BÁO cáo môn cơ sở SINH học TRONG xử lý CHẤT THẢI và SINH THÁI CÔNG NGHIỆP

BÁO CÁO MÔN CƠ SỞ SINH HỌC
TRONG XỬ LÝ CHẤT THẢI VÀ
SINH THÁI CÔNG NGHIỆP
Giảng viên: Nguyễn Thị Gia Hằng


SỰ PHÂN HỦY SINH HỌC
CỦA NHỰA
NHÓM THỰC HIỆN: ROOM 5
1. TRƯƠNG VĂN KHẢI

1715161

2. HUỲNH VÕ MINH THƯ

18150316

3. NGUYỄN PHAN LAM TƯỜNG

18150388

4. TRƯƠNG THỊ TUYỀN

18150390

5. PHAN BẢO NGỌC

19150400

2

Nội dung
1. CẤU TRÚC VẬT LÝ CỦA NHỰA ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG PHÂN
HỦY
2. CÁC SINH VẬT THAM GIA VÀO QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY SINH HỌC
CỦA NHỰA
3. SỰ BIẾN ĐỔI ĐA DẠNG CỦA CÁC LOẠI NHỰA
4. CÁC NGHIÊN CỨU VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA
KHẢ NĂNG PHẢN ỨNG SINH HỌC CỦA NHỰA
5. ẢNH HƯỞNG CỦA KHƠNG KHÍ VÀ HÀM LƯỢNG OXY ĐẾN SỰ PHÂN
HỦY CỦA NHỰA

3


1. CẤU TRÚC VẬT LÝ CỦA
NHỰA ẢNH HƯỞNG ĐẾN
KHẢ NĂNG PHÂN HỦY
4


“

Đã có nhiều cuộc nghiên cứu để đánh giá cấu trúc vật lý của nhựa:
 “Sự ăn mòn và thâm nhập bề mặt của cao su tự nhiên và cao su
polyisoprene tổng hợp bởi một ‘loại nấm màu đen, giống nấm men
và vi khuẩn màu hồng’.”– Nickerson (1969) cũng khẳng định.
 “Về cấu trúc vật lý của nhựa tổng hợp, mức độ tấn cơng của vi
sinh vật có thể là tác động của kích thước hạt hoặc đại phân tử hơn
là sức đề kháng nội tại.” – theo Clesceri (1996).

5


“

Qua những nghiên cứu trên có thể tóm lại một số kết luận:
 Kích thước hạt là yếu tố hạn chế ăn mịn.
 Các vi khuẩn đất hiếu khí khác nhau có thể làm suy giảm chất dẻo
tổng hợp đặc biệt là có thể phân chia kích thước tối đa.
6


“

 Sự phân hủy hiếu khí chậm của hầu hết các loại nhựa phổ biến ở dạng
màng có khả năng xảy ra nhưng có thể là màng hóa học hoặc sinh học
được sử dụng dày hơn so với được tìm thấy trong dịng MSW, điều này có
thể làm giảm bằng chứng suy giảm sinh học.
 Sự thối hóa sinh học của đất tăng lên khi tăng diện tích tiếp xúc của chất
dẻo (tức là giảm kích thước hạt).
7


2. CÁC SINH VẬT THAM GIA
VÀO QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY
SINH HỌC CỦA NHỰA


 Các sinh vật liên quan thường là vi khuẩn và
nấm.

 Trong các thử nghiệm, các điều kiện cần thiết
được tối ưu hóa cho các phản ứng hóa học liên
quan đến sự biểu hiện, tăng trưởng và tái tạo của
enzyme.
 Sự mất mát có thể được đo bằng sự sụt giảm
trọng lượng trên một đơn vị diện tích bề mặt do
sự tăng trưởng thường được diễn ra trên bề mặt
vật liệu.

Hình 1: Vi khuẩn phân hủy nhựa.
Nguồn (https://
bom.to/p6Su7BAVok02oK)

9


 Nấm là có khả năng tấn cơng các chất hóa dẻo trong nhựa, tương tự ở vi khuẩn.
 Do sự hấp thụ nước thấp của nhựa trong đất, có khả năng hầu hết các cuộc tấn
công của các vi khuẩn quan trọng trong các bãi chôn lấp sẽ chỉ xảy ra khi các
phần trong nhựa tiếp xúc mật thiết với đất ẩm hoặc nước rỉ rác.
 Các động vật gặm nhắm và côn trùng cũng là tác nhân trong việc tạo ra hạt
nhựa, giúp tăng bề mặt nhựa và giảm kích thước hạt.

10


Hình 2: Danh sách các
chủng vi sinh vật và các loại
nhựa mà chúng phân huỷ (by
Ghosh et al. 2013).

11


3. SỰ BIẾN ĐỔI ĐA DẠNG CỦA
CÁC LOẠI NHỰA


 Cấu trúc hóa học của nhựa là một yếu tố dẫn
đến sự phân hủy tương đối của vi sinh vật.
Ex: Trọng lượng phân tử tương quan với khả năng
chống lại sự tấn công của vi sinh vật và trọng
lượng nhựa thấp hơn dễ bị ảnh hưởng hơn. Điều
này đã được chứng minh ở trường hợp của
polyurethanes, polyesters và polyethylenes.
Hình 3: Cấu trúc của các loại nhựa thông thường.
(nguồn: />
13


 Các loại cao su tổng hợp thường có khả năng chống lại sự tấn công của vi sinh
vật tốt hơn.
 Tỷ lệ giữa bề mặt tiếp xúc và trọng lượng càng cao, các công thức cao su tổng
hợp sẽ bị phân hủy khi chôn lấp trong đất càng nhanh.
 Trong điều kiện yếm khí, chỉ có cao su butyl, cao su neoprene, butyl và
silicone, bị ảnh hưởng bởi vi khuẩn khử sunfat.
 Nhiều polyme tự nhiên (cao su, xenlulo, lignin…) bị tấn công bởi các sinh vật
sinh học, đặc biệt là trong điều kiện hiếu khí, chúng bao gồm vi khuẩn, nấm,
côn trùng và động vật gặm nhắm.
14

4. CÁC NGHIÊN CỨU VỀ ẢNH
HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP
KIỂM TRA KHẢ NĂNG PHẢN
ỨNG SINH HỌC CỦA NHỰA


 Jones và cộng sự (1974) đã phát triển các phương pháp kiểm tra chất dẻo (PP,
PE, PS), đặt trong môi trường đất vườn, rừng, bãi rác (độ ẩm tương đối, 20⁰C)
trong 6 tháng → Đất rừng có hoạt tính sinh học cao nhất, đất bãi rác là ít
nhất, tương ứng với hàm lượng carbon tương đối của đất.
Tốc độ phân hủy PP và PE trong đất vườn thực tế lần lượt là 11,3 và 8 năm.
 Guillet và cộng sự (1974) kiểm tra sự phân hủy của PS cho thấy rằng sự phân
hủy sinh học đã xảy ra, nhưng tốc độ xác nhận quá chậm.Ước tính tốc độ phân
hủy sinh học hoàn toàn của PS trong đất vườn (20-80 năm) và đất bùn (11-24
năm).
Thời gian thử nghiệm là yếu tố vô cùng quan trọng trong việc đánh
16
giá khả năng phân hủy sinh học của chất dẻo.




Albertsson (1988) đã tiến hành
một thử nghiệm chôn lấp đất ẩm,
có sục khí trong 10 năm, PE tiếp
xúc với ánh sáng UV trong 7 ngày
sẽ mất 0,3% trọng lượng dưới
dạng CO2 trong vịng 10 năm →

Tỷ lệ thất thốt tối đa trung bình
từ 0,02 đến 0,05% mỗi năm (cho
thấy cần 2000 đến 5000 năm để
biến mất).

Tất cả các đường
cong phân hủy sinh học
chất dẻo đều giống nhau và
sau 10 năm chỉ có thể nhìn
thấy những dấu hiệu nhỏ
về một điểm khống hóa.

17


Yabannavar và Bartha (1994) thử nghiệm với
các mẫu đất trong phịng thí nghiệm trong 3
tháng với các mẫu màng nhựa được chơn ở
điều kiện pH, độ ẩm và hiếu khí tối ưu để
phân hủy sinh học - các chỉ số CO2 đều cao
hơn giới hạn.

Hình 4: Quá trình phân hủy sinh học nhựa của vi
sinh vật.
(nguồn: />
Phép đo CO2 phát sinh từ vật liệu nhựa đang
trải qua quá trình phân hủy đã được chỉ ra là
một phương pháp tương đối đáng tin cậy để
định lượng khả năng phân hủy sinh học.
18

 Việc giảm trọng lượng của nhựa dao động trong khoảng 1.2% tới 13.1% đối với
các nguyên liệu dùng làm túi đựng rác có nguồn gốc từ 3 loại nhựa PE, một túi
mua sắm từ nhựa PE và hai loại nhựa PP và PVC dùng để bọc thực phẩm.
 Sự phân rã của các chất làm dẻo và chất độn có trong nhựa, được cho là sự
phân hủy, có thể là nguồn gốc của việc giảm trọng lượng này.
 Hầu hết ở các loại nhựa bao gồm PE và PVC thì khối lượng phân tử thay đổi
khơng đáng kể.
Thay đổi trọng lượng này được xem như là một thước đo chính xác hơn
về khả năng phân hủy sinh học.
19


 Theo quy trình thử nghiệm mới của Hiệp hội Thử nghiệm Vật liệu Hoa Kỳ
(ASTM) về khả năng phân hủy sinh học của nhựạ và các loại màng nhựa khơng
được coi là có thể phân hủy sinh học vì trọng lượng phân tử nhựa được chứng
minh là khơng có sự thay đổi, tuy nhiên chôn lấp các màng nhựa này trong hơn
12 tuần đã dẫn đến việc giảm thêm trọng lượng phân tử màng túi rác PE.
 Otake et al. (1995) đã kết luận rằng: Cơng trình của Albertsson et al. (1988) là
quá ngắn để ước tính tuổi thọ phân hủy sinh học thực tế của LDPE và cho rằng
các thử nghiệm phân hủy sinh học cấp tốc không thể áp dụng trong những
trường hợp như vậy.
20


5. ẢNH HƯỞNG CỦA KHƠNG
KHÍ VÀ HÀM LƯỢNG OXY
ĐẾN SỰ PHÂN HỦY CỦA
NHỰA

 Q trình oxy hóa nhựa có thể xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt trong quá trình
đốt cháy.
 Trong điều kiện oxy có hạn thì có thể hạn chế hoặc nâng cao mức độ tấn công
của các chất phản ứng khác nhau.
 “Đối với vi khuẩn sự hiện hiện của hàm lượng oxy chỉ dùng để hạn chế các loại
vi khuẩn có thể phát triển, đồng thời nitrate và sulfate trở thành chất nhận điện
tử cho vi khuẩn khử nitrate và sulfat thay cho oxy.” - Hawkins (1972) nhận xét.

22


 Nồng độ CO2 tăng cao so với khơng khí có thể
làm giảm tỷ lệ phân hủy của nhựa đã được phát
hiện ở các bãi chôn lấp thông thường.
 Vi khuẩn khử sulfate có thể phát triển trên các
vật liệu hữu cơ phức tạp và ăn mịn thép, do đó
chúng có thể giúp ích trong việc phân hủy các
chất dẻo trong các bãi chôn.”
 Scott (1992) cho biết về cơ bản thì nhựa khá là
“trơ” trong các bãi chơn.

Hình 5: Hình thái của chai nhựa khi
quá trình phân hủy diễn ra. (Nguồn:
/>
23


24