(Luận văn thạc sĩ) tiểu luận xử lí môi trường bằng enzyme

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN
“XỬ LÍ MƠI TRƯỜNG BẰNG ENZYME”

Giáo viên hướng dẫn:

Nhóm sinh viên thực hiện:

Thầy: LƯU ĐÌNH HIỆP

Lê Quang Trung

MSSV: V1103860

Nguyễn Hoàng Trinh

MSSV: V1103777

Nguyễn Hồng Ngọc

MSSV: V1102260

Trịnh Nguyễn Uyên Nhi

MSSV: V1102431

Tp. Hồ Chí Minh. 01/2012

1

Luan van


I. ĐẶT VẤN ĐỀ:
Vấn đề ô nhiễm môi trường đang là một vấn đề hết sức nóng bỏng và đang là một
trong những vấn đề được quan tâm hàng đầu trên thế giới. Song song với sự phát triển
của nền công nghiệp ở các nước, tốc độ ô nhiễm môi trường cũng đang gia tăng nhanh
chóng, do đó cần phải thực hiện nghiêm ngặt các tiêu chuẩn đối với việc thải các chất
thải vào mơi trường.Các phương pháp hóa học và sinh học thơng thường ngày càng
khó đạt được mức độ cần thết để loại bỏ các chất ô nhiễm này. Vì vậy, cần phải nghiên
cứu, triển khai những phương pháp xử lí nhanh hơn, tiết kiệm kinh phí hơn, hiệu quả
hơn, đáng tin cậy hơn và với những dụng cụ đơn giản hơn so với những hệ thống xử lí
phức tạp, tốn kémhiện hành.
Nhiều nghiên cứu khoa học đã chứng minh được rằng Enzyme có nhiều khả năng
và triển vọng giải quyết vấn đề nêu trên trong giám định và xử lí ơ nhiễm mơi trường.
Enzyme có thể hoạt động trên các chất ơ nhiễm đặc biệt khó xử lí để loại bỏ chúng
bằng cách khiến chúng thành kết tủa hoặc chuyển chúng thành một dạng khác. Ngoài
ra, Enzyme có thể làm thay đổi các đặc tính của chất thải đưa chúng về dạng dễ xử lí
hoặc chuyển thành các sản phẩm có giá trị hơn. Phương pháp xử lí bằng Enzyme so
với các phương pháp thơng thường có những ưu điểm sau: áp dụng được với những
chất sinh học khó xử lí, có tác dụng với cả ở vùng nồng độ chất ô nhiễm môi trường
cao, một số Enzyme riêng biệt có tác dụng trên phạm vi rộng PH, nhiệt độ và độ mặn,
không gây ra những biến đổi bất thường, không gây ra các cản trở phá vỡ cân bằng
sinh thái.
Cho đến nay, thế giới đã biết đến khoảng 3000 Enzyme , tất cả đều được gọi tên và
xếp vào hệ thống phân loại gồm 6 lớp trong đó cịn các lớp phụ, nhóm. Các chất độc
hại trong mơi trường thường là các chất hữu cơ có vòng thơm như các hợp chất
phenol, amin vòng hoặc các hợp chất photpho.
Với mục đích tìm hiểu rõ hơn về ứng dụng công nghệ Enzyme trong xử lý môi

trường chúng em thực hiện bài tiểu luận : “Xử lí mơi trường bằng Enzyme”.
II. TỔNG QUAN:
1. Khái niệm ô nhiễm môi trường.
Theo cách hiểu chung, ô nhiễm môi trường là hiện tượng một chất nào đó có
mặt trong mơi trường với thành phần và lượng chất có khả năng ngăn cản các quá trình
tự nhiên vận hành một cách bình thường hoặc làm cho các quá trình này xảy ra theo xu
hướng không như mong muốn, gây nên những ảnh hưởng có hại đối với sức khoẻ và
sự sinh tồn của con người hoặc của các loài sinh vật khác sinh sống trong mơi trường
đó.

2

Luan van


Theo định nghĩa trong Luật bảo vệ môi trường của nước Cộng hồ Xã hội chủ nghĩa
Việt Nam: Ơ nhiễm mơi trường là sự làm thay đổi tính chất của mơi trường, vi phạm
tiêu chuẩn mơi trường.
Ơ nhiễm mơi trường hồn tồn khơng phải là một hiện tượng mới. Từ thời thượng
cổ, con người đã có những hoạt động làm ô nhiễm môi trường, nhưng chưa đáng kể vì
dân số ít, khoa học kĩ thuật chưa phát triển. Dần dần những tác động của con người
gây ô nhiễm môi trường ngày càng rõ rệt và tăng lên đáng kể (đặc biệt là trong nửa
cuối thế kỉ 20) do những nguyên nhân chính sau: 1, Sự gia tăng dân số và tốc độ đơ thị
hố diễn ra ngày càng nhanh; 2, Sự gia tăng chất thải độc hại do con người sử dụng
quá nhiều loại hoá chất mới trong các ngành sản xuất công - nông nghiệp cũng như để
đáp ứng các nhu cầu sinh hoạt, trong khi chưa có biện pháp kiểm soát hữu hiệu, đặc
biệt là các chất phân huỷ ảnh hưởng đến khả năng tự thanh lọc của môi trường.
Trên cơ sở phân loại các chất gây ô nhiễm và những tác động chính của chúng đối với
mơi trường, ô nhiễm môi trường được phân thành 7 loại: ô nhiễm đất; ô nhiễm không
khí; ô nhiễm nước; ô nhiễm biển; ô nhiễm nhiệt; ô nhiễm tiếng ồn; ô nhiễm phóng xạ.

