báo cáo vs chủ đề vi sinh vật với vấn đề ô nhiễm môi trường

- Môi trường theo nghĩa khái quát: “Môi trường là một tập hợp tất cả các thành phần của thế giới vật chất bao quanh có khả năng tác động đến sự tồn tại và phát triển của mỗi sinh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP VĂN LANG

Khoa Công Nghệ Sinh Học

Lớp K14S01

Chuyên đề: Vi sinh vật với vấn đề ô nhiễm môi trường

GVHD: ThS Võ Thị Xuyến

SVTH:

Lê Văn Nhất Kim Hải Đăng

Nguyễn Lâm Toàn Nguyễn Thanh Quốc

Nguyễn Tấn Sĩ Nguyễn Phước Tuấn

Chu Bá Thông Nguyễn Vũ Duy Anh

Trần Đăng Khoa Đỗ Thị Sâm

Nguyễn Văn Trọng Lê Hồng Phong

Phạm Quang Minh

I- Tìm hiểu về môi trường

1) Khái niệm về môi trường và ô nhiễm môi trường:

a) Môi trường là gì?

- Bất cứ một vật thể, một sự kiện nào cũng tồn tại và diễn biến trong một môi trường nhất định” Tiếng Anh môi trường là “environment”, tiếng Pháp là “environnement” đều có nghĩa là “cái bao quanh”, tiếng Trung Quốc gọi môi trường là “hoàn cảnh” cũng có nghĩa tương tự

- Môi trường theo nghĩa khái quát: “Môi trường là một tập hợp tất cả các thành phần của thế giới vật chất bao quanh có khả năng tác động đến sự tồn tại và phát triển của mỗi sinh vật

b) Thế nào là ô nhiễm môi trường?

- Ô nhiễm môi trường là hiện tượng làm thay đổi trực tiếp hoặc gián tiếp các thành phần và đặc tính lí hóa, sinh học của bất kì thành phầnnào của môi trường vượt quá mức cho phép đã được xác định

- Sự gia tăng các chất lạ vào làm thay đổi các yếu tố môi trường sẽ gây tổn hại đến sức khỏe, sự an toàn, hay sự phát triển của con người và sinh vật trong môi trường đó

- Tác nhân gây ô nhiễm là những chất có tác dụng biến đổi môi trườngtừ trong sạch trở nên độc hại Những tác nhân này thường được gọi khái quát là “chất ô nhiễm”

- Chất ô nhiễm có thể là chất rắn (rác, phế thải rắn, …), chất lỏng (các dung dịch hóa chất, chất thải của các nhà máy dệt, nhuộm, chế biến thực phẩm, …), chất khí (SO2 từ núi lửa, CO2, CO, NO2 trong khói xehơi, khói bếp, lò gạch …) các kim loại nặng như chì, đồng …, cũng

có khi nó vừa ở thể hơi, vừa ở thể rắn thăng hoa hay ở dạng trung gian

- Không khí đô thị thường vừa bị bụi đất, bụi ximăng, khí SO2, NO2 trong khói xe, mùi hôi thối cống rãnh bốc lên, cộng với tiếng ồn quá mức cho phép, gây tổn hại sức khỏe con người, thậm chí gây chết người

-2) Các loại ô nhiễm môi trường:

Ô nhiễm môi trường có nhiều loại khác nhau trong đó người ta quan tâm nhất là các loại ô niễm sau:

a) 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 cacbon mônôxít, điôxít lưu huỳnh, các chất cloroflorocacbon (CFCs), và ôxít nitơ là chất thải của công nghiệp và xe cộ Ôzôn quang hóa và khói lẫn sương

(smog) được tạo ra khi các ôxít nitơ phản ứng với nước trong

không khí ( chính là sương ) xúc tác là ánh sáng mặt trời

b) 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

c) 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, sửdụng phân bón hóa học hoặc thuốc trừ sâu quá nhiều, hoặc do bị rò rỉ từ các thùng chứa ngầm Phổ biến nhất trong các loại chất ô nhiễm đất là hydrocacbon, kim loại nặng, MTBE, thuốc diệt cỏ,

thuốc trừ sâu, và các hydrocacbon clo hóa

Ngoài ra còn có các loại ô nhiễm khác như: ô nhiễm phóng xạ, ô nhiễm tiếng ồn, ô nhiễm sóng…

3) Ảnh hưởng của ô nhiễm môi trường:

a) Đối với con người:

Không khí ô nhiễm có thể giết chết nhiều cơ thể sống trong đó có conngười Ô nhiễm ozone có thể gây bệnh đường hô hấp, bệnh tim mạch, viêm vùng họng, đau ngực, tức thở Ô nhiễm nước gây ra xấp

xỉ 14.000 cái chết mỗi ngày, chủ yếu do ăn uống bằng nước bẩn chưa được xử lý Các chất hóa học và kim loại nặng nhiễm trong

thức ăn nước uống có thể gây ung thư Dầu tràn có thể gây ngứa rộp

da Ô nhiễm tiếng ồn gây điếc, cao huyết áp, trầm cảm, và bệnh mất ngủ

b) Đối với hệ sinh thái:

Điôxít lưu huỳnh và các ôxít nitơ có thể gây mưa axít làm giảm độ pH

của đất Đất bị ô nhiễm có thể trở nên cằn cỗi, không thích hợp cho cây trồng Điều này sẽ ảnh hưởng đến các cơ thể sống khác trong

lưới thức ăn Khói lẫn sương làm giảm ánh sáng mặt trời mà thực vậtnhận được để thực hiện quá trình quang hợp Các loài xâm lấn có thể cạnh tranh chiếm môi trường sống và làm nguy hại cho các loài địa phương, từ đó làm giảm đa dạng sinh học

II- Sơ lược vế các ứng dụng của vi sinh vật trong ô

nhiễm môi trường

1) Sơ lược về vi sinh vật

a) Định nghĩa:

Vi sinh vật (microorganisms) là tên gọi chung để chỉ tất cả các sinhvật có hình thể bé nhỏ, muốn thấy rõ được người ta phải sử dụng tới kính hiển vi

b) Đặc điểm chung của vi sinh vật:

- Vi sinh vật là một thế giới sinh vật vô cùng nhỏ bé mà ta không thểquan sát thấy bằng mắt thường

- Vi sinh vật đóng vai trò vô cùng quan trọng trong thiên nhiên cũng như trong cuộc sống của con người

- Từ xa xưa, con người đã biết sử dụng vi sinh vật trong đời sống hàng ngày.

- Trong thiên nhiên ngoài những nhóm vi sinh vật có ích như trên, còn có

những nhóm vi sinh vật gây hại

- Vi sinh vật không phải là một nhóm riêng biệt trong sinh giới Chúng thậm

chí thuộc về nhiều giới (kingdom) sinh vật khác nhau Giữa các nhóm có thể không có quan hệ mật thiết với nhau Chúng có chung những đặc điểm sau đây:

 Kích thước nhỏ bé

 Hấp thu nhiều, chuyển hoá nhanh

 Sinh trưởng nhanh, phát triển

 Năng lực thích ứng mạnh và dễ phát sinh biến dị

 Phân bố rộng, chủng loại nhiều

 Vi sinh vật có vai trò to lớn đối với hệ sinh thái cũng như đ ốivới đời

 sống con người

c) Các nhóm vi sinh vật chính:

Dựa vào đặc điểm cấu tạo tế bào, người ta chia ra làm 3 nhóm lớn:

- Nhóm chưa có cấu tạo tế bào bao gồm các loại virus

- Nhóm có cấu tạo tế bào nhưng chưa có cấu trúc nhân rõ ràng (cấu trúc nhânnguyên thuỷ) gọi là nhóm Procaryotes, bao gồm vi khuẩn, xạ khuẩn và tảo lam.

- Nhóm có cấu tạo tế bào, có cấu trúc nhân phức tạp gọi là

ukaryotes baogồm nấm men, nấm sợi (gọi chung là vi nấm) một

số động vật nguyên sinh và tảo đơn bào

2) Tình hình ô nhiễm môi trường hiện nay:

a) Ô nhiễm do nước thải sinh hoạt:

- Nước thải từ hộ gia đình, bệnh viện, trường học, khách sạn, khotàng, sân bay, nhà hát, sân vận động, các cơ sở dịch vụ khác

- Nước ta có nền kinh tế chưa phát triển, hạ tầng cơ sở còn chưa được phát triển theo một qui hoạch khoa học, hệ thống tự động các kênh rạch, sông ngòi bị huỷ hoại nên nước thải sinh hoạt gây ô

nhiễm nghiêm trọng Chỉ riêng thành phố Hồ Chí Minh với khỏang 3,95 triệu dân nội thành hàng ngày thải ra môi trường khoảng

