Tinh chế và thu nhựa sinh học PHB. Ảnh: NNC

Hiện nay, các nhà khoa học trên thế giới đã tạo ra được một số loại nhựa sinh học có khả năng tự hủy trong thời gian ngắn (30 ngày). Trong đó, PHA (polyhydroxyalkanoate) và PHB (polyhydroxybutyrate) là những loại nhựa có nhiều ưu điểm, như độ dẻo dai tương đương với các loại nhựa thông thường, nhưng thân thiện với môi trường, do có khả năng tự phân hủy nhờ các vi sinh vật trong môi trường tự nhiên.

Tuy nhiên, nhược điểm của những loại nhựa này là giá thành cao, chủ yếu do quá trình sản xuất đòi hỏi lượng dinh dưỡng tổng hợp đắt tiền, nên khó phát triển rộng rãi đến người sử dụng. Một trong những hướng nghiên cứu tiềm năng lớn có thể giải quyết vấn đề này là sử dụng nguồn nước thải giàu dinh dưỡng hydratcarbon, đặc biệt như nước thải từ các nhà máy chế biến thực phẩm hay sản xuất giấy... để phát triển các loại vi sinh vật có khả năng tổng hợp PHB, kết hợp với quá trình xử lý nước thải.

Ở Việt Nam, nhựa phân hủy sinh học được nghiên cứu chủ yếu theo hướng phối trộn tinh bột với một số hợp chất khác để tạo ra các polymer sinh học. Các công trình nghiên cứu, phân lập các chủng vi sinh vật và đánh giá khả năng sản xuất nhựa sinh học mặc dù đã có, nhưng chưa đưa ra được quy trình sản xuất sử dụng nguyên liệu là các loại chất thải cụ thể một cách hiệu quả.

Trong nghiên cứu về khả năng tổng hợp nhựa sinh học của vi khuẩn từ nguồn nước thải giàu carbon để tạo nguyên liệu ban đầu và là cơ sở cho việc ứng dụng vào thực tế sản xuất nhựa sinh học tự phân hủy, nhóm tác giả của Trường ĐH Sài Gòn đã thu mẫu bùn hoạt tính và nước thải tại bể điều hòa của hệ thống xử lý nước thải của nhà máy giấy, chế biến thực phẩm, bia; xưởng sản xuất bún, hủ tiếu và bánh tráng đang hoạt động tại TPHCM, Long An, Quãng Ngãi, Hậu Giang, Bình Thuận, Nha Trang, Kiên Giang, Cần Thơ, Cà Mau...

Nhóm đã phân lập được 185 dòng vi khuẩn và định danh được 104 dòng vi khuẩn. Trong đó, bacillus cereus với 40 dòng, có mặt ở hầu hết các mẫu nước và bùn thải. Kế tiếp là Bacillus pumilus với 14 dòng, hiện diện cả ở nước thải nhà máy giấy và nước thải nhà máy chế biến thực phẩm. Riêng chi bacillus chiếm 68/104 tương đương 65,4%.

TS Hồ Kỳ Quang Minh, chủ nhiệm đề tài, cho biết, nước thải từ các nhà máy sản xuất thường có mức độ ô nhiễm cao, chứa nhiều hóa chất độc hại, ức chế sự phát triển của các loài vi sinh vật. Tuy nhiên, trong các loại nước thải này vẫn có các chủng, loài vi khuẩn có khả năng tổng hợp thành nhựa sinh học tồn tại và sinh trưởng.

Sau khi khảo sát tốc độ tăng trưởng của các chủng vi khuẩn, nghiên cứu cho thấy, đa số các dòng vi khuẩn có tốc độ tăng trưởng nhanh, đạt mật độ tế bào cao nhất trong môi trường Nutrient Broth sau khoàng 24 giờ nuôi cấy. Trong số này, có hai chủng vi khuẩn có khả năng tổng hợp PHB là bacillus pumilus NMG5 và bacillus megaterium BP5.

Thử nghiệm phân hủy PHB trong môi trường đất ẩm. Ảnh: NNC

Từ hai chủng này, nhóm tổng hợp thành các tấm phim nhựa sinh học PHB và được ủ trong môi trường đất ẩm, dịch nuôi cấy vi sinh vật để tiến hành thử nghiệm khả năng tự phân hủy trong môi trường có sự hiện diện của vi sinh vật.

Cụ thể, ở môi trường đất ẩm, trong tuần đầu tiên, quá trình phân hủy xảy ra rất chậm, trọng lượng các tấm phim PHB thay đổi rất ít hoặc không thay đổi. Ở tuần thứ 2 và 3, quá trình phân hủy diễn ra nhanh hơn, trọng lượng các tấm phim PHB giảm rõ rệt. Ở tuần thứ 4, các tấm phim đã bị rã vụn thành các hạt nhỏ, không thể thu hồi để xác định trọng lượng. Tiếp tục theo dõi đến tuần thứ 6 và 7 thì không còn phát hiện dấu vết các tấm phim PHB được sử dụng trong thử nghiệm.

Các tấm phim PHB tương tự cũng được thử nghiệm phân hủy trong môi trường lỏng (chứa dịch nuôi vi khuẩn bacillus sp.). Kết quả, ở ngày thứ 14, các tấm phim PHB đã bị vỡ thành 5-7 mảnh nhỏ. Ở tuần thử nghiệm thứ 3 (ngày 21), các tấm phim PHB rã vụn và ở tuần thứ 4, chỉ còn thấy 1 lớp tương tự như sinh khối ở đáy bình.

Thử nghiệm phân hủy PHB trong môi trường dịch lỏng. Ảnh: NNC

Theo nhóm tác giả, khả năng phân hủy tốt của PHB là từ 30 – 50 ngày. Trong điều kiện ủ compost, tốc độ phân huỷ của PHB nhanh hơn do mật độ vi sinh vật cao, đa dạng, các điều kiện độ ẩm, nhiệt độ…thích hợp hơn. Do đó, PHB thu được từ 2 chủng vi khuẩn được chọn lọc trong nghiên cứu này có thể được xem là một loại vật liệu xanh, bảo vệ môi trường, thích hợp để sử dụng phục vụ đời sống.

Nhóm cũng thử nghiệm xử lý nước thải từ nhà máy giấy Minh Hưng của 2 chủng vi khuẩn nói trên. Nước thải lấy về được xử lý trong bể sinh học hiếu khí cùng với 2 chủng vi khuẩn, sau 2 ngày đem phân tích các chỉ số. Kết quả, giá trị đầu ra của các thông số sau xử lý đều đạt Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về xử lý nước thải công nghiệp và nước thải công nghiệp giấy và bột giấy (QCVN 40/:2011/BTNMT và QCVN 12-MT:2015/BTNMT), cột A.

Đề tài của nhóm tác giả đã được Sở KH&CN TPHCM nghiệm thu đạt yêu cầu. Nhóm tiếp tục nghiên cứu khả năng tổng hợp PHB của các chủng vi khuẩn đã phân lập còn lại, đặc biệt là các chủng vi khuẩn họ bacillus sp. có lợi như: Bacillus safensis, Bacillus allismortis, Bacillus amyloliquefaciens,…