Giáo trình công nghệ vi sinh vật xử lý chất thải

Khả năng phân huỷ vật chất của quần thể vi sinh vật đã được sử dụng để quay vòng cá c chất thải có trong tự nhiên, bởi vì nếu chất thải tích tụ quá nhiều tại m ột vùng sinh th á i sẽ cản

Công ty cổ phần Sách Đại học - Dạy nghề - Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam giữ quyền công bố tác phẩm.

LỜI NÓI ĐẨU

Tính đặc trưng của các quá trình trao đổi chất ở vi sinh vật đã được ứng dụng từ lâu v à o sản xu ấ t các loại thực phẩm lên men trước khi có sự hiểu biết về sự tồn tại của chúng Khả năng phân huỷ vật chất của quần thể vi sinh vật đã được sử dụng để quay vòng cá c chất thải có trong tự nhiên, bởi vì nếu chất thải tích tụ quá nhiều tại m ột vùng sinh th á i sẽ cản trở khả năng tự làm sạch của vi sinh vậ t trong m ôi trường và làm ô

n hiễm m ỏi trường sống.

Giữa th ế kỷ XX, con người đã nhận th ấ y hệ vi sinh vật trong tự nhiên đóng vai trò chính tro n g việ c phân huỷ các ch ấ t thải do con người tạo ra và đã chủ động sử dụng khả nân g phân huỷ này của hệ vi sinh vật trong từng hệ sinh thái nhằm tăng cường khả năng phân huỷ các ch ấ t thải bằng cách bắt chước các quá trình phân huỷ trong tự nhiên Từ đó, đã tìm ra các biện pháp xử lý làm tăng giá trị của các ch ấ t thải phục vụ trở lại đời sống con người Với sự cố gắng của các nhà vi sinh vật học, các kỹ sư công nghệ và c á c nhà nghiên cứu hoá học, các phương pháp phát triển quy trình loại bỏ chất thải và b ảo vệ tài nguyên thiên nhiên đã được tìm ra Những cố gắng này đã tạo tiền đề cho m ột phạm trù "công nghệ sinh học" mới.

C ù ng với sự tăng trưởng kinh tế nhanh của đất nước, trong những năm gần đây, chất lượng m ôi trường sống của chúng ta ngày càng bị ô nhiễm nghiêm trọng, ảnh hưởng trước mẳt và lâu dài đến sức khỏe con người, phá vỡ sự cân bằng sinh thái Lượng rác thải sinh hoat ở các đò thị của nước ta ngày m ột gia tăng và hàng năm, chúng ta cần khá nhiều diện tích để chôn lấp rác thải sinh hoạt, chẳng hạn như ở Hà Nội, mỗi năm tốn khoảng 2,5ha đ ất dùng để chôn lấp rác thải Mặc dù tốn kém diện tích như vậy nhưng nếu xử lý rác thải bằng chôn lấp không đúng quy cách thì bèn cạnh việc tốn nhiều diện tích canh tác, còn gâ y ra ô nhiễm nguồn nước ngầm và môi trường xung quanh.

C ô n g nghệ vi sinh vật xử lý chất thải là một chủ đề của m ột lĩnh vực lớn và quan trọng, do điều kiện và thời gian có hạn nên giáo trình ch ỉ trình bày sơ lược các nguyên lý

và quá trình xử lý chất thải nhằm bổ sung thêm những hiểu biết rất cơ bản về vai trò của vi sinh vật trong xử lý nước thải, rác thải mà chưa đi sâu về công nghệ xử lý chất thải và m ỏ hình hoá các quy trình này.

C u ố n giá o trình C ô ng n g h ệ vi s in h vật x ử lý c h ấ t th ải được biên soạn nhằm

cung cấ p cá c kiến thức cơ bản về công nghệ xử lý ch ấ t thải, nước thải bằng biện pháp sinh học ch o sinh viên, học viên ca o học, ngh iên cứu sinh ngành C ông nghệ sinh họ c và C ông nghệ m ỏi trường Tài liệu này gồm ba phẩn: Cơ sở sinh họ c xử lý

c h ấ t th ả i, nước th ả i; C ông nghệ vi sinh v ậ t xử lý nước thải và Công nghệ vi sinh vật xử

lý c h ấ t th ả i.

Trong quá trình xử lý rác thải, vi sinh vật đóng vai trò quan trọn g và quyết định nhất trong v iệ c chuyển hoá các chất hữu cơ khó phân huỷ như ce llu lo se , pectin, protein, thành những phần nhỏ hơn Vì-vậy, đã có những nghiên cứu bổ sung các loại

vi sinh vật vào quá trình xử lý rác, nhằm thúc đẩy nhanh quá trình phân huỷ rác thải.

G iáo trình trình bày tóm lược các quá trình xử lý nước thải bằng biện p h á p sinh học

mà vai trò chính là sự đóng góp của các loại vi sinh vật nhằm bảo vệ cá c giá trị sinh học của thiên nhiên môi trường Đó là các nguyên lý sinh h ọ c -s in h thái h ọ c - cơ sở chung cho việ c loại bỏ các chất phế thải và bảo vệ môi trường; nước th ả i và các đặc tính của nước thải; các quá trinh xử lý nước thải truyền thống như xử lý bằng bùn hoạt tính, bằng phương pháp m àng lọc, bằng ao hổ ổn định sinh học, ủ kỵ khí (sinh methan)

và trình bày m ột vài m ô hình xử lý nước thải điển hình Công nghệ vi sinh vật xử lý nước thải là khái niệm liên quan đến việc bảo vệ môi trường mà ỏ đây sử dụng cá c biện pháp sinh học để loại bỏ các chất gây ồ nhiễm.

Tác giả hy vọng sách sẽ phục vụ thiết thực cho việc học tập của sinh viên, học viên cao học, nghiên cứu sinh các ngành Công nghệ sinh học, Công nghệ m ôi trường

và đông đảo bạn đọc quan tâm tới xử lý chất thải bảo vệ môi trường sống.

Tác giả xin chân thành cảm ơn những ý kiến đóng góp của bạn đọc để chúng tôi

có thể sửa chữa, bổ sung, hoàn thiện sách phục vụ bạn đọc ngày càng tốt hơn.

Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về c ỏ n g ty Sách Đ ại học - Dạy nghề, Nhà xuất bản Giáo dục V iệt Nam, 25 Hàn Thuyên, Hà Nội.

Xin trân trọng cảm ơn.

TÁC G IẢ

PHÂN THỪ NHÃT

C ơ s ở SINH HỌC

XỬ LÝ CHẤT THẢI, NƯỚC THẢI

C hư ong1

Cơ SỞ SINH HỌC KIỂM SOÁT CHẤT THẢI, NƯỚC THẢI

1.1 Cơ sở SINH HỌC KIỂM SOÁT MÔI TRƯỜNG

1.1.1 Khái niệm công nghệ vi sinh vật môi trường

1.1.1.1 M ôi trường là gì?

Môi trư ờ n g là hệ th ô n g các yếu tố sông và k h ô n g sống tạo nên điều

kiện sông tr ê n h à n h tin h của ch ú n g ta T rong dó, các yếu tô" sông là con người, dộng vật, thực v ậ t và vi sinh vật, còn các yếu tô" k h ô n g sống là dất, nước, không khí, k h o án g c h ấ t và n ă n g lượng M ặ t Tròi N hư vậy,

môi trư ờ n g bao gồm các yểu tố tự n hiên và v ậ t c h ấ t n h â n tạo q u an hộ

m ậ t t h iế t với n h a u , bao q u a n h con người, có ả n h hưởng tới đòi sống, sả n xuất, sự tồn tại, p h á t triển của con người và th iê n nhiên

Môi trư ờ n g theo n g h ĩa rộng là t ấ t cả các n h â n tố tự n h iê n và xã hội cần th iế t cho sự sin h sông, s ả n x u ấ t của con người, n h ư tài ng u y ên th iên nhiên, k h ô n g khí, đ ất, nước, á n h sáng, cảnh quan, q u a n hệ xã hội , và

có tác dộng tương hỗ lẫn n h a u (hình 1.1)

Hình 1.1 Môi trường sống và sự tác động môi trường

Môi trư ờng theo n g h ĩa hẹp k h ô n g xét tới tà i ngu y ên th iê n n h iê n , m à chỉ bao gồm các n h â n tô" tự n h iê n và xã hội trự c tiếp liên q u a n tới ch ấ t lượng cuộc sông con người Nói n g ắ n gọn, môi trư ờ n g là t ấ t cả n h ữ n g gì

có xung q u a n h ta , cho ta cơ sở đê sông và p h á t triến

S inh quyển có ng h ía là to à n bộ t ấ t cả các cơ th ể sông tr ô n T rá i Đất,

tu y n h iê n sin h quyển cũng n h ư môi trường có th ể sông k h ô n g có sự sông

•như tr ê n 4 tỷ n ă m về trước, n h ư n g không m ột ai tro n g c h ú n g la cố thô

sông k h ô n g có sin h quyổn h ay môi trường Sinh* quyển do các môi trư ờng chính tạo th à n h , đó là không khí, nưốc và đất

Môi trường có các chức n ăn g cơ bản là không gian sông củ a con người

và các loài sinh vật; nơi cung cấp tài nguyên cần th iế t cho cuộc sông và hoạt động sả n x u ấ t của con người; nơi chứa dựng các c h ấ t phc thải do con người tạo ra trong cuộc sông và hoạt dộng sản x u ấ t củ a m ình; nơi giảm nhọ các tác động có hại của thiên nhiên tỏi con người và sin h v ậ t trên Trái Đất N hư vậy, con người luôn cần một khoảng không gian n h à ở, s ả n x u ất lương thực và tá i tạo môi trường, nh ư n g nếu k h ai th á c và c h u y ển đổi chức

n ăn g sử d ụ n g các loại không gian quá mức, không chú trọ n g đôn bảo vộ môi trường, có th ê làm cho ch ất lượng không gian sông m ấ t di k h á n ăn g

tự phục hồi, sẽ ả n h hưởng đến môi trường sông

Bảo vệ môi trường là giữ cho môi trường tro n g sạch, d ả m bảo cân

b ằn g sin h thái, n g ăn ch ặn và k h ắc phục các h ậ u quả xấu do con người

và th iê n n h iê n gây ra, k h a i thác, sử dụng hợp lý v à tiế t kiộm tà i nguyên

th iên nhiên

K hoa học môi trường là n g àn h khoa học n g h iên cứu mối q u a n hộ và tương tác q u a lại giữa con ngưòi và môi trường x u n g q u a n h n h ằ m mục đích bảo vộ môi trường sông của con ngưừi tr ê n T rá i Đ ất

N g àn h K hoa học môi trường nghiên cứu đặc điểm c ủ a các th à n h

p h ầ n môi trư ờ n g (tự n h iên hoặc n h â n tạo) có ả n h hưởng hoặc chiu ản h hưởng đ ến môi trư ờng nước, không k h í và đất; n g h iê n cứu công nghệ, kỹ

t h u ậ t xử lý ô n h iễ m bảo vệ c h ấ t lượng môi trường sông c ủ a con người; nghiên cứu tổng hợp các biện p h áp quản lý k in h tế, l u ậ t p h áp , xã hội

n h ằ m bảo vệ môi trường và p h á t triể n bền vững T u y n h iên , môi trường

là đối tượng n g h iên cứu củ a n h iề u n g àn h khoa học n h ư s in h học, địa học, h ó a ‘học, n h ằ m đề r a các biện pháp bảo vệ môi trư ờ n g có hiộu quả, góp p h ầ n p h á t triể n n g à n h khoa học môi trường

1.1.1.2 Công nghệ vi sinh vật m ôi trường

Công nghệ vi sin h vật là sự tích hợp của khoa học vổ vi sin h vật và

công nghệ dể có th ể ứng dụng vi sinh v ậ t và các cấu p h ầ n c ủ a t ế bào vi sinh v ậ t để s ả n x u ấ t các sản p hẩm có giá trị mới dựa tr e n tiến bộ của công

ngliộ sinh học N hư vậy, công nghệ vi sinh v ậ t môi trường (hay còn gọi là công nghộ sinh học môi trường) là việc ứng d ụ n g các quá trìn h công nghệ

dể bao vệ và phục hồi ch ất lượng môi trường sông của con người

Đố hiểu công nghộ vi sinh v ật môi trường, trưóc h ế t ch ú n g ta phải clịnh nghĩa công nghộ sin h học, vì công nghệ vi sinh v ậ t là một p h ầ n quan trọng củ a công nghẹ sinh học Vậy công nghệ sin h học là gì? Tuy có nhiều định n g h ía khác n h a u về công nghệ sinh học, n h ư n g có th ể tóm t ắ t n h ư sau: Công nghệ sinh học là các kỹ th u ậ t sử d ụ n g cơ th ể hoặc các p h ầ n của

cơ thổ sông để sản x u ấ t h àn g loạt các sản p hẩm n h ư sản x u ấ t các loại thuốc ch ữ a bệnh, các dược phẩm , các loại enzym, các hợp ch ấ t bổ đưõng, thực phẩin và các sả n p h ẩm khác với sự trợ giúp của vi sinh vật Việc cải tiến thực vật, động v ật và vi sinh v ật cho các mục đích k hác n h a u n h ư tạo

r a sản p h á m mới hoặc tôt hơn, loại bỏ các ch ấ t độc; phòng chống bệnh,

p h á t triế n nông nghiệp, tạo các công nghệ sản x u ấ t công nghiệp mới ít độc cho môi trường, Một ví dụ trên hình 1.2, cải biến t ế bào vi sinh v ậ t b ằn g công nghộ sin h học ứng dụng trong bảo vệ môi trường

