VI KHUẨN VÀ SINH VẬT KHÁC TRONG NƯỚC THẢI

Các vi sinh vật hiện diện trong nước thải bao gồm các vi khuẩn, vi rút, nấm, tảo, nguyên sinh động vật, các loài động và thực vật bậc cao. Các vi khuẩn trong nước thải có thể chia làm 4 nhóm lớn: nhóm hình cầu (cocci) có đường kính khoảng 1  3 m; nhóm hình que (bacilli) có chiều rộng khoảng 0,3  1,5 m chiều dài khoảng 1  10,0 m (điển hình cho nhóm này là vi khuẩn E. coli có chiều rộng 0,5m chiều dài 2 m); nhóm vi khuẩn hình que cong và xoắn ốc, vi khuẩn hình que cong có chiều rộng khoảng 0,6  1,0 m và chiều dài khoảng 2  6 m; trong khi vi khuẩn hình xoắn ốc có chiều dài có thể lên đến 50 m; nhóm vi khuẩn hình sợi có chiều dài khoảng 100 m hoặc dài hơn. Các vi khuẩn có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ trong tự nhiên cũng như trong các bể xử lý. Do đó đặc điểm, chức năng của nó phải được tìm hiểu kỹ. Ngoài ra các vi khuẩn còn có khả năng gây bệnh và được sử dụng làm thông số chỉ thị cho việc ô nhiễm nguồn nước bởi phân. Điều này sẽ bàn kỹ trong phần sau.

VI KHUẨN VÀ SINH VẬT KHÁC TRONG NƯỚC THẢI

Các vi sinh vật hiện diện trong nước thải bao gồm các vi khuẩn, vi rút, nấm, tảo, nguyên sinh động vật, các loài động và thực vật bậc cao

Các vi khuẩn trong nước thải có thể chia làm 4 nhóm lớn:

- nhóm hình cầu (cocci) có đường kính khoảng 1 ÷ 3 µm;

- nhóm hình que (bacilli) có chiều rộng khoảng 0,3 ÷ 1,5 µm chiều dài khoảng 1 ÷ 10,0 µm (điển hình cho nhóm này là vi khuẩn E coli có chiều rộng 0,5µm chiều dài 2 µm); nhóm vi khuẩn hình que cong và

xoắn ốc, vi khuẩn hình que cong có chiều rộng khoảng 0,6 ÷ 1,0 µm và chiều dài khoảng 2 ÷ 6 µm;

- trong khi vi khuẩn hình xoắn ốc có chiều dài có thể lên đến 50 µm;

- nhóm vi khuẩn hình sợi có chiều dài khoảng 100 µm hoặc dài hơn Các vi khuẩn có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ trong tự nhiên cũng như trong các bể xử lý Do đó đặc điểm, chức năng của nó phải được tìm hiểu kỹ Ngoài ra các vi khuẩn còn có khả năng gây bệnh và được sử dụng làm thông số chỉ thị cho việc ô nhiễm nguồn nước bởi phân Điều này sẽ bàn kỹ trong phần sau

Nấm có cấu tạo cơ thể đa bào, sống hiếu khí, không quang hợp và là loài hóa dị dưỡng Chúng lấy dưỡng

chất từ các chất hữu cơ trong nước thải Cùng với vi khuẩn, nấm chịu trách nhiệm phân hủy các chất hữu

cơ có trong nước thải Về mặt sinh thái học nấm có hai ưu điểm so với vi khuẩn: nấm có thể phát triển trong điều kiện ẩm độ thấp và pH Không có sự hiện diện của nấm, chu trình carbon sẽ chậm lại và các chất thải hữu cơ sẽ tích tụ trong môi trường

Tảo gây ảnh hưởng bất lợi cho các nguồn nước mặt vì ở điều kiện thích hợp nó sẽ phát triển nhanh bao

phủ bề mặt ao hồ và các dòng nước gây nên hiện tượng "tảo nở hoa" Sự hiện diện của tảo làm giảm giá trị của nguồn nước sử dụng cho mục đích cấp nước bởi vì chúng tạo nên mùi và vị

Nguyên sinh động vật có cấu tạo cơ thể đơn bào, hầu hết sống hiếu khí hoặc yếm khí không bắt buộc chỉ

có một số loài sống yếm khí Các nguyên sinh động vật quan trọng trong quá trình xử lý nước thải bao gồm các loài Amoeba, Flagellate và Ciliate Các nguyên sinh động vật này ăn các vi khuẩn và các vi sinh vật khác do đó, nó đóng vai trò quan trọng trong việc cân bằng hệ vi sinh vật trong các hệ thống xử lý sinh học Một số nguyên sinh động vật gây bệnh cho người như Giardalamblia và Cryptosporium

Động vật và thực vật bao gồm các loài có kích thước nhỏ như rotifer đến các loài giáp xác có kích thước

lớn Các kiến thức về các loài này rất hữu ích trong việc đánh giá mức độ ô nhiễm của các nguồn nước cũng như độc tính của các loại nước thải

Vi rút là các loài ký sinh bắt buộc, các loại vi rút phóng thích ra trong phân người có khả năng lây truyền bệnh rất cao Một số loài có khả năng sống đến 41 ngày trong nước và nước thải ở 20oC và 6 ngày trong nước sông bình thường

Nước thải có chứa một lượng khá lớn các sinh vật gây bệnh bao gồm vi khuẩn, vi rút, nguyên sinh động vật và các loại trùng Nguồn gốc chủ yếu là trong phân người và gia súc

Năm 1986, Shuval và các cộng sự viên đã xếp loại các nhóm vi sinh vật này theo mức độ gây nguy hiểm của nó đối với con người Ông cũng đưa ra nhận xét là các tác hại lên sức khỏe con người chỉ xảy ra đáng

kể khi sử dụng hoặc phân tươi hoặc phân lắng chưa kỹ, và các biện pháp xử lý thích đáng sẽ góp phần đáng kể trong việc bảo vệ sức khỏe con người

Xem ảnh một số vi sinh vật sống trong các nguồn nước

Các vi sinh vật chỉ thị việc nhiễm bẩn nguồn nước bởi phân

Coliforms và Fecal Coliforms: Coliform là các vi khuẩn hình que gram âm có khả năng lên men lactose

để sinh ga ở nhiệt độ 35 ± 0.5 oC , coliform có khả năng sống ngoài đường ruột của động vật (tự nhiên), đặt biệt trong môi trường khí hậu nóng Nhóm vi khuẩn coliform chủ yếu bao gồm các giống như Citrobacter, Enterobacter, Escherichia, Klebsiella và cả Fecal coliforms (trong đó E Coli là loài thường dùng để chỉ định việc ô nhiễm nguồn nước bởi phân) Chỉ tiêu tổng coliform không thích hợp để làm chỉ tiêu chỉ thị cho việc nhiễm bẩn nguồn nước bởi phân Tuy nhiên việc xác định số lượng Fecal coliform có thể sai lệch

do có một số vi sinh vật (không có nguồn gốc từ phân) có thể phát triển ở nhiệt độ 44 oC Do đó số lượng E.

coli được coi là một chỉ tiêu thích hợp nhất cho việc quản lý nguồn nước.

Fecal streptococci: nhóm này bao gồm các vi khuẩn chủ yếu sống trong đường ruột của động vật như Streptococcus bovis và S equinus; một số loài có phân bố rộng hơn hiện diện cả trong đường ruột của

người và động vật nhu S faecalis và S faecium hoặc có 2 biotype (S faecalis var liquefaciens và loại S

faecalis có khả năng thủy phân tinh bột) Các loại biotype có khả năng xuất hiện cả trong nước ô nhiễm

và không ô nhiễm Việc đánh giá số lượng Faecal streptococci trong nước thải được tiến hành thường xuyên; tuy nhiên nó có các giới hạn như có thể lẫn lộn với các biotype sống tự nhiên; F streptococci rất

dễ chết đối với sự thay đổi nhiệt độ Các thử nghiệm về sau vẫn khuyến khích việc sử dụng chỉ tiêu này, nhất là trong việc so sánh với khả năng sống sót của Salmonella Ở Mỹ, số lượng 200 F coliform/100 mL

là ngưỡng tới hạn trong tiêu chuẩn quản lý các nguồn nước tự nhiên để bơi lội.

Clostridium perfringens: đây là loại vi khuẩn chỉ thị duy nhất tạo bào tử trong môi trường yếm khí; do đó

nó được sử dụng để chỉ thị các ô nhiễm theo chu kỳ hoặc các ô nhiễm đã xảy ra trước thời điểm khảo sát

do độ sống sót lâu của các bào tử Trong việc tái sử dụng nước thải chỉ tiêu này được đánh giá là rất hiệu quả, do các bào tử của nó có khả năng sống sót tương đương với một số loại vi rút và trứng ký sinh trùng.

Việc phát hiện, xác định từng loại vi sinh vật gây bệnh khác rất khó, tốn kém thời gian và tiền bạc Do đó

để phát hiện nguồn nước bị ô nhiễm bởi phân người ta dùng các chỉ định như là sự hiện diện của Fecal

Coliforms, Fecal Streptocci, Clostridium perfringens và Pseudomonas acruginosa Cũng cần phải nói

thêm rằng mối quan hệ giữa sự chết đi của các vi sinh vật chỉ thị và vi sinh vật gây bệnh chưa được thiết lập chính xác Ví dụ khi người ta không còn phát hiện được Fecal Coliform nữa thì không có nghĩa là tất

cả các vi sinh vật gây bệnh đều đã chết hết Trong quá trình thiết kế các hệ thống xử lý các nhà khoa học

và kỹ thuật phải hạn chế tối đa các ảnh hưởng của chất thải tới sức khoẻ cộng đồng Mỗi nước, mỗi địa phương thường có những tiêu chuẩn riêng để kiểm tra khống chế Do kinh phí và điều kiện có giới hạn các Sở KHCN & MT thường dùng chỉ tiêu E coli hoặc tổng coliform để qui định chất lượng các loại nước thải.

Xếp loại các vi sinh vật có trong phân người và gia súc theo mức độ nguy hiểm

Mức độ nguy hiểm cao Ký sinh trùng (Ancylostoma, Ascaris, Trichuris và Taenia)

Mức độ nguy hiểm trung bình Vi khuẩn đường ruột (Chloera vibrio, Sallmonella typhosa,

Shigella và một số loại khác) Mức độ nguy hiểm thấp Các vi rút đường ruột

Số lượng coliform hay E coli được biểu diễn bằng số khả hữu MPN (Most Probable Number) Và sau khi

có kết quả nuôi cấy ta có thể dùng công thức Thomas để tính số MPN:

trong đó

Np: số ống nghiệm phát hiện coliform (possitive)

Vn: thể tích mẫu trong các ống nghiệm không phát hiện coliform (negative)

Vt: tổng thể tích mẫu trong tất cả các ống nghiệm

Bài tập: Khi nuôi cấy để xác định số lượng coliform, người ta có các kết quả sau

Thể tích mẫu (mL) Ống dương tính Ống âm tính

Số ống dương tính:

4 + 4 + 2 + 0 = 10

Thể tích mẫu trong các ống âm tính:

(1 × 10) + (1 × 1,0) + (3 × 0,1) + (5 × 0,01) = 11,35 mL

Thể tích mẫu trong tất cả các ống:

(5 × 10) + (5 × 1,0) + (5 × 0,1) + (5 × 0,01) = 55,55 mL

Số coliform khả hữu/100mL mẫu

Việc xác định các vi sinh vật gây bệnh chủ yếu

Các loài này chỉ xác định được trong phòng thí nghiệm bởi những kỹ thuật viên với trình độ thích hợp

Salmonella spp.: một vài loài Salmonella có thể hiện hiện trong nước thải đô thị, kể cả S typhi (gây bệnh

thương hàn) Doran et al, 1977 cho rằng số lượng 700 Salmonella/L; khoảng chừng đó Shigellae và khoảng 1.000 Vibrio cholera/L thường phát hiện trong nước thải đô thị của khu vực nhiệt đới Shigellae

và Vibrio cholera nhanh chóng chết đi khi thải ra môi trường Do đó nếu chúng ta sử dụng một biện pháp

xử lý nào đó để loại được Salmonella thì cũng có thể bảo đảm là phần lớn các vi khuẩn kia đã bị tiêu diệt.

Enteroviruses: có thể gây các bệnh nguy hiểm như sởi, viêm màng não.

Rotaviruses: gây bệnh vùng vị trường Số lượng của chúng tương đối thấp hơn enteroviruses Người ta đã

chứng minh được rằng việc loại bỏ các loài vi rút có quan hệ mật thiết với việc loại bỏ các chất rắn lơ lửng

Ký sinh trùng: thường thì các bệnh ký sinh trùng chủ yếu là do Ascaris lumbricoides, trứng của loài ký

sinh trùng này có kích thước lớn (45 ÷ 70µm × 35 ÷ 50 µm) và các phương pháp để xác định ký sinh trùng

đã được thiết lập bởi WHO, 1989

Các vi sinh vật chỉ thị dùng để quản lý cho các nguồn nước có mục đích sử dụng khác nhau

Mục đích sử dụng của nguồn nước Vi sinh vật chỉ thị

Nguồn nước ngọt cho các dịch vụ

E coli Enterococci

Nguồn nước lợ cho các dịch vụ giải

trí

Fecal coliform

Coliform tổng số (Total coliform)

Enterococci

Khu vực sinh trưởng của các loài ốc,

sò

Fecal coliform

Coliform tổng số (Total coliform) Tưới tiêu trong nông nghiệp Coliform tổng số (Total coliform) cho nước thải đã xử lý

Nước thải sau khi khử trùng Fecal coliform

Coliform tổng số (Total coliform)

Đôi khi chúng ta cần phải xác định là nguồn nước bị nhiễm bẩn bởi phân người hay phân gia súc để

có những biện pháp quản lý thích hợp Khi đó người ta thường sử dụng tỉ lệ Fecal coliform trên Fecal streptococci Các số liệu về tỉ lệ Fecal coliform/Fecal streptococci được trình bày trong bảng 1.7

Số lượng các vi sinh vật chỉ thị trên đầu người và đầu gia súc

Sinh

vật

TB mật độ cá thể/g phân TB số cá thể cho ra/đầu.24 h

Fecal coliform (10 6 )

Fecal streptococci (10 6 )

Fecal coliform (10 6 )

Fecal streptococci (10 6 )

Tæ leä FC/FS

Bò 0,23 1,3 5.400 31.000 0,2

Gà

lôi

Qua bảng 1.7 chúng ta thấy tỉ lệ FC/FS của các gia súc, gia cầm đều dưới 1 trong khi tỉ lệ FC/FS của người lớn hơn 4 Nếu FC/FS nằm trong khoảng từ 1 ÷ 2 và mẫu được lấy cận khu vực nghi ngờ bị ơ nhiễm bởi phân, ngưới ta cĩ thể suy luận là nguồn nước bị ơ nhiễm bởi cả phân người và phân gia súc Để việc suy luận đạt được độ tin cậy, các điều kiện sau đây phải được thỏa:

• pH của mẫu phải từ 4 ÷ 9 để bảo đảm khơng cĩ ảnh hưởng xấu đến cả hai nhĩm vi khuẩn này

• Mỗi mẫu phải được đếm í nhất 2 lần

• Để giảm thiểu sai số do tỉ lệ chết khác nhau, mẫu phải được lấy tại nơi cách nguồn gây ơ nhiễm khơng quá 24 h (tính theo vận tốc dịng chảy)

• Chỉ những cá thể Fecal coliform phát hiện ở phép thử ở 44oC mới được dùng để tính tỉ lệ FC/FS

L

oại và số lượng các vi sinh vật trong nước thải sinh hoạt chưa xử lý

Tổng coliform 10 5 - 10 6

Fecal coliform 10 4 - 10 5

Fecal streptococci 10 5 - 10 4

Salmonella 10 - 10 Pseudomonas aeroginosa 10 1 - 10 2

Clostrium perfringens 10 1 - 10 3

Mycobacterium tuberculosis Hiện diện Cyst nguyên sinh động vật 10 1 - 10 3

Cyst của Giardia 10 -1 - 10 2

Cyst của Cryptosporium 10 -1 - 10 1

Trứng ký sinh trùng 10 -2 - 10 1

Vi rút đường ruột 10 1 - 10 2

Mức độ nhiễm bẩn vi sinh vật của nguồn nước phụ thuộc nhiều vào tình trạng vệ sinh trong khu dân cư và nhất là các bệnh viện Đối với nước thải bệnh viện, bắt buộc phải xử lý cục bộ trước khi xả vào hệ thống thoát nước chung hoặc trước khi xả vào sông hồ

Nguồn nước bị nhiễm bẩn sinh học không sử dụng để uống được, thậm chí nếu số lượng vi khuẩn gây bệnh đủ cao thì nguồn nước này cũng không thể dùng cho mục đích giải trí như bơi lội, câu cá được Các loài thủy sản trong khu vực ô nhiễm không thể sử dụng làm thức ăn tươi sống được vì nó là ký chủ trung gian của các ký sinh trùng gây bệnh

Số lượng 1 số vi sinh vật gây bệnh trong phân và nước cống rãnh

(của một cộng đồng 50.000 dân ở nhiệt đới)

Vi sinh vật gây bệnh Tỉ lệ nhiễm

(%) (a)

Số VSV/g phân (b)

Tổng VSV/ 1 người bị nhiễm/ ngày ( = 100 g phân) (c)

Tổng VSV/ngày của TP

Nồng độ/L trong nước cống rãnh (b)

Vi rút

Vi khuẩn

E.Coli (e) ? 10 10 ? ?

Protozoa

Ký sinh trùng

Nguồn: Feachem et al 1983, trích bởi Chongrak 1989

? Không có số liệu chính xác

a Tỉ lệ nhiễm nhưng chưa có triệu chứng bệnh

b Những VSV dưới đây có khả năng tồn tại ngoài cơ thể chủ khác nhau Một vài loài chết nhanh chóng ngay sau khi thải ra Lượng VSV ở trong nước cống rãnh được tính toán dựa trên cơ sở mỗi người sử dụng

100 lít nước/ngày và 90% lượng VSV trong phân đã bị vô hiệu hóa sau vài phút kể từ lúc phân được thải

ra ngoài

c Giả sử rằng trung bình mỗi ngày một người thải ra 100g

d Tính luôn polio, echo và coxsackieviruses

e Tổng các loại E.Coli

f Số lượng trứng ký sinh thải ra

g Ancyclostoma duodenale và Necator americanes

Đặc tính của nước thải sinh hoạt (mg/L)

Nguồn: Metcalf and Eddy, 1979, trích bởi Chongrak 1989