Bé khoa häc vµ c«ng nghÖ
viÖn n¨ng l−îng nguyªn tö viÖt nam
------------------------------------------------------
B¸o c¸o tæng kÕt
®Ò tµi khoa häc c«ng nghÖ cÊp bé
2005 - 2006
nghiªn cøu chÕ t¹o vËt liÖu polymer kh©u m¹ch bøc
x¹ hÊp phô thuèc nhuém mµu vµ chÕ phÈm cè ®Þnh vi
sinh vËt cã kh¶ n¨ng ph©n gi¶i mét sè chÊt h÷u c¬
g©y « nhiÔm m«i tr−êng.
C¬ quan chñ tr×: ViÖn Khoa Häc vµ Kü ThuËt H¹t Nh©n
Chñ nhiÖm ®Ò tµi: Th.S. NCVC NguyÔn V¨n Toµn
6679
23/11/2007
Hµ Néi, Th¸ng 07/2007
Danh s¸ch c¸c c¸n bé tham gia thùc hiÖn ®Ò tµi
1. TS. §Æng §øc NhËn
ViÖn Khoa häc vµ Kü thuËt H¹t Nh©n
2. Th.s. Lª thÞ §Ýnh
nt
3. CN. NguyÔn V¨n BÝnh
nt
4. CN. NguyÔn Thuý B×nh
nt
5. KS. NguyÔn §×nh D−¬ng
nt
6. CN. NguyÔn M¹nh Hïng
nt
7. TS. §ç ThÞ Tè Uyªn
ViÖn C«ng NghÖ Sinh Häc
8. TS. Ng« §×nh Quang BÝnh
nt
9. CN. Lª Kh−¬ng Thuý
nt
2
MôC LôC
§Ò môc Ng−êi tham gia
Môc lôc
C¸c tõ viÕt t¾t
PhÇn I - më ®Çu
PhÇn II - Lý thuyÕt, tæng quan
1. C«ng nghÖ bøc x¹
2. Nhu cÇu vµ biÖn ph¸p xö lý th¶i
3. Vai trß cña vi sinh vËt trong xö lý n−íc th¶i
4. øng dông c«ng nghÖ bøc x¹ trong c¶i biÕn chÕ t¹o vËt liÖu
4.1. C¬ së øng dông c«ng nghÖ bøc x¹ c¶i biÕn vµ chÕ t¹o vËt liÖu
4.2. C¬ chÕ hÊp phô chÊt mµu cña vËt liÖu kh©u m¹ch
5. Mét sè ph−¬ng ph¸p xö lý th¶i theo nguyªn t¾c
sinh häc th−êng ®−îc ¸p dông
6. HiÖn tr¹ng xö lý n−íc th¶i « nhiÔm mµu t¹i ViÖt nam
PhÇn III - vËt liÖu vµ ph−¬ng ph¸p
1.VËt liÖu
2. Ph−¬ng ph¸p
2.1.T¹o vËt liÖu Polymer kh©u m¹ch hÊp phô thuèc nhuém mµu
2.2. C¸c vËt liÖu cè ®Þnh vi sinh vËt
2.3. X¸c ®Þnh ®é tr−¬ng vµ hµm l−îng gel cña vËt liÖu kh©u m¹ch
2.4. X¸c ®Þnh kh¶ n¨ng hÊp phô mµu cña vËt liÖu
2.5. Ph©n lËp, tuyÓn chän vµ nh©n gièng c¸c chñng vi sinh vËt
cã kh¶ n¨ng hÊp phô vµ ph©n huû thuèc nhuém mµu.
2.6. T¹o chÕ phÈm cè ®Þnh vi sinh vËt
2.7. X¸c ®Þnh Nitrate trong n−íc
2.8. §o Amoni NH3- N trong n−íc:
2.9. X¸c ®Þnh kh¶ n¨ng hÊp phô vµ ph©n gi¶i chÊt nhuém mµu
cña chÕ phÈm cè ®Þnh vi sinh vËt.
2.10. Dùng ®−êng chuÈn hµm l−îng chÊt nhuém mµu
2.11. T−¬ng quan chuyÓn ®æi hÖ sè ®o mg/l vµ CU
phÇn IV- kÕt qu¶ vµ th¶o luËn
1. VËt liÖu kh©u m¹ch bøc x¹
2. VËt liÖu thu thËp
2.1. VËt liÖu kh©u m¹ch ®−îc chÕ t¹o t¹i ViÖn NLNT
2.2. Tinh bét kh©u m¹ch- TBKM
2.3. H¹t läc n−íc
3. X¸c ®Þnh ®é tr−¬ng, hµm l−îng gel vµ dung l−îng
hÊp phô chÊt nhuém mµu cña c¸c vËt liÖu chÕ t¹o vµ thu thËp.
4. C¸c yÕu tè ¶nh h−ëng tíi kh¶ n¨ng hÊp phô chÊt nhuém mµu
cña c¸c vËt liÖu ®· tuyÓn chän: TBKM vµ vËt liÖu HN2
4.1.Tinh bét kh©u m¹ch TBKM
trang.
2
3
5
8
11
11
12
15
27
27
30
32
34
36
36
36
36
38
38
39
39
40
41
42
42
43
43
45
45
46
46
46
47
49
51
51
3
4.1.1 ¶nh h−ëng cña pH tíi kh¶ n¨ng hÊp phô cña TBKM
4.1.2. ¶nh h−ëng cña hµm l−îngTBKM
4.1.3. ¶nh h−ëng cña thêi gian xö lý
4. 2. VËt liÖu kh©u m¹ch- HN2:
4.2.1. ¶nh h−ëng cña liÒu x¹ tíi hµm l−îng gel vµ ®é tr−¬ng
cña vËt liÖu kh©u m¹ch HN2.
4.2.2. ¶nh h−ëng cña hµm l−îng HN2
4.2.3. ¶nh h−ëng cña pH
4.2.4. ¶nh h−ëng cña thêi gian xö lý
5. Kh¶ n¨ng hÊp phô thuèc nhuém mµu cña vËt liÖu
®· tuyÓn chän TBKM vµ HN2 trong n−íc th¶i
6. Gi¶i hÊp thô thuèc nhuém mµu ®Ó t¸i sö dông vËt liÖu
6.1. Sù hÊp phô thuèc nhuém mµu
6.2. Gi¶i hÊp phô thuèc nhuém mµu
7. Ph©n lËp, tuyÓn chän vµ nh©n gièng vi sinh vËt cã kh¶ n¨ng
ph©n huû thuèc nhuém mµu
8. Kh¶ n¨ng hÊp phô mµu cña tËp hîp chñng vi sinh vËt
9. T¹o chÕ phÈm cè ®Þnh vi sinh vËt
10. Kh¶ n¨ng hÊp phô vµ ph©n gi¶i chÊt nhuém mµu cña vËt liÖu vµ
chÕ phÈm vi sinh
Sù ph©n gi¶i chÊt mµu
11. Kh¶ n¨ng hÊp phô vµ ph©n gi¶i chÊt nhuém mµu trong n−íc th¶i
12. øng dông thùc tÕ vµ ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng øng dông thùc tÕ
12.1. Xö lý n−íc th¶i cña c¸c x−ëng nhuém lôa V¹n Phóc Hµ §«ng
12.1.1. Xö lý trong phßng thÝ nghiÖm
12.1.2. Xö lý n−íc th¶i t¹i x−ëng nhuém cña lµng nghÒ V¹n Phóc
12.2. Xö lý n−íc th¶i XÝ nghiÖp nhuém C«ng ty dÖt 8 – 3
12.2.1. Xö lý trong phßng thÝ nghiÖm
12.2.2. Xö lý n−íc th¶i t¹i XÝ nghiÖp nhuém C«ng ty dÖt 8-3
12.3. §¸nh gi¸ kh¶ n¨ng øng dông thùc tÕ cña vËt liÖu kh©u m¹ch
HN2; TBKM vµ chÕ phÈm cè ®Þnh vi sinh HN2.vs; TBKM.vs.
12.4. Quy tr×nh kü thuËt xö lý n−íc th¶i cã chøa thuèc nhuém mµu
51
52
53
54
54
56
56
58
58
59
59
60
63
64
65
67
69
74
75
75
75
77
78
78
81
85
87
PhÇn V - KÕt luËn
Phô Lôc
90
93
Tµi liÖu tham kh¶o
100
4
C¸c tõ viÕt t¾t
TT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Ký hiÖu
PVA
PEO
CMC
Ct
Cts
CMCts
HPA
EB
RP
HN2
11
HN2.vs
12
13
TBKM
TBKM.vs
14
HL0
15
HL1
16
HL1.vs
17
18
SG1, SG2,
SG3
CU
19
20
21
NAD+
NADH
NADP+
22
23
24
25
26
NADPH
CoA
FAD
FADH2
FMN
Chó thÝch
Polyvinyl alcohol
Polyethylene oxide
Carboxylmethyl cellulose
Chitin
Chitosan
Carboxymethyl Chitosan
Hydrolyzed PolyAcrylamide
Eriochrome Blue - SE (C16 H9 Cl N2 Na O9 S2)
Red Phenol (C19 H14 O5 S)
VËt liÖu kh©u m¹ch bøc x¹ t¹o tõ hçn hîp PVA 5% Starch 5% – PEO 0,5% - HPA 3% - chitosan 1% - Borax
0,1%, chiÕu x¹ 5 kGy trªn nguån 60 Co.
VËt liÖu HN2 cè ®Þnh c¸c chñng vi sinh ph©n lËp ®−îc tõ
n−íc th¶i vµ dung dÞch RP bÞ nhiÔm vi sinh.
Tinh bét kh©u m¹ch
Tinh bét kh©u m¹ch cè ®Þnh c¸c chñng vi sinh ph©n lËp
®−îc tõ n−íc th¶i vµ dung dÞch RP bÞ nhiÔm vi sinh.
H¹t läc n−íc ch−a bäc mµng cña ViÖn C«ng nghÖ Sinh
häc cung cÊp
H¹t läc n−íc HL0 ®· bäc mµng bao b»ng hèn hîp dung
dÞch t¹o vËt liÖu kh©u mach HN2 ®· chiÕu x¹
HL1 cè ®Þnh c¸c chñng vi sinh ph©n lËp ®−îc tõ n−íc
th¶i vµ dung dÞch RP bÞ nhiÔm vi sinh
VËt liÖu kh©u m¹ch do Trung T©m nghiªn cøu vµ triÓn
khai C«ng nghÖ Bøc x¹ Tp. Hå ChÝ Minh cung cÊp
(colour units): §¬n vÞ ®o mÇu trong dung dÞch cã nång
®é kh«ng x¸c ®Þnh. Trong dung dÞch mÇu ®¬n (vÝ dô
dung dÞch mµu RP) biÕt chÝnh x¸c nång ®é: 1mg/l t−¬ng
®−¬ng 5000 CU.
