Không chỉ vậy, các chủng vi sinh vật này còn có khả năng góp phần làm sạch nước thải nhờ sử dụng các chất hữu cơ trong nước thải làm nguồn thức ăn.
Vi sinh vật có thể tạo nhựa
Đề tài khoa học “Nghiên cứu khả năng tổng hợp nhựa PHB của vi khuẩn từ nguồn nước thải giàu carbon” do TS Hồ Kỳ Quang Minh (Trường Đại học Sài Gòn) làm chủ nhiệm, cùng nhóm cộng sự gồm 10 giảng viên, chuyên gia thực hiện.
Theo TS Hồ Kỳ Quang Minh, nước thải từ các nhà máy sản xuất thường có mức độ ô nhiễm cao, chứa nhiều hóa chất độc hại, có thể ức chế sự phát triển của nhiều loài vi sinh vật. Tuy nhiên, trong các loại nước thải này vẫn tồn tại những chủng, loài vi khuẩn có khả năng sinh tổng hợp nhựa sinh học và phát triển với số lượng lớn, rất phong phú.
Tại các điểm lấy mẫu, nhóm nghiên cứu đều thu được những dòng vi khuẩn tiềm năng. Việc các dòng vi khuẩn này có thể tồn tại và phát triển tự nhiên trong môi trường nước thải cho thấy chúng thích nghi tốt với điều kiện độc hại, từ đó mở ra tiềm năng ứng dụng trong sản xuất nhựa sinh học.
Công trình này còn hướng đến mục tiêu tái chế chất thải bỏ đi thành nguồn nguyên liệu hữu ích, góp phần thúc đẩy kinh tế tuần hoàn. Theo TS Minh, trong nước thải của các nhà máy sản xuất giấy, thủy sản, đường mía… có chứa nhiều chất hữu cơ. Dù đây là môi trường khắc nghiệt, chứa nhiều độc tố, song vi sinh vật vẫn có thể thích nghi bằng cơ chế tổng hợp và tích lũy một dạng polymer - tức nhựa sinh học - trong cơ thể.
Từ cơ sở đó, nhóm nghiên cứu sử dụng mẫu nước thải tại một nhà máy sản xuất giấy ở Đồng Tháp để phân tích các chủng vi sinh vật trong môi trường này. Bằng các phương pháp phân lập, định danh và loại trừ những vi khuẩn có khả năng gây bệnh, nhóm ghi nhận hơn 100 vi sinh vật có khả năng tạo nhựa sinh học.
Qua phân tích đặc tính sinh học, nhóm đánh giá hai chủng vi khuẩn Bacillus pumilus (NMG5) và Bacillus megaterium (BP5) cho hiệu suất tạo nhựa tốt nhất. “Đây chưa phải kết quả cuối cùng vì trong số các chủng vi khuẩn chúng tôi phân lập được có thể còn nhiều chủng cho hiệu suất cao hơn”, TS Minh nói.
Quá trình tinh chế và thu nhựa sinh học trong ống nghiệm. Ảnh: NVCC
Ứng dụng ở nhà máy giấy
Theo tính toán, nhà máy giấy ở Đồng Tháp có công suất xử lý nước thải khoảng 30.000m3/ngày đêm, trong đó khoảng 30%, tương đương gần 10.000m3, là bùn thải. Môi trường bùn thải là nơi sinh sống của hai chủng vi sinh vật nói trên. Trải qua nhiều công đoạn, bao gồm hoàn lưu bùn về bể xử lý, xác định tỷ lệ trọng lượng khô của vi sinh vật có trong bùn…, có thể thu được khoảng 40 tấn nhựa sinh học từ vi sinh vật.
Tuy nhiên, TS Minh cho rằng đây mới là phép tính trên lý thuyết. Khi triển khai ở quy mô công nghiệp sẽ có sự chênh lệch nhất định. Dù vậy, theo ông, ngay cả khi khối lượng nhựa sinh học thực tế chỉ đạt một nửa so với tính toán lý thuyết thì đây vẫn là con số đáng kể.
Nhóm nghiên cứu cũng cho rằng, các vi sinh vật tồn tại trong bùn thải của nhà máy sử dụng chất hữu cơ trong nước thải làm nguồn thức ăn nên có khả năng góp phần làm sạch nước. Từ đó, nhóm đề xuất phát triển thành các khối bùn hoạt tính vừa có thể tạo nhựa sinh học, vừa xử lý nước với hiệu quả cao hơn.
Để thu được nhựa sinh học, cần sử dụng các biện pháp hóa học hoặc vật lý nhằm phá vỡ vách tế bào của vi sinh vật - vốn thường được cấu tạo từ polysaccharide. Sau đó, sử dụng dung môi để kết tủa và thu hồi nhựa sinh học.
Nhóm nghiên cứu mong muốn được hợp tác với các nhà máy để xây dựng quy trình sản xuất bùn hoạt tính và đưa vào vận hành thực tế trong hệ thống xử lý nước thải. Bởi trên thực tế, hệ thống xử lý nước thải ngoài môi trường sẽ chịu ảnh hưởng của thời tiết và các điều kiện xung quanh, khác biệt so với môi trường phòng thí nghiệm. Vì vậy, hiệu quả tạo nhựa sinh học và xử lý nước có thể chênh lệch so với tính toán ban đầu.
Hệ thống cũng sẽ được điều chỉnh quy trình vận hành theo hướng tạo môi trường giàu oxy hơn để vi sinh vật phát triển. Tuy nhiên, TS Minh cho rằng nghiên cứu vẫn còn hạn chế, đó là quá trình thu nhựa từ vi sinh vật phải sử dụng hóa chất, dung môi… Nếu không có giải pháp phù hợp, lượng chất thải phát sinh từ quá trình này sẽ không có lợi cho môi trường, do đó cần tiếp tục nghiên cứu phương án khắc phục.
Ông Trương Minh Trí - Giám đốc Công ty SG Workspace, đơn vị chuyên đầu tư trong lĩnh vực môi trường và phát triển bền vững cho biết, việc sử dụng vi sinh vật để tạo nhựa sinh học và xử lý nước thải đã được nhiều quốc gia phát triển nghiên cứu, thậm chí một số nơi đã áp dụng ở quy mô công nghiệp. Tại Việt Nam đã có một số nghiên cứu về nhựa sinh học từ vi sinh vật, phục vụ bảo vệ môi trường, nông nghiệp…
Theo ông Trí, xu hướng tái chế sản phẩm nhằm bảo vệ môi trường sẽ trở nên phổ biến hơn trong 5 - 10 năm tới. Các quỹ của tổ chức xã hội trong và ngoài nước cũng rất quan tâm, sẵn sàng đầu tư không hoàn lại cho các dự án trong lĩnh vực này.
Tuy nhiên, ông Trí cho rằng, để các sản phẩm tái chế từ chất thải có thể phổ biến và cạnh tranh trên thị trường, chúng phải đáp ứng được yêu cầu về chất lượng cũng như giá thành cạnh tranh so với các sản phẩm truyền thống. Muốn đạt được điều đó, sản phẩm nhựa sinh học cần được tối ưu hóa nhằm bảo đảm chất lượng, đồng thời xây dựng quy mô sản xuất đủ lớn để giảm giá thành.
Cùng đó, các chính sách của Nhà nước cần đưa ra những điều kiện bắt buộc nhằm hạn chế sử dụng túi nhựa truyền thống, từ đó tạo điều kiện để các sản phẩm nhựa sinh học thâm nhập thị trường mạnh mẽ hơn. “Với dự án của nhóm, chúng tôi sẽ tham gia các công đoạn thực nghiệm lại ở quy mô phòng thí nghiệm để đánh giá, đồng thời phối hợp với doanh nghiệp xây dựng quy trình sản xuất thử nghiệm, kêu gọi đầu tư để sản phẩm sớm ra thị trường”, ông Trí nói.
Từ kết quả đạt được của nhiệm vụ, nhóm các nhà khoa học tại Trường Đại học Sài Gòn kiến nghị Sở Khoa học và Công nghệ TPHCM tiếp tục hỗ trợ để triển khai sản xuất thử nghiệm trong điều kiện sử dụng nguồn nước thải trực tiếp từ các cơ sở sản xuất hoặc nhà máy. Đồng thời, nhóm đề xuất tiếp tục nghiên cứu khả năng tổng hợp nhựa sinh học của các chủng vi khuẩn đã phân lập còn lại, đặc biệt các chủng vi khuẩn họ Bacillus sp. có lợi như Bacillus safensis, Bacillus allismortis, Bacillus amyloliquefaciens.