Tuỳ phạm vi lãnh thổ có: ơ nhiễm mơi trường tồn cầu, khu vực hay địa phương. Ơ
nhiễm mơi trường có ảnh hưởng xấu đến điều kiện tự nhiên, nhất là đến sinh vật và
sức khoẻ con người. Để chống ô nhiễm môi trường, phải áp dụng các công nghệ không
chất thải, hoặc phải làm sạch các chất thải khí và nước, tiêu huỷ các chất thải rắn.
2. Thực trạng ô nhiễm môi trường tại Việt Nam
Hiện nay ở Việt Nam, mặc dù các cấp, các ngành đã có nhiều cố gắng trong việc thực
hiện chính sách và pháp luật về bảo vệ mơi trường, nhưng tình trạng ô nhiễm nước là
vấn đề rất đáng lo ngại.
Tốc độ cơng nghiệp hố và đơ thị hố khá nhanh và sự gia tăng dân số gây áp
lực ngày càng nặng nề dối với tài nguyên nước trong vùng lãnh thổ. Môi trường nước
ở nhiều đô thị, khu công nghiệp và làng nghề ngày càng bị ô nhiễm bởi nước thải, khí
thải và chất thải rắn. ở các thành phố lớn, hàng trăm cơ sở sản xuất công nghiệp đang
gây ô nhiễm mơi trường nước do khơng có cơng trình và thiết bị xử lý chất thải. Ô
nhiễm nước do sản xuất cơng nghiệp là rất nặng. Ví dụ: ở ngành công nghiệp dệt may,
ngành công nghiệp giấy và bột giấy, nước thải thường có độ pH trung bình từ 9-11; chỉ
số nhu cầu ơ xy sinh hố (BOD), nhu cầu ơ xy hố học (COD) có thể lên đến 700mg/1
và 2.500mg/1; hàm lượng chất rắn lơ lửng... cao gấp nhiều lần giới hạn cho phép.
Hàm lượng nước thải của các ngành này có chứa xyanua (CN-) vượt đến 84 lần,
H2S vượt 4,2 lần, hàm lượng NH3 vượt 84 lần tiêu chuẩn cho phép nên đã gây ô
nhiễm nặng nề các nguồn nước mặt trong vùng dân cư.

3

Luan van


Mức độ ô nhiễm nước ở các khu công nghiệp, khu chế xuất, cụm công nghiệp tập
trung là rất lớn.
Tại cụm cơng nghiệp Tham Lương, thành phố Hồ Chí Minh, nguồn nước bị
nhiễm bẩn bởi nước thải công nghiệp với tổng lượng nước thải ước tính 500.000