350000 m3 nước thải sinh hoạt Thành phần nước thải sinh hoạt này gây ô nhiễm cao

b) Ô nhiễm do nước thải công nghiệp:

- Từ công nghiệp chế biến thực phẩm cho người và thức ăn chăn nuôi,công nghiệp dược phẩm, công nghiệp may mặc, nhuộm, hấp, côngnghiệp giấy, hoá dầu, công nghiệp ảnh, in hình

- Nước thải công nghiệp có chứa nhiều kim loại nặng, các chất màudầu mỡ, các chất hữu cơ Sự gây ra nhiễm bẫn môi trường do nướcthải công nghiệp phức tạp hơn nước thải sinh hoạt rất nhiều Việc xử

lý chúng gặp rất nhiều khó khăn Phần lớn các nhà máy xí nghiệp

không qua xử lý mà thải các chất thải trực tiếp xuống các kênh rạchgây nên tình trạng hôi thối, làm biến màu nước, làm chết các thuỷsản, làm khả năng tự làm sạch của kênh rạch giảm rõ rệt, có nơikhông thể tự làm sạch được…

- Ngoài ra, ô nhiễm nguồn nước do nước thải nông nghiệp: từ cácnguồn: hoạt động sản xuất động thực vật(ĐTV) và các sản phẩm cónguồn gốc ĐTV Nguồn này bao gồm cả nước rửa trôi từ cánh đồng,các khu đất canh tác

c) Ô nhiễm do rác thải:

- Môi trường ô nhiễm không chỉ vì nước thải sinh hoạt và nước thảicông nghiệp mà còn do những nguồn thải khác, trong đó đáng quantâm là nguồn thải từ rác sinh hoạt Phần lớn các thành phố ở ViệtNam chưa có công nghệ hoàn chỉnh để xử lý rác thải sinh hoạt Dođó càng ngày việc ô nhiễm do rác thải sinh hoạt ngày trở nên trầmtrọng hơn

- Chỉ riêng thành phồ Hồ Chí Minh mỗi ngày thải ra môi trường 3,500tấn rác, số rác này luôn là vấn đề phiền phức trong cuộc sống Rácsinh hoạt chiếm > 60% rác hữu cơ Vì thế sinh vật gây bệnh pháttriển càng nhanh

3) Những nguyên lý cơ bản của các quá trình xử lý ô nhiễm môi trường:

a) Xử lý sinh học nước thải:

Nếu không bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi các chất độc hại trong nướcthải, các kênh rạch, ao hồ,thì chúng có khả năng tự làm sạch nhờ hoạtđộng sống của vsv Quá trình cơ bản xảy ra theo phãn ứng sau:

i Xử lý nước thải trong điều kiện hiếu khí:

Quá trình phân giải các chất hữu cơ trong điều kiện hiếu khí có thể tómtắt:

CxHyOz + O2 CO2 + H2O + AH

 Tổng hợp để xây dựng tế bào

Enzim CXHYOZ + O2 Sinh khối vi khuẩn + CO2 + H2O

+ C5H7NO2 - AH

 Oxy hoá chất liệu tế bào( tự ôxy hoá)

Tế bào vi khuẩn

Enzim C5H7NO2 CO2 + H2O + NH3  H

H năng lượng được thải ra hoặc hấp thụ vào

Điều kiện để thực hiện quá trình xử lý sinh học :

 Đảm bảo liên tục cung cấp oxy

 Lượng các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho quá trình sinh hoá xảy

ra trong quá trình lên men

 Nồng độ các chất hữu cơ cho phép quá trình lên men

 Nồng độ cho phép các chất độc hại

 PH thích hợp

 Nhiệt độ nuớc thải trong khoảng hoạt động của vsv

Tham gia trong quá trình phân giải chất hữu cơ trong nước thải gồm 3nhóm vsv:

 Nhóm vsv phân huỷ các hợp chất mạch hở, rượi, alđehyt axeton, cácacid khác

 Nhóm vsv tham gia phân huỷ các hợp chất thơm: benzen, phenol,toluen,xilen

 Nhóm vsv ôxy hoá dãy polimetyl( hiđrocacbon dầu lửa), paralin

Ngoài lượng vsv có sẵn trong nước thải, người ta còn cung cấp thêm cácloại vsv đã chọn lọc kỹ như sau:

 Bùn hoạt tính: Loại bùn đã tham gia xử lý tự nhiên ở các kênh rạch, ao,

hồ Loại bùn này đã được hoạt hoá vsv trước khi đưa vào sử dụng

 Nhân giống vsv riêng ở dạng lỏng và cho thêm vào thiết bị xử lý hoặc

hồ xử lý theo tỷ lệ nhất định

 Nhân vsv riêng ở dạng bột khô và cho thêm vào thiết bị xử lý và hồ xử lýtheo tỷ lệ nhất định

ii Xử lý trong điều kiện yếm khí:

Trong điều kiện yếm khí vsv phân giải các hợp chất hữu cơ qua 2 giaiđoạn:

 Giai đoạn thuỷ phân: Các chất hữu cơ sẽ bị thuỷ phân dưới tác dụng

của các enzym vsv Sản phẩm cuối cùng của quá trình sẽ là chất khíchủ yếu là khí CO2 và CH4 được gọi là giai đoạn tạo khí

 Giai đoạn của quá trình lên men yếm khí: gồm 3 giai đoạn

 Giai đoạn lên men acid: Những hydrocacbon ( đường, tinh bột, chất xơ)

dễ bị phân huỷ và tạo thành các acid hữu cơ( acid axetic, acid butyricpropionic) PH giảm xuống < 5 kèm thêm mùi hôi thối

 Giai đoạn chấm dứt lên men acid: Các chất hữu cơ tiếp tục được phângiải tạo thành các chất khí khác nhau như CO2, N2, CH4, H2… pH củamôi trường dần dần tăng lên Mùi thải ra rất khó chịu do thành phần củaH2S, indol, scatol, mecaptan Bùn có màu đen, nhớt, nổi lên trên bề mặt

 Lên men kiềm: còn gọi là giai đọn lên men metan Các sản phẩm trunggian, chủ yếu là xelluloza, aid béo, các hợp chất chứa nitơ tiếp tục bịphân huỷ và tạo rất nhiều khí CO2, CH4, pH môi trường tiếp tục tănglên và chuyển sang dạng kiềm

b) Xử lý rác sinh hoạt :

Rác sinh hoạt chứa tới 60% hợp chất hữu cơ Độ ẩm rác vào mùa nắng là

45 –60%, mùa mưa có thể lên 80% Độ ẩm cao làm phát sinh nhiều vsv.Rác sau khi loại bỏ các thành phần không hữu cơ sẽ được lên men Có 3phương pháp xử lý rác thải sinh hoạt:

 Phương pháp chôn rác: Rác được thu gom lại và được đem chônxuớng đất Để tránh ruồi, muỗi, côn trùng người ta phủ lên rác một lớpđất dày khoảng 30 –50 cm, hoặc than bùn hoặc cát Thường dùng thanbùn có hiệu quả hơn vì than bùn có khả năng hấp thụ mùi Quá trình ủnày kéo dài hàng năm trời Dưới tác dụng của vsv các chất xelluloza,lingin, hemixelluloza bị phân huỷ tạo thành mùn Nhiệt độ khối ủ tăngdần có khi đạt đến 75% Sau thời gian đó người ta lấy ra sàng làm phânbón cho cây trồng.

 Phương pháp ủ có đảo trộn: Dượi trên sự hoạt động mạnh của các vsvhiếu khí Thường người ta cho rác vào các thùng quay còn gọi là thùngsinh hoá Có sự xáo trộn thường xuyên của hệ thống quay và thổikhông khí liên tục vào Thời gian phân huỷ rác rất nhanh Nhiệt độ trongthùng quay thường cao hơn 650C Sau một thời gian khoảng 24 – 48giờ quay liên tục, rác được phân huỷ chưa hoàn toàn Sau đó rác đượcđem ra phân loại và ủ thành từng đống ngoài trời, lên men tự nhiên chođến mục hết và đem làm phân bón cho cây Ưu điểm của phương phápnày là nhanh, dễ tự động và cơ giới hoa

