ứng dụng công nghệ sinh học xử lý ô nhiễm môi trường nước

Các vi sinh vật gây bệnh có trong nước• Những loại vi khuẩn gây bệnh đường ruột cho người, gia súc, gia cầm là:  trực khuẩn đường ruột Escherichia  vi khuẩn bệnh thương hàn và phó t

CHƯƠNG II: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ

SINH HỌC XỬ LÝ Ô NHIỄM

MÔI TRƯỜNG NƯỚC

Ths Nguyễn Thị Bích ThủyKhoa Chăn Nuôi Thú Y

I.VI SINH VẬT GÂY BỆNH VÀ CHỈ TIÊU VỆ SINH VỀ VI SINH VẬT TRONG NƯỚC CẤP SINH HOẠT

1.1 Các vi sinh vật gây bệnh có trong nước

• Có rất nhiều loại bệnh truyền nhiễm liên quan đến nước

• Trong số những bệnh truyền nhiễm qua nước thì những

bệnh đường ruột chiếm nhiều nhất

• Đa số các loài vi khuẩn gây bệnh đường ruột đều giống nhau về hình thái, sinh lý và thuộc họ Enterbacteriaceae.

1.1 Các vi sinh vật gây bệnh có trong nước

• Những loại vi khuẩn gây bệnh đường ruột cho người, gia súc, gia cầm là:

 trực khuẩn đường ruột (Escherichia)

 vi khuẩn bệnh thương hàn và phó thương hàn - typho và

paratyphos (Salmonella)

 vi khuẩn bệnh lỵ Disenterie (Shigella)

 vi khuẩn bệnh tả là vibrio cholerae

Một số trực khuẩn đường ruột ( Escherichia coli)

• Ecoli E.coli bacteria

Một số hình ảnh về vi khuẩn E.coli

• Ecoli EHEC E.coli đang bơi trong ruột

1.1 Các vi sinh vật gây bệnh có trong nước

Nhóm trực khuẩn đường ruột đặt biệt rất nguy hiểm vì:

- Dễ thích nghi với cơ thể người và động vật

- Bền vững cả với dịch vị

- Tồn tại hàng tuần thậm chí hàng mấy tháng trong Trong điều kiện tự nhiên

• Loại vi khuẩn Salmonella là loại gây bệnh thương hàn typhos và paratyphos

• Loại typhos chỉ gây bệnh đối với người; Còn

paratyphos gây bệnh cả đối với người lẫn động vật

• Salmonella rất phổ biến trong thiên nhiên.

• Salmonella tự bảo tồn ở nước sông trong 6 tháng, ở nước băng giá suốt mùa đông, ở nước giếng khơi trong 4 tháng, ở nước cấp thành phố dưới 3 tháng

Salmonella

Một số hình ảnh về Samonella

• Vi khuẩn Shigella xâm nhập vào cơ thể qua miệng rồi

phát triển ở niêm mạc đại tràng

• Khi tế bào vi khuẩn chết, giải phóng nội độc tố Độc tố ngấm vào thần kinh và phản ứng lại gây tổn thương ruột

• Khi bệnh phát ra thì thường bị ỉa chảy có máu lẫn mũi

• Trực khuẩn lỵ Shigella có thể truyền do tiếp xúc trực tiếp, qua thức ăn nước uống, đặc biệt là do ruồi nhặng

Vi khuẩn Shigella • So với Salmonella thì

Shigella không bền vững

bằng Nhưng nó có thể

chịu đựng được ở nhiệt

độ thấp tới hàng tháng

• Chúng có thể tồn tại ở nước sông tới 3 tháng, ở nước cấp thành phố 1 tháng, ở nước thải 1 tuần

• Vi khuẩn vibrion xâm nhập vào cơ thể bằng thực đạo, phát triển ở niêm mạc tiểu tràng, giải phóng nội độc tố

gây ra một loạt triệu chứng điển hình: lượng nước ngưng tụ rất lớn (tới 30 lít/ngày đêm), nôn mửa và đi ngoài lỏng

• Cơ thể bị mất nước nghiêm trọng, cường độ các quá trình gây oxy hoá giảm và các sản phẩm chưa kịp cháy hết (CO2) sẽ đọng lại ở các mô

Vi khuẩn Vibrion

Vi khuẩn Vibrion

• Vibrio cholerae. • Vi khuẩn Vibrion gây bệnh tả

Cholera: Đây là điển hình của

bệnh truyền nhiễm qua nước

• Dịch tả là bệnh rất khủng khiếp, lan truyền nhanh và có

tỷ lệ tử vong cao.

• Ở nước biển phẩy khuẩn tả còn có thể sống lâu hơn, có

thể sinh sản với tốc độ cao hơn ở nước ngọt

Một số bệnh lây truyền qua nước

Bệnh do Leptospira:

- Là bệnh điển hình truyền qua nước

- Nhiễm bệnh này là do dùng nước bị nhiễm khuẩn do tắm

- Nước bị nhiễm khuẩn là do chuột đưa vào

- Leptospira tồn tại được 5 tháng

ở nước sông, 2 tháng ở nước giếng.

• Vi khuẩn Leptospira

Một số bệnh lây truyền qua nước

Bệnh bại liệt – Polyomealit:

 thường xảy ra ở trẻ em

 Bệnh do virut xâm nhập vào

các cơ quan hệ tiêu hoá

 Loại virut này rất bền vững Nó

chịu đựng được điều kiện khô

ráo, nhiệt độ thấp, đun sôi tới

60 o C là chết trong vòng 15 đến

20 phút

 Các chất sát trùng ở nồng độ

thường dùng đều tiêu diệt

được virut bại liệt.

Một số bệnh lây truyền qua nước

Bệnh Tularê :

• Do trực khuẩn đường ruột

Francisella tularensis gây ra

• Trực khuẩn này có ở trong đất

và nước

• Bệnh này truyền bằng nhiều

đường nhưng phần lớn truyền

•

Một số bệnh lây truyền qua nước

• Bệnh tích của bệnh Tularê trên người

Một số bệnh lây truyền qua nước

 KST Eltamoeba histolytica • Bệnh lỵ amip (amebs )

 trong thời gian ấm cũng diễn

ra như bệnh lỵ thường

 Amip lỵ thường gặp trong nước, đất và trong cơ thể người

 Amip gây bệnh lỵ có tên là

Eltamoeba histolytica

1.2 Những chỉ tiêu vệ sinh về VSV nước

2.1 Những khái niệm chung về VSV chỉ thị vệ sinh

2.2 Ý nghĩa của chỉ tiêu vệ sinh về trực khuẩn đường ruột2.3 Ý nghĩa của chỉ tiêu vệ sinh về vi sinh vật ưa nóng

2.4 Ý nghĩa chỉ tiêu vệ sinh về Thực khuẩn thể:(phage)

2.5 Ý nghĩa chỉ tiêu vệ sinh an toàn về giun

1.2 Những chỉ tiêu vệ sinh về VSV nước1

1.2.1 Những khái niệm chung về VSV chỉ thị vệ sinh

• Mục đích của việc kiểm tra vệ sinh trong nước là xác

định mức độ an toàn của nước đối với sức khoẻ con người và động vật

• Về mặt vi trùng học, phải tìm những loại VSV gây

bệnh truyền nhiễm cho người và động vật

• Có rất nhiều loại VSV gây bệnh tồn tại trong nước 

phân lập chúng trong nước là một việc làm rất khó, không thể thực hiện được

1.2.1 Những khái niệm chung về VSV chỉ thị vệ sinh

• Để có được kết quả phân tích ít nhất cũng phải mất 2 -3 tuần lễ (tức là khi dân chúng đã uống nước nhiễm trùng rồi)

• Vì vậy người ta đã cố gắng tìm ra một loại vi khuẩn điển hình nào dù đó là loại gây bệnh hay không gây bệnh

nhưng có trong phân người và động vật và đại diện cho tất cả các loại VSV gây bệnh trong nước

• Nói cách khác, sự có mặt của những vi sinh vật đại diện

trong nước cũng nói lên sự có mặt của những vi sinh vật gây bệnh khác trong nước, tức là nước bị nhiễm bẩn bởi phân người hoặc phân động vật

1.2.1 Những khái niệm chung về VSV chỉ thị vệ sinh

• Trong phân người và động vật thường xuyên có mặt ba loại vi sinh vật :

- Trực khuẩn đường ruột Escherichia coli

- Cầu khuẩn: Streptococcus

- Vi khuẩn yếm khí taọ nha bào: Clostridium

1.2.1 Những khái niệm chung về VSV chỉ thị vệ sinh

• Theo Huston và Klein:

- Trong 1ml nước thải sinh hoạt chứa từ 100.000 - 800.000 trực khuẩn đường ruột; từ 1000 - 60.000 cầu khuẩn và từ 100 đến 2000

vi khuẩn yếm khí tạo nha bào

- Tuy nhiên đây không phài là vấn đề chúng nhiều về số lượng , là giá trị chủ yếu của vi sinh vật chỉ thị về sự nhiễm phân là tốc độ chết của chúng phải xấp xỉ với tốc độ chết của đa số VSV khác

- Chỉ có loại VSV nào thường xuyên có trong phân người và động vật và tuân theo điều kiện trên mới có thể dùng làm chỉ tiêu về sự nhiễm bẩn do phân được.

1.2.1 Những khái niệm chung về VSV chỉ thị vệ sinh

• Trong 3 loại vi khuẩn có trong phân:

- Vi khuẩn nhóm Clostridium bảo tồn trong nước lâu hơn những VSV gây bệnh

- Cầu khuẩn lại chóng chết hơn

- Trực khuẩn đường ruột có thời gian bảo tồn trong nước gần giống những VSV gây bệnh khác

Do đó trực khuẩn đường ruột là chỉ tiêu vệ sinh chủ yếu về sự nhiễm bẩn nước.

1.2.1 Những khái niệm chung về VSV chỉ thị vệ sinh

• Ngoài ra người ta còn kiến nghị hai loại nữa là VSV ưa nóng và thực khuẩn thể (bacteriophage) làm hai chỉ tiêu phụ

• Tuy nhiên tất cả các chỉ tiêu vệ sinh trên đều gọi là chỉ tiêu gián tiếp vì chúng cho biết một cách gián tiếp về sự nhiễm nước bởi VSV gây bệnh

• Nếu khi có bệnh dịch xảy ra, các nhà VSV phải xác định

chính xác loại vi khuẩn nào gây ra bệnh dịch

• Khi đó gọi là chỉ tiêu vệ sinh trực tiếp về sự nhiễm bẩn nước

1.2 Những chỉ tiêu vệ sinh về VSV nước

1.2.1 Ý nghĩa của chỉ tiêu vệ sinh về trực khuẩn đường ruột

• Nhóm trực khuẩn đường ruột Escherichia Coli có rất nhiều

trong ruột già của người: từ 100 triệu đến 1 tỷ con trong 1 gam phân người.

• E.Coli có trong phân tất cả các loài súc vật, chim muông

hoang dại

• E.Coli theo phân thải ra môi trường

 E.Coli là chỉ tiêu vệ sinh rõ ràng, hiển nhiên về sự nhiễm bẩn môi trường do hoạt động của con người và động vật

1.2 Những chỉ tiêu vệ sinh về VSV nước

• Chuẩn độ coli (coli titre) là thể tích nhỏ nhất của nước

(tính bằng ml) trong đó chứa 1 Coli

• Chỉ số coli là số Coli chứa trong một lít nước

1.2.Những chỉ tiêu vệ sinh về VSV nước

1.2.2 Ý nghĩa của chỉ tiêu vệ sinh về vi sinh vật ưa nóng

• Để tăng sản lượng thu hoạch nông nghiệp, người ta thường dùng phân người, súc vật, nước thải để bón ruộng

• Những chất bón trên đều chứa rất nhiều trực khuẩn đường ruột và đều có thể dẫn đến nhiễm bẩn nguồn nước, nhất là nguồn nước ngầm

1.2.2 Ý nghĩa của chỉ tiêu vệ sinh về vi sinh vật

ưa nóng

• Khi có dịch xảy ra, người ta phải tìm nguyên nhân và cần biết rõ bệnh dịch xảy ra do bón ruộng bằng phân người hay súc vật

• Muốn vậy, ngoài chỉ tiêu về E.Coli người ta phải phân tích xác định lượng vi khuẩn ưa nóng

• Phân người và nước thải chứa rất ít vi khuẩn ưa nóng, nhưng phân súc vật - phân chuồng thì lại chứa rất nhiều

• Như thế người ta sẽ xác định được nguyên nhân của

sự nhiễm bẩn đất và nước thải là do bón loại phân nào

1.2 Những chỉ tiêu vệ sinh về VSV nước

1.2.3 Ý nghĩa chỉ tiêu vệ sinh về Thực khuẩn thể:(phage)

• Thực khuẩn thể (phage) sống ký sinh vào vi khuẩn

• Khi vắng mặt vi khuẩn tương ứng của thực khuẩn thể thì thực khuẩn thể vẫn tồn tại được khá lâu trong nước.

• Chúng chỉ chết khi không nhận được thức ăn mà thôi

• Vì vậy nếu phát hiện thấy thực khuẩn thể (ứng với loại VSV gây bệnh) trong nước thì chắc chắn cũng có VSV gây bệnh đã hay đang tồn tại.

1.2 Những chỉ tiêu vệ sinh về VSV nước

1.2.4 Ý nghĩa chỉ tiêu vệ sinh an toàn về giun

• Có hai loại giun sán là : giun sán địa chất và giun sán sinh học

• Giun sán địa chất là loại giun sán mà trong quá trình phát triển không cần nhờ vật chủ trung gian

• Giun sán sinh học là loại phải sống nhờ vào hai hoặc ba vật chủ trung gian

• Giun địa chất gồm: Giun đũa, giun kim, giun tóc Giun sinh học gồm giun búi, sán chỉ, sán xơ mít, giun xoắn

1.2.4 Ý nghĩa chỉ tiêu vệ sinh an toàn về giun

• Trong ruột người, động vật chứa rất nhiều trứng giun, trứng giun này theo phân ra môi trường bên ngoài - lẫn vào đất, nước, trái cây, rau tươi

• Môi trường bên ngoài (đất, nước) bị nhiễm bẩn bởi giun sán là do nhiễm phân chứa giun sán

• Từ đó chúng lại xâm nhập vào người, động vật và gây ra không ít những bệnh hiểm nghèo

1.3 Sự nhiễm bẩn nguồn nước, quá trình tự làm sạch của nước nguồn (sông, hồ)

• Sự nhiễm bẩn nguồn nước có thể do tự nhiên hoặc nhân

tạo.

• Các chất bẩn có thể ở dạng chất lơ lửng, keo, tan, chất độc,

vi sinh vật, sinh vật…

• Sự nhiễm bẩn tự nhiên là do mưa rơi xuống mặt đất, kéo

theo các chất bẩn xuống sông hồ hoặc do các sản phẩm sống, hoạt động phát triển của sinh vật, vi sinh vật - kể cả xác chết của chúng

• Sự nhiễm bẩn nhân tạo chủ yếu do nước thải vùng dân cư

đô thị, công nghiệp cũng như tàu thuyền xả ra.

1.4 Quá trình tự làm sạch của nguồn nước mặt

1.4.1 Quá trình tự làm sạch

1.4.2 Vai trò của các loài thủy sinh

trong quá trình

tự làm sạch nguồn nước:

1.4 Quá trình tự làm sạch của nguồn nước mặt

- Quá trình tự làm sạch 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

1.4 Quá trình tự làm sạch của nguồn nước mặt

1.4.2 Vai trò của các loài thủy sinh trong quá trình tự làm sạch nguồn nước:

• Thực vật phù du làm giàu oxy trong nước Thực vật phù

du là nguồn thức ăn cho các loài sinh vật ăn thực vật

• Những loài thực vật lớn cũng làm giàu oxy trong nước

và làm giảm lượng các chất dinh dưỡng, tham gia tích cực vào việc khử các sản phẩm dầu, các chất độc, dễ tách khỏi bùn nước

1.4.2 Vai trò của các loài thủy sinh trong quá trình tự làm sạch nguồn nước

• Vi khuẩn đóng vai trò chính trong quá trình phân hủy các chất hữu cơ

• Động vật phù du ăn thực vật và vi khuẩn, đồng thời cũng tham gia quá trình phân hủy các chất hữu cơ

• Các loại động vật phù du lớn ăn thực vật phù du, tham gia quá trình phân hủy chất hữu cơ Cá là tột đỉnh của các mức dinh dưỡng

1.5.Các quá trình vi sinh vật trong các công trình xử lý nước thiên nhiên

1.5.1 Lắng

1.5.2 Lọc nước

1.5 Các quá trình vi sinh vật trong các công trình xử lý nước thiên nhiên

1.5.1 Lắng:

• Khi lắng, những hạt lơ lửng nặng sẽ lắng xuống.

• Vi khuẩn hấp phụ và dính vào các hạt đó cũng dính và lắng theo

• Kết quả nồng độ các chất lơ lửng, lượng nitơ amôn, vi khuẩn giảm đi rất nhiều,

1.5.1 Lắng

• việc lắng nước được thực hiện trong các hồ sơ lắng

• Với thời gian, nước lưu lại trong đó 5-7 ngày thì lượng vi khuẩn đường ruột giảm tới 90%

• 10% còn lại có thể tồn tại được mấy tuần hoặc hàng tháng Khoảng thời gian này tùy thuộc mức độ trong sạch của nước

• Nước càng bẩn thì vi khuẩn gây bệnh càng chóng chết,

vì sẽ có sự đối kháng cạnh tranh giữa những loài vi sinh vật

Một số loại bể lắng

Sơ đồ cấu tạo bể lắng đứng Một dạng bể lắng đứng

Một số loại bể lắng

Bể lắng ngang Bể lắng ly tâm

SƠ ĐỒ CẤU TẠO BỂ LỌC NƯỚC

Một số loại vật liệu lọc nước

Sỏi thạch anh Hạt lọc Xifo

Than hoạt tính Cát man gan

1.5.2 Lọc nước

• Bể lọc chậm: Trong số các công trình xử lý

nước thiên nhiên thì bể lọc chậm là công trình liên quan nhiều nhất tới VSV.

- Lớp trên cùng của vật liệu lọc là lớp cát hạt nhỏ.

Ở đó sẽ giữ lại các hạt chất bẩn và hình thành

những quần lạc sinh vật , diễn ra các quá trình sinh học và làm sạch nước.

Bể lọc chậm

- Những quần lạc bao gồm nhiều nhất là những VSV khoáng hóa và một ít động thực vật phù du Tất cả những quần lạc sinh vật sẽ tạo nên màng sinh vật dày đặc

- Chiều dày của lớp cát có màng sinh vật này chỉ vài cm

- Yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả công tác của bể là: nhiệt

độ, vận tốc, kích thước hạt

+ Nếu hạt cát quá nhỏ thì bể nhanh chóng bị ứ tắc; + Nếu hạt quá lớn thì không giữ được các chất lơ lửng ở màng sinh vật mà đi theo nước lọc

Bể lọc chậm

từ 50-96%.

• Chúng sẽ hấp phụ rồi keo tụ với nhau và tạo thành bông cặn kết tủa

• Ở những điều kiện tĩnh, bông cặn sẽ lắng và kéo theo cả những vi khuẩn

• Những biện pháp khử trùng thông thường chỉ nhằm diệt các loại vi khuẩn không tạo nha bào vì các loại vi khuẩn liên quan đến đường truyền bệnh qua nước đều là những loại không tạo nha bào.

1.5.4 Khử trùng nước

1.5.4.1 Khử trùng nước bằng chlore

1.5.4.2 Khử trùng bằng các phương pháp khác

1.5.4.1 Khử trùng nước bằng chlore

• Cơ chế diệt trùng của chlore trong nước :

- Khi chlore hóa, chlore tác dụng với nước tạo thành hypoclorơ (HClO) Acid này không bền vững nên tạo ra oxy nguyên tử và oxy hóa tế bào của vi khuẩn

- Phản ứng diễn ra như sau: