Khảo Sát Một Số Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Hoạt Tính Cellulase Của Các Chủng Vi Khuẩn Phân Lập

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HOẠT TÍNH CELLULASE CỦA CÁC CHỦNG VI KHUẨN PHÂN LẬP TỪ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY GIẤY Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Giảng viên hướng d

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HOẠT TÍNH CELLULASE CỦA CÁC CHỦNG VI KHUẨN PHÂN LẬP TỪ NƯỚC THẢI

NHÀ MÁY GIẤY

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Giảng viên hướng dẫn : CN Nguyễn Hoàng Mỹ Sinh viên thực hiện : Bùi Thị Trang

MSSV: 107111189 : Lớp: 07DSH4

MỤC LỤC

Nội dung Trang

Mục lục i

Danh mục các chữ viết tắt iii

Danh mục các bảng iv

Danh mục hình ảnh v

LỜI MỞ ĐẦU vi

Chương 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan về công nghiệp sản xuất giấy 3

1.1.1 Giới thiệu 3

1.1.2 Công nghệ sản xuất bột giấy 4

1.1.3 Công nghệ sản xuất giấy 6

1.2 Tổng quan về nước thải nhà máy giấy 7

1.2.1 Giới thiệu về nước thải nhà máy giấy 7

1.2.2 Thành phần tính chất 7

1.2.3 Ảnh hưởng của nước thải nhà máy giấy 10

1.2.4 Phương pháp xử lý nước thải 11

1.3 Tổng quan về cellulose 13

1.3.1 Thành phần cấu tạo 13

1.3.2 Tính chất 15

1.3.3 Enzyme cellulase 16

1.3.4 Cơ chế phân hủy 18

1.4 Tổng quan về vi sinh vật phân hủy cellulose 21

1.4.1 Giới thiệu chung 21

1.4.2 Vi khuẩn 22

1.4.3 Xạ khuẩn 22

1.4.4 Nấm mốc 26

1.5 Ảnh hưởng của điều kiện môi trường đến khả năng sinh tổng hợp enzyme cellulase của vi khuẩn 27

1.6 Các nghiên cứu liên quan ở Việt Nam và trên thế giới 31

1.6.1 Trên thế giới 31

1.6.2 Ở Việt Nam 31

Chương 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 34

2.1 Thời gian và địa điểm 34

2.2 Vật liệu 34

2.2.1 Đối tượng 34

2.2.2 Cơ chất 34

2.3 Thiết bị và hóa chất 34

2.3.1 Thiết bị 34

2.3.2 Hóa chất 35

2.4 Các phương pháp nghiên cứu 35

2.4.1 Phương pháp tuyển chọn chủng vi sinh vật 35

2.4.2 Phương pháp xác định hoạt tính enzyme carboxymethyl cellulase (CMCase) 38

2.4.1 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng sinh tổng hợp enzyme cellulase của các chủng vi khuẩn 42

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44

3.1 Kết quả tuyển chọn chủng vi khuẩn 44

3.1.1 Kết quả tuyển chọn trên môi trường A 44

3.1.2 Kết quả xác định hình thái 44

3.2 Kết quả khảo sát theo thời gian 47

3.2.1 Kết quả hoạt tính cellulase 47

3.2.2 Kết quả xác định mật độ tế bào 51

3.3 Khả năng sinh tổng hợp enzyme cellulase theo pH 53

3.4 Khả năng sinh tổng hợp enzyme cellulase theo nồng độ CMC 56 3.4.1 Xác định hoạt tính theo nồng độ CMC 56 3.4.2 Xác định đường kính vòng phân giải theo nồng độ CMC 59

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BOD : Biochemical oxygen Demand

CMCase : Carboxymethyl cellulase

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Các thông số của nguồn nước thải nhà máy giấy 10

Bảng 1.2 Thành phần và số lượng vi sinh vật trên một số loại đất chính 25

Bảng 2.1 Thành phần môi trường nuôi cấy vi khuẩn 35

Bảng 2.2 Dựng đường chuẩn gluose 40

Bảng 2.3 Xác định hoạt tính enzyme Carboxymethyl cellulase 41

Bảng 3.1 Hình thái đại thể và hình thái vi thể của 10 chủng vi khuẩn 45

Bảng 3.2 Hoạt tính cellulase của 10 chủng theo thời gian 48

Bảng 3.3 Hoạt tính và mật độ tế bào của các chủng vi khuẩn 51

Bảng 3.4 Hoạt tính enzyme cellulase theo từng pH khác nhau 53

Bảng 3.5 Hoạt tính enzyme cellulase theo từng nồng độ CMC 56

Bảng 3.6 Đường kính vòng phân hủy cellulose theo từng nồng độ CMC 59

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Công nghệ sản xuất bột giấy 4

Hình 1.2 Công nghệ sản xuất giấy 6

Hình 1.3 Công nghệ xử lý nước thải nhà máy giấy 12

Hình 1.4 Công thức hóa học của cellulose 14

Hình 1.5 Endoglucanase 16

Hình 1.6 Exoglucanase 17

Hình 1.7 β-glucosidase 17

Hình 1.8 Cơ chế thủy phân cellulose 19

Hình 1.9.Sơ đồ cấu trúc cellulose và các vi trí cắt của enzyme exoglucanase, endoglucanase và β-glucosidase 20

Hình 1.10 Cơ chế thủy phân phân tử cellulose và phức hệ cellulose của các enzyme thuộc phức hệ cellulase 21

Hình 1.11 Vi khuẩn Bacillus subtilis 22

Hình 1.12 Xạ khuẩn Streptomyces 23

Hình 1.13 Nấm Trichoderma 26

Hình 2.1 Công thức cấu tạo của CMC 34

Hình 2.2 Quy trình tuyển chọn chủng vi khuẩn 36

Hình 2.3 Quy trình khảo sát các yếu tố môi trường lên hoạt tính enzyme của các chủng vi khuẩn 42

Hình 3.1 Hình ảnh vi thể của 10 chủng vi khuẩn sau khi nhuộm Gram 46

Hình 3.2 Xác định hoạt tính enzyme cellulase theo Miller 47

Hình 3.3 Khả năng sinh tổng hợp enzyme cellulase theo thời gian 49

Hình 3.4 Mật độ tế bào của các chủng vi khuẩn 52

Hình 3.5 Khả năng sinh tổng hợp enzyme cellulase theo pH 54

Hình 3.6 Khả năng sinh tổng hợp enzyme cellulase cơ chất 57

Hình 3.7 Một số hình ảnh đường kính vòng phân hủy của các chủng vi khuẩn 60

LỜI MỞ ĐẦU

Cellulose là một thành phần quan trọng cấu tạo nên lớp thành tế bào thực vật Đó

là một loại polysaccharide có cấu trúc phức tạp Việc phân hủy cellulose bằng các tác nhân lý hóa gặp nhiều khó khăn, làm ảnh hưởng đến tốc độ của nhiều quá trình sản xuất công nghiệp

Cellulase là enzyme đa cấu tử gồm: exoglucanase hay C1, endoglucanase hay

Cx và β-glucosidase, có khả năng hoạt động phối hợp để thủy phân cellulose thành glucose Cellulase được ứng dụng trong nông nghiệp để chế biến thức ăn chăn nuôi; trong công nghiệp thực phẩm để chế biến thực phẩm, trong quá trình trích ly các chất

từ thực vật, ngày nay người ta còn ứng dụng cellulase vào xử lý môi trường

Vấn đề môi sinh ngày càng trở nên trầm trọng trên phạm vi toàn cầu Ở Việt Nam, lượng chất thải của các nhà máy thải ra ngoài môi trường ngày càng lớn, nguy cơ

ô nhiễm môi trường ở nhiều nơi là rất cao Việc sử dụng biện pháp sinh học trong xử lý nước thải đã và đang mang lại nhiều giá trị to lớn Tuy nhiên, việc sử dụng các vi sinh vật có sẵn trong tự nhiên để xử lý nước thải, thời gian thường kéo dài gây nên tình trạng ô nhiễm môi trường, tốn nhiều diện tích và công sức Để xử lý triệt để hơn, giảm giá thành và thời gian xử lý, ngoài việc tạo điều kiện thích hợp cho vi sinh vật phát triển tốt thì việc tuyển chọn các vi sinh vật có khả năng sinh trưởng nhanh, hoạt tính phân giải mạnh, chịu được nhiệt độ cao để bổ sung vào nước thải là một trong những hướng nghiên cứu đã và đang được nhiều nhà khoa học quan tâm

Công nghiệp sản xuất giấy là một ngành công nghiệp chiếm vị trí quan trọng trong xã hội Giấy đáp ứng được những nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống của con người Tuy nhiên, hằng năm nguồn nước thải do ngành công nghiệp này thải ra không qua xử lý đã ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường Trong nguồn nước thải này có sự hiện diện của lignin, cellulose… là các chất hữu cơ khó phân hủy

Đối với nước thải nhà máy giấy, người ta đã áp dụng nhiều phương pháp xử lý như vật lý, hóa học nhưng vẫn chưa phân hủy hoàn toàn lượng cellulose hiện diện trong nguồn nước thải này Vì vậy, các biện pháp sinh học với việc ứng dụng enzyme cellulase do vi khuẩn sinh tổng hợp để xử lý nguồn nước thải là một vấn đề cấp thiết

Xuất phát từ những lý do trên và tình hình nghiên cứu tại Việt Nam, chúng tôi

đã tiến hành thực hiện đề tài: “Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính

cellulase của các chủng vi khuẩn phân lập từ nước thải nhà máy giấy” với các mục

tiêu:

1 Tuyển chọn các chủng vi khuẩn sinh tổng hợp hoạt tính enzyme celullase cao

2 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính cellulase của các chủng vi khuẩn

đã tuyển chọn

Công nghiệp sản xuất giấy ra đời vừa đáp ứng được nhu cầu trong nước vừa giải quyết việc làm cho bộ phận đáng kể nhân dân Giấy đáp ứng các nhu cầu bức thiết trong cuộc sống của con người để phục vụ nhiều mục đích khác nhau như: giấy viết, giấy in, giấy bao bì, vàng mã, giấy sinh hoạt Giấy và bột giấy được sản xuất từ nguyên liệu thô chính là gỗ, tre, nứa, lồ ô, giấy tái sinh Tuy nhiên, hằng năm lượng nước thải do ngành công nghiệp này thải ra mà không qua xử lý đã ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường nước Độc tính của các dòng nước thải từ các nhà máy sản xuất bột giấy và giấy là do sự hiện diện một hỗn hợp phức tạp các dịch chiết trong thân cây bao gồm: nhựa cây, các acid béo, ligno-cellulose…Ligno-cellulose là thành phần cấu trúc chính của cây gỗ và cây thân mềm (cỏ, rơm rạ) gồm cellulose, hemicellulose, lignin

Mà thành phần chủ yếu cấu tạo nên vách tế bào thực vật là cellulose Cellulose chiếm đến 89% trong bông và 40-50% trong gỗ.[1,11,14]

Hiện nay, có khoảng 90 nhà máy giấy hoạt động trong cả nước, sản lượng giấy các tỉnh phía Nam gần 90000 tấn/năm, trong đó Thành phố Hồ Chí Minh chiếm hơn

12000 tấn/năm Tổng sản lượng bột giấy ở miền Nam đạt đến 92500 tấn/năm, trong đó

Tp Hồ Chí Minh chiếm hơn 18000 tấn/năm [11]

Công nghệ sản xuất giấy có thể chia làm 2 giai đoạn: sản xuất bột giấy và xeo giấy

1.1.2 Công nghệ sản xuất bột giấy

Bột giấy được sản xuất từ những nguyên liệu thô như: tre, nứa, gỗ…Thành phần

và nồng độ chất thải từ quá trình sản xuất bột giấy lớn hơn rất nhiều so với giai đoạn xeo giấy

 Quy trình công nghệ:

Hình 1.1 Công nghệ sản xuất bột giấy

(Nguồn: Nguyễn Đức Ban, xử lý nước thải nhà máy giấy)

Nước thải rửa nấu

Nguyên liệu thô ( lồ ô, gỗ, dăm)

Chặt, băm nhỏ thành dăm

Nấu

Rửa Nghiền nhão Khuấy trộn, rửa

Tách nước

Nước

Nước thải Nước thải rửa Nước

Nước, bột giấy

Bột giấy thành phẩm

 Thuyết minh quy trình:

 Nghiền bột

 Nghiền bột từ sợi tái chế

Máy nghiền bột cơ học được sử dụng để nghiền giấy, trộn nước và chuyển hóa thành một hỗn hợp đồng nhất Các chất nhiễm bẩn nặng như cát, sỏi,…được thải bỏ khi chảy lơ lửng trong hệ thống máng Tại đây các chất nặng sẽ lắng xuống và lấy ra khỏi

hệ thống theo định kỳ Sợi được phân loại riêng dưới dạng huyền phù nhẹ, sau đó được chảy qua một loạt các sàng lọc có lớp tấm đục lỗ Ở đây các chất nhiễm bẩn nhẹ hơn, nhưng lớn hơn sợi sẽ bị loại ra Ở công đoạn này, phải sử dụng một máy lọc tinh cơ học hoặc khử mảnh vụn nhằm đảm bảo sao cho các sợi tách rời nhau và có thể tạo ra

đủ độ bền liên kết giữa các sợi trong giấy Cách sản xuất này rất phù hợp trong việc sản xuất các loại bao gói

 Nghiền bột cơ học

Trong nghiền bột cơ học, các sợi chủ yếu bị tách rời nhau do lực cơ học trong máy nghiền hoặc trong thiết bị tinh chế Quy trình công nghệ nguyên thủy là gia công

gỗ tròn bằng đá – gỗ được ép bằng đá nghiền quay tròn Công nghệ này làm ra bột giấy

có độ dai tương đối thấp Ở các máy tinh chế và các máy nghiền áp lực sản phẩm cho

độ dai tốt hơn

 Nghiền bột hóa học và bán hóa học

Trong nghiền bột hóa học và bán hóa học, nguyên liệu sợi được xử lý với hóa chất ở nhiệt độ và áp lực cao Mục đích của quá trình này là nhằm hòa tan hoặc làm mềm thành phần chính của chất lignin liên kết các sợi trong nguyên liệu với nhau, đồng thời lại gây ra sự phá hủy càng ít càng tốt đối với thành phần cellulose

 Sau khi chưng cất, hóa chất chuẩn bị cho quá trình tạo bột giấy được chuyển vào và đóng nắp lại Ở đó những chất thải dịch đen sẽ xả bỏ bởi những ống tháo nước Bột giấy được cô cạn sau đó rửa, nước rửa này có thể xả bỏ, tái sử dụng hay cho quay trở lại quá trình phân tách tái tạo ban đầu Trong đó quá trình rửa bột giấy, do đi qua

các máy lọc sạch nên những mác gỗ và các chất không bị phân hủy sẽ bị loại bỏ Sau

đó được dẫn vào bộ phận khử nước bao gồm một lưới chắn hình trụ xoay quanh đường dẫn bột giấy vào Sau khi khử nước hỗn hợp được chuyển sang bể tẩy trắng, ở đây hỗn hợp được xáo trộn trong nước ấm hòa tan dung dịch canxi hypochlorite (Ca(OCl)2) hay hydrogen peroxide (H2O2) Sản phẩn sau quá trình này là sản phẩm bột giấy có thể bán hay tái tạo trong công nghệ làm giấy.[11]

1.1.3 Công nghệ sản xuất giấy

Giai đoạn làm giấy là giai đoạn tiếp theo của giai đoạn làm bột giấy, sản phẩm của giai đoạn này là bột giấy Bột giấy được nghiền và phối liệu theo sơ đồ sau:

 Quy trình công nghệ:

Hình 1.2 Công nghệ sản xuất giấy

(Nguồn: Nguyễn Đức Ban, xử lý nước thải nhà máy giấy)

Nguyên liệu thô ( giấy vụn và bột giấy)

Thành phẩm

Cắt cuộn Xeo giấy

Hòa trộn Nghiền tinh

Lắng lọc Phối liệu Cán ép (tạo hình giấy)

Nước

Phèn, nhựa thông,

màu

Nước thải

 Thuyết minh quy trình:

Quá trình làm giấy bao gồm trước tiên là sự chọn lựa sự xáo trộn thích hợp của bột giấy (gỗ, vỏ cây, rơm…) Hỗn hợp bột giấy bị phân hủy và xáo trộn trong máy nhào trộn hay những loại thiết bị nhồi với thuốc nhuộm, để chất lượng sản phẩm giấy sau cùng đạt kết quả tốt, người ta cho hồ vào để lấp đầy những lỗ rỗng do bột khí có trong bột giấy Bột giấy được tinh chế trong phễu hình nõn lõm cố định, bên trong và bên ngoài mặt hình nón gắn những con dao cùn, máy có tốc độ quay điều chỉnh được với mục đích xáo trộn và điều chỉnh đồng dạng quá trình làm giấy Cuối cùng bột giấy được lọc qua lưới chắn để loại bỏ những dạng vón cục và những bùn tạo vết làm giảm chất lượng của giấy Kế tiếp, bột giấy được chuyển qua những dây đai của những lưới chắn và mang vào máy cán Nước loại bỏ trong giai đoạn này là nước thải xeo Khuôn

in giấy bao gồm những máy cán sau: máy cán gạn lọc để loại bỏ những giấy không chất lượng, cán hút để loại bỏ nước, ép và cán khô khử phần nước còn lại trước khi cho

ra giấy, và cuối cùng là cán hoàn tất để định hình cuối cùng là sản phẩm giấy [11]

1.2 Tổng quan về nước thải nhà máy giấy

1.2.1 Giới thiệu về nước thải nhà máy giấy

Theo thống kê, các nhà máy giấy trên thế giới nhờ công nghệ tiên tiến nên chỉ dùng từ 7-15m3 nước/tấn giấy Ở Việt Nam do thiết bị sản xuất, công nghệ lạc hậu nên vẫn dùng từ 30-100m3

nước/tấn giấy Sự lạc hậu này không chỉ gây lãng phí nguồn nước ngọt, tăng chi phí xử lý nước thải mà còn gia tăng lượng nước thải đưa ra sông rạch

Hiện nay, doanh nghiệp sản xuất giấy tại Việt Nam chủ yếu là thuộc thành phần doanh nghiệp vừa và nhỏ, sản xuất tới 75% lượng giấy cả nước Các doanh nghiệp này nằm rải rác tại các địa phương, do đó có nguy cơ gây ô nhiễm tại các cơ sở này rất cao

1.2.2 Thành phần tính chất

Nước thải của ngành công nghiệp giấy có hàm lượng COD khá cao

22000-46500 mg/l, BOD chiếm từ 40-60% COD

Thành phần chủ yếu trong nước thải ở giai đoạn sản xuất bột giấy là cellulose,

hemicellulose, lignin, extractive Các dòng nước thải được thải ra ngoài qua nhiều công

đoạn khác nhau như:

 Dòng thải rửa nguyên liệu bao gồm chất hữu cơ hòa tan, đất đá, thuốc bảo

vệ thực vật, vỏ cây,

 Dòng thải của quá trình nấu và rửa sau nấu chứa phần lớn các chất hữu cơ hòa tan, các hóa chất nấu và một phần xơ sợi Dòng thải có màu tối nên thường gọi là dịch đen Dịch đen có nồng độ chất khô khoảng 25 đến 35%, tỷ lệ giữa chất hữu cơ và

vô cơ là 70:30 Cũng vì thế, mức độ ô nhiễm từ nước thải công nghiệp xeo giấy tỷ lệ nghịch với khả năng thu hồi dịch đen

Thành phần chất hữu cơ chủ yếu là dịch đen lignin hòa tan vào dịch kiềm 35% khối lượng chất khô), ngoài ra là những sản phẩm phân hủy hydratcacbon và acid hữu cơ Thành phần hữu cơ bao gồm những chất nấu, một phần nhỏ là Na2SO4, Na2S,

(30-Na2CO3 còn phần nhiều là kiềm natrisunfat liên kết với các chất hữu cơ trong kiềm Ở những nhà máy lớn, dòng thải này được xử lý để thu hồi tái sinh sử dụng lại kiềm bằng phương pháp cô đặc – đốt cháy các chất hữu cơ – xút hóa Đối với những nhà máy nhỏ thường không có hệ thống thu hồi dịch đen, dòng thải này được thải thẳng cùng các dòng thải khác của nhà máy, gây tác động xấu tới môi trường

 Dòng thải từ công đoạn tẩy của các nhà máy sản xuất bột giấy bằng phương pháp hóa học và bán hóa học chứa các hợp chất hữu cơ, lignin hòa tan và hợp chất tạo thành của những chất đó với chất tẩy rửa ở dạng độc hại, có khả năng tích tụ sinh học trong cơ thể sống như các hợp chất clo hữu cơ Dòng này có độ màu, giá trị BOD5 và COD cao

 Dòng thải từ quá trình nghiền bột và xeo giấy chủ yếu chứa xơ sợi mịn, bột giấy ở dạng lơ lửng và các chất phụ gia như nhựa thông, phẩm màu, cao lanh

 Dòng thải từ khâu rửa thiết bị, rửa sàn, dòng chảy tràn có hàm lượng các chất lơ lửng và các chất rơi vãi Dòng này không liên tục

Nước ngưng của quá trình cô đặc trong hệ thống xử lý thu hồi hóa chất từ dịch đen Mức độ ô nhiễm của nước ngưng phụ thuộc vào loại gỗ, công nghệ sản xuất

Những chất ô nhiễm chủ yếu của ngành tạo bột xeo giấy đối với các nguồn nước bao gồm:

- Vật huyền phù: là những hạt chất rắn không chìm trong nước, bao gồm chất

vô cơ, cát, bụi, quặng…hoặc những chất hữu cơ như dầu, cặn hữu cơ Nhiều vật huyền phù xả xuống nguồn nước dần dần sẽ hình thành các “bãi sợi” và tạo ra quá trình lên men, từ đó tiêu hao oxy hòa tan trong nước, tác động tới sự sống còn của các sinh vật trong nước, phủ lấp không gian sinh tồn, gây cản trở các hoạt động bình thường…

- Vật hóa hợp dễ sinh hóa phân giải: là những thành phần nguyên liệu với số lượng tương đương đã tan trong quá trình tạo bột xeo giấy dễ sinh hóa phân giải, bao gồm các vật có lượng phân tử thấp (chất bán sợi, metanol, axit, loại đường…) Những chất này sẽ bị oxy hóa, do đó cũng tiêu hao oxy hòa tan trong nước, gây tác hại đối với các sinh vật

- Vật hóa hợp khó sinh hóa phân giải: bắt nguồn chủ yếu từ chất đường phân

tử lớn và lignin trong nguyên liệu sợi Những chất này thường có màu, do đó ảnh hưởng đến sự chiếu rọi của ánh sáng vào nguồn nước Những vật chất này cũng có thể gây biến dị trong cơ thể sinh vật nếu bị hấp thu

- Các vật chất có độc: rất nhiều vật chất có độc đối với sinh vật hiện diện trong nước thải của công nghiệp giấy như colophan và axit béo không bão hòa trong dịch đen, dịch thải của đoạn tẩy trắng, dịch thải đoạn rút xút.[11]

Bên cạnh các vật chất độc hại trên, nước thải của ngành công nghiệp giấy có thể làm ảnh hưởng trầm trọng đến trị số pH của nguồn nước, hoặc làm ngăn cản ánh sáng, tác động đến quá trình quang hợp, từ đó làm mất sự cân bằng sinh thái trong môi trường nước Đặc tính của nước thải trong quá trình xeo giấy chiếm lượng lớn chất thải

có hàm lượng ô nhiễm rất lớn như ở bảng 1.1

Bảng 1.1 Các thông số của nguồn nước thải nhà máy giấy

Thông số Đầu vào Tiêu chuẩn xử lý nước thải

(Nguồn: Nguyễn Đức Ban, xử lý nước thải nhà máy giấy)

1.2.3 Ảnh hưởng của nước thải nhà máy giấy

Độc tính của các dòng nước thải từ các nhà máy sản xuất giấy và bột giấy là do

sự hiện diện của một hỗn hợp phức tạp các dịch chiết trong thân cây bao gồm: nhựa cây, các acid béo, cellulose, lignin và một số sản phẩm phân hủy của lignin đã bị phân hóa có trọng lượng phân tử thấp Nồng độ của một số chất từ dịch chiết có khả năng gây ức chế đối với thủy sản Khi xả trực tiếp nguồn nước thải này ra kênh rạch sẽ hình thành từng mảng giấy nổi trên mặt nước, làm cho nước có độ màu khá cao và hàm lượng OD trong nước hầu như bằng không Điều này không những ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường sống của sinh vật mà còn gián tiếp ảnh hưởng đến sức khỏe của con người

Trong các cơ sở công nghiệp giấy và bột giấy, nước thải thường có độ pH trung bình 9 - 11, chỉ số nhu cầu ôxy sinh hoá (BOD), nhu cầu oxy hoá học (COD) cao, có thể lên đến 700mg/l và 2,500mg/l Hàm lượng chất rắn lơ lửng cao gấp nhiều lần giới hạn cho phép

Đặc biệt nước có chứa cả kim loại nặng, lignin, phẩm màu, xút, các chất đa vòng thơm Clo hoá là những hợp chất có độc tính sinh thái cao và có nguy cơ gây ung thư, rất khó phân huỷ trong môi trường Có những nhà máy giấy, lượng nước thải lên tới 4.000 - 5.000m3/ngày, các chỉ tiêu BOD, COD gấp 10 – 18 lần tiêu chuẩn cho phép; lượng nước thải này không được xử lý mà đổ trực tiếp vào sông