 Phương pháp ủ thủ công có đảo trộn: Được cải tiến trên phương phápcổ truyền của dân Cung cấp giống vsv giống làm rác nhanh chóng phânhủy hơn Các giống vsv thường sử dụng là các nấm mốc Bacillus và xạkhuẩn Ưu điểm dễ thực hiện và có thể cho nong dân ngoại thành thựchiện đại trà được

4) Tác nhân vi sinh vật trong quá trình xử lý ô nhiễm môi trường nước

a) Vai trò của vi sinh vật trong sự tự làm sạch của các nguồn nước:

- Ở các nguồn nước các quá trình vật lý, hóa học như các hiện tượng

sa lắng, và oxy hóa giữ một vai trò quan trọng, tuy nhiên vai trò quyếtđịnh vẫn là các quá trình sinh học Tham gia quá trình này bao gồmnhiều loại sinh vật trong đó quan trọng nhất là vi sinh vật

- Ở chỗ nước thải đổ ra thường là nơi tụ tập của nhiều loại chim, cá.Chúng sẽ sử dụng 1 phần cặn bẩn lớn của thức ăn làm thức ăn, Cònphần lớn rác cặn bẩn của thức ăn sẽ do ấu trùng của côn trùng, giun

và nguyên sinh động vật phân hủy trong đó nấm và vi khuẩn giữ vaitrò quyết định Chúng có thể sử dụng các hợp chất hữu cơ tần tại ởthể rắn cũng như hòa tan trong dung dịch nước, và phân giải chúngthành muối vô cơ, CO2 và H2O

- Bên cạnh đó các loại tảo cũng góp phần quan trọng trong công việcnày Tảo thong qua hoạt động sống của nó cung cấp oxy cho môitrường và tiết vào môi trường các chất kháng sinh diệt các mầmbệnh trong nước thải, ngăn cản sự phát triển của vi sinh vật có hại,kích thích sự phát trie3n của một số vi sinh vật có lợi Một số loại tảocó khả năng hấp thụ mạnh các kim loại nặng như: chì, cadimi…

b) Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học

- Trong nhiều biện pháp xử lý ô nhiễm, biện pháp sinh học được đặcbiệt quan tâm do chi phí đầu tư thấp, hiệu quả cao và không gây tái ônhiễm môi trường

- Biện pháp sinh học sử dụng một đặc điểm rất quý của vi sinh vật làkhả năng đồng hóa được rất nhiều nguồn cơ chất khác nhau như:tinh bột, cellulose, nguồn dầu mỏ, protein, lipid, cả các kim loạinặng…Thực chất của quá trình này là nhờ vào hoạt động sống của vi

sinh vật để biến đổi các chất hữu cơ cao phân tử có trong nước thảithành các hợp chất đơn giản hơn

- Để xử lý nước thải bị ô nhiễm có nhiều kỹ thuật khác nhau, tuy nhiênđiều hoạt động theo các giai đoạn sau:

 Loại bỏ các hạt dễ lắng trong bể lắng cát ở hồ nước thứ nhất

 Oxy hóa bằng vi sinh vật các chất hữu cơ hòa tan với việc sửdụng bùn hoạt tính và biofilter

 Ủ phần cặn ở điều kiện yếm khí trong hầm biogas ta nhậnđược khí methane và cặn Từ cặn này sau khi loại nước ta sẽnhận được compost và sử dụng nó để đốt hoặc làm phân

- Sau đó nước sạch sẽ được đổ trực tiếp vào song hoặc thong qua

hồ chứa nước

5) Tác nhân vi sinh vật trong xử lý chất thải:

- Trong hầu hết các loại phế thải luôn sẵn có một khu hệ vi sinh vậttự nhiên với số lượng lớn, chúng có khả năng sử dụng các cơ chấttương ứng bằng cách tiết ra các Enzim ngoại bào để phân giải cơchất thành các sản phẩm trung gian dạng nhão và quánh – baogồm những phân tử nhỏ hơn, đễ hấp thu hơn Khi thực hiện quátrình phân giải này các quần thể vi sinh vật đồng thời sinh trưởng

và phát triển mạnh khiến cho sinh khối tăng nhanh - vì thế, sảnphẩm trung gian vô hình chung đã trở thành một loại bùn hoạt tínhđặc trưng – trong đó chứa một khu hệ vi sinh vật phong phú- đadạng và một lượng chất dinh dưỡng phù hợp cho hoạt động hoạisinh của chúng