Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu sản xuất sinh khối giàu nhựa phân hủy sinh học (PHB) từ nước thải sinh hoạt bằng vi khuẩn lam

Ô nhiễm nước thải sinh hoạt đang là thách thức môi trường cấp bách tại Việt Nam, gây phú dưỡng và suy giảm chất lượng nguồn nước. Các công nghệ xử lý truyền thống còn tồn tại nhiều hạn chế về hiệu quả năng lượng và giá trị kinh tế gia tăng, chưa đáp ứng yêu cầu kinh tế tuần hoàn. Cùng với đó, ô nhiễm nhựa từ nhiên liệu hóa thạch đòi hỏi các vật liệu phân hủy sinh học như polyhydroxybutyrate (PHB). Tuy nhiên, sản xuất PHB từ nguyên liệu tinh khiết có chi phí cao. Trong bối cảnh này, vi khuẩn lam nổi lên như một giải pháp tiềm năng. Với khả năng quang dưỡng, đồng hóa nitrogen và phosphorus từ nước thải, cùng khả năng tích lũy PHB, vi khuẩn lam cho phép tích hợp xử lý nước thải và sản xuất nhựa sinh học, hướng tới nền kinh tế tuần hoàn và phát triển bền vững.

Các nhà khoa học, nghiên cứu sinh, giảng viên và kỹ sư trong lĩnh vực kỹ thuật môi trường, công nghệ sinh học, hóa học vật liệu, cùng các nhà hoạch định chính sách về môi trường và kinh tế tuần hoàn.

Nghiên cứu này tập trung vào phát triển một mô hình bền vững để xử lý nước thải sinh hoạt đồng thời sản xuất vật liệu có giá trị, cụ thể là nhựa phân hủy sinh học polyhydroxybutyrate (PHB), bằng cách sử dụng vi khuẩn lam. Mục tiêu chính là giảm thiểu ô nhiễm nước thải và cung cấp một giải pháp thay thế cho nhựa truyền thống, phù hợp với định hướng kinh tế tuần hoàn. Phương pháp nghiên cứu bao gồm việc sàng lọc và lựa chọn chủng vi khuẩn lam (như S. salina M8, Spirulina sp.2 và sp.4) có khả năng sinh trưởng nhanh và tích lũy PHB cao trong môi trường quang dưỡng. Sau đó, các điều kiện hóa lý (pH, nhiệt độ, cường độ ánh sáng, tỷ lệ C:N:P và nồng độ carbon) ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và tích lũy PHB của chủng được chọn sẽ được tối ưu hóa, sử dụng các phương pháp thống kê như thiết kế Plackett-Burman và phương pháp bề mặt đáp ứng. Nghiên cứu cũng khảo sát khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của vi khuẩn lam và tích lũy PHB trong điều kiện phòng thí nghiệm, trước khi ứng dụng thử nghiệm trong hệ thống quang sinh dạng ống quy mô 30L ngoài trời. Cuối cùng, sinh khối vi khuẩn lam sẽ được thu hồi, PHB được chiết tách, tinh sạch và phân tích các đặc tính vật liệu để đánh giá tiềm năng ứng dụng. Kết quả kỳ vọng sẽ cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn để phát triển công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt hiệu quả, đồng thời sản xuất nhựa sinh học từ nguồn tài nguyên tái tạo, góp phần bảo vệ môi trường và thúc đẩy nền kinh tế tuần hoàn.