Ngoài ra, trong công nghiệp xeo giấy, để tạo nên một sản phẩm đặc thù hoặc những tính năng đặc thù cho sản phẩm, người ta còn sử dụng nhiều hóa chất và chất

xúc tác [2]

1.2.4 Phương pháp xử lý nước thải

Đối với nước thải nhà máy giấy, người ta có nhiều phương pháp xử lý như vật

lý, hóa học nhưng vẫn chưa phân hủy hoàn toàn lượng cellulose hiện diện trong nguồn nước thải này Những chất này nếu không được thu hồi hoặc xử lý mà xả thẳng

ra sông ngòi thì vấn đề ô nhiễm là không tránh khỏi, làm mất cân bằng sinh thái trong môi trường nước Do đó, xử lý bằng phương pháp sinh học làm tăng khả năng phân hủy cellulose trong nước thải

Dựa vào các chỉ tiêu của nước thải nhà máy giấy mà người ta có nhiều biện pháp xử lý như xử lý cơ học, hóa lý, hóa học, sinh học

Xử lý cơ học, xử lý hóa lý nhằm mục đích loại bỏ các chất cặn, các chất lơ lững, các chất hữu cơ để làm sạch nguồn nước Nhưng những biện pháp trên vẫn chưa xử lý triệt để nguồn hữu cơ trong nước thải Do đó, các biện pháp xử lý sinh học được áp dụng nhằm loại bỏ hoàn toàn các nguồn hữu cơ không mong muốn

Phương pháp sinh học được ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hòa tan có trong nước thải dựa trên cơ sở hoạt động của các vi sinh vật Vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số khoáng chất làm thức ăn để sinh trưởng và phát triển Phương pháp

xử lý sinh học có thể phân thành 2 loại:

- Phương pháp kỵ khí: Sử dụng nhóm vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong điều kiện không có ôxy

- Phương pháp hiếu khí: sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện cung cấp ôxy liên tục

Các vi sinh vật được được bổ sung vào từng giai đoạn theo từng liều lượng và nồng độ cho phép

Ở Việt Nam có khá nhiều tác giả đã thiết kế thành công về công trình xử lý nguồn nước thải nhà máy giấy bằng phương pháp sinh học Tiêu biểu như thiết kế dây chuyền công nghệ xử lý nước thải xeo giấy của tác giả Nguyễn Đức Ban với đề tài thiết

kế bể Aerotank xử lý nước thải xeo giấy công suất 1000m3/ngày đêm

 Dây chuyền công nghệ

Hình 1.3 Công nghệ xử lý nước thải nhà máy giấy

(Nguồn: Nguyễn Đức Ban, xử lý nước thải nhà máy giấy)

NT xeo

Bãi chôn lấp Nguồn thải

bột giấy

Nước tách

ra sau nén,

ép bùn

 Thuyết minh công nghệ

Nước thải xeo từ phân xưởng chảy qua song chắn rác, song chắn rác có nhiệm

vụ giữ lại các tạp chất thô (giấy vụn, sợi …) có kích thước ≥ 16mm, đi vào bể thu gom, nước thải được bơm liên tục vào bể điều hòa, bể điều hòa có quá trình khuấy trộn và cấp khí, nước thải được điều hòa về lưu lượng và nồng độ, các chất ô nhiễm như: COD, BOD, SS, pH…xử lý một phần Nước thải chảy qua bể tuyển nổi, nhằm thu hồi bột giấy dưới dạng các hạt nhỏ lơ lửng khó lắng, vào bể Aerotank Tại bể Aerotank diễn ra quá trình sinh học hiếu khí được duy trì nhờ không khí cấp từ các máy thổi khí Tại đây, các vi sinh vật ở dạng hiếu khí (bùn hoạt tính) sẽ phân hủy các chất hữu cơ còn lại trong nước thải thành các chất vô cơ ở dạng đơn giản như: CO2, H2O…Theo phản ứng sau:

- Sự oxy hóa tổng hợp

CxHyOzNtSn + O2 + dinh dưỡng CO2 + NH3 + C5H7NO2 + các sản phẩm khác

- Phân hủy nội bào

C5H7NO2 + 5O2 5CO2 + NH3 + H2O + năng lượng Hiệu quả xử lý BOD của bể Aerotank đạt từ 90-95% [11]

1.3 Tổng quan về cellulose

1.3.1 Thành phần cấu tạo

Hằng năm có khoảng 232 tỷ tấn chất hữu cơ được thực vật tổng hợp thành nhờ quá trình quang hợp Trong số này có 172 tỷ tấn được tạo thành trên đất liền và 60 tỷ tấn được tạo thành ở các đại dương Trong số này có đến 30% là màng tế bào thực vật

mà thành phần chủ yếu là cellulose [1]

Cellulose là hợp chất cao phân tử có công thức là (C6H10O5)n hay [C6H7O2(OH)3]n , trong đó n có thể nằm trong khoảng 5000-14000, được cấu tạo từ các mắt xích β-D-glucose liên kết với nhau bằng liên kết 1.4 glucocid, do vậy liên kết này thường không bền trong các phản ứng thủy phân.[20]

Vi khuẩn

Vi khuẩn

Phân tử cellulose có cấu trúc dạng mạch thẳng Cấu trúc này tạo điều kiện hình thành các liên kết hyđro giữa các phân tử cellulose nằm song song với nhau, tạo nên cấu trúc màng cellulose và vi sợi trong cấu trúc màng cellulose của tế bào thực vật.[21]

Các sợi này không tan trong nước, rất bền về cơ học nên tạo nên lớp màng cellulose bền chắc, thành phần hóa học của màng khá phức tạp, gồm 60% là nước chứa trong các khoảng tự do của màng, 30% cellulose Các sợi cellulose liên kết với nhau tạo thành các mixen, với kích thước khoảng 10-20 nm, và cứ 250 sợi bé lại tạo nên 1 sợi lớn

Các sợi đan chéo với nhau theo nhiều hướng làm cho màng cellulose rất bền vững, nhưng lại có khả năng đàn hồi Ở giữa các sợi là khối không gian chứa các chất

vô định hình gồm gồm hemicellulose, pectin và nước.[5]

Hình 1.4 Công thức hóa học của cellulose[21]

Trong tế bào thực vật, cellulose liên kết chặt chẽ với hemicellulose (chiếm 40% trọng lượng khô), đây là loại heteropolymer chứa nhiều loại monosaccharide như galactose, mannose, glucose, xylose, arabinose và các nhóm acetyl; do bản chất không kết tinh nên hemicellulose tương đối dễ bị thủy phân Cellulose còn liên kết chặt chẽ với lignin (10-25% trọng lượng khô) Đây là thành phần ảnh hưởng rất nhiều đến sự thủy phân cellulose của enzyme Chỉ trong một số trường hợp (ví dụ trong sợi bông) cellulose tồn tại trong trạng thái một polymer gần tinh khiết.[1,14]

