Quá trình sinh học trong xử lý môi trường

TRƯỜNG ĐH TÀI NGUYÊN & MÔI TRƯỜNG TP.HCM
KHOA MÔI TRƯỜNG

MÔN HỌC

QUÁ TRÌNH SINH HỌC
TPHCM, Năm
học 2010 - 2011
TRONG CÔNG
NGHỆ
MT
GVC.TS. Tôn Thất Lãng


CHƯƠNG 1:
KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Tổng quan
Thành phần và phân loại các vi sinh vật
Sự trao đổi chất trong vi sinh vật
Sự sinh trưởng của vi sinh vật
Quá trình sinh học hiếu khí
Quá trình sinh học kị khí.
Quá trình sinh học thiếu khí.
Quá trình nitrat hóa


CHƯƠNG 1:
KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Quá trình khử nitrat
Quá trình xử lý phốt phot bằng phương
pháp sinh học.

Quá trình chuyển hóa các hợp chất
chứa lưu quỳnh
Quá trình chuyển hóa kim loại nhờ
vi sinh vật


1.1 Tổng quan
Vi sinh vật là gì?
Chúng có những đặc điểm chung gì?


Hình nào sau đây thuộc nhóm VSV?

a

c

b

d


LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VI SINH VẬT




Antonie van Leewenhoek (1632-1723) phát
minh ra kính hiển vi.
Louis Pasteur (1822-1895) người đã đặt nền

móng và có những đóng góp lớn lao trong
nghiên cứu vi sinh vật.


Một số cống hiến của L. Pasteur




Vi Sinh Vật (VSV)?



Cơ thể sống có kích thước rất nhỏ



Bao gồm:
+ Hệ vi thực vật (microflora).
+ Hệ vi động vật (microfauna)

Các vi sinh vật trong môi trường nước bao gồm:
+ Sinh vật nổi (plankton): bao gồm VS thực vật nổi
(phytoplankton), và VS động vật nổi
(zooplankton);
+ Sinh vật đáy (benthos) gồm VSV nhỏ và lớn
(benthophyte) và động vật đáy (zoobenthos)


 Một số đặc điểm chung của VSV



Kích thước nhỏ bé.



Hấp thu nhiều, chuyển hóa nhanh.



Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh.



Năng lực thích ứng mạnh,



Phân bố rộng, chủng loại nhiều.



Có vai trò to lớn đối với HST và đời
sống con người (có ích lẫn có hại).


1.2 PHÂN LOẠI VI SINH VẬT



Theo R. H. Whittaker (1920 – 1981) phân
loại VSV thành 5 giới


1.2.1 Phân loại bằng sinh giới


Đến năm 1979, nhà sinh vật học Trung Quốc Chen Shixiang
(1905 – 1988) đưa ra kiến nghị hệ thống phân loại 6 giới và 3
tổng giới vi sinh
Nhóm sinh vật chưa có tế bào
1. Giới virus
Nhóm giới sinh vật nhân nguyên thủy (procaryote)
2. Giới vi khuẩn
3. Giới vi khuẩn lam (hay tảo lam)
Nhóm giới sinh vật nhân thật (eucaryote)
4. Giới thực vật (plant)
5. Giới nấm
6. Giới động vật (animal)


 Các nhóm VSV chính
Dựa vào đặc điểm cấu tạo tế bào chia ra làm 3
nhóm lớn:

Nhóm chưa có cấu tạo tế bào.

Nhóm có cấu tạo tế bào nhưng chưa có cấu
trúc nhân rõ ràng (cấu trúc nhân nguyên
thuỷ) gọi là nhóm Procaryote.


Nhóm có cấu tạo tế bào, có cấu trúc nhân
phức tạp gọi là Eucaryote.


 Các cách phân loại khác
Phân loại dựa vào nguồn cacbon và năng lượng:

Vi Sinh vật dị dưỡng (heterotrophic): sử
dụng chất hữu cơ làm nguồn C

Vi sinh vật tự dưỡng (autotrophic): sử dụng
CO2 làm nguồn cácbon

VSV quang dưỡng (phototroph): sử dụng
ánh sáng làm năng lượng
* VSV hóa dưỡng (Chemotroph) lấy năng
lượng từ các phản ứng ôxi hóa- khử


 Các cách phân loại khác
Phân loại dựa vào mối liên hệ với ôxi:

Vi Sinh vật hiếu khí (obligate aerobes)

Vi sinh vật kị khí (obligate anaerobes)
* VSV tùy nghi (Facultative anaerobles)


 Các cách phân loại khác

Phân loại dựa vào nhiệt độ:

Vi Sinh vật ưa lạnh (psychrophiles):
< 20oC

Vi sinh vật trung sinh (mesophiles):
25-40oC
•
VSV ưa nhiệt (thermophiles):
45-60oC


Các loại vi sinh vật
+ Virus (8-800 μm): không có cấu tạo
tế bào
+ Vi khuẩn (0,4-10μm): cầu khuẩn,
trực khuẩn, xoắn khuẩn
+ Xạ khuẩn
+ Vi nấm.
+ Tảo: có diệp lục tố


A. Giới thiệu chung


Cấu tạo tế bào
-

Màng tế bào

-

Chất nguyên sinh

-

Nhân


1.3. TRAO ĐỔI CHẤT VÀ TRAO ĐỔI NĂNG
LƯỢNG CỦA VSV


-

Trao đổi chất là quá trình hấp thu thức ăn từ
môi trường vào cơ thể, chế biến nó thành
các chất của cơ thể và thải các sản phẩm
cuối cùng ra môi trường.
Quá trình đồng hóa:
+ Năng lượng được cung cấp bởi quá trình
dị hóa
+ Vật chất được lấy từ môi trường và được
tổng hợp trong tế bào.


1.3. TRAO ĐỔI CHẤT VÀ TRAO ĐỔI NĂNG
LƯỢNG CỦA VSV
 Trao đổi chất:
Quá trình dị hóa:

+ Dị hóa ngoài tế bào: cung cấp vật chất cho
tế bào nhờ các enzym ngoại bào
+ Dị hóa trong tế bào được thực hiện nhờ
enzym nội bào


1.3. TRAO ĐỔI CHẤT VÀ TRAO ĐỔI NĂNG
LƯỢNG CỦA VSV
Enzyme
- Enzyme là các protein hoặc protein kết hợp với các hợp chất vô
cơ/ phân tử hữu cơ có khối lượng phân tử thấp.
- Enzyme là chất xúc tác, hình thành phức với chất hữu cơ, phức
này chuyển hóa thành sản phẩm riêng và giải phóng enzyme ban
đầu.
-Tế bào vi khuẩn sản sinh các loại enzyme khác nhau cho mỗi cơ
chất sử dụng,
-Hai loại enzyme thường được sản sinh:
+ Extracellular : chuyển hóa cơ chất bên ngoài tế bào thành một
dạng chất có thể đi vào bên trong tế bào và tiếp tục được phân
hủy bởi các enzyme Intracellular.
+ Intracellular là các enzyme nội bào, thực hiện phản ứng tổng
hợp tế bào và tạo ra năng lượng.


1.3. TRAO ĐỔI CHẤT VÀ TRAO ĐỔI NĂNG
LƯỢNG CỦA VSV


Hai quá trình có đặc trưng riêng biệt tùy theo đặc
điểm sống của từng nhóm VSV

+ Nhóm sinh dưỡng quang năng sử dụng trực
tiếp năng lượng của ánh sáng mặt trời để đồng
hóa CO2 tạo thành chất hữu cơ của cơ thể.
+ Nhóm dinh dưỡng hóa năng vô cơ sử dụng
năng lượng sinh ra trong quá trình oxy hóa một
chất vô cơ nào đó để đồng hóa CO2 trong không
khí.


1.3. TRAO ĐỔI CHẤT VÀ TRAO ĐỔI NĂNG
LƯỢNG CỦA VSV
+ Nhóm dinh dưỡng hóa năng hữu cơ sử
dụng chất hữu cơ làm chất oxy hóa sinh
năng lượng.


1.3. TRAO ĐỔI CHẤT VÀ TRAO ĐỔI NĂNG
LƯỢNG CỦA VSV
Nhóm kị khí có quá trình oxy hóa sinh năng
lượng không kèm theo việc liên kết với oxy của
không khí (chất nhận điện tử không phải là oxy
mà là chất hữu cơ hoặc một chất vô cơ)
Chất nhận điện tử là chất hữu cơ
•


1.3. TRAO ĐỔI CHẤT VÀ TRAO ĐỔI NĂNG
LƯỢNG CỦA VSV
Chất nhận điện tử là chất vô cơ