Chương 1: Giới thiệu: 3 trang; + Chương 2: Tổng quan tài liệu: 19 trang; + Chương 3: Phương tiện và phương pháp nghiên cứu: 15 trang; + Chương 4: Kết quả và thảo luận: 48 trang; + Chương 5: Kết luận : 1 trang. - Phần cuối: + Tài liệu tham khảo: 11 trang; + Phụ lục: 40 trang. 3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Tình hình rác thải 2.1 Tình hình rác thải trên thế giới Trên thế giới, việc xử lý rác thải được các nước rất quan tâm và thực hiện một cách nghiêm ngặt phải đáp ứng các tiêu chuẩn đối với môi trường. Một số nước tiên tiến đã đưa ra các biện pháp tối ưu, áp dụng nhiều kỹ thuật khoa học tiên tiến để tái chế, tái sử dụng các loại rác thải thành sản phẩm có giá trị sử dụng thực tế.
Thêm vào đó, với sự phát triển của Công nghệ sinh học, đặc biệt là vi sinh vật học, các nhà nghiên cứu đã ứng dụng thành công nhiều vi sinh vật trong việc xử lý môi trường. Các loại vi sinh vật có khả năng tạo ra các hệ enzyme giúp chúng lên men phân hủy rác thải.2 Tình hình rác thải ở Việt Nam Theo báo cáo hiện trạng môi trường tỉnh Sóc Trăng (2016), ở Việt Nam, rác thải được xử lý bằng biện pháp đơn giản phổ biến là tái chế, đốt, chôn lấp hoặc ủ phân tùy loại rác. Các loại rác như nylon, bìa giấy, chai nhựa, …là các loại rác khó phân hủy được tái chế để dùng làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất các sản phẩm giấy và nhựa thứ cấp, còn các loại rác vô cơ được tái chế thành vật liệu xây dựng nhẹ cấp thấp được dùng cho các công trình cảnh quan đô thị. Đối với những loại rác hữu cơ dễ phân hủy và đồng nhất thì thường được ủ phân làm phân bón hữu cơ dùng cho cây trồng.3 Tình hình rác thải ở Sóc Trăng Rác thải sinh hoạt tập trung chủ yếu tại thành phố Sóc Trăng, thị trấn và thị tứ thuộc các huyện trên địa bàn tỉnh và chiếm tỷ lệ khoảng 22% với khoảng 248,2 tấn/ngày.
Do còn nhiều khó khăn như thiếu kinh phí đầu tư, thiếu trang thiết bị thu gom và thiếu công nghệ xử lý nên vấn đề ô nhiễm môi trường từ rác thải diễn ra thường xuyên, tạo áp lực cho quá trình phát triển kinh tế - xã hội, ảnh hưởng xấu tới sức khỏe dân cư và mỹ quan đô thị. Rác thải thải sinh hoạt phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau như đời sống của dân cư, các khu dịch vụ, các khu vực chợ, trung tâm thương mại, các địa điểm du lịch, các cơ sở tiểu thủ công nghiệp, hoạt động sản xuất nông nghiệp và các làng nghề. Tổng lượng rác thải sinh hoạt phát sinh trên địa bàn tỉnh khoảng hơn 6.258,3 tấn/năm và hơn 80% là rác hữu cơ dễ bị phân hủy (Bảng 2.1: Sự phát sinh và thu gom rác thải nông thôn ở tỉnh Sóc Trăng Dân số Chỉ số phát sinh Khối lượng Khối lượng Tỷ lệ thu Huyện, thị xã nông rác thải2 phát sinh3 thu gom4 gom5 thôn1 (kg/người/ngày) (tấn/ngày) (tấn/ngày) (%) Vĩnh Châu 78.375 0,3 27,7 1,0 3,6 Cù Lao Dung 55.584 0,3 16,7 0,6 3,6 Tổng cộng 52,2 21,0 Ghi chú: (1) Số liệu của Cục thống kê tỉnh Sóc Trăng, năm 2015; (2) Chỉ số phát sinh rác thải sinh hoạt nông thôn: Tính theo Báo cáo môi trường quốc gia Chất thải rắn, 2011; (3) Số liệu của Xí nghiệp quản lý công trình đô thị thị xã Vĩnh Châu; (4) Số liệu của Xí nghiệp quản lý công trình đô thị Thị xã Ngã Năm.2: Tổng hợp phân loại rác thải ở chợ trung tâm TP. Sóc Trăng Thành phần rác Mẫu phân loại Tỷ lệ tính trên giá trị trung bình (%) Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Giấy 15,0 20,0 23,0 0,42 Chai nhựa 12,0 18,0 12,0 0,30 Xương 10,0 22,0 20,0 0,37 Bọc nilon 280,6 439,4 432,4 8,26 Thủy tinh 10,0 16,0 15,0 0,29 Bao bì 15,0 18,0 22,0 0,39 CTNH 0,4 0,8 0,8 0,01 Rác hữu cơ (rau củ, trái cây hư,…) 3.020,8 100,00 Nguồn: Báo cáo hiện trạng môi trường chợ tỉnh Sóc Trăng 2016.3: Tổng hợp phân loại rác thải tại chợ thị trấn Mỹ Xuyên Mẫu phân loại Tỷ lệ tính trên Thành phần rác Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 gía trị trung bình (%) Giấy 16,6 15,5 18,0 1,33 Chai nhựa 6,0 7,5 10,0 0,62 Xương 2,4 3,2 3,6 0,24 Bọc nilon 101,2 115,8 110,0 8,68 Thủy tinh 5,5 4,5 5,0 0,40 Bao bì 15,0 14,8 13,0 1,14 CTNH 0,6 0,8 0,6 0,05 Rác hữu cơ (rau củ, trái cây 1.286,2 100,00 Nguồn: Báo cáo hiện trạng môi trường chợ tỉnh Sóc Trăng 2016.4: Tổng hợp phân loại rác thải tại chợ thị trấn Trần Đề Mẫu phân loại Tỷ lệ tính trên Thành phần rác Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 giá trị trung bình (%) Giấy 12.0 14,0 13,5 1,55 Chai nhựa 3,8 4,5 3,5 0,46 Xương 2,0 1,6 1,8 0,21 Bọc nilon 74,5 86,6 80,8 9,47 Thủy tinh 2,0 4,4 3,0 0,37 Bao bì 7,0 12,5 10,0 1,15 CTNH 0,4 0,5 0,4 0,05 Rác hữu cơ (rau củ, trái cây hư,…) 711,5 740,4 725,3 85,22 Lông (heo, gà, vịt), đầu tép 12,4 15,0 11,5 1,52 Tổng rác (kg) 825,6 879,5 849,8 100,00 Nguồn: Báo cáo hiện trạng môi trường chợ tỉnh Sóc Trăng 2016 Rác thải sinh hoạt từ nơi phát thải được thu gom và vận chuyển đến bãi rác Sóc Vồ, phường 7, thành phố Sóc Trăng, tỉnh Sóc Trăng để phân loại và xử lý.
Rác hữu cơ dễ phân hủy được xử lý bằng phương thức phun trực tiếp chế phẩm sinh học được các phòng Tài nguyên và Môi trường các huyện trong tỉnh Sóc Trăng cung cấp. Tuy nhiên công suất và hiệu quả xử lý từ các chế phẩm đó chưa đáp ứng được nhu cầu xử lý.2 Sự phân hủy chất thải hữu cơ 2.1 Sự phân hủy cellulose Cellulose là đơn vị cấu thành của sinh khối thực vật, được tìm thấy trong tự nhiên, nhiều nhất là vách tế bào thực vật. Cellulose trong sinh khối thực vật có thể chiếm 35-50% khối lượng khô (Lynd et al. Cellulose là một chất đa phân tử có thể có đến 10.000 đơn phân β-D-glucose, nối với nhau bằng 6 cầu nối β-1,4-glycoside tạo thành chuỗi thẳng, nhóm hydroxyl của chuỗi thứ nhất tạo liên kết hydro với phân tử oxy của chuỗi bên cạnh, sự liên kết chặt chẽ giữa những chuỗi bên cạnh nhau hình thành cấu trúc tinh thể (crystalline) chắc chắn, rất khó phân hủy.
Vì cấu trúc mạng lưới vững chắc nên không có một enzyme đơn lẻ nào có thể phân hủy hoàn toàn mà phải có sự phối hợp của một hệ thống enzyme (Nguyễn Lân Dũng và ctv. Theo Nguyễn Đức Lượng và ctv. (2004), một phân tử cellulose có cấu trúc không đồng đều gồm vùng kết tinh và vùng vô định hình. Đối với vùng kết tinh, cellulose có cấu trúc trật tự rất cao và rất bền vững.
Endoglucanase chỉ có tác dụng trên bề mặt hệ sợi này. Còn đối với vùng vô định hình, cellulose có cấu trúc không bền và dễ bị tác động bởi các yếu tố bên ngoài. Exoglucanase có thể phân hủy vùng này dễ dàng và làm thay đổi toàn bộ cấu trúc phân tử cellulose (Hình 2. Cellulose được phân hủy hoàn toàn nhờ sự phối hợp của các loại cellulase khác nhau gồm endoglucanase (1,4-β-D-glucan-4 glucanohydrolase), exoglucanase (1,4-β-D-glucan glucohydrolase) và cellobiase (β-glucosidase) (Teeri, 1997).
Trong đó, endoglucanase chứa 418 acid amine, có trọng lượng phân tử 42-49 kDa, chúng tham gia phân hủy một cách ngẫu nhiên các liên kết β-1,4-glycoside trong phân tử cellulose để tạo ra các đoạn oligosaccharide có chiều dài khác nhau. Exoglucanase cắt đầu không khử của chuỗi cellulose để tạo thành cellobiose và giải phóng từng đơn vị glucose hoặc cellobiose. Trọng lượng phân tử của enzyme này từ 53-75 kDa. Enzyme cellobiase có trọng lượng phân tử khoảng 50-98 kDa, họat động ở pH 4,4-4,8, phân cắt cellobiose thành glucose (Saha et al.1: Sự phân cắt cellulose bởi enzyme cellulase Nguồn: Saha et al.2 Sự phân hủy tinh bột Tinh bột là chất rắn vô định hình, màu trắng, không tan trong nước nguội; trong nước nóng từ 65oC trở lên tinh bột chuyển thành hồ tinh bột.
Tinh bột có nhiều trong các loại hạt (gạo, mì, bắp…), củ (khoai, sắn, …) và quả (táo, chuối,…). Tinh bột gồm hai đại phân tử là amylose và amylopectin. Cả hai đều có công thức phân tử là (C6H10O5)n trong đó C6H10O5 là gốc α-D- glucose và n nằm trong khoảng 1000-4000 đối với amylose và 2000-20.000 đối với amylopectin. Phân tử amylose gồm các gốc α-D-glucose nối với nhau bởi liên kết α-1,4-glicosidic tạo thành một chuỗi dài không phân nhánh và xoắn thành hình lò xo trong khi amylopectin có cấu trúc phân nhánh do sự liên kết giữa C1 của chuỗi này với C6 của chuỗi kia qua nguyên tử O (gọi là liên kết α-1,6-glycoside) (French, 1973).2: Cấu trúc phân tử amylose và amylopectin Nguồn: French (1973) Theo Marc et al.
Enzyme phân cắt nhánh cắt những liên kết α-1,6-glycoside tạo thành các chuỗi dextrin mạch thẳng. Endoamylase hay α-amylase phân cắt ngẫu các liên kết α-1,4-glycoside bên trong phân tử amylose và amylopectin giải phóng hỗn hợp các sản phẩm gồm các oligosaccharides, maltose và α-D- glucose. Các sản phẩm từ quá trình phân cắt của α-amylase tiếp tục được phân cắt bởi exoamylase, là enzyme cũng hoạt động trên liên kết α-1,4-glycoside. Trong quá trình phân cắt của các exoenzyme, β-amylase chỉ phân cắt liên kết α-1,4-glycoside để tạo thành các sản phẩm như maltose và β-dextrin.
Enzyme 8 γ-amylase và α-glucosidase phân cắt cả hai liên kết α-1,4-glycoside và α-1,6- glycoside giải phòng ß-D-glucose. Sự hoạt động của transferase gồm có tạo liên kết α-1,6-glycoside giữa các dextrin bởi enzyme tạo nhánh (α-1,6- transferase), tạo cyclodextrin hoặc dextrin bởi α-1,4-transferase (cyclodextrin glycosyltransferase và amylomaltase). Sự hoạt động của transferase thực chất là phá vỡ liên kết α-1,4-glycoside và thiết lập lại liên kết khác để tạo thành những sản phẩm chuyển hóa (Hình 2.3: Cơ chế phân hủy tinh bột Nguồn: Marc et al.3 Sự phân hủy protein Protein là những polypeptide có trọng lượng phân tử lớn, đóng vai trò quan trọng về chức năng và cấu trúc của tế bào sinh vật. Protein có thể cấu tạo từ một hay nhiều chuỗi amino acid gọi là polypeptide.
Các acid amin trong chuỗi polypeptide liên kết bền vững với nhau thông qua liên kết peptide. Trong tự nhiên có khoảng 20 acid amin tham gia phản ứng ngẫu nhiên tạo thành các chuỗi polypeptide nên polypeptide rất đa dạng kéo theo sự đa dạng của protein (Hình 2. Các acid amin của cùng hoặc khác chuỗi polypeptide cũng có thể liên kết với nhau qua các liên kết như liên kết hydro, liên kết ion và liên kết disulfide làm cho phân tử protein có cấu trúc đa dạng (Hình 2. Một số loại protein như myoglobin và hemoglobin có nhóm heme trong cấu trúc bậc 3 hoặc bậc 4 cho phép các phân tử oxy bám vào (Hình 2.4: Sự hình thành chuỗi polypeptide Nguồn: www.5: Cấu trúc của protein Nguồn: https://commons.