20-Trong phân tử cellulose có nhiều nhóm hydroxyl tồn tại ở dạng tự do, hydro của chúng dễ dàng bị thay thế bởi một số gốc hóa học, ví dụ như metyl (-CH3), hoặc các gốc acetyl (-CH3CO) hình thành nên các gốc ete hoặc este của cellulose.[5]

Việc sử dụng cơ chất lignocellulose để sản xuất các enzyme thủy phân cơ chất này có tiềm năng ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp như hóa chất, nhiên liệu, thực phẩm, rượu và bia, thức ăn gia súc, vải sợi, bột giặt, giấy và bột giấy [14]

1.3.2 Tính chất

1.3.2.1 Tính chất vật lý

Cellulose là chất rắn không màu, không mùi, không vị, không tan trong nước (chỉ phồng lên nếu hấp thụ nước), không tan trong các dung môi hữu cơ, không có trạng thái nóng chảy Khi đun trong chân không thì bị phân hủy thành glucose

Cellulose bị phân hủy ở nhiệt độ thường hoặc ở nhiệt độ 40-500C do sự thủy phân cellulose bởi enzyme cellulase.[5]

Tỷ trọng lúc khô là 1.45, khi khô cellulose dai và khi tẩm nước nó mềm đi Cellulose có cấu trúc rất bền và khó bị thủy phân Người và động vật không có enzyme phân giải cellulose nên không tiêu hóa được cellulose, vì vậy cellulose không

có giá trị dinh dưỡng Tuy nhiên, cellulose lại có vai trò điều hòa hoạt động của hệ thống tiêu hóa Vi khuẩn trong dạ cỏ của gia súc, các động vật nhai lại và động vật nguyên sinh trong ruột của mối sản xuất enzyme phân giải cellulose Nấm đất cũng có thể phân hủy cellulose.[22]

[C6H7O2(OH)3]n+3nHNO3(đặc) [C6H7O2(ONO2)3]n+3nH2O

Hiện nay, cellulase được chia làm ba dạng: dạng 1 là endoglucanase hoặc D-glucan-4-glucanohydrolase hay carboxylmethylcellulase (CMCase) (EC 3.2.1.4), dạng 2 là exoglucanase bao gồm 1,4-β-D-glucan glucanohydrolase (còn gọi là cellodextrinase) (EC 3.2.1.74) và 1,4-β-D-glucan cellobiohydrolase (cellobiohydrolase) (EC 3.2.1.91), dạng 3 là β-glucosidase hoặc β-glucoside glucohydrolase (EC 3.2.1.21) Endoglucanase xúc tác cho phản ứng thủy phân các liên kết ở bên trong phân tử cellulose

endo-1,4-β-D-glucanase; β-1,4-glucanase; cellulase A

Enzyme này thường thủy phân các liên kết 1,4-β-D-glucoside trong cellulose và các β-D-glucan của các loại ngũ cốc

 Exoglucanase-EC.3.2.1.91

Tên thường gọi: cellulose 1,4-β-cellobiosidase

Tên hệ thống: 1,4-β-glucan cellobiohydrolase

Các tên khác exo-cellobiohydrolase, exoglucanase,

cellulase C1, exo-β-1,4-glucan cellobiohydrolase

Exoglucanase thủy phân các liên kết ở đầu khử và đầu

không khử của phân tử cellulose.[15]

 β-glucosidase- EC.3.2.1.21

Tên thường gọi: β-glucosidase

Tên hệ thống: β-D-glucosid glucohydrolase

Một số tên gọi khác: D-galactosidase,

β-D-fucoside, β-D-xyloside, α-L-arabinoside

β-glucosidase thủy phân các phân tử

cellodextrin và cellobiose thành glucose [16]

Các cellulase có nguồn gốc khác nhau được

sắp xếp thành các họ.Trước đây, dựa vào cấu trúc bậc một của phân tử protein enzyme, cellulase được chia làm 6 họ: A, B, C, D, E và F Sau đó, cellulase được chia thành 9 họ: A, B, C, D, E, F, G, H và I dựa vào cấu trúc của tâm xúc tác

Hiện nay, các cellulase được sắp xếp trong 12 họ: 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 44, 45,

48, 61 và 74 [17]

Các enzyme có tính đặc hiệu khác nhau và hoạt động hỗ trợ nhau Mỗi loại enzyme tham gia thủy phân cơ chất theo một cơ chế nhất định và nhờ có sự phối hợp hoạt động của các enzyme đó mà phân tử cơ chất được thủy phân hoàn toàn tạo thành các sản phẩm đơn giản nhất [6]

Hình 1.6 Exoglucanase

Hình 1.7 β-glucosidase

1.3.3.2 Cấu tạo của enzyme cellulase

Trọng lượng của enzyme cellulase thay đổi từ 30-110 Kdal Cấu trúc không gian

khoảng 280-600 amino acid nhưng chiều dài cellulose thường khoảng 300-400 amino acid và trung tâm xúc tác có khoảng 250 amino acid Sự khác nhau về cấu trúc của các enzyme còn thể hiện ở sự sắp xếp trong không gian các chuỗi polypeptide, các trung tâm xúc tác và các vùng liên kết cơ chất Chính nhờ sự khác nhau về cấu trúc không gian của các protein enzyme dẫn tới sự khác nhau về các tính chất hóa lý của chúng

Endoglucanase từ các nguồn gốc khác nhau có thành phần cấu tạo và cấu trúc khác nhau Sự khác nhau đó thể hiện trước hết ở sự đa dạng về khối lượng phân tử, thành phần và trật tự sắp xếp của các amino acid trên chuỗi polypeptide

Exoglucanase là một enzyme chứa hai vùng xúc tác nối với một vùng gắn cellulose qua một vùng liên kết Exoglucanase gồm có 2 chuỗi A và B Cả hai chuỗi đều có 434 amino acid nhưng giữa chúng đều có sự khác biệt

Cellulose bị ức chế bởi các sản phẩm của nó như glucose, cellobiose Thủy ngân

ức chế cellulose hoàn toàn, trong khi các ion khác như Mn, Ag, Zn chỉ ức chế nhẹ.[5]

