ĐỀ CƯƠng môn học VI sinh môi trưỜNG

Trong cơ thể sinh vật N tồn tại ở dạng các phân tử hữu cơ như protein, aa

_ Sinh vật chết  VSV hoại sinh phân giải  aa

_ Các aa  NH3 hoặc NH4+  vi khuẩn amon hóa

_ NH4+  NO3- vi khuẩn nitrate hóa

_ NO3- N₂  vi khuẩn phản nitrate hóa

_ N2 các hợp N hữu cơ  vi khuẩn cố định đạm

_ Nếu sự hoạt động của 1 nhóm nào đó ngừng lại, toàn bộ sự chuyển hóa của vòng tuần hoàn cũng sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng

Quá trình amon hóa

Sự amon hóa urê

Urea có trong thành phần nước tiểu của người và động vật. Urea chứa tới 46.6% nitrogen, vì thế nó là 1 nguồn dd đạm tốt nhất đối với cây trồng

Tuy nhiên thực vật không thể đồng hóa trực tiếp urea mà phải qua quá trình amon hóa

Quá trình amon hóa urea chia làm 2 giai đoạn

Giai đoạn đầu dưới tác dụng của enzyme urea tiết ra bởi các VSV, urea sẽ bị thủy phân tạo thành muối carbonate amoni

Giai đoạn 2 carbonate amoni chuyển hóa thành NH₃, CO₂ và H₂O

Trong nước tiểu còn có acid uric, tồn tại trong đất một thời gian acid uric sẽ bị phân giải thành ureavà acid tartronic. Sau đó urea tiếp tục bị phân giải thành NH₃

Nhóm VSV phân giải urea và acid uric còn có khả năng amon hóa cyanamid calci là 1 loại phân bón hóa học. Chất này sau khi đi vào đất cũng bị chuyển hóa thànhurea rồi sau đó qua quá trình amon hóa được chuyển thành NH₃

Nhiều loại vi khuẩn có khả năng amon hóa ure chúng đều tiết ra enzym urease. Đa số VSV phân giải ure thuộc nhóm hiếu khí hoặc kị khí không bắt buộc, chúng ưa pH trung tính hoặc hơi kiềm. Sử dụng ure làm thoáng đất kết hợp vôi, tro

Quá trình amon hóa protein

Protein là thành phần quan trọng của tế bào

Prtein chứa tới 15% - 17% nitrogen, nhưng cây trồng không thể hấp thu trực tiếp protein mà phải qua sự phân hủy của VSV. VSV phân giải protein có khả năng tiết ra enzym protease bao gồm cả proteinase và peptidase

Các acid amin bị deamin hoá bởi vi sinh vật nhờ enzyme deaminase, sau đó tạo ra sản phẩm cuối cùng là amôn

_ Các acid amin có vòng như tryptophan, khi phân giải sẽ tạo thành các hợp chất có mùi thối như indole và skatole

_ Các acid amin chứa S như methionine, cystein, vi sinh vật giải phóng ra H2S, chất này độc đối với cây trồng

_ Một số hợp chất amin sinh ra trong quá trình amôn hoá có tác dụng độc đôi với người và động vật. Ví dụ Aladeaminose như histamin, armatin…đó chính là nguyên nhân bị nhiễm độc thức ăn thịt cá thiu thối hoặc thịt hộp để quá lâu (ô nhiễm thực phẩm)
Tỉ lệ C:N trong dất rất quan trọng dối với nhóm vi sinh vật phân huỷ protein

_ Nếu như tỉ lệ này quá cao, trong đất quá ít đạm vi sinh vật sẽ tranh chấp thức ăn đạm đối với cây trồng, chúng phân huỷ được bao nhiêu là hấp thu bấy nhiêu.

_ Nếu tỉ lệ C:N quá thấp, đạm dư thừa, quá trình phân huỷ sẽ chậm lại, cây trồng không có đạm khoáng để hấp thu .

_ Tỉ lệ C:N bằng 20 là thích hợp nhất cho quá trình amôn hoá protein, có lợi nhất đối với cây trồng.

Nhiều VSV có khả năng amon hoá protein : vk, vi nấm, xạ khuẩn

Quá trình nitrate hóa

Sau quá trình amon hóa NH₃, một phần phản ứng với các anion trong đất tạo thành các muối amon. Một phần muối amon cũng được cây trồng hấp thụ, phần còn lại được oxi hóa thành nitrate gọi là quá trình nitrate hóa

Nhóm VSV thực hiện quá trình này gọi chung là vi khuẩn nitrate hóa bao gồm 2 nhóm tiến hành qua 2 giai đoạn

Là quá trình oxi hóa NH₄⁺ thành NO₂^-

NH₄⁺ +3/2O₂ NO₂^- + H₂O + 2H + Q

Nhóm vk nitrate hóa gồm 4 chi khác nhau nitrosomonas, nitrosocystis, notrosolobus và notrosospira

Là quá trình oxi hóa NO₂^- thành NO₃^-

NO2- + ½ O2  NO3- + Q

_ Nhóm vi khuẩn tiến hành oxy hoá NO2- thành NO3- bao gồm 3 chi khác nhau: Nitrobacter, Nitrospira và Nitrococcus

Quá trình nitrate hóa là 1 khâu quan trong trong vòng tuần hoàn nitrogen nhưng đối với nông nghiệp nó co nhiều bất lợi

Là quá trình các hợp chất đạm dạng nitrate ở trong đất rất dễ bị khử biến thành nitrogne phân tử

Phản ứng khử NO3- thành N2 chỉ xảy ra trong điều kiện kị khí

_ Nhóm vi sinh vật thực hiện quá trình phản nitrate hoá phân bố rộng rãi trong đất. Thuộc nhóm tự dưỡng hoá năng có Thiobacillus denitrificans, Hydrogenomonas

_ đối với nông nghiệp quá trình phản nitrate hoá là một quá trình bất lợi vì nó làm cho đất mất đạm

Quá trình cố định nitơ sinh học là một quá trình khử N2 thành NH3 dưới tác dụng của men nitrogenase sinh ra bởi vi sinh vạt.

NH3 được hình thành đến một mức độ nào đó sẽ kìm hãm sự hoạt động của nitrogenase, nó chính là yếu tố điều hoà hoạt tính của enzyme.

Tại nốt sần, vi khuẩn tiến hành quá trình cố định nitơ, sản phẩm cố định được 1 phần sử dụng cho vi khuẩn, 1 phần sử dụng cho cây

_ Rhizobium

Vi khuẩn nốt sần thuộc loại vk hiếu khí, ưa pH trung tính hoặc hơi kiềm, thích hợp với nhiệt độ 28 – 30 ⁰C, độ ẩm 60- 80%.

_ Chúng có khả năng đồng hoá các nguồn carbon khác nhau như các loại đường đơn,đường kép, acid hữu cơ,glycerin v.v...

_ Trong đất có hai họ vi khuẩn chủ yếu: Azotobacter, Clostridium

Azotobacter trong môi trường nhân tạo có đặc tính đa

hình:

_ Khi già Azotobacter mất khả năng di động, tế bào chuyển thành dạng hình cầu, xung quanh được bao bọc bởi một lớp vỏ nhày

_ Clostridium là một loại vi khuẩn kị khí sống tự do trong đất có khả năng hình thành bào tử. loài phổ biến nhất trong đất là Clostridium pasteurianum

_ Khi còn non có khả năng di động bởi tiên mao.

_ Khi già mất khả năng di động. Khi hình thành bào tử thường có hình con thoi do bào tử hình thành lớn hơn kích thước tế bào.

3. Bùn hoạt tính và vai trò của các vi sinh vật hiện diện trong bùn hoạt tính?

• 
  Là quá trình xử lý sinh học hiếu khí, trong đó vi sinh vật với mật độ cao mới được tạo thành được trộn đều với nước thải trong bể hiếu khí
  
• 
  Bùn hoạt tính gồm những sinh vật sống kết lại thành dạng hạt hoặc dạng bông với trung tâm là các chất rắn lơ lửng
  
• 
  Bùn hiếu khí ở dạng bông bùn vàng nâu, dễ lắng là hệ keo vô định hình còn bùn kỵ khí ở dạng bông hoặc dạng hạt màu đen
  
• 
  Những sinh vật sống trong bùn là vi khuẩn đơn bào hoặc đa bào, nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn, các động vật nguyên sinh và động vật khác
  

• 
  vi khuẩn đơn bào hoặc đa bào
  
• 
  nấm men,
  
• 
  nấm mốc,
  
• 
  xạ khuẩn,
  
• 
  các động vật nguyên sinh
  
• 
  và động vật khác
  

• 
  Gồm các nhóm:
  

• 
  A. eutrophos có khả năng loại bỏ đến 99% Cadmium trong môi trường và có thể xử lý một số kim loại nặng như arsen, chrom, thủy ngân …
  
• 
  A. feacalis là chủng vi khuẩn phản nitrate có khả năng khử nitrate thành N2O
  
• 
  Một số chủng Alcaligenes có khả năng phân giải O - nitrobenzaldehyde
  
• 
  Alcaligenes sp. có khả năng khử phenol trong nước thải đến 99% và làm giảm 40% COD trong nước thải.
  

2. Achromobacter

• 
  Có khả năng phân hủy pyridine và các hợp chất nitrogen khác vòng (NHC)
  
• 
  Có khả năng phân hủy và khử độc đối với endosulfan trong đất
  
• 
  Achromobacter có thể được phân lập từ đất nhiễm pentachlorophenol và xử lý được một số hợp chất của phenol
  
• 
  Có thể chuyển hóa một số kim loại nặng trong đất, xỉ như chrom
  
• 
  Có khả năng khử màu của malachite green và phân hủy methylhydrazine trong nước thải
  

3. Pseudomonas

• 
  P.stutzeri có khả năng loại nitơ từ NO3- giải phóng N2.
  
• 
  P.stutzeri có thể phân hủy maltose và tinh bột nhưng không phân hủy gelatin.
  
• 
  Là vi khuẩn hiếu khí, phân bố rộng rãi trong các vùng địa lý nhưng được tìm thấy chủ yếu trong đất và nước.
  
• 
  Chúng có khả năng chuyển hóa, làm giảm các chất độc cho môi trường và các hợp chất có trọng lượng phân tử cao như polyethylene glycols.
  
• 
  Một vài dòng có thể chuyển hóa các hợp chất thơm như naphthalene và mathylnapthalenes Hai hợp chất thơm này hiện diện nhiều trong dầu thô, là chất có tiềm năng gây độc.
  
• 
  Có khả năng là giảm nitrate chuyển khí N2.
  
• 
  Có thể ứng dụng vào xử lý môi trường nước vì có khả năng khử đạm mạnh trong nước thải ao cá tra ở Đồng Bằng Sông Cửu Long và ứng dụng nó vào xử lý nước thải vì nó khả năng khử nguồn đạm trong nước để giảm thiểu ô nhiễm
  

• 
  A. crystallopoites có khả năng khử các phân tử chrom hóa trị 6 trong đất
  
• 
  A. chlorophenolicus có khả năng phân hủy 4 – chlorophenol ở nồng độ cao và chúng cũng có thể phân hủy được các hợp chất thơm bao gồm các hợp chất đồng vòng như hydroxybenzoate cũng như các hợp chất khác vòng như pyridine và pycoline
  
• 
  Arthrobacter sp. H65-7 sản xuất ra enzyme inulase II để chuyển hóa inulin thành difructose anhydride
  

5. Flavobacterium

• 
  Có khả năng xử lý nylon – là một sản phẩm do con người tạo ra do sản xuất enzyme nylonase
  
• 
  Flavobacterium haoranii có khả năng phân hủy cypermethrin – một loại thuốc diệt côn trùng, gây ảnh hưởng đến hệ thần kinh
  

6. Citromonas

7. Zooglea

Có khả năng sinh ra bao nhầy xung quanh tế bào có tác dụng gắn các tế bào vi khuẩn, các hạt lơ lửng khó lắng, các chất màu, chất gây mùi à hạt bông cặn

4. Mô tả các giai đoạn xử lý nước thải của bùn hoạt tính

Quá trình xử lý nước thải của bùn hoạt tính

Xảy ra gồm 3 giai đoạn:

• 
  Giai đoạn 1: Bùn hoạt tính hình thành và phát triển
  
• 
  Giai đoạn 2: Sự phát triển ổn định của VSV
  
• 
  Giai đoạn 3: Kết thúc quá trình làm việc của aerotank
  

Giai đoạn 2: Vi sinh vật phát triển ổn định, hoạt lực enzym đạt Max và kéo dài trong thời gian tiếp theo. Tốc độ phân hủy chất hữu cơ đạt Max, các chất hữu cơ bị phân hủy nhiều nhất. Tốc độ tiêu thụ oxy gần như không thay đổi sau một thời gian khá dài.

Giai đoạn 3: Tốc độ tiêu thụ oxy có chiều hướng giảm dần và sau đó lại tăng lên. Tốc độ phân hủy chất bẩn hữu cơ giảm dần và quá trình Nitrat hóa amoniac xảy ra. Sau cùng, nhu cầu tiêu thụ oxy lại giảm và quá trình làm việc của Aerotank kết thúc.

5. Phương pháp lọc sinh học và kết cấu của vi sinh vật trong màng sinh học

• 
  Thiết bị lọc sinh học là thiết bị được bố trí đệm và cơ cấu phân phối nước cũng như không khí.
  
• 
  Trong thiết bị lọc sinh học, nước thải được lọc qua lớp vật liệu bao phủ bởi màng vi sinh vật.
  
• 
  Các vi khuẩn trong màng sinh học thường có hoạt tính cao hơn vi khuẩn trong bùn hoạt tính. Màng sinh học hiếu khí là một hệ vi sinh vật kỵ khí tùy nghi.
  
• 
  Màng sinh vật là phương pháp lợi dụng quần thể VSV dính vào bề mặt chất rắn để hình thành nên màng sinh vật
  
• 
  Có kết cấu xốp, nhiều lỗ nhỏ, diện tích bề mặt lớn à có tác dụng hấp phụ rất mạnh
  
• 
  Khi màng sinh vật dày thêm, những lớp màng già cỗi bị bóc ra và thay thế màng mới.
  

• 
  Lớp bên ngoài là lớp vi khuẩn hiếu khí như trực khuẩn Bacillus
  
• 
  Lớp giữa là vi khuẩn kỵ khí tùy nghi như Alcaligenes, Pseudomonas, Flavobacterium, Micrococus và cả Bacillus.
  
• 
  Lớp sâu bên trong màng là các vi khuẩn kỵ khí khử S và nitrate như Desulfovibrio
  
• 
  Lớp cuối cùng của màng là động vật nguyên sinh và một số sinh vật khác.
  

6. Nêu cơ sở lý thuyết của quá trình xử lý kỵ khí