Nicotinamide-adenine-dinucleotide (d¹ng oxy ho¸)
Nicotinamide-adenine-dinucleotide (d¹ng khö)
Nicotinamide-adenine-dinucleotide-phosphate (d¹ng oxy
ho¸)
Nicotinamide-adenine-dinucleotide-phosphate(d¹ng khö)
Coenzyme A
Flavinadenine dinucleotide
Flavinadenine dinucleotide (d¹ng khö)
Flavin mononucleotide
5
Nghiªn cøu chÕ t¹o vËt liÖu polymer kh©u m¹ch bøc x¹
hÊp phô thuèc nhuém mµu vµ chÕ phÈm cè ®Þnh vi sinh
vËt cã kh¶ n¨ng ph©n gi¶i mét sè chÊt h÷u c¬ g©y «
nhiÔm m«i tr−êng.
NguyÔn V¨n Toµn, §Æng §øc NhËn, Lª thÞ §Ýnh, TrÇn B¨ng DiÖp, NguyÔn Thuý B×nh,
NguyÔn v¨n BÝnh, NguyÔn Manh Hïng.
ViÖn Khoa Häc vµ Kü ThuËt H¹t Nh©n, ViÖn NLNTVN.
C¸c chÊt nhuém mµu cña nghµnh c«ng nghiÖp s¬n, trang trÝ néi thÊt vµ indÖt-nhuém lµ mét trong nh÷ng nguån g©y « nhiÔm m«i tr−êng, ®éc h¹i cho ng−êi
vµ ®éng vËt. HiÖn nay c¸c biÖn ph¸p xö lý chÝnh ®èi víi lo¹i chÊt g©y « nhiÔm nµy
lµ c«ng nghÖ hÊp phô, ph©n huû vµ chuyÓn ho¸ chóng thµnh c¸c chÊt Ýt ®éc h¬n.
ChÊt hÊp phô chÝnh hiÖn nay sö dông lµ than ho¹t tÝnh, nh−ng hiÖu suÊt hÊp phô
cña chÊt hÊp phô nµy thÊp, mÆt kh¸c nã l¹i kh«ng chøa c¸c nhãm chøc ®Æc biÖt
nh− methylcarboxy (-CH2COO-) hay nhãm amin (-NH2) cã kh¶ n¨ng tham gia vµo
c¸c ph¶n øng hÊp phô hay cè ®Þnh bæ sung lµm t¨ng hiÖu qu¶ xö lý. C«ng nghÖ bøc
x¹ hiÖn ®ang ®−îc coi lµ c«ng nghÖ s¹ch vµ ®−îc øng dông trong nhiÒu ngµnh kinh
tÕ trong ®ã cã ngµnh chÕ t¹o vµ c¶i biÕn vËt liÖu nh»m t¹o ra c¸c vËt liÖu cã tÝnh
n¨ng ®Æc biÖt nh− cã ®é tr−¬ng n−íc cao, bÒn c¬ häc, dÎo, bÒn trong m«i tr−êng cã
d¶i pH réng... dïng trong n«ng nghiÖp, t¹o mµng bao b¶o qu¶n qu¶ t−¬i, hÊp phô
kim lo¹i nÆng, cè ®Þnh vi sinh xö lý m«i tr−êng. Trong nghiªn cøu nµy, ¸p dông
ph−¬ng ph¸p chiÕu x¹ gamma chÕ t¹o vËt liÖu vµ chÕ phÈm cè ®Þnh vi sinh cã kh¶
n¨ng hÊp phô, phÈn gi¶i chÊt nhuém mµu cã trong n−íc th¶i cña c«ng ty dÖt ®·
®−îc thùc hiÖn. VËt liÖu kh©u m¹ch bøc x¹ HN2 ®−îc chÕ t¹o tõ c¸c polyme tù
nhiªn (tinh bét, chitosan) vµ polyme tæng hîp lµ PVA, PEO, HPA, vËt liÖu cã ®é
tr−¬ng kho¶ng 100 g/g vµ cã kh¶ n¨ng hÊp phô chÊt nhuém mµu trong dung dÞch
còng nh− trong n−íc th¶i cña c«ng ty nhuém (hÊp phô Red phenol vµ Erichome
Blue SE trªn 20mg/g vËt liÖu vµ kho¶ng 80 % l−îng mµu trong n−íc th¶i). ChÕ
phÈm cè ®Þnh vi sinh HN2 vµ TBKM.vs ®−îc chÕ t¹o tõ vËt liÖu HN2, tinh bét
kh©u m¹ch-TBKM vµ c¸c chñng vi sinh ph©n lËp tõ n−íc th¶i vµ dung dÞch Red
phenol nhiÔm vi sinh. C¸c chÕ phÈm HN2.vs vµTBKM.vs cã kh¶ n¨ng hÊp phô vµ
ph©n gi¶i mµu trong dung dÞch còng nh− trong n−íc th¶i (hÊp phô Red phenol vµ
Erichome Blue SE trªn 20ml/g vËt liÖu vµ kho¶ng 80 % l−îng mµu trong n−íc th¶i)
Tõ kho¸: C«ng nghÖ bøc x¹, kh©u m¹ch, cè ®Þnh vi sinh, chiÕu x¹ gamma
6
Studying induction of radiation crosslinking materials for
dyes absorption and microorganisms immobilization
products for organic pollutant degradation
Toan Nguyen Van, Nhan Dang Duc. Dinh Le Thi, Diep Tran Bang, Binh Nguyen Thuy,
Binh Nguyen Van, Hung Nguyen Van.
Institute for Nuclear Science and Techniques
Dyes used in paint, interior decoration and textile industries are organic
compounds causing environmental pollution and harm to human and animals.
Adsorption, degradation and transformation are applied for treating these organic
compounds. Commonly used adsorbent is activated charcoal, but its adsorption
capacity is restricted. On the other hand there are no special functional groups such
as methylcarboxy (-CH2COO-) or amin (-NH2), in active charcoal. These groups
could take part in adsorption or immobilization so that it could increase the
treatment productivity. Radiation technology has been considered to be a clear
technology that is applied in many fields. Among other radiation induced
crosslinking of polymer materials to improve its physical properties such as
swelling, flexibility and stability under a wide range of pH, appears to be of
important practical application. The crosslinking materials with functional groups
could be applied in agriculture, preservation of fresh fruits, heavy metal
adsorption, and environmental treatment. In this study, application of gamma
irradiation to make crosslinking materials for the immobilization of microorganism
to absorb and degrade dyes in wastewater of textile factories has been carried out.
HN2 material is made from natural polymers (starch, chitosan) and synthetic
polymer (PVA, PEO, and HPA) irradiated with 5 kGy in the air. The swell
capacity of the material is about 100g/g. The material can absorb Red phenol or
Eriochrome Blue SE dyes from wastewater of textile factories with a capacity
about 20mg/g. Microorganism immobilization HN2.vs and TBKM.vs the products
are produced from HN2, TBKM by immobilized the trains of microorganisms that
isolated from wastewater of textile factories and red phenol solution. These
products can absorb and degrade of dyes in solution and wastewater of textile
factories (absorption capacity of Red phenol and Eriochrome Blue SE is over
20ml/g products and about 80 % amount of dye in wastewater).
Key words: Radiation technology, crosslinking, immobilization, gamma irradiation
7
PhÇn I- më ®Çu
1. §Æt vÊn ®Ò
HiÖn nay khoa häc vµ kü thuËt hiÖn ®¹i ®ang ®−îc øng dông m¹nh mÏ
trong mäi lÜnh vùc kinh tÕ x· héi, y tÕ vµ c«ng, n«ng nghiÖp nh»m phôc vô
vµ n©ng cao hiÖu qu¶ kinh tÕ, ®êi sèng con ng−êi. Nh−ng ®iÒu ®ã còng ®Æt ra
cho con ng−êi nhiÒu vÊn ®Ò nan gi¶i cÇn ph¶i gi¶i quyÕt. Mét trong nh÷ng
vÊn ®Ò ®ã lµ « nhiÔm m«i tr−êng do c¸c lo¹i khÝ th¶i, r¸c th¶i, n−íc th¶i cña
c¸c ngµnh kinh tÕ c«ng nghiÖp, n«ng nghiÖp vµ y tÕ céng ®ång ®−a vµo m«i
tr−êng.
Cã rÊt nhiÒu ph−¬ng ph¸p kh¸c nhau xö lý gi¶m thiÓu vµ lo¹i bá c¸c
chÊt « nhiÔm nh− kim lo¹i nÆng, hîp chÊt phenolic, thuèc nhuém khái chÊt
th¶i láng ®· ®−îc nghiªn cøu vµ øng dông. Cã thÓ chia thµnh 3 nhãm chÝnh:
ph−¬ng ph¸p xö lý vËt lý, ph−¬ng ph¸p ho¸ häc vµ ph−¬ng ph¸p sinh häc.
Ph−¬ng ph¸p vËt lý cã nhiÒu −u ®iÓm trong viÖc lo¹i bá c¸c t¹p chÊt cã kÝch
th−íc lín, ph−¬ng ph¸p ho¸ häc th−êng ®−îc ¸p dông ®Ó t¸ch vµ lo¹i bá c¸c
chÊt « nhiÔm dÔ ph©n huû. Ph−¬ng ph¸p xö lý sinh häc th−êng ®−îc dïng ®Ó
chuyÓn ho¸ c¸c chÊt « nhiÔm ®éc h¹i thµnh d¹ng kh«ng ®éc, biÖn ph¸p xö lý
kÕt hîp nhiÒu ph−¬ng ph¸p cã hiÖu qu¶ xö lý cao h¬n nhiÒu so víi c¸c biÖn
ph¸p xö lý riªng lÎ tõng ph−¬ng ph¸p.
