Đang tải... (xem toàn văn)
Ngày nay, tốc độ ô nhiễm môi trường đang gia tăng do đó cần phải thực hiện nghiêm ngặt các tiêu chuẩn đối với việc thải các chất thải
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THÀNH TÂY Khoa công nghệ nông thực phẩm Lớp k2b-cnsh2 Đề tài: Ứng dụng công nghệ enzyme xử lý ô nhiễm môi trường Nhóm trình bày: NGUYỄN THANH LIÊM NGUYỄN MINH HIẾU NGUYÊN VĂN LUÂN VŨ VĂN PHƯƠNG 1 MỤC LỤC I.Đặt vấn đề II. Tổng quan 1. Khái niệm ôi nhiễm môi trường 2. Thực trạng ô nhiễm môi trường tại việt nam 3. Cơ sở của việc ứng dụng công nghệ Enzyme III. Ứng dụng của các Enzyme trong xử lí môi trường 1. Enzyme Oxidoreductase 2. Các enzyme Hydrolase trong xử lý môi trường 3. Các lớp enzyme khác Một số thông tin mới Đề xuất phương pháp xử lý IV kết luận 2 I. ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, tốc độ ô nhiễm môi trường đang gia tăng do đó cần phải thực hiện nghiêm ngặt các tiêu chuẩn đối với việc thải các chất thải vào môi trường.Các phương pháp hóa học và sinh học thông thường ngày càng khó đạt được mức độ cần thết để loai bỏ các chất ô nhiễm này. Do đó, cần phải triển khai những phương pháp xử lí nhanh hơn, rẻ hơn, đáng tin cậy hơn và với những dụng cụ đơn giản hơn so với những hệ thống xử lí hiện hành. Nhiều nghiên cứa đã chứng minh được Enzym có nhiều khả năng và triển vọng giải quyết vấn đề nêu trên trong giám định và xử lí ô nhiễm môi trường. Hầu hết các quy trình xử lí rác thải đều sử dụng một trong hai phương pháp hóa lý hoặc sinh học hoặc kết hợp.Phương pháp xử lí bằng Enzym là trung gian giữa hai phương pháp truyền thống , nó bao gồm các phương trình hóa học trên cơ sở hoạt động của các chất xúc tác cơ bản là chất sinh học. Enzym có thể hoạt động trên các chất ô nhiễm đặc biệt khó xử lí để loại chúng băng cách kết tủa hoặc chuyển chúng thành dạng khác.Ngoài ra chúng có thể làm thay đổi các đặc tính của chất thải đưa chúng về dạng rễ xử lí hoặc chuyển thành các sản phẩm có giá trị hơn. Phương pháp xử lí bằng Enzym so với các phương pháp thông thường có những ưu điểm sau :được áp dụng với những chất sinh học khó xử lí, tác dụng cả ở vùng nồng độ chất ô nhiễm môi trường cao, một số Enzym riêng biệt có tác dụng trên phạm vi rộng PH, nhiệt độ và độ mặn, không gây ra những biến đổi bất thường, không gây ra các cản trở phá vỡ cân bằng sinh thái. Cho tới nay, người ta đã biết được khoảng 3000 Enzym , tất cả đều được gọi tên và xếp vào hệ thống phân loại gồm 6 lớp trong đó còn các lớp phụ, nhóm.Các chất độc hại trong môi trường thường là các chaatsb hữu cơ có vòng thơm như các hợp chất phenol, amin vòng hoặc các hợp chất phospho.Để đạt được mục đích xử lí môi trường cần phải phá hủy hoặc loai bỏ các chất độc nêu trên.Các Enzyme phẩn ứng oxi hóa khử thuộc lớp 1(oxidoreductase) và các Enzyme xúc tác phản ứng thủy phân thuộc lớp 3(hidrolase) có vai trò tích cực trong việc này. 3 Với mục đích tìm hiểu rõ hơn về ứng dụng công nghệ Enzyme trong xử lý môi trường chúng em thực hiện bài thảo luận : “Ứng dụng công nghệ enzyme vào xử lý ô nhiễm môi trường” II TỔNG QUAN 1. Khái niệm ô nhiễm môi trường Ô nhiễm môi trường là tình trạng môi trường bị ô nhiễm bởi các chất hóa học, sinh học . gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người, các cơ thể sống khác. Ô nhiễm