Phàn hủy sinh học Đâu tranh sinh học Kích thích quang hợp

Hinh 1.2 Cải biến tế bào vi sinh vật bằng công nghệ sinh học

ứng dụng vào công tác bảo vệ môi trường

N h iệm vụ của công nghệ sinh học môi trưòng là xử lý các hệ sinh thái

bị ô nhiễm ; xử lý và k h ử độc ch ấ t thải rắn; xử lý nước thải, nguồn thải, sông hồ và biển bị ô nhiễm; khử nhiễm b ẩn không k h í b ằn g các cơ thổ và cá(' phần củ a cơ th ế sông, bảo vệ môi trường b ằn g các công nghộ mới (hình 1.3) Ví dụ, công nghệ sinh học môi trường là sử dụng các phương pháp

Phân bón sinh học

- Cố định nitơ

- Hòa tan phosphate

- Giảm phân bón hóa học

- Chống ô nhiễm nước

không phải là các phương pháp p h â n loại tru y ền th ô n g n h ư các phương pháp sinh học p h â n tử và di tru y ền để p h â n lập, tu y ể n chọn các vi sinh

v ậ t mới ứng dụng có hiêu quả trong kiểm soát môi trường

Hình 1.3 Hưỏng tập trung nghiên cứu của công nghệ sinh học môi trường

N h ư vậy, công nghệ sin h học môi trường cũ n g có t h ể h iể u là “q u ản

lý q u ầ n th ể vi sin h v ậ t để cung cấp các dịch vụ cho xã hội” N gày nay, dịch vụ chìa k h o á bao gồm giải độc cho nước và đ ấ t bị ô nhiễm , p h ụ c hồi tài nguyên bị m ấ t và chuyển hoá n ă n g lượng k h u ế c h tá n vào s in h khôi

th à n h d ạ n g m à xã hội dễ d àn g sử dụng H ai ví d ụ tiê u biểu là k h ử các

c h ấ t gây ô n h iễ m nước th ả i bị oxy hoá (ví dụ n h ư n i t r a t , các d u n g môi

k h ử trùng), s ả n x u ấ t k h í m e th a n , hydro, điện, e th a n o l và n h iê n liộu sin h học

1.1.1.3 ứng dụng cỏng nghệ sinh học trong bảo vệ m ô i trường

G ần đây công nghệ sinh học trê n t h ế giới đã và đ a n g có v ai trò rấ t

q u a n trọ n g tro n g bảo vệ môi trường, m an g h iệu q u ả r ấ t rõ tr o n g quan trắc, đ á n h giá mức độ ô nhiễm , xử lý ô nhiễm , phòng chông ô n h iễm Các

kỹ t h u ậ t h iệ n n ay n h ư sin h học p h â n tử, di tr u y ề n p h â n tử và g ần đây

là genomic, protonomic, công nghệ n an o s in h học đ ã tạ o n ên n h ữ n g bưốc đột p h á tro n g công tác bảo vệ môi trường tr ê n to à n cầu Các kỹ th u ậ t

hiện đại của sin h học dược phổi hợp với các t h à n h tự u p h â n tích bản

c h ấ t hoá học của các yếu tô" gây ô nhiễm là công cụ đắc lực cho việc xây dựng, điều k h iển và đ á n h giá các quy trìn h công n g h ệ xử lý ô n h iễ m sự

cổT môi trư ờ n g và q u a n trắ c sự biến động của môi trưòng s ử d ụ n g tổng

hợp của các p h ư ơ n g p h á p sinh học tru y ền th ô n g và công nghệ sin h học hiộn dại sõ giúp cho c h ú n g ta lựa chọn đ ú n g các công nghệ tro n g phòng chông ô nhiễm

a) c ỏ n g n g h ê s i n h h ọ c tr o n g x ử lý ô n h i ê m m ô i tr ư ờ n g

Công n g h ệ s in h học ứng d ụ n g trong xử lý nưốe th ả i thường là công

nghệ h iếu khí, th i ế u k h í và kỵ khí Loại h ìn h công nghệ hiếu k h í d an g được sử d ụ n g hiộn n a y trê n th ế giới là bể p h ả n ứng sin h học h iế u khí,

m ương oxy hoá, lọc s in h học Riêng phương p h á p lọc sin h học được ứng

d ụ n g với n h iề u loại h ìn h k h ác n h a u n h ư lọc nhỏ giọt, lọc với v ậ t liộu

n g ậ p nước, lọc với các v ặt liệu là các h ạ t cô" định, đĩa quay sinh học

P h ư ơ n g p h á p xử lý h iế u k h í dưực ứng dụng rộng rã i n h ấ t tro n g xử lý nước t h ả i sin h h o ạt, nưốc th ải của các công nghiệp chê biến thực phẩm

P h ư ơ n g p h á p n à y có ư u điểm không sinh r a m ùi khó chịu, thời gian xử

lý ngắn, h iộ u q u ả xử lý cao, n h ư n g chi phí cho xây lắp và v ậ n h à n h cao,

tạ o ra n h iề u b ù n th ả i P hương p h á p x ử lý k y k h í tạo r a ít bùn, chi phí

th ấ p , ngoài Ưu điểm th u được khí sinh học — dược xếp vào loại n ă n g lượng

x a n h , còn có th ể áp d ụ n g để xử lý nước th ả i có nồng độ c h ấ t ô nhiễm hữu

cơ cao Công n g h ệ k ế t hợp các modul h iếu k h í - kỵ k h í - th iế u k h í đã dược n g h iê n cứu v à ứ n g d ụ n g m ạ n h mẽ tại N h ậ t B ản dể xử lý nưốc th ả i

s in h h o ạt, nước t h ả i g iàu nitơ (nước th ả i giết mổ gia súc gia cầm, nước

th ả i c h ế b iế n th u ỷ s ả n , nước th ả i ch ă n nuôi) P hương p h á p lọc sin h học

là sử d ụ n g q u á t r ì n h xử lý dựa tr ê n quá trìn h h o ạ t động của vi sin h v ật

ở m à n g s in h học, oxy hoá các c h ấ t bẩn hữ u cơ có tro n g nưốc Các m àng

s in h học, là tậ p hợp củ a các vi sin h v ậ t hiếu khí, kỵ k h í và kỵ k h í tuỳ tiộn Ngoài ra, người ta còn sử d ụ n g hồ sinh học để loại bỏ các yếu tô" ô

n h iễ m tro n g môi trư ờ n g nước Đ ây là q u á tr ìn h làm sạ ch tự n h iê n với tốc dộ ch ậ m n ê n thờ i gian lưu th u ỷ học k h á dài và phương p h áp cần

d iệ n tích m ặ t th o á n g lớn Hồ sinh học bao gồm các loại hồ hiếu klìí, hồ

kỵ k h í và d ạ n g hồ t r ư n g gian, có th ể sử d ụ n g thực v ậ t th u ỷ sin h để xử lý

ô n h iễ m nước th ả i có độ ô n h iễm h ữ u cơ không cao và ô n h iễ m kim loại

n ặ n g (xem chương 6 v à chương 8)

- ứ n g d ụ n g công nghộ sinh học để xử lý c h ấ t th ả i r ắ n là phương pháp

ủ h iế u k h í h a y kỵ k h í n h ằm tạo r a sả n p h ẩm p h â n bón phục vụ nông

n g h iệp (xem chương 11) N hiều c h ế p hẩm vi sinh v ậ t chứa các vi sinh vật

h ữ u h iệ u dược s ả n x u ấ t để ứng dụng vào lĩnh vực này n h ằ m thúc đẩy

n h a n h q u á tr ìn h xử lý rác th ải sinh hoạt, xử lý b ù n ao nuôi th u ỷ sản, xử

lý các p h ế th ải r ắ n từ công nghiệp thực phẩm , ủ kỵ khí là b iện p h á p đơn giản, dỗ thực hiện, chi phí th ấ p và có th ể th u k h í m e th a n làm c h ấ t đốt u

hiếu khí là biện p h áp đang được sử dụng ỏ nhiều nước trê n t h ế giới vỏi ưu điểm là quá tr ìn h p h ân huỷ n h an h , tiế t kiệm được diện tích chôn lấp và

có th ể tậ n d ụ n g m ù n làm p h â n bón (xem chương 1 2)

P hương p h á p lọc sin h học mới được p h á t triể n là công nghộ kiểm

so á t ô n h iễ m k h ô n g khí, xử lý k h í th ả i chứa c h ấ t h ữ u cơ b a y hơi hoặc các

c h ấ t độc vô cơ Công nghệ này được ứng d ụ n g th à n h công ở các nước

ch â u Ảu n h ư Đức và H à L an từ đ ầ u nh ữ n g n ă m 1980 cho các cơ sở công

nghiệp tạo n h iề u k h í th ả i độc hại Trong n h ữ n g c h ấ t k h í gây r a hiộu ứng

n h à kính, C 02 đóng vai trò lớn tro n g sự nóng lên của T rá i Đ ất, n h ư n g

m e th a n cũng được coi là c h ấ t k h í hiệu ứng n h à k ín h tiềm tà n g n h ấ t, bởi

vì mỗi p h â n tử CHj tro n g k h í quyén có tác d ụ n g làm n ó n g T rá i Đ ấ t gấp

21 lần so với m ột p h â n tử c o , H à n g n ăm lưựng k h í me t h a n tă n g lôn với

tý lộ 1%, n h a n h gấp n h iề u lầ n k h í COj Đổ giảm bót lượng k h í m e th a n

thái r a tro n g q u á tr ìn h chôn lấp cổ truyền, M a s tu i S a b u r o dà nghiên cứu và dề x u ấ t quy tr ìn h công nghệ chôn lấp mới, d ự a tr ê n ng u y ên tắc kích th ích sự p h á t triể n của vi sinh v ậ t k h ử su lfa t b ằ n g sục k h í tă n g cường nước rác để oxy hoá s u líìt th à n h sulfat, h ạ n c h ế sự h ìn h th à n h khí m e th a n tro n g q u á tr ìn h p h â n h u ỷ kỵ k h í (mục 12.5 và 12.6)

b) C ô n g n g h ê s i n h h o c v à s ả n x u ấ t c á c s ả n p h ẩ m t h ả n th iệ n

m ô i tr ư ờ n g

S ả n x u ấ t các s ả n p h ẩ m th â n th iệ n với môi trư ờ n g để th a y t h ế các hoá c h ấ t dộc hại n h ư sử d ụ n g vi sin h v ật để s ả n x u ấ t p h â n bón sinh học (thuốc tr ừ sâ u sin h học, p h â n hữ u cơ vi sinh) và các c h ấ t bảo vệ môi trư ờng đ a n g n g ày càng p h á t triển m ạ n h mẽ trẽ n t h ế giới Các s ả n phâm

công nghệ sin h học được tạo r a hiện nay góp p h ầ n r ấ t lớn vào tă n g n ăn g

s u ấ t cây trồ n g cũ n g n h ư giảm thiểu đ án g k ế các c h ấ t t h ả i độc hại s ả n

x u ấ t các loại enzym để sử d ụ n g tro n g công nghiệp da giày, công nghiệp dột, sản x u ấ t bột giặt, công nghiệp sản x u ấ t bột giấy, s ử d ụ n g công nghệ sin h học để chuyển hoá sin h khối thực v ậ t th à n h các nguyên liệu

s ả n x u ấ t polym e sin h học, v ậ t liệu com posit sin h học sử d ụ n g trong các

An f)ộ, T ru n g Quốc, Với sự hỗ trợ của công nghệ sin h học ngưòi ta có

thổ sán x u ấ t dược từ 20 - 40 tỷ th ù n g eth an o l sin h học từ cellulose sinh

khói Điều này m a n g lại lợi ích d án g kổ cho nông dân, góp p h ầ n bảo vệ môi trư ờ n g và giúp t h ế giới giảm bớt p h ụ thuộc vào nguồn cung ứng nhiên liộu hoá th ạ ch An Độ là nước d ẫn đ ầ u châu Á sử d ụ n g eth an o l làm n h iê n liộu T ru n g Quốc đã sử dụng eth an o l th a y x ăn g ở 5 th à n h phô" lớn với các n h à m áy có công s u ấ t từ 200.000 - 800.000 tấ n /n ă m Ở Đông