C«ng nghÖ bøc x¹ ®ang ®−îc øng dông trong nhiÒu lÜnh vùc kh¸c nhau,
trong ®ã cã lÜnh vùc s¶n xuÊt vµ biÕn tÝnh vËt liÖu, ®Æc biÖt lµ vËt liÖu polyme
nh»m t¹o ra c¸c vËt liÖu míi cã nh÷ng tÝnh n¨ng ®Æc biÖt phï hîp cho tõng
nhu cÇu sö dông, trªn c¬ së t¸c dông cña tia bøc x¹ polyme ho¸ c¸c monome
mµ kh«ng cÇn ph¶i dïng c¸c ho¸ chÊt, phô gia g©y ®éc cho ng−êi sö dông vµ
m«i tr−êng. C¸c vËt liÖu cã ®é tr−¬ng n−íc kh¸c nhau, cã kh¶ n¨ng tù ph©n
huû sinh häc, ®Æc biÖt c¸c vËt liÖu cßn cã kh¶ n¨ng hÊp phô rÊt cao c¸c chÊt
v« c¬ hay h÷u c¬ g©y « nhiÔm m«i tr−êng nh− chÊt nhuém mµu trong n−íc
th¶i cña c¸c nhµ m¸y dÖt nhuém, da giµy hay s¬n tæng hîp. HoÆc lµm gi¸ thÓ
cè ®Þnh c¸c chñng vi sinh vËt trong s¶n xuÊt thuèc trõ s©u sinh häc hay c¸c
chñng vi sinh vËt cã kh¶ n¨ng hÊp phô vµ ph©n huû c¸c chÊt nhuém mµu
trong xö lý n−íc th¶i chøa chÊt nhuém mµu nghµnh c«ng nghiÖp dÖt,
Sù ph¸t triÓn kinh tÕ x· héi n−íc ta trong thêi gian gÇn ®©y ®· g©y «
nhiÔm nghiªm träng kh«ng khÝ, ®Êt vµ c¸c nguån n−íc, ®Æc biÖt trong c«ng
nghiÖp chÕ biÕn thùc phÈm, trong s¶n xuÊt c«ng nghiÖp vµ trang trÝ, c¸c chÊt
mµu lµ mét trong nh÷ng nguån g©y « nhiÔm chÊt h÷u c¬ ®éc h¹i ®èi víi m«i
tr−êng sinh th¸i, g©y ®éc cho ng−êi vµ ®éng vËt. V× vËy tuú thuéc vµo b¶n
chÊt nguån th¶i vµ chÊt « nhiÔm mµ c¸c biÖn ph¸p xö lý kh¸c nhau ®· ®−îc
¸p dông, nh»m lo¹i bá c¸c chÊt nhuém mµu vµ c¸c chÊt th¶i kh¸c ra khái
n−íc th¶i tr−íc khi th¶i vµo m«i tr−êng. BiÖn ph¸p xö lý chÝnh ®èi víi c¸c
hîp chÊt mµu nµy lµ hÊp phô, ph©n huû hoÆc chuyÓn ho¸ chóng thµnh d¹ng Ýt
®éc h¬n. Nh−ng nÕu chØ sö dông c¸c d¹ng vËt liÖu th«ng th−êng nh− than
ho¹t tÝnh kÕt hîp mét sè chÊt xóc t¸c kh¸c ®Ó khö ®éc vµ hÊp phô mµu th×
hiÖu suÊt xö lý kh«ng cao kh«ng triÖt ®Ó. Do diÖn tÝch riªng bÒ mÆt cña than
8
ho¹t tÝnh thÊp vµ b¶n th©n nã kh«ng cã nh÷ng nhãm chøc ®Æc biÖt nh−
methylcarboxyl –CH2COO- hay nhãm amin -NH2 cã kh¶ n¨ng tham gia vµo
c¸c ph¶n øng hÊp phô hay cè ®Þnh bæ sung vµ lµm t¨ng hiÖu qu¶ xö lý. V×
vËy cÇn cã c¸c d¹ng vËt liÖu kh¸c cã c¸c tÝnh n¨ng −u viÖt h¬n, kh¶ n¨ng hÊp
phô cao h¬n ®Ó xö lý « nhiÔm m«i tr−êng mµ quan träng lµ « nhiÔm c¸c chÊt
nhuém mµu.
KÕt qu¶ nghiªn cøu cña ®Ò tµi cÊp Bé do TS §Æng ®øc NhËn chñ tr×
n¨m 2004 ®· t¹o ra vËt liÖu polyme kh©u m¹ch bøc x¹ trªn c¬ së chiÕu x¹
kh©u m¹ch dung dÞch hçn hîp PVA- PEO- Tinh bét, vËt liÖu nµy cã ®é bÒn
c¬ lý tèt, cã kh¶ n¨ng hÊp phô chÊt nhuém mµu nh−ng hiÖu suÊt cßn thÊp,
kh¶ n¨ng t¸i sö dông thÊp. Do ®ã cÇn nghiªn cøu c¶i tiÕn chÊt l−îng cña vËt
liÖu nh»m t¹o ra mét vËt liÖu cã kh¶ n¨ng hÊp phô mµu, cã c¸c ®Æc tÝnh c¬ lý
tèt h¬n vµ thÝch hîp cho viÖc xö lý n−íc th¶i cã chøa chÊt nhuém mµu.
Ngoµi ra còng cÇn nghiªn cøu kh¶o s¸t t¹o chÕ phÈm cè ®Þnh vi sinh vËt cã
kh¶ n¨ng hÊp phô vµ ph©n huû mét sè hîp chÊt h÷u c¬ dÔ ph©n huû nh− chÊt
tÈy röa hay khã ph©n huû nh− chÊt nhuém mµu cã trong n−íc th¶i. ChÊt
nhuém mµu rÊt bÒn v÷ng trong m«i tr−êng do cÊu tróc ph©n tö bao gåm
nhiÒu vßng nh©n th¬m nªn viÖc nghiªn cøu ®Ó t×m ra biÖn ph¸p ph©n huû nã
lµ rÊt cÇn thiÕt, vi sinh vËt ph¶i ph¸ vì ®−îc chuçi liªn kÕt hydratcacbon cña
m¹ch ph©n tö vµ sö dông cacbon nh− nguån nguyªn liÖu cho sù sinh tr−ëng
ph¸t triÓn cña m×nh.
Trªn c¬ së nh÷ng thµnh c«ng ®· ®¹t ®−îc vµ nhu cÇu cÊp thiªt cña thùc
tÕ, ®Ò tµi: “Nghiªn cøu chÕ t¹o vËt liÖu polyme kh©u m¹ch bøc x¹ hÊp phô
chÊt nhuém mµu vµ chÕ phÈm cè ®Þnh vi sinh vËt cã kh¶ n¨ng ph©n gi¶i
mét sè chÊt h÷u c¬ g©y « nhiÔm m«i tr−êng ” xin ®−îc ®¨ng ký vµ thùc
hiÖn víi môc ®Ých chÝnh lµ t¹o ®−îc vËt liÖu polyme kh©u m¹ch bøc x¹ phï
hîp lµm vËt liÖu hÊp phô chÊt nhuém mµu vµ chÕ phÈm cè ®Þnh vi sinh vËt cã
kh¶ n¨ng hÊp phô vµ ph©n huû mµu cao sö dông trong xö lý n−íc th¶i chøa
chÊt nhuém mµu ngµnh c«ng nghiÖp dÖt.
2. Môc tiªu
• T¹o ®−îc vËt liÖu polyme kh©u m¹ch bøc x¹ cã dung l−îng hÊp phô
chÊt nhuém mµu cao.
• T¹o ®−îc chÕ phÈm cè ®Þnh vi sinh vËt cã kh¶ n¨ng hÊp phô vµ ph©n
gi¶i mèt sè hîp chÊt h÷u c¬ khã ph©n huû nh− chÊt nhuém mµu cã
trong n−íc th¶i.
• §¸nh gi¸ kh¶ n¨ng øng dông c¸c s¶n phÈm trªn xö lý thùc tÕ n−íc th¶i
cã chøa chÊt nhuém mµu cña C«ng ty Nhuém Hµ Néi
• X©y dùng quy tr×nh kü thuËt xö lý n−íc th¶i chøa chÊt nhuém mµu
3. C¸c néi dung nghiªn cøu chÝnh
3.1. C¶i tiÕn chÊt l−îng vËt liÖu polyme kh©u m¹ch bøc x¹ ®· chÕ t¹o trong
n¨m 2004.
9
3.2. Thu thËp vµ tiÕn hµnh thÝ nghiÖm so s¸nh víi mét vµi lo¹i vËt liÖu
polyme ®· chÕ t¹o t¹i ViÖn NLNTVN nh»m chän ra mét vËt liÖu thÝch
hîp nhÊt cho nghiªn cøu xö lý n−íc th¶i « nhiÔm chÊt nhuém mµu.
3.3. X¸c ®Þnh kh¶ n¨ng hÊp phô chÊt nhuém mµu cña vËt liÖu ®· chän trong
dung dÞch chÊt nhuém mµu.
3.4. X¸c ®Þnh kh¶ n¨ng hÊp phô chÊt nhuém mµu cña vËt liÖu ®· chän trong
n−íc th¶i cã chøa chÊt nhuém mµu.
3.5. BiÖn ph¸p gi¶i hÊp phô chÊt nhuém mµu ®Ó t¸i sö dông vËt liÖu.
3.6. Ph©n lËp vµ tuyÓn chän chñng vi sinh vËt cã kh¶ n¨ng thÝch nghi víi
m«i tr−êng cã nång ®é chÊt nhuém mµu cao.
3.7. X¸c ®Þnh kh¶ n¨ng hÊp phô vµ ph©n huû chÊt nhuém mµu cña chñng vi
sinh vËt ®· ph©n lËp ®−îc.
3.8. T¹o mµng bao polyme sinh häc trªn bÒ mÆt h¹t läc n−íc dïng lµm vËt
liÖu cè ®Þnh chñng vi sinh vËt ®· ph©n lËp.
3.9. T¹o chÕ phÈm cè ®Þnh vi sinh vËt
3.10. §¸nh gi¸ kh¶ n¨ng hÊp phô vµ ph©n huû c¸c chÊt nhuém mµu cña chÕ
phÈm cè ®Þnh vi sinh vËt trong dung dÞch chÊt nhuém mµu.
3.11. §¸nh gi¸ kh¶ n¨ng hÊp phô vµ ph©n huû c¸c chÊt nhuém mµu cña chÕ
phÈm cè ®Þnh vi sinh vËt trong n−íc th¶i cã chøa chÊt nhuém mµu
3.12. Xö lý thùc tÕ n−íc th¶i chøa chÊt nhuém mµu cña C«ng Ty Nhuém Hµ
néi b»ng vËt liÖu polyme kh©u m¹ch bøc x¹ vµ chÕ phÈm cè ®Þnh vi sinh
®· chÕ t¹o. Qui tr×nh kü thuËt xö lý n−íc th¶i cã chøa chÊt nhuém mµu.
