Tìm hiểu vi khuẩn hiếu khí trong đất và khả năng phân giải cacá hợp chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt

Trờng đại học vinh
Khoa sinh học

=== ===

tìm hiểu vi khuẩn hiếu khí trong đất
và khả năng phân giải các hợp chất hữu cơ
trong nớc thải sinh hoạt
khóa luận tốt nghiệp đại học
chuyên ngành: di truyền - vi sinh

Giáo viên hớng dẫn:

nguyễn dơng tuệ

Sinh viên thực hiện:

Đỗ thị thanh huyền

Lớp:

47B - Sinh häc

Vinh, 2010
=  =

1


MỤC LỤC
Trang

ĐẶT VẤN ĐỀ..................................................................................................
̉
Chương I.
TƠNG QUAN TÀ I LIỆU.......................................................
1.1

Tình hình nghiên cứu vi khuẩn hiếu khí phân giải chất hữu cơ
trên thế giới và Việt Nam.......................................................................

1.1.1. Trên thế giới...........................................................................................
1.1.2. Sơ lược tình hình nghiên cứu ở Việt Nam.............................................
1.2

Hệ vi sinh vật của nước thải...................................................................

1.2.1. Các vi sinh vật chủ yếu..........................................................................
1.2.2. Các vi sinh vật gây bệnh có trong nước thải..........................................
1.2.3. Hiện tượng nước bị ô nhiễm................................................................
1.3.

Cơ sở khoa học của việc sử dụng vi sinh vật hiếu khí xử lý nước thải.........

1.3.1. Một số chủng vi khuẩn hiếu khí...........................................................
a. Bacillus..........................................................................................
b. Actinomyces..................................................................................
c. Corynebacterium............................................................................
d. Micrococcus...................................................................................
e. Pseudomonas..................................................................................
1.3.2. Xử lý nước thải nhờ vi sinh vật hiếu khí.............................................
a. Sử dụng vi sinh vật hiếu khí trong Aroten.....................................

b. Sử dụng vi sinh vật hiếu khí trong Bìoilter....................................
Chương II.

ĐỐI TƯỢNG THỊI GIAN VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU......................................................................

2.1.

Đối tươ ̣ng, địa điểm và thời gian nghiên cứu......................................

2.1.1. Đối tượng nghiên cứu..........................................................................
2.1.2. Địa điểm nghiên cứu............................................................................
2.1.3. Thời gian nghiên cứu...........................................................................
2


2.2.

Phương pháp nghiên cứu.....................................................................

2.2.1. Phương pháp lấy mẫu..........................................................................
2.2.2. Phương pháp hộp trải...........................................................................
2.2.3. Phương pháp phân lập và mô tả đặc điểm khuẩn lạc...........................
2.2.4. Phương pháp xác định hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải
(Theo TCVN) - Phương pháp kali pemanganat...................................
2.2.5. Phương pháp xác định hoạt độ phân giải hợp chất hữu cơ..................
2.2.6. Xác định số lượng khuẩn lạc................................................................
2.2.7. Phương pháp theo dõi ảnh hưởng của nhiệt độ, pH lên sự sinh
trưởng của vi khuẩn.............................................................................
2.2.8. Môi trường nuôi cấy vi khuẩn hiếu khí................................................

2.2.9. Phương pháp xác định tốc độ sinh trưởng theo Blachman (1981)
.............................................................................................................
̉
́
Chương III. KẾT QUẢ NGHIÊN CƯU VÀ THAO ḶN...................
3.1.

Tổng vi khuẩn hiếu khí........................................................................

3.2.

Thành phần và sớ lươ ̣ng vi khuẩn hiếu khí đươ ̣c phân lâp từ mẫu thu.........
̣

3.3.

Sự sinh trưởng của các chủng vi khuẩ n hiế u khí phân lâ ̣p đươ ̣c.........

3.4.

Hoạt độ phân giải hợp chất hữu cơ......................................................

3.5.

Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của mật độ VSV lên sự phân giải
các chất hữu cơ....................................................................................

3.6.

Kết quả thử nghiệm hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải..............

3.7.

Nghiên cứu về chủng Pseudomonas....................................................

3.7.1. Mật độ Pseudomonas...........................................................................
3.7.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên sự sinh trưởng - phát triển của chủng
Pseudomonas.......................................................................................
3.7.3. Ảnh hưởng của pH lên sự sinh trưởng - phát triển của Pseudomonas
.............................................................................................................
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ...........................................................................
3


TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................
PHỤ LỤC

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện đề tài, em đã nhận được sự góp ý, động viên
và giúp đỡ của các thầy cô giáo, các bạn sinh viên.
Em xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm khoa Sinh học; các thầy cô
giáo, các cán bộ trong khoa nói chung và trong Tổ bộ mơn Di truyền - Vi sinh Phương pháp giảng dạy nói riêng đã tạo điều kiện tốt nhất về cơ sở vật chất và
tinh thần để em hoàn thành đề tài.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn - GVC Nguyễn
Dương Tuệ đã quan tâm, giúp đỡ và hướng dẫn tận tình để em có thể nâng cao
kiến thức, phương pháp nghiên cứu khoa học và hồn thành đề tài này.
Xin kính chúc các thầy cơ giáo sức khỏe, hạnh phúc và thành công !
Vinh, tháng 5 năm 2010
Sinh viên
Đỗ Thị Thanh Huyền

4


ĐẶT VẤN ĐỀ
Nước đóng vai trị rất quan trọng trong việc điều hịa khí hậu và cho
sự sống trên trái đất. Nước là dung mơi lí tưởng để hịa tan, phân bố các chất
vô cơ, hữu cơ làm nguồn dinh dưỡng cho giới thủy sinh cũng như các sinh
vật trên cạn. Có thể nói rằng ở đâu có nước là ở đó có sự sống và ngược lại.
Theo Lương Đức Phẩm (2000), nhu cầu về nước sinh hoạt của người dân đô
thị khoảng 100 đến 150 lit/ ngày để cung cấp cho ăn uống, tắm giặt vệ sinh.
Nước còn cung cấp cho tưới tiêu thủy lợi, cho công nghiệp chế biến nông
sản, công nghiệp rượu bia, luyện kim, công nghiệp mía đường... Và nước đã
dùng cho sinh hoạt, sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ đều trở
thành nước thải.
Nước thải sinh hoạt hay là nước thải các khu dân cư, hộ gia đình, bệnh
viện, khách sạn, cơ quan, trường học, khu vui chơi giải trí. Loại nước thải này
có hàm lượng chất hữu cơ cao (hidratcacbon, protein, lipit) các chất vô cơ
sinh dưỡng (photphat, nitơ) cùng với vi sinh vật (có thể có cả vi sinh vật gây
bệnh), trứng giun sán....
Cũng theo Lương Đức Phẩm và cộng sự (2000), trong nước thải có tới
40 - 60% protein, 25 - 50% hidratcacbon, 10% chất béo, các chất có độc tính
cao như polyclophenol (PCP), các thuốc bảo vệ thực vật như thuốc trừ sâu,
thuốc diệt cỏ, diệt nấm... và các kim loại nặng như As, Pb, Hg, Cd, Cr... các
chất chứa nitơ như nitrat, amoniac, photpho, các hợp chất chứa lưu huỳnh như
H2S, cyanua... và những chất này nếu vượt quá tiêu chuẩn cho phép (TCCP)
đều xem là ô nhiễm [3].

5

Khi đánh giá mức độ ô nhiễm, một chỉ tiêu bắt buộc đó là chỉ số BOD
(Biochemical Oxygene Demand), qua đó cho biết lượng oxy cần thiết cho vi
sinh vật sử dụng để oxy hóa hết chất hữu cơ trong nước thải.
Theo tiêu chuẩn nhà nước Việt Nam (TCVN 6772: 2000) đối với nước
thải sinh hoạt hàm lượng BOD cho phép như sau:
Chỉ tiêu

Đơn vị

BOD5

Giới hạn cho phép

Mg/l

Mức I

Mức II

Mức III

Mức IV

Mức V

30

30

40

50

200

Và khi xử lí đạt các mức trên, nước được tái sử dụng cho các mục đích
khác nhau như bệnh viện, trường học... [9].
Như vậy việc làm sạch nước thải để tái sử dụng là cần thiết, góp phần
đảm bảo nước cho nhu cầu sinh hoạt của con người. Để làm sạch các chất hữu
cơ trong nước thải người ta sử dụng các phương pháp cơ học (cho lắng cạn
bằng hấp phụ), phương pháp hóa học (cho kết tủa), phương pháp sinh học
(Dùng vi sinh vật (VSV) hiếu khí oxi hóa để tạo thành CO2 và nước).
Từ năm 1961, Erkenfender và Conon đã nghiên cứu về vi khuẩn hiếu
khí phân giải hữu cơ cho thấy, q trình này có ba giai đoạn:
Giai đoạn oxi hóa chất hữu cơ:
CxHyOz + n O2

enzim vsv

nCO2 + nH2O +

H

Giai đoạn xây dựng tế bào:
CxHyOz + n O2

enzim vsv

sinh khối tế bào VSV + nCO2 + nH2O - H

Giai đoạn tự oxi hóa chất liệu tế bào (tự phân hủy):
Sinh khối VSV + nO2
Trong đó

nH2O + NH3 ±

H

H là năng lượng được sinh ra hay hấp thu vào.

Các VSV được quan tâm thuộc các nhóm như: Bacillus, Pseudomonas,
Actinomyces, Corynebacterium, Monococcus...
6


Do thành phần hữu cơ trong nước thải rất đa dạng, nên phải cần đến
nhiều chủng VSV, nhằm lợi dụng khả năng oxy hóa khác nhau, kể cả những
chất tổng hợp, chất độc hại.
Cũng theo các tác giả trên, giá trị BOD (mgCO 2/mg chất) của các VSV
phân hủy như sau:
Chất bẩn

BOD tồn phần

Sacaroza

0,49

Glucoza

0,54

Axit béo:

Axit panmitic

2,03

Chất tẩy rửa:

Xà phịng canxifonic

1,20

Chất độc hại:

Benzen

1,15

Toluen

1,10

Formaldehyt

0,75

Gluxit:

Hoặc gần đây nghiên cứu của Anzai et all (2000), Yassin, Ludwig
(2003) Các vi khuẩn trong giống Corynebacterium ngoài oxy hóa gluxit,
protein, chất béo cịn oxy hóa cả dầu mỏ, hoặc các vi khuẩn trong giống
Pseudomonas cịn oxy hóa cả chất gây ung thư như pyrudin và các chất hữu
cơ tổng hợp [10,11, 12].
Do thấy được khả năng đặc biệt đó của các vi khuẩn hiếu khí và tầm
quan trọng của việc xử lý nước thải vừa có nước sử dụng vừa làm sạch mơi
trường, góp phần bảo vệ mơi trường, chúng tơi chọn đề tài: “Tìm hiểu vi khuẩn
hiếu khí trong đất và khả năng phân giải hữu cơ trong nước thải sinh hoạt”.
Mục tiêu của đề tài:
Với những lý do đã nêu ở trên, chúng tôi thực hiện đề tài này nhằm:
+ Tìm hiểu vi khuẩn hiếu khí trong đất và phân lập chúng.
+ Nghiên cứu về sự sinh trưởng, phát triển và các yếu tố ảnh hưởng đến
sinh trưởng, phát triển.
7


+ Tìm hiểu khả năng phân giải hiếu khí các chất hữu cơ và ảnh hưởng
của các yếu tố môi trường để từ đó xác định điều kiện tối ưu nhằm tối ưu hóa
quy trình xử lý nước thải sinh hoạt.
Nhiệm vụ đề tài:
Để đạt được mục tiêu như đã nêu, chúng tôi thấy cần phải thực hiện các
công việc sau:
+ Thu mẫu đất, xử lý, bảo quản để tìm vi khuẩn hiếu khí.
+ Bố trí thí nghiệm và phân tích các chỉ tiêu cần thiết: ni cấy, phân
lập, tính sinh trưởng phát triển, xác định BOD để từ đó biết được khả năng
phân giải chất hữu cơ trong các điều kiện thí nghiệm.
+ Theo dõi các thí nghiệm, tập hợp các số liệu, xử lý nhận định kết quả
và viết báo cáo luận văn.

8


Chương I

̉
TƠNG QUAN TÀ I LIỆU
1.1. Tình hình nghiên cứu vi khuẩn hiếu khí phân giải chất hữu cơ trên
thế giới và Việt Nam
1.1.1. Trên thế giới
Cùng với sự phát triển của sản xuất công nghiệp, xử lý nước thải công
nghiệp đang là vấn đề vô cùng quan trọng, bảo đảm cho sự trong sạch mơi
trường sống đồng thời góp phần vào sự phát triển bền vững của nền kinh tế
mọi quốc gia trên thế giới. Tại nhiều nước có nền công nghiệp phát triển cao
như Nhật, Mỹ, Anh, Pháp,... các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp đã
được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng từ lâu, đặc biệt các thành tựu tiên tiến
trong lĩnh vực tự động hoá cũng đã được áp dụng và đem lại hiệu quả kỹ
thuật, kinh tế xã hội vô cùng to lớn. Nhiều hãng đi đầu trong lĩnh vực này như
USFilter, Aquatec Maxcon, Hunter Water Corporation (HWC), Global
Industries.Inc... đã đưa ra các giải pháp công nghệ xử lý nước thải hiện đại.
Những cơng nghệ tự động hố của các cơng ty hàng đầu trên thế giới như
SIEMENS, AB, YOKOGAWA, GF Signet... được sử dụng rộng rãi trong các
cơng trình xử lý nước thải. Trình độ tự động hố xử lý nước thải đã đạt mức
cao, tất cả các công việc giám sát, điều khiển đều có thể thực hiện được tại
một Trung tâm, tại đây người vận hành được hỗ trợ bởi những công cụ đơn
giản, dễ sử dụng. Hơn thế, hệ thống tự động hố xử lý nước thải cịn được tích
hợp với các hệ thống điều hành ở cấp độ điều khiển cao hơn như cấp điều
hành sản xuất (manufacturing execution: workflow, order tracking,
resources), cấp xí nghiệp (enterprise:Production planning, orders, purchase)

và trên cùng là cấp quản trị (administration:Planning, Statistics, Finances)
nhằm nâng cao hơn nữa mức tự động hoá và tối ưu hố q trình sản xuất.
Ngồi ra, trong lĩnh vực điều khiển đã có rất nhiều các lý thuyết điều khiển
9


hiện đại được áp dụng như điều khiển mờ, mạng nơ-ron, điều khiển dự báo
trước (predicted control), điều khiển lai ghép (hybrid control),... được ứng
dụng trong xử lý nước thải để nâng cao chất lượng điều khiển và hiệu suất của
các công đoạn xử lý. Lý thuyết hệ chuyên gia cũng được áp dụng mở ra khả
năng tự động hoá hoàn toàn cho xử lý nước thải.Tại nhiều quốc gia có nền
cơng nghiệp phát triển cao (Mỹ, Nhật, Đức, Anh, Pháp,...), các hệ thống xử lý
nước thải công nghiệp đã được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng từ lâu. Nhiều
hãng hàng đầu trong lĩnh vực này như USFilter, Aquatec Maxcon, Hunter
Water Corporation (HWC), Global Industries.Inc... đã đưa ra các giải pháp
công nghệ tiên tiến xử lý nước thải. Hầu hết các công nghệ hiện đại ngày nay
đều được tự động hố cao, nhờ đó đảm bảo năng suất, chất lượng, hiệu quả
như mong muốn.
Hiện nay, các nhà nghiên cứu cịn đưa ra nhiều mơ hình, giải pháp tự
động hóa cho việc xử lý nước thải như: giải pháp tự động hóa xử lý nước thải
ứng dụng cho các nhà máy sản xuất rượu bia vừa và nhỏ...
Tất cả các mơ hình tự động hóa đều có khâu được xử lí bằng các
phương pháp sinh học. Mà trong cơng nghệ này thường sử dụng hai phương
pháp là kị khí và hiếu khí.
Đối với các nước đang phát triển thì các phương pháp sinh học mới
được nghiên cứu và ứng dụng trong những năm gần đây. Tuy nhiên vẫn còn
hạn chế và chưa được ứng dụng rộng rãi.
1.1.2. Sơ lược tình hình nghiên cứu ở Việt Nam
Việt Nam là một nước đang phát triển, một nước đông dân trên 86 triệu
dân. Từ 1930 - 1975 Việt Nam sống trong cuộc chiến tranh giải phóng đất

nước vì vậy tình trạng ơ nhiễm do chiến tranh, đặc biệt là chất độc màu da
cam (dioxin) ở Việt Nam là rất nặng. Tuy nhiên khi đó đang trong chiến tranh
nên vẫn chưa có các biên pháp xử lí ơ nhiễm. Từ sau 1975 khi đất nước đã
thống nhất thì hậu quả của chiến tranh để lại là sự tàn phá đất nước rất nặng
10


