Phân hủy sinh học là gì?

Phân hủy sinh học là sự phân hủy chất hữu cơ của các vi sinh vật, chẳng hạn như vi khuẩn, nấm.

Cơ chế của phân huỷ sinh học

Quá trình phân hủy sinh học có thể được chia thành ba giai đoạn: phản xạ sinh học, phản ứng sinh học và đồng hóa. Phản ứng sinh học là sự xuống cấp ở bề mặt làm thay đổi các tính chất cơ học, vật lý và hóa học của vật liệu. Giai đoạn này xảy ra khi vật liệu tiếp xúc với các yếu tố phi sinh học trong môi trường ngoài trời và cho phép xuống cấp hơn nữa bằng cách làm suy yếu cấu trúc của vật liệu. Một số yếu tố phi sinh học ảnh hưởng đến những thay đổi ban đầu này là nén (cơ học), ánh sáng, nhiệt độ và hóa chất trong môi trường. Mặc dù phản xạ sinh học thường xảy ra như là giai đoạn đầu tiên của quá trình phân hủy sinh học, nhưng trong một số trường hợp, nó có thể song song với phản ứng sinh học.

Phản ứng phân rã của polyme là quá trình phân ly trong đó các liên kết trong polyme bị phân cắt, tạo ra oligome và monome. Các bước thực hiện để phân đoạn các vật liệu này cũng khác nhau dựa trên sự hiện diện của oxy trong hệ thống. Sự phân hủy vật liệu của vi sinh vật khi có oxy là tiêu hóa hiếu khí, và sự phân hủy vật liệu khi không có oxy là tiêu hóa kỵ khí. Sự khác biệt chính giữa các quá trình này là các phản ứng yếm khí tạo ra khí mê-tan, trong khi các phản ứng hiếu khí thì không (tuy nhiên, cả hai phản ứng đều tạo ra carbon dioxide, nước, một số loại dư lượng và sinh khối mới). Ngoài ra, tiêu hóa hiếu khí thường xảy ra nhanh hơn tiêu hóa kỵ khí, trong khi tiêu hóa kỵ khí làm tốt hơn việc giảm khối lượng và khối lượng của vật liệu. Do khả năng phân hủy kỵ khí để giảm khối lượng và khối lượng chất thải và tạo ra khí tự nhiên, công nghệ phân hủy kỵ khí được sử dụng rộng rãi cho các hệ thống quản lý chất thải và là nguồn năng lượng tái tạo tại địa phương.

Các sản phẩm thu được từ phản ứng sinh học sau đó được tích hợp vào các tế bào vi sinh vật, đây là giai đoạn đồng hóa. Một số sản phẩm từ sự phân mảnh được vận chuyển dễ dàng trong tế bào bởi các chất mang màng. Tuy nhiên, những người khác vẫn phải trải qua các phản ứng biến đổi sinh học để tạo ra các sản phẩm mà sau đó có thể được vận chuyển bên trong tế bào. Khi ở trong tế bào, các sản phẩm đi vào con đường dị hóa dẫn đến việc sản xuất adenosine triphosphate (ATP) hoặc các yếu tố của cấu trúc tế bào.

Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy sinh học

Trong thực tế, hầu hết tất cả các hợp chất hóa học và vật liệu đều phải chịu các quá trình phân hủy sinh học. Tuy nhiên, tầm quan trọng nằm ở tỷ lệ tương đối của các quá trình như vậy, chẳng hạn như ngày, tuần, năm hoặc thế kỷ. Một số yếu tố quyết định tốc độ xuống cấp của các hợp chất hữu cơ này. Các yếu tố bao gồm ánh sáng, nước, oxy và nhiệt độ.Tốc độ phân hủy của nhiều hợp chất hữu cơ bị giới hạn bởi tính khả dụng sinh học của chúng, là tốc độ mà một chất được hấp thụ vào hệ thống hoặc có sẵn tại vị trí hoạt động sinh lý, vì các hợp chất phải được giải phóng vào dung dịch trước khi sinh vật có thể phân hủy họ Tốc độ phân hủy sinh học có thể được đo lường bằng một số cách. Xét nghiệm đo hô hấp có thể được sử dụng cho các vi khuẩn hiếu khí. Đầu tiên người ta đặt một mẫu chất thải rắn trong một thùng chứa có vi sinh vật và đất, sau đó sục khí hỗn hợp. Trong vài ngày, các vi sinh vật tiêu hóa từng chút mẫu và tạo ra carbon dioxide - lượng CO₂ thu được đóng vai trò là một chỉ số về sự thoái hóa. Khả năng phân hủy sinh học cũng có thể được đo bằng các vi khuẩn kỵ khí và lượng khí mêtan hoặc hợp kim mà chúng có thể tạo ra.

Điều quan trọng cần lưu ý là các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy sinh học trong quá trình thử nghiệm sản phẩm để đảm bảo rằng kết quả tạo ra là chính xác và đáng tin cậy. Một số vật liệu sẽ kiểm tra khả năng phân hủy sinh học trong điều kiện tối ưu trong phòng thí nghiệm để phê duyệt nhưng những kết quả này có thể không phản ánh kết quả thế giới thực trong đó các yếu tố có nhiều thay đổi. Ví dụ, một vật liệu có thể đã được thử nghiệm là phân hủy sinh học ở tốc độ cao trong phòng thí nghiệm có thể không bị suy giảm ở tốc độ cao trong bãi rác vì các bãi chôn lấp thường thiếu ánh sáng, nước và hoạt động của vi sinh vật cần thiết cho sự xuống cấp. Vì vậy, điều rất quan trọng là có các tiêu chuẩn cho các sản phẩm phân hủy sinh học bằng nhựa, có tác động lớn đến môi trường. Việc phát triển và sử dụng các phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn chính xác có thể giúp đảm bảo rằng tất cả các loại nhựa đang được sản xuất và thương mại hóa sẽ thực sự phân hủy sinh học trong môi trường tự nhiên. Một thử nghiệm đã được phát triển cho mục đích này là DINV 54900.