4. Thêi gian thùc hiÖn: 24 th¸ng
5. §¬n vÞ thùc hiÖn: Trung T©m An Toµn Bøc x¹ vµ M«I Tr−êng, ViÖn
Khoa Häc vµ Kü ThuËt H¹t Nh©n
6. Nguån kinh phÝ vµ møc kinh phÝ ®−îc cÊp:
Nguån kinh phÝ: Tõ ng©n s¸ch nhµ n−íc
Møc kinh phÝ ®−îc cÊp: 250.000.000 VND (hai tr¨m n¨m m−¬i triÖu ®ång)
10
PhÇn II – lý thuyÕt, tæng quan
1. C«ng nghÖ bøc x¹
C«ng nghÖ bøc x¹ ®ang dÇn trë thµnh mét ph−¬ng ph¸p tiªn tiÕn øng
dông trong nhiÒu ngµnh kinh tÕ kh¸c nhau nh− khö trïng dông cô y tÕ, thanh
trïng h¶i s¶n, b¶o qu¶n l−¬ng thùc, thùc phÈm, c¶i biÕn vµ chÕ t¹o vËt liÖu
øng dông trong y tÕ, c«ng n«ng nghiÖp ... C«ng nghÖ nµy ®−îc coi lµ c«ng
nghÖ s¹ch kh«ng g©y bÊt kú s¶n phÈm phô cã h¹i cho ng−êi s¶n xuÊt, tiªu
dïng vµ ®Æc biÖt kh«ng g©y « nhiÔm m«i tr−êng [2][3][4][6]…
øng dông c«ng nghÖ bøc x¹ trong c¸c lÜnh vùc kinh tÕ vµ khoa häc
®Òu dùa vµo b¶n chÊt vµ n¨ng l−îng cña tia bøc x¹ bao gåm bøc x¹ ion ho¸
vµ kh«ng ion ho¸, còng nh− b¶n chÊt vµ tÝnh chÊt c¬ ho¸ lý, vËt lý vµ sinh
häc cña vËt liÖu ®Ó c¶i biÕn hay t¹o vËt liÖu míi cã nh÷ng tÝnh n¨ng phï hîp
h¬n víi nh÷ng nhu cÇu øng dông thùc tÕ vµ tõng nghiªn cøu cô thÓ.
Tõ nh÷ng polymer tù nhiªn hay tæng hîp, b»ng c«ng nghÖ bøc x¹ ng−êi
ta cã thÓ t¹o ra rÊt nhiÒu lo¹i vËt liÖu polyme cã ®Æc tÝnh kh¸c nhau trªn c¬
së c¸c ph¶n øng ho¸ bøc x¹ x¶y ë vËt liÖu d−íi t¸c dông cña tia bøc x¹. VËt
liÖu cã thÓ bÞ c¾t m¹ch, kh©u m¹ch hay ghÐp m¹ch tuú theo møc n¨ng l−îng
cña tia bøc x¹, b¶n chÊt vµ tr¹ng th¸i cña vËt liÖu [2][3][4][6][7]. C¸c polyme
tù nhiªn nh− tinh bét, cellulose, alginat, chitosan, carageenan...khi chiÕu x¹ ë
tr¹ng th¸i kh« sÏ x¶y ra hiÖu øng c¾t m¹ch. Nh−ng khi chiÕu x¹ trong m«i
tr−êng láng, ®Æc biÖt khi ë tr¹ng th¸i hå ®Æc trong ®iÒu kiÖn cã ch©n kh«ng
th× cã thÓ x¶y ra hiÖu øng kh©u m¹nh hoÆc ghÐp m¹ch gi÷a c¸c polyme cïng
lo¹i víi nhau hoÆc víi c¸c polyme kh¸c lo¹i trong hçn dÞch, nhê cã sù hç trî
cña c¸c gèc tù do lµ s¶n phÈm x¹ ly n−íc trong qu¸ tr×nh chiÕu x¹ [4][7]. Tõ
®ã vËt liÖu t¹o ra rÊt ®a d¹ng, phong phó víi nh÷ng ®Æc tÝnh kh¸c nhau phï
hîp víi môc ®Ých vµ nhu cÇu cña s¶n xuÊt, øng dông hay nghiªn cøu, ®ã cã
thÓ lµ vËt liÖu tr−¬ng dïng tr÷ n−íc cho nh÷ng vïng kh« h¹n, lµ vËt liÖu siªu
hÊp phô dïng xö lý n−íc th¶i « nhiÔm kim lo¹i nÆng, dÇu th« hay « nhiÔm
chÊt nhuém mµu …[2][3][4][6][22][23]
Ch−¬ng tr×nh hîp t¸c nghiªn cøu vÒ xö lý bøc x¹ polysaccharide biÓn
gi÷a VNLNT ViÖt Nam vµ VNLNT NhËt B¶n ®· thµnh c«ng trong viÖc xö lý
bøc x¹ lµm t¨ng ho¹t tÝnh kh¸ng khuÈn, kh¸ng nÊm cña chitosan, t¨ng ho¹t
tÝnh kÝch thÝch sinh tr−ëng cña alginate. Ngoµi ra h−íng nghiªn cøu biÕn tÝnh
vËt liÖu t¹o ra mét sè lo¹i vËt liÖu ®a nhãm chøc hÊp phô kim lo¹i nÆng tõ
chitosan, tinh bét vµ acid acrylic còng ®· ®−îc øng dông trong xö lý n−íc
th¶i, lµm s¹ch m«i tr−êng. Nh− nghiªn cøu cña Masao Kunioka chÕ t¹o vËt
liÖu siªu hÊp thô n−íc cã ®é tr−¬ng 3500 lÇn khi chiÕu x¹ PGA (PolyƔ
glutamic axit) ®−îc tæng hîp tõ c¸c Bacterial Polyamino axit khi chiÕu x¹ 19
kGy hay 200 lÇn khi chiÕu x¹ 100 kGy dung dÞch PGA 2 % t¹o ra tõ Bacillus
subrilis vµ chØ cÇn vµi ppm cña hydrogel PGA lµ cã thÓ lµm mÊt ®é ®ôc cña
n−íc. T¹o Hydrogel tr−¬ng n−íc tõ PEO, PVA, cña Fumico Yoshii, khi
11
chiÕu x¹ dung dÞch PEO 15% ë 40 – 60 kGy ®¹t ®é tr−¬ng 20 lÇn. Hay
hydrogel tõ hçn hîp dung dÞch PVA - Tinh bét- CMC ®¹t ®é tr−¬ng 50 lÇn
khi chiÕu liÒu 25 kGy vµ hydrogel t¹o ra khi chiÕu x¹ dung dÞch CMS 15%
víi liÒu 3 kGy ®¹t ®é tr−¬ng 500 lÇn cña F. Yoshii, T. Kume.
2. Nhu cÇu vµ c¸c biÖn ph¸p xö lý th¶i:
Thùc tÕ cho thÊy cã qu¸ nhiÒu chÊt th¶i ch−a qua xö lý ®−îc th¶i ra
m«i tr−êng, g©y « nhiÔm nghiªm träng m«i tr−êng sinh th¸i vµ ®iÒu kiÖn
sèng cña con ng−êi, ®ã lµ c¸c lo¹i khÝ ®éc h¹i CO2, CO, SO2,... c¸c hîp chÊt
mµu, c¸c d¹ng phenolic vµ c¸c hîp chÊt h÷u c¬ ®éc h¹i. Trong ngµnh c«ng
nghiÖp dÖt, tuú theo c«ng ®o¹n vµ ph−¬ng ph¸p c«ng nghÖ sö dông, n−íc th¶i
cã chøa nhiÒu chÊt « nhiÔm kh¸c nhau, ®¸ng chó ý lµ c¸c c«ng ®o¹n tÈy
tr¾ng vµ nhuém mÇu. N−íc th¶i cã chøa mì tõ sîi, mét phÇn nhá c¸c hîp
chÊt lignin, hydrat cacbon vµ c¸c chÊt tÈy, cã thÓ cã c¸c hîp chÊt clo h÷u c¬
rÊt ®éc, c¸c chÊt nhuém mÇu vµ mét sè l−îng ho¸ chÊt nh− Na2C03, KOH,
Na0H, c¸c muối thiosulphit, thiosulphat, axit axetic, c¸c hãa chất kh¸c sử
dụng làm ổn định màu. Nång ®é mµu trong n−íc th¶i th−êng tõ 10 ®Õn
200mg/l vµ cã thÓ cao h¬n, ®a sè n−íc th¶i cña c¸c xÝ nghiÖp vµ c¸c c¬ së
s¶n xuÊt dÖt nhuém th−êng chØ míi ®−îc xö lý phæ biÕn nhÊt lµ b»ng ph−¬ng
ph¸p pha lo·ng ®Ó gi¶m nång ®é mµu nh−ng l¹i lµm t¨ng thÓ tÝch dung dÞch
n−íc th¶i ph¶i xö lý [8][9][10][11][12].
PhÇn lín c¸c chÊt mµu trong c«ng nghiÖp dÖt nhuém (kho¶ng trªn
50% c¸c chÊt mµu th−¬ng m¹i) ®Òu cã chøa nhãm Azo (- N = N -), cã thÓ lµ
1 (monoazo) còng cã thÓ chøa 2; 3 nhãm azo (di – triazo) hoÆc hiÕm h¬n lµ 4
nhãm azo (polyazo), c¸c nhãm liªn kÕt azo nµy th−êng g¾n víi 1 hoÆc 2 gèc
tù do (th−êng lµ 2) A vµ E chøa c¸c vßng nh©n th¬m, gèc A chøa c¸c nhãm
nhËn ®iÖn tö, gèc E chøa c¸c nhãm cho ®iÖn tö, ®Æc biÖt lµ c¸c nhãm
Hydroxy vµ Amino. [14]
A–N=N-E
Cã thÓ ph©n c¸c lo¹i chÊt nhuém mµu thµnh c¸c nhãm chÝnh:
* ChÊt nhuộm hoạt tính: Các loại chÊt nhuộm thuộc nhóm này có công thức
cấu tạo tổng quát là S-F-T-X trong đó: S là nhóm làm cho chÊt nhuộm có
tính tan; F là phần mang mầu thường là các hợp chất Azo (-N=N-),
antraquinon, axit chứa kim loại hoặc ftaloxiamin, T là gốc mang nhóm phản
ứng, X là nhóm phản ứng.
* ChÊt nhuộm trực tiếp: Đ©y là nhãm chÊt nhuộm bắt màu trực tiếp với xơ
sợi kh«ng qua giai đoạn xử lý trung gian, thường sử dụng để nhuộm sợi
100% cotton, sợi protein (tơ tằm) và sợi poliamid, phần lớn chÊt nhuộm trực
tiếp cã chứa azo (mono, di and poliazo) và một số là dẫn xuất của dioxazin.
Ngoài ra, trong chÊt nhuộm cßn cã chứa c¸c nhãm làm tăng độ bắt mầu như
triazin và salicilic axit cã thể tạo phức với c¸c kim loại để tăng độ bền màu.
* ChÊt nhuộm hoàn nguyªn: ChÊt nhuộm hoàn nguyªn gồm 2 nhãm chÝnh:
Nhãm đa vßng cã chứa nh©n antraquinon và nhãm indigoit cã chứa nh©n
12
indigo. C«ng thức tổng qu¸t là R= C- 0; trong đã, R là c¸c hợp chất hữu cơ
nh©n thơm, đa vßng.
* ChÊt nhuộm ph©n t¸n: Nhãm chÊt nhuộm này cã cấu tạo ph©n tử từ gốc
azo và antraquinon và c¸c nhãm amin (NH2, NHR, NR2, NR-OH), dïng chủ
yếu để nhuộm c¸c loại sợi tổng hợp (sợi axetat, sợi polieste…) kh«ng ưa
nước.
* ChÊt nhuộm lưu huỳnh: Là nhãm chÊt nhuộm chứa mạch dÞ h×nh như
tiazol, tiazin… trong đã cã cầu nối -S-S- dïng để nhuộm c¸c loại sợi cotton
và viscose.
* ChÊt nhuộm axit: C¸c chÊt mµu cã tÝnh acid (Acid Dyes), là c¸c muối
sulfonat của c¸c hợp chất hữu cơ kh¸c nhau cã c«ng thức là R-SO3Na, phÇn
lín tan trong n−íc, tÝnh tan ®ã phô thuéc sù tån t¹i cña c¸c nhãm sulphonic
acid (SO3H) th−êng ë d¹ng muèi (– SO3Na) ph©n bè trong cÊu tróc cña ph©n
tö, khi tan trong nước ph©n ly thành nhãm R-SO3 mang mầu. C¸c chÊt
nhuộm này thuộc nhãm mono, diazo và c¸c dẫn suất của antraquinon, triaryl
metan…
* Thuốc in, nhuộm pigmen: Cã chứa nhãm azo, hoàn nguyªn đa vßng,
ftaoxianin, dẫn suất của antraquinon…
Nãi chung c¸c chÊt mµu bao gåm 2 thµnh phÇn chÝnh:
- Auxochrome (electron donor, ChÊt cho e).
- Chromogen (electron acceptor, chÊt nhËn e): ®iÒu hoµ tÝnh tan vµ t¹o mµu
s¾c, gåm c¸c vßng nh©n th¬m chøa c¸c nhãm sinh mµu (chromophore),
Chromophore sinh ra mµu nhê kh¶ n¨ng thay ®æi tÇn sè hÊp thô trong vïng
¸nh s¸ng nh×n thÊy, cÊu tróc cña mét sè nhãm sinh mµu th−êng gÆp lµ [14]:
CÊu tróc mét sè nhãm sinh mµu th−êng gÆp
nitroso
nitro
NO hoÆc (=N-OH)
NO2 hoÆc (=N-OOH)
nhãm azo
-N=N-
nhãm ethylene
-C=C-
nhãm cacbonyl
-C=O-
nhãm cacbon-nitrogen
-C=NH-, -CH=N-
nhãm cacbon-sulphur
-C=S; -C-S-S-C-
C¸c chÊt nhuém mµu cã mµu s¾c kh¸c nhau do trong cÊu tróc ph©n tö cã
chøa c¸c nhãm sinh mµu kh¸c nhau nªu trªn, v× vËy khi lµm ®øt hoÆc thay
®æi c¸c liªn kÕt h×nh thµnh c¸c chromophore sÏ lµm thay ®æi mµu s¾c hoÆc
lµm mÊt mµu cña cña c¸c chÊt nhuém mµu. [14]
Bëi vËy cã nhiÒu lo¹i h×nh c«ng nghÖ xö lý m«i tr−êng ®−îc thö nghiÖm
®Ó gi¶i quyÕt vÊn ®Ò « nhiÔm, ®ã lµ ph−¬ng ph¸p vËt lý b»ng c¸ch läc,
13
ph−¬ng ph¸p ho¸ häc sö dông c¸c Fentons Reagent (H2O2 + Fe(II) salts),
ph−¬ng ph¸p sinh häc chuyÓn ho¸ c¸c chÊt « nhiÔm ®éc h¹i thµnh d¹ng
kh«ng ®éc, vµ c¸c biÖn ph¸p kÕt hîp cña nhiÒu ph−¬ng ph¸p ®Ó lµm t¨ng
hiÖu qu¶ cña c¸c ph−¬ng ph¸p xö lý riªng biÖt [14][15][16][17][24][25][28].
Nh−ng kh«ng dÔ dµng ®Ó ®¹t ®−îc kÕt qu¶ mong muèn lµ t¸ch bá « nhiÔm
mµu cña n−íc th¶i, bëi xö lý b»ng c¸c ph−¬ng ph¸p riªng lÎ hiÖu suÊt xö lý
kh«ng cao, th−êng ph¸t sinh rÊt nhiÒu khã kh¨n trong qu¸ tr×nh xö lý. Thùc
chÊt cã 2 c¸ch ®Ó gi¶i quyÕt vÊn ®Ò « nhiÔm mµu lµ h¹n chÕ th¶i vµ xö lý
th¶i, h¹n chÕ th¶i môc ®Ých lµ gi¶m nång ®é mµu vµ thÓ tÝch th¶i b»ng c¸ch
t¸i chÕ chÊt mµu, chÊt bæ trî vµ n−íc, cßn xö lý th¶i lµ t¸ch vµ loaÞ bá chÊt
mµu vµ c¸c hîp chÊt kh«ng thÓ t¸i chÕ [14][15][16][17][24][25][28].
ViÖc t¸i chÕ n−íc cã thÓ ®¹t ®−îc b»ng c¸ch t¸ch mµu vµ phô gia khái
dung dÞch, th−êng b»ng ph−¬ng ph¸p vËt lý läc hoÆc hÊp phô, kü thuËt läc
thÝch hîp lµ thÈm thÊu ng−îc, cßn hÊp phô chÊt mµu cã thÓ b»ng c¸c vËt liÖu
hÊp phô nh− than ho¹t tÝnh hoÆc c¸c vËt liÖu cellulose, chuyÓn c¸c thµnh
phÇn bÞ nhuém mµu thµnh d¹ng r¾n cã thÓ t¸i chÕ hoÆc ®em ch«n nh− chÊt
th¶i r¾n. §ång thêi c¸c ph−¬ng ph¸p ho¸ häc còng ®−îc sö dông nh− dïng
c¸c chÊt ®«ng tô lµm ®«ng kÕt c¸c chÊt mµu vµ t¸ch khái dung dÞch th¶i ë
d¹ng hå ®Æc, trong mét sè tr−êng hîp vµ ph−¬ng ph¸p nhuém ng−êi ta cã thÓ
t¸i sö dông c¸c chÊt mµu t¸i chÕ, nh−ng ®©y lµ biÖn ph¸p miÔn c−ìng vµ m¹o
hiÓm ¶nh h−ëng tíi chÊt l−îng s¶n phÈm. Bëi vËy cÇn cã mét biÖn ph¸p sinh
häc xö lý hoµn thiÖn chÊt mµu trong n−íc th¶i, khö mµu vµ khãang ho¸ c¸c
chÊt mµu h÷u c¬ thµnh c¸c hîp chÊt v« c¬ nh− CO2, CH4 vµ n−íc nhê ho¹t
®éng hÊp thô vµ ph©n huû chÊt mµu cña c¸c chñng vi sinh vËt hiÕu khÝ - kþ
khÝ sèng trong m«i tr−êng n−íc th¶i, mÆc dï b¶n chÊt cña qu¸ tr×nh khö mµu
vµ kho¸ng ho¸ chÊt mµu cßn ch−a ®−îc kh¼ng ®Þnh [9][10][11] [14].
Th«ng th−êng viÖc xö lý th¶i víi hy väng khö mµu cña c¸c chÊt mµu
cã thÓ tiÕn hµnh b»ng c¸c ph−¬ng ph¸p ho¸ häc vµ sinh häc, ph−¬ng ph¸p
ho¸ häc cã thÓ bao gåm c¸c kü thuËt oxy ho¸ nh− dïng ozon lµm g·y c¸c
cÇu nèi ®«i cña chÊt mµu vµ ph−¬ng ph¸p chiÕu x¹ tö ngo¹i kÕt hîp víi H2O2
lµm ®øt g·y c¸c nhãm azo cña chÊt mµu azo [14]. Cßn ph−¬ng ph¸p sinh häc
cã thÓ lµ ph−¬ng ph¸p xö lý riªng biÖt hoÆc kÕt hîp c¶ hai pha xö lý hiÕu khÝ
vµ kþ khÝ. Nh−ng c¸c nghiªn cøu gÇn ®©y ®Òu cho thÊy chØ cã kÕt hîp c¶ 2
pha xö lý hiÕu khÝ vµ kþ khÝ trong ph−¬ng ph¸p xö lý sinh häc míi ®ñ kh¶
n¨ng ®Ó khö mµu vµ kho¸ng ho¸ chÊt mµu ngµnh c«ng nghiÖp dÖt (Haug et
al., 1991) [14]. ThuËn lîi c¬ b¶n cña ph−¬ng ph¸p sinh häc lµ hiÖu qu¶ kinh
tÕ, gi¸ thµnh gi¶m rÊt nhiÒu so víi ph−¬ng ph¸p ho¸ häc ph¶i lu«n cÇn mét
l−îng lín c¸c chÊt ho¸ häc nh− chÊt ®«ng tô hay H2O2 [9][10][11] [14].
C«ng nghiÖp dÖt sö dông rÊt nhiÒu lo¹i chÊt nhuém mµu kh¸c nhau,
kÐo theo « nhiÔm nghiªm träng bëi c¸c chÊt mµu vµ phô gia cã trong n−íc
th¶i. V× vËy, nÕu chØ dïng nh÷ng chÊt hÊp phô nh− than ho¹t tÝnh hay c¸c vËt
liÖu hÊp phô th«ng th−êng ®Ó xö lý th× kh«ng thÓ ®¹t hiÖu qu¶ cao vµ ch−a
triÖt ®Ó mµ cÇn ph¶i cã c¸c s¶n phÈm hÊp phô cã kh¶ n¨ng hÊp phô mµu cao,
diÖn tÝch riªng bÒ mÆt lín. §Æc biÖt lµ c¸c vËt liÖu hoÆc chÕ phÈm nµy cã thÓ
14
cã kh¶ n¨ng bÎ g·y c¸c ph©n tö mµu thµnh c¸c thµnh phÇn kh«ng mµu vµ
kh«ng ®éc h¹i trong qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ cña vËt chÊt th× míi gi¶i quyÕt
triÖt ®Ó vÊn ®Ò « nhiÔm mµu [14][15][16][17][24][25][30][31][37][44]. Mét
sè nghiªn cøu vÒ c«ng nghÖ sinh häc còng ®−îc ¸p dông vµo xö lý th¶i cña
c¸c nhµ m¸y giÊy, dÖt nhuém, xö lý cÆn dÇu hoÆc c¸c vô trµn dÇu b»ng c¸c
chñng vi sinh cã kh¶ n¨ng ph©n huû c¸c m¹ch hydrate cacbon vµ chuyÓn ho¸
thµnh nguån thøc ¨n vµ n¨ng l−îng cho vi sinh vËt.
[14][15][16][17][19][20][37][42][44].
3. Vai trß cña vi sinh vËt trong xö lý n−íc th¶i
NhiÒu c«ng tr×nh nghiªn cøu ®· chøng minh [9][10][11][13][14][45]:
- C¸c tÕ bµo vi sinh vËt vµ nÊm cã thÓ ®−îc sö dông nh− c¸c chÊt hÊp
thô gi¸ rÎ nh»m t¸ch c¸c chÊt nhuém mµu ra khái dung dÞch, ®Æc biÖt lµ c¸c
tÕ bµo nÊm Myrotherium verrucaria cã kh¶ n¨ng hÊp thô mµu tan trong n−íc
cao h¬n rÊt nhiÒu so víi c¸c chÊt hÊp phô th«ng th−êng nh− than ho¹t tÝnh.
Tuy nhiªn kh«ng ph¶i mäi chñng vi sinh vËt hay nÊm ®Òu cã kh¶ n¨ng hÊp
thô vµ ph©n huû tÊt c¶ c¸c lo¹i chÊt mµu v× nh− Hu (1992) [14] khi nghiªn
cøu kh¶ n¨ng hÊp thô vµ ph©n huû cña 22 dßng nÊm men vµ 25 dßng vi sinh
vËt ®èi víi 4 chÊt nhuém mµu xanh, 3 chÊt nhuém mµu ®á, 2 chÊt nhuém
mµu tÝm, 2 chÊt nhuém mµu vµng cho thÊy chØ cã 15 chñng cã kh¶ n¨ng khö
mµu cña chÊt nhuém mµu ®á trong kho¶ng 8 ngµy. Víi riªng chñng
Aeromonas sp, cã thÓ khö mµu cña chÊt nhuém mµu ®á trong 6 ngµy nªn
th−êng ®−îc sö dïng trong rÊt nhiÒu thÝ nghiÖm nghiªn cøu kh¶ n¨ng hÊp thô
vµ ph©n huû c¸c chÊt nhuém mµu. Cßn víi c¸c chÊt nhuém xanh ho¹t tÝnh,
vµng vµ ®á kh¸c chØ ®−îc khö mµu mét phÇn khi bÞ hÊp thô bëi sinh khèi
Aeromonas sp. Kh¶ n¨ng hÊp thô ®Æc biÖt cña tÕ bµo vi sinh vËt th−êng lín
nhÊt ë giai ®o¹n ®Çu cña chu kú sinh tr−ëng vµ theo Hu (1992)[14] vÞ trÝ hÊp
thô chñ yÕu ®èi víi chÊt mµu nh− Procion Red G lµ chitin trong vá tÕ bµo vi
sinh vËt cña sinh khèi Aeromonas, dung l−îng hÊp thô cña sinh khèi ®èi víi
Procion Red G lµ 27,41 mg/g tÕ bµo kh« víi hiÖu suÊt t¸ch mµu lµ 60%.
Theo Mou (1991) vµ Brahimi-Horn (1992)[14], nÊm Myrothecium
verrucaria hÊp thô mµu rÊt tèt ®èi víi 3 chÊt mµu Orange II, RS (H/C) vµ 10
B (H/C) ë c¶ tr¹ng th¸i tÜnh vµ ®éng, nh−ng tr¹ng th¸i tÜnh kh«ng ®¹t hiÖu
qu¶ cao nh− tr¹ng th¸i ®éng hay khi cã oxy trong qu¸ tr×nh khö mµu, dung
l−îng hÊp thô cña tÕ bµo nÊm ®èi víi chÊt mµu RS lµ 4g/10kg tÕ bµo ë d¹ng
−ít. Sau khi hÊp thô, mµu liªn kÕt trªn c¸c tÕ bµo dÇn biÕn mÊt sau kho¶ng 1
tuÇn hoÆc l©u h¬n chøng tá cã sù ph©n huû sinh häc chÊt mµu, møc ®é ph©n
huû phô thuéc vµo cÊu tróc chÊt mµu [14]. C¬ chÕ ®Ó chÊt mµu cã thÓ liªn kÕt
víi nÊm Myrothecium verrucaria ®−îc Brahimi-Horn (1992) [14] cho r»ng
mét phÇn chÊt mµu cã thÓ thÈm thÊu qua mµng vµo hÊp thô bªn trong tÕ bµo,
nh−ng phÇn lín hÊp thô bªn ngoµi trªn phÇn chitin cña v¸ch tÕ bµo t¹i c¸c
t©m ho¹t tÝnh lµ c¸c nhãm amine NH2 vµ OH. [15][18][20][32][35][41][44].
15
- §a sè c¸c chñng vi sinh vËt cã kh¶ n¨ng ph©n huû mµu (®Æc biÖt lµ
chÊt mµu monoazo) ®Òu lµ c¸c chñng sèng ®éc lËp trong ®iÒu kiÖn hiÕu khÝ
hoÆc kþ khÝ kh«ng b¾t buéc nh− Bacillus, Pseudomonas, Aeromonas [2]
[13][14][45]. §©y lµ c¸c chñng vi sinh vËt rÊt phæ biÕn, linh ho¹t vµ ®a
n¨ng, th−êng ®−îc sö dông trong nhiÒu thÝ nghiÖm nghiªn cøu hÊp thô vµ
ph©n huû c¸c hîp chÊt mµu azo kh«ng cã s½n trong tù nhiªn. GÇn ®©y, c¸c
nghiªn cøu cè ®Þnh vi sinh, cè ®Þnh enzym ®Ó lµm t¨ng hiÖu qu¶ cña ph−¬ng
ph¸p xö lý sinh häc ®−îc øng dông nhiÒu trong xö lý r¸c th¶i vµ n−íc th¶i «
nhiÔm mµu vµ c¸c chÊt h÷u c¬ ®éc h¹i. Tuy nhiªn ph−¬ng ph¸p nµy cã h¹n
chÕ lµ thêi gian lµm s¹ch t−¬ng ®èi dµi th−êng ph¶i tõ 5 ®Õn 10 ngµy, nh−
nghiªn cøu vÒ sù ph©n huû sinh häc cña phenols vµ cyanides khi sö dông
mµng polyacrylonitrile ®−îc cè ®Þnh hçn hîp c¸c chñng vi sinh vËt dßng
Agrobacterium radiobacter, Staphylococcus seiuri vµ Pseudomonas
diminuta cã kh¶ n¨ng ph©n huû phenol vµ cyanide lµ 36 vµ 20,6% theo thø
tù, cña M. Kowalska [2][13][14][45].
ChÝnh møc ®é sulphonate ho¸ cña c¸c chÊt mµu azo lµm t¨ng kh¶ n¨ng
tan trong n−íc nh−ng lµm gi¶m kh¶ n¨ng c¸c hîp chÊt ®ã hÊp thô vµ th©m
nhËp qua v¸ch tÕ bµo vµ lµm h¹n chÕ sù ph©n huû hiÕu khÝ chÊt mµu [14]. VÞ
trÝ cña c¸c nhãm sulphonic acid vµ träng l−îng ph©n tö cña chÊt mµu, cÊu
tróc cña chÊt mµu vµ kh¶ n¨ng tan trong n−íc lµ nguyªn nh©n chÝnh ng¨n c¶n
c¸c chÊt mµu azo bÞ hÊp thô vµ ph©n huû sinh häc bëi vi sinh vËt. Ph¶n øng
oxy ho¸ khö lµm ®øt g·y liªn kÕt azo cña qu¸ tr×nh khö mµu dÔ dµng x¶y ra
trong ®iÒu kiÖn kþ khÝ nh−ng l¹i rÊt h¹n chÕ trong ®iÒu kiÖn hiÕu khÝ [14.p 26]. Nh−ng cã mét sè lo¹i nÊm nh− Phanerochaete chrysosporium l¹i cã kh¶
n¨ng ph©n huû mét sè l−îng lín c¸c chÊt mµu ë ®iÒu kiÖn hiÕu khÝ, PastiGrigsby et al., 1992. [14]. Theo Pasti-Grigsby nÊm P. chrysosporium cã thÓ
khö mµu vµ ph©n huû 3 chÊt mµu polymeric (Poly B, Poly R and Poly Y)
b»ng qu¸ tr×nh trao ®æi thø cÊp. §Çu tiªn sù khö mµu bÞ k×m h·m do N cña
chÊt dinh d−ìng h÷u c¬ tån t¹i trong n−íc th¶i, qu¸ tr×nh khö mµu chØ b¾t
®Çu khi N trong m«i tr−êng ®· bÞ sö dông hÕt vµ vi sinh vËt rÊt cÇn oxy ®Ó
t¹o ra vµ kÝch ho¹t hÖ xóc t¸c cho qu¸ tr×nh khö mµu. Cripps (1990) [14]
còng cho r»ng nÊm P. chrysosporium cã thÓ khö mµu cña 3 chÊt mµu azo
Tropeolin O, Orange II and Congo Red vµ chÊt mµu dÞ vßng (Azure B), cÊu
tróc c¸c chÊt mµu ¶nh h−ëng tíi møc ®é khö mµu vµ chÊt mµu dÞ vßng dÔ bÞ
khö mµu bëi nÊm h¬n trong khi Congo red lµ chÊt mµu phæ biÕn h¬n l¹i khã
hoµn thiÖn qu¸ tr×nh khö mµu ngay c¶ sau khi ñ 10 ngµy [14].
16
. - T¶o ®¬n bµo (Algae) còng cã thÓ ph©n huû vµ sö dông c¸c chÊt mµu azo
nh− nguån cacbon vµ nitrogen cho sinh tr−ëng vµ ph¸t triÓn. Jinqui vµ
Houtian (1992) [14] khi thÝ nghiÖm víi Chlorella pyrenoidosa, C. vulgaris
vµ Oscillateriatenui ®Ó khö mµu 30 chÊt mµu azo th× 14 chÊt cã ®é khö mµu
lµ 50% hoÆc cao h¬n. KÕt qu¶ còng chØ ra r»ng sù khö mµu liªn quan trùc
tiÕp tíi cÊu tróc ph©n tö cña chÊt mµu azo, chÊt mµu azo víi nhãm -OH hoÆc
-NH2 dÔ bÞ ph©n huû h¬n c¸c nhãm methyl, methoxy, sulpho hoÆc nitro [14].
Eriochrome Blue SE lµ chÊt mµu azo vµ còng dÔ dµng bÞ ph©n huû bëi algae,
qu¸ tr×nh ph©n huû liªn quan tíi ho¹t ®éng trao ®æi chÊt cña t¶o vµ sau khi bÞ
khö mµu, chÊt mµu sÏ bÞ t¶o kho¸ng ho¸ thµnh c¸c hîp chÊt v« c¬ nh−
cacbon vµ n¨ng l−îng [14]. C¸c enzyme reductase còng tham gia vµo qu¸
tr×nh khö liªn kÕt azo ®Ó h×nh thµnh c¸c thµnh phÇn tæng hîp nªn c¸c amin
th¬m mµ sau ®ã bÞ kho¸ng ho¸ bíi agae. Nh− vËy t¶o cã liªn quan gi¸n tiÕp
tíi sù ph©n huû c¸c hîp chÊt h÷u c¬ b»ng c¸ch cung cÊp oxy qua qu¸ tr×nh
quang tæng hîp ®Ó lµm t¨ng kh¶ n¨ng ph©n huû cña vi sinh vËt dÞ d−ìng sèng
trong m«i tr−êng n−íc th¶i [8][9][10][11][13][14].
HÇu hÕt c¸c thÝ nghiÖm nghiªn cøu sù ph©n huû kþ khÝ c¸c chÊt mµu
mµ chñ yÕu lµ mµu azo th−êng sö dông c¸c chñng vi sinh vËt ®¬n, nh− c¸c
chñng Bacillus vµ Pseudomonas, Aeromonas…C¸c chñng vi sinh vËt nµy
®−îc thÊy ho¹t ®éng rÊt tèt trong ph©n huû kþ khÝ cña ®a sè c¸c chÊt mµu
[8][9][10][11][13][14] lµm ®øt g·y c¸c liªn kÕt azo ®Ó h×nh thµnh c¸c s¶n
phÈm lµ c¸c amine th¬m sÏ ®−îc kho¸ng ho¸ trong pha ph©n huû hiÕu khÝ.
Khi nghiªn cøu ho¹t ®éng ph©n huû mµu azo cña c¸c chñng Bacillus
®èi víi hçn hîp dung dÞch mµu bao gåm CI Acid Red 14, CI Acid Orange 7
and CI Acid Black 1, Wilcox [14] cho r»ng Bacillus khö mµu rÊt tèt c¸c chÊt
mµu ®á vµ ®en nh−ng l¹i kh«ng quan s¸t thÊy sù khö mµu ®èi víi chÊt mµu
da cam cßn l¹i. Cho thÊy ë d¹ng hçn hîp c¸c chÊt mµu bÞ ph©n huû bëi vi
sinh vËt hiÖu qu¶ h¬n lµ khi c¸c chÊt mµu ë d¹ng dung dÞch ®¬n, vi sinh vËt
còng kh«ng thÓ chØ dïng c¸c chÊt mµu nh− nguån cacbon vµ n¨ng l−îng duy
nhÊt mµ ®ßi hái ph¶i cã sù bæ sung nguån dinh d−ìng trong ho¹t ®éng ph©n
gi¶i mµu [14].
Wuhrmann khi nghiªn cøu qu¸ tr×nh khö kþ khÝ chÊt mµu azo ®−îc
dïng trong c«ng nghiÖp dÖt cña chñng Bacillus cereus t¸ch tõ ®Êt còng cho
thÊy vi khuÈn cã kh¶ n¨ng khö mµu th«ng qua khö liªn kÕt azo. Nh−ng sù
khö mµu cña c¸c chÊt mµu nµy sÏ kh«ng xÈy ra khi thiÕu v¾ng cacbon
(glucose), cho thÊy glucose rÊt cÇn thiÕt ®Ó duy tr× tr¹ng th¸i trao ®æi chÊt
cña vi khuÈn t¹o ra c¸c s¶n phÈm lµ Flavin rÊt cÇn cho qu¸ tr×nh khö mµu
[14]. Sù thÈm thÊu cña chÊt mµu vµo trong tÕ bµo vi khuÈn ®−îc coi lµ yÕu tè
giíi h¹n chÝnh cho hiÖu suÊt khö mµu vµ theo Meschner vµ Wuhrmann
(1982) tÝnh thÊm nµy cã thÓ ®−îc t¨ng lªn khi bæ sung toluen vµo hÖ thèng
xö lý vµ lµm t¨ng hiÖu suÊt hÊp thô ®èi víi chÊt mµu azo bÞ sulphonate vµ
carboxylate tõ m«i tr−êng bªn ngoµi vµo tÕ bµo vi khuÈn [14].
17
Trong c¸c chñng vi sinh vËt ®−îc sö dông ®Ó nghiªn cøu sù khö mµu
cña c¸c chÊt mµu azo th× Pseudomonas sp vµ Aeromonas sp lµ c¸c chñng vi
sinh vËt phæ biÕn nhÊt, dÔ thÝch nghi vµ thÝch hîp cho nghiªn cøu sù ph©n
huû cña c¸c hîp chÊt mµu azo kh«ng cã s½n trong tù nhiªn. Nh÷ng kÕt qu¶
nghiªn cøu sù ph©n huû c¸c chÊt mµu azo CI Acid Orange 12, CI Acid
Orange 20 and CI Acid Red 88 bëi chñng vi sinh vËt Pseudomonas cepacia
13NA cña Ogawa (1990) [14] cho thÊy ë pha ®Çu tiªn cña qu¸ tr×nh xö lý,
hµm l−îng c¸c chÊt dinh d−ìng cã s½n trong hÖ thèng xö lý lµm t¨ng nhanh
tËp hîp chñng vi sinh vËt vµ lµm t¨ng sè l−îng vi sinh vËt cã kh¶ n¨ng ph©n
huû chÊt mµu azo. ë c¸c pha tiÕp theo khi hµm l−îng c¸c chÊt dinh d−ìng ®·
bÞ h¹n chÕ do vi sinh vËt sö dông ®Ó sinh tr−ëng vµ ph¸p triÓn buéc vi sinh
vËt ph¶i tiªu ho¸ c¸c chÊt mµu azo cho sù sinh tr−ëng cña m×nh, tøc lµ c¸c
chÊt mµu azo chØ bÞ ph©n huû ë ®iÒu kiÖn khi hµm l−îng c¸c chÊt dinh d−ìng
tù nhiªn cã s½n trong hÖ thèng xö lý bÞ h¹n chÕ, bÞ thiªó hay ®· bÞ sö dông
hÕt bëi vi sinh vËt [14]. KÕt qu¶ nµy cho thÊy qu¸ tr×nh ph©n gi¶i c¸c chÊt
mµu azo lu«n ®ßi hái ph¶i cung cÊp thªm cacbon ®Ó duy tr× ho¹t ®éng trao
®æi chÊt cña tËp hîp chñng vi sinh vËt khi ph©n huû chÊt mµu. Ogawa and
Yatome (1990) [14] khi sö dông chñng vi sinh vËt P. cepacia 13NA cè ®Þnh
trªn gel K-carrageenan ®Ó t¸ch mµu vµ c¸c hîp chÊt h÷u c¬ khái n−íc th¶i
cho thÊy r»ng ë ngay pha ®Çu tiªn cña qu¸ tr×nh xö lý, c¸c chÊt h÷u c¬ tù
nhiªn cã s½n trong n−íc th¶i ®−îc −u tiªn xö lý tr−íc, khi ®ã cã sù t¨ng lªn
vÒ hµm l−îng sinh khèi vi sinh vËt. Tuy nhiªn còng cã mét l−îng nhá chÊt
mµu bÞ ph©n huû, chøng tá l−îng chÊt mµu nµy ®· bÞ ph©n huû bíi c¸c tÕ bµo
vi sinh vËt ®ang bÞ ®ãi. V× vËy giai ®o¹n ®Çu cña qu¸ tr×nh ph©n huû mµu, khi
mµ hµm l−îng dinh d−ìng trong hÖ thèng xö lý qu¸ cao rÊt phï hîp cho sù
sinh tr−ëng lµm t¨ng sè l−îng tÕ bµo vi sinh vËt, chØ ë c¸c giai ®o¹n sau khi
mµ hµm l−îng dinh d−ìng thÊp ®i do bÞ vi sinh vËt sö dông míi phï hîp víi
ho¹t ®éng dÞ hãa ph©n huû chÊt mµu cña vi sinh vËt. V× vËy viÖc xö lý c¸c
chÊt mµu bëi hÖ thèng sinh häc ph©n gi¶i hiÕu khÝ – kþ khÝ ph¶i cÇn mét thêi
gian nhÊt ®Þnh, cã thÓ lµ 20 giê hoÆc h¬n nh−ng ®Ó ®¹t hiÖu qu¶ cao nhÊt cÇn
duy tr× thêi gian xö lý dµi h¬n, th−êng tõ 5 ®Õn 10 ngµy [14]. Sù khö mµu ®Æc
tr−ng cho b−íc ®Çu tiªn cña qu¸ tr×nh ph©n huû, kÕt qu¶ lµ t¹o ra c¸c s¶n
phÈm lµ c¸c amine th¬m vµ ®Ó kho¸ng ho¸ ®−îc c¸c hîp chÊt th¶i th× vi sinh
vËt ph¶i ph©n huû ®−îc c¸c amine ®· ®−îc t¹o ra [14]. HiÖu suÊt khö mµu
kh¸c nhau ®èi víi lo¹i chÊt mµu kh¸c nhau, víi nh÷ng chÊt mµu thuéc lo¹i
mµu trùc tiÕp, axit, kiÒm, ho¹t tÝnh hay cation, sù khö mµu nhanh vµ hiÖu qu¶
h¬n, kh¶ n¨ng khö mµu cña vi sinh vËt ë ®iÒu kiÖn kþ khÝ trong bãng tèi cao
h¬n trong ®iÒu kiÖn cã ¸nh s¸ng.
C¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu sù kho¸ng ho¸ c¸c chÊt mµu trong hÖ thèng
xö lý sinh häc cho thÊy sù ph©n huû c¸c hîp chÊt mÇu th−êng x¶y ra trong
®iÒu kiÖn kþ khÝ, nh−ng phô thuéc rÊt nhiÒu vµo l−îng oxy lµm ®øt g·y c¸c
d¹ng cÊu tróc vßng nh©n th¬m lµ c¸c thµnh phÇn c¬ b¶n t¹o nªn cÊu tróc cña
c¸c chÊt mµu. L−îng oxy nµy tån t¹i ë d¹ng nitrate hoÆc sulphate vµ ®−îc vi
sinh vËt ph©n gi¶i thµnh oxy tù do tham gia vµo ho¹t ®éng ph©n huû chÊt
18
mµu. Do ®ã hÇu hÕt c¸c chÊt mµu cã c¸c vßng nh©n th¬m trong cÊu tróc ®Òu
®−îc xem lµ c¸c chÊt mµu ®· ®−îc chuyÓn ®æi vµ cã thÓ bÞ ph©n huû mµu ë
®iÒu kiÖn kþ khÝ. Ph−¬ng ph¸p quÐt tö ngo¹i (ultraviolet scanning) còng cho
thÊy qu¸ tr×nh ph©n gi¶i mµu x¶y ra do cã qu¸ tr×nh khö liªn kÕt azo vµ tiÕp
theo lµ ph©n huû c¸c nhãm t¹o mµu (chromophore) cña chÊt mµu [14].