nề, đời sống nhân dân cịn khó khăn. Do đó nhà nước ta chỉ chú trọng trong
việc phát triển kinh tế, đầu tư cho phát triển công nghiệp, nông nghiệp, dịch
vụ cịn việc xử lí chất thải chưa được chú trọng nhiều, phần lớn còn nhỏ lẻ ở
từng khu vực và với các biện pháp như cơ học: thu gom, chơn lấp... hay hóa
học bằng việc sử dụng các hóa chất. Tuy nhiên các biện pháp này mang nhiều
hạn chế: khó thực hiện, thời gian dài, chi phí cao...
Những năm gần đây, cùng với sự phát triển nhanh chóng của xã hội,
công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ cũng rất phát triển kéo theo đó là tình
trạng ơ nhiễm nặng ở nhiều nơi, đặc biệt môi trường nước ở nhiều con sơng
đã trở thành dịng sơng chết do sự xả thải bừa bãi, chất thải khơng qua xử lí
được đổ trực tiếp xuống sơng. Trước tình trạng này các cơ quan nhà nước đã
có những quan tâm sâu sắc tới việc xử lí ơ nhiễm mơi trường: Có những đầu
tư cho việc xử lí chất thải, có nhiều khu xử lí chất thải được xây dựng và đi
vào hoạt động. Đặc biệt trong những năm gần đây việc nghiên cứu và ứng
dụng các biện pháp sinh học vào xử lí chất thải đã được tiến hành ở một số
nơi như: Công trình vườn hoa lọc nước trên hồ cơng viên 29 -3 Thành phố Đà
Nẵng; Vườn hoa lọc nước trên hồ B52 Thành Phố Hà Nội; cơng trình xử lý
mùi hơi của nước ở hồ Xáng Thổi thành phố Cần Thơ.
Như vậy, ở Việt Nam việc ứng dụng các biện pháp sinh học vào xử lí
chất thải, đặc biệt là nước thải còn hạn chế, đang ở giai đoạn thử nghiệm cục
bộ ở một số vùng, chưa được ứng dụng rộng rãi.
1.2. Hệ vi sinh vật của nước thải
1.2.1. Các vi sinh vật chủ yếu

Phần lớn vi sinh vật xâm nhập vào nước từ đất, phân, nước tiểu, các
nguồn thải và từ bụi trong khơng khí rơi xuống. Số lượng và chủng loại vi
sinh vật phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhất là những chất hữu cơ hoà tan trong
nước, các chất độc, tia tử ngoại, pH môi trường, những yếu tố quyết định đến
11


sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật như các chất dinh dưỡng của chúng.
Nước càng bẩn càng nhiều chất hữu cơ, nếu thích nghi được thì sự phát triển
của vi sinh vật càng nhanh.
Trong nước có rất nhiều 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 vi sinh vật khơng sinh bào tử chiếm ưu thế (gần 87%), còn
trong bùn số vi sinh vật bào tử chiếm ưu thế (gần 74,5%) [3]
Nước sơng ln thay đổi theo dịng 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
vi sinh vật lớn vì ở đây sơng nhận một số lượng lớn nước thải sinh hoạt của
dân cư, cống rãnh đơ thị. Cịn ở phía xa thành phố số lượng vi sinh vật lại
giảm vì càng càng xa thành phố nước sơng càng bị pha lỗng lượng chất hữu
cơ giảm dần và như thế các chất dinh dưỡng của vi sinh vật ngày càng cạn
kiệt. Thêm vào đó vi sinh vật cịn bị tiêu diệt bởi tia tử ngoại của ánh sáng
mặt trời vi sinh vật có đối kháng thực khuẩn thể dung giải vi sinh vật.
Nước biển có số lượng vi sinh vật ít hơn ao hồ sơng ngịi. Mưa tuyết có
rất ít vi sinh vật: nước giếng phun, nước ngầm tương đối ít vi sinh vật.
Nước thải đặc biệt là nước thải sinh hoạt và nước thải của các xí nghiệp
chế biến thực phẩm rất giàu các chất hữu cơ, vì vậy số lượng vi sinh vật trong
nước thải là rất lớn (105 - 106 tế bào/ml). Trong số này chủ yếu là vi khuẩn,
chúng đóng vai trị phân hủy các chất hữu cơ cùng với các chất khoáng khác
dùng làm vật liệu xây dựng tế bào đồng thời làm sạch nước thải. Ngoài ra cịn
có các vi sinh vật gây bệnh, đặc biệt là các bệnh đường ruột như thương hàn,

tả, lị...và các vi rut, thực khuẩn thể.
Vi khuẩn đóng vai trị rất quan trọng (có thể nói là chủ yếu) trong
q trình phân hủy các chất hữu cơ, làm sạch nước thải trong vịng tuần
hồn vật chất.
Theo phương thức dinh dưỡng, vi khẩn được chia làm hai nhóm chính: [3]
12


- Vi khuẩn dị dưỡng (heterophe). Nhóm vi khuẩn này sử dụng các chất
hữu cơ làm nguồn cácbon, dinh dưỡng và nguồn năng lượng để hoạt động
sống, xây dựng tế bào, phát triển... có ba loại vi khuẩn dị dưỡng:
+ Vi khuẩn hiếu khí (aerobe): Chúng cần ơxi để sống, như q trình hơ
hấp ở động vật bậc cao. Oxi cần cho q trình oxi hóa các chất hữu cơ theo
phản ứng:
Chất hữu cơ + O2 --------------> CO2 + H2O + Năng Lượng
+ Vi khuẩn kị khí (anaerobe): Chúng có thể sống và hoạt động ở điều
kiện kị khí (khơng cần Oxi của khơng khí) mà sử dụng oxi trong những hợp
chất nitrat, sunfat để oxi hóa các chất hữu cơ.
+ Vi khuẩn tùy nghi (facultative): loại này có thể sống trong điều kiện
có hoặc khơng có oxi tự do. Chúng ln có mặt trong nước thải. Năng lượng
giải phóng một phần được sử dụng cho việc sinh tổng hợp hình thành tế bào
mới, một phần thốt ra ở dạng nhiệt.
- Vi khẩn tự dưỡng (autotroph): loại vi khuẩn này có khả năng oxi hóa
các chất vơ cơ để thu năng lượng và sử dụng CO 2 là nguồn cacbon cho q
trình sinh tổng hợp. Trong nhóm này có vi khuẩn nitrat hóa (Nitromonas;
Nitrobacter...), vi khuẩn sắt, vi khuẩn lưu huỳnh...
Các vi khẩn leptothirix và Crenothix làm kết tủa sắt thành Fe (OH) 3 có
màu vàng đỏ.
Các vi khẩn lưu huỳnh có khả năng chịu pH thấp Oxi hóa H 2S thành axit
sunfric (H2SO4) gây ăn mòn đường ống, các cơng trình xây dựng ngập trong nước.

1.2.2. Các vi sinh vật gây bệnh có trong nước thải
- Vi khuẩn: Những vi khuẩn gây bệnh đường ruột hay gặp: vi khuẩn tả
vibrio cholera; vi khuẩn lị disenterriae - Shigella; vi khuẩn thương hàn và phó
thương hàn Samonella typhos và S. paratyphos... cũng như trực khuẩn đường
ruột Escherichia Coli.

13


- Vi rut bao gồm:
+ Vi rut đường ruột: virut poliamyelit tác dụng lên thần kinh trung
ương, virut ECHO gây lên bệnh đường ruột không trầm trọng. Hay Caxsakie
A và B có thể gây nên viêm màng não bạch cầu, chứng đau cơ hay suy tim.
+ Virut viêm gan: chỉ có loại virut viêm gan A mới có thể truyền qua nước.
+ Các Adenovirut tác động lên đường hô hấp và mắt.
+ Rotavirut gây ra bệnh ỉa chảy thường nghiêm trọng với trẻ em, gây ỉa
chảy từ 20 đến 70 % trường hợp đối với trẻ sơ sinh.
+ Virut u nhú tạo ra các mụn cơm nhiễm vào các bể bơi.
- Ngồi ra cịn có các loại vi nấm, amip, động vật nguyên sinh và các
loài giun sán gây ra các loại bệnh đường ruột.
1.2.3. Hiện tượng nước bị ô nhiễm
Nước bị ơ nhiễm hay nước nhiễm bẩn có thể quan sát được bằng cảm
quan qua các hiện tượng khác thường như sau: Thay đổi màu sắc, có mùi vị
lạ, đục...
- Màu sắc: Nước tự nhiên khơng màu, nước có rong tảo phát triển có
màu xanh đậm hơn. Nước có màu vàng do nhiễm sắt, màu vàng bẩn do nhiễm
axit humic có trong mùn nước thải làm cho nước có màu nâu đen hoặc đen.
Mỗi loại nước thải đều có những màu sắc khá đặc trưng, nhưng đa số nước
nhiễm bẩn nặng đều có màu đen.
- Mùi vị: Nước sạch khơng có mùi vị, khi bị nhiễm bẩn có mùi vị lạ

như: Mùi thối, vị tanh, chát....
- Độ trong: Nước tự nhiên sạch khơng có tạp chất thường rất trong, khi
bị nhiễm bẩn các loại nước thải thường bị đục: Độ trong giảm và độ đục tăng.
Độ dục do các chất lơ lửng gây ra.
Từ năm 1991 Metealt và Eddyđã cho thấy tính chất của nước thải từ
các nguồn phát sinh như sau:

14


Bảng 1.1: Các tính chất vật lí, hố học và sinh học đặc trưng của
nước thải và nguồn gốc của chúng [3]
Tính chất

Nguồn phát sinh

- Các tính chất vật lý
Mầu

Các chất thải sinh hoạt và công nghiệp, sự phân rã

Mùi

tự nhiên các chất hữu cơ.

Chất rắn

Sự thối rữa nước thải và các chất thải công nghiệp.

Nhiệt độ

Cấp nước cho sinh hoạt, các chất thải sinh hoạt và
sản xuất, xói mịn đất, dòng thấm, chảy vào hệ
thống cống.
Các chất thải sinh hoạt và sản xuất.

- Thành phần hóa học:
+ Có nguồn hữu cơ

Các chất thải sinh hoạt, thương mại và sản xuất

Cacbonhidrat

Các chất thải sinh hoạt, thương mại và sản xuất

Mỡ, dầu, dầu nhờn

Chất thải nông nghiệp.

Thuốc trừ sâu

Chất thải công nghiệp.

Phênol

Các chất thải sinh hoạt và thương mại.

Protein

Các chất thải sinh hoạt và sản xuất.

Các chất hoạt động bề

Phân rã tự nhiên các chất hữu cơ.

mặt
Các chất khác

Nước thải sinh hoạt, cấp nước sinh hoạt, sự thấm

+ Có nguồn gốc vô cơ

của nước ngầm.

Độ kiềm

Cấp nước sinh hoạt, các chất thải sinh hoạt, sự thấm

Clorua

của nước ngầm, các chất làm mềm nước.

Các kim loại nặng

Các chất thải công nghiệp.

Nitơ

Các chất thải sinh hoạt và nông nghiệp.

pH

Các chất thải công nghiệp.

Phospho

Các chất thải sinh hoạt và công nghiệp.
15


Lưu huỳnh

Cấp nước sinh hoạt, nước thải sinh hoạt và công nghiệp.

Các hợp chất độc

Các chất thải công nghiệp.

+ Các khí:

Phân hủy các chất thải sinh hoạt

H2S

Phân hủy các chất thải sinh hoạt

CH4

Cấp nước sinh hoạt, sự thấm của nước bề mặt.

O2
- Thành phần sinh học
Các động vật

Các dòng nước hở và nhà máy xử lý.

Thực vật

Các dòng nước hở và nhà máy xử lý.

Sinh vật nguyên sinh, Các chất thải sinh hoạt và nhà máy xử lý các chất
virut

thải sinh hoạt
Các chất gây bẩn nước: có rất nhiều chất gây ơ nhiễm nước, có thể phân

tích chúng thành chín loại như sau:
- Các chất hữu cơ bền vững, khó bị phân hủy như các chất hữu cơ vòng

thơm; Các chất đa vòng ngưng tụ, các hợp chất Clo hữu cơ, Phospho hữu cơ...
- Các chất hữu cơ dễ phân huỷ, chủ yếu do tác nhân sinh học như:
Protein, Hidratcacbon, các hợp chất béo có nguồn gốc động vật- thực vật.
- Các kim loại nặng như chì (Pb), thuỷ ngân (Hg), Asen (As), Crom (Cr),

Cadimi (Cd)...
- Các ion vô cơ.
- Các chất dầu mỡ, các chất hoạt động bề mặt.
- Các chất mùi hoặc màu.
- Các chất rắn.

- Các chất phóng xạ.
- Các vi sinh vật.

16


1.3. Cơ sở khoa học của việc sử dụng vi sinh vật hiếu khí xử lý nước thải
Quần thể sinh vật ở các loại nước thải là không giống nhau. Mỗi loại
nước thải có hệ vi sinh vật tương ứng. Song, nói chúng 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 phải có mặt các chất hữu cơ để chúng phân huỷ,
chuyển hoá thành vật liệu xây dựng tế bào, đồng thời chúng phân huỷ các hợp
chất nhiễm bẩn nước đến sản phẩm cuối cùng là CO 2 và nước hoặc tạo thành
các loại khí (CH4, H2S, Indol, N2...).
Trong nước thải các chất nhiễm bẩn chủ yếu là các chất hữu cơ hồ tan,
ngồi ra cịn có các chất hữu cơ ở dạng keo và phân tán nhỏ ở dạng lơ lửng,
các dạng này tiếp xúc với bề mặt tế bào vi khuẩn. Bằng cách hấp phụ hay keo
tụ sinh học, sau đó xảy ra q trình dị hố và đồng hố. Q trình dị hố là
q trình phân huỷ các chất hữu cơ có khối lượng phân tử lớn, có cấu trúc
phân tử mạch dài. Thành các hợp chất có mạch ngắn, có khối lượng thấp, có
thể đi qua được màng vào trong tế bào để chuyển vào quá trình phân huỷ nội
bào hay chuyển sang quá trình đồng hố.
Như vậy q trình làm sạch nước thải gồm 3 giai đoạn như sau:[3]
- Các chất hữu cơ tiếp xúc với bề mặt tế bào vi sinh vật.

- Khuyếch tán và hấp thụ các chất ô nhiễm nước qua màng bán thấm
vào trong tế bào sinh vật.
- Chuyển hoá các chất này trong nội bào để sinh ra năng lượng và tổng

hợp các vật liệu mới cho tế bào vi sinh vật.
Các giai đoạn này có liên quan chặt chẽ. Kết quả là nồng độ các chất
nhiễm bẩn giảm dần, đặc biệt là vùng gần tế bào vi sinh vật nồng độ các 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 huỷ các chất hữu cơ chủ yếu xảy ra trong tế bào vi
sinh vật.
17


Q trình phân huỷ hay q trình oxi hố - khử khơng phải tất cả đều bị
oxi hố hồn tồn thành các sản phẩm cuối cùng là CO 2 và H2O, một số sản
phẩm trung gian của quá trình này được tham gia vào q trình đồng hố, q
trình sinh tổng hợp vật chất tế bào để hình thành tế bào mới để phục vụ cho
sinh trưởng. Đồng thời với q trình đồng hố trong tế bào cịn xảy ra q
trình dị hố các vật liệu tế bào khi đã già tạo ra vật liệu và năng lượng phục
vụ cho q trình đồng hố.
1.3.1. Một số chủng vi khuẩn hiếu khí
Các chủng vi khuẩn hiếu khí thường gặp, đóng vai trò quan trọng trong
việc phân huỷ các hợp chất hữu cơ là: Bacillus, Actinomyces, Corynebacterium,
Micrococcus.
a. Bacillus
Bacillus có dạng hình que - một số nơi còn gọi là trực khuẩn. Trực
khuẩn phân bố rất rộng rãi trong tự nhiên, với nhiều loài khác nhau: Bacillus
anthracis, Bacillus cereus, Bacillus subtilis, Bacillus coagulans... trong đó đa
số là vơ hại. Chúng có đời sống hiếu khí và một số lồi có khả năng tạo bào tử
do đó có thể sống trong những điều kiện bất lợi ở bất kì mơi trường nào trong
thời gian dài. Giống vi sinh vật này sinh trưởng và phát triển rất mạnh, người
ta thường quan sát thấy tập đoàn của giống vi sinh vật này rất rộng lớn, có
hình dạng bất định và đang phát triển lan rộng. nhóm vi sinh vật này có hoạt
tính rất mạnh, có khả năng oxi hóa chất hữu cơ nhanh chóng và triệt để tạo

thành CO2 và H2O vì vậy có tác dụng làm sạch mơi trường, có lợi cho việc xử
lí các hợp chất hữu cơ trong nước thải. Ngoài ra, trong giống này có một số
lồi gây bệnh như ấu trùng Paenibacillus... tuy nhiên chúng dễ xử lí trong
điều kiện kị khí.

18


Hình 1.1. Bacillus
b. Actinomyces
Actinomyces là vi khuẩn Gram dương và có thể sống hiếu khí hay kỵ
khí. Chúng có nhiều loài và phân bố rất rộng trong tự nhiên [15] Các loài
thuộc giống này phân bố rất rộng trong tự nhiên và có hoạt tính rất mạnh có
thể phân hủy được những chất hữu cơ khó phân hủy như linhin và chitin...
điều này rất có lợi cho việc xử lí nước thải có chứa các hợp chất hữu cơ khó
phân hủy. Thuộc giống này cũng có một số lồi gây bệnh nhưng khi xử lí
trong điều kiện kị khí chúng sẽ được loại bỏ.

Hình 1.2. Actinomycosis

Hình 1.3. Actinomycosis

GRAM'S

GROCOTT'S

c. Corynebacterium
Corynebacterium là một chi của Gram dương vi khuẩn hình que. Chúng
được phân bố rộng trong tự nhiên và phần lớn là khơng ha ̣i [16] Giống này có
rất nhiều lồi chúng sinh trưởng và phát triển rất mạnh. Gần đây nhóm này

được phân loại dựa vào các nghiên cứu về trình tự rARN - 16S mà người ta
đã nhóm thành các phân khu với tỉ lệ G/X khác nhau.

19


Một số loài Corynebacterium được sử dụng cho ứng dụng công nghiệp
rất quan trọng, chẳng hạn như việc sản xuất các axit amin, nucleotide, và các
yếu tố dinh dưỡng khác (Martín, 1989); phân giải hydrocarbon; dầu mỏ
(Khurana et al, 2000.). Một số lồi sản xuất ra chất chuyển hóa tương tự như
thuốc kháng sinh: bacteriocins của corynecin-linocin các loại, chống đại lý
khối u.
Một trong những loài được nghiên cứu nhất là C. glutamicum, có tên
đề cập đến khả năng của mình để sản xuất axit glutamic trong điều kiện hiếu
khí. Nó được sử dụng trong ngành cơng nghiệp thực phẩm như sản xuất
monosodium glutamate (bột ngọt) trong sản xuất nước tương và sữa chua.
Loài Corynebacterium đã được sử dụng trong sản xuất đại trà của các axit
amin khác nhau bao gồm L-Glutamic acid, một phụ gia thực phẩm nổi tiếng
được thực hiện tại một tỷ lệ 1,5 triệu tấn / năm do Corynebacterium. Các con
đường trao đổi chất của Corynebacterium đã được chế tác hơn nữa để sản
xuất L-Lysine và L-Threonine.
Các lồi thuộc giống này có khả năng oxi hóa rất mạnh các hợp chất
gluxit tạo ra các sản phẩm có ích.
d. Micrococcus

Hình 1.4. Micrococcus mucilaginosis
Micrococcus là một chi của vi khuẩn trong họ Micrococcaceae.
Micrococcus xảy ra trong nhiều môi trường, bao gồm cả nước, bụi và đất.
Micrococci có tế bào Gram dương hình cầu khác nhau, từ khoảng 0,5-3 µm
đường kính và thường xuất hiện trong tetrads

20


Một số loài Micrococcus, như M. luteus (màu vàng) và M. roseus (đỏ)
chất tiết vàng hoặc màu hồng thuộc địa khi trồng trên agar muối mannitol.
Chủng của M. luteus đã được tìm thấy để sản xuất riboflavin khi ni cấy trên
các chất ô nhiễm hữu cơ độc hại như pyridin [17] Những nghiên cứu gần đây
của Greenblat et al. chứng minh rằng Micrococcus luteus đã tồn tại ít nhất là
34.000 đến 170.000 năm trên cơ sở phân tích rRNA 16S, và có thể lâu hơn
nữa [14].
Các lồi thuộc giống này sinh trưởng phát triển mạnh trong mọi điều
kiện. Chúng có khả năng oxi hóa chất hữu cơ rất mạnh kể cả những chất khó
phân giải và độc hại, gây ung thư như: pyridin, thuốc diệt cỏ, biphenylclo.
[13] [18] Chúng có thể liên quan đến cai nghiện hoặc biodegradation của
nhiều chất gây ơ nhiễm mơi trường khác [19] Ngồi ra chúng cịn có khả năng
chuyển hóa cả những chất gây ơ nhiễm nặng như dầu mỡ và có khả năng kéo
dài chuỗi các bon (C21- C34) trong tổng hợp dầu mỏ.
e. Pseudomonas

Hình 1.5. P. aeruginosa colonies on an agar plate
Pseudomonas phân bố rất rộng trong tự nhiên, gặp ở hầu hết các loại
nước thải. Pseudomonas hầu như có thể đồng hóa được mọi chất hữu cơ, kể
cả các chất hữu cơ tổng hợp như polyvinyl alcohol - PVA, và sống khá lâu
trong mơi trường nước. nhiều lồi của giống này ưa lạnh, nhiệt độ tối thiểu
là -2 - 5oC, tối thích là 20 - 25 oC. Tất cả Pseudomonas đều có hoạt tính
21


amilaza và proteaza, pH mơi trường dưới 5,5 sẽ kìm hãm vi khuẩn
Pseudomonas phát triển và kìm hãm tổng hợp proteaza [3] Hầu hết các

Pseudomonas spp có khả năng kháng penicilin và đa số các phiên bản beta
liên quan đến thuốc kháng sinh Lactam. Như vậy giúp cho quá trình loại bỏ
kháng sinh có trong nước thải.
1.3.2. Xử lý nước thải nhờ vi sinh vật hiếu khí
Như chúng ta đã biết nước thải, đặc biệt là nước thải sinh hoạt và nước
thải của các xí nghiệp chế biến thực phẩm thường có hàm lượng hữu cơ cao
nên gây hơi thối và ơ nhiễm nặng. Chính vì vậy mà tiêu chuẩn Việt Nam và
thế giới bao giờ cũng phải phân tích các chỉ tiêu COD (Chemical Oxygene
Demand), BOD (Biochemical Oxygene Demand) để dựa vào nhu cầu sử dụng
oxy cần thiết khi oxy hóa chất hữu cơ từ đó xác định lượng chất hữu cơ trong
nước thải. Từ đây căn cứ vào COD, BOD đánh giá mức độ ô nhiễm.
Cơ sở của phương pháp hiếu khí:
Cho vi sinh vật hiếu khí vào nước thải, khuấy trộn và cung cấp oxi cho
vi sinh vật hoạt động để chúng oxi hóa triệt để các chất hữu cơ.
Có hai khả năng sử dụng chất hữu cơ của vi sinh vật là:
Chất hữu cơ
vsv dị dưỡng

CO2 + H2O
vsv hiếu khí
Sinh khối

Nhờ hai khả năng đó mà môi trường nước bị ô nhiễm được làm sạch và
dùng được vào nhiều mục đích khác nhau.
Nguồn thu vi khuẩn hiếu khí quan trọng và dễ kiếm đó là bùn hoạt tính.
Bùn hoạt tính là tập hợp các vi sinh vật khác nhau, chủ yếu là vi khuẩn, kết lại
thành dạng hạt bông với trung tâm là các hạt chất rắn lơ lửng ở trong nước.
Các bơng này có mầu nâu dễ lắng có kích thước từ 3 đến 150µm. Những bông
này gồm các vi sinh vật sống và cặn rắn. Bùn hoạt tính lắng xuống là “bùn
22

già”, hoạt tính giảm. Nếu được hoạt hóa (trong mơi trường thích hợp có sục
khí đầy đủ) sẽ sinh trưởng trở lại và hoạt tính được phục hồi [3].
Hệ vi sinh vật trong bùn hoạt tính có nhiều lồi thuộc các giống:
Actynomyces,

Bacillus,

Bacterium,

Corynobacterium,

Micrococcus,

Pseudomonas... Trong đó lồi Pseudomonas có khả năng phân huỷ rất mạnh,
có thể oxy hố được rượu, axit béo, các buahyđro thơm, hidratcacbon và
nhiều hợp chất khác.
Do đó bùn hoạt tính được sử dụng chủ yếu trong bể hiếu khí (Aroten)
hay bể phản ứng sinh học (Bioreactor).
a. Sử dụng vi sinh vật hiếu khí trong Aeroten
Bể được thiết kế như sau:
Nước thải
Nước ra
Sục khí
Lắng cặn

Bioreactor

Ở đây nước thải được qua lắng cặn, sau đó cho vào bể Aroten, ở đó vi

sinh vật tiếp xúc với các chất hữu cơ và oxy hóa các chất hữu cơ.
b. Sử dụng vi sinh vật hiếu khí trong Biofilter
- Biofilter là bể lọc sinh học, ở đó người ta sử dụng vi sinh vật hiếu khí
bám vào giá thể (màng xốp) tạo ra màng lọc sinh học.

23


- Bể được thiết kế như sau:
Đá sỏi

Nước ra

Nước Thải

Cát
Màng lọc sinh học

Như vậy, nước thải đưa vào bể, qua đá sỏi cát bị loại cặn nhưng chất
hữu cơ hòa tan vẫn tồn tại. Khi chất hữu cơ đi qua màng sinh học bị oxy hóa
sạch và tiếp tục được tách cặn nhờ đá sỏi và cát.
Màng lọc dày sẽ trở nên có ích hơn, vì lớp ngồi sẽ tập trung các vi
sinh vật hiếu khí, lớp trong tập trung nhiều vi sinh vật yếm khí có trong nước
thải. Nên VSV hiếu khí sẽ phối hợp với VSV kỵ khí khi lọc bởi:
+ VSV hiếu khí oxy hóa chất hữu cơ.
+ VSV kỵ khí sẽ tiêu diệt các VSV hiếu khí gây bệnh có trong nước thải.
- Cho nên....
Bể dùng Biofilter có thể phân biệt qua các đặc điểm sau:
- Theo mức độ xử lí: Bể dùng Biofilter có thể xử lí tuần hồn hoặc

Biofilter xử lí khơng tuần hồn.
- Theo chế độ làm việc: Làm việc liên tục và làm việc khơng liên tục

tức là gián đoạn có tuần hồn và khơng tuần hồn.
- Theo biện pháp làm thống: Biofilter làm thoáng tự nhiên và Biofilter

làm thoáng nhân tạo.
Trong thực tế ta thường gặp hai loại Biofilter:
+ Biofilter nhỏ giọt: Dùng để xử lí sinh hố nước thải hồn tồn với
hàm lượng BOD sau khi xử lí đạt 15mg/l. Đặc điểm của Biofilter nhỏ giọt là
24


kích thuớc của hạt vật liệu lỏng khơng lớn hơn 25 - 30 mm và tải trọng tưới
nước nhỏ 0,5 - 1 m 3, vật liệu lọc và được sử dụng trong trường hợp lưu
lượng nhỏ từ 20 - 1000m 3/ngày đêm. Hiệu suất xử lí của Biofilter nhỏt giọt
có thể đạt tới 90%.
+ Biofilter cải tạo: Loại này có tải trọng nước cao hơn và vật liệu lọc có
đường kính từ 40 - 60 mm nên giữa các hạt có khe hở lớn.
Nhờ có tốc độ lọc lớn và sự trao đổi khơng khí nhanh mà q trình oxi
hố các chất hữu cơ xảy ra với tốc độ cao. Biofilter cao tải có thể dùng để xử
lí nước thải sinh hoạt hồn tồn hay khơng hồn tồn.

25