1.3.4 Cơ chế phân hủy

Quá trình thủy phân cellulase tự nhiên được thực hiện dưới sự tác động của một phức hệ cellulase, bao gồm chủ yếu là các enzyme C1, Cx và β-glucosidase

Enzyme C1 là một enzyme không đặc hiệu Dưới tác động của enzyme này các loại cellulose tự nhiên (bông, giấy lọc ) bị trương lên và chuẩn bị cho tác động của enzyme khác tiếp theo Hiện nay có nhiều tác giả cho rằng enzyme C1 không phải là một enzyme mà chỉ là một yếu tố của enzyme C1, có tác dụng làm biến đổi cellulose, nhưng khi tách riêng ra thì tác dụng này không còn nữa

Để xác định hoạt tính enzyme C1 người ta thường sử dụng các loại cellulose tự nhiên nhất là sợi bông thấm nước

Enzyme Cx còn gọi là enzyme β-1,4-glucanase Enzyme này thủy phân các cellulose thành cellobiose Chữ x cho ta biết đây là loại enzyme có nhiều thành phần

khác nhau Người ta thường chia Cx thành 2 loại: (i) Exo-β-1,4-glucanase : có khả năng xúc tác tách ra một cách liên tiếp các đơn vị glucose từ đầu không khử các chuỗi cellulose; (ii) Edo-β-1,4-glucanase: có khả năng phân cắt liên kết β-1,4-glucosid ở bất

kỳ chỗ nào bên trong chuỗi cellulose phân tử

Theo Ogawa và Toyama (1967) cho rằng một số enzyme khác có tác dụng trung gian giữ C1 và Cx đó là C2 Enzyme C2 có tác động vào các cellulose đã bị C1 làm trương lên và thủy phân chúng thành những loại cellulosedextrin hòa tan Enzyme Cx

sẽ tiếp tục thủy phân các loại này thành cellobiose

Enzyme β-glucosidase là những enzyme rất đặc hiệu, enzyme này thủy phân cellobiose thành cellohexose (D-glucose )

Reese (1950) đã làm sáng tỏ các bước hoạt động thủy phân cellulose của cellulase

Hình 1.8 Cơ chế thủy phân cellulose

( Nguồn: Reese, 1950)

Đầu tiên, exoglucanase phá vỡ liên kết hydrogene trong phân tử cellulose, sau

đó endoglucanase tiếp tục thủy phân cellulose thành các phân tử cellobiose và sau cùng β-glucosidase phân cắt cellobiose thành glucose.[5]

Hình 1.9 Sơ đồ cấu trúc cellulose và các vi trí cắt của enzyme exoglucanase,

endoglucanase và β-glucosidase

Theo Miller G (1959), Endo-1,4-glucanase tham gia thuỷ phân các liên kết 1,4 glucoside ở bên trong các phân tử cellulose và một số loại polysaccharide tương tự khác Sản phẩm phân cắt là các oligosaccharide Exoglucanase thủy phân các liên kết

β-ở đầu khử và đầu không khử của phân tử cơ chất, giải phóng các oligosaccharide, cellobiose và glucose β-Glucosidase thủy phân các phân tử cellodextrin và cellobiose tạo thành các phân tử glucose

Hình 1.10 Cơ chế thủy phân phân tử cellulose (A) và phức hệ cellulose (B) của

các enzyme thuộc phức hệ cellulase

(Nguồn: Lee , 2002)

1.4 Tổng quan về vi sinh vật phân hủy cellulose

1.4.1 Giới thiệu chung

Cellulose là polymer sinh học phong phú nhất trên trái đất được sinh tổng hợp chủ yếu từ thực vật với tốc độ ước tính là 4.109 tấn/năm Dựa vào số liệu trên, người ta cho rằng cellulase là enzyme chiếm ưu thế nhất trong tự nhiên và được sinh ra chủ yếu

từ vi sinh vật

Cellulase được sinh tổng hợp chủ yếu từ vi khuẩn, xạ khuẩn và nấm sợi Ngoài

ra, cellulase còn có mặt trong các hạt của thực vật bật cao, hạt lúa mạch, giun đất, sâu róm, và ốc sên [5]

Hình 1.11 Vi khuẩn Bacillus subtilis

1.4.2 Vi khuẩn

Là nhóm vi sinh vật được nghiên cứu nhiều nhất từ trước đến nay Bên cạnh các loài vi khuẩn gây hại, còn có hàng loạt các vi

khuẩn có ích được sử dụng trong công nghiệp thực

phẩm, công nghệ chế tạo hoá chất, dược phẩm, các

chế phẩm lên men, làm sạch môi trường Vi khuẩn

phân huỷ cellulose là nhóm vi sinh vật đáng quan

tâm Chúng sinh ra chủ yếu endoglucanase và

β-glucosidase, chúng gần như không tạo ra

exoglucanase Đặc biệt là chủng Bacillus

subtilis được nghiên cứu nhiều

Vi khuẩn dạ cỏ: Ruminococcus albus

Vi khuẩn hiếu khí: Cellulomonas persica sp nov và Cellulomonas iranensis sp

khuẩn hiếu khí được nghiên cứu, đặc biệt là chi Cytophaga Popov (1857) là người đầu

tiên xác nhận khả năng phân giải cellulose của nhóm vi khuẩn kị khí và về sau được

Omelianxkii (1985) tiếp tục nghiên cứu.[12]

Hình 1.12 Xạ khuẩn Streptomyces

Đặc điểm quan trọng nhất là khả năng hình thành

chất kháng sinh, hơn 70% xạ khuẩn phân lập

được trong tự nhiên có khả năng này

Về điều kiện sống, xạ khuẩn phân thành 2

loại: xạ khuẩn ưa ấm với nhiệt độ thích hợp từ

28-300C; xạ khuẩn ưa nhiệt với nhiệt độ thích

hợp 50-600C

Xạ khuẩn ưa nhiệt lần đầu tiên tìm

thấy trong nước sông, hồ bẩn và trong đất Rabinowitch (1895) và Tsiklinsky (1903) đã phân lập được các chủng xạ khuẩn ưa nhiệt từ phân Noack (1912) cũng đã phân lập được xạ khuẩn ưa nhiệt từ cỏ khô Năm 1904, Gilbert đã phân lập xạ khuẩn ưa nhiệt từ nhiều nguồn gốc khác nhau: đất cát, sa mạc, than bùn và đặc biệt là trong ruột người và nước cống thải

Phân đang lên men nóng, cỏ khô và đất mùn là những môi trường phát triển tốt nhất của xạ khuẩn ưa nhiệt Miehen (1907) đã mô tả mức độ sinh trưởng của xạ khuẩn

ưa nhiệt là gần như tạo lớp vỏ màu trắng, bao phủ toàn bộ các đống phân, cỏ khô đang lên men nóng

Tendle (1959) và Burkholder (1960) đã phân lập được hơn 100 chủng xạ khuẩn

ưa nhiệt thuộc giống Thermo actiniomyces và Streptomyces từ các mẫu đất khác nhau

của Mỹ, Pháp, Tây Ban Nha, Pêru và Chilê Kosmatcher (1953, 1956, 1962) đã phân lập được một số chủng xạ khuẩn ưa nhiệt từ các vùng núi cao như: Crimê, Capcazơ, Palmia, Tiansan và các vùng có nguồn nước nóng Như vậy xạ khuẩn được phân bố rộng khắp mọi nơi và từ nhiều nguồn cơ chất khác nhau

Xạ khuẩn ưa nhiệt cũng được tìm thấy ở cả 4 mùa trong năm Ngay cả vùng ôn đới nhiều loại đất cũng thường có tới 10.000-15.000 khuẩn lạc hoặc bào tử xạ khuẩn

trong 1g đất Trong các mẫu đất chỉ bón phân vô cơ thì số lượng xạ khuẩn khoảng 200.000 khuẩn lạc trong 1g đất Mùa đông số lượng xạ khuẩn chỉ chiếm 10-15% so với toàn bộ tổng số vi sinh vật ưa nhiệt Vào mùa hè tỷ lệ này tăng lên 70- 90% Như vậy,

độ biến động về số lượng xạ khuẩn ưa nhiệt phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ và thời tiết.[12]

Theo nghiên cứu của Agre (1962, 1964) cho rằng: trong đất đồng cỏ và đất xám

số lượng xạ khuẩn ưa nhiệt không nhiều lắm, nhưng trong các vùng đất rừng, thảo nguyên số lượng xạ khuẩn ưa nhiệt lại nhiều hơn Trong đất canh tác số lượng xạ khuẩn ưa nhiệt chiếm tới vài chục nghìn/1g đất tươi, số liệu được trình bày ở bảng 1.2

Bảng 1.2 Thành phần và số lượng vi sinh vật trên một số loại đất chính

Loại đất Cây trồng Vi khuẩn

(%)

Xạ khuẩn (%)

Nấm mốc (%)

Đất đỏ bazan (Đồng Nai) Cao su 95,5 2,7 1,8 Đất phù sa sông Cửu Long

Đất phù sa Tiền Hải

Đất bạc màu (Bắc Giang) Lúa - Rau

Đất đồi pheralit trên đá vôi

(Thanh Hoá) Chuyên màu 92,0 3,2 4,8 Đất cát biển Hậu Lộc

(Thanh Hoá) Chuyên màu 85,6 3,9 10,5 Đất vàng trên đá biến chất

(Nguồn: Agre, 1962, 1964)

trình tạo bào tử Nhiệt độ tối thiểu cần cho sự phát

triển là từ 2oC đến 5oC, tối ưu từ 22oC đến 27oC

và nhiệt độ tối đa mà chúng có thể chịu đựng

được là 35oC đến 40oC, cá biệt có một số ít loài có

thể sống sót ở 0oC và ở 60oC Nói chung, nấm

mốc có thể phát triển tốt ở môi trường acid (pH =

6) nhưng pH tối ưu là 5 - 6,5, một số loài phát

triển tốt ở pH < 3 và một số ít phát triển ở pH >

9.[22]

Nấm mốc thường tập trung phát triển ở vùng đất canh tác giàu dinh dưỡng, tơi xốp, thoáng khí… Đó là nơi tập trung rễ cây, chất dinh dưỡng, cường độ chiếu sáng, nhiệt độ thích hợp… Nấm mốc phát triển mạnh ở vùng rễ cây vì rễ cây thường xuyên tiết chất hữu cơ làm nguồn dinh dưỡng cho nấm mốc; hơn nữa rễ cây làm cho đất thoáng khí, giữ được đổ ẩm Tuy nhiên, sự phát triển của nấm mốc cũng phụ thuộc vào loại hệ rễ cây vì mỗi loại hệ rễ khác nhau nó sẽ tiết ra các hợp chất khác nhau

Là vi sinh vật hiếu khí nên số lượng nấm mốc giảm dần theo tầng đất

Tiêu biểu nhiều loại nấm có khả năng sinh ra một lượng lớn cellulose thuộc giống Alternaria, Trichoderma, Myrothecium, Aspergillus, Pinicillium, Cladosporum Trong đó hai giống nấm là Trichoderma, Aspergillus đã được nhiều

nhà khoa học nghiên cứu để sản xuất cellulose

Giống Trichoderma sinh tổng hợp một lượng tương đối lớn endoglucanase và

exoglucanase, nhưng chỉ một lượng ít β-glucosidase, trong khi các chủng thuộc giống

Aspergillus sinh ra một lượng tương đối lớn endoglucanase và β-glucosidase nhưng chỉ

 Nguồn carbon

Các loài vi sinh vật có thể sử dụng nhiều nguồn carbon khác nhau tùy thuộc đặc điểm của từng loài Có loài chỉ thích hợp với một hoặc một số ít nguồn carbon, có loài thì không đòi hỏi nghiêm ngặt mà có khả năng sử dụng nhiều nguồn carbon khác nhau Nguồn carbon có thể đơn giản như các loại đường đơn, đường đôi hoặc phức tạp như glucan, tinh bột, cellulose.Theo lý thuyết sinh tổng hợp enzyme cảm ứng, trong môi trường nuôi cấy các vi sinh vật sinh cellulase nhất thiết phải có cellulose là chất cảm ứng và nguồn carbon

Những nguồn cellulose có thể là giấy lọc, bông, bột cellulose, lõi ngô, cám bổi,

mùn cưa, bã củ cải, rơm, than bùn Trichoderma lignorum và Trichoderma koningii

được nuôi trên môi trường có nguồn carbon là giấy lọc cho hoạt tính enzyme cao nhất

Kết quả cũng tương tự như vậy khi nuôi Myrothecium verrucaria trên môi trường có

giấy lọc và lõi ngô, bã củ cải

Chất cảm ứng enzyme cellulase còn là cellobiozooctaacetat, cám mì, lactose,

salixyl Đối với Stachybotris atra nguồn carbon tốt nhất để sinh tổng hợp cellulase là

tinh bột (1%)

Các nguồn carbon khác (glucose, cellobiose, acetat, citrat, oxalate, succinat và những sản phẩm trung gian của chu trình Krebs) có tác dụng kiềm hãm sinh tổng hợp