Giáo trình -Vi hóa sinh kỹ thuật môi trường -Chương 2 ppt

Giáo trình -Vi hóa sinh kỹ thuật môi
trường -Chương 2
TLGD VI HÓA SINH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG


CHƯƠNG 2 VI SINH VẬT TRONG NƯỚC THẢI

1. LÝ THUYẾT XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC
Với việc phân tích và kiểm soát môi trường thích hợp, hầu hết các loại nước thải
đều có thể được xử lý bằng phương pháp sinh học. Mục đích của xử lý nước thải bằng
phương pháp sinh học là keo tụ và tách các loại keo không lắng và ổn định (phân hủy)
các chất hữu cơ nhờ hoạt động của vi sinh vật hiếu khí ho
ặc kỵ khí. Sản phẩm cuối cùng
của quá trình phân hủy sinh học thường là các chất khí (CO
2
, N
2
, CH
4
, H
2
S), các chất vô
cơ ( NH
4
+

, PO
4
3-
) và tế bào mới. Các quá trình sinh học chính sử dụng trong xử lý nước
thải gồm 5 nhóm chính: quá trình hiếu khí, quá trình thiếu khí, quá trình kỵ khí, thiếu
khí và kỵ khí kết hợp và quá trình hồ sinh vật. Mỗi quá trình riêng biệt còn có thể phân
chia thành chi tiết hơn, phụ thuộc vào việc xử lý được thực hiện trong hệ thống tăng
trưởng lơ lửng (suspended - growth system), hệ thống tăng trưởng dính bám (attached –
growth system), hoặc hệ thống kết hợp. Phương pháp sinh học có ư
u điểm là rẻ tiền và
có khả năng tận dụng các sản phẩm phụ làm phân bón (bùn hoạt tính) hoặc tái sinh năng
lượng (khí methane).
Vi sinh vật học cơ sở là phương tiện cho kĩ sư môi trường, để họ thiết kế, xây
dựng và quản lí nước thải bằng phương pháp sinh học. Điều quan trọng đối với kĩ sư
môi trường là phải hiểu rằng tất cả
các hệ sinh vật đều dựa trên nguyên tắc chung.
Nhưng sự khác nhau giữa chúng là môi trường và thành phần môi trường.
Những vi sinh vật có thể liên tục chuyển hóa các chất hữu cơ trong nước thải
bằng cách duy nhất là tổng hợp thành tế bào (nguyên sinh chất) mới. Chúng có thể hấp
thụ một lượng lớn các chất hữu cơ qua bề mặt tế bào của chúng. Nhưng sau khi hấp thụ,
nếu các chất hữu cơ
không được đồng hóa thành tế bào chất thì tốc độ hấp thụ sẽ giảm
tới 0. Một lượng nhất định các chất hữu cơ hấp thụ được giành cho việc kiến tạo tế bào.
Một lượng khác các chất hữu cơ lại được oxy hóa để sinh năng lượng cần thiết cho việc
tổng hợp. Mối quan hệ giữa việc chuyển hóa chất hữu cơ và tổ
ng hợp tế bào cùng với
việc tiêu thụ oxy (tạo năng lượng) theo Mackiney Ross E được biểu thị như sau:
F = K
1
S+K

2
O
s
(2-1)
Với
F: lượng chất hữu cơ được chuyển hóa, mg/l theo BOD toàn phần
S: lượng sinh khối tổng hợp được, mg/l chất hữu cơ volantin (chất khô không tro)
O
s
: tiêu thụ oxy cho tổng hợp, mg/l oxy hòa tan tự do
K
1
: 1,43
K
2
: 1,0
Hai hằng số được dùng để chuyển đơn vị đo lường thành mg/l oxy. Phương trình
(2-1) có thể áp dụng cho hệ hiếu khí, còn hệ yếm khí thì khác. Ở hệ yếm khí thì không
Biên soạn: Ths Nguyễn Trần Thiện Khánh 6

TLGD VI HÓA SINH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG


có oxy tự do, chỉ có oxy hóa gián tiếp. Đó cũng là oxy hóa nhưng đó là oxy hóa yếm
khí, bằng cách sử dụng chất hữu cơ có liên quan với lượng oxy hóa.
1.1. Xử lý hiếu khí
Những hệ hiếu khí để xử lý nước thải bao gồm: bùn hoạt tính (aeroten), lọc sinh
vật, hồ sinh vật hay hồ oxy hóa, cánh đồng tưới.
Phương trình cơ bản được biểu thị trực tiếp theo oxy hòa tan, chừng nào hệ được
duy trì trong điều ki

ện hiếu khí. Vì yêu cầu một năng lượng nhất định để tạo ra một
lượng sinh khối nhất định, nên ta có thể biểu thị mối quan hệ giữa tổng hợp và năng
lượng bằng phương trình:
O
s
= 0,7S (2-2)
Thay giá trị này vào phương trình (2-1) ta được phương trình biểu thị mối quan
hệ giữa lượng chất hữu cơ đã bị khử và lượng chất được tổng hợp:
F = 2,13S (2-3)
Vấn đề còn lại là xác định chính xác lượng sinh khối được tổng hợp. Đây không
phải là do trực tiếp lượng tăng sinh khối mà tổng lượng tăng sinh khối hoạt tính cộng
với lượng sinh khối ho
ạt tính bị giảm do trao đổi nội bào.
S = ∆M
a
+ K
3
M
a
t (2-4)
Với
Ma: sinh khối hoạt tính của vi sinh vật, mg/l chất khô volatin (chất khô không tro)
t: thời, h
K3: 0,006
Thay vào (2-3) ta có:
F = 2,13 ∆M
a
+ 0,012M
a
t (2-5)

Đây là phương trình cơ bản được dùng để thiết kế các hệ xử lý nước thải trong
điều kiện hiếu khí. Cần nhớ rằng đây không phải là phương trình duy nhất được sử dụng
trực tiếp, mà còn phải kết hợp với các phương trình khác để giải bài toán. Quan trọng
hơn về phương diện thiết kế là tốc độ phản ứng.
Có hai mô hình về tốc
độ trong hệ sinh học: Tốc độ tăng và tốc độ giảm. Tốc độ
tăng (của phản ứng) diễn ra trong suốt khoảng thời gian của pha sinh trưởng lorarit.
Trong khi đó, tốc độ giảm của phản ứng diễn ra ở cả pha sinh trưởng chậm dần lẫn pha
oxy hóa nội bào.

• Quá trình phân hủy háo khí chất thải hữu cơ:
Biên soạn: Ths Nguyễn Trần Thiện Khánh 7

TLGD VI HÓA SINH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG


COHNS + O
2
+ VSV hiếu khí → CO
2
+ NH
3
+ sản phẩm khác + năng lượng
Pha sinh trưởng logarit. Nhiều kĩ sư vệ sinh đã cố sử dụng pha sinh trưởng
Log để ổn định - xử lý nước thải nhưng vô ích. Trong suốt pha sinh trưởng Log, tốc độ
tổng hợp và do đó tốc độ oxy hóa là lớn nhất. Điều đó có nghĩa đơn giản là: đa số các
loại nước thải có thể xử lý trong thời gian ngắn. Như
ng tiếc rằng, những vi sinh vật có
hai đặc điểm sinh hóa ngăn cản việc sử dụng pha Log trong việc xử lý nước thải. Để
duy trì pha sinh trưởng Log, phải đảm bảo tỷ lệ giữa thức ăn và vi sinh vật (F:M) luôn

luôn lớn hơn 2. Với nước thải sinh hoạt, lượng thực phẩm không cao, do vậy chỉ có lúc
bắt đầu xử lý trong hệ sinh học thì F:M mới cao. Ở mức tỷ lệ th
ức ăn cao như vậy, vi
sinh vật không thể tạo bông, mà sẽ tản mạn trong nước thải. Nước ra khỏi pha sinh
trưởng Log vẫn còn chứa nhiều chất hữu cơ chưa được chuyển hóa và nhiều vi khuẩn
tản mạn. Chỉ có một số trạm xử lý nước thải công nghiệp có thể sử dụng pha sinh
trưởng Log mà thôi.
Pha sinh trưởng chậm dần. Pha sinh trưởng chậm dần bắt đầ
u khi pha sinh
trưởng log kết thúc, khi nồng độ chất hữu cơ trở thành yếu tố giới hạn trong việc sinh
trưởng của những tế bào mới. Tốc độ trao đổi chất trong pha sinh trưởng chậm dần
không thể xác định được, bởi vì không thể ổn định và liên tục biến đổi khi nồng độ chất
hữu cơ giảm. Pha sinh trưởng chậm dần sẽ ngừng lại khi tỷ l
ệ F:M giảm xuống tới 0. Đa
số các hệ xử lý sinh học được vận hành giữa pha sinh trưởng chậm dần và pha hô hấp
nội bào, sao cho tỷ lệ F:M ở thời điểm kết thúc vừa đủ để xác định nồng độ chất hữu cơ
còn lại đảm bảo cho sinh khối ở trạng thái hoạt tính. Cần nhấn mạnh rằng tất cả các chất
hữu cơ
chủ yếu đã được ổn định, nghĩa là đã bị khử từ dạng tan và biến thành tế bào
chất ở thời điểm kết thúc pha sinh trưởng chậm.
Pha hô hấp nội bào. Sự sinh trưởng không dừng lại ở pha hô hấp nội bào,
nhưng tốc độ phân hủy tế bào tăng lên và làm cho sinh khối hoạt tính giảm đi. Một
lượng rất nhỏ được tổng hợ
p ở pha nội bào nhờ kết quả chuyển hóa chất hữu cơ, nhưng
với tốc độ rất chậm. Tốc độ phản ứng trong pha hô hấp nội bào đã được xác định một
cách chính xác. Những số liệu thu được chứng tỏ rằng sinh khối hoạt tính bị phân hủy ở
tốc độ 0,6%/giờ. Sinh khối hoạt tính (M
a
) bị phân hủy thành hai hợp phần: một phần bị
oxy hóa, một phần là chất trơ. Phần bị oxy hóa với tốc độ 0,5% trong 1 giờ. Trong khi

đó phần trơ bị phân hủy với tốc độ 0.1% /giờ. Chuyển đổi thành phần sinh khối bị oxy
hóa thành lượng oxy tiêu thụ ta sẽ được tốc độ tiêu thụ oxy là 0.7% trong 1giờ.
O
e
= 0,007 M
a
t (2-6)
Xác định oxy tiêu thụ ở pha hô hấp nội bào là phương pháp duy nhất cho phép
xác định sinh khối hoạt tính trong bùn sinh học.
Chẳng hạn có thể xác định sinh khối hoạt tính M
a
sinh khối không hoạt tính Mi
của một sinh khối bất kỳ:
Sinh khối tổng cộng = Ma + Mi (2-7)
Bình thường việc xác định chất khô không tro (VS) của sinh khối vi sinh vật lơ
lửng được tiến hành bằng cách xác định tổng lượng chất hữu cơ trong sinh khối. Từ
lượng oxy tiêu thụ trong pha nội bào có thể tính được Ma rồi sau đó tính Mi.


Biên soạn: Ths Nguyễn Trần Thiện Khánh 8

TLGD VI HÓA SINH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG





Hình 2. 1 Các đường cong tiêu thụ oxy xác định bằng phương pháp Warburg
1.2. Xử lý kỵ khí
Quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ là quá trình sinh hóa phức tạp tạo ra

hàng trăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian. Tuy nhiên, phương trình phản
ứng sinh hóa trong điều kiện kỵ khí có thể biểu diễn đơn giản như sau:

Vi sinh vật
Chất hữu cơ CH
4
+ CO
2
+ H
2
+ NH
3
+ H
2
S + Tế bào mới
Một cách tổng quát, quá trình phân hủy kỵ khí xảy ra theo 4 giai đoạn (Hình 2.1):
• Giai đoạn 1: Thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử
• Giai đoạn 2: Acid hóa
• Giai đoạn 3: Acetate hóa
• Giai đoạn 4: Methane hóa
Các chất thải hữu cơ chứa các chất hữu cơ cao phân tử như proteins, chất béo,
carbohydrates, celluloses, lignin,… Trong giai đoạn thủy phân, sẽ được cắt mạch tạo
thành những phân tử đơn giản hơn, dễ phân hủy hơn. Các phản ứng thủy phân sẽ
chuyển hóa protein thành amino acids, carbohydrate thành đường đơn, và chất béo
thành acid béo. Trong giai đoạn acid hóa, các chất hữu cơ đơn giản lại được tiếp tục
chuyển hóa thành acetic acid, H
2
và CO. Các acid béo dễ bay hơi chủ yếu là acetic acid,
propionic và lactic acid. Bên cạnh đó, CO
2

và H
2
, methanol, các rượu đơn giản khác
cũng được hình thành trong quá trình cắt mạch cacbohydrat. Vi sinh vật chuyển hóa
methane chỉ có thể phân hủy một số loại cơ chất nhất định như CO
2
+ H
2
, formate,
acetate, methanol, methylamines và CO. Các phương trình phản ứng xảy ra như sau:
4H
2
+ CO
2
CH
4
+ 2H
2
O
4HCOOH CH
4
+ 3CO
2
+ 2H
2
O
CH
3
COOH CH
4

+ CO
2
Biên soạn: Ths Nguyễn Trần Thiện Khánh 9

TLGD VI HÓA SINH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG


4CH
3
OH 3CH
4
+ CO
2
+ 2H
2
O
4(CH
3
)
3
N + H
2
O 9CH
4
+ 3CO
2
+ 6H
2
O + 4NH
3

24%






CHC cao phân tử Acid hữu cơ
Acetic acid
CH
4
H
2
76%
20%
52%
4%
72%
28%
Quá trình
nethane hoá
Quá trình acctate
hoá và khử hydro

Quá trình thủy phân
Hình 2. 2 Quá trình phân hủy kỵ khí
Tùy theo trạng thái của bùn, có thể chia quá trình xử lý kỵ khí thành:
- Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng như quá trình tiếp
xúc kỵ khí (Anaerobic Contact Process), quá trình xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với

dòng nước đi từ dưới lên (Upflow Anearobic Sludge Blanket – UASB):
- Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng bám dính như quá trình
lọc kỵ khí (Anaerobic Filter Process).
Các phương trình cơ bản của trao đổi yếm khí và trao đổ
i hiếu khí khác nhau rất
ít. Trong cả hai hệ, lượng chất hữu cơ cần thiết để hình thành tế bào chất đều như nhau.
Các mô hình trao đổi chất có nhiều cấu trúc cơ bản giống nhau, năng lượng đòi hỏi để
tạo ra một đơn vị tế bào chất cũng phải như nhau ở cả hai hệ. Chỉ có sự khác nhau giữa
hai hệ là cơ chế tạo năng lượng và n
ăng lượng sản ra trên một đơn vị chất hữu cơ đã
chuyển hóa.
Có thể thấy rằng, sự trao đổi yếm khí không hiệu quả trong việc sản sinh tế bào
chất, nhưng việc sản sinh tế bào chất không phải là mục đích của hệ xử lý nước thải
bằng phương pháp sinh hóa. Hệ xử lý nước thải bằng phuơng pháp sinh hóa yếm khí
điển hình là tổng cộ
ng của việc tạo axit và tạo mêtan. Khi mêtan có mức tan 0,17mg /l
thì việc trao đổi yếm khí coi như được hoàn thành, dòng nước ra sẽ chứa ít chất hữu cơ
và tạo ra lượng bùn ít nhất. Đó chính là ưu việt của biện pháp xử lý yếm khí nước thải.
2. ĐỘNG HỌC CÁC QUẦN THỂ SINH VẬT TRONG CÁC CÔNG TRÌNH XỬ
LÝ NƯỚC THẢI
Trong thiên nhiên cũng như trong các công trình làm sạch nước thải thường tồn
tại hỗn hợp các loài vi sinh vật. Loài này có th
ể cạnh tranh với loài khác vì thức ăn. Có
hai kiểu cạnh tranh là: các loài cùng tranh nhau một loại thức ăn và loài này dùng loài
khác làm thức ăn. Cạnh tranh vì thức ăn là yếu tố quan trọng trong động học quần thể.

Biên soạn: Ths Nguyễn Trần Thiện Khánh 10

TLGD VI HÓA SINH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

2.1. Cùng tranh nhau một loại thức ăn
Trong cùng điều kiện môi trường như nhau, nếu loại vi sinh vật nào theo đặc
tính trao đổi chất của mình, có khả năng đồng hóa được nhiều thức ăn nhất, thì loài đó
chiếm vai trò chủ đạo trong môi trường.
Nếu hai loài vi khuẩn cùng trong một môi trường dinh dưỡng và cùng có thể sử
dụng được dung dịch dinh dưỡng thì chúng cùng sinh trưởng. Nếu một trong hai loài vi
khuẩn không thể sử dụng hoàn toàn ch
ất dinh dưỡng thì loài đó không thể tồn tại lâu
được vì thiếu khả năng tạo năng lượng.
Khi hai loài vi khuẩn đều có thể đồng hóa một loại thức ăn với tốc độ như nhau.
Nhưng nếu trong hai loài vi khuẩn đó, loài này lớn hơn loài kia, thì số lượng mỗi loài sẽ
tùy thuộc khối lượng tế bào chất. Chẳng hạn, loài vi khuẩn A có khối lượng gấp hai lần
loài vi khuẩn B, thì số
lượng vi khuẩn B sẽ tạo ra gấp đôi số lượng vi khuẩn A, nhưng
tổng khối lượng của mỗi loài đều bằng nhau. Thông thường, loài vi khuẩn lớn không thể
đồng hóa chất hữu cơ với tốc độ như loài vi khuẩn nhỏ hơn. Nguyên nhân là do tổng
diện tích bề mặt tiếp xúc của loài vi khuẩn lớn sẽ nhỏ hơn.
Đa số vi khuẩn có kích thước như nhau và cùng sống lâu trong môi tr
ường
không quen thuộc. Pseudomonas hầu như có thể đồng hóa được mọi chất hữu cơ và
sống lâu ở mọi môi trường. Vì vậy loài này là loài đầu tiên có trách nhiệm phân hủy
chất hữu cơ trong công trình vệ sinh. Loài Alcaligenes và Flavobacterium cũng quan
trọng gần như Pseudomonas vì chúng có thể đồng hóa trước tiên là protein. Ở nơi nào
có protein thì ở đó có Alcaligenes và Flavobacterium.
Đối với nấm, tảo, động vật nguyên sinh Protozoa cũng di
ễn ra sự cạnh tranh
tương tự vì thức ăn. Chúng đều có kiểu trao đổi chất với chất dinh dưỡng tan, nhưng
kích thước của chúng khác nhau nên tốc độ trao đổi chất khác nhau. Vi khuẩn nhỏ nhất
nên có tốc độ trao đổi chất lớn nhất. Sau đó là nấm đến Protozoa. Ở dung dịch chất hữu

cơ đậm đặc, với điều kiện hiếu khí, tất cả vi sinh vậ
t đều phát triển nhưng vi khuẩn đóng
vai trò chủ đạo. Ở dung dịch yếu của chất hữu cơ thì Protozoa không thể làm gì được để
sống.
2.2. Loài này ăn loài khác
Một trong những kiểu cạnh tranh quan trọng là cạnh tranh giữa thực vật và động
vật. Thực vật sử dụng thức ăn dạng tan, trong khi đó động vật lại dùng thức ăn dạng rắn
không tan. Thực v
ật là thức ăn cho động vật. Với nghĩa thực thì động vật và thực vật
không cạnh tranh nhau vì thức ăn, mà chúng chỉ có liên quan tới sự cạnh tranh mà thôi.
2.3. Mối quan hệ mật độ cá thể giữa các quần thể vi sinh vật
Điều kiện môi trường và các yếu tố ngoại cảnh: như đã nói ở trên, ảnh hưởng rất
nhiều đối với quần thể vi sinh vật.



Biên soạn: Ths Nguyễn Trần Thiện Khánh 11

TLGD VI HÓA SINH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG


Vi khuẩn chủ đạo thứ cấp
Trong hỗn hợp các quần thể vi khuẩn, loại nào sử dụng được cơ chất thì sẽ sinh
trưởng nhanh. Khi cơ chất đã bị khử thì vi sinh vật cũng chết và tạo chất nhầy, giải
phóng nhiều hợp chất của tế bào ra môi trường – dung dịch. Các hợp phần của tế bào
chủ yếu là protein. Kết quả là Flavobacterium và Alcaligenes có khả n
ăng sinh trưởng
và phát triển. Khi đó ta gọi những loài này là chủ đạo thứ cấp hai bậc hai. Khái niệm
này rất quan trọng khi xử lý nước thải công nghiệp, đòi hỏi phải có những vi sinh vật
chủ đạo bậc một với chuyên môn cao! Thời gian tiếp xúc quá lâu có thể làm giảm hiệu

suất do quần thề vi sinh vật bậc một quá ít.

Hình 2. 3
Đồ thị về các loài vi khuẩn chủ đạo sơ cấp và thứ cấp
Biên soạn: Ths Nguyễn Trần Thiện Khánh 12

TLGD VI HÓA SINH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG


Động học quần thể Protozoa

Hình 2. 4
Sự sinh trưởng tương đối của các loài vi sinh vật khi xử lý nước thải chứa
chất hữu cơ
Ghi chú: số lượng các loài vi sinh vật không trong cùng tỷ lệ.
Tính chủ đạo của Protozoa đi kèm rất mật thiết với tính chủ đạo của vi khuẩn.
Vì rất dễ nhìn dưới kính hiển vi cho nên Protozoa là những loài chỉ thị quí giá đối với
chu trình sinh học và trong việc xử lý nước thải.
Mastigophora,
Flagellates không bao giờ phát hiện được nhiều ở nước thải, trừ
nước rất bẩn và mới nhiễm bẩn. Loài Phytoflagellates phải cạnh tranh với vi khuẩn để
giành lấy cơ chất tan, và chúng thường bị thất bại. Loài Zooflagellates thường có ưu thế
hơn Phytoflallates lại kém hơn so với loài Ciliates bơi tự do trong việc bắt vi khuẩn.
Chừng nào vi khuẩn còn nhiều thì Ciliates bơi tự
do cũng sẽ nhiều. Khi quần thể vi
khuẩn giảm, thì Ciliates bơi tự do lại phải nhường chỗ cho loài Ciliates có tiêm mao.
Ciliates có tiêm mao đớp những hạt lơ lững và nuốt qua ống rất nhanh. Chúng yêu cầu
năng lượng rất ít nên có thể sống lâu hơn ở nơi ít quần thể vi khuẩn. Khi môi trường đã
được ổn định thì ciliates có tiêm mao cũng không sống nổi vì không đủ năng lượng nữa
và phả

i nhường chỗ cho Rotifers và những động vật bậc cao hơn. Những loài này có thể
sử dụng các chất là những xác chết của vi khuẩn hoặc các hạt lơ lửng hữu cơ khác.
Mối quan hệ giữa vi khuẩn và tảo
Mối quan hệ giữa tảo và vi khuẩn rất khắng khít và là quan hệ hỗ sinh. Hai loài
này không thể cạnh tranh với nhau vì thức ăn, nhưng hoạt động của chúng tùy thuộc lẫn
nhau. Vi khuẩn đồng hóa chất hữu cơ trong điều kiện hiếu khí để thành CO
2
và nước.
Tảo sử dụng CO
2
và giải phóng oxy.
Kiểm tra phân tích các hiện tượng sinh hóa cho thấy: vi khuẩn đồng hóa các chất
hữu cơ phức tạp với sự có mặt của oxy để thành tế bào mới CO
2
, amon, và các chất vô
cơ để chuyển thành tế bào mới và giải phóng oxy.
Biên soạn: Ths Nguyễn Trần Thiện Khánh 13

TLGD VI HÓA SINH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG




Hình 2. 5
Mối quan hệ hỗ sinh giữa tảo và vi khuẩn
Nuôi cấy đặc biệt
Trong xử lý nước thải công nghiệp, nhiều khi phải nuôi cấy các loài đặc biệt và
thuần khiết. Tuy nhiên rất khó hiện thực hóa ý niệm này. Hỗn hợp các loài vi sinh vật
luôn đạt kết quả khả quan hơn là một loài thuần khiết.
Do vậy người ta thường chỉ bổ sung các loài thuần khiết đặc biệt vào hỗn hợp

các quần th
ể vi sinh vật để thay đổi loài chủ đạo mà thôi. Đương nhiên tính chủ đạo của
vi sinh vật này tùy thuộc môi trường và người ta phải cho thêm một khối lượng lớn vi
sinh vật thuần khiết trong một khoảng thời gian ngắn.
3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CÁC QUÁ TRÌNH TỰ NHIÊN
3.1. Cánh đồng tưới, cánh đồng lọc
Sau khi lắng ở bể đợt một, nước thải được xả ra cánh đồng. Ở đó diễn ra quá
trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ trong điều kiện hiếu khí. Ở nơi nào tạo thành
điều kiện yếm khí thì ở đó quá trình oxy hóa bị cản trở.
Ở đây quá trình oxy hóa sinh hóa chất hữu cơ trong nước thải diễn ra được là
nhờ các loại vi sinh vật, sinh vật. Những quần thể sinh vật đất cũng gồm: vi khuẩn, nấm,
tảo, các loài động vật hạ đẳng và động vật không xương. Nh
ững cơ thể sống này trong
quá trình hoạt động sẽ thực hiện quá trình tự làm sạch đất sau khi tưới nước thải. Tỷ lệ
và số lượng giữa các loài khác nhau nhưng nói chung, kích thước càng nhỏ thì số lượng
sinh vật sống trong cùng một dung tích đất sẽ càng nhiều. Trong đất nhiều nhất là vi
khuẩn, rồi thứ tự là nấm, tảo và động vật hạ đẳng. Sở dĩ như vậy là vì mỗ
i loài sinh vật
đất đều có nhiều nhu cầu khác nhau. Khả năng thỏa mãn tất cả những nhu cầu đó sẽ
càng cao nếu hạng mục nhu cầu của sinh vật càng ít. Mặt khác, thời gian trưởng thành ở
sinh vật lớn hơn sẽ lâu hơn so với sinh vật nhỏ. Như thế khả năng di truyền cho thế hệ
sau của sinh vật lớn cũng sẽ ít hơn.
Biên soạn: Ths Nguyễn Trần Thiện Khánh 14

TLGD VI HÓA SINH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG


Vi khuẩn trong đất có tưới nước thải. Trong đất có tưới nước thải chứa hai
nhóm vi khuẩn là: vi khuẩn riêng của đất và vi khuẩn từ nước thải đưa vào. Lượng nước
thải của vi khuẩn đưa vào chỉ bằng 1% lượng vi khuẩn của đất. Như vậy chỉ sau một

mùa thì số vi khuẩn của nước thải sẽ bằng số vi khuẩn của đất. Hai nhóm vi khuẩn này
đồng th
ời có quan hệ đối kháng và cộng sinh. Sau một thời gian một số sẽ chết, chủ yếu
là vi khuẩn ăn chất đạm và vi khuẩn thối rữa, đường ruột. Còn đa số sẽ thích nghi với
điều kiện mới, tồn tại, phát triển và làm thay đổi thành phần cấu trúc của đất. Cấu trúc
của đất, thành phần tính chất nước thải, tiêu chuẩn tưới và điều kiện khí hậ
u… là những
yếu tố quyết định ảnh hưởng tới sự hình thành quần thể sinh vật, tức là ảnh hưởng tới
hiệu quả xử lý nước thải.
Những quá trình oxy hóa sinh hóa diễn ra chủ yếu là ở lớp đất trên cùng với
chiều dầy chừng 40cm. Trong lớp này sẽ tồn tại “ màng sinh vật”- tức là các vi sinh vật
mà chủ yếu là vi khuẩn. Chúng thực hiện quá trình oxy hóa sinh hóa. Khi lọc nước qua
đất, phầ
n lớn vi khuẩn bị giữ lại, còn nước thì thấm qua. Vi khuẩn bị giữ lại là do khe
hở giữa các hạt đất rất nhỏ và cơ bản là do có sự tương tác điện hóa giữa các vi khuẩn
và màng sinh vật. Hạt đất càng nhỏ thì hấp phụ vi khuẩn càng mạnh (xem bảng 2.1).
Khả năng hấp phụ của màng sinh vật rất lớn. Theo Strôganôv (1938- Lapsin,
Strôganôv) thì với diện tích 1m
2
mặt đất với chiều dày 40cm thì tổng diện tích hấp phụ
của những tế bào vi khuẩn là 48.000 m. Tốc độ lọc nước qua màng sinh vật cũng rất
chậm, chỉ khoảng 1cm/giờ .
Bảng 2. 1 Sự hấp thụ vi khuẩn Bact Ptrodigiosum của các loại hạt đất (theo Misustin)

Loại cát Kích thước hạt (mm) Số % tế bào bị hấp phụ
Cát
Bụi cát
Bụi lớn
Bụi nhỏ
Bùn

1,0-0,5
0,25- 005
0,05 – 0,01
0,005 – 0,0015
0,0015
2
6
72
95
100
Màng sinh vật không hình thành ngay khi tưới nước thải, mà phải qua một đến
hai tuần, khi lớp đất trên cùng phát triển đủ các quần thể sinh vật. Lúc đầu vi khuẩn của
nước thải vào đất chủ yếu là vi khuẩn hoại sinh – sử dụng chất hữu cơ. Sau đó trong quá
trình nitrat hóa, phát triển những vi khuẩn tự dinh – sử dụng chất vô cơ, phần lớn là vi
khuẩn nitra hóa. Trong đất bình thường số vi khuẩn nitrat hóa không quá 10.000 tế
bào/1g đấ
t. Nhưng đất ở cánh đồng lọc tới 1 triệu tế bào/ 1g đất.
Nhờ có sự sống – hoạt động của số đông vi khuẩn nitrat hóa như vậy cho nên về
mùa hè trên mỗi hecta cánh đồng lọc có thể thu được 70kg nitrat trong một ngày. Để
oxy hóa muối amon, cần tiêu thụ 260kg oxy/ngđ. Ngoài ra để oxy hóa các chất hữu cơ
chức cacbon, tiêu thụ 160kg oxy/ngđ. Như vậy trên một ha, tổng cộng tiêu thụ
420kg/ngđ. Do đ
ó phải đảm bảo thoáng khí, không được ứ động bùn ở cánh đồng.
Những khu đất tất không bị ứ đọng bùn có thể giữ lại tất cả các loại vi khuẩn gây
bệnh và 99,99% trực khuẩn đường ruột.

Biên soạn: Ths Nguyễn Trần Thiện Khánh 15

TLGD VI HÓA SINH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Nấm. Đa số nấm là loại hiếu khí, vì nấm không có khả năng quang hợp nên
nguồn cacbon chủ yếu lấy từ các chất hữu cơ chứa cacbon (tinh bột, cellulose, acid béo,
rượu cao phân tử, paraphin…), nguồn nitơ là muối amon, nitrat, đôi khi cả pepton, axit
amin.
Tảo. Gồm chủ yếu là tảo xanh lam, tảo lục. Lượng tảo trong đất cũng nhiều, từ
100.000 đến 3 triệu/1cm
3
đất. Khi xử lý nước thải, vai trò của tảo trong đất là: tạo oxy.
Bất kì một nguồn bổ sung oxy nào cũng rất quan trọng vì phải tiêu thụ rất nhiều để oxy
hóa chất hữu cơ. Do vậy sự phát triển của tảo trong đất rất cần thiết, đặt biệt đối với đất
kém thoáng khí.
Các loại động vật: Gồm động vật hạ đẳng và loài không xương.
Loài hạ
đẳng – Protozoa: gồm loại giả túc và có tiêm mao. Chúng là loài hiếu
khí chỉ sống ở lớp đất trên cùng: có tới 500.000 con/1g đất.
Nguồn dinh dưỡng chủ yếu của Protozoa là vi khuẩn. Vai trò của chúng trong
việc xử lý nước thải ở cánh đồng chỉ giới hạn ở chỗ chúng tiêu diệt vi khuẩn, đặc biệt là
tế bào vi khuẩn giả, tạo điều kiện dễ dàng cho các tế bào vi khuẩn khác sinh sản và xuất
hi
ện nhiều thế hệ vi khuẩn trẻ có hoạt tính sinh hóa mạnh hơn. Kết quả là quá trình oxy
hóa sinh hóa được tăng cường.
Động vật không xương gồm giun, bọ. Vai trò của chúng là làm xốp đất lọc ở
trên. Điều này quan trọng khi đất ứ đọng bùn. Ngoài ra trong ruột động vật không
xương, nhiều chất bền vững như xenlulo, chitin, keratin, v.v …hoàn toàn bị phân hủy
thành CO
2
, nước và amoniac. Như vậy nghĩa là các vi khuẩn trong ruột động vật không
xương sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn ở đất làm việc tốt.
Ngoài vi sinh vật, động vật trên đây, cần phải kể tới các loài thực vật. Thực vật

sẽ hấp thụ các nguyên tố dinh dưỡng trong đất, cạnh tranh với vi khuẩn nitrat hóa vì
chúng cùng sử dụng muối amon. Rễ cây sẽ làm cho
đất xốp và thoáng khí.
3.2. Hồ sinh vật hay hồ Oxy hóa
Cấu tạo hồ. Hồ sinh vật là loại công trình được sử dụng phổ biến để xử lý nước
thải của thị trấn, khu dân cư nhỏ. Hồ thường rộng và nông. Nước thải được dẫn vào một
điểm ở giữa hoặc phía đầu hồ và được xả ra ở một hay ở nhiều điểm ở
phía cuối hồ. Hồ
thường sâu từ 0,6 -1,2 m và thậm chí 3- 6 m, tùy thuộc từng loại hồ. Chiều sâu hồ khống
chế ít nhất từ 0,5 - 0,6 m với mục đích ngăn ngừa cỏ mọc. Ngược lại nếu hồ sâu quá 6 m
sẽ làm điều kiện khuấy trộn và ánh sáng kém đi. Nếu hồ nông thì diện tích mặt thoáng
phải rộng. Mức độ khuấy trộn tự nhiên tùy thuộc vào tốc độ gió.
Ở những hồ rộng và
nông thì khuấy trộn tốt hơn là hồ hẹp và sâu.
Ban đầu người ta sử dụng hồ để xử lý nước thải gọi là xử lý bậc hai: nước thải
trước khi xả vào hồ phải qua bể lắng đợt một. Như vậy phải xây dựng một tổ hợp công
trình với bể lắng và một bể xử lý cặn, do đó giá thành xây dựng và quả
n lý sẽ đắt. Sau
này, lại có xu thế tổng hợp tất cả các công trình đó lại: lắng, lên men cặn và oxy hóa
được thực hiện trong cùng một hồ, gọi là hồ yếm khí tùy tiện. Khi đó giá thành xây
dựng và quản lý sẽ giảm đi. Ngày nay, người ta sử dụng hồ sinh vật để xử lý bậc hai
hoặc bậc ba – tức là xử lý triệt để chất thải.
Biên soạn: Ths Nguyễn Trần Thiện Khánh 16

TLGD VI HÓA SINH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG


Bản thân tên gọi là hồ oxy hóa cũng nói lên đó là công trình xừ lý nước thải
trong điều kiện hiếu khí. Tuy nhiên cũng tồn tại vùng yếm khí hoặc vùng tùy tiện, gần
giống như ở bể lọc sinh vật hay ở cánh đồng tưới nước thải.

Sự phân hủy chất hữu cơ thực hiện nhờ sinh vật mà chủ yếu là vi khuẩn, một
phần nhỏ nhờ Protozoa. Vi khuẩn s
ẽ tạo thành CO
2
và nước trong điều kiện yếm khí;
tạo axit hữu cơ trong điều kiện yếm khí. Chỉ khi tạo CO
2
và nước – là sản phẩm trao
đổi cuối cùng thì BOD của nước ra khỏi hồ mới thấp. Muốn vậy phải đảm bảo cho hệ
hoạt động trong điều kiện hiếu khí.
Người ta nói rằng, tảo có thể đảm bảo cho hồ ở điều kiện hiếu khí. Tuy nhiên
không phải như vậy, mà làm thoáng được thỏa mãn bởi tổ hợp cả từ bề mặt lẫn nhờ

phản ứng sinh hóa.
Tảo thu năng lượng ánh sáng mặt trời và các chất vô cơ trong nước để tổng hợp
nguyên sinh chất của mình. Một trong những phản ứng kèm theo trong việc tổng hợp
nguyên sinh chất là giải phóng oxy. Nhiều người cho rằng oxy do tảo giải phóng sẽ
cung cấp đủ cho vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ. Thực tế thì không đủ cho vi khuẩn và
Protozoa được, trừ trường hợp chúng có nguồn dinh dưỡ
ng bổ sung và nhiều hơn nguồn
dinh dưỡng lấy từ nước thải là sản phẩm trao đổi chất của vi sinh vật. Khi xem xét quá
trình trao đổi chất ta thấy vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện hiếu khí, tạo
nguyên sinh chất mới, CO
2
, nước – là những sản phẩm cuối cùng. Tảo tiếp thu CO
2
do
vi khuẩn tạo ra, nước, muối khoáng vô cơ để biến thành nguyên sinh chất của mình. Sự
giải phóng oxy tỷ lệ với lượng CO
2

bị phân hủy. Tất nhiên nguồn oxy không phải là
CO
2
mà là từ nước. Nước còn là nguồn hydro nữa. Điều này có nghĩa là nguồn bổ sung
oxy còn phải lấy từ nguồn khác nữa nếu muốn duy trì hệ ở trạng thái hiếu khí.
Ở những vùng nước cứng, trong nước có bicacbonat và cacbonat để cung cấp bổ
sung cho tảo nguồn cacbon, nhưng không liên quan đến quá trình trao đổi chất ở nước
thải. Tuy nhiên việc tiêu thụ bicacbonat và cacbonat sẽ dẫn đến kết quả là: oxy do tảo
giải phóng ra sẽ nhi
ều hơn lượng oxy vi khuẩn yêu cầu. Thậm chí nước sẽ trở nên bão
hòa oxy.
Khi phân tích cân bằng vật chất của chu trình trao đổi cho thấy: vi khuẩn sẽ sản
sinh ra khối lượng – 180g chất hữu cơ từ 450g BOD toàn phần đã bị khử. Để việc trao
đổi chất của tảo được duy trì ở điều kiện hiếu khí thì tảo phải tạo được 150g chất hữu
cơ. Vì nước thả
i thô chỉ chứa khoảng 300g chất hữu cơ trong 400g BOD toàn phần, nên
hiệu suất sẽ là: 300 chất hữu cơ của nước thải biến hết thành 300g chất hữu cơ dạng
nguyên sinh chất của vi khuẩn và tảo. Thực chất, chất hữu cơ chỉ biến từ dạng này sang
dạng khác mà thôi. Khi có ánh sáng mặt trời thì tảo không yêu cầu oxy lấy năng lượng
cần thiết từ mặt trời. Nh
ưng về đêm, không có áng sáng mặt trời thì tảo sẽ tiêu thụ oxy
cũng giống như vi khuẩn để trao đổi nội bào. Sự tiêu thụ oxy của nguyên sinh chất đã
hình thành sẽ ít hơn oxy tiêu thụ của các tế bào của bản thân nước thải, cho nên tốc độ
tiêu thụ oxy sẽ giảm dần theo sự chuyển hóa này.
Làm thoáng bề mặt cũng là nguồn oxy không được bỏ qua, vì hồ nông và rộng
thì gió sẽ thổi trên mặt h
ồ và khuấy trộn nước hồ. Nếu hồ thiếu hụt oxy của không khí
sẽ hòa trộn với nước và bổ sung cho sự thiếu hụt đó. Về đêm khi tảo yêu cầu oxy như vi
khuẩn thì sự là thoáng bề mặt sẽ cung cấp oxy và giữ cho hệ ở trạng thái hiếu khí.
Biên soạn: Ths Nguyễn Trần Thiện Khánh 17

TLGD VI HÓA SINH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG


Kích thước của hồ oxy hóa phải được thiết kế đủ rộng để hồ vừa đảm bảo lắng
tốt vừa oxy hóa tốt. Những hạt cặn trơ, bền vững không bị phân hủy sinh hóa sẽ cùng
với vi sinh vật lắng xuống và trôi theo nước. Lượng vi khuẩn sẽ nhiều nhất ở những nơi
có chất hữu cơ, nhưng sẽ giảm dần về phía cuố
i hồ, nơi xả nước đi. Nhiều vi sinh vật do
trao đổi nội bào, chết và lắng xuống trước khi nước qua ống xả. Như vậy chất hữu cơ bị
oxy hóa sẽ được tách ra khỏi nước trước khi xả nước ra nguồn – sông. Rõ ràng dung
tích hồ phải đủ để chứa cặn lắng và vi sinh vật.

Hình 2. 6 Sơ đồ hoạt động của hồ sinh vật
Vi sinh vật trong hồ. Cũng như ở các công trình xử lý khác cùng chức năng:
chủ yếu là vi khuẩn và tảo. Ngoài ra còn Protozoa, giả túc Rotifers. Loại vi sinh vật nào
chiếm ưu thế chủ đạo trong hồ là tùy thuộc tải trọng chất bẩn và các yếu tố vật lý khác.
Ở hồ tải trọng thấp (nuớc ít bẩn) thì số chủng loại nhi
ều hơn so với hồ nước bẩn.
Hồ có hỗn hợp nhiều loại nước thải chảy vào thì số loài vi sinh vật cũng nhiều
hơn so với hồ chỉ có một loại nước thải chảy vào.
Những loài vi khuẩn chủ yếu là Pseudomonas, Flavobacterium, Alcalogenes. Vi
khuẩn Coli chết nhanh do sản phẩm kháng sinh của tảo và các vi khuẩn khác tiết ra.
Coli không cạnh tranh nổi thức ăn vớ
i các loài vi khuẩn khác.
Sự phát triển của tảo tùy thuộc vào các loai chất dinh dưỡng và mức dinh dưỡng.
Những loài Phytoflagellates và Euglena, Chlorella sẽ phát triển ở nơi có nồng độ chất
dinh dưỡng cao. Chúng có thể trao đổi bằng quang hợp hoặc hóa hợp và do đó góp phần
vào việc phân hủy chất hữu cơ. Kích thước của chúng ngăn cản chúng cạnh tranh thức
ăn với vi khuẩn. Những loài Phytoflagellates nhỏ sẽ

đòi hỏi năng lượng nhiều và chiếm
ưu thế chủ đạo hơn so với các loài tảo khác, khi mức dinh dưỡng cao. Tảo xanh thường
sống ở nơi mức dinh dưỡng giảm và năng lượng không đủ cho khối lượng lớn của
Phytoflagellates hoạt tính. Một trong những loài điển hình là: Spirogyra, Vaucheria và
Ulothrix. Số loại chất dinh dưỡng sẽ xác định chính xác dạng nào là chủ đạo.
Biên soạn: Ths Nguyễn Trần Thiện Khánh 18

TLGD VI HÓA SINH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG


Khi có chất dinh dưỡng thì Protozoa cũng có mặt. Nếu nước chảy vào với nồng
độ chất hữu cơ cao thì kích thích các loài Flagelates (chẳng hạn Chinamonas) phát triển
nhưng đồng thời cũng mở đường cho Ciliates giả túc bơi tự do như Colpidium,
Paramecium, Glaucoma, Euplotes phát triển. Khi lượng vi khuẩn giảm thì Ciliates giả
túc như Vorticella và Episriles sinh trưởng phát triển. Khi nước ít bẩn, tải trọng ch
ất
hữu cơ thấp và lượng oxy nhiều thì các loài động vật bậc cao như Daphnia, Rotaria
xuất hiện. Những loài động vật động cao có thể sử dụng tảo, vi khuẩn cho nên nước ra
khỏi hồ chứa ít vi khuẩn và tảo. Như vậy động vật cũng đóng vai trò làm trong nước.
4. ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH TĂNG TRƯỞNG CỦA VI SINH VẬT
Để đảm bảo vi sinh vật có thể tồn tạ
i trong môi trường thì chúng ta phải được
phép tái sản xuất với một lượng đủ. Giai đoạn này phụ thuộc vào tốc độ tăng trưởng, nó
liên quan trực tiếp đến tốc độ chuyển hóa hoặc sử dụng chất thải. Nếu trong một môi
trường thích hợp cho sự tăng trưởng và phát triển của vi sinh vật khả năng chuyển hóa
chất hữu cơ phụ thuộc vào tốc độ t
ăng trưởng của vi sinh vật.
4.1. Tăng trưởng tế bào
Trong cả hệ thống xử lý liên tục lẫn từng mẻ tốc độ tăng trưởng của vi khuẩn có
thể được xác định bằng phương trình sau:

r
g
= µX (1-1)
Với r
g
: tốc độ tăng trưởng của vi khuẩn (sinh khối/ đơn vị thể tích x thời gian)
µ: tốc độ tăng trưởng riêng, (thời gian
-1
)
X: nồng độ của vi khuẩn, (sinh khối/ đơn vị thể tích)
Do dX/dt = r
B
đối với hệ thống xử lý từng mẻ, do đó:
dX/dt= µX (1-2)
4.2. Ảnh hưởng của nồng độ chất nền
Trong nuôi cấy mẻ, nếu những thành phần cần thiết cho sự tăng trưởng như chất dinh
dưỡng, một số nguyên tố vi lượng,… chỉ hiện diện với một hàm lượng giới hạn, nó sẽ
gây ảnh hưởng hạn chế đến tốc
độ tăng trưởng ,những chất đó được gọi là chất giới hạn
quá trình sinh trưởng.(Hình 2.7 )
Qua thí nghiệm , người ta thấy rằng ảnh hưởng của các chất giới hạn sinh trưởng
costheer được biểu hiện qua nuối cấy liên tục, tăng trưởng bị giới hạn. Theo thí nghiệm,
người ta thấy rằng ảnh hưởng của việc giới hạn cơ chất hay chất dinh dưỡng có thể
được
biểu hiện qua phương trình Monod như sau:
µ= µ
m
.S/(K
s
+ S) (1-3)

Với
µ: tốc độ tăng trưởng riêng, (thời gian
-1
)
µ
m
: tốc độ tăng trưởng tối đa,(thời gian
-1
)
Biên soạn: Ths Nguyễn Trần Thiện Khánh 19

TLGD VI HÓA SINH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG


S: nồng độ của cơ chất giới hạn tăng trưởng, (khối lượng cơ chất/ đơn vị thể
tích)
Ks: hằng số tốc độ bán phản ứng, là nồng độ cơ chất mà tốc độ tăng trưởng riêng
bằng nửa tốc độ tăng trưởng tối đa (µ= 1/2µ
m
), ( khối lượng cơ chất/ đơn vị thể tích).
Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất trên tốc độ tăng trưởng riêng được trình bày
trong (Hình 2.7). Nếu giá trị của µ từ phương trình (1-3) được thay thế vào phương
trình (1-1) thì tốc độ tăng trưởng được biểu diễn là:
r
g
= µ
m
XS(K
s
+ S) µ (1-4)

s
Hình 2. 7 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của giới hạn dinh dưỡng lên tốc độ tăng
trưởng đặc biệt.

