THEO DÕI SỰ BIẾN ĐỘNG MẬT SỐ COLIFORM VÀ ESCHERICHIA COLI TRONG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM XỬ LÝ ĐẠM

Loại họptố Nước/0tếProteinH AND s ARN Na Số phân tử Ca loại phân tử tố kháctử Nguyên khô c Phân tử (1) bào N %pkhối lượng Hidrat Mg Số Fe Nguyên phân K Ca Lipit Chât hừu Các -chất Nước % chât khô 50 20 14 Lượng 15 - Các đại phân tử +Protein chứa(%) +Polysacchariđe +Lipid +ADN +ARN - Các đơn phân tử +Aminoaciđ tiền thể +Đường tiền +Nucleotid tiền thể - Các ion vô Tổng cộng - 1 1c 0,5 0,5 0,2 tử nhỏ vô 0,3 phân 2 96 khoảng 2.500 55 24.609.802 khoảng 1.850 2.350.000 2(2) 9,1 4.300 4(3) do.3,1 phần nước22.000.000 vi sinhMỎ tồn nước tự do.từ kết hợp Đa nhưtrong tế bào Mn, Ca ĐÀU vật Protein dạng tạo thành Nước axit amin tố khác p, Fe, Zn, 20,5 2,1 khoảng 660 phần nước liên kết 2001) (Nguyễn Lân Dũng, với hợp chất hữu cao phân tử tế bào (protein, lipit, 3,0 Q trình cơng nghiệp hóa - 350 hóa với gia tăng dân số đô thị 255.500 khoảng đại 0,5 cacbon ) khoảng 100 hidrat 1.1.2 làm suy dưỡng 50 sinh vật 2hiện Các dạng dinhgiảm chất lượng môi trường nghiêm trọng, khoảng vi hóa 0,5 Muối khống chiếm khoảng 2-5% khối lượng khơ tế bào Chúng thường khoảng 200 nguyênăn (chất dinh dường) phải nhu cầu thải chất dạng nguyên vấn đề 18 Thức nhân trực tiếp khoảng thoả mãn nước tồn100 dạng muối sunphat, photphat, cacbonat, clorua Trong tế bào chúng tố có thành phần tế bào vi sinh vật Trong thành phần gây nguy hại nước thải tác nhân sinh học thường thường dạng ion (Nguyễn Lân Dũng, 2001) có mức Trongnhiễm cao, sinh vật có nhiều dạng (kiểu) dinh Và khác Có độ giới vi kể qua hệ thống xử lý dưỡng thực trạng đáng lo b) dinh số minh Chất hữu CO’ giá trị coliform các chất khống đế tổng ngạilồi thìchứng dưỡng giống xanh (tự dường), dùngnguồn nước thải qua xử cho điều Chất cấu tử thành phần vi chế biến thực tạo nguyên tố coliform hợp nên cao, đặc sở vật Một số cấu khác chăn ni giống lý cịn rấtcác hữu cơbiệt tế bào củasinh thể chủ yếu lớn phẩm, dinh dườngnhư: c, động vật, thải đãThành phần hoá học ty (dị Sừa Hà Nội Bảng 2.3: có xử hữu làm thức phần dưỡng) nướcđó cầnqua chấtlý công củacố ăn tế bào vi khuấn vượt 480.000 lần so với Từ Nam, DNTN Nam Hải cần Thơ có thơng vật thành hai nhóm 10 vi tiêu chuẩn Việt kiếu dinh dường người ta chia vi sinh so coliform vượt quálớn: lần sinh cho dưỡng (http://tintuc.xalo.vn) Ngoài số chủng gây tiêu quan chuẩnvật tự phép vi sinh vật dị dường Nhóm thứ hai lớn, có vai trị chảy trọng tự nhiên Đó dụng phân huỷ chất hữu xử lý khoáng hoá Chi Escherichia coli (E coli) tác phát nước đãcơ hay (Đồ Hồng Lan vật chất tự Triết, Lâm Minh nhiên 2005) Nhu cầu vi sinh vật khác quan hệ với chất dinh dưỡng Đặc biệt nguồn cacbon nitơ khác đặc trưng(Nguyén Đức Phấm và2001) (Lương Lân Dũng, ctv, Lượng 2009) chứa nguyên tố vi sinh vật khác khơng giống Ĩ điều kiện nuôi cấy khác nhau, giai đoạn khác nhau, lượng chứa nguyên tố a) Dinh dưõng cacbon lồi vi sinh vật khơng giống Trong tế bào vi sinh vật Cacbon chất tạo nên vật chất sống quan trọng bậc nhất, nguồn vật chất hợp chất phân thành hai nhóm lớn: (i) Nước muối khoáng, (ii) Các chất (RC.Neidhardt et al, cung cấp c trình sinh trưởng vi sinh vật Trong tế bào nguồn c trải qua Chú thích: hữu loạt q trình biến hoá hoá học phức tạp biến thành vật chất thân tế (1) Khối lượng khô tế bào vi khuẩn E coli sinh trưởng khoảng 2.8 bào sản phẩm trao đối chất, c có the chiếm đến khoảng nửa trọng lượng X 10" 13 g khô tế bào Đồng thời hầu hết nguồn c trình phản ứng sinh hoá (2) Giả thiết Peptidoglycan Glycogen thành phần chủ yếu sinh raNước muốinguồn lượng cần thiết cho hoạt động sống vi sinh a) tế bào khoáng (3) vi sinh vật vài C0 làm nguồn c hay chủ yếu đế sinh trưởng, vật Một sốTe bào chứadùng loại2 phospholipid, tính đa dạng thành phần acid Nước chiếm đến 70 - 90% khối lượng thể vi sinh vật Tất phản ứng béo c khơng phải nguồn ảnh hưởng nguồn chi vi khuẩn khác sinh lượng điều kiện sinh trưởng mà có xảy tế bào vi sinh vật địi hỏi có tồn nước Phần nước nhiều hình thức tồn loại phospholipid tham gia vào q trình trao đơi chất vi sinh vật gọi nước tự Năng lực đồng hoá nguồn c vi sinh vật khác không giống Có lồi có khả sử dụng rộng rãi nhiều nguồn c khác nhau, có lồi khả chọn lọc Chẳng hạn vi khuẩn Pseudomonas đồng hố tới 90 loại hợp chất c, vi khuấn thuộc nhóm dinh dưỡng methyl (methylotrophs) đồng hố hợp chất 1C methanol, methane (http://maxreading.com) b) Dinh dưỡng nỉtơ Nguồn nitơ dinh dường cần thiết đế tổng hợp nên phân tử protein, axit nucleic chất có chứa nitơ tế bào vi sinh vật Nguồn nitơ đa dạng (Lương Đức Phẩm ctv, 2009) Nguồn N thường sử dụng để nuôi cấy vi sinh vật gồm có pepton, bột cá, bột nhộng tằm, bột đậu tương, bột khô lạc, cao ngô, cao thịt, cao nấm men Vi sinh vật sử dụng chọn lọc nguồn N (http://maxreading.com) Đối với vi sinh vật sống ký sinh nhờ hợp chất chứa nitơ tế bào chủ Có số vi sinh vật dị dưỡng (vi khuẩn lactic vài vi khuẩn gấy thối rữa) tổng hợp protein cho từ họp chất chứa nitơ đơn giản Sự sinh trưởng phát triển chúng nhờ có mặt mơi trường chất chứa nitơ tương đối phức tạp (pepton, peptit) phức hợp đầy đủ axit amin vào thành phần protein tế bào (Lương Đức Phẩm ctv, 2009) c) Nguồn muối vô CO’ Các muối vô nguồn chất dinh dường không thiếu sinh trưởng vi sinh vật Chúng có chức sinh lỷ chủ yếu là: tham gia vào thành phần trung hoạt tính enzyme vi sinh vật, trì tính ơn định kết cấu đại phân tử tế bào, điều tiết trì cân áp suất thấm thấu tế bào, khống chế điện oxy hoá khử tế bào nguồn vật chất sinh lượng số loài vi sinh vật thuỷ tinh Chỉ trường họp đặc biệt cần bô sung nguyên tố vi lượng vào mơi trường ni cấy vi sinh vật Vì nhiều ngun tố vi lượng kim loại nặng dư thừa gây hại cho vi sinh vật Khi cần bổ sung thêm nguyên tố vi lượng vào môi trường cần lưu ỷ khống chế xác liều lượng (http://maxreading.com) d) Nhân tố sinh trưởng Nhân tố sinh trưởng (growth factor) họp chất hữu mà có vi sinh vật cần thiết đế sinh trưởng với số lượng nhỏ không tự tổng họp đủ so với nhu cầu Các vi sinh vật khác có u cầu khơng giống chủng loại liều lượng nhân tố sinh trưởng Vi sinh vật tự dường số vi sinh vật dị dường (như E coli) chí sinh trưởng mà không cần nhân tố sinh trưởng Mặt khác, loài vi sinh vật nhu cầu nhân tố sinh trưởng thay đối tuỳ theo điều kiện môi trường (http://maxreading.com) 1.2 Vi sinh yật thị 1.2.1 Giói thiệu chung Trong nhừng năm 1900, đe phát trực tiếp vi khuẩn gây bệnh, virus, nang protozoa người ta cần thực kỳ thuật tinh vi tốn kém, tốn thời gian cần cán kỳ thuật có trình độ Từ người ta có nhu cầu đưa khái niệm vi sinh vật thị ô nhiễm phân, thị hiệu xử lý nhà máy xử lỷ nước nước thải, xuống cấp nhiễm bấn nước hệ thống phân phối nước Một số tiêu chuẩn cho vi sinh vật thị lỷ tưởng: Không nhân lên môi trường Phải phát phương pháp đơn giản, nhanh rẻ tiền Nên vi khuẩn không gây bệnh (Đỗ Hồng Lan Chi Lâm Minh Triết, 2005) 1.2.2 Vi sinh vật chĩ thị việc ô nhiễm nguồn nước phân Coliforms Fecal coliforms: Coliform vi khuân hình que gram âm có khả lên men lactose đế sinh khí nhiệt độ 35 ± 0.5°c, colifonn có khả sống đường ruột động vật (tự nhiên), đặc biệt mơi trường khí hậu nóng Nhóm vi khuan coliform chủ yếu bao gồm giống Citrobacter, Enterobacter, Escherichia, Kỉebsieỉla Fecal coliforms (trong E coli lồi thường dùng đế định việc nhiễm nguồn nước phân) Chỉ tiêu tống coliform không thích họp đế làm tiêu thị cho việc nhiễm bấn nguồn nước phân Tuy nhiên việc xác định số lượng Fecal coliform sai lệch có số vi sinh vật (khơng có nguồn gốc từ phân) phát triển nhiệt độ 44°c Do số lượng E coli coi tiêu thích họp cho việc quản lý nguồn nước Fecal streptococci: nhóm bao gồm vi khuân chủ yếu sống đường ruột động vật Streptococcus bovis s equinus; số lồi có phân bố rộng diện đường ruột người động vật s faecalis s faecium có biotype (s faecalis var liquefaciens loại s faecalis có khả thủy phân tinh bột) Các loại biotype có khả xuất nước ô nhiễm không ô nhiễm Việc đánh giá số lượng Faecal streptococci nước thải tiến hành thường xuyên; nhiên có giới hạn lẫn lộn với biotype sống tự nhiên; F streptococci dễ chết thay đổi nhiệt độ Các thử nghiệm Việc phát hiện, xác định loại vi sinh vật gây bệnh khác rât khó, tơn thời gian tiền bạc Do để phát nguồn nước bị ô nhiễm phân người ta dùng định diện Fecal conforms, Fecal streptocci, Clostridium perfringens Pseudomonas aeruginosa Cũng cân phải nói thêm mối quan hệ chết vi sinh vật thị vi sinh vật gây bệnh chưa thiết lập xác Ví dụ người ta khơng cịn phát Fecal coliform khơng có nghĩa tất vi sinh vật gây bệnh chết hết Trong trình thiết kế hệ thống xử lý nhà khoa học kỹ thuật phải hạn chế tối đa ảnh hưởng chất thải tới sức khoẻ cộng đồng Mỗi nước, địa phương thường có tiêu chuấn riêng đế kiếm tra khống chế Do kinh phí điều kiện có giới hạn Sở KHCN & MT thường