty: số 11 đường Ngô Văn Trị, phường Phú Lợi, Tp Thủ Dầu Một, tỉnh Bình Dương

- Địa chỉ Xí nghiệp: Khu phố 1B, phường Chánh Phú Hòa, thị xã Bến Cát, tỉnh Bình Dương

- Email: xnxlctbd@yahoo.com

1.144 Website: www.xulychatthaibd.com.vn

1.146 Khu liên hợp Xử lý Chất thải Bình Dương

1.147 ❖ Vị trí địa lý

1.148 Xí nghiệp Xử lý Chất thải Bình Dương có diện tích 100 ha ,hiện hữu là 75

ha và sẽ mở rộng thêm 25 ha theo Công văn số 1968/UBND-KTN ngày 11/07/2013 củaUBND tỉnh Bình Dương về việc chấp thuận chủ trương làm chủ đầu tư Xí nghiệp Xử lýChất thải Bình Dương mở rộng

1.149 Toàn bộ xí nghiệp thuộc khu phố 1B, phường Chánh Phú Hòa, thị xã BếnCát, tỉnh Bình Dương, cách trụ sở UBND phường Chánh Phú Hòa khoảng 3km về phíaTây Bắc

1.150 ❖ Các hướng tiếp giáp của xí nghiệp:

- Phía Đông giáp đất trồng cao su

- Phía Tây giáp Nghĩa trang Hoa viên Bình Dương

- Phía Nam giáp đất trồng cao su, đường thị xã Bến Cát 605 - phường Chánh PhúHòa

- Phía Bắc giáp đất trồng cao su

1.179

1.6.2 Sự hình thành Xí nghiệp Xử lý Chất thải Bình Dương.

1.151 Trước năm 2004, toàn bộ chất thải sinh hoạt trên địa bàn tỉnh Bình Dươngđều thải bỏ tại các bãi rác lộ thiên ở các huyện thị, đôi khi lượng rác quá lớn phải chuyểnsang địa bàn Tp.HCM Rác không được xử lý mà chỉ đốt ngoài trời, với các cách thức xử

lý cơ bản này đã phát sinh mùi hôi, khói bụi làm ô nhiễm các vùng xung quanh các bãirác Trước tình trạng đó, UBND tỉnh Bình Dương giao nhiệm vụ cho BIWASE làm chủđầu tư xây dựng Xí nghiệp Xử lý Chất thải Bình Dương (tại thị xã Bến Cát) với chứcnăng thu gom, vận chuyển và xử lý các loại chất thải như: chất thải sinh hoạt, chất thảicông nghiệp, chất thải y tế và chất thải nguy hại Với quy mô rộng 75 ha, Xí nghiệp Xử

lý Chất thải Bình Dương được đầu tư đầy đủ các hạng mục đáp ứng nhu cầu xử lý chấtthải cho tỉnh Bình Dương Hạng mục chính của dự án là xây dựng Nhà máy Sản xuấtphân Compost - một loại phân được chế biến từ rác thải hữu cơ - với công suất 420 tấnrác/ ngày

1.152 Ngoài ra còn có các dây chuyền xử lý rác thải công nghiệp nguy hại 200tấn/ngày như lò đốt (nhiệt từ lò đốt được tận thu để phát điện), Nhà máy Xử lý Nước thảiCông nghiệp, hố chôn an toàn, Nhà máy Xử lý nước Rỉ rác và các công trình phụ trợkhác

1.6.3 Sơ lược về hoạt động của Xí nghiệp Xử lý Chất thải Bình Dương.

1.153 Xí nghiệp Xử lý Chất thải Bình Dương thuộc Công ty CP Nước - MôiTrường Bình Dương, có tổng diện tích khoảng 75 ha, tọa lạc tại phường Chánh Phú Hòa,thị xã Bến Cát, tỉnh Bình Dương Lĩnh vực hoạt động của Xí nghiệp là xử lý chất thảisinh hoạt, chất thải y tế, chất thải công nghiệp thông thường và chất thải nguy hại Công

ty đã huy động nhiều nguồn vốn khác nhau để đầu tư các thiết bị tái chế, hạn chế tối đaviệc chôn lấp Rác sinh hoạt được dùng sản xuất phân Compost và một phần mang đichôn lấp, nước rỉ rác được xử lý triệt để đạt chất lượng loại A QCVN 25: 2009/BTNMT.1.154 Chất thải công nghiệp thông thường và công nghiệp nguy hại chủ yếuđược phối trộn và đốt Tro sau khi đốt được phối trộn vào bê tông tươi, gạch tự chèn,gạch nung, giải quyết triệt để các chất thải sau xử lý thành những vật liệu xây dựng cóích Khí thu được từ quá trình chôn lấp đang được Công ty nghiên cứu tận thu để phátđiện và cung cấp nhiên liệu cho lò đốt

1.155 Riêng trong hoạt động xử lý chất thải sinh hoạt, từ khi đi vào hoạt động

cuối năm 2004 đến tháng 8 năm 2013 đã tiếp nhận, xử lý khoảng 1.472.608,49 tấn rácthải Xí nghiệp đang tiếp nhận chất thải sinh hoạt chủ yếu trên địa bàn tỉnh Bình Dương(từ các đơn vị công trình công cộng của các huyện thị và xí nghiệp tự thu gom, vậnchuyển của các doanh nghiệp trong tỉnh) với khối lượng bình quân khoảng 820 tấnrác/ngày.

1.6.4 Lĩnh vực kinh doanh của Xí nghiệp Xử lý Chất thải Bình Dương.

- Thu gom, vận chuyển và xử lý chất thải (sinh hoạt, y tế, công nghiệp và chất thải nguy hại)

- Sản xuất phân Compost

- Sản xuất bê tông, vật liệu xây dựng và các sản phẩm gạch tái chế

- Sản xuất, tái chế, mua bán phế liệu, các sản phẩm tư nguồn rác, thiết bị, vật tư, dụng cụ

- Thực hiện các dịch vụ công trình đô thị (nạo vét cống mương, hút hầm cầu, rửa đường)

- Trồng, chăm sóc và mua bán cây kiểng

- Phạm vi dịch vụ: Tất cả các doanh nghiệp đang hoạt động trên địa bàn tỉnh Bình Dương và các tỉnh lân cận

1.156 Chương 2 VẬT LIỆ U VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu

• Thời gian nghiên cứu

1.157 Thời gian thực hiện đề tài từ tháng 10 năm 2016 đến tháng 4 năm 2017

• Địa điểm nghiên cứu

1.158 Mẫu nylon sử dụng trong đề tài được thu thập tại Khu liên hiệp xử

lý chất thải Bình Dương

1.159 Việc phân lập các chủng vi khuẩn hiện diện trong mẫu rác thải nylon thu thập tại Khu liên hiệp xử lý chất thải Bình Dương, các thử nghiệm sinh hóa, định danh sơ bộ tại các chủng vi khuẩn được thực hiện tại Trung tâm nghiên cứuthực nghiệm trường đại học Thủ Dầu Một

2.2 Vật liệu nghiên cứu

2.2.1 Thiết bị nghiên cứu

1.160 Nồi hấp khử trùng , tủ sấy, tủ cấy vô trùng, máy nước cất, tủ lạnh, máy đo pH, bếp điện từ, Cân điện tử 4 số, kính hiển vi điện tử

2.2.2 Dụng cụ nghiên cứu

1.161 Đĩa petri, ống nghiệm, Erlen, Becher, pipet, bình định mức, chai thủy tinh, ống đong, ống bóp cao su, đũa thủy tinh, ống nhỏ giọt, đèn cồn, que cấy vòng, que cấy trang, kéo, dao, giấy bạc, giá nhuộm và phiến kính nhuộm Gram

extract 1.184 1,5g1.185 Yeast

extract 1.186 1,5g1.187 NaCl 1.188 5g1.189 Agar 1.190 16 g1.191 Nước

1.193 pH 7,4 ± 0,21.194 Cách pha: Hòa tan hoàn toàn các thành phần Agar, NaCl, Yeast extract, Beef

1.195 extract, Peptone đã cân đúng số lượng vào 1000ml nước cất, điềuchỉnh pH, sau đó hấp ở 1210C/15 phút Sau đó tiến hành đổ đĩa

1.196

1.165.

• Thuốc thử trong thử nghiệm Catalase

Dung dịch 3% H2O2 (hyprogen peroxide)

• Thuốc nhuộm Methylene Blue (Loeffler’s)

1.183 Trộn A và B lại với nhau

2.3 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Nội dung nghiên cứu

1.184 Nôi dung nghiên cứu có thể tóm tắt theo sơ đồ sau:

1.185 Mẫu nylon trong bãi rác thải

Khảo sát khả năng phân hủy nylon của các chủng vi khuẩn đã phân lập bằng

phương pháp nuôi cấy trong môi trường lỏng

Kết quả chủng vi khuẩn có khả năng phân hủy nylon

1.198 extract, Peptone đã cân đúng số lượng vào 1000ml nước cất, điềuchỉnh pH, sau đó hấp ở 1210C/15 phút Sau đó tiến hành đổ đĩa

1.199 Quan sát, mô tả hình thái

khuẩn lạc và 1.200.1.201. Các thử nghiệm sinh hóaCatalase,

1.202 tế bào vi khuẩn 1.203 1.204. Oxydase, Indol, 1.205

1.188 Hình 2.1 Sơ đồ tóm tắt các nội dung nghiên cứu

1.189 Mẫu nylon thu thập từ bãi chôn lấp rác thải Khu liên hiệp xử lý chất thảiBình Dương, tiến hành phân lập trên môi trường dinh dưỡng Nutrient Broth Agar, sau đóchọn những khuẩn lạc điển hình cấy sang môi trường Nutrient Broth Agar để giữ giống.1.190 Quan sát, mô tả hình thái khuẩn lạc và tế bào vi khuẩn, đồng thời tiến hànhcác thử nghiệm sinh hóa để hướng tới định danh sơ bộ các chủng vi khuẩn.

1.191 Khảo sát khả năng phân hủy nylon bằng thử nghiệm nuôi cấy các chủng vikhuẩn phân lập được trong môi trường Nutrient Broth

2.3.2 Phương pháp nghiên cứu

1.192 2.3.2.1 Phân lập các chủng vi khuẩn hiện diện ở các mẫu rác thải nylon được lấy từ Khu liên hợp xử lý chất thải Bình Dương.

1.193 Quá trình phân lập được thực hiện theo sơ đồ sau: