Cơ sở sinh học trong quá trình làm sạch nước thải

Tảo và các thực vật trong nước khác có thể tạo thành một quần thể khổng lồ các chất hữu cơ từ các nguyên tố C, N, P bằng quang hợp hay hóa tổng hợp.. Số lượng và chủng loại vi sinh vật t

CƠ SỞ SINH HỌC TRONG QUÁ TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC THẢI

2.1 THÀNH PHẦN SINH HỌC CỦA NƯỚC Trong nước sạch, các sinh vat sống rất

ít, thậm chí không có Nước bị nhiễm bẩn các chất hữu cơ hoặc vô cơ sẽ thúc đẩy sự phát triển của giới thủy sinh Giới này sẽ thích nghỉ đần với các điều kiện pH, nhiệt độ, nồng độ

Thành phần sinh học của nước có vi sinh vật, ví rút, nguyên sinh động vật, động vật phù

du, rong tảo, giun, sán, Quần thể sinh vật trong nước được gọi tện chung là giới thủy

sinh và chúng có quan hệ khăng khít trong hệ sinh thái nước Có nhiều hệ sinh thái nước,

như hệ sinh thái biển, hệ sinh thái cửa sông, hệ sinh thái hỗ đầm v.v

_ Nước thải các loại thường bị nhiễm bẩn với mức độ khác nhau làm phá vỡ sự cân bằng

của hệ sinh thái trong một thời gian Sau khi được làm sạch thì sự cân bằng của hệ sinh thái

Thành phần sinh học của nước và đặc biệt của nước thai 'gồm có:

| 2.1.1 Vi sinh vật (hình 2.1 - 2.3)’: Vi sinh vật là một giới sinh vật nhỏ bé, đơn bào, rất

đông đúc trong tự nhiên Tế bào của chúng chỉ nhìn thấy được dưới kính hiển vi phóng đại

Vi sinh vật gồm có vi khuẩn, nấm mốc, nấm men, xạ khuẩn, virut (siêu vi khuẩn)

Chúng nhiễm vào nước đo từ các nguồn: từ đất, từ nguồn thải sinh hoạt, nguồn thải bệnh viện, từ bụi trong không khí rơi vào, đặc biệt fừ các nguồn phân người cũng như phân súc vật: Vi sinh vật có ở trong nước với vỉ khuẩn có tỉ lệ là cao nhất Ở.trong nước chúng sử

dụng các chất ô nhiễm làm nguồn đỉnh đưỡng để xây dựng tế bào mới phục vụ cho sinh

'trưởng của chúng Vì vậy, trong nước thải số lượng vỉ sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn, ngày

một nhiều lên Song, nước dần được làm sạch, nguồn đỉnh dưỡng của vi sinh vật cạn kiệt sẽ

Vi khuẩn trong nước chủ yếu là các loài dị dưỡng hoại sinh Các loài này có khả năng

phân hủy các chất hữu cơ, oxi hóa các chất này thành các chất đơn giản, sản phẩm cuối

cùng là CO¿ và nước Trong cơ thể sống còn có nhiều loài vi khuẩn và virut gây bệnh cho

người, động vật và thực vật Trong nước, vi khuẩn chiếm đa số giới vi sinh vật, ngoài ra còn

2.1.2 Dong vật nguyên sinh (Protozoa hay Protozoobacteria) (hinh 2.4)

Trong nước, bên cạnh vi khuẩn, nhóm động vật quan trọng sống trong nước là các

động vật nguyên sinh Chúng thuộc vào giới động vật sống trôi nổi của nước Chúng là chất _

54

ee

chỉ thị quý giá cho nước, vì thấy có mặt chúng có nghĩa là bùn hoạt tính thích hợp với cơ zFất có trong nước, chất lượng quá trình oxi hóa và không có mặt của các loại chất có độc

tính Trùng bánh xe chỉ thị cho hệ thống sinh học đặc biệt ổn định

Nguyên sinh động vật ăn các loài tảo, ăn vi khuẩn (kể cả vi khuẩn gây bệnh), ăn các

mảnh vụn hữu cơ hoặc tự ăn lẫn nhau Kích thước của nguyên sinh động vật có thể từ vài

Nguyên sinh động vật ăn tảo, ăn vi khuẩn Với đặc tính này người ta lợi dụng chúng để khử các vi khuẩn gây bệnh có trong nước thải Trong quá trình xử lí nước thải ta thấy một

số loài động ®ật nguyên sinh có mặt trong bin hoat tinh Protozoa & bin dugc ding như chỉ

số quan trọng để đánh giá kết quả xử lí nước thải

2.1.3 Tao (Algae hay Algobacteria) (Hình 2.5) Tảo còn được xếp vào giới thực vật

nổi của nước Hình 2.5 cho thấy một số tảo tìm thấy ở trong nước

Giới sinh vật này là loại tự dưỡng quang hợp Tảo và các thực vật trong nước khác có

thể tạo thành một quần thể khổng lồ các chất hữu cơ từ các nguyên tố C, N, P bằng quang hợp hay hóa tổng hợp

