THIẾT KẾ QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHẾ PHẨM VI SINH VẬT PHÂN HỦY NHỰA PE VÀ XÂY DỰNG QUY TRÌNH THÚC ĐẨY XỬ LÝ RÁC THẢI NHỰA
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.5 MB, 54 trang )
Đồ án thiết kế công nghệ sinh học
THIẾT KẾ QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHẾ PHẨM VI SINH PHÂN HỦY NHỰA PE QUY MƠ LÊN MEN 300
L/MẺ
VÀ XÂY DỰNG QUY TRÌNH
THÚC ĐẨY XỬ LÝ RÁC THẢI NHỰA
GVHD: PGS. TS Nguyễn Thúy Hương
SVTH: Nguyễn Ngọc Thanh Tâm
1
ĐẶT VẤN ĐỀ
2
ĐẶT VẤN ĐỀ
Rác thải nhựa:
•
Phân hủy chậm
•
Khơng thể phân hủy
Đe dọa đến môi trường
3
ĐẶT VẤN ĐỀ
Tác hại với mơi trường
D
Ưu điểm
•
•
•
•
•
Độ trong
g
ùn
m
lần
t
ộ
Sản lượng nhựa tăng
• Tắc nghẽn nước
• Tàn phá đất nơng nghiệp
• Động vật mắc bẫy hoặc nuốt phải
• …
Hủy hoại hệ sinh thái
5%/năm
Độ nhẹ
Độ cứng
Khả năng xử lý
Giá cả cạnh tranh
4
ĐẶT VẤN ĐỀ
•
•
Bãi chơn lấp
Xử lý khơng đúng cách
Phân hủy sinh học nhựa bằng chế phẩm vi sinh vật
Giải pháp
Hiệu quả cao
Thân thiện với môi trường
5
01
02
NỘI
DUNG
03
TỔNG QUAN
THIẾT KẾ QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHẾ PHẨM VI SINH
XÂY DỰNG QUY TRÌNH XỬ LÝ RÁC THẢI NHỰA
04
TỔNG KẾT & KIẾN NGHỊ
05
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
6
•
Tình hình sử dụng nhựa hiện nay
•
Các loại nhựa phổ biến
•
Các phương pháp xử lý rác thải nhựa
•
Xử lý rác thải nhựa bằng vi sinh vật
•
Các hướng đề tài nghiên cứu
01 TỔNG QUAN
7
TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NHỰA HIỆN NAY
500 –1000 tỷ
60 – 80%
túi PE
thải ra biển
25 triệu
tấn
TRÊN THẾ GIỚI
8
Ở VIỆT NAM
30.000 tấn nhựa/năm
Xếp thứ 20
Column1
Thải trực tiếp ra môi t rường
3,27 triệu tấn/năm
Mỗi hộ: 223 túi nilon/tháng
0.19
TP.HCM
0.81
9
CÁC LOẠI NHỰA PHỔ BIẾN
BIO-PLASTIC
LDPE
HDPE
•
•
Lực liên phân tử mạnh & độ bền kéo lớn
•
Bình sữa, thùng rác, ống nước…
•
10 – 100 năm phân hủy
•
Gồm nhựa có thể phân hủy sinh học và nhựa sinh
Độ trong suốt, độ bền xé, độ bền kéo, độ cứng và
học
độ bền hóa học, tính linh hoạt
•
•
•
Vật liệu đóng gói thực phẩm chỉ y tế, chất thay thế
Màng bao thực phẩm, khay, túi nhựa…
da…
500 – 1000 năm phân hủy
•
Vài thập kỷ để phân hủy
10
CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ RÁC THẢI NHỰA
Nhiệt phân
Chơn lấp
•
Sức chứa bãi chơn lấp có giới
•
hạn
•
Thời gian phân hủy lâu
Khí thải acid và chất phát xạ
Tái chế
•
dioxin/furan
•
Phụ gia nhựa có chứa kim loại nặng
Khó khăn vì mật độ thấp và giá
Xử lý VSV
•
nhựa
trị thấp
•
Rào cản kỹ thuật
•
Phân loại rác tại nguồn
Rút ngắn thời gian phân hủy
•
Thân thiện với mơi trường
11
TÁC NHÂN VI SINH VẬT
01
•
Vi khuẩn riêng lẻ
•
Cộng đồng vi khuẩn
(Bacillus subtilis,
02
•
Nấm chỉ phát triển trên bề mặt
nhựa (Aspergillus, Fusarium…)
03
•
Vi khuẩn hình thành màng sinh học
(Pseudomonas, Rhodococcus và
Bacillus…)
lồi Streptomyces, Rhodococcus
ruber…)
12
Pseudomonas citronellolis
Tiết ra các enzyme +
Chiếm 35% sự phân hủy PE trong mẫu lấy
từ
bãi rác thải nhựa
Tồn tại nhiều trong đất, có khả năng phân
hủy hydrocarbon & các phân tử hữu cơ
O2 từ khơng khí + UV →
oxy hóa xúc tác quang
Phân hủy 17,8% LDPE trong 4 ngày
khác
12
QUÁ TRÌNH XỬ LÝ RÁC THẢI NHỰA BẰNG VI SINH VẬT
Quá trình tiền xử lý
Thay đổi cấu trúc bề mặt
Suy thối sinh học
Hình thành màng sinh học
Content Here
Phân rã polymer
Tạo các phân tử nhỏ hơn
Content Here
& bổ sung các nhóm chức
Phân hủy sinh học
Oxy hóa n-alkan
Content Here
Đồng hóa & khống hóa
Phân hủy sinh học hiếu khí & kỵ khí
CO2, CH4, H2O
14
Q trình tiền xử lý
Chiếu tia UV
Nhiệt
Hóa chất
Biosurfactants
→ tăng tính nhạy cảm với sự
→ tăng cường khả năng phân
→ đẩy nhanh q trình phân
→ giảm tính kỵ nước của bề
phân hủy của vi sinh vật
hủy của vi sinh vật
hủy sinh học
mặt tế bào và nhựa
15
Thay đổi cấu trúc PE
Hình thành màng sinh học
•
Tiết ra các chất cao phân tử ngoại bào EPS
•
Giải phóng các hợp chất acid
Các giai đoạn của q trình hình thành màng sinh học
1
Suy thối sinh học
16
Vi sinh vật
Exoenzyme
Enzyme ngoại bào
Các sản phẩm kích
Giảm độ tinh thể hóa, độ
Bổ sung nhóm chức hoạt
thước nhỏ hơn
phân nhánh
động hóa học
2
Phân rã polymer
17
Vi sinh vật
Enzyme
Oligo và monomer
Oxy hóa n-alkan
Β oxy hóa
3
Phân hủy sinh học
18
Phân hủy sinh học hiếu khí:
Cpolymer + O2 → CO2 + H2O + Cbiomass + Cresidue
Phân hủy sinh học kỵ khí :
Cpolymer + O2 → CH4 + CO2 + H2O + Cbiomass + Cresidue
Chuyển hóa sinh học
→ sản phẩm dễ khuếch tán vào
tế bào
4
Đồng hóa & khống hóa
19
CÁC HƯỚNG ĐỀ TÀI
2016
Nhà khoa học Nhật Bản; Ideonella
Sinh viên Mỹ tìm ra 3 chủng vi khuẩn tiết
Nhà nghiên cứu Anh tìm được chủng
sakaiensis tiết 2 enzyme phân hủy PET
lipase phân hủy PET
vi khuẩn phân hủy PET trong 10 giờ
2018
2020
Các bài báo tổng quan từ những năm 1980
Các bài báo thí nghiệm phân lập và khảo sát sự phân hủy nhựa PE của vi sinh
vật
TRÊN THẾ GIỚI
20
TRÊN THẾ GIỚI
Các nghiên cứu về Pseudomonas
Kyaw và cộng sự
Bhatia và cộng sự
2014
Đánh giá sự phân hủy LDPE của chủng
2012
Đánh giá sự phân hủy LDPE của chủng
(P. aeruginosa PAO1)
(P. citronellolis EMBS027)
2002
1999
Norman và cộng sự
Tadros và cộng sự
Phân hủy trên thành phần dầu thô như nPhân hủy trên nhựa tổng hợp
alkan
21
Ở VIỆT NAM
Viện hàn lâm KH&CNVN
Lê Hải Vân,
3 chế phẩm vi sinh giúp
Nguyễn Quang Huy
đẩy nhanh quá trình phân hủy
Phân lập chủng vi khuẩn có khả năng
sinh học của một số loại
phân hủy PLA
rác thải nhựa sinh học
Đề tài khan hiếm
Chưa có nghiên cứu cơng bố chính thức về VSV có khả
2012
2019
năng phân hủy PE
22
02 THIẾT KẾ
QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHẾ PHẨM VI SIN
•
Giới thiệu chủng P. citronellolis
•
Sơ đồ quy trình
•
Thuyết minh quy trình
23
Chủng P. citronellolis
Đặc điểm sinh lý
Đặc tính
•
Dị dưỡng, khơng lên men, khơng quang hợp hoặc cố định N
•
Có mặt ở khắp nơi trong nước và đất
•
Phát triển tốt ở 37℃, tồn tại ở một khoảng nhiệt độ từ 4 -
•
Có khả năng xử lý sinh học dầu thô, hydrocarbon đơn giản,
42℃
naphthalene, toluen và các polymer kỵ nước khác
24
Sơ đồ quy trình sản xuất
chế phẩm vi sinh vật phân hủy nhựa LDPE từ P.
citronellolis
quy mô lên men 300L/mẻ
Chủng Pseudomonas citronellolis phân lập từ đất bãi rác thải được sử dụng:
•
Tốc độ phát triển nhanh
•
Có khả năng hình thành màng sinh học
•
Có khả năng phân hủy PE tốt
25