dùng tiêu E coli tổng coliform đe qui định chất lượng loại nước thải (Lê Hồng Việt, 2003) 1.3 Coliform Ecsherìchia colỉ (E coli) 1.3.1 Vi khuẩn nước thải Các vi sinh vật diện nước thải bao gồm vi khuấn, vi rút, nấm, tảo, nguyên sinh động vật, loài động thực vật bậc cao Trong vi khuấn nước thải chia làm nhóm lớn: nhóm hình cầu (cocci) có đường kính khoảng - ụ, m; nhóm hình que (bacilli) có chiều rộng khoảng 0,3 1,5 JU m chiều dài khoảng - 10,0 // m (điến hình cho nhóm vi khuan E coli có chiều rộng 0,5 /Ẩ m chiều dài ỊẢ m); nhóm vi khuẩn hình que cong xoắn ốc: vi khuẩn hình que cong có chiều rộng khoảng 0,6 - 1,0// m chiều dài khoảng 26 JLÌ m; vi khuấn hình xoắn ốc có chiều dài lên đến 50 ỊẨ m; nhóm vi khuấn hình sợi có chiều dài khoảng 100 ụ m dài Các vi khuân có khả phân hủy hợp chất hừu tự nhiên bê xử lý Do đặc điêm, chức phải tìm hiêu kỳ Ngồi vi khuấn cịn có khả gây bệnh sử dụng làm thông số thị cho việc ô nhiễm nguồn khu giải trí Dù vậy, chúng nhạy cảm so với virus nang protozoa yếu tố môi trường khử trùng Một số thành viên nhóm (thí dụ Klebsiella) đơi có the phát triển nước thải công nghiệp nông nghiệp Tồng so coliform thị tốt cho hiệu xử lý nhà máy xử lý nước thải Nhóm coi hữu dụng việc đánh giá tính an tồn nước thải sau xử lý Năm 1914, Sở Y tế công cộng Hoa Kỳ chấp nhận nhóm coliform thị ô nhiễm phân nước uống (Đồ Hồng Lan Chi Lâm Minh Triết, 2005) 1.3.3 Ecsherichia coli (E coli) Ngành (phylum): Chi (genus): Lóp (class): Lồi (species): Proteobacteria Escherichia Gamma Proteobacteria E coli Hình 2.1: E Ctìỉi Trực khuẩn đường ruột phân lập từ phân người lần vào năm 1985 Escherich đươc đặt tên Bacterium coli commune Ngày mang tên Escherichia coli (Lương Đức Phâm ctv, 2009) Hiện nhà khoa học tìm nhóm E colikhác nhau: Enterotoxigenic (ETEC), Enteropathogenic (EPEC), Enterohemorrhagic (EHEC), Enteroinrasire (EIEC) Enteroagregative (EaggE.C) (Nguyễn Đức Lượng Phạm Minh Tâm, 2002) a) Sinh vật thị ô nhiễm phân E coli gọi trực khuẩn đại tràng, sống ruột người số động vật máu nóng, thải mơi trường theo phân E coli chiếm tới 80% tổng số vi sinh vật sống ruột người giữ cân sinh thái ruột nên chọn làm sinh vật thị ô nhiễm phân Bởi đâu có mặt E coỉi với số lượng mức cho phép chứng tỏ mơi trường bị nhiễm, tồn E coli nói lên khả tồn nhóm visinh vật trực khuấn Chỉ số coli số lượng E coli có một đơn vị tích khối lượng mẫu thử (đối tượng phân tích) (Lương Đức Phấm ctv, 2009) Giữa chn độ coli sơ coli có mơi quan hệ sau Ví dụ chn độ E coli nước phân tích 250 nghĩa 250 ml có tế bào E coli số 1000/250 = —> số coli lít nước = 4, có nghĩa lít nước có tế bào coli Người ta dùng số coli cho đơn vị thể tích ml, đơn vị khối lượng gam (Lương Đức Phẩm ctv, 2009) Thường số lượng E coli có lít nước gọi số coli Nước gọi nước có số coli từ - (tiêu chuấn quốc tế) (Trần cấm Vân, 2005) b) Đặc điểm sinh học E coli thuộc họ Enterobacteriaceae, catalose(+), oxidase(-), gram âm, trực