Tảo là loại thực vật đơn giản nhất, không có rễ, thân, lá Có loại tảo với cấu trúc đơn

bào, có loại mọc nhánh dài Chúng là thực vật phù du, có thể trôi nổi ở trong nước hay móc

vào các giá đỡ (loại thực vật khác) Nhiều loài tảo, như vi tảo còn được xếp vào giới vi sinh

vật, tảo lam được xếp vào nhóm vi khuẩn lam

Tảo là sinh vật tự dưỡng (autotrophe) Chúng sử dụng CO¿ hoặc bicacbonat làm nguồn cacbon và nguồn nitơ, phospho vô cơ để cấu tạo tế bào dưới tác dụng của năng lượng ánh

sáng mật trời, đồng thời thải ra oxi Quá trình quang hợp của tảo được biểu diễn như sau:

CO, + POz” + NHị —“““*'“É › Tế bào tảo mới (tăng sinh khối) + O›

Trong nước giầu nguồn N và P, đặc biệt là P, sẽ là điều kiện rất tốt cho tảo phát triển

Nguồn CO; có thể do vi sinh vat hoạt động trong nước, phân hủy các chất hữu cơ tạo thành

Tảo phát triển làm cho nước có mầu sắc, thực chất là màu sắc của tảo

— Tảo xanh Aphanizomenon blosaquae, Anabaena microcistic lam cho nước có màu

xanh lam

~ Tảo Oscifatoria rubecens làm cho nước ngả màu hồng

— Khuê tảo (Melosira, Navicula) làm cho nước có màu vàng nâu Cjrisỏphiít làm cho nước có màu vàng nhạt

Tảo phát triển còn gây cho nước có nhiều mùi khó chịu, như mùi cỏ, mùi mỡ ôi khét,

mùi thối Nói chung, tảo không gây độc, nhưng thân xác của chúng làm ách tắc cho bơm,

lọc, đường ống, làm giảm độ keo tụ lắng cặn và làm giảm chất lượng nước, đặc biệt về mầu

và mùi

Gần đây mới phát hiện một số tảo độc, đặc biệt ở các vùng đầm lây tù hãm Tảo độc phát triển thường liên quan tới vùng ©ó bệnh viêm gan hoặc ung thư gan

unt

Tảo xanh có chất diệp luc (clorophyl) Chat nay đóng vai trò quan trọng trong quá trình quang hợp Có thể dùng tảo xanh làm chỉ thị sinh học đánh giá chất lượng nước tự nhiên

' Nhận dạng tảo và phân loại chúng là việc làm khá phức tạp, cần đòi hỏi nhiều kinh

nghiệm Bảng 2.1 cho phép ta nhan dang tảo theo mii, vi |

Bang 2.1 NHAN DANG TAO THEO MUI VI

Pandorina tanh

Scenedesmus cỏ Spirogyra cô

cây mỏ hạc ‘

Synedra cô mốc, tanh mềm

nhờn Tabellaria cỏ, thơm tanh mém

2.2 HỆ VESINH VẬT CỦA NƯỚC THẢI

Phân lớn vị sinh vật xâm nhập vào nước là từ đất, phân, nước tiểu, các nguồn thải và từ

bụi trong không khí rơi xuống Số lượng và chủng loại vi sinh vật trong nước phụ thuộc vào

nhiều yếu tố, nhất là những chất hữu cơ hòa tan trong nước, các chất độc, tia tử ngoại (cực

tím), pH môi trường, những yếu tố quyết định đến sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật

như các chất dinh đưỡng của chúng Nước càng bắn, càng nhiều chất hữu cơ, nếu thích nghỉ

được và sinh trưởng thì sự phát triển của vi sinh vật càng nhanh

Trong nước có rất nhiễu loại vi sinh vật: vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, xoắn thể, xạ

khuẩn, virut, thực khuẩn thể, nhưng chủ yếu là vi khuẩn

Nói chung trong nước, số vi sinh vật không sinh bào tử chiếm ưu thế (gần 87%), còn

trong bùn số vi sinh vật sinh bào tử lại chiếm ưu thế (gần 75%)

, Nước sông luôn thay đổi theo dòng chảy Vì vậy, hệ vi sinh vật và số lượng vi sinh vật

luôn thay đổi Ở vùng gần thành phố nước sông có số lượng vỉ sinh vật lớn, còn ở phía xa

thành phố chúng lại giảm số lượng nhanh Điều này được giải thích, vì nước sông ở gần

ˆ thành phố được nhận một lượng nước thải từ hước sinh hoạt của dân cư, cống rãnh đô thị,

rác rưởi chứa nhiều cặn bã hữu cơ kèm theo một số lớn vi sinh vat Dòng sông càng chảy

càng bị pha loãng khi xa thành phố, lượng chất hữu cơ giảm đần và như thế các chất đỉnh

dưỡng của vi sinh vật càng ngày càng cạn kiệt Thêm vào đó vi sinh vật còn bị tiêu điệt bởi

ánh sáng mặt trời có tia tử ngoại, vi sinh vật đối kháng, nguyên sinh động vật ăn vi sinh vat,

thực khuẩn thể dung giải vi sinh vật - :

Nước biển có số lượng vi sinh vật nhỏ hơn nước hồ ao, sông ngồi Số lượng vi sinh vật ở

gần bờ thường nhiêu hơn ở xa bờ Mặc dù nồng độ muối của nước biển khá cao nhưng số

lượng vi sinh vật trong đó không phải là ít Trong nước biển có thể có số lượng vi sinh vật

dao động từ 35 đến vài nghìn tế bao trong 1 lit Ngoài các vi sinh vật ưa mặn còn có trực

khuẩn sinh bào tit (Bacillus); khong sinh bao té (Bacterium); cau khuẩn, niêrn vi khuẩn, xạ

Nước mưa, tuyết, băng có rất ít vi sinh vật

Nước giếng phun, nước ngắm, nước mạch có số lượng vỉ sinh vật tương đối ít, bởi vì

ˆ nước đã thấm qua đất như là màng lọc rất tốt, nên hầu hết vi sinh vat bị giữ lại ở trong đất

- Nước thải, đặc biệt là nước thải sinh hoạt và nước thai của các xí nghiệp chế biến thực

phẩm, rất giàu các chất hữu cơ, vì vậy số lượng vi sinh vật trong nước là rất lớn (10° + 10°:

tế bào/ml) Trong số này chủ yếu là vi khuẩn, chúng đóng vai trò phân hủy các chất hữu cơ,

cùng với các chất khoáng khác dùng làm vạt liệu xây dựng tế bào đồng thời làm sạch nước

thải Ngoài ra, còn các vi sinh vật gây bệnh, đặc biệt là các bệnh đường ruột, như thương

hàn, tả, lị và các virut, thực khuẩn thể ,

2.2.1 Vi khudn (Bacteria) (hinh 2.1) là sinh vật don bao, kich thudéc rat nhé tit 0,3 + Sym

(chỉ nhìn thấy ở kính hiển vi phóng đại 1000 lần) Vi khuẩn có hình cầu, hình que, hình sợi

xoắn Chúng đứng riêng rẽ hoặc xếp thành đôi, thành 4 tế bào hoặc hình thành khối với 8 tế

bào, xếp thành chuỗi hoặc thành chim Vi khuẩn sinh sản bằng cách chia đôi tế bào Nếu

các điển kiện về chất dinh dưỡng, oxi, pH và nhiệt độ môi trường thích hợp thì thời gian thế

58

Vi khudn đóng vai trò quan trọng (có thể nói là chủ yếu) trong quá trình phân hãy ‹ chất

hữu cơ, làm sạch nước thải, trong vòng tuần hoàn vật chất

Theo phương thức dinh dưỡng, ví khuẩn được chia làm hai nhóm chính: '

— Vi khuẩn dị dưỡng (heterophe) Nhớm vi khuẩn này sử dụng các chất hữu cơ làm:

ngvon cacbon dinh dưỡng và nguồn năng lượng để hoạt động sống, xây dung tế bào, phát

triển

Có ba loại vi khuẩn dị dưỡng:

+ Vi khuẩn hiếu khí (aerobe): cần oxi để sống, như quá trình hô hấp ở động vật bậc cao

Oxi cung cấp cho quá trình oxi hóa các chất hữu cơ theo phản ứng: -

/ ¬ tăng sinh khối

Chất hữu cơ + O¿ _—¬———~,

vi khuẩn jiếu khí

+ Vi khuẩn kị khí (anaerobe): chúng có thể sống và hoạt động ở điều kiện kị khí (không - " | cần oxi của không khí), mà sử dụng oxi trong những hợp chất nítrat, sulfat để oxi hóa các

chất hữu cơ

CO¿ + HạO + năng lượng

Chất hữu cơ + SO2ˆ —› CO¿ + HạS + năng lượng |

+ Vi khudn tiy nghi (facultative): loại này có thể sống trong điều kiện có hoặc không

có oxi tự do Chúng luôn có mặt trong nước thải Năng lượng được giải phóng một phân | được sử dụng cho việc sinh tổng hợp hình thành tế bào mới, một phần thoát ra ở đáng nhiệt

— Vị khuẩn tự dưỡng (autotroph)

Loại vi khuẩn này có khả năng oxi hóa chất vô cơ để thu năng lượng và sử dụng COz

làm nguồn cacbon cho quá trình sinh tổng hợp Trong nhóm này có vi khuẩn nitrat hóa, vi

khuẩn sắt, vi khuẩn lưu huỳnh Các phản ứng oxi hóa như sau;

Ö Nitromonas: 2NH2 +O¿ —>2NO3 + 4H! +2H2O+ năng lượng

Ở Nitrobacter: 2NO +O, —>2NO¿ + năng lượng

Các vi khuẩn sắt oxi hóa sắt tan trong nước thành sắt không tan

Fei, + O2 > Fe(chong tan) + Bang lượng

Các ví khuẩn Leptothirix và Crenathrix làm kết tùa sắt thành sắt Fe(OH)3 có màu vàng đỏ

Các vi khuẩn lưu huỳnh có khả năng chịu được pH thấp, oxi hóa Hạ§ thành axit

sunfuric (H,SO,) gây ăn mòn đường ống, các công trình xây dựng ngập trong nước

b Trực khuẩn; 6 Trực khuẩn không có bào tử, 7 Trực khuẩn có bào tử

c Xoắn khuẩn: 8 Vibrio; 9 Spririllum; 10 Spirochaeta (xoắn thể)

ˆ 2.2.2 Siêu vi khuẩn và thực khuẩn thể

—._ (Virut và Bacteriophage) Siệu vi khuẩn (hay đúng hơn phải gọi là virut)

là những sinh vật cực nhỏ (kích thước vào khoảng

20 + 100 mm), chỉ có thể nhìn thấy ở dưới kính

hiển vi điện tử Chúng là tác nhân gây ra nhiều

bệnh hiểm nghèo cho cơn người, động vật và thực

vật Virut không thể sống độc lập mà phải kí sinh

_ vào tế bào chủ và lúc này mới thể hiện đặc tính

sống của mình (Hình thái virut xem hình 2.2)

Virut có phần chính ở giữa là một loại axit

nucleic (ADN hoặc ARN), thường là ARN (vì

trong giới virut có cấu tạo bằng ARN chiếm đa

số) Phần ngoài là vỏ gọi là Capxit Nến virut lớn

còn có thêm vỏ ngoài Võ giữ chức năng bảo vệ có

cấu tạo bằng một loại protein đặc biệt Phần axit -

nucleic bên trong rất quan trọng, nó giữ vai trò di

60

truyền Khi vào tế bào chủ phần này quyết địnỗ việc tổng hợp nên các phân t tử axit nucleic

và vỏ bọc protein mới để phục vụ cho sinh sản

Mỗi virut có một loại tế bào chủ tương ứng Virut bám vào tế bào chủ rồi xâm nhập vào

nội bào, phần axit nucleic được giải phóng ra khỏi vỏ bọc Khi virut đã ở trong tế bào chất,

chúng nhanh chóng vào nhân để bắt đầu sinh sản Ở đây virut bắt tế bào vật chủ tổng hợp

ra các axit nuoleic:mới theo khuôn axit nucleic virut từ ngoài vào, Các nguồn vật liệu như `

axit amin, các nucleotit và nguồn năng lượng của tế bào vật chủ đều phải phục vụ cho nhu

_ cầu của virut

Sau khi tạo thành nhiều axit nucleic mới, tế bào vật chủ phải tiến hành tổng hợp các

protein cabxit để tạo hình cho các virut mới Các virut mới này sẽ phá vỡ màng tế bào vật

chủ và được giải phóng ra ngoài Kết quả là tế bào vật chủ bị chết và vô vàn các virut con

được hình thành Quá trình này có thể xảy ra từ vài phút đến vài chục giờ Một virut qua

quá trình sinh sân có thể cho từ 1000 đến 10.000, có khi tổi 100.000 virut.con Đó là cơ chế

gây bệnh, trong đó có những bệnh truyền nhiễm của virut

Thực khuẩn thể là virut của vi khuẩn, có khả năng làm tan các tế bào vi khuẩn rất

nhanh Thực khuẩn có hình dáng giống quả chùy, phần đuôi cần có sợi móc để bám vào vỏ

tế bào vi khuẩn, rồi làm tan một lỗ nhỏ trên vỏ tế bào, phần axit nucleic bên trong của virut

sẽ nhanh chóng xâm nhập vào nội bào Quá trình hình thành các thực khuẩn thể mới tương

tự như ở virut nói chung, nhưng thường xảy ra rất nhanh, có thể chỉ 15 + 20 phút

Trong nước thải thường có những vi khuẩn gây bệnh cho người và động vật Kèm theo

có cả những thực khuẩn thể tương ứng với từng loại vi khuẩn Có trường hợp các tế bào vi

khuẩn chủ đã chết mà trong quá trình phân tích vi sinh học không phát hiện được, nhưng

thấy có thực khuẩn thể tương ứng người ta có thể kết luận được sự có mặt của những vỉ

khuẩn này có trong nước thải

2.2.3 Nấm và các vi sinh vật khác

Các nhóm vi sinh vật khác như: nấm meủ, nấm mốc, xạ khuẩn có trong nước thải,

nhưng ít hơn vi khuẩn Những nhóm này phát triển mạnh trong vùng nước tù Chúng cũng là

những vi sinh vật dị dưỡng và hiếu khí Các loài nấm, kể cả vi nấm (trong đó có nấm độc)

có khả năng phân hủy các chất hữu cơ Nhiễu loài nấm phân hủy được xenlulozơ,

hemixenlulozơ và đặc biệt là lignin Nấm men phán hủy các chất hữu cơ hạn chế hơn,

nhưng chúng có thể lên men được một số đường thành alcol, axit hữu cơ, slyxerin() trong

điều kiện kị khí và phát triển tăng sinh khối trong điều kiện hiếu khí

Vai trò của nấm, kể cả nấm mốc, nấm men, cũng như xạ khuẩn trong quá trình xử lí

nước thải không quan trọng bằng vi khuẩn và thường không được quan tâm

Các giống nấm thường gặp trong nước thải là Saprolegia và Leptomus: Giống Leptomiás

có loài Lepfomus lacteus thường gây phiển hà trong việc thải nước Giống này sống

quanh năm ở sông hồ, nhưng phát triển mạnh vào mùa đông Điều kiện cần thiết cho phát

triển cửa nó là sự có mặt các chất hữu cơ có trong nước Nó phát triển thành khối nhây cùng

với vi khuẩn Sphaerotilus natans trong 90 + 120 phút và có thể bịt kín hoàn toàn các song

lưới chắn rác làm cản trở dòng chảy hoặc bịt kín các màng lọc không cho nước đi qua các

phim lọc

Hình 2.3b Mốc Aspergillus ` ˆ

a, Bào tử đính; b Khuẩn tỉ có vách ngăn với một số sợi mang có đính bào tử;

€ Cuống đính bào tử; d Tế bào hình chai

62

Mucor Rhizopus

Hinh 2.3 ¢ — Các mốc Mucor, Rhizopus va Thamnidium

Méc Rhizopus; a Bao tir nang; b Cuéng bao tit nang

- 2,3, CÁC SINH VẬT GÂY BỆNH CÓ Ở TRONG NƯỚC Các sinh vật gay bénh cho

người và động, thực vật gồm có vi khuẩn, các Toài nấm, virut, động vật nguyên sinh, giun,

sán nhưng chủ yếu là vi khuẩn và virut Ta thường xếp chung thành một nhóm và gọi là

nhóm sinh vật gây bệnh Những tác nhân gây bệnh cho người và động vật qua đường

nước thường là các vi sinh vật gây bệnh đường ruột Đặc điểm của các vi sinh vật gây bệnh

là sống kí sinh với tế bào vật chủ, phá vỡ tế bào chủ hoặc tiết ra các chất độc tố làm chết

vật chủ

— Vị khuẩn Những vi khuẩn gây bệnh đường ruột hay gặp trong nước là: vi khuẩn tả

Vibrio cholera, vi khudn li Disenteriae + Shigella, vi khuẩn thương hàn và phó thương hàn

Samonella typhos và S.paratyphos cũng như trực khuẩn đường ruột Escherichia (gây bệnh

+ Vi khudn Samonella chi gay bénh thuong han (typho) 6 ngudi va vi khudn phé thuong

han (paratyphos) gây bệnh cả ở người và súc vật Vi khuẩn Samonella rat phé bién trong

thiên nhiên, tồn tại trong động vật có sừng, chó mèo, chỉm chuột và cả cá Vi khuẩn theo

phân sức vật vào nước và xâm nhập vào người qua đường ăn uống Chúng có thể sống trong

nước thải tới 40 ngày

+ Vi khuẩn l‡ Shigella chỉ gây bệnh ở người, theo phân vào nước, cùng với thực phẩm

hoặc nước uống nhiễm khuẩn qua đường ăn uống vào đại tràng phát triển rất nhanh làm

mỏng màng ruột, khi chết giải phóng nội độc tố Độc tố thấm vào máu gây ảnh hưởng xấu

đến-thần kinh, phản ứng trở lại làm thượng tổn ruột Do vậy, người bệnh đi ngoài ra máu và

chất nhây nhự mũi So với lị amíp số lần đi ngoài của người bệnh nhiều hơn Vi khuẩn

Shigella sống ở nước tới hang tháng: ở nước cấp thành phố — I tháng, ở nước sông — 3

thing và ở nước thải khoảng 1 tuần

+ Vị Khuẩn tả Vibrio là điển hình tác nhân truyền nhiễm nhanh qua nước gây bệnh

khủng khiếp, tỉ lệ tử vong khá cao Vibrio ở nước gây bệnh cho tôm cá, có loài gây bệnh tả

ở người khi xâm nhập qua đường ăn uống sẽ phát triển trong đường tiêu hóa, giải phóng nội

độc tố làm người bệnh vừa nôn mửa vừa đi ngoài như tháo cống, làm mất nước của cơ thể

khá lớn (tới 301/ngày đêm)

Hình 2.3d - Hình thái tế bào nấm men

Vi khuẩn Vibrio thường sống ở trong nước được khá lâu: ở nước cấp thành phố - l

tháng, ở nước sông ~ 3 thang và trong nước thải tới 7 tháng Ở nước biển, phẩy khuẩn tả còn

có thể sống được lâu hơn, sinh sản với tốc độ nhanh hơn ở nước ngọt

+ Bệnh tụ huyết trùng Tularensi truyền từ người sang người hay từ súc vật sang người qua đường côn trùng hút máu, nhưng qua nước cũng có thể góp phần lan truyền bệnh này

+ Campylobacter cũng có thé gây viêm ruột nghiêm trọng nhu Samonella Proteus morgani gây bệnh ïa chảy nhất là & tré em vao mia hé Proteus vulgaris gay benh ia chảy

va chứng chảy máu ruột (giống chút ít sốt thương hàn)

+ Trực khuẩn mủ xanh thường có trong nước thải Tụ cầu vàng gây ra nhiều chứng bệnh

ngoài da, ngộ độc thực phẩm thường có trong nước, đặc biệt ở bể bơi khi tháo nước mặt

không đầy đủ hoặc sát khuẩn không tốt

Ngoài các vi khuẩn gây bệnh điển hình về đường ruột vừa để cập ở trên, người ta còn thấy các tác nhân gây bénh Leptospira, li amip, bại liệt ở trẻ em, sốt rét nước, tularê, viêm

kết mạc Các tác nhân gây bệnh này thường ít gặp hơn các vi khuẩn gây bệnh đường ruột

Vì vậy, đối với nước nói chung và công tác xử lí nước thải bảo vệ môi trường nước, người ta

thường chú trọng đến chỉ số vệ sinh đường ruột, để ngăn chặn trước hết các bệnh truyền

nhiễm qua đường tiêu hóa Chỉ số này đã được đề cập tới ở Chương I (xem mục 1.4.13)

~ Virur là tác nhân gây bệnh cực nhỏ, chỉ nhìn thấy dưới kính hiển vi điện tử và nó có thể chỉ sinh trưởng trong tế bào sống Một virut được cấu tạo bằng sự liên kết một axit

nuclêic và một protein, nó có khả năng tách ra một cách hóa học và ngay cả tỉnh thể hóa

Hợp nhất cả hai có thể sinh ra virut với tất cả tính chất sinh học Khi một tế bào sống bị tấn

công bằng một virut, nó tự biến đổi nhanh chóng với tính hoàn thiện của nó thành một quần

thể hạt với các virut mới sắn sàng nhiễm bệnh sang tế bào mới

64

Người ta có thé thấy trong nước các virut sau:

* Virut Polyomyelit tác dụng lên thân kinh trung ương

* Virut ECHO gay nên bệnh đường ruột không trầm trọng (aii ia chay cia tré em) Mét

số loại huyết thanh có thé truyền bệnh viêm màng não tăng bạch cầu

* Caxsakie A va B có thé gây nên viêm màng não bạch cầu, chứng đau cơ hay suy tim Các tác nhân gây viêm dạ dày — ruột non trẻ sơ sinh

+ Virut viêm gan: chỉ có loại A có thể truyền bệnh qua nước (còn loại B do truyền qua

máu) Bệnh gây thành dịch trong một số vùng nóng

+ Các Ađénovirus tác động lên đường hô hấp và mắt, nhưng chúng cũng có trong ruột + Rotavirus gây ra bệnh ỉa chảy thường nghiêm trọng với trẻ em Chúng được xem như

là kẻ gây bệnh đi ỉa chảy từ 20 — 70% trường hợp đối với trẻ sơ sinh

+ Bệnh cúm mà các bể bơi có thể truyền đến một cách ngẫu nhiên có rất nhiều trong

nhớt mũi, vì chúng rất hiếm có trong ruột

+ Virut Reo còn chưa biết rõ

+ Virut u nhú tạo ra các mụn cơm nhiễm vào các bể bơi Thực vậy, vai trò của nước

trong việc truyền một số bệnh do virut còn tranh cãi nhiều Ngoài ra, người ta thấy hiếm có trường hợp một nguồn nước góp phần vào các bệnh dịch do virut Nước luôn bị ô nhiễm đo nước cống: hình như nguy cơ gây bệnh dịch chỉ tồn tại trong điều kiện cực đại, nhưng ta

cũng chưa biết rõ liều lượng nhiễm trùng nhỏ nhất Nếu virut có trong nước, thì chúng có một lượng nhỏ, do đó, cần phải cô đặc nước để phân tích

— Các loại vi nấm

Histoplasma sulatin là tắc nhân gây bệnh Histoplasma Trừ những nghiên cứu đặc biệt, người ta chưa biết dịch bệnh có nguồn gốc từ nước do có nấm gây ra

Chúng có thể sinh sống hơn một tháng trong nước dưới dạng u nang Tuy nhiên, chúng

đễ dàng bị loại bỏ bằng xử H ôzôn với lượng dư 0,4mg/1 sau 4 phút tiếp xúc Hai loài vận

chuyển theo nước có tác dụng gay bệnh mạnh cho cơn người là: En/ameba hisfolytica, tác nhân gây bệnh lj nghiêm trọng, đôi khi chết người (dịch ở Chicago năm 1934) Negleria

gruberi tác nhân gây viêm màng não truyền bằng đường nước, nhất là trong các bể bơi Sự

chống đỡ của các vi sinh này đối với thuốc khử trùng lớn hơn so với nhiều vi khuẩn khác, gây phức tạp cho việc loại bỏ chúng, nhưng ta có thể làm tăng chỉ số hiệu nghiệm của thuốc khử trùng

— Động vật nguyên sinh

ˆ Giardia lambia là tác nhân gây bệnh viêm đạ dày — ruột non từ nước cho nhiều người (ở Mĩ 4 — 22%) Sự chống đỡ lại thuốc khử trùng rất cao, nhất là dưới dạng kết nang Chứng được loại trừ đễ dàng bằng xử lí kết bông với liều lượng chất phản ứng tối ưu, tiếp theo là lọc nhanh qua cát

~ Các loài gian sán (Xem hình 2.6)

Nước có thể vận chuyển nhiều giun kí sinh ở người và động vật Giun hoặc trứng giun

không bị triệt do khử trùng ở liều lượng thuốc thông thường, ngược lại kích thước của

chúng nói chung đủ lớn để có thể lọc, loại bỏ nguy cơ ô nhiễm

Các loại giun tiếp tục phát triển ở nhiều vật chủ khác nhau:

+ Sán đây: dạng cầu bán kính 35 m tạo nên nang ở lợn

+ Sán Saginat: trứng hình 6 van 25 x 35pm, tao thanh cdc nang ở bò

+ Sán Echinococcus: trưởng thành ở chó, tạo các nang sán ở cừu (nang nước), trứng có

kích thước 25 x 35m

+ Sán đầu giác Jatus: sinh trưởng ở người, trứng 6 van kích thước 45 x 70m, phát triển

trong nước, giải phóng ra một phôi, nhiễm vào động vật thân giáp Cá ăn động vật thân

giáp, phôi sán trở thành ấu trùng (đài từ 8 đến 30mm) và cư trú trong cơ của cá

+ Sán lá gan phát triển ở người hay ở cừu Trứng có kích thước từ 70 — 130, phát

triển trong nước sinh ra một phôi tiêm mao nhiễm vào cơ thể của ốc ao và chuyển thành ấu

trùng sán lá gan Nó bơi đến ẩn náu trên cô dưới nước trước khi nhiễm vào cừu Nó cừ trú

và lớn lên trong gan

+.Sán máng: tên mầm là Scbisfosmz, gầy nên một bệnh nguy hiểm gọi là bệnh sán

máng hay Schistosmase đặc biệt phổ biến ở vùng khí hậu nóng của Trái Đất Nó tồn tại ba

loại sán kí sinh và hai dạng bệnh

* Sán bàng quang gây ra do S himatobium (Ai Cập, Châu Phi nhiệt đới, Madagascar);

* Sán đường ruột gây ra do S hematobium (Ai Cập, Châu Phi nhiệt đới, Madagascar,

Nam Phi) hodc bang S taponican (ving Cận Đông)

Chúng lớn rất nhanh trong mạch máu người Trứng có dạng ôvan (50 x 150m) có một

mũi nhọn 25um Chúng bài tiết ra nước tiểu, phát triển trong nước tạo thành một phôi Ở

đây nó chuyển thành ấu trùng có đuôi quay trở lại nước và lại nhiễm vào con người qua da

hoặc màng nhầy ở miệng khi uống nước Thời gian sống của ấu trùng là hai ngày

- Đấu tranh chống dịch bệnh này bằng cách phá các vật chủ trung gian nghĩa là ngành

động vật thân mêm: phương pháp hóa học (thuốc diệt động vật có thân mềm), phương pháp

sinh học (thay đổi môi trường sống của chúng)

Trong nước uống, các ấu trùng có đuôi có thể được loại bỏ bằng lọc qua cát mịn (lớn

nhất 0,35mm) Nhưng trước hết là tác dụng của clo hóa trước và khử trùng kết thúc (bằng

clo hay ôzôn) đông thời bảo đảm diệt các ấu trùng với điểu kiện phải tuân theo một liêu

lượng và thời gian tiếp xúc phù hợp:

+ Ascaris lumbricoit thường có trong ruột non của người và lợn Trứng hình Ôôvan có

kích thước 50 x 7Oum sinh trưởng trong nước hay đất ẩm tạo ra một phôi kích thước

0,3mm, nhiễm trùng trực tiếp vào người

+ Giun kim: thường có ở trẻ con (trứng ôvan có mặt bẹt 20 x 50um) Không sống trong

nước

66

nae?

+ Eustrongylus gây nhiễm trùng bằng đường nước tiểu Trứng hình elip (40 x 60pm) được đẩy ra do nước tiểu Phôi dài 0,25mm nhiễm trùng vào cá (vật chủ trung gian) -

+ Giun móc tá tràng (giun lươn): giun nhỏ dài 6 ~ 20mm, sống trong ruột khoan thủng

màng nhầy và gây ra bệnh xuất huyết và ïa chảy rất dai đẳng (bệnh giun móc hay thiếu máu ˆ

ở trẻ em) Trứng 30 x 60m phát triển trong nước cần có một nhiệt độ tối thiểu là 22°C

Phôi 0,2mm tạo ra một ấu trùng có khả năng truyền qua da để nhiễm sang người bệnh mới _ + Giun chi médin la dong vat loài để con, ấu trùng dài 0,5 — 1mm nhiễm trùng vào một động vật thân giáp và tạo ra một ấu trùng có đuôi Giun chỉ chuyển qua thành ruột tạo ra các ung nhọt dưới da Giun trưởng thành dài từ 0,5 — 0,8m, đường kính 1mm Nhiễm trùng cũng có khả năng do chuyển trực tiếp ấu trùng qua da

+ Giun chỉ hút máu người: loại giun này sống trong mạch máu của phần trong cơ thể và

đặc biệt trong bọng đái gây nên bệnh đái ra máu và gây bệnh "chân voi" Truyền nhiễm bằng muỗi

+ Giun lươn đường ruột Giun đài 2 —- 3mm sống ở ở tá tràng Trứng phát triển trong nước, sinh ra loại giun (giun lươn trong phân) đẻ vào trong nước, các ấu trùng tạo thành các thể truyền nhiễm lại vào người qua đồ uống hay qua da

2.4 HOẠT ĐỘNG SỐNG CỦA VI SINH VẬT TRONG NƯỚC THÁI

Nước thải mới thường ít vi sinh vật, đặc biệt là nước thải công nghiệp qua công đoạn xử

lí nhiệt có khi lúc đầu hầu như không có vi sinh vật Nước thải trong hệ thống thoát nước qua một thời gian, dù rất ngắn, cũng đủ cho vi sinh vật thích nghí, sinh sản và phát triển tăng sinh khối (trừ những nước thải có chất độc, ức chế hoặc diệt vi sinh vật, như các loại nước thải có hàm lượng cao các kim loại nặng, các chất hữu cơ và vô cơ có độc tính v.v )

Sau một thời gian sinh trưởng, chúng tạo thành quần thể vi sinh vật có ở trong nước, đồng

thời kéo theo sự phát triển của các giới thủy sinh

Quần thể vi sinh vật ở các loại nước thải là không giống nhau Mỗi loại nước thải có hệ

vi sinh vật thích ứng Song, nói chung vi sinh vật trong nước thải đều là vi sinh vật hoại sinh

và dị dưỡng Chúng không thể tổng hợp được các chất hữu cơ làm vật liệu xây dựng tế bào mới cho chúng, trong môi trường sống của chúng cần phải có mặt các chất hữu cơ để chúng

phân hủy, chuyển hóa thành vật liệu xây dựng tế bào, đồng thời chúng cũng phân hủy các hợp chất nhiễm bẩn nước đến sản phẩm cuối cùng là CO¿ và nước hoặc tạo thành các loại

khí khác (CHạ, HạS, Indol, mercaptan, scatol, N¿ v.v )

Trong nước thải các chất nhiễm bẩn chủ yếu là các chất hữu cơ hòa tan, ngoài ra còn có -các chất hữu cơ ở đạng keo và phân tán nhỏ ở dạng lơ lửng Các dạng này tiếp xúc với bể mặt tế bào vỉ khuẩn (trong nước thải vi khuẩn chiếm đa số trong hệ vi sinh vật) bằng cách

hấp phụ hay keo tụ sinh học, sau đó sẽ xảy ra quá trình dị hóa và đồng hóa Quá trình dị hóa là quá trình phân hủy các chất hữu cơ có khối lượng phân tử lớn, có cấu trúc phân tử là mạch dài thành các hợp chất có mạch ngắn, có khối lượng thấp hoặc thành các đơn vị cấu

thành, có thể đi qua được màng vào trong tế bào để chuyển vào quá trình phân hủy nội bào

(hô hấp hay oxi hóa tiếp) hay chuyển sang quá trình đồng hóa

Như vậy, quá trình làm sạch nước thải gồm 3 giai đoạn sau:

— Các hợp chất hữu cơ tiếp xúc với bề mặt tế bào vì sinh vật

71

— Khuéch tán và hấp thụ các chất ô nhiễm nước qua màng bán thấm vào trong tế bào vỉ

— Chyyén hóa các chất này trong nội bào để sinh ra năng lượng và tổng hợp các vật liệu

Các giai đoạn này có mối liên quan rất chặt chẽ Kết quả là nông độ các chất nhiễm bẩn

nước giảm dân, đặc biệt là vùng gần tế bào vỉ sinh vật nông độ chất hữu cơ ô nhiễm thấp

hơn vùng ở xa Đối với sản phẩm do tế bào vi sinh vật tiết ra thì ngược lại Phân hủy các

chất hữu cơ chủ yếu xảy ra trong tế bào vi sinh vật

Cơ chế quá trình phân hủy các chất trong tế bào vi sinh vật tóm tất như sau:

- — Hợp chất bị oxi hóa trước tiên là các hidratcacbon (đường bột) và một số chất hữu cơ

khác Nếu là tinh bột hấp phụ trên bể mặt tế bào vi sinh vật theo cơ chế cảm ứng, tế bào vi

sinh vật sẽ tiết ra hệ enzim amilaza thủy phân tinh bột thành đường Đối với protein sẽ có

enzim proteinaza xúc tác phân hủy thành các polypeptit, pepton, axit amin và cuối cùng là

-_ NHỊ Đối với chất béo sẽ có lipaza phân hủy thành các axit béo, glyxerin Các sản phẩm là

đường, rượu và một số chất hữu cơ bị oxi hóa trong tế bào nhờ hệ enzim oxi hóa — khử

dehidrogenaza Các enzim này tách HỈ ra khỏi phân tử enzim kết hợp với oxi tạo thành

nước Nhờ có hidro và oxi ở trong nước các phản ứng oxi hóa - khử giữa các nguyên tử

— Đường, rượu và một số chất hữu cơ khác là các sản phẩm đặc trưng của quá trình oxi:

hóa nhờ vi sinh vật hiếu khí Các chất này khi phân hủy sẽ tạo thành CO; và HO Trung

trình hô hấp trong tế bào vi sinh vật hiếu

“khí là chu trình Krebs (chu trình

tricacboxylic axit)

hóa hoàn toàn thành sản phẩm cuối cùng 4

là CO; và H;O, một số sản phẩm trung ˆˆ Ỉ

vào quá trình đồng hóa hay là quá trình

trưởng Đồng thời với quá trình đồng

hóa; trong tế bào còn xảy ra quá trình đị

hóa (tự oxi hóa) các chất liệu tế bào khi - prin 2.7, sơ đô chuyển hóa các chất bắn hữu cơ

đã già tạo ra vật liệu và năng lượng phục khi oxi hóa sinh hóa-nước thải

1 Chất bấn khi xử lí; 2 Chất bẩn bị giữ lại trên bé- mat té bào; 3 Các chất bẩn còn lại trong-nước thải sau khi xử lí;

Quá trình dị hóa và đồng hóa ở tế 4 Các chất bẩn bị oxi hóa trực tiếp thành CO¿, H;O và

TỐ Nà : “ ae „ sinh năng lượng; 5 Các chất bị đồng hóa được tổng hợp để

ào vt sinh vật trong nước thải tóm tất Ở tăng sinh khối; 6 Tự oxi hóa của ví sinh vật thành CO2 và

các hình 2.7 và 2.8 HạO do men hô hấp nội bào; 7 Phần dư của vì sinh: vật

vụ cho quá trình đồng hóa

72