m3/ngày từ các nhà máy giấy, bột giặt, nhuộm, dệt. ở thành phố Thái Nguyên, nước
thải công nghiệp thải ra từ các cơ sở sản xuất giấy, luyện gang thép, luyện kim màu,
khai thác than; về mùa cạn tổng lượng nước thải khu vực thành phố Thái Nguyên
chiếm khoảng 15% lưu lượng sông Cầu; nước thải từ sản xuất giấy có pH từ 8,4-9 và
hàm lượng NH4 là 4mg/1, hàm lượng chất hữu cơ cao, nước thải có màu nâu, mùi khó
chịu…
Tình trạng ơ nhiễm nước ở các đô thị thấy rõ nhất là ở thành phố Hà Nội và
thành phố Hồ Chí Minh. ở các thành phố này, nước thải sinh hoạt không có hệ thống
xử lý tập trung mà trực tiếp xả ra nguồn tiếp nhận (sơng, hồ, kênh, mương). Mặt khác,
cịn rất nhiều cơ sở sản xuất không xử lý nước thải, phần lớn các bệnh viện và cơ sở y
tế lớn chưa có hệ thống xử lý nước thải; một lượng rác thải rắn lớn trong thành phố
không thu gom hết được… là những nguồn quan trọng gây ra ô nhiễm nước. Hiện nay,
mức độ ô nhiễm trong các kênh, sông, hồ ở các thành phố lớn là rất nặng.
Ở thành phố Hà Nội, tổng lượng nước thải của thành phố lên tới 300.000 400.000 m3/ngày; hiện mới chỉ có 5/31 bệnh viện có hệ thống xử lý nước thải, chiếm
25% lượng nước thải bệnh viện; 36/400 cơ sở sản xuất có xử lý nước thải; lượng rác
thải sinh hoại chưa được thu gom khoảng 1.200m3/ngày đang xả vào các khu đất ven
các hồ, kênh, mương trong nội thành; chỉ số BOD, oxy hoà tan, các chất NH4, NO2,
NO3 ở các sông, hồ, mương nội thành đều vượt quá quy định cho phép ở thành phố
Hồ Chí Minh thì lượng rác thải lên tới gần 4.000 tấn/ngày; chỉ có 24/142 cơ sở y tế lớn
là có xử lý nước thải; khoảng 3.000 cơ sở sản xuất gây ô nhiễm thuộc diện phải di dời.
Không chỉ ở Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh mà ở các đơ thị khác như Hải
Phòng, Huế, Đà Nẵng, Nam Định, Hải Dương… nước thải sinh hoạt cũng không được
xử lý độ ô nhiễm nguồn nước nơi tiếp nhận nước thải đều vượt quá tiểu chuẩn cho
phép (TCCP), các thông số chất lơ lửng (SS), BOD; COD; Ơ xy hồ tan (DO) đều
vượt từ 5-10 lần, thậm chí 20 lần TCCP.
Về tình trạng ơ nhiễm nước ở nông thôn và khu vực sản xuất nông nghiệp, hiện
nay Việt Nam có gần 76% dân số đang sinh sống ở nông thôn là nơi cơ sở hạ tầng còn
lạc hậu, phần lớn các chất thải của con người và gia súc không được xử lý nên thấm
xuống đất hoặc bị rửa trơi, làm cho tình trạng ơ nhiễm nguồn nước về mặt hữu cơ và vi
sinh vật ngày càng cao. Theo báo cáo của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, số

vi khuẩn Feca coliform trung bình biến đổi từ 1.500-3.500MNP/100ml ở các vùng ven
sơng Tiền và sông Hậu, tăng lên tới 3800-12.500MNP/100ML ở các kênh tưới tiêu.

4

Luan van


Trong sản xuất nông nghiệp, do lạm dụng các loại thuốc bảo vệ thực vật, các
nguồn nước ở sông, hồ, kênh, mương bị ô nhiễm, ảnh hưởng lớn đến môi trường nước
và sức khoẻ nhân dân.
Theo thống kê của Bộ Thuỷ sản, tổng diện tích mặt nước sử dụng cho nuôi
trồng thuỷ sản đến năm 2001 của cả nước là 751.999 ha. Do nuôi trồng thuỷ sản ồ ạt,
thiếu quy hoạch, khơng tn theo quy trình kỹ thuật nên đã gây nhiều tác động tiêu cực
tới môi trường nước. Cùng với việc sử dụng nhiều và không đúng cách các loại hố
chất trong ni trồng thuỷ sản, thì các thức ăn dư lắng xuống đáy ao, hồ, lịng sơng
làm cho môi trường nước bị ô nhiễm các chất hữu cơ, làm phát triển một số loài sinh
vật gây bệnh và xuất hiện một số tảo độc; thậm chí đã có dấu hiệu xuất hiện thuỷ triều
đỏ ở một số vùng ven biển Việt Nam.
Ngân sách đầu tư cho bảo vệ mơi trường nước cịn rất thấp (một số nước
ASEAN đã đầu tư ngân sách cho bảo vệ môi trường là 1% GDP, còn ở Việt Nam mới
chỉ đạt 0,1%). Các chương trình giáo dục cộng đồng về mơi trường nói chung và mơi
trường nước nói riêng cịn q ít. Đội ngũ cán bộ quản lý mơi trường nước cịn thiếu
về số lượng, yếu về chất lượng (Hiện nay ở Việt Nam trung bình có khoảng 3 cán bộ
quản lý mơi trường/1 triệu dân, trong khi đó ở một số nước ASEAN trung bình là 70
người/1 triệu dân).
3. Cơ sở của việc ứng dụng công nghệ Enzyme
Ngay từ khi mới ra đời, công nghệ enzym đã mang lại những thành tựu to lớn
trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong lĩnh vực mơi trường. Thơng qua việc nghiên cứu
cấu trúc tính chất và tính năng của các loại enzym, con người đã phát triển các phương

pháp định tính định lượng enzym cũng như các sản phẩm của q trình chuyển hóa
enzyme. Đó là cơ sở cho việc ứng dụng enzym trong việc xử lý chất thải môi trường.
III. ỨNG DỤNG CỦA ENZYME TRONG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG.
1. Enzyme Oxidoreductase:
Là enzyme xúc tác cho các phản ứng oxy hoá khử, trong hoá sinh,
oxidoreductase xúc tác sự chuyển electron từ phân tử này đến phân tử khác.
Các enzyme perocidase phân lớp EC 1.11.
Trong lớp Oxidoreductase, ta không thể không nhắc tới các enzyme perocidase, chúng
có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với công nghệ môi trường.

a. Enzyme Catalase (ký hiệu EC 1.11.1.6):
Xúc tác phản ứng đặc hiệu phân huỷ H2O2.

5

Luan van


Có thể phân huỷ formaldehyde, formic acid và alcohol - là những chất độc hại với môi
trường, được thải ra trong nước thải của các nhà máy chế biến sữa, phomát hoặc các
nhà máy dệt, sợi.
b. . Peroxidase trong củ cải (POD) có ký hiệu EC 1.11.1.7

Enzym peroxidase (POD) là enzyme có nhiều trong củ cải trắng và các loại cây họ
đậu. POD được sử dụng xử lý các chất khó phân huỷ như phenol , aniline, benzidine
…có mặt trong nước thải lọc dầu, sản phẩm cao su, than đá…
Sản phẩm phản ứng được polime hoá thành kết tủa và dễ dàng loại bỏ khỏi chất lỏng
nhờ quá trình lắng đọng.

c. . Chloride peroxidase (ký hiệu EC 1.11.1.10)

Xúc tác phản ứng đặc hiệu.
Chloroperoxidase từ nấm Caldariomyces fumago có khả năng oxy hoá một vài hợp
chất của phenol, xúc tác các phản ứng vận chuyển oxy như phản ứng oxy hoá ethanol
thành acetaldehyde hoặc oxy hoá khử các ion clorua.
d. Các enzyme phân giải lignin (phân lớp EC.1.11)
Gồm các enzyme có hoạt tính rất mạnh là Manganese peroxidase EC 1.11.1.13(MnP)
và Lignin peroxidase EC 1.11.1.14 (LiP).

Enzyme MnP
- Sản xuất từ Phanerochaete chrysosporium, một loại nấm có
khả năng phân huỷ gỗ trong tự nhiên.

6

Luan van


- Xúc tác phản ứng oxy hoá một vài loại phenol đơn vòng và sắc tố vòng, những phản
ứng này phụ thuộc vào sự có mặt của Mg2+
- Trên thực tế, MnP xúc tác phản ứng oxy hoá khử Mn(II)
thành Mn(III) khi có mặt ligand làm bền vững Mn(III) =>
tạo thành phức hợp Mn(III) sau khi xảy ra phản ứng oxi
hoá khử các chất hữu cơ.

Nấm Phanerochaete chrysosporium

Enzyme LiP: Là một phần của hệ thống enzyme ngoại bào của nấm mục
trắng Phanerochaete chrysosporium

Gây khoáng hoá nhiều loại hợp chất thơm khó xử lý và oxy hố một số lượng lớn các

hợp chất phenol và hợp chất thơm đa vòng. LiP cố định trên chất mang xốp ceramic
hoặc trên màng silicon, nó có thể sửdụng để xử lý các rác thải nguy hiểm khó phá hủy.
e. Các oxidase thuộc các lớp oxidase EC.1.1
L-galactonolactone oxidase (EC 1.1.3.24)
Có ý nghĩa đối với việc xử lý ô nhiễm môi trường.Enzyme này xúc tác phản ứng đặc
hiệu là phản ứng oxi hóa L-galactono-1,4-lactone thành L-ascorbate.
L-galactonolactone oxidase từ nấm men Candida norvegensis có thể đượcdùng để biến
galactose từ quá trình thủy phân lactose trong dịch sữa chua thànhaxit L-ascorbic.
Enzyme này đã được thử nghiệm xử lý nước thải của nhà máychế biến sữa.

-

f. Ứng dụng kết hợp một số enzyme để phân giải lignin
Ứng dụng kết hợp Peroxidase và laccase:

Trong công nghệ sản xuất giấy: Peroxidase và laccase có tác dụng tích cực trong việc
xử lý dịch lỏng được tạo ra trong quá trình tẩy trắng (chứa các sản phẩm bị chlorin hố
độc có khả năng gây đột biến gây nguy hiểm đối với môi trường).
-

Ứng dụng kết hợp laccase với manganese peroxidae:

Laccase kết hợp với manganese peroxidase từ nấm trắng Dichomitus squalens cố định
dùng để phân giải lignin cho hiệu quả đáng kể.Người ta đã sử dụng hai enzyme này cố
định trên màng siêu lọc polysulphone để loại bỏ các hydrocarbon vịng thơm trong
nước ơ nhiễm bởidầu mỏ.

7

Luan van

-

Ứng dụng kết hợp laccase với manganese peroxidae:

Laccase kết hợp với manganese peroxidase từ nấm trắng Dichomitussqualens sử dụng
để phân giải lignin. Khi laccase kết hợp với manganese peroxidase cố định dùng để
phân giải lignin cho hiệu quả đáng kể. Người ta đãsử dụng hai enzyme này cố định
trên màng siêu lọc polysulphone để loại bỏ cáchydrocarbon vòng thơm trong nước ô
nhiễm bởi dầu mỏ.
2. Các Enzyme Hydrolase trong xử lý môi trường:
Các Enzyme Hydrolase thuộc lớp 2: Hidrolase (lớp Enzyme thủy phân), có khả năng
phân
giải nhiều cơ chất khác nhau như: protein, lipid, glucid.... tạo ra những phần
đơn giản, được ứng dụng trong xử lý môi trường cụ thể như:
a. Amylase: các Enzyme thủy phân amylose:
Các Amylase là các Enzyme đường hóa, có khả năng phân hủy amylose và
amylopectin, glycogen và các polysaccharit, vì vậy có các ứng dụng sau:
Các Enzyme Amylase được ứng dụng trong việc phân hủy các phế thải có chứa
tinh bột từ các nhà máy chế biến nông sản, các làng nghề làm bún…Đặc biệt mỗi loại
Enzyme Amylase có chức năng khác nhau sẽ tham gia vào những cơng đoạn khác
nhau để hồn tất q trình phân hủy tinh bột. Ví dụ: α-amylase cắt tinh bột thành
dextrin, β-amylase cắt dextrin thành maltose, maltase cắt liên kết α(1-4) của maltose
tạo thành glucose; α(1-6)-gluosidase cắt liên kết phân nhánh α(1-6) của amylopectin
tạo thành các đoạn amylose.Sản phẩm từ q trình phân hủy tinh bột có thể dùng để
sản xuất alcohol.
Ngoài ra, nhờ α-amylase và glucoamylase mà từ các phế thải lương thực có thể
sản xuất màng bao gói có tính chất phân hủy quang học và sinh học. Ước tính, chỉ
riêng tại Việt Nam mỗi ngày có hàng triệu bao nylon được sử dụng và thải ra môi

trường. Thời gian cần để bao nylon tự phân hủy là từ 500 đến 1000 năm nhưng khi
phân hủy vào đất thì nhựa PVC làm đất trơ gây ành hưởng đến hệ thực vật. Vì vậy,
ứng dụng trên của Amylse góp phần vào bảo vệ mơi trường, nói khơng với bao nylon.
b. Cellulase:các Enzyme phân hủy cellulose:
Cellulose thuộc nhóm polysaccharide, là thành phần chính tạo nên lớp màng tế
bào thực vật, giúp cho các mơ thực vật có độ bền cơ học và tính đàn hồi, có nhiều
trong bơng (95-98%), đay, gai, tre, nứa, gỗ... (Cellulose chiếm khoảng 40-45% trong

8

Luan van


gỗ).Vì vậy nước thải từ các nhà máy giấy, các xưởng môc, các xưởng sản xuất mây tre
đan… chứa hàm lượng lớn cellulose.
Trong cấu trúc của cellulose và cellotetraose chủ yếu là liên kết β(1-4) glucogit.
Cũng giống quá trình thủy phân tinh bột, để phá hủy cấu trúc trên ta cần các cellulase
với những tác động đặc trưng riêng biệt. Sau khi cellulase (EC 3.2.1.4, còn gọi là
endoglucanase D) và β-glucosidase (EC 3.2.1.21, cịn gọi là cellobiase) phá hủy khơng
chọn lọc β-1,4-glucan thành các mảnh có khối lượng phân tử nhỏ oligocellulose,
Enzyme cellobiosidase (EC 3.2.1.91, còn gọi là cellobiohydrolase) phá hủy tiếp các
mảnh nhỏ này tới đơn vị nhỏ nhất là đường đơn. Vì vậy với việc cần đến cả một hệ
Enzyme để thủy phân polysaccharide, đã có nhiều nghiên cứu đề cập đến việc sản xuất
các chế phẩm bao gồm một số Enzyme để xử lý phế thải là các polysaccharide thực
vật. Ví dụ: chế phẩm Econase, thành phần chính gồm: endo-1,4-β-D-glucosidase,
cellobiohydrolase, exo-1,4-β-D-glucosidase và một số Enzyme khác.
Ngồi ra, sinh khối của thực vật bậc cao ngoài chứa các polysacharide quan trong
quyết định đến chất lương giấy như cellulose cịn có các polysaccharide khác như
aminopectin, pectin, xylans…Nên ngồi các Enzyme đã nêu ở trên, có thể sử dụng một
số Enzyme khác để xử lý triệt để nước thải như: cellulases và hemicellulose để phá

hủy lemicellulose, galactanase để phá hủy arabinogalactan…
Kết quả: từ các chất thải thu được nguồn năng lượng là enthanol.
c. Protease:Enzyme thủy phân protein:
Protease thuộc nhóm Enzyme thủy phân protein được sử dụng rộng rãi trong công
nghiệp thực phẩm.
Protease thủy phân các protein có trong chất thải để sản xuất các dung dịch đặc
hoặc các chất chất rắn khơ có giá trị dinh dưỡng cho cá và vật ni. Ví dụ: lơng gia
cầm sau khi được làm tan cơ học, nhờ protease kiềm tạo thành sản phẩm dạng bột,
màu xám, hàm lượng protein cao được sử dụng làm thức ăn.
Protease thủy phân các protein không tan qua nhiều bước: cắt các chuỗi
polypeptit tạo các liên kết lỏng trên bề mặt, q trình hịa tan xảy ra với tốc độ chậm
tạo ra những phần nhỏ. Được sử dụng để xử lý các phế thải protein tồn đọng trong các
dịng chảy tạo dung dịch rửa trơi khơng cịn mùi hôi thối.
d. Các Enzyme phá hủy hợp chất chứa halogen:

9

Luan van


Các Enzyme phá hủy hợp chất chứa halogen có ứng dụng quan trọng cụ thể trong
việc khử độc thuốc trừ sâu tồn đọng trong đất. Atrazine là thuốc diệt cỏ hồn tồn
khơng tan trong nước (33mg/l). Nhờ một số chủng vi sinh như Pseudomonas sp. Strain
ADP tiết ra Atrazin chlorohyrolase chuyển hóa atrazine thành các sản phẩm tan được
và khơng độc cho môi trường đất.
3. Các Enzyme khác:
a. Cyanide hydratase: Enzyme xử lý chất thải cyanure:
Cyanure, độc chất ức chế sự hơ hấp hiếu khí ở mức tế bào(ngăn chặn tế bào nhận
oxygen), một trong những chất độc gây tử vong nhanh nhất. Hai dạng cyanure nguy
hiểm gây ngộ độc được chú ý nhiều nhất là hydrogen cyanide (HCN) và cyanogen

chloride (CK). Các chất này được tìm thấy trong nước thải của các ngành công nghiệp
luyện kim, chất dẻo, tơ sợi tổng hợp…do ước tính mỗi năm có 3 triệu tấn cyanure
được sử dụng vào các ngành công nghiệp trên. Bên cạnh đó, nhiều lồi thực vật, vi
sinh vật, cơn trùng cũng có khả năng thải ra HCN và các Enzyme thủy phân dẫn đến
nguy cơ ngộ độc thực phẩm.
Cyanide hydratase (EC 4.2.1.66, còn gọi là formamide hydro-lyase) là Enzyme có
khả năng chuyển hóa cyanide trong nước thải cơng nghiệp thành amoniac và format
chỉ thông qua một bước phản ứng.Nguồn tạo ra cyanidase là từ nấm thích hợp, một số
vi khuẩn Gram(-), các ứng dụng sinh học hiện đại. Điểm đặc biệt của cyanidase là
không bị ảnh hưởng bởi các ion thơng thường có trong nước thải (Fe2+, Zn2+, Ni2+) hay
các chất hữu cơ như formamide, acetamide, hoạt động tối ưu trong pH khoảng 7.8-8.3
và mất hoạt tính khi pH lớn hơn 8.3.
Với sự việc Nhà Máy Vedan tại Long Thành đổ chất thải chưa qua xử lý vào sông
Thị Vải mà cyanure chiếm phần lớn trong nước thải, ta thấy được sự vô trách nhiệm
của con người đối với môi trường, cộng đồng và thấy tầm quan trong của Enzyme xử
lý cyanure.
b. Enzyme tham gia quá trình khử độc các kim loại nặng:
Các kim loại nặng như arsen, cadimi, đồng, crom, chì…là những chất ơ nhiễm
nguy hiểm có trong nước thải công nghiệp, mỏ khai thác, các chất rắn, bùn thải từ
thành phố. Trong số các kim loại trên ta đặc biệt chú ý đến arsen.
Asen nguyên tố và các hợp chất của asen được phân loại là "độc" và "nguy hiểm
cho môi trường" tại Liên minh châu Âu theo chỉ dẫn 67/548/EEC.Có hai ngun nhân
gây ơ nhiễm arsen. Nguồn gốc từ thiên nhiên như từ quá trình phong hóa, hoạt động

10

Luan van


núi lửa, tạo quặng sulfur, đa kim… Nguồn gốc từ con người chiếm phần lớn bao gồm

nước thải công nghiệp, khí thải, xử lý các khống chất của Arsen, sự đốt cháy nhiên
liệu hóa thạch, các chất thải rắn, quá trình sản xuất các hóa chất bảo vệ thực
vật(khoảng 8.000 tấn Arsen/năm được dùng làm thuốc diệt cỏ)…Lượng arsen đi vào
cơ thể hàng ngày khoảng 20-300µg, nguồn nước ngầm có chứa trên 50µg/l được phát
hiện ở Mehico, Myanma, Việt Nam…vì vậy hiện nay vấn đề ô nhiễm arsen đang là
vấn đề thời sự, cấp bách cần phải giải quyết và việc giải quyết bằng Enzyme là giải
pháp hàng đầu.
Nguyên tắc chung của việc xử lý ô nhiễm arsen bằng Enzyme là chuyển hóa
arsenite
(hóa trị III) rất độc thành arsenat (hóa trị V) ít độc hơn như dùng Enzyme arsenate
reductase(EC 1.20.98.1, cịn gọi là arsenite oxidase); chuyển hóa arsen dạng vơ cơ
sang hữu cơ (methylarsonate) như Enzyme Arsenite methyltransferase.
4. Một số thông tin mới:
Vấn đề giải quyết chất thải là một vấn đề được tất cả mọi người quan tâm, được
các nhà khoa học nghiên cứu.Enzyme là một trong những đối tượng được nghiên cứu
nhiều nhất.Enzyme có rất nhiều cơng dụng và gần đây, cơng nghệ Enzyme cịn được
sử dụng trong xử lý rơm rạ trong nấm sò, đem lại hiệu quả kinh tế và làm sạch môi
trường. Việt Nam là một nước nông nghiệp, trước đây, người dân sử dụng rơm rạ làm
chất đốt và thức ăn cho gia súc, sau này, người dân sử dụng than tổ ong làm chất đốt,
còn rơm rạ sau khi tuốt lúa xong thường bị đốt thành tro, điều này gây ô nhiễm môi
trường vì q trình đốt rơm rạ ngồi trời khơng kiểm sốt được lượng CO2, CO, CH4,
NOx, và SO2 vào khí quyển sẽ làm ô nhiễm trầm trọng. Vào những ngày cao điểm mùa
gặt, thậm chí một số địa phương cịn vứt rơm rạ ra đường quốc lộ gây ách tắc giao
thơng, số rơm rạ cịn lại bị vứt bỏ trên đường ngõ, xóm rất lãng phí, đồng thời gây ơ
nhiễm môi trường. Đây là việc làm không những gây ảnh hưởng tới mơi trường sinh
thái mà cịn rất lãng phí tới nguồn sinh khối khổng lồ này.Trong khi đó, chính nguồn
nguyên liệu này lại rất cần thiết cho nghề trồng nấm với tổng lượng khoảng 20 - 30
triệu tấn/năm.Chỉ cần sử dụng 10% số nguyên liệu này để trồng nấm thì sản lượng
nấm đã đạt hàng trăm nghìn tấn/năm. Lượng xuất khẩu đạt 40.000 tấn trị giá 40 triệu
USD/năm.Số còn lại 60.000 tấn tiêu thụ nội địa. Như vậy, doanh thu về nấm hàng năm

đạt 100 triệu USD (tương đương với trên 1.700 tỷ đồng Việt Nam). Điều này chứng tỏ,
nghề trồng nấm đang mang lại hiểu quả kinh tế cao, vì vậy, hầu hết các tỉnh trong cả
nước đều có nghề trồng nấm.

11

Luan van


Cơng nghệ ni trồng nấm hiện nay gồm có 2 phương pháp: xử lý nguyên liệu
bằng nhiệt và ủ đống cho nên năng suất nấm thu hoạch chưa cao. Vì vậy, việc đưa ra
công nghệ mới sử dụng chế phẩm enzym có hoạt tính cao, có khả năng phân giải
xenluloza nhằm rút ngắn được thời gian xử lý cơ chất từ 9 ngày xuống còn 5 ngày và
nâng cao năng suất nấm trồng. Các bước trồng nấm bằng rơm rạ:
Nguyên liệu: Nên chọn rơm, rạ vàng óng, khơng bị nhiễm nấm mốc, nếu để lâu phải
phơi khô trước khi đưa vào bảo quản, rơm để lâu vẫn tốt cho việc trồng nấm.
i.
ii.

iii.

iv.

v.

Phối trộn nguyên liệu: Trộn đều nguyên liệu được làm ẩm bằng nước vơi pha
lỗng tỷ lệ 1 - 2%, kiểm tra pH đạt 6,5 - 7, độ ẩm nguyên liệu 65 - 70%.
Ủ lên men tự nhiên kết hợp với chế phẩm enzym: Nguyên liệu sau khi đã được
làm ẩm, đánh đống với kích thước rộng 1,5 m, cao 1,1 m và dài tùy ý (phụ thuộc
vào lượng nguyên liệu làm), vừa đánh đống vừa phun chế phẩm enzym. Sau khi

đánh đống, quấn nilon xung quanh, luôn giữ nhiệt độ ổn định ở 500C, và ủ trong
48 giờ.
Đóng túi và cấy giống: Nguyên liệu sau khi kết thúc lên men, dỡ đống cho bay
NH3, dùng túi PE có kích thước 30 x 45 cm. Trước khi cho nguyên liệu vào, túi
phải được xếp góc để tạo mặt bằng cho túi có thể đứng được. Cho nguyên liệu vào
túi và bắt đầu cấy giống, cứ một lớp rơm rạ dày 5 — 7 cm cho một lớp giống vào
túi, trên cùng cho một lớp giống chống nhiễm, sau đó dùng nút nhựa và đậy nút
bơng (bơng có tác dụng giúp nấm hơ hấp).
Tưới và chăm sóc: Giai đoạn chăm sóc trong q trình quả thể nấm phát triển rất
quan trọng, lúc này cần tưới cho nấm bằng bình xịt phun sương. Việc tưới nấm
phụ thuộc vào độ ẩm xung quanh, nếu độ ẩm khơng khí thấp cần tưới nước thường
xuyên và ngược lại, không tưới quá nhiều, nguyên tắc là tưới ít nhưng thường
xuyên, chỉ cần vừa đủ độ ẩm trên giá thể. Ngồi việc tưới nấm, cần có đầy đủ ánh
sáng và độ thống tốt để quả có thể phát triển thuận lợi.
Thu hái nấm: Thông thường nấm mọc thành chùm, phải thu hái hết cả cụm, một
tay ấn vào mô nấm một tay xoay nhẹ chùm nấm. Hái nấm nên lựa lúc quả thể nấm
còn tròn, tai nấm còn chưa mềm rũ xuống, màu nấm còn trắng chưa ngả sang
vàng. Thu hái xong cân quả thể nấm và tính nămg suất theo trọng lượng khơ của
cơ chất.