khuẩn ngắn không tạo bào tử E coli thuộc nhóm coliform ưa nhiệt, lên men đường latose nhiệt độ 44°c loại colitbrm bền với phenol 0,085% sinh indol 42 - 44°c E coli có enzym tryptophanase Neu mơi trường có trytophan, chúng phân giải trytophan thành indol (Nguyễn Đức Lượng Phạm Minh Tâm, 2002) > Điều kiện sống: E coli thuộc nhóm vi sinh vật kỵ khí khơng bắt buộc (kỵ khí tùy nghi), chúng có thê phát triên mơi trường có hay khơng có oxy mơi trường có oxy chúng phát triển tốt Giá trị pH E coli: tối thiểu 4,4; tối hảo - tối đa (Nguyễn Hữu Hiệp, 2008) E Ctìỉi có khả phát triến nhiệt độ - 50°c, nhiệt độ tối ưu 37°c Riêng lồi ETEC phát triển nhiệt độ 44°c > Đặc điếm hình thái cấu tạo: thường có khuấn lạc dạng s (nhẵn bóng, bờ đều) Đơi hình thành khuấn lạc dạng R (nhăn nheo) dạng M (nhày) Khuấn lạc có màu xám đục Trong mơi trường lỏng, sau - ngày nuôi cấy thường làm đục môi trường, có váng bề mặt dính quang thành ống, tạo thành cặn lắng xuống đáy Khác với số nhóm gây bệnh đường ruột khác, E coli có khả lên men đường lactoza Ngồi cịn có khả lên men số đường khác glucoza, galatoza Khi lên men có sinh khí làm sủi bọt môi trường Người ta thường dùng phản ứng đỏ Metyl đế phát E coli: Nuôi cấy môi trường có đường glucoza nhiệt độ 37°c Sau 48 nuôi cấy nhỏ vài giọt dung dịch đỏ Metyl 1% pha cồn 60° Neu mơi trường có trở thành màu đỏ phản ứng dương tính, mơi trường trở thành màu vàng âm tính E coli có phản ứng đỏ Metyl dương tính E coli cịn có khả sinh Indol (phản ứng Indol dương tính), khơng có khả sử dụng Xitrat (phản ứng Xitrat âm tính) (Trần Cẩm Vân, 2005) c) Khả gây bệnh Trong số E coli, có nhiều chủng khơng gây bệnh, tìm thấy đường tiêu hóa người động vật máu nóng Dù có chủng E coli có độc tố gây tiêu chảy Chúng gồm có nhừng chủng sinh độc tố ruột (Enterotoxigenic - ETEC), sinh bệnh ruột (Enteropathogenic - EPEC), gây xuất huyết ruột (.Enterohemorrhagic - EHEC) xâm lấn ruột E coli sinh độc tố ruột gây viêm dày ruột, gây tiêu chảy nước nhiều kèm theo nơn ói, đau quặn bụng Khoảng từ 8% E coli tồn nước nguồn sinh bệnh ruột gấy nên tiêu chảy cho du khách Thức ăn nước yếu tố quan trọng gây lây bệnh vi khuẩn Liều gây nhiễm loại tương đối cao, từ khoảng 106 - 109 Một số chủng gây tiêu chảy E coli phát nước xử lý, chúng nguy sức khỏe người sử dụng Hai vụ bùng phát E.cơlỉ 0157:H7 chứng minh có liên quan dến nước Một xảy Scotland vào mùa thu 1990; vụ bùng phát thứ hai xảy Cabool, Missouri, vào mùa đông 1991 1.4 Một số yếu tố ảnh hưởng đến vi sinh vật 1.4.1 Yếu tố vật lý a) Ánh sáng Ánh hưởng mặt trời chiếu rọi xuống đất, vi sinh vật phát triến bề mặt bị tiêu diệt, trù' vi sinh vật tự dưỡng quang Thường thường chúng bị tiêu diệt nhanh vài phút đến Các vi sinh vật gây bệnh thường nhạy cảm với ánh sáng vi sinh vật gây thối Tác dụng chiếu sáng phụ thuộc vào bước sóng tia sáng Bước sóng ngắn, khả tác dụng quang hoá mạnh làm vi sinh vật dễ bị tiêu diệt Lợi dụng đặc tính người ta