môi trường là vấn đề cấp thiết và thu hút sự quan tâm của rất nhiều cá nhân, tổ chức cũng như nhiều quốc gia trên thế giới. Các công nghệ xử lý rác thải được sử dụng hiện nay đều vấp phải các vấn đề môi trường về lâu dài. Trong khi đó xử lý ô nhiễm môi trường bằng biện pháp sinh học, đặc biệt là việc ứng dụng công nghệ Enzyme trong xử lý rác thải đang là một công nghệ đem lại hiệu quả cao, ít tốn kém và bền vững. 2. Thực trạng ô nhiễm môi trường tại việt nam + ô nhiễm không khí: Việc xả khói chứa bụi và các chất hóa học vào bầu không khí. Ví dụ về các khí độc là carbon monoxide, sulfur dioxide, các chất chlorofluorocarbon (CFCs), và nitrogen oxide là chất thải của công nghiệp và xe cộ. Ozone quang hóa và khói lẫn sương (smog) được tạo ra khi các ôxít nitơ phản ứng với ánh sáng mặt trời. 4 +ô nhiễm đất: Xảy ra khi đất bị nhiễm các chất hóa học độc hại (hàm lượng vượt quá giới hạn thông thường)do các hoạt động chủ động của con người như khai thác khoáng sản, sản xuất công nghiệp, sử dụng phân bón hóa học hoặc thuốc trừ sâu quá nhiều, Phổ biến nhất trong các loại chất ô nhiễm đất là hydrocarbon, kim loại nặng, thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu, và chlorinated hydrocarbon +Ô nhiễm nước: xảy ra khi nước bề mặt chảy qua rác thải sinh hoạt, nước rác công nghiệp, các chất ô nhiễm trên mặt đất, rồi thấm xuống nước ngầm. 5 +Ô nhiễm phóng xạ : +Ô nhiễm tiếng ồn: 3. Cơ sở của việc ứng dụng công nghệ Enzyme 6 Công nghệ enzym protein gắn liền với việc nghiên cứu cấu trúc và chức năng của protein, enzym. Hiểu biết về cấu trúc tính chất và chức năng của enzym protein sẽ là cơ sở cho việc ứng dụng của chúng trong nghiên cứu và ứng dụng . Phát triển các phương pháp phân tích định tính, định lượng protein, enzym cũng như các sản phẩm của quá trình chuyển hóa enzym sẽ làm cơ sở cho việc sản xuất các chế phẩm. III. Ứng dụng của các Enzyme trong xử lí môi trường 1. Enzyme Oxidoreductase 1.1. Các enzyme peroxidase phân lớp EC 1.11 a. Enzyme Catalase (ký hiệu EC 1.11.1.6): Xúc tác phản ứng đặc hiệu phân huỷ H2O2. Có thể phân huỷ formaldehyde, formic acid và alcohol - là những chất độc hại với môi trường, được thải ra trong nước thải của các nhà máy chế biến sữa, pho mát hoặc các nhà máy dệt, sợi. b. Peroxidase củ cải ngựa (Horseradish peroxidase -HRP) có ký hiệu EC 1.11.1.7 Tác động như catalase, xúc tác phản ứng đặc hiệu. HRP có thể xúc tác phản ứng oxy hoá các hợp chất thơm độc bao gồm phenol, biphenol, aniline, benzidine, các hợp chất thơm dị vòng như hydroxyquinoline và arylamine carcinogen như benzidine và naphthylamine => Sản phẩm phản ứng được polyme hoá hình thành các chất kết tủa có thể dễ dàng loại bỏ khỏi nước thải nhờ quá trình lắng đọng hoặc lọc 7 HRP đặc biệt phù hợp với xử lý nước thải bởi nó giữ nguyên hoạt tính ở phạm vi pH và nhiệt độ rộng. c. Chloride peroxidase (ký hiệu EC 1.11.1.10) * Xúc tác phản ứng đặc hiệu. * Chloroperoxidase từ nấm Caldariomyces fumago có khả năng oxy hoá một vài hợp chất của phenol, xúc tác các phản ứng vận chuyển oxy như phản ứng oxy hoá ethanol thành acetaldehyde hoặc oxy hoá khử các ion clorua. d. Các enzyme phân giải lignin (phân lớp EC.1.11) Gồm các enzyme có hoạt tính rất mạnh là Manganese peroxidase EC 1.11.1.13 (MnP) và Lignin peroxidase EC 1.11.1.14 (LiP). Enzyme MnP: - Sản xuất từ Phanerochaete chrysosporium 8 - Xúc tác phản ứng đặc hiệu phân huỷ H2O2, phản ứng oxy hoá một vài loại phenol đơn vòng và sắc tố vòng, những phản ứng này phụ thuộc vào sự có mặt của Mg2+và đệm. - Trên thực tế, MnP xúc tác phản ứng oxy hoá khử Mn(II) thành Mn(III) khi có mặt ligand làm bền vững Mn(III) => tạo thành phức hợp Mn(III) sau khi xảy ra phản ứng oxi hoá khử các chất hữu cơ. Enzyme LiP: Là một phần của hệ thống enzyme ngoại bào của nấm mục trắng Phanerochaete chrysosporium. Gây khoáng hoá nhiều loại hợp chất thơm khó xử lý và oxy hoá một số lượng lớn các hợp chất phenol và hợp chất thơm đa vòng. LiP cố định trên chất mang xốp ceramic hoặc trên màng silicon, nó có thể sử dụng để xử lý các rác thải nguy hiểm khó phá hủy. 1.2. Các oxidase thuộc các lớp oxidase EC.1.1 L-galactonolactone oxidase (EC 1.1.3.24) Có ý nghĩa đối với việc xử lý ô nhiễm môi trường. Enzyme này xúc tác phản ứng đặc hiệu là phản ứng oxi hóa L-galactono-1,4- lactone thành L-ascorbate. 9 L-galactonolactone oxidase từ nấm men Candida norvegensis có thể được dùng để biến galactose từ quá trình thủy phân lactose trong dịch sữa chua thành axit L-ascorbic. Enzyme này đã được thử nghiệm xử lý nước thải của nhà máy chế biến sữa. 1.3. Một số enzyme phân lớp khác: Polyphenol oxidase Gồm hai phân họ: tyrosinase và laccase. Hoạt tính của cả hai họ đều cần sự có mặt của oxy phân tử nhưng không cần có mặt các coenzyme. Tyrosinase EC 1.14.18.1: Còn gọi là polyphenol oxydase hay phenolase hay catecholase *Xúc tác cho hai phản ứng liên tiếp: Phản ứng thứ nhất phản ứng thuỷ phân monophenol nhờ oxy phân tử thành các o-diphenol. Phản ứng thứ hai: phản ứng dehydrogen hoá các o-diphenol nhờ oxy thành các o-quinon. Các quinon thường không bền và bị polime hoá không cần enzyme thu được các hợp chất không tan trong nước và dễ dàng bị loại bỏ nhờ quá trình kết tủa đơn giản. Tyrosinase cố định trên chitosan cho kết quả xử lý hợp chất phenol rất hiệu quả (loại bỏ phenol 100%) * Laccase (EC 1.10.3.2) Là một enzyme kim loại xúc tác cho phản ứng oxy hoá hydroquinone thành benzoquinone. 10 [...]... Kết luận • Công nghệ Enzyme là một trong các ngành công nghệ quan trọng trong bảo vệ môi trường Áp dụng công nghệ Enzyme trong xử lý ô nhiễm môi trường không tạo ra các sản phẩm phụ ảnh hưởng đến môi trường • Nhìn chung việc nghiên cứu và ứng công nghệ Enzyme trong công tác bảo vệ môi trường ở Việt Nam đã được hình thành và phát triển và đã góp phần cải thiện môi trường • Tuy nhiên công nghệ Enzyme là...Trong trung tâm hoạt động của enzyme này có ion Cu2+ tham gia Dùng laccase cố định trên chất mang để xử lý các thuốc nhuộm anthraquinonic làm giảm tới 80% độ độc của các thuốc nhuộm này 1.4 .Ứng dụng kết hợp một số enzyme để phân giải lignin *Ứng dụng kết hợp Peroxidase và laccase: Trong công nghệ sản xuất giấy: Peroxidase và laccase có tác dụng tích cực trong việc xử lý dịch lỏng được tạo ra trong... Dichomitus squalens sử dụng để phân giải lignin Khi laccase kết hợp với manganese peroxidase cố định dùng để phân giải lignin cho hiệu quả đáng kể Người ta đã sử dụng hai enzyme này cố định trên màng siêu lọc polysulphone để loại bỏ các hydrocarbon vòng thơm trong nước ô nhiễm bởi dầu mỏ 2 Các enzyme Hydrolase trong xử lý môi trường 11 2.1 Các enzyme thủy phân amylose Các Amylase là các enzyme đường hoá,... 750 mg dm-3 Enzyme này đặc hiệu với các gốc alkyl sulfate, và có thể phá huỷ hoàn toàn gốc alkyl sulfate, alkyl ethoxy sulfate hoặc aryl sulfonate trong các chất có hoạt tính bề mặt Tuy nhiên, trên thực tế, enzyme này không thể tấn công các alkane sulfonate Alkylsulfatase 3.3 Enzyme xử lý chất thải xyanua Mỗi năm có khoảng 3 triệu tấn xyanua được sử dụng trên toàn thế giới vào các mục đích công nghiệp... đột biến gây nguy hiểm đối với môi trường) *Ứng dụng kết hợp laccase với manganese peroxidae: Laccase kết hợp với manganese peroxidase từ nấm trắng Dichomitus squalens cố định dùng để phân giải lignin cho hiệu quả đáng kể Người ta đã sử dụng hai enzyme này cố định trên màng siêu lọc polysulphone để loại bỏ các hydrocarbon vòng thơm trong nước ô nhiễm bởi dầu mỏ * Ứng dụng kết hợp laccase với manganese... vật, vi sinh vật và côn trùng cũng có khả năng thải ra HCN cùng với các enzyme thủy phân Xyanua sẽ ức chế quá trình trao đổi chất, có thể gây chết người và các sinh vật khác ⇒ Loại bỏ chúng trước khi thải ra môi trường Cyanide hydratase hay formamide hydrolyase là một enzyme có khả năng chuyển hoá cyanide trong nước thải công nghiệp thành amoniac và formate thông qua một bước phản ứng 17 Cyanide hydratase... cyanidase không bị ảnh hưởng bởi các ion thông thường có mặt trong nước thải (Fe2+, Zn2+ và Ni2+), hay bởi các chất hữu cơ như acatat, formamide, acetamide và acetonitrile pH tối ưu trong khoảng 7.8-8.3 và mất hoạt tính hoàn toàn, không phục hồi khi pH cao hơn 8.3 Một số thông tin mới * Chế phẩm enzyme pectinase được sản xuất từ chủng nấm mốc Aspergillus niger trên môi trường có chứa chất cảm ứng bột cà... khí CO2 từ các lò than Carbozyme một công ty có trụ sở ở New Jersey tuyên bố đang mô phỏng loại enzyme này Nếu thành công phương pháp mới sẽ có giá thành rẻ gấp 3 các phương pháp truyền thống Carbonic Anhydrase tên loại enzyme có trong máu người liên tục chuyển hóa khí CO2 đồng thời với quá trình hít thở của con người Trước tiên khí CO2 sẽ được bơm vào máu và bị các enzyme chuyển hóa thành gốc HCO3 vốn... các kim loại nặng Khử ô nhiễm arsen Trong cuộc sống, con người tiếp xúc với arsen qua không khí, nước uống và thức ăn Lượng arsen đi vào cơ thể hàng ngày cỡ 20-300mg với khoảng 25% là arsen vô cơ (rất độc), phần còn lại là arsen hữu cơ Trên thế giới, nguồn nước ngầm có chứa arsen trên 50mg/L được phát hiện ở nhiều nước như Achentina, Mehicô, Myanma, Việt Nam, v.v Việc xử lý nhiễm độc arsen bằng phương... toàn không tan trong nước (33mg/lít), nồng độ cho phép trong nước là 0,2 mg/lít Một số chủng vi sinh như Pseudomonas sp strain ADP có khả năng chuyển hoá atrazine, tiết ra Atrazine chlorohydrolase xúc tác phản ứng chuyển hoá atrazine Pseudomonas sp 15 Bằng phản ứng Atrazine chlorohydrolase, atrazine độc, không tan có thể chuyển hoá các sản phẩm tan được và không độc 3 Các lớp enzyme khác 3.1 Enzyme . rõ hơn về ứng dụng công nghệ Enzyme trong xử lý môi trường chúng em thực hiện bài thảo luận : Ứng dụng công nghệ enzyme vào xử lý ô nhiễm môi trường . ngành công nghệ quan trọng trong bảo vệ môi trường. Áp dụng công nghệ Enzyme trong xử lý ô nhiễm môi trường không tạo ra các sản phẩm phụ ảnh hưởng đến môi