Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Princeton đã phát hiện ra một vi khuẩn trong đầm lầy ở New Jersey có khả năng xử lý hiệu quả các chất độc hại trong nước thải, dòng thải phân bón và các dạng ô nhiễm nước khác.

Vi khuẩn mới được gọi là Acidimicrobiaceae A6 có khả năng xử lý amoni, chất ô nhiễm trong nước thải và dòng thải phân bón. Điểm thú vị là A6 có thể thực hiện chuyển đổi hóa học để khử amoni khi thiếu oxy, có triển vọng thay thế cho phương pháp xử lý phụ thuộc vào oxy rất tốn kém hiện được áp dụng trong các quy trình xử lý nước thải và các quy trình khác.

Peter Jaffe, Giáo sư xây dựng dân dụng cho biết: “Máy trộn khí với nước thải để cung cấp oxy nhằm phân hủy amoni, tiêu thụ khối lượng lớn năng lượng. Vi khuẩn A6 thực hiện phản ứng này nhờ vi khuẩn kỵ khí và có thể trở thành một phương pháp xử lý hiệu quả amoni và các chất ô nhiễm môi trường khác xuất hiện ở những khu vực nghèo oxy như các tầng nước ngầm”.

Hầu hết các nhà máy xử lý nước thải xả ra sông và biển, đã sử dụng vi khuẩn để loại bỏ amoni khỏi chất thải, nhưng để làm được điều đó, cần dẫn nhiều không khí vào trong bùn thải để cung cấp oxy cho vi khuẩn. Vi khuẩn sử dụng oxy trong phản ứng hóa học biến đổi amoni thành nitrit và sau đó, các vi khuẩn khác chuyển đổi nitrit thành khí nitơ vô hại.

Loại bỏ amoni là vấn đề quan trọng để tránh làm cạn kiệt oxy trong các dòng sông và ngăn chặn hiện tượng phú dưỡng, sự phát triển quá mức của tảo và các thực vật khác do hợp chất nitơ từ nước thải và dòng thải nông nghiệp gây ra.

Quy trình hóa học thay thế để xử lý amoni được gọi là Feammox, diễn ra trong môi trường đất ngập nước và đất giàu axit, sắt và được phát hiện thấy diễn ra trong đất ngập nước ven sông ở New Jersey, trong đất của rừng mưa nhiệt đới ở Puerto Rico, trong đất ngập nước ở South Carolina và nhiều địa điểm trồng rừng và đất ngập nước ở miền Nam Trung Quốc. Tuy nhiên, các nhà khoa học vẫn chưa xác định được cụ thể những yếu tố cho phép phản ứng Feammox xảy ra.

Trong nghiên cứu, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng phản ứng Feammox chỉ diễn ra trong các mẫu được lấy ở đầm lầy khi vi khuẩn Actinobacteria xuất hiện. Trong số các vi khuẩn này, nhóm nghiên cứu đã xác định được một loại vi khuẩn cụ thể mà họ gọi là Acidimicrobiaceae A6 và nghi ngờ về vai trò quan trọng của nó trong phản ứng này. Kết quả là A6 đã biến amoni thành nitrit và các vi khuẩn phổ biến đã thực hiện chuyển đổi nitrit thành khí nitơ.

Tuy nhiên, việc tách vi khuẩn và khẳng định chắc chắn vai trò của vi khuẩn sẽ phải mất nhiều năm nghiên cứu. Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đã trộn các mẫu đất được thu thập từ vùng đất ngập nước New Jersey với nước và vật liệu chứa oxit sắt và amoni, sau đó, tiến hành ủ hỗn hợp trong các lọ trong khoản thời gian gần 1 năm. Hòa trộn các mẫu đất và kim loại trong các lọ được thực hiện trong buồng không có oxy và các lọ được bịt kín để mô phỏng các điều kiện kỵ khí của đất ngập nước nơi vi khuẩn cư trú.

Cứ 2 tuần trong thời gian 1 năm, các nhà khoa học đã lấy đi một mẫu nhỏ từ mỗi lọ để kiểm tra khả năng loại bỏ oxit sắt và amoni. Khi phát hiện ra một mẫu trong đó phản ứng này diễn ra, nhóm nghiên cứu đã sử dụng kỹ thuật lập trình tự gen để xác định loại vi khuẩn có mặt và kết quả đã tìm ra vi khuẩn A6 thực hiện phản ứng Feammox.

Nhóm nghiên cứu đang thăm dò cách chế tạo lò phản ứng, trong đó, A6 có thể được sử dụng để xử lý amoni ở quy mô công nghiệp. Thách thức đặt ra là vi khuẩn tiêu thụ nhiều sắt nên chi phí thực hiện quá trình này quá đắt đỏ để làm phương pháp thay thế hiện tượng thông gió. Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu đang thử nghiệm đặt hiệu điện thế nhỏ giữa 2 điện cực đặt trong chất lỏng của lò phản ứng trong thiết bị được gọi là “pin điện phân vi khuẩn”. Sau đó, các điện cực thực hiện vai trò mà sắt đang đảm nhiệm trong phản ứng Feammox. 

Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng trong khi oxy hóa amoni, vi khuẩn A6 còn có khả năng khử đồng thời trichloroethylene và tetrachloroethylene, hai chất ô nhiễm khó xử lý thường thấy tại các điểm ô nhiễm. Vi khuẩn cũng có thể chuyển điện tử sang cho các hợp chất khác như urani và đồng chứ không chỉ sắt. Trong trường hợp của urani là khả năng chuyển đổi nó thành dạng không hòa tan trong nước.

Nhóm nghiên cứu đang hợp tác với Bộ Môi trường Trung Quốc để chế tạo mẫu lò phản ứng để khử amoni và các kim loại nặng trong nước nhằm đẩy lùi hiện tượng phú dưỡng, trong đó, chất dinh dương dư thừa quá mức trong dòng thải gây hại cho sông, hồ và biển.
 

Theo NASATI