thường phơi nắng dụng cụ cần bảo quản, mặt làm giảm độ âm, mặt tiêu diệt vi sinh vật bê mặt Hai nừa, nhiều người tắm nắng, yêu cầu làm hệ vi sinh vật da bị tiêu diệt (Nguyễn Đức Lượng, 2000) b) Nhiệt độ Mỗi sinh vật phát trien khoảng nhiệt độ định Ngồi khoảng nhiệt độ vi sinh vật bị hạn chế phát triến Tùy theo mức độ chịu nhiệt chúng mà người ta có số khái niệm sau: Nhiệt độ tối ưu: Là nhiệt độ vi sinh vật phát triến thuận lợi Phần lớn vi sinh vật gây bệnh phát triển tốt nhiệt độ 35 - 37°c Nhiệt độ cao nhất: Là mức nhiệt độ tối đa Ớ vi sinh vật phát triến chậm yếu Neu q giới hạn vi sinh vật bị tiêu diệt Nhiệt độ thấp nhất: Là mức nhiệt độ thấp mà vi sinh vật tồn tại, phát triển yếu Neu mức độ vi sinh vật bị tiêu diệt Nhiệt độ thường gây cho vi sinh vật chiều hướng sau: Đối với nhiệt độ thấp thường không gây chết vi sinh vật mà tác động lên khả chuyến hóa hợp chất, làm ức chế hoạt động hệ enzym, làm thay đối khả trao / Be amon hóa / / / Be nitrat hóa / / Be cấp / / / vật liệu phải chịu lực có nhiêu khoảng rông đê vi sinh vật bám vào nên tỉ lệ đúc khối bê tông chọn 3nhà máy chế biến tôm đúc thành khối, b) Thí nghiệm với nước thải cát: ximăng Sau đem ngâm vào dòng nước thải (chọn dòng nước thải có dịng chảy liên tục, có nắng, - Hai giai đoạn amon hóa nitrat hóa kéo dài ngày (144 giờ) nên số mẫu gió nước nhiễm) đế rửa trơi muối xi măng mới, đồng thời đế thu là: (giai đoạn) X [1 (mẫu đầu vào) + (mẫu đầu ra)] = 14 (mẫu) vi sinh vật có sẵn nước thải bám vào khối bê tông - Hai giai đoạn khử lân khử nitrat kéo dài ngày (72 giờ) nên số mẫu b) Thí nghiệm với nước thải nhà (mẫu đầu ra)] = thu là: (giai đoạn) X [1 (mẫu đầu vào) + máy chế biến tơm (mẫu) - Thí nghiệm với nước thải nhà máybố trí tương tự nhưlặp lại hai lầnthăm dị Thí nghiệm có giai đoạn chế biến tơm thí nghiệm nên tống số với đối tượng thí nghiệm với nước thải nhà máy chế biến tôm là: thêm mẫu thu nguồn nước thải nhà máy chế biến tôm cấy (lần) X [14 (mẫu) + (mẫu)] = 44 (mẫu) 3.4.3 Phưong pháp thu báo quán mẫu Theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5993: 1995 Chất lượng nước - Lấy mẫu Bể khử lân /•Be khử nitrat Nước đầu Hướng dẫn bảo quản xử lý mẫu N 3.5Chỉ tiêu phương pháp phân tích Hình 3.2: Sơ đồ hệ thống thí nghiệm xử lỷ đạm lân 3.4.2 Thu mẫu phân tích Thu mẫu đầu vào bắt đầu thí nghiệm cách 24 thu mẫu đầu kết thúc giai đoạn a) Thí nghiệm thăm dị - Ba giai đoạn amon hóa, khử lân khử nitrat kéo dài ngày (72 giờ) nên số mẫu thu là: (giai đoạn) X [1 (mẫu đầu vào) + (mẫu đầu ra)] = 12 (mẫu) - Giai đoạn nitrat hóa kéo dài ngày (96 giờ) nên số mẫu thu là: (mẫu đầu vào) + (mẫu đầu ra) = (mẫu) Chương KÉT QUẢ - THẢO LUẬN 4.1 Thí nghiệm thăm dị 4.1.1 Chỉ tiêu lý hoá (nhiệt độ, pH, DO) Bảng 4.1: Các tiêu lý hố hệ thống thí nghiệm xử lý đạm lân với nước pha từ lòng trắng trúng nước pha từ hoá chất Chỉ tiêu Giai đoạn Nhiệt độ (°C) Nitrat hoá 28 -30 DO (mg/L) 6,86-7,59 Amonhoá 30-32,5 pH KPH(