N am A n h ư T h á i Lan, Indonesia, M alavsia d ă p h á t triể n công n g h ệ sản

x u ấ t c th a n o l d ù n g th a y xăng

Hiện nay ngưòi ta dã quen dùng th u ậ t ngữ “Biogas” n h ư m ột nguồn

n ăn g lượng mới Các p h ụ p h ẩm nông nghiệp n h ư rơm, rạ, p h ân gia súc, gia cám dược ủ kỵ k h í trong các bổ ủ khí Nhò h o ạt động của vi sinh vật, các c h ấ t hữ u cơ dược p h â n h u ỷ và tạo r a s ả n p h ẩm k h í là m cth an Khí

m e th a n có thổ d ù n g làm nguồn n ă n g lượng đổ sản x u ấ t điộn, làm ch ấ t đốt,

th a y i h ế cho củi hoặc d ấu hoả (hình 1.4) N hư vậy, việc sản x u ấ t khí sinh học vừa góp p h ấ n làm sạch môi trường vừa m an g lại lợi ích kinh tế Với

ưu diếm trên, công nghệ này d an g được đầu tư p h á t triể n ở nhiều nước

Năng lượng Mặt Trời

P hương p h á p xử lý ô n h iễm b ằn g thực v ậ t có tín h k h ả th i cao đế xử

lý các v ù n g đ ấ t bị ô n h iễ m kim loại nặng Các lĩnh vực n g h iê n cứu liên

q u a n bao gồm công nghộ đ ấ t ngập nưóc, công nghệ xử lý t r à n d ầ u v à các loại thực v ậ t tích luỹ kim loại nặng Hiện nay, để tă n g cường h iệ u q u ả

xử lý ô n h iễ m b ằ n g thực v ật, công nghệ sinh học đã và d a n g tạ o r a các loài thực v ậ t mới th ô n g q u a công nghệ tái tể hợp di tru y ền

1.1.2 Công nghệ vi sinh vật xử lý chất thải

Công nghệ sin h học xử lý c h ấ t thải là một tro n g n h ữ n g h ư ớ n g p h á t triể n ưu tiên h à n g đ ầ u tro n g đó chú trọng sử d ụ n g các công nghộ sạch, công n g h ệ xử lý để tạo đà cho việc p h á t triể n bền vững Xu hư ớn g của các quốc gia tr ê n t h ế giới tro n g việc phòng ngừa ô n h iễ m môi trư ờ n g là

h ạn c h ế p h ả i xử lý cuối đường ống, đẩy m ạ n h ứ n g d ụ n g v à p h á t triể n các công n g h ệ sạch, công nghệ sin h học

H ai yếu tô" q u a n trọ n g n h ấ t do ho ạt dộng sông củ a con ngưòi á n h hưởng đến môi trư ờ n g là c h ấ t th ả i và nước thải K hả n ă n g p h â n h u ỷ v ậ t

c h ấ t của q u ầ n th ể vi sin h v ậ t đã được sử d ụ n g để q u ay vòng các c h ấ t

th ả i có tro n g tự nhiôn Bởi vì, n ếu ch ấ t th ả i tích t ụ q u á n h iề u tạ i một vùng sin h th á i sẽ cản trở k h ả n ă n g tự làm sạch của vi s in h v ậ t tro n g môi trường, làm ô nhiễm môi trường sông

Các q u á tr ìn h xử lý c h ấ t thải, nước th ả i b ằ n g biện p h á p s in h học m à vai trò ch ín h là sự đóng góp của các loại vi sin h v ậ t n h ằ m bảo vệ các giá trị sinh học của môi trư ờng th iê n nhiên

Công n g h ệ p h â n h u ỷ các c h ấ t b ằn g vi sin h v ậ t d ự a tr ê n cơ sở loại bỏ hỗn hợp n h iề u c h ấ t có tro n g c h ấ t th ả i và tái sử d ụ n g chúng N ồng độ của các c h ấ t hoà ta n tro n g nước thường là th ấp , các c h ấ t k h ô n g hoà ta n

là hợp c h ấ t cao p h â n tử và p h â n h u ỷ kém Do vậy, xử lý môi trư ờ n g hỗn hợp n h iề u c h ấ t ô n h iễm b ằ n g cách sử dụng n h iề u c h ủ n g vi s in h sõ tă n g cường k h ả n ă n g p h â n h u ỷ các chất, giảm thời gian p h â n h u ỷ d ẫ n đến giảm giá t h à n h s ả n phẩm

Mỗi hệ sin h th á i được quy dịnh bởi các điều k iệ n lý học, h o á học, vi

tr í địa lý và thự c t ế địa c h ấ t của nó N hữ ng yếu tô" th iế t yếu là nước (hay

dộ ẩm), n h iệ t độ, á n h sáng, k h ả n ă n g cung cấp oxy, các c h ấ t d in h dưỡng,

pH và k h ả n ă n g k h u ấ y trộ n cơ học (xem chương 2)

Các loại sin h v ậ t tồn tại, p h á t triển và tá i sinh trong môi trư ờng sông (mỗi hệ sinh thái) và do vậy, chúng lắng đọng lâu dài tro n g s in h cảnh cấu

th à n h q u ần lạc sinh v ậ t— p h ần th ứ cấp của hệ sin h thái C h ín h sinh v ậ t sông tro n g hộ sin h th á i sẽ làm th ay đổi các điều k iện của sin h cảnh

Công nghệ vi sin h v ậ t xử lý c h ấ t thải/ nước th ả i là sự p h á t triể n của

công nghệ sin h học n h ằ m ứng d ụ n g vi sinh v ậ t và các cấu p h ần của tê bào VI sinh v ậ t để s ả n x u ấ t các c h ế p h ẩ m có giá trị mới và ứng d ụ n g các quá t r ì n h công nghẹ mới, thích hợp trong bảo vệ và phục hồi c h ấ t lượng mỏi trư ờ n g sông củ a con người.

1.1.2.1 C hất thải, nước thải

- C h ấ t th ả i (còn gọi là rác thải) là các chất do h o ạt động của con người tạo ra và k h ô n g còn giá trị sử d ụ n g vào mục đích phục vụ cuộc sông của con người Nước th ả i là nước đã qua sử d ụ n g tro n g s ả n x u ấ t hoặc sinh

h o ạt ch ứ a các c h ấ t b ẩ n và được th ả i ra môi trường

- Đê k iểm so át nước th ải, c h ấ t th ải cần:

+ Lựa chọn quá trìn h xử lý phải phụ thuộc vào b ản ch ất tự nhiên củanước thải

+ T h à n h p h ầ n c h ấ t dộc nguy h ại cần tá c h r a khỏi nước, còn d ạn g

k h ô n g n g u y h ại mới cho phép th ả i r a môi trường

+ Q uá trìn h dánh giá có thể thực hiện theo một h ay nhiểu bước (CID).+ T h à n h p h ần nguy hại phải xử lý th à n h p h ần không còn độc hại nữa

1.1.2.2 Tách chất rắn khỏi m ôi trường nước

T ác h c h ấ t th ả i r ắ n hu y ền p h ù khỏi nước th ả i có th ể thực h iện theo

n h iề u q u á tr ìn h p h ụ thuộc vào kích thước và khối lượng củ a chúng C h ấ t

th ả i r ắ n d ạ n g h ạ t to có th ể làm hỏng máy bơm Trước k h i dưa vào bể xử

lý, cầ n p h â n loại sơ bộ để loại bỏ được c h ấ t th ả i h ạ t lớn b ằ n g cách cho

q u a lưới lọc b ằ n g kim loại, b ằn g tre n ứ a, dể tạo môi trư ờng nước th ả i dồng n h ấ t, mịn Công việc b an đ ầ u này có th ể được thực hiện b ằn g các cách s a u đây:

a) L ắ n g g a n

Để nước th ả i tĩn h một thòi gian n h ấ t đ ịn h để cho m ột sô" t h à n h p h ầ n

h u y ề n p h ù tro n g nước th ả i k ế t lại vối n h au , lắng xuống hoặc nổi lên bề

m ặ t bể p h â n loại sơ bộ Trước k h i đưa vào bể xử lý, cần loại bỏ các ch ấ t

sa lắ n g hoặc nổi lên m ặ t nước thải N h ữ n g c h ấ t n à y có th ể gây khó k h ă n cho q u á t r ìn h xử lý, là m giảm h iệu s u ấ t xử lý b ằ n g b iện p h á p sin h học

b) K ế t b ô n g

B ằ n g cách th ổ i k h í tro n g thời gian n h ấ t định, các h ạ t h u y ền p h ù sẽ

k ế t t h à n h khối bông (flocs), s a u đó thực hiện quá tr ìn h lắ n g gạn

c) L o c q u a m ô i tr ư ờ n g h a t (sỏi, cát) hoặc lọc q u a lớp v ậ t liệu lọc

m ịn (b cn to n it, đ ia to m it hoặc zeolit)

d) L o c q u a m à n g lo c n h ư vải lọc hoặc sà n g lưới m ịn (th ư ờ n g sử

p h ù hợp với từ n g giai đoạn, thòi gian là nhiệm vụ h ế t sức q u a n trọ n g và

cần thiết T rong m ộ t số trư ờ n g hợp, người ta có th ể p h ả i k ế t hợp m ột sổ

phương p h á p xử lý k hác n h a u để có th ể giải q u y ết tậ n gốc các c h ấ t ô nhiễm Cho đến nay, ngoài n h ữ n g phương p h áp thường được sử d ụ n g như phương p h áp hoá học, lý học, cơ học, th ì phương p h á p p h â n huỷ sin h học sử d ụ n g các nguồn vi sinh v ậ t có ích đ an g là v ấn đề được nhiều quốc gia, tro n g dó có Việt N am q u a n tâm nhiều, bởi lẽ công n g h ệ p h â n huỷ sin h học có tác dụng xử lý tr iệ t để hơn, không bị ô n h iễ m th ứ cấp và lại an to àn cho sin h th ái môi trường

Ví dụ: có n h iề u phương p h áp xử lý nước trước khi sử d ụ n g là m nước sinh h o ạ t h a y th ả i r a môi trư ờng (hình 1.5) N h ư n g tù y theo c h ấ t lượng nước, các th à n h p h ầ n tro n g nước m à lựa chọn công n g h ệ p h ù hợp

Dưới đây ch ú n g ta có th ể tìm h iể u k h ái q u á t n h ữ n g đặc t í n h cơ bản của một sô" phương p h á p xử lý c h ấ t th ả i khác n h au

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP xử LÝ CHẤT THẢI, NƯỚC THẢI

1.2.1 Phương pháp xử lý hoá học

Xử lý hoá học thường để tách các ch ất nguy h ạ i khỏi nước thải:

- T ru n g hòa nước th ải acid hoặc kiềm đ ế n pH th ích hợp

- K ết tủ a, k ế t lắng, k ế t bông thường d ù n g để loại bỏ k im loại nặng

K ết tủ a đố h ìn h th à n h các p h a rắn ; k ế t lắng là m cho các h ạ t nhỏ liôn k ế t tạo th à n h các c h ấ t lắng dược; còn k ế t bông tạo cho các h ạ t nhỏ tích tụ lại

và lọc dược.

- Oxy hoá k h ử là cách sử d ụ n g các c h ấ t hoá học bố s u n g vào nước

th ả i đồ ch u y ể n các c h ấ t độc h ạ i th à n h vô hại, hoặc í t độc hơn C ũng có

th ể chỉ th ự c h iện m ột quá tr ìn h oxy hoá n h ư sử d ụ n g k h í ozon để xử lỷ

c h ấ t h ữ u cơ nguy hại

- Sử d ụ n g tra o dổi ion dể chuyển hoá các c h ấ t độc h ạ i t h à n h không dộc b ằn g cách th a y dổi các nhóm chức khác nh au

Hình 1.5 Các công nghệ xử lý nưóc đầu ra

1.2.2 Các phương pháp vật lý

Có n h iê u phương p h áp loại bỏ các c h ấ t ô n h iễ m khỏi nước thải:

- T ẩy b ằn g hơi nước: làm cho các ch ấ t độc không bay hơi sỗ bay hơi

ở á p s u ấ t cao và n h iệ t độ nước sôi p h ù hợp

- H ấ p th ụ các c h ấ t h ữ u cơ và vô cơ b ằ n g t h a n h o ạ t tín h làm cho nước th ả i trở n ên sạch

- Bay hơi cũng là q u á trìn h loại bỏ c h ấ t th ả i nguy h ạ i b ằ n g cách cho

b a y h ế t hơi nước di đổ th u c h ấ t th ải d ạn g b ù n bẩn

- Sử d ụ n g sự th ẩ m t h ấ u qua m àng để ch u y ển các c h ấ t độc h ại tích

tụ ở n ồ n g độ th ấ p sa n g c h ấ t không hòa tan

- T ách c h iế t d u n g môi: Sử d ụ n g các loại d u n g môi để tá c h chiết các

c h ấ t độc h ạ i khỏi nước th ả i nguy hại

1.2.3 Đốt rác

Đốt rá c là q u á trình,òxy hoá ỏ n h iệ t độ cao m à các n g u y ên tố của các

c h ấ t h ữ u cơ (carbon, hydro và oxy) chuyển sa n g C 02 và nưóc Q uá trìn h

n à y th ư ờ n g sử d ụ n g tro n g xử lý c h ấ t th ả i n g u y hại Có n h iề u loại lò đốt

rác, n h ư n g n h iệ t độ lò p h ải đ ạ t trê n 1.200°c, n ếu k h ô n g tr o n g k h í th ả i

sõ có n h iều c h ấ t nguy hại

1.2.4 Oxy hoá không khí ướt

Oxy hoá không k h í ướt n h ằ m oxy hoá p h a k h í của các v ậ t liệu hữu

cơ ở n h iệ t độ cao và áp s u ấ t cao Đây là phương p h á p c h ủ y ếu d ể giữ nưốc s a u khi đốt rác th ả i ở tr ạ n g th á i lỏng Nước dược bơm c ù n g với oxy

dã được làm nóng từ c h ấ t th ả i đ ầu r a đã nóng vào b ìn h p h ả n ứng Q uá

trìn h n ày r ấ t tốt đối với c h ấ t th ả i không bị p h â n chia khi đ ô t v à r ấ t độc cho các q u á tr ìn h xử lý b ằ n g phương p h áp sinh học S ản p h ẩ m cuối cùng thường là acid acetic và C 0 2 *

1.2.5 Kỹ thuật đóng rắn châ't thải

Q uá tr ìn h đóng r ắ n ch ấ t th ả i không đòi hỏi cấp n h iệ t th e o chương trìn h SITE (S u p erfu n d Innovative Technology solidification) b ằ n g cách dóng gói c h ấ t th ả i b ằn g c h ấ t th u ỷ tin h hoặc các v ậ t liệu đóng r ắ n khác như xi m àng, d ấ t sét, đ ấ t đá, x ử lý bằng phương p h á p n à y ch ủ yếu với các c h ấ t th ả i đặc b iệt nguy h ạ i n h ư c h ấ t th ả i phóng xạ, c h ấ t th ả i chứa hoá ch ấ t độc h ại n h ư hợp c h ấ t chứa arsen, chì,

1.2.6 Các biện pháp xử lý sinh học

Xử lý sinh học ch ấ t th ả i là sự lựa chọn hiện thực tro n g chiến lược xử

lý ch ấ t th ả i và nước thải, ưu điếm là vì giá th à n h rẻ hơn các công nghẹ khác, ví dụ n h ư là đốt rác Nhược điểm là quá trìn h thường thời gian xử lý lâu Cơ c h ế xử lý cũng khác n h a u m à chúng ta cần lựa chọn cho p h ù hợp với từ n g loại ch ất ô nhiễm (hiếu khí h ay kỵ khí) và h à n g loạt các thông sô" cần th iế t k h ác m à chúng ta phải đề cập đến trong chuyên đề này

Hệ th ô n g xử lý p h ả i p h ù hợp cho vi sin h v ậ t p h á t tr iể n ở dạng

h u y ền p h ù n h ư b ù n h o ạ t tính, bể sục khí và p h â n h u ỷ kỵ k h í m à ở đó vi sin h v ậ t p h á t triể n được Q uá tr ìn h cô" định m à n g lọc sin h học bao gồm

cả m àn g lọc v à hệ th ô n g lọc quay, m à ỏ đó vi sin h v ậ t có th ể p h á t triển

và b ám vào bể m ặ t m à n g lọc T rong p h â n h u ỷ h iế u khí, giá t h à n h chủ yếu là cung cấp khí C h ấ t th ả i b ấ t kỳ ở d ạn g nào: rắ n , lỏng, khí, đều có

k h ả n ă n g xử lý b ằ n g biện p h á p sinh học Có n h iề u phư ơn g p h á p xử lý, như xử lý dất, ủ c h ấ t thải, sử d ụ n g cả phương p h á p xử lý khô và ướt cùng m ột lúc, xử lý c h ấ t th ả i tạ i chỗ (in-situ), sử d ụ n g k h í gas lọc qua

đ ấ t và xử lý nước thải, x ử lý sinh học khó có th ể đ á n h giá chĩnh xác được mức độ xử lý, bởi vì các loại thuốc tr ừ s â u và các c h ấ t h ữ u cơ khó

phân huỷ tro n g c h ấ t th ả i cũng có th ể ản h hưởng đến q u á tr ìn h xử lý, các

ch ít t r u n g g ian độc có th ể h ìn h th à n h trong qu á t r ì n h xử lý và làm cho quá tr ìn h xử lý kôt th ú c sớm hơn

vi k h u ẩ n p h â n huỷ c h ấ t th ả i p h á t triển

T ro n g h ệ th ô n g xử lý đất, lớp đáy dưới v ù n g xử lý cần q u a n tâ m đến mức dộ t h ấ m củ a các c h ấ t độc hại Các quá tr ìn h hoá, lý và sinh học trong đ ấ t làm cho c h ấ t th ả i bị p h â n huỷ, cô" đ ịn h lại hoặc chuyển hoá

th à n h d ạ n g môi trường chấp n h ậ n được P h ầ n lớn các c h ấ t ô n h iễ m giữ

và ch u y ến h o á ở lớp đâ't s â u 30 đến 60cm, n h ư n g ở các v ù n g xử lý cũng

có th ể chui xuống s â u tới 2 - 3m

Xử lý đ ấ t p h ù hợp với các loại ch ấ t th ả i n h ư b ù n th ả i c h ế biến dầu,

b ùn creosote hoặc nước th ải, b ù n th ả i từ n h à m áy gỗ, giấy hoặc dệt Phương p h á p này cũ n g được sử dụng để xử lý b ù n và nước th ả i sinh hoạt; b ù n và nước th ả i của n h à m áy ch ế biến thực phẩm Các loại dầu, kim loại v à các cấu p h ầ n k h ác liên q u an đến môi trường cũng được kiểm soát t h à n h công b ằ n g phương p h áp xử lý này H ầ u h ế t các điểm xử lý

đ ấ t được đ ặ t tạ i m ột p h â n xưởng của n h à máy Giá t h à n h xử lý b ằn g phương p h á p này k h á rẻ tiền và có th ể phổ biến rộng rãi

1.2.6.2 u rác (com posting)

Ú rá c th ư ờ n g sử d ụ n g diện tích đ ấ t xử lý í t hơn xử lý đ ấ t và kiểm

so át được k h í th ả i và nước th ả i rỉ ra Trong q u á tr ìn h ủ, đông ủ có th ể

cao 1,5 đ ến 2,5m Việc thông k h í vào đông ủ b ằn g cách đảo trộ n cơ học hoặc b ằ n g h ệ th ô n g cấp k h í cưõng bức Có th ể bổ su n g vỏ bào, m ạ t cưa

làm tă n g khả n ă n g th ô n g khí N h ữ n g v ậ t d ụ n g to n h ư gỗ, s a u k h i k ế t

th ú c q u á t r ì n h ủ được sà n g r a để bổ s u n g vào mẻ ủ sau.

ủ rác được sử d ụ n g để xử lý ch ấ t th ả i nông nghiệp, b ù n th ả i nước

sin h h oạt, m ộ t sô' c h ấ t th ả i r ắ n công nghiệp n h ư b ù n đ ã s a u xử lý nước

th ả i công nghiệp, p h ế th ả i của công nghiệp thực p h ẩ m cũng n h ư m ột sô"

c h ấ t th ả i công n ghiệp có h à m lượng c h ấ t độc h ạ i thấp

1.2.6.3 Hệ thông x ử lý lỏng/rắn

Phương p h á p n ày là phương p h áp tr u n g gian giữa p h ư ơ n g p h á p xử

lý đ ấ t và hệ th ô n g xử lý nước th ả i thông thường C h ấ t t h ả i k h ô n g ở

tr ạ n g th á i r ắ n n h ư xử lý đ ấ t m à cũng không ở t r ạ n g th á i lỏng n h ư xử lý nước th ải, m à bao gồm cả 2 ph ần C h ấ t th ả i ở t r ạ n g th á i h u y ề n phù, nhão hoặc giống d ạ n g b ù n thải

Mỗi hệ th ố n g xử lý, đ ầ u tiên giảm th iể u c h ấ t th ả i độc b ằ n g cách hòa

c h ấ t h ữ u cơ vào nước để vi sin h v ậ t p h ân huỷ sa n g tr ạ n g th á i ít độc hơn

và giải phóng s ả n p h ẩ m k h í vào không khí Bước chìa k h o á củ a phương

n ày là hòa c h ấ t th ả i r ắ n t h à n h c h ấ t th ả i lỏng và k ế t q u ả d ặ t dược là

dưới tác động củ a vi sinh v ậ t hoặc phương p h áp hoá lý, c h ấ l th ả i không còn độc h ại nữa

Kỹ t h u ậ t n à y k h ô n g mới, lọc sin h học đã được áp d ụ n g từ lâu để k h ử mùi sin h r a tro n g q u á tr ìn h s ả n x u ấ t và ch ế biến lương thực, th ự c phẩm , các n h à m áy giấy và hoá chất M àn g lọc đ ấ t sẽ loại bỏ có h iệ u quả các loại k h í n h ư H2S, S 0 2, N H3 và N 02 ở nồng độ th ấ p cũ n g n h ư các tiểu

p h ầ n của k h í này Phương p h áp n ày ứng d ụ n g tố t cho việc k h ử k h í th ả i của n h iề u lĩn h vực s ả n x u ấ t công nghiệp

1.3 XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Xử lý sin h học đã ứ ng dựng th à n h công tro n g việc loại bỏ ch ấ t th ải

h ữ u cơ và các c h ấ t h ữ u cơ d ạn g keo Các phương p h á p b ù n h o ạ t tính, lọc sin h học, ao hồ th o á n g khí, bể oxy hoá và lên m en h iếu k h í là một sô" phương p h áp cơ b ả n đế xử lý sin h học nước th ả i được th ả o lu ậ n trong chuyên đề này Việc loại bỏ các c h ấ t độc h ạ i cần được q u a n tâm , bởi vì vi

sin h v ậ t có th ê bị p h á huỷ n ế u c h ấ t độc h ạ i vượt q u á mức m à chúng có

th ế chịu được

P h â n huý sin h học là k h ả n ăn g của vi sinh v ậ t trao dổi các c h ấ t hữ u

cờ b a n g hệ th ô n g enzym của ch ú n g đến COv, nưốc và n ă n g lượng N ăng lượng dược sử d ụ n g để tổng hợp các chất, để chuyển động và hô hấp Từ

c h ấ t th ả i h ữ u cơ dược th u ỷ p h â n để tạo th à n h sin h khôi vi sin h v ậ t mới, các: c h ấ t tích luỹ k h ác không chuyển hoá được sẽ lắng theo cùng sinh khôi vi sin h v ậ t q u a bể lắng Tuy n hiên p h ân huỷ sin h học k h ô n g th ể

d ạt dược 10 0%, các s ả n p h ẩm tạo th à n h nhiều sẽ gây độc cho vi sinh vật, cho nên cầ n xử lý tiếp b ằ n g phương p h á p hoá học, hoặc p h a loãng đốn nồng độ cần th iế t cho vi sin h v ậ t có th ể p h á t triể n được

Nitơ và phospho cũng n h ư các c h ấ t vô cơ k h ác là cần t h iế t cho việc

h ìn h t h à n h t ế bào vi sin h v ậ t mới Nguồn nitơ bổ s u n g vào môi trường

m ột p h ầ n b ù n h o ạ t tín h dưới đáy bể được bổ su n g lại bế sục.

1.3.2 Quá trình lọc chậm

Nước t h ả i được p h â n bổ theo dòng vào v ậ t liệu lọc m à ở đó vi sinh

v ậ t đã p h á t triể n t h à n h m à n g và được cấp oxy Dòng nưốc th ả i di xuống, các c h ấ t h ữ u cơ và c h ấ t dinh dưỡng được h ấ p th ụ lên b ề m ặ t m à n g vi

s in h v ậ t và s ả n p h ẩ m cuôi được th o á t ra theo hệ th ô n g th u nước Tuy

n h iô n m à n g sin h học sẽ trôi theo nước thải, s a u đó cần p h â n tách chúng

ra khỏi môi trư ờ n g nước

1.3.3 Ao hổ ổn định

T ro n g q u á tr ĩn h này, nước th ả i được được xử lý dưới tác động của vi

s in h v ậ t tr o n g bế hoặc ao hồ Thường có 2 loại ao hồ: th ứ n h ấ t là cấp oxy

tự n h iê n b ằ n g q u á tr ìn h q u an g hợp của tảo (bể oxy hoá) và th ứ h a i là

cấp oxy b ằ n g thổi k h í hoặc k h u ấ y nước (ao th o á n g khí) Vi s in h v ậ t chuyển hoá các c h ấ t th ả i và ch ấ t r ắ n sẽ lắ n g xuống đáy hồ tạ o t h à n h bùn T uy n h iên , v ẫ n có q u á tr ìn h kỵ k h í dưới đáy hồ p h â n h u ỷ c h ấ t th ải không cần oxy C ũng có th ể cả 2 quá tr ìn h p h â n h u ỷ h iế u k h í và ky khí diễn r a tro n g hồ, với sự th a y đổi s ả n p h ẩm giữa 2 lốp vi s in h v ậ t trong môì q u a n hệ cộng sin h (xem mục 6.5).

1.4 KHẢ NĂNG PHÂN HUỶ SINH HỌC

T h u ậ t ngữ “k h ả n ă n g p h â n h u ỷ sinh học” được h iể u là k h ả n ăn g

p h â n h u ỷ củ a c h ấ t th ả i tro n g hệ th ô n g sin h học bao gồm các chất: Dê

p h â n huỷ, bền vững, khó p h â n huỷ và k h o án g hoá T h u ậ t n g ữ n à y có ý nghĩa q u a n trọ n g n h ấ t tro n g k iểm soát môi trưòng

- Dễ p h â n huỷ: các c h ấ t dễ th a y đổi từ t r ạ n g th á i n à y s a n g tr ạ n g

th á i k h ác dưới tác động củ a vi sin h vật, p h ụ thuộc vào p H và th à n h

p h ầ n môi trường

— Bền vững: các c h ấ t không th ể bị p h ân huỷ

— Khó p h â n huỷ: các c h ấ t p h ụ thuộc vào điều kiện mới bị p h â n huỷ bởi vi sin h vật

- K h o án g hoá là các ch ấ t h ữ u cơ bị p h â n h u ỷ h o àn to à n đôn sản

p h ẩ m cuối cù n g là C 02 và nước

1.4.1 Cơ sở cho sự phân huỷ

Một vài hợp c h ấ t bị p h â n huỷ do vi sin h v ậ t là do cơ th ể vi sinh v ật cần n ă n g lượng để sin h trưởng, tá i sin h và các chức n ă n g s in h học k h ác

để duy trì sự sông N guồn th ứ c ăn chứa oxy tro n g các n h ó m OH và COOH P h ả n ứ n g oxy hoá là ở chỗ điện tử được tru y ề n q u a chuỗi điện tử đến c h ấ t n h ậ n điện tử Coenzym ở d ạn g NADH v à NAD bị k h ử , đôi điện

tử tru y ề n q u a chuỗi để s ả n x u ấ t liên k ết cao n ă n g ATP n h ằ m duy trì sự sông của t ế bào vi sin h vật

Vi sin h v ậ t chỉ có th ể thực h iện n h ữ n g h o ạ t động m à c h ú n g có tiềm

n ă n g di tru y ể n C h ú n g s ả n sin h các enzym để duy tr ì sự sông củ a chúng,

do đó môi trư ờ n g sống đã tạo cho vi sinh v ậ t s ả n sin h en z y m đó Các

c h ấ t có tro n g môi trư ờ n g với nồng độ quá th ấ p hoặc quá cao, th ì ch ấ t đó cũng k h ô n g bị p h â n huỷ, bởi vì q u á th ấ p sẽ k h ô n g đ iều k h iể n sinh enzym và cao q u á th ì chính c h ấ t đó dã gây độc cho vi s in h v ật Do vậy,

n ế u vi sin h v ậ t k h ô n g tra o đổi c h ấ t th ì nó sẽ chết N ếu nó sử d ụ n g

n h ữ n g cơ c h ấ t k h ác n h a u là điều m ay m ắn và được gọi b ằ n g t h u ậ t ngữ tra o đổi c h ấ t k‘vô cớ” N ếu q u á tr ìn h p h â n h u ỷ sin h học q u á p h ứ c tạ p còn

được gọi là “tra o dối c h ấ t phức tạ p ” (cometabolism), ở đó h ai cơ c h ấ t đều cần Lhiôt, có n g h ĩa là m ột c h ấ t không đáp ứ ng được sự cần th iế t của vi sin h v ậ t h o ạ t động n h ư là nguồn carbon và n à n g lượng cần thiết.

Vi sinh v ật cần nguồn carbon để sinh trưởng, còn nếu bổ sung nguồn

có c h ấ t n h iều q u á, vi sin h v ậ t không có k h ả n ă n g tra o đôi các c h ấ t này

C h ú n g cầ n thời gian “thích n g h i”, m à ở đó ch ú n g p h á t triến , vững m ạ n h

và th ậ m chí có t h ể th a y đối cả b ản c h ấ t di tru y ền N ếu c h ấ t tr u n g gian gây dộc, vi s in h v ậ t có th ê bị giết ch ết hoặc h ìn h t h à n h c h ủ n g mới có

k h ả n ăn g p h ân giải chúng hoặc làm hỏng hệ thông C hính vì vậy, vi sinh

v ậ t th ư ờ n g làm việc bơi tậ p đoàn ch ủ n g đổ k h o á n g hoá h o àn to à n các

c h ấ t tro n g môi trư ờng mà chỉ một ch ủ n g k h ô n g có k h ả n ă n g di tru y ền cần Lhiôt

Còn m ột k h ía cạ n h ít th ấy là vi sinh v ậ t có k h ả n ă n g p h â n huỷ các

c h ấ t n h ư thuốc tr ừ sâu, ch ấ t này bị p h â n h u ỷ n h a n h trước khi vi sinh

v ậ t bị tác dộng H iện tượng này được gọi là “sự p h â n h u ỷ thuốc sâu

n h a n h n h ạ y ” Sự tiến hoá x u ấ t hiện là yếu tô" ở đây có n h ữ n g vi sin h v ậ t

sử d ụ n g thuốc t r ừ s â u làm nguồn dinh dưõng bởi sự tiến hoá củ a các enzym dặc hiộu N h iều loại vi sinh v ậ t có th ể cùng tồn tạ i tro n g cộng đồng đô c h u y ế n hoá thuốc tr ừ s â u làm nguồn dinh dưỡng cho b ản th â n

vi sin h vật C ách xác định h o ạ t tín h enzym đặc h iệ u củ a vi sin h v ậ t là

k h ả n ă n g ch u y ê n hoá cơ c h ấ t là thuốc tr ừ s â u nào đó được chỉ r a k h ả

n ă n g th ích nghi chéo của vi sinh v ậ t đôi với sự p h â n h u ỷ các hdp ch ất

th u ô c t r ừ s â u tro n g môi trường đ ấ t m à ch ú n g tồn tại được (hĩnh 1.6)

Hình 1.6 Sự biến động của các nhóm vi sinh vật trong quá trình xử lý nưốc thải

1.4.2 Các phản ứng trao đối c h ấ t trong xử lý sinh học

Các p h ả n ứng tra o đổi c h ấ t bởi vi sin h v ậ t tiêu b iểu và q u a n trọ n g tro n g xử lý sin h học được trìn h bày tóm t ắ t n h ư sau:

- K hử carbon h ữ u cơ (lên men):

■> 2N0.2- + 2H + + 2H 20

2 S 0 4:

S 04

+ 4H + + 2 H +

2 C 0 2 + 4(C ,H (i0 , ) + 6 H 20 (C H ,0 ) + H 20

(C4H60 2) + 2 H 20

ÔN TẬP CHƯƠNG 1

1 Môi trường là gì? Đ ịnh nghĩa môi trường theo nghĩa rộng và nghĩa hẹp

2 Công nghộ vi sin h v ậ t là gì? Mổì liên q u an giữa công nghệ vi sinh vật,

công nghộ vi s in h v ậ t môi trường và công nghệ sin h học?

3 Vì sao nói: “T ín h đặc trư n g của các quá tr ìn h tra o đổi c h ấ t ở vi sinh

v ậ t là k h ả n ă n g p h â n h u ỷ v ậ t c h ấ t của q u ầ n th ể vi sin h v ậ t n h ằm

q u ay vòng các c h ấ t thải có trong tự n h iê n ”

4 C h ấ t th ả i và nước th ải là gì? Để kiểm so át nước th ải, c h ấ t th ả i người

ta c ầ n p h ải là m gì?

5 Hãy tr ìn h bày m ột sô" phương p h áp cơ b ản xử lý c h ấ t th ải, nước thải

Vì sao người t a q u a n tâ m n h iề u đến biện p h á p xử lý c h ấ t th ả i b ằn g

Công nghệ sin h học tru y ề n thông thường sử d ụ n g các c h ủ n g vi sinh

v ậ t th u ầ n k h iế t đã được chọn lọc và tối ưu điều k iệ n lên m en để tổng

hợp các s ả n p h ẩ m đặc hiệu Môi trường lên m en thư ờ ng giới h ạ n ở các

th à n h p h ầ n đã b iết làm nguồn n ă n g lượng và nguồn d in h dưõng Vi sinh

v ậ t học là m ột n g à n h khoa học chỉ q u an tâ m n g h iê n cứu: s in h trưởng,

p h á t triển, sin h khôi và các sản p h ẩ m liên q u an đôn điểu kiộn nuôi cấy các ch ủ n g s ả n x u ấ t th u ầ n k h iế t tro n g môi trường d in h dưỡng xác định

N h ữ n g công nghệ p h â n h u ỷ các c h ấ t b ằn g vi sin h v ậ t th ư ờ n g là dựa

tr ê n cơ sở loại bỏ hỗn hợp n hiểu c h ấ t có tro n g c h ấ t th ả i và tá i sử d ụ n g chúng Nồng độ củ a các c h ấ t hòa ta n thường là th ấ p , các c h ấ t k h ô n g hòa

ta n là hựp c h ấ t cao p h â n tử và p h â n huỷ kém Do vậy, xử ]ý môi trường hỗn hợp n h iề u c h ấ t ô n h iễm b ằn g cách sử d ụ n g n h iề u c h ủ n g vi s in h sẽ

tă n g cường k h ả n ă n g p h â n h u ỷ các chất', giảm thòi gian p h â n h u ỷ dẫn đến giảm giá t h à n h s ả n phẩm Hy vọng nước th ả i và môi trư ờ n g nước tro n g tương lai g ần sẽ được q u a n tâ m nghiên cứu n h iề u hơn, từ đó sỗ bảo vệ môi trư ờng sông tố t hơn

Việc tìm h iể u tín h đa d ạ n g vi sinh v ậ t th a m gia vào q u á t r ì n h p h ân

h uỷ các c h ấ t tro n g hệ sinh th á i đ ấ t và nước là c ầ n th iế t Các n g u y ên lý

sin h th á i học tro n g p h â n h u ỷ các c h ấ t trong việc xử lý c h ấ t th ả i d ã dược

các n h à khoa học tìm r a và đề cập n h iề u tro n g các công t r ì n h n g h iê n cứu của mình

Theo q u a n điểm sin h th á i học, các c h ấ t p h â n h u ỷ nhờ vi sin h v ật cần được q u a n tâ m n g h iên cứu, bởi vì p h ậ n huỷ sin h học tro n g điều kiện không k h í mở sẽ có hệ sin h th á i vi sin h v ậ t đặc th ù (điều k iệ n lý học và hoá học) của mỗi sin h cả n h (biotope)

Mỗi hệ sin h th á i được quy đ ịn h bởi các điều kiện lý học, hoá học, vị

t r í địa lý và thự c t ế địa c h ấ t của nó N h ũ n g yếu tô" th iế t yếu là nước (hay

độ ẩm), n h iệ t độ, á n h sáng, k h ả n ă n g cung cấp oxy, các c h ấ t d in h dưỡng,

pH và k h ả n ă n g k h u ấ y trộ n cơ học Các loại sin h v ậ t tồn tại, p h á t triển

và tá i sin h tro n g môi trường sông (mỗi hệ sin h thái) và do vậy, ch ú n g lắng đọng lâ u dài tro n g sinh cả n h cấu t h à n h q u ần lạc sin h v ậ t — p h ần thứ cấp c ủ a hộ sin h thái Chính sinh v ậ t sông tro n g hệ sin h th á i sẽ làm thí;y đổi các điều kiện của sin h cảnh Ví dụ, n ếu tích tụ n h iều muôi kho án g và các s ả n p h ẩm cuối của q u á tr ìn h trao đổi c h ấ t sẽ làm th a y đổi

th à n h p h ầ n hoá học và pH của sinh cảnh H o ạt tín h tra o dổi c h ấ t của mỗi loại s in h v ậ t tro n g hệ sinh th á i tạo r a điều k iện sông cho chính sinh vật đó và các sin h v ậ t khác B ằng cách dó, m ột lưới n ă n g lượng giữa các sinh v ậ t tr o n g q u ầ n lạc được h ìn h th à n h Sự k h ác n h a u giữa các hệ sinh thái được đặc trư n g bởi sự biổu h iện chuỗi thứ c ă n và lưới n ă n g lượng (hình 2 1 và 2.2)

Chuôi dinh dưỡng Chuôi dinh dưỡng của chất thải

Hỉnh 2.1 Chuỗi thức ăn chính (Campbell, 1980)

Q u a h ìn h 2 1 cho thấy, sin h v ậ t p h â n h u ỷ có n h iệ m vụ tá i sin h các

c h ấ t p h ế th ả i tro n g tự n h iê n t h à n h các d ạ n g C 0 2, NO3, so^và các loại

k h o á n g k h á c và lại được tá i sử d ụ n g do các sin h v ậ t s ả n x u ấ t n ă n g lượng

sơ cấp Các sin h v ậ t cấu th à n h chuỗi thức ăn từ n ăn g lượng M ặ t Trời đến các c h ấ t h ữ u cơ nhờ sin h v ậ t s ả n x u ấ t sơ cấp và từ n g bước giải phóng

n ă n g lượng b ằ n g sin h v ậ t tiếp n h ậ n các hợp c h ấ t h ữ u cơ

Hình 2.2 Lưói thức ăn của chất thải

(mũi tên chỉ từ nguồn cung cấp đến nơi nhặn, Campbell, 1985)

Sự th ay đổi liên tục của năng lượng và v ật ch ất là tín h đặc th ù của từng hệ sinh thái và liên quan đến các chu trìn h tu ầ n hoàn v ậ t c h ấ t trong từng hệ sinh thái, m à cụ th ể ở đây là các nguyên tô" sinh học n h ư carbon, nitơ, lưu huỳnh, phospho và các nguyên tô" vi lượng khác N ếu vòng tu ầ n hoàn của n ă n g lượng và v ậ t chất này không bị gián doạn thì khi dó hộ sinh

th á i ở trạ n g thái cân bằng Tuy vậy, trạ n g th á i cân b ằn g của các hệ sinh

th á i luôn luôn bị phá võ do tác động của các yếu tô" ngoại cảnh

Vi sinh v ật luôn th a m gia vào quá trình p h â n giải các chất Tuy kích thước của các vi sinh v ậ t nhỏ bé, nhưng với sô" lượng lớn có tro n g đ ấ t và nước sẽ dóng vai trò to lớn trong hệ sinh thái Ví dụ, chúng th a m gia vào quá trìn h oxy hoá amoni (NH.J4) đến n itra t ( N 0 3“) và n itrit (N O r) đòi hỏi phải có oxy và tiếp tục khử NO3 đến nitơ p h ân tử (Ns) đòi hỏi k h ô n g có oxy

Vi sin h v ậ t th a m gia vào các chu trìn h chuyển hoá v ậ t c h ấ t tro n g tự

n h iên tạo n ê n tr ạ n g th á i cân b ằ n g môi trường

T rong chu t r ì n h ch u y ển hoá carbon (hình 2.3), ch ủ y ếu các vi sin h

v ậ t p h â n giải các hợp c h ấ t h y d ra tc a rb o n tro n g tự n hiên, n h ấ t là các c h ấ t khó p h â n giải n h ư cellulose, hemicellulose, pectin tro n g môi trư ò n g đ ấ t làm p h â n h ữ u cơ cho cây trồng, tro n g môi trư ờng nước làm sạch môi

trường Ví dụ, n ế u không có vi sinh v ậ t p h â n giải các hợp ch ấ t này, chắc

ch á n chu tr ìn h sẽ bị ngừng, còn n ếu vi sinh v ậ t p h â n giải ch ậ m sẽ gây ô

n h iễ m môi trường

Thê tiếp nhân caròon hữu cơ Carbon hữu c'

cơ phân tản *

CO* trong nước

Tự dường methan

Lẽn men methan

chát sa lắng kỵ kh

Nàng lượng ánh sáng Mặt Trỡi Oxy trong không khí CO-, trong không khi

The phân huỷ cạrbon hữu g ơ : Nám, vi khuẩn, nhuyễn thể,động vắt chân đốt s

-

ụ -Thể phân huỷ: vi sinh vật *'

Carbon hữu cơ

Oxy

Thể sàn xuảt: Ihực vật bâc cao cãrbón hưũ cỡ trẻn măl đát ỏãrbón hừũ cớ dưới đát

M corthiza Vùng rẻ Chất hữu cơ dang mùn (humic)

■ Carbon vỏ cơ (C 0 2) Nâng lượng Mật Trời

Sản xuất công nghiệp

' sản phẩm hoá hữu cơ

Hình 2.4 Mối liên quan giữa chu trình trao đổi chất, nhiên liệu

và sản xuât công nghiệp trong tự nhiên

T ro n g môi trường, chu trìn h tu ầ n h o àn carbon với các q u á tr ìn h sản

x u ấ t công n g h iệp đ ều liên q u a n đến sử d ụ n g n ă n g lượng Với sơ đồ trê n

h ìn h 2.4 cho thấy, cây x an h đóng vai trò q u a n trọ n g tro n g chuyển hoá

27

n àn g lượng, thông qua qu an g hợp chuyển hoá carbon dioxid t h à n h cơ chất tích lũy n ă n g lượng cho h o ạ t động sông của người, đ ộ n g v ậ t v à vi sinh vật Nếu th iế u cây xanh, q u a n g hợp ít, sẽ dư th ừ a k h í c a rb o n dioxiđ, gây nôn h iệu ứ n g n h à kính, ả n h hưởng đến môi trường sông.

Vi sin h v ậ t cũ n g th a m gia vào chu trìn h tu ầ n h o à n nitơ (h ìn h 2.5)

C h ú n g k h ô n g n h ữ n g th a m gia vào quá trìn h các hợp c h ấ t c h ứ a ni tơ như quá tr ìn h n i t r a t hoá, n itr it hoá và p h ả n n i t r a t hoá, m à còn cô" đ ịn h ni tơ

p h â n tử tro n g k h ô n g k h í th à n h đạm sinh học

Hình 2.5 Chu trình nitơ

(Những con đường quan trọng, theo Schõnborn, 1972)

N h ữ n g th a y đổi cơ b ả n tro n g chu tr ìn h chuyển h o á lư u h u ỳ n h được

trìn h bày ở h ìn h 2.6 Tuy h à m lượng của lưu h u ỳ n h tr o n g cơ t h ể sin h v ật

r ấ t ít, n h ư n g nó đóng vai trò r ấ t có ý ng h ĩa tro n g v ò n g tu ầ n h o à n v ật chất Vi sin h v ậ t r ấ t lin h h o ạ t sử d ụ n g lưu h u ỳ n h Các q u á t r ì n h k h ử và oxy hoá là cơ sở cho các quá tr ìn h đồng hoá tổng hợp s in h k h ô i c ủ a sinh vật Các vi sin h v ậ t dị dưỡng sẽ oxy hoá các hợp c h ấ t k h ử và n g u y ên tô" lưu h u ỳ n h th à n h acid su líu ric tạo n ă n g lượng c h ín h cho các p h ả n ứng tro n g q u á tr ìn h sin h tổng hợp t ế bào Do vậy q u á t r ì n h đòi hỏi p h ả i có oxy Ngược lại, s u lfa t tro n g điều kiện kỵ k h í được sử d ụ n g n h ư là ch ấ t

n h ậ n điện tử do vi k h u ẩ n p h ả n su lfa t cung cấp, l à m tă n g lượng H 2S tro n g môi trư ờng kỵ k h í và m a n g tín h đặc tr ư n g do m ù i thối củ a s ả n

p h ẩ m cuổĩ c ủ a q u á tr ìn h trao đổi n ă n g lượng tro n g đ iề u k iện kỵ khí

Hình 2.6 Chu trình tuần hoàn của lưu huỳnh

Đặc tín h c ủ a h ệ s in h th á i m à tro n g đó được biểu trư n g sin h v ậ t

p h â n h u ỷ các c h ấ t h ữ u cơ, các nguyên tô" d in h dưõng cùng carbon tạo

t h à n h các c h ấ t h ữ u cơ n h ư N, p, s, Ca, Mg, Fe và các n g u y ên tô" v ết khác

t r ả i q u a chuỗi th ứ c ă n v à được tá i tạo nhò vi sin h vật

T uy n hiên, con đường chuyển hoá carbon và nitơ p h ầ n lớn được thực

h iệ n tro n g đ ấ t v à nước

2.2 QUẦN THỂ VI SINH VẬT VÀ NGUồN CUNG CẤP DINH DƯỠNG

Sự p h á t t r i ể n c ủ a vi sin h v ậ t trong hệ sin h th á i và h o ạ t tín h tra o đổi

c h ấ t của c h ú n g c ũ n g giông vi sin h v ật th u ầ n k h iế t p h á t triể n trong

p h ò n g th í n g h iệ m T u y vậy, mối q u an h ệ bên tro n g củ a q u ầ n th ể sinh

v ậ t cần được x em xét Nguồn n ă n g lượng, ng u ồ n carbon và các loại cơ

c h ấ t k h ác tro n g m ôi trư ờ n g ở nồng độ th ấ p và r ấ t th ấp N h ữ n g c h ấ t gây

ô n h iễ m th ư ờ n g ở d ạ n g hỗn hợp với nồng độ r ấ t th ấ p và cần được xem

x é t q u a q u á t r ì n h p h â n h u ỷ chúng

2.2.1 Cơ chất

Sự p h â n h u ỷ các c h ấ t tro n g tự n h iê n được xem là sự k h o á n g hoá các

c h ấ t h ữ u cơ có tr o n g chuỗi thức ăn Sự chuyển hoá cơ c h ấ t h ữ u cơ trong

q u á tr ìn h BOD được t r ì n h bày tr ê n h ìn h 2.7 Song k h ả n ă n g k h o án g hoá với các c h ấ t p h â n h ư ỷ k ém n h ư các loại hoá chất, các c h ấ t sin h học khó

p h â n h u ỷ (xenobiotic) gây khó k h ă n cho việc th u ỷ p h ầ n các chất C húng

thường tích tụ nhiều tro n g nước, tro n g đất, tro n g k h ô n g khí, v à th ậ m chí ngay cả tro n g cơ th ể thực, dộng v ậ t và cao hơn ngưỡng gây độc Các

c h ấ t này thư ờ ng r ấ t khó p h â n huỷ tro n g điểu k iện xử lý b ìn h th u ờ n g

b ằn g các biện p h á p sin h học N h iều c h ấ t h ữ u cơ tro n g tự n h iê n củng thuộc loại khó p h â n h u ỷ n h ư lignin, k e r a t in và acid h u m ic G aller (1983) đ ã ch ứ n g m in h rằn g , 90% các c h ấ t h ữ u cơ khó t a n tr o n g nước hồ

M indsee ở Đức là các c h ấ t cao p h â n tử (p h ân tử lượng > 1.500) và các

c h ấ t nghèo d in h dưỡng (oligomeric) (p h ân tử lượng 400 - 800) r ấ t bền vững và các loại vi sin h v ậ t khó p h â n h u ỷ được chúng

Cơ chất

1 -► Hữu cơ -

Sản phẩm phàn huỷ

Hình 2.7 Sự thay đổi cơ chất sinh học trong quá trình BOD

Do vậy, người ta r ấ t q u an tâ m đến k h ả n ă n g p h â n h u ỷ cả các hợp

c h ấ t tự n h iê n và các c h ấ t hoá học có tro n g môi trư ờng c ủ a vi s in h vật

N h iềụ các c h ấ t khó p h â n huỷ có k h ả n ă n g cung cấp n ă n g lượng và các nguyên tô" k h ác (N, s, P) cho vi sinh v ậ t n h ư các loại cellulose, hem icellulose và các loại h y d ratearb o n , p ro tein và acid am in , acid nucleic, c h ấ t béo và lipid

2.2.2 Khả năng phát triển của vi sinh vật trong điểu kiện dinh dưỡng

có giới hạn

T rong đ iều kiộn nuôi cấy gián đoạn hoặc liên tục, sự p h á t triển c ủ a

vi sinh v ậ t p h ụ thuộc vào nguồn carbon và các nguồn d in h dưõng khác

Nỏu cân b ằ n g th à n h p h ầ n cấu th à n h t ế bào th ì tổng sin h khôi cũng tă n g lên tôi da T ro n g diều kiện nuôi cấy theo mẻ, n ếu dư th ừ a nguồn n ăn g lượng và carb o n thì k h ả n ă n g dồng hoá và dị hoá cũng k h ô n g điều chỉnh dược và tổ n g ATP sin h ra sẽ lãng phí (p h á t tr iể n không cân bằng) Khi nguồn carb o n cạn k iệ t th ì p h a sin h trưởng sẽ chuyển p h a cân bằng Tốc

độ p h á t tr iể n th ấ p (< 0,06 giờ) sõ làm m ấ t k h ả n ă n g p h á t triể n và t ế bào

k h ả n ă n g oxy hoá cơ c h ấ t tiếp theo sẽ bị lã n g phí Các c h ấ t p h â n huỷ

ch ậ m sẽ là m tă n g sự p h á t triể n nào đó đố đ ạ t đến sự cân b ằ n g tốc độ dị hoá các c h ấ t (B ru n n e r và Focht, 1984)

T ro n g nuôi cấy liên tục, người ta đã n g h iên cứu sự p h á t triể n trong

đ iều k iện nguồn n ă n g lượng và carbon h ạ n c h ế và đã ch ứ n g m inh rằng, tôe độ p h á t triể n của vi sinh v ậ t tro n g n g u ồ n cu n g cấp n ă n g lượng và carb o n se giảm , và n h ư vậy có n ghĩa là thòi g ian tái sinh tu tăng N ếu t D vượt q u á 15 giờ th ì p h a tích luỹ sẽ k ế t th ú c dột ngột v à th ư ờ n g liên q u an

c h ặ t chẽ với sự h ìn h t h à n h các nucleotid tr u n g tâ m tr ê n g u an o sin —5'“

d i p h o s p h a t - 3 - d i p h o s p h a t (ppGpp) Khi đó p h a th ứ 2 b ắ t đ ầ u và được biểu h iệ n bởi sự p h á t triể n sa n g giai đoạn cân bằng H iệu s u ấ t giảm đến

50 - 75% so vói h iệ u s u ấ t tốì da làm tă n g k h ả n ă n g tiêu th ụ n ă n g lượng

để tổng hợp p ro tein và làm giảm k h ả n ă n g tru y ề n th ô n g tin do ppGpp

C ảm ứng c ủ a operon dể tổng hợp enzym là sự n h ắc lại q u a n trọ n g trong

t ế bào và cho phép các loại enzym mới h ìn h t h à n h để đồng hoá các ch ấ t

mới làm nguồn năng ỉượng và carbon.

Trong khi tổng hợp protein tăng lên, phần lớn hoạt tính trao đổi chất bị dinh trệ n h ư tốc độ tổng hợp RNA và các nucleotid, các chất tru n g gian như acid glucolic, hydratcarbon, lipid, polyamin và peptidoglycan (Stouthament, 1985), vì nguồn dinh dưỡng giảm xuống đáng k ể thì nồng độ ppGpp trong

lổ bào tă n g lôn N hư vậy thời gian tái sinh tă n g cao đôn ngưỡng t D từ 56

đến 65 giờ d ẫ n đến sự câri bằng v ật chất bị p h á võ K ết quả là hiệu su ấ t tổng hợp sin h khôi giảm chỉ đ ạt 30 - 50% so với hiệu s u ấ t tổng hợp tối đa

Sự điểu chỉnh này liên q u an ch ặt chẽ với sự ức ch ế và giải ức c h ế khả năng tổng hợp củ a ribosom và khi đó k h ả n ăn g tiêu th ụ oxy tă n g lên, glucan và acici poly 3-hyđroxybutyric bị tiêu th ụ hết Việc giải ức c h ế các enzym ở tốc

dộ p h á i triển th ấ p của vi sinh v ậ t là do tác động đồng thời c ủ a các hợp

ch ất h ữ u cơ bởi các vi k h u ẩ n dị dưỡng trong môi trường tự n h iê n với nồng

độ cơ c h ấ t thấp TỐC độ p h á t triển đặc hiệu giảm th ì tốc độ h ấ p th ụ bề m ặt

sẽ tă n g theo đưòng thẳng

Môi trường th iế u d in h dưỡng được biểu th ị là các vi s in h v ậ t th a y đổi n h a n h Khi chuyển đổi vào thòi kỳ th iế u h ụ t d in h dưõng, các vi sinh

v ậ t giàu d in h dưõng sẽ chuyển san g d ạn g h ìn h cầu và kích thư ớ c nhỏ đi bằn g cách p h â n chia hoặc giảm kích thước Khi đó h o ạ t tín h tr a o đổi

c h ấ t nội sin h sẽ tă n g lên m ạ n h và k h ả n ă n g tiêu th ụ oxy t ă n g lên N hư

vậy, t ế bào vi sin h v ậ t có k h ả n ăn g sông sót được tro n g đ iều k iệ n khắc

n g h iệ t nghèo d in h dưỡng Các cơ q u an ch ứ a nước và lượng lông h ú t sẽ

p h á t tr iể n m ạ n h tr ê n bề m ặ t t ế bào d ẫ n đến k h ả n ă n g tồn tạ i và p h á t triển m ạ n h hơn, vì vậy, k h ả n ă n g tiêu th ụ các c h ấ t d in h dư ỡng có hiệu

ví dụ điển h ìn h về việc sử dụng liên tiếp 2 nguồn cơ c h ấ t carb o n Không

p h ải n h ư trước, glucose là nguồn cơ c h ấ t th ích hợp n h ấ t, n h ư n g đã cạn

k iệt n ên cơ c h ấ t th ứ cấp được sử d ụ n g tro n g k h o ản g thòi g ian k h á c n h a u

n hiều h a y ít hơn Sử d ụ n g cơ c h ấ t th ứ cấp sẽ bị ức chê" n ếu n h ư trước đó giông chư a được nuôi cấy làm thích ứng với cơ c h ấ t này G iữ a h ai pha

th ì tê bào vi sin h v ậ t p h á t triể n theo sô" m ũ, tu y vậy k h ả n ă n g tiêu d ù n g

m ột cơ c h ấ t sẽ đinh trệ n ế u tỷ lệ giữa h ai nguồn cơ c h ấ t t h a y đổi và nghiêng về cơ c h ấ t th ứ hai T rong diauxie, p h a p h á t triể n t h ứ n h ấ t có tốc độ p h á t triể n cao hdn p h a p h á t triể n th ứ hai T rong triau x ie, là sự

p h á t triể n củ a vi s in h v ậ t trê n 3 nguồn cơ c h ấ t đồng thòi k h á c n h a u đã được q u an s á t và xác n h ậ n có th ể có d ạn g polyauxie

2.2.4 Năng lượng dự trữ và khả năng phân huỷ của vi sinh vật

K hái n iệm n ă n g lượng dự tr ữ được h iể u là n h u cầu n ă n g lượng cần

th iế t cho sự p h á t triể n của vi sin h vật Tổng lượng sin h khôi là do một lượng n ă n g lượng n h ấ t đ ịn h tạo th à n h và độc lập với tốc độ p h á t triển của vi sin h vật N ă n g lượng dự trữ giữa các p h a là th a n g n ồ n g độ các

c h ấ t h ìn h th à n h tro n g t ế bào: Tổng hợp p ro tein nội, ngoại bào, các ch ấ t

cao p h â n tử cấu th à n h t ế bào, k h ả n ă n g vận chuyển tích cực tro n g tế bào và k h ả n ă n g v ận động của b ả n th â n t ế bào.

TỐC độ ch ết và p h â n huỷ của t ế bào được biểu thị b ằ n g mô h ìn h động học tích luỹ n ă n g lượng

2.2.5 Hỗn hợp quần thể sinh vật và sự phân huỷ hỗn hợp các cd chất

T ro n g nước th ả i có m ột tậ p hợp các loại vi sin h v ậ t và các sin h v ậ t khác k h u trú , sin h sông và p h á t triể n trên môi trư ờ n g có hỗn hợp các loại cơ c h ấ t k h á c n h a u C hính vì theo mô h ìn h củ a Monod th ì các q u ầ n thê s in h v ậ t có tro n g nước th ả i sẽ có sự p h ân bô" và th ích nghi theo k h ả

n ăn g c ạ n h t r a n h vì nguồn dinh dưõng Cũng có th ể s ả n p h ẩ m th ứ n h ấ t của cá thổ hoặc q u ầ n th ể sin h v ậ t này là nguồn d in h dưỡng cho cá th ể hoặc q u ầ n th ể sin h v ậ t khác Do vậy, động học của q u á tr ìn h sinh trưởng, p h á t triể n củ a sin h v ậ t tro n g môi trường nước th ả i là r ấ t phức tạp T u y n h iên , việc đ á n h giá dựa tr ê n lượng sin h khối tạo th à n h , k h ả

n ăn g p h â n h u ỷ các c h ấ t b ằn g quá tr ìn h oxy hoá hoặc n h ậ n n ă n g lượng

q u a việc n h ư ờ n g điện tử

Sự h iể u b iế t về các q u ầ n th ể vi sin h v ật tro n g môi trư ờ n g có nồng độ các c h ấ t giới h ạ n còn ít được q u an tâ m nghiên cứu N h ư n g n h ữ n g h iểu biết vể s in h th á i vi sin h v ậ t tro n g tự n h iê n hoặc tro n g các n h à m áy xử lý nước th ả i v à p h ế th ả i đ an g được đ ầ u tư m ạ n h mẽ, tu y vậy cũng gặp

k h ô n g ít các khó k h ă n

Các quy tr ìn h xử lý p h ế th ả i b ằn g vi sinh v ậ t được điều ch ỉn h sao cho có đ iề u k iệ n p h â n huỷ các c h ấ t tối ưu Tuy nhiên, mối tương tác giữa các q u ầ n th ể vi s in h v ậ t và sự sin h trưởng của ch ú n g sẽ cho phép h o àn

th iệ n các q u á tr ìn h p h â n h u ỷ này

2.3 TĂNG CƯỜNG x ử LÝ CHẤT THẢI

2.3.1 Tăng cường bằng các biện pháp kỹ thuật

N h u c ầ u d in h dưỡng để thực h iện việc xử lý c h ấ t th ả i b ằ n g b ù n h o ạ t tín h đ ã được p h á t h iệ n từ n ă m 1934 k h i xử lý nước t h ả i có ch ứ a phenol, acid b u ty ric và th iế u nguồn nitơ và phospho

N gày nay, người ta k iểm t r a tỷ lệ carbon: nitơ : phospho : kali có tro n g c h ấ t t h ả i cũng n h ư tỷ lệ n ày tro n g sin h khối vi s in h v ậ t để tă n g cường q u á t r ì n h xử lý nước th ải Tỷ lệ các ch ấ t tro n g s in h khối vi sinh vật: c : N : p : K = 50 : 10 : 4 : 1

T ro n g xử lý h iế u k h í thì m ột n ử a nguồn carbon đồng hoá vào sinh

khôi còn m ột n ử a q u a hô h ấp th à n h C 0 2 Do vậy t r o n g c h ấ t t h ả i c ầ n xử

lý phải có tỷ lệ các chất là: c : N : p : K = 100 : 10 : 4 : 1.

Trong xử lý kỵ khí, k h o ản g 90% nguồn carbon p h â n h u ỷ dược d ù n g vào trao đổi n ă n g lượng Do vậy, tỷ lệ các nguồn là: c : N : p : K = 500 :

1 0 : 4 : 1 đủ để cu n g cấp c h ấ t k h o án g cần thiết

2.3.2 Tăng cường bằng biện pháp sinh học

Xử lý ch ất th ải bằng biện pháp sinh học thực ch ấ t là ứ n g d ự n g và p h á t triển các quy trìn h p h â n huỷ trong tự nhiên, x ử lý c h ấ t th ải b ằn g biện

pháp sinh học tuỳ thuộc các mức độ xử lý khác n h au m à con người cô' gắng

tìm kiếm các phương p háp xử lý tôn ít sức lực và giá t h à n h th ấ p nhất

- Mức độ th ấ p n h ấ t là quá trĩn h tự là m sạch tự n h iê n tro n g điều kiện hở

- Mức độ th ứ h a i là tá i thực h iệ n việc tự làm s ạ c h tro n g tự n h iên trong m ột vùng xác đ ịn h m à nó được kiểm so át đầy đủ

- Mức độ th ứ b a được đặc trư n g b ằn g việc áp d ụ n g các b iệ n p h á p kỹ

t h u ậ t để các quá trìn h p h â n giải chiếm vị tr í và t h ậ t s ự là m a n g tín h

c h ấ t áp d ụ n g các tiến bộ của công nghệ sinh học

- Mức độ cao n h ấ t là áp d ụ n g các kiến thức c ủ a công n g h ệ sin h học cho k h u vực rộng lớn có bo su n g b ằ n g các công cụ k ỹ t h u ậ t

T rong các q u á tr ìn h sinh học xử lý c h ấ t thải, p h ư ơ n g p h á p nào h ầ u

n h ư cũng có áp d ụ n g các phương p h áp v ậ t lý và h o á học T uy n hiên, tù y theo từ n g loại nước th ải, c h ấ t thải, có th ể sử d ụ n g các p h ư ơ n g p h á p k h ác

n h au Đặc biệt, các c h ấ t th ả i chứa các c h ấ t độc h ại, các kim loại n ặn g

ả n h hưởng đến sin h trưởng, p h á t triể n của vi s in h v ậ t th ì các phương

p h áp lý học và hoá học m a n g lại hiệu quả cao

3 Sự p h á t củ a q u ầ n th ể vi sin h v ậ t tro n g tự n h iê n có đặc đ iểm giông và

k h á c n h ư t h ế nào so với vi sin h v ậ t trong phòng t h í n g h iệ m ?

4 H ãy tr ìn h bày sự th a y đổi cơ ch ấ t sin h học tro n g q u á t r ì n h BOD

5 Các quy tr ìn h xử lý p h ế th ải b ằ n g vi sin h v ậ t được đ iều chỉnh sao

cho có điều k iệ n p h â n h u ỷ các c h ấ t tôi ưu b ằn g n h ữ n g biện pháp gỉ?

Chương 3

VI SIIMH VẬT PHÂN HUỶ CÁC CHÂT TRONG Tự NHIÊN

3.1 KHÁI NIỆM VỀ VI SINH VẬT

3.1.1 Sự phân bô vi sinh vật trong tự nhiên

Vi sin h v ậ t (m icroorganism s) có kích thước r ấ t nhỏ bé T hông thường c h ú n g được q u a n s á t qua k ín h hiến vi có độ phóng đại từ vài chục lần n h ư n ấ m mốc, n ấm m en đôn vài chục n g h ìn lần n h ư vi k h u ẩn , virus C h ú n g p h â n bô" rộng rã i trong tự nhiên: tro n g đất, tro n g nước, trong k h ô n g khí, t h ậ m chí ch ú n g sông cả trong cơ th ê động và thực vật Ngoài một sô" ít gây b ệ n h cho động v ậ t và thực vật, còn h ầ u hôt chúng đóng vai trò q u a n tr ọ n g tro n g tự nhiên, tích cực th a m gia vào các quá trìn h c h u y ề n hoá v ậ t ch ất

Nhờ vi sinh v ậ t luôn th a m gia vào quá trìn h p h â n giải các ch ấ t làm cho chuỗi thức ăn và lưới n ăn g lượng luôn ở trạ n g th ái cân bằng Tuy kích thước của các vi s in h v ậ t bé nh ư n g với sô" lượng lốn có trong d ấ t và nước sẽ đóng vai trò tq lớn tro n g hệ sinh thái Ví dụ: trong đ ấ t trồng, sô lượng vi sinh v ậ t có th ê lên tới h à n g tỷ t ế bào trong một gam đất So> lượng vi sinh

v ậ t tro n g đ ấ t k h ô n g chỉ p h ụ thuộc vào loại đ ấ t m à còn p h ụ thuộc vào mức

dộ c a n h tác của đ ấ t v à k h ả n ăn g che phủ của thực v ậ t (bảng 3.1)

B ả n g 3.1 s ố lượng vi sinh vật tro n g đ ất

th a y dổi th e o từ n g loại đ ấ t và k h ả n ă n g canh tác của c h ú n g (bảng 3.2)

T ro n g tự nhiôn, s ự p h á t triển của vi sinh v ậ t liên q u an m ậ t th iế t đến thức ăn tro n g môi trư ờ n g sống và mối quan hệ giữa ch ú n g với nh au Do vậy, cuộc sông c ủ a các vi sinh v ật trong q u ần th ê là hoàn to à n khác nhau

C h ú n g luôn luôn đ ấ u t r a n h để sinh tồn: giành thức ăn, không gian p h á t

triển, oxy, , và nói chung vì t ấ t cả những gì cần th iế t cho sự p h á t triển của chúng T rong mốì q u an hệ đốì k h án g giữa các vi sin h v ậ t đã được

P a s te u r (1887) k h ắ n g định đó là hiện tượng phô biến T ro n g quá trìn h tiến hoá, tín h đôi k h á n g là cơ ch ế bảo vệ mói trong đ ấu t r a n h sinh tồn của

vi sinh v ậ t tro n g q u ần thê Hiện tượng đổi k h á n g là loại vi sin h v ậ t này

ức chế, hoặc kiềm c h ế h o àn toàn k h ả n ăn g sinh trưởng, p h á t triể n của vi sinh v ậ t khác Nó liên q u an đến đ ấu tra n h sinh tồn và là n h â n tô> giúp đỡ, xác định k h ả n ăn g biến dị và liên q u an đến loài của vi sinh vật

Sô lượng vi sinh vặt (x 1000 TB/g) Tỷ lệ các nhóm (%) Tổng

Ghi chú: VK - Vi khuẩn, VKBT- Vi khuẩn có bào tử, XK-Xạ khuẩn.

T rong tự n hiên, vi sin h v ậ t gặp điều k iện sông t h u ậ n lợi n h ư môi trường d in h dưõng, n h iệ t độ và độ ẩm thích hợp ch ú n g p h á t triển r ấ t

n h a n h , t r á i lại, tro n g điều k iện sông không t h u ậ n lợi c h ú n g p h á t tr iể n kém và thư ờ ng tồn tạ i ở d ạn g nghỉ hoặc bào tử

S p iro ch aetales

L ep to sp irace ae

L ep to sp o ra

L ep to sp ira in te rro g a n s

N hư vậy, loài là n h ữ n g vi sinh v ậ t có đặc điểm p h â n loại cơ sở trong

hộ th ô n g p h â n loại vi sin h vật Tuy nhiên, k h ái niệm loài ở vi k h u ẩ n ít

chác c h á n so với cơ th ể bậc cao Vì vi k h u ẩ n là n h â n ngu y ên thuỷ, cho

n ên dặc điểm h ìn h th á i có vai trò ít q u an trọng tro n g p h â n loại hơn so

với cơ th ế bậc cao

Dưới loài, người ta định chủng vi sinh vật bằng các đặc trư n g bởi các

cấp bậc p h â n loại tru n g gian theo cách đ ặ t tên (preferred name) như sau:

1 I ìiovar Biotype Tính chất sinh lý, sinh hoá dặc trưng (:synonym)

2 Serovar Scrotype Tính kháng thể riêng biệt

3 Pathovar Pathotype Tính chất ký sinh với vật chủ

4 Phagovar Phagotype Khả năng bị sinh ta n bởi một thực k h u ẩn thể

5 Morphovar Morphotype Đặc điểm h ìn h th á i đặc trư n g

T ừ n h ữ n g k h ái niệm cơ b ản để p h â n loại vi sin h vật, người ta đã chia VI s in h vật th à n h các nhóm chí nh sau: 1 Virus; 2 Vi k h u ẩ n ; 3

N ấm : 4 N g u y ên sin h động v ậ t và 5 Tảo

3.1.2.1 Virus

V iru s k h ô n g p h ả i là t ế bào, kích thước r ấ t nhỏ, có đường k ín h từ 2 0 - 300nm C h ú n g có cấu trú c đơn giản r ấ t n h iều so với vi k h u ẩ n và chỉ sinh

s á n tro n g các t ế bào sông Người ta p h â n loại v iru s dựa vào t ế bào sông

m à c h ú n g ký sinh C h ú n g là ngu y ên n h â n gây r a n h iề u b ện h ở người, dộng v ạ t và thực v ật, ví dụ n h ư b ệ n h dại, b ện h AIDS, b ện h viêm gan,

b ệ n h cúm , b ện h mốc sương ở cây, b ện h đốm thuốc lá,

3.1.2.2 Vi khuẩn (bacteria)

Vi k h u ẩ n là vi sinh v ật n h â n sơ (procaryotae) Theo B erg ey s M anual

of D eteim in aliv e Bacleriology (xuấl b ả n lần th ứ 9), 1994, vi k h u ẩ n (trong

đó có cả xạ kh u ẩn ) được chia th à n h 35 nhóm (groups) bao gồm 569 chi (genus), tro n g đó có 8 nhóm thuộc xạ k h u ẩ n (Actinomycetes) N hững nhóm

n à y không có nghĩa theo các đơn vị p h ân loại hiện đại, m à được p h â n nhóm

tr ê n cơ sở dỗ n h ận biết theo kiểu h ìn h (phenotypic groups) Người ta cảm

th ấ y p h â n nhóm theo kiểu này r ấ t có ích cho mục đích chuẩn loài vi khuẩn

T heo Bergey, vi k h u ẩ n được chia th à n h 3 nhóm c h ín h sau:

a) E u b a c t e r i a (vi k h u ẩn ): có các h ìn h d ạn g k h ác n h au : h ìn h cầu,

h ìn h que và h ìn h xoắn cho n ên thường gọi cầu k h u ẩ n , trự c k h u ẩ n và xoắn k h u ẩ n (hình 3.1) Kích thưốc t ế bào th a y đổi, từ 0,5 đến 5ịim (hình 3.2!) C h ú n g có tiê n mao, do vậy ch ú n g có th ế chuyển động tro n g môi

trường lỏng Vi k h u ẩ n đóng vai trò q u an trọ n g tro n g tự n h iê n , trong công nghiệp, nông nghiệp, đồng thòi cũng gây b ện h cho ngưòi, gia súc và cây trồng.

Hình 3.1 Hình dạng tế bào vi khuân Cầu khuân (A), trực khuẩn (B), phẩy khuân (C) và xoắn khuân (D)

Hình 3.2 Hình dạng khuẩn lạc (A) và tê bào (B) của vi khuẩn

(theo và Jim Deacon, 2004)

A Hình dạng khuẩn lạc các chủng từ 1 đến 12 trên đĩa thạch;

B Hình dạng tế bào tương ứng của các chủng từ 1 đến 12 trên kính hiển vi

b) A r c h a e o b a c te r ia (vi k h u ẩ n cổ) n ay chuyển t h à n h n h ó m riên g có

tê n là cổ k h u ẩ n (A rchaea) có h ìn h d ạn g giông vi k h u ẩ n , n h ư n g r ấ t k h ác

vổ th à n h p h ầ n hoá học, h o ạ t tín h sinh học cũng n h ư môi trư ờ n g sông

N h iều loài thuộc nhóm n ày có k h ả n ă n g sin h trưởng, p h á t tr iể n ở n h iệ t

độ cao

c) A c ti n o m y c e te s (xạ k huẩn): có h ìn h d ạn g giống n ấ m mốc ở chỗ

tạo th à n h hệ sợi, n h ư n g lại là vi sinh v ậ t đơn bào, k h ô n g có n h â n thực

và có kích thước giông vi k h u ẩ n T ế bào p h â n chia theo k iể u am itoz (phân bào vô ty) — đó là tín h c h ấ t đặc tr ư n g của vi k h u ẩ n Đ ặc điểm nổi

bật của xạ k h u ẩ n là có k h u ẩ n ty trông giông hệ sợi của n ấm mốc, p h ân

n h á n h n h ư n g k h ô n g có vách ngăn K h u ẩn ty của xạ k h u ẩ n m ả n h hơn

n ấm mốc (0,3 - l,14jam) T rê n môi trường rắn , xạ k h u ẩ n p h á t triển

th à n h k h u ẩ n lạc có sắc khác nh au : đỏ, vàng, tím , xanh, x an h da trời, ghi, Do vậy, người ta chia xạ k h u ẩ n theo các nhóm m àu k h ác nh au Thời gian p h â n dôi của te bào xạ k h u ẩ n nuôi cấy tro n g môi trư ờng lỏng

k h o an g 90 p h ú t, ỏ vi k h u â n 40 phút.

Xạ k h u ẩ n p h á t triể n theo phương p h áp mọc chồi, p h â n n h á n h (kh o ản g 30j.im p h â n 1 n h án h ) Độ dài k h u ẩ n ty xạ k h u ẩ n tro n g giai đoạn p h á t triể n k h o ản g l l ị i m / giò và “n h â n ” của t ế bào xạ k h u ẩ n được sáp xốp đểu d ặn theo chiều dài của k h u ẩ n ty Do vậy, m ột đoạn xạ

k h u ẩ n (m ẩm xạ k h u ẩ n ) hoặc bào tử gặp điểu k iện th u ậ n lợi có th ể h ìn h

th à n h k h u ẩ n Ly và p h á t Lriổn Đặc điểm q u an trọng n h ấ t tro n g p h â n loại xạ k h u ẩ n là h ìn h thái và kích thước của cuông sin h bào tử (hình

C uông sinh bào tử có các d ạn g thẳng, hoặc hơi cong (ký h iệu RF),

d ạ n g xoán (S) hoặc d ạn g móc câu (RA) Bào tử h ìn h th à n h đồng thời trò n tấ t cả chiều dài của cuông sin h bào tử Bào tử có các d ạn g h ìn h cầu,

h ìn h Irụ oval hoặc h ìn h que và bề m ặ t bào tử n h ẵn , xù xì, d ạ n g gai hoặc

d ạ n g tóc

V òng đơn (xoắn) Vòng đôi (thẳng) ■ - » Vòng đôi (xoắn)

Hình 3.3 Hình dạng khuân ty và cuông sinh bào tử của xạ khuân