Sử dụng enzym để xử lý rơm rạ trồng nấm đem lại hiệu quả kinh tế cao và sẽ làm giảm
được thói quen của người dân đốt rơm rạ ngồi đồng ruộng, góp phần bảo vệ mơi
trường.
Enzyme cịn có tác dụng trong sản phẩm xử lý đáy BZT® DIGESTER:
BZT® DIGESTER có 4 loại Enzyme thiết yếu nhằm tăng tốc tác dụng xử lý
các hợp chất hữu cơ và chất thải hữu cơ trong nuôi trồng thủy sản. Amylase và

12

Luan van

Protease được tiết ra từ vi khuẩn Bacillus subtilis, Cellulase và Lipase được tiết ra từ
nấm Aspergillus Niger. Amylase có tác dụng phân tách tinh bột thành đường.Protease
có chức năng thủy phân các liên kết peptide của chất đạm để giải phóng các amino
acid.Cellulase có tác dụng thủy phân cellulose (chất xơ).Lypase có tác dụng thủy phân
lipid (chất béo). Vi khuẩn và nấm tiết ra những Enzyme này làm xúc tác để phân hủy
các hợp chất hữu cơ phức tạp thành các chất đơn giản hơn mà vi khuẩn và nấm có thể
hấp thụ được, nhờ đó các chất thải hữu cơ hàng ngày sẽ được giữ ở mức tối thiểu, giải
phóng khí độc và tạo mơi trường thuận lợi cho sự phát triển của tơm cá.
Sự kết hợp hồn hảo của các Enzyme nồng độ cao với các dòng vi khuẩn sống
theo cơ chế hoạt động liên hoàn làm cho sản phẩm BZT® DIGESTER có tính năng xử
lý đáy nhanh và ổn định trong môi trường ao nuôi tôm, ni cá theo hình thức cơng
nghiệp và bán cơng nghiệp. Tất cả các dòng vi khuẩn và Enzyme này đều thuộc danh
mục USFDA-GRAS (Cục Quản lý Dược và Thực phẩm Mỹ - được đánh giá thơng
thường là an tồn) và AAFCO (Hiệp hội các Cơ quan Quản lý Thức ăn Chăn nuôi Mỹ)
đã phê duyệt là chất phụ gia dùng trong thức ăn chăn ni, an tồn đối với người, động
vật, thực vật và mơi trường.

IV. Kết luận
Enzyme có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Trong đó việc ứng dụng
enzyme trong xử lý môi trường là một bước tiến quan trọng. Nó mở ra giải pháp mới, tích
cực, hiệu quả, có tính ứng dụng cao khi vấn đề ô nhiễm môi trường ngày càng trở nên cấp
bách và nóng bỏng hơn bao giờ hết. Tuy nhiên, nếu ta chỉ phụ thuộc vào các ứng dụng
của khoa học để giải quyết vấn đề về môi trường là chưa đủ. Ta phải nâng cao ý thức bảo
vệ môi trường của cộng đồng, mỗi người dân phải nhận thức được hành vi của mình ảnh
hưởng đến mơi trường xung quanh như thế nào, chung tay bảo vệ, giữ gìn một mơi
trường xanh, sạch, đẹp không chỉ cho hôm nay mà là cho thế hệ tương lai, cho sự phát
triển bền vững.

13

Luan van


MỤC LỤC
I.
II.

III.

IV.

Đặt vấn đề
Tổng quan
1. Khái niệm “ô nhiễm môi trường”.
2. Thực trạng ô nhiễm môi trường tại Việt Nam.
3. Cơ sở của việc ứng dụng công nghệ Enzyme
Ứng dụng của các Enzyme trong xử lý môi trường
1. Enzyme Oxidoreductase
2. Các Enzymee Hydrolase trong xử lý môi trường
a. Amylase
b. Cellulase
c. Protease
d. Các Enzyme phá hủy hợp chất chứa halogen
3. Các Enzyme khác
a. Cyanide hydratase
b. Enzyme tham gia quá trình khử độc các kim loại nặng
4. Một số thông tin mới
Kết luận

14

Luan van