4.3. Tăng trưởng tế bào và sử dụng cơ chất
Trong cả hai hệ thống tăng trưởng liên tục và từng mẻ, một phần cơ chất được
chuyển hóa thành tế bào mới và một phần được oxy hóa thành sản phẩm cuối vô cơ và
hữ
u cơ. Do lượng tế bào mới được sản xuất đại diện cho số cơ chất, mối tương quan
giữa hai giá trị: tốc độ sử dụng cơ chất và tốc độ tăng trưởng được thể hiện như sau:
r
g
= -Yr
su
(1-5)
Với
r
g
: tốc độ tăng trưởng của vi khuẩn, (sinh khối/ đơn vị thể tích x thời gian)
Y: hệ số hiệu quả cực đại, mg/mg (được định nghĩa như là tỉ số giữa sinh khối
của tế bào hình thành và sinh khối cơ chất tiêu thụ, việc đó được thực hiện trong suốt
giai đoạn tăng trưởng logarith)
r
su
: tốc độ sử dụng cơ chất, (sinh khối/ đơn vị thể tích x thời gian)
Biên soạn: Ths Nguyễn Trần Thiện Khánh 20

TLGD VI HÓA SINH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Hiệu quả phụ thuộc vào các yếu tố:
(1) Trạng thái oxy hóa của nguồn carbon và những nguyên tố vi lượng
(2) Độ polimer hóa của cơ chất
(3) Các con đường chuyển hóa
(4) Tốc độ tăng trưởng
(5) Các thông số vật lý trong quá trình nuôi cấy
Nếu giá trị r
g
từ phương trình (1-4) được thay vào phương trình (1-5), tốc độ cơ
chất sử dụng có thể được xác định như sau:
r
su
= - µ
m
XS/Y(K
s
+ S) (1-6)
Ở phương trình (1-6), giá trị µ
m
/Y thường được thay thế bằng giá trị k, được
định nghĩa là tốc độ sử dụng cơ chất tối đa trên một đơn vị sinh khối vi sinh vật.
k= µ
m
/Y (1-7)
Thay thế giá trị k vào phương trình (1-6) ta được:
r
su
= -kXS/(K
s
+ S) (1-8)

4.4. Ảnh hưởng của chuyển hóa nội bào
Trong hệ thống sinh học xử lý nước thải, do tuổi của tế bào làm cho không phải
mọi tế bào đều tăng trưởng ở pha logarith. Hơn nữa khi biểu diễn tốc độ tăng trưởng
chúng ta phải hiệu chỉnh với lượng năng lượng cần thiết để tế bào duy trì sự sống và
những nhân tố khác như sự chế
t hay bị làm mồi cho sinh vật khác,… cũng phải được đề
cập. Thường thì các nhân tố này được gộp lại với nhau và giả thiết rằng độ giảm sinh
khối do những nguyên nhân này tương ứng với nồng độ vi sinh vật hiện diện. Sự giảm
này gọi chung là phân hủy nội bào. Khái niệm phân hủy nội bào có thể được công thức
hóa như sau:
r
d
= -k
d
X (1-9)
Với
r
d
: phân hủy nội bào
k
d
: hệ số phân hủy nội bào (thời gian
-1
)
X: nồng độ tế bào, (sinh khối/ đơn vị thể tích)
Kết hợp phương trình (1-9) với (1-4) và (1-5) ta được tốc độ tăng trưởng thật:
r
g
’= r

g
- r
d
Biên soạn: Ths Nguyễn Trần Thiện Khánh 21

TLGD VI HÓA SINH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG


r
g
’= µ
m
XS/(K
s
+ S)- k
d
X (1-10)
r
g
’= -Yr
su
- k
d
X (1-11)
Với
r
g
’: tốc độ tăng trưởng thật của vi khuẩn, (sinh khối/ đơn vị thể tích x thời gian)
Tốc độ tăng trưởng riêng thật được cho phương trình (1-12)
µ’= µ- k

d
µ’= µ
m
.S/(K
s
+S) - k
d
(1-12)
Với
µ’: tốc độ tăng trưởng riêng thật, (sinh khối/ đơn vị thể tích x thời gian)
Ảnh hưởng của hô hấp nội bào lên hiệu quả tăng trưởng thật của vi khuẩn được tính
toán dựa vào phương trình:
Y
obs
= -r
g
’/r
su
(1-13)

4.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình xử lý
sinh học. Nhiệt độ không những ảnh hưởng lên hoạt động chuyển hóa của quần thể vi
sinh vật mà còn ảnh hưởng liên quan đến những nhân tố như tốc độ trao đổi khí và đặc
tính lắng của chất rắn. Ảnh hưởng c
ủa nhiệt độ lên tốc độ phản ứng của quá trình sinh
học như sau:
r
r
=r

20Ф
(T-20)
(1-14)
Với
r
r
: tốc độ phản ứng ở T
0
C
r
20
: tốc độ phản ứng ở 20
0
C
Ф: hệ số hoạt hóa nhiệt (nhiệt hoạt động)
T: nhiệt độ,
o
C
Bảng 2. 2
Hệ số nhiệt hoạt động đối với các quá trình xử lý sinh học

Giá trị Ф
Quá trình
Khoảng giá trị Giá trị trung bình
Bùn hoạt tính 1,00 - 1,08 1,04
Hồ oxy hóa 1,04 -1,10 1,08
Bể lọc hiếu khí 1,02 - 1,08 1,035

Bảng 2. 3 Hệ số động học đối với quá trình bùn hoạt tính của nước thải sinh hoạt

Biên soạn: Ths Nguyễn Trần Thiện Khánh 22

TLGD VI HÓA SINH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG


Giá trị
Hệ số Đơn vị
Khoảng giá trị Giá trị trung bình
k d
-1
2 -10 5
K
s
mg/LBOD
5
mg/LCOD
25 -100
15 -70
60
40
Y mgVSS/mgBOD
5
0,4 – 0,8 0,6
k
d
d
-1
0,025 – 0,075 0,06

Bảng 2. 4 Hệ số động học đối với quá trình phân hủy kỵ khí các loại cơ chất

Giá trị
Hệ số Đơn vị
Khoảng giá trị
Giá trị trung
bình
Bùn sinh hoạt
Y
K
d
mgVSS/mgBOD
5
d
-1
0,040 – 0,100
0,020 – 0,040
0,060
0,030
Acid béo
Y
K
d
mgVSS/mgBOD
5
d
-1
0,040 – 0,070
0,030 – 0,050
0,050
0,040

Carbonhydrate

Y
K
d
mgVSS/mgBOD
5
d
-1
0,020 – 0,040
0,025 – 0,035
0,024
0,03
Protein
Y
K
d
mgVSS/mgBOD
5
d
-1
0,050 - 0,090
0,010 – 0,020
0,075
0,014

5. QUÁ TRÌNH TỰ LÀM SẠCH CỦA NGUỒN NƯỚC MẶT
Sông hồ là những công trình thiên nhiên hoặc nhân tạo, là những nguồn cung
cấp nước mặt đồng thời là nơi tiếp nhận nước mưa, nước thải sinh hoạt, công
nghiệp,…Tất cả các nguồn nước chảy về sông hồ đều mang theo các chất bẩn hữu cơ,

vô cơ. Ở những điều kiện bình thường thích hợp thì những chấ
t đó kích thích sự phát
triển của sinh vật. Ở những dòng sông, suối, vùng núi cao thì sự sống của sinh vật đơn
điệu, nghèo nàn hơn, và ít chất dinh dưỡng hơn. Nhưng những con sông chảy qua vùng
đồng bằng phì nhiêu màu mỡ, dân cư đông đúc, trù phú thì sự hoạt động sống của sinh
vật rất phong phú vì đầy đủ chất hữu cơ - chất dinh dưỡng. Nếu các chất bẩn (theo
lượng từng chất và số
loại chất) vừa đủ phù hợp với khả năng đồng hóa của sinh vật thì
các quá trình sinh hóa sẽ diễn ra trong điều kiện hiếu khí và có lợi cho con người. Nếu
các chất bẩn quá nhiều, vượt quá khả năng đồng hóa của sinh vật thì các dạng sinh vật
thượng đẳng phải chết và chỉ có vi khuẩn phát triển, tạo điều kiện yếm khí, gây tổn thất
cho con người. Khi đó ta hiểu là ngu
ồn nước sông hồ bị nhiễm bẩn. Ngày nay do sự
phát triển đô thị, công nghiệp và nền kinh tế xã hội nói chung, các dòng sông sẽ bị ô
nhiễm bẩn quá mức và là mối lo ngại lớn cho con người.
5.1. Quá trình tự làm sạch
Quá trình tự làm sạch của nguồn nước có thể chia thành 2 giai đoạn:
• Quá trình xáo trộn – pha loãng giữa các dòng chất bẩn với khối lượng nguồn
nước. Đó là quá trình vật lý thuần túy.
Biên soạn: Ths Nguyễn Trần Thiện Khánh 23

TLGD VI HÓA SINH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG


• Quá trình tự làm sạch với nghĩa riêng của nó. Đó là quá trình khoáng hóa các
chất bẩn hữu cơ - hay rộng hơn, đó là quá trình chuyển hóa - phân hủy các chất
bẩn hữu cơ nhờ các thủy sinh vật, vi sinh vật. Ở mức độ nhất định, dù ít dù nhiều
tất cả những cơ thể sống đó đều tham gia vào quá trình, đồng thời chúng sinh
trưởng - sinh sản (kể cả chết) và phát triển. Sinh khối củ
a chúng tăng lên.

Trong các dòng sông chảy, các dòng chất sẽ pha loãng với nước sông trên một
khoảng nhất định. Trong suốt khoảng chiều dài đó có thể phân biệt các vùng sau đây:
• Vùng xả chất bẩn (A)
• Vùng xáo trộn hoàn toàn (B)
• Vùng bẩn nhất, ở đó oxy hòa tan ít nhất (C)
• Vùng phục hồi - ở đó kết thúc quá trình tự làm sạch (D) (hình 2.8)

Hình 2. 8
Các vùng nhiễm bẩn của dòng chảy

Hình 2. 9 Ảnh hưởng của chất bẩn đối với sự sống – hoạt động của vi sinh vật trong
nước sông
Cường độ quá trình tự làm sạch phụ thuộc nhiều yếu tố: dung tích nước sông,
tốc độ dòng chảy, điều kiện làm thoáng hòa tan oxy theo bề mặt, chiều sâu dòng chảy,
nhiệt độ, thành phần hóa lý của nước, tính chất các chất bẩn,…Trước hết ta hãy xét một
số khái niệ
m cơ bản sau:

Biên soạn: Ths Nguyễn Trần Thiện Khánh 24

TLGD VI HÓA SINH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG


z Tổng sản phẩm sơ cấp trong nước nguồn
Theo phương thức dinh dưỡng, tất cả các cơ thể sống trên trái đất được chia
thành hai loại: sinh vật sản xuất và sinh vật tiêu thụ. Sinh vật sản xuất là những loại tự
dưỡng, tạo chất hữu cơ bằng cách cố định CO. Sinh vật tiêu thụ là những loại dị dưỡng,
chỉ sử dụng chất hữ
u cơ có sẵn. Sinh vật sản xuất bao gồm tất cả các thực vật, vi khuẩn
tự dưỡng (trừ nấm). Sinh vật tiêu thụ gồm tất cả những loài sinh vật còn lại.

Chất hữu cơ tạo trong quá trình quang hóa được gọi là sản phẩm sơ cấp. Khối
lượng chủ yếu của sản phẩm sơ cấp được tổng hợp nhờ thực vật. Vai trò củ
a vi khuẩn
trong quá trình này không lớn lắm.
Việc tổng hợp sản phẩm sơ cấp – là cơ sở của sự sống trên trái đất. Việc tái tạo
các chất hữu cơ có liên quan mật thiết đến quá trình quang hóa, tức là tùy thuộc điều
kiện chiếu sáng. Tuy nhiên lượng sản phẩm sơ cấp không chỉ phụ thuộc cường độ quang
hóa mà còn tùy thuộc lượng thực vật. Dù quang hợp có mạnh nhưng trên sông hồ
ít thực
vật thì lượng sản phẩm sơ cấp cũng ít. Ngược lại, dù quang hợp có hơi yếu nhưng trên
sông hồ nhiều động vật phù du và thực vật thượng đẳng thì lượng sản phẩm sơ cấp cũng
rất lớn. Độ sâu nguồn nước càng tăng thì độ chiếu sáng càng giảm và lượng sản phẩm
sơ cấp sẽ tùy thuộc nhiều vào sự phân bố thực v
ật theo chiều dày lớp nước. Thực vật
nằm ở lớp dưới sâu, ít được chiếu sáng thì sản lượng sơ cấp sẽ giảm.
Giai đoạn quang hợp ngoài ánh sáng thường ngắn hơn giai đoạn trong bóng tối,
cho nên tảo có thể sống – tồn tại ở ngoài vùng chiếu sáng tốt. Khi nổi lên mặt nước
chúng nhận 1 lượng bức xạ mặt trời cần thiết, khi chìm xuống sâu chúng sẽ thự
c hiện
quang hợp tối. Khí hậu trung hòa tảo phân bố trên sông, hồ không đều, ở lớp trên nhiều
tảo hơn lớp dưới. Như vậy phần tảo bị đói ánh sáng bao giờ cũng ít hơn chúng phân bố
đều theo chiều dày lớp nước. Chẳng hạn, khi lặng gió 62% tảo bị thiếu ánh sáng, khi gió
cấp 5 tới 90% bị thiếu ánh sáng.
Thành phần của nước, cụ thể lượng nitơ, phôtpho cũng ảnh h
ưởng đến lượng sản
phẩm sơ cấp. Nhu cầu các nguyên tố dinh dưỡng đối với các loài thực vật không giống
nhau. Thí dụ khuê tảo rất cần silic để tạo panxiria.
Lượng sản phẩm sơ cấp được biểu thị bằng đơn vị khối lượng (hoặc dơn vị năng
lượng tương đương), được tổng hợp trong 1 đơn vị thời gian. Sản phẩ
m có thể tính theo

đơn vị dung tích, điện tích, hoặc toàn bộ nguồn nước.
Khi quang hợp, các quá trình tái tạo sinh khối mới của thực vật phù du, việc tạo
oxy và năng lượng liên quan với nhau. Theo Oswald (1963) mối quan hệ đó có thể biểu
thị như sau:
NH
4
+ 7,6 CO
2
+ 17,7 H
2
O C
7,6
H8,1O2,5N + 15,2 H2O + 3721 KJ
(chất hữu cơ của tảo) (1-15)
Cần chú ý rằng không phải lúc nào sự tăng sinh khối của tảo cũng đồng nhất với
lượng sản phẩm sơ cấp.
Lượng sản phẩm sơ cấp trong các loại nguồn nước thay đổi trong khoảng 10 -
400 gO
2
/m2 năm (Bảng 1-4).
Biên soạn: Ths Nguyễn Trần Thiện Khánh 25

TLGD VI HÓA SINH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG



Bảng 2. 5 Lượng sản phẩm sơ cấp trong các hố (theo Vinberg 1960)

Lượng sản phẩm sơ cấp
gO

2
/m
2
Lượng sản phẩm sơ cấp
gO
2
/m
2
Loại hố
Trung bình
năm
Ngày max
Loại bể
Trung bình
năm
Ngày max
Ligotrophe
Mezotrophe
10 – 20
30 – 200
0.5 – 0
0 – 7
Eutrophe
Eutotrophe cao
70 – 200
400
5 – 7.5
7.5 – 10.0
z Chuyển hóa và phân hủy chất hữu cơ
Sinh khối của các sinh vật tự dưỡng: tảo, thực vật nước bậc cao; vi khuẩn - là

nguồn thức ăn cho các loại dị dưỡng – vi khuẩn, nấm, động vật phù du, Necton. Trong
số này có nhóm sinh vật đặc biệt gọi là sinh vật hoại sinh, khoáng hóa chất hữu cơ chết
chúng cung cấp các nguyên tố khoáng cho loại tự dưỡng.
Để đặc trưng cho trình tự chuyể
n hóa các chất hữu cơ con người dùng khái niệm
“mức dinh dưỡng”,…Việc chuyển hóa chất hữu cơ (và cả năng lượng trong đó) từ mức
dinh dưỡng này sang mức khác, số loài và sinh khối của chúng giảm dần và tạo ra nhiều
lớp sinh khối. Những loài nhỏ nhưng tốc độ sinh sản nhanh với cùng một sinh khối
thường tạo ra nhiều chất hữu cơ hơn các loài to lớn. Tuy nhiên cũng có khi sinh khối
của loài thuộc mức dinh dưỡng sau lớn hơn sinh khối của loài thuộc mức dinh dưỡng
trước. Do vậy phải phân biệt hai khái niệm: sinh khối và sản phẩm. Sinh khối là tổng
khối lượng của tất cả các sinh vật thuộc một mức dinh dưỡng nào đó còn sản phẩm là
sinh khối tạo ra ở một mức dinh dưỡng nào đó trong một khoảng thời gian nhất định
(trong đó kể c
ả khối lượng đã tiêu thụ, chết, hoặc tách khỏi hệ thống).
Khác với sinh khối, năng lượng của một chất hữu cơ nào đó khi chuyển từ mức
dinh dưỡng này sang mức dinh dưỡng khác luôn luôn thay đổi.
Trong bất kì “mức dinh dưỡng nào”, thức ăn do những vi sinh vật sử dụng đều
không hấp thụ được hết và bao giờ cũng còn lại một ít. Ở lượng đã hấ
p thụ được, một
phần tiêu hao cho việc tăng sinh khối, một phần bị oxy hóa để sinh năng lượng. Năng
lượng này lại có thể sử dụng cho mức dinh dưỡng tiếp theo. Phần năng lượng tiêu thụ
trong các quá trình sống, hoạt động của sinh vật, được tản vào không gian và bị loại
khỏi quá trình chuyển hóa chất hữu cơ. Tuy nhiên khi tản năng lượng cũng diễn ra quá
trình chuyển hóa chất hữ
u cơ. Đồng thời với việc giải phóng năng lượng cũng giải
phóng CO
2
và các nguyên tố dinh dưỡng vào nước. CO
2

và các nguyên tố dinh dưỡng
lại tạo ra sản phẩm sơ cấp - tức là lại tích lũy năng lượng.
Công thức xác định tổng năng lượng:
A= S + T + C (Đơn vị năng lượng hoặc lượng oxy) (1-16)
Với:
A: tổng năng lượng chứa trong thức ăn ban đầu
Biên soạn: Ths Nguyễn Trần Thiện Khánh 26

TLGD VI HÓA SINH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG


S: năng lượng tích lũy khi tăng sinh khối
T: năng lượng tiêu hao trong quá trình trao đổi chất
C: năng lượng của phần thức ăn chưa hấp thụ được
Hiệu suất sử dụng thức ăn được đặc trưng bằng các hệ số không thứ nguyên:
K
1
= S/A
K
2
= S/ (A-C) = S/ (S+T)
Với
K
1
: hệ số sử dụng thức ăn tiêu thụ cho sinh trưởng
K
2
: hệ số sử dụng phần thức ăn đã hấp thụ tiêu thụ cho sinh trưởng
K
1

,K
2
càng cao thì hiệu quả sử dụng thức ăn cho tăng sinh khối càng cao
Số mức năng lượng của loại peligian (sinh vật phù du) thường là 3-4, của sinh vật đáy là
2
Chẳng hạn:
Mức dinh dưỡng 1: vi khuẩn
Mức dinh dưỡng 2: trích trùng ăn vi khuẩn
Mức dinh dưỡng 3: động vật phù du ăn trích trùng
Mức dinh dưỡng 4: cá bé ăn động vật phù du
Mức dinh dưỡng 5: cá lớn
Hình 2.10 là chu trình sinh hoá bình thường ở nguồn nước mặ
t. Có thể nói vi
khuẩn là nhân tố chính của quá trình sinh hóa bình thường trong nước thiên nhiên.
Chúng có chất hữu cơ hòa tan thành tế bào của mình và các chất vô cơ. Những chất vô
cơ lại được tảo sử dụng để xây dựng tế bào. Những vi khuẩn và tảo lại là thức ăn cho
động vật hạ đẳng sử dụng. Động vật hạ đẳng, tảo, vi khuẩn lại là thức ăn cho cá bé rồi
cá lớn, cá lại là th
ức ăn cho người. Chu trình cứ thế diễn ra. Cần lưu ý rằng sinh khối
của cá chiếm phần rất nhỏ trong sản phẩm sơ cấp. Nếu trong nước chỉ sống có loài cá ăn
cỏ - tức là loài thuộc mức dinh dưỡng thứ 2 thì sinh khối cuối cùng sẽ nhiều hơn đáng
kể.
Biên soạn: Ths Nguyễn Trần Thiện Khánh 27

TLGD VI HÓA SINH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG



Hình 2. 10 Chu trình sinh hoá tự nhiên trong sông hồ.
5.2. Vai trò của các loài thuỷ sinh vật trong quá trình tự làm sạch nguồn nước

Vai trò của các loài thuỷ sinh vật trong quá trình phân huỷ chất bẩn hữu cơ trong
nguồn nước có thể tóm tắt như sau:
• Thực vật phù du làm giàu oxy trong nước. Oxy thì cần cho quá trình phân huỷ
chất hữu cơ, làm giảm các nguyên tố dinh dưỡng trong nước. Thực vật phù du là
nguồn thức ăn cho các loài sinh vật ăn thực vật. Tuy nhiên nếu thực vật phù du
phát triển quá mạnh thì lại làm nguồn nước nhiễm bẩn lần thứ hai.
• Những loài thực vật lớn cũng làm giàu oxy trong nước và làm giảm các chất
dinh dưỡng; tham gia tích cực vào việc khử các sản phẩm đầu, các chất độc, dễ
tách khỏi bùn nước. Ở những sông hồ ít nước chúng dễ biến thành đầm lầy.
• Vi khuẩn đóng vai trò chính trong qua trình phân huỷ các chất hữu cơ, chúng có
khả năng phân huỷ
bất kỳ loại chất hữu cơ nào trong thiên nhiên; là nguồn thức
ăn cho các sinh vật ở mức dinh dưỡng tiếp theo. Động vật phù du ăn thực vật và
vi khuẩn, đồng thời cũng tham gia quá trình phân huỷ các chất hữu cơ. Có thể
tách các chất lơ lửng và làm cho nước trong. Chúng làm giảm hàm lượng oxy
trong nước do hô hấp cũng như do chúng ăn thực vật phù du. Chúng làm xáo
trộn nước và hấp thụ các vi sinh vật gây bệnh, có thể kh
ử trùng trong nước.
• Các loại động vật phù du lớn ăn thực vật phù du, tham gia quá trình phân huỷ
chất hữu cơ; ở mức độ nào đó cũng ảnh hưởng đến chế độ oxy trong nước.
Trong thủy lực,cá là loai sinh vật đỉnh cực,sinh vật ở bậc cao nhất của tháp dinh
dưỡng. Những loài cá ăn thực vật sẽ làm cản trở hiện tượng “nở hoa” trong
nguồn nướ
c và gây ảnh hưởng đối với thành phần tất cả các loài thuỷ sinh vật ở
các mức dinh dưỡng khác nhau.


Biên soạn: Ths Nguyễn Trần Thiện Khánh 28

TLGD VI HÓA SINH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

5.3. Ảnh hưởng của các chất bẩn đối với nguồn nước
Tuỳ thuộc số lượng, thành phần tính chất của các chất bẩn mà chúng có thể gây
ra những hậu quả khác nhau đối với nguồn nước:
• Làm thay đổi tính chất hoá lý: độ trong, màu, mùi, vị, pH, hàm lượng các chất
hữu cơ, vô cơ, xuất hiện các chất độc, chất nổi, chất dễ lắng cặn,…
• Làm gi
ảm hàm lượng oxy hoà tan: do phải tiêu hao trong các quá trình oxy
hoá sinh hoá các chất bẩn hữu cơ.
• Làm thay đổi số lượng và các chủng loại vi sinh vật, sinh vật, xuất hiện các
loại vi sinh vật gây bệnh, làm chết cá,… Kết quả không thể sử dụng làm nguồn
cung cấp nước được.
Nhìn chung tất cả những thay đổi đó có liên quan mật thiết với nhau. Đặc biệt
các chất bẩn trong nước thải sản xuất là nh
ững chất độc hại đối thuỷ sinh vật. Nồng độ
các chất hữu cơ quá cao sẽ tạo điều kiện yếm khí trong nước, các chất sulphua sẽ làm
giảm khả năng oxy hoá khử của nước. Nếu hàm lượng các chất dinh dưỡng trong nước
nguồn tăng lên sẽ dẫn tới hiện tượng “ nở hoa” – phát triển tảo rêu.…
Ảnh hưởng độc hại. Các chất bẩn độc h
ại có thể gây tác động khác nhau đối với
thuỷ sinh vật, tuỳ thuộc bản chất, nồng độ của chúng. Một chất độc nào đó có thể phá
hoại trao đổi chất hoặc nhịp độ sinh trưởng, phát triển của thuỷ sinh vật; tới một giá trị
nồng độ nào đó, chúng sẽ bị tiêu diệt. Đối với nhiều loại sinh vật có thể chưa thấy ngay
tác động độ
c hại, mà chỉ làm hỏng cơ quan sinh sản, hoặc gây ảnh hưởng tới nhiều thế
hệ sau. Kết quả là số lượng cá thể sinh vật, số loài sẽ bị giảm dần,
Trong thực tế bảo vệ vệ sinh nguồn nước, người ta đã xác định nồng độ giới hạn
cho phép là giá trị nồng độ cao nhất, với giá trị đó, các quá trình khoáng hoá các chất
hữu cơ không bị

phá huỷ, không làm xấu giá trị “thực phẩm” của nước, không gây độc
hại đối với quá trình sống hoạt động của thuỷ sinh vật - những tác nhân quan trọng nhất
trong quá trình chuyển hoá các chất hữu cơ. Như vậy nồng độ giới hạn cho phép sẽ đảm
bảo cho quá trình sinh sản diễn ra bình thường đảm bảo cho chất lượng nước được tốt,
đồng thời không làm giảm giá trị hàng hoá của các sinh vậ
t.
Sự thay đổi chế độ hoà tan oxy trong nước nguồn. Lượng vi khuẩn và nấm trong
nước tuỳ thuộc nhiều yếu tố. Trong nguồn nước sạch thường không đủ chất hữu cơ
(chất dinh dưỡng) cho các loại hoại sinh. Khi các chất hữu cơ lẫn vào nước nguồn thì
các vi sinh vật phát triển nhảy vọt. Trong quá trình sinh trưởng phát triển, các vi sinh
vật tiêu thụ càng nhiều oxy. Kết quả nồng độ oxy trong nước giả
m, thậm chí bị tiêu thụ
hoàn toàn, làm thay đổi thế năng oxy hoá khử của môi trường, các phản ứng khử diễn ra
chủ yếu: khử nitrat, khử sulphat, hình thành các chất sulphua và ngày càng tạo điều kiện
yếm khí trong môi trường (Hình 2.11)
Biên soạn: Ths Nguyễn Trần Thiện Khánh 29