Naphthalene vµ naphthol (bao gåm c¶ c¸c hîp chÊt thay thÕ) ®−îc xem
lµ c¸c thµnh phÇn c¬ b¶n h×nh thµnh cÊu tróc cña ®a sè c¸c chÊt mµu azo, cßn
c¸c hîp chÊt Nitrogen dÞ vßng h×nh thµnh c¸c nhãm ho¹t tÝnh cña c¸c chÊt
mµu [14]. Sù ph©n huû cña Naphthalene, Naphthol vµ Acenaphthalene cã thÓ
x¶y ra ë ®iÒu kiÖn kþ khÝ nh−ng thùc chÊt lµ x¶y ra trong ®iÒu kiÖn cã oxy
tån t¹i ë d¹ng hîp chÊt nh− NO3 hoÆc SO3 bÞ vi sinh vËt ph©n gi¶i thµnh oxy
tù do tham gia vµo ho¹t ®éng ph©n huû. Thêi gian ®Ó ph©n huû Naphthalene
vµ Acenaphthalene ë ®iÒu kiÖn cã oxy t¸ch ra tõ NO3 vµ SO3 do vi sinh vËt
ph©n gi¶i lµ kho¶ng 2 tuÇn [14]. C¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu qu¸ tr×nh ph©n huû
sinh häc cña c¸c hîp chÊt mµu cã vßng nh©n th¬m ®· bÞ sulphonate ho¸ cho
thÊy sù ph©n gi¶i chØ xÈy ra tiÕp ngay sau qu¸ tr×nh t¸ch nhãm axit sulphonic
khái hîp chÊt, liªn kÕt C–SO3 H cã tÝnh kh«ng bÒn khi bÞ t¸ch oxy trong ®iÒu
kiÖn hiÕu khÝ. T−¬ng tù nh− qu¸ tr×nh ph©n huû hiÕu khÝ c¸c Naphthalenesulphonic axit bëi c¸c chñng vi sinh vËt Pseudomonas, nhãm axit sulphonic
chuyÓn ho¸ thµnh hydrogen sulphite HSO3 vµ hîp chÊt naphthalene sÏ bÞ
kho¸ng ho¸ thµnh nguån cacbon vµ n¨ng l−îng (Brilonvµ c¸c céng sù) [14].
- Kh¶ n¨ng hÊp thô ®Æc biÖt cña tÕ bµo vi sinh vËt th−êng lín nhÊt ë
giai ®o¹n ®Çu cña c¸c kú sinh tr−ëng [14] do ®ã cã thÓ dïng vi sinh vËt lµm
chÊt hÊp phô, dung l−îng hÊp thô cña sinh khèi ®èi víi chÊt nhuém mµu cã
thÓ ®¹t 27 mg/g tÕ bµo kh« vµ hiÖu suÊt t¸ch mµu lµ 60%. ChÊt nhuém mµu
bÞ hÊp thô bëi vi sinh vËt sau mét thêi gian mµu dÇn biÕn mÊt, chøng tá sù
mÊt mµu cã liªn quan ®Õn qu¸ tr×nh sinh häc ph©n huû cÊu tróc chÊt nhuém
mµu cña c¸c vi sinh vËt.
Sù ph©n huû mµu bëi vi sinh vËt bao gåm 2 pha: ph©n gi¶i hiÕu khÝ vµ
ph©n gi¶i kþ khÝ, nh−ng nÕu xö lý riªng rÏ th× pha ph©n gi¶i kþ khÝ sÏ kh«ng
®ñ kh¶ n¨ng ®Ó ®¹t ®−îc sù kho¸ng ho¸ c¸c s¶n phÈm ®· bÞ biÕn tÝnh vµ pha
ph©n gi¶i hiÕu khÝ còng kh«ng ®ñ kh¶ n¨ng ®Ó thùc hiÖn xö lý thùc tÕ mµu
cña n−íc th¶i. V× vËy ph¶i cã sù kÕt hîp c¶ 2 pha xö lý: pha ph©n gi¶i kþ khÝ
®Ó ph©n gi¶i mµu vµ pha ph©n gi¶i hiÕu khÝ ®Ó kho¸ng ho¸ c¸c s¶n phÈm ®·
bÞ biÕn tÝnh. Nh−ng nÕu cã thªm Glucose (1mg/l) trong m«i tr−êng nu«i cÊy
th× cµng t¨ng cao qu¸ tr×nh ph©n gi¶i mµu, v× thÕ glucose cã thÓ xem nh− chÊt
cho e- cña qu¸ tr×nh khö mµu hoÆc thªm nã cã thÓ dÉn tíi lµm t¨ng ho¹t tÝnh
cña tÕ bµo vi sinh vËt vµ lµm t¨ng ho¹t ®éng ph©n gi¶i mµu [14]. C¸c chÊt
mµu azo chøa c¸c nhãm -OH vµ -NH2 dÔ bÞ biÕn tÝnh h¬n c¸c chÊt mµu chøa
c¸c nhãm methyl, methoxy, sulpho hoÆc nitro. Chóng dÔ bÞ ph©n gi¶i lµm
mÊt mµu bëi c¸c vi sinh vËt ph©n gi¶i kþ khÝ vµ tiÕp theo lµ ph©n gi¶i hiÕu
khÝ ®Ó kho¸ng ho¸ vµ chuyÓn ®æi thµnh nguån cacbon vµ n¨ng l−îng.
19
V× vËy cã thÓ xem hÖ thèng ph©n gi¶i bëi vi sinh vËt bao gåm 2 pha ph©n
gi¶i kþ khÝ vµ ph©n gi¶i hiÕu khÝ lµ rÊt thÝch hîp khi xö lý n−íc th¶i cã chøa
c¸c chÊt nhuém mµu ngµnh c«ng nghiÖp dÖt. Th«ng th−êng n−íc th¶i ngµnh
c«ng nghiÖp dÖt rÊt phøc t¹p, rÊt kh¸c nhau vÒ thµnh phÇn vµ th−êng nång ®é
mµu rÊt cao cã thÓ tõ 10 ®Õn 200 mg/l tuú thuéc vµo céng nghÖ nhuém hÊp
vµ c¸c biÖn ph¸p xö lý n−íc th¶i ®−îc ¸p dông.
3.1. C¬ chÕ hÊp thô vµ ph©n gi¶i mµu cña vi sinh vËt
Ho¹t ®éng hÊp thô vµ ph©n gi¶i mµu cña vi sinh vËt bao gåm 3 giai ®o¹n:
3.1.1. HÊp thô:
ChÊt mµu bÞ vi sinh vËt hÊp thô mét phÇn do chÊt mµu thÈm thÊu qua
mµng tÕ bµo chÊt lipoprotein theo 1 trong 2 c¬ chÕ lµ khuyÕch t¸n hoÆc vËn
chuyÓn ®Æc biÖt vµo hÊp thô bªn trong tÕ bµo, nh−ng phÇn lín lµ chÊt mµu
hÊp thô trªn phÇn chitin cña vá tÕ bµo vi sinh vËt theo c¸c c¬ chÕ kh¸c nhau.
+ C¬ chÕ khuyÕch t¸n: bao gåm c¬ chÕ khuyÕch t¸n thô ®éng c¸c ph©n tö
®i qua mµng nhê sù chªnh lÖch nång ®é hay chªnh lÖch ®iÖn thÕ ë 2 phÝa cña
mµng, tuy nhiªn trõ n−íc ra cßn ®a phÇn c¸c chÊt hoµ tan bao gåm chÊt mµu
®i qua mµng nhê c¬ chÕ vËn chuyÓn ®Æc biÖt khi chóng liªn kÕt víi c¸c ph©n
tö vËn chuyÓn lµ c¸c protein cã tªn gäi lµ pecmeaza s¾p xÕp trong mµng vµ
®−îc vËn chuyÓn vµo bÒ mÆt bªn trong cña mµng tÕ bµo ®Ó ®−îc chuyÓn vµo
tÕ bµo chÊt. Sù vËn chuyÓn nhê pecmeaza cã thÓ lµ vËn chuyÓn thô ®éng chÊt
hoµ tan liªn kÕt thuËn nghÞch vµo mét vÞ trÝ ®Æc biÖt trªn ph©n tö pecmeaza
n»m ë bªn trong mµng, phøc hîp nµy sÏ ®−îc vËn chuyÓn theo c¶ 2 phÝa cña
mµng nhê sù chªnh lÖch nång ®é cña chÊt mµu. Nh−ng tÕ bµo vi sinh vËt cßn
cã kh¶ n¨ng tÝch luü mét sè chÊt víi nång ®é cao h¬n bªn ngoµi, nªn tÕ bµo
vi sinh vËt cßn tån t¹i c¬ chÕ vËn chuyÓn chñ ®éng nhê pecmeaza ng−îc
gradien nång ®é vµ cã sö dông n¨ng l−îng do ATP cung cÊp qua mµng. Tøc
lµ cïng mét pecmeaza cã thÓ ®¶m nhËn chøc n¨ng vËn chuyÓn thô ®éng lÉn
chñ ®éng tuú theo sù cã mÆt hay v¾ng mÆt ATP, ph¶n øng cung cÊp n¨ng
l−îng nhê ATP diÔn ra phÝa trong cña mµng.
PhÝa trong
vËn chuyÓn
thô ®éng
S
mµng
phÝa ngoµi
P
P
ATP
PS
PS
vËn chuyÓn
chñ ®éng Pv +ADP
S
Pt
P
S
P: pecmeaza
S: chÊt ®−îc vËn chuyÓn
Pv: photphat v« c¬
“ho¹t ho¸ l¹i”
H×nh1. C¬ chÕ vËn chuyÓn c¬ chÊt qua mµng tÕ bµo
Trong vËn chuyÓn thô ®éng, P ®−îc di ®éng thuËn nghÞch ë d¹ng ®¬n (P)
hoÆc ë d¹ng phøc hîp víi c¬ chÊt S (PS); h−íng di chuyÓn cña S phô thuéc
vµo nång ®é cu¶ nã ë hai phÝa mµng tÕ bµo. Trong sù vËn chuyÓn chñ ®éng
cã ATP cung cÊp n¨ng l−îng, P bÞ chuyÓn thµnh d¹ng bÊt ho¹t Pt ë phÝa bªn
20
- Xem thêm -
.PDF 
151 
96 
103 
