Bài giảng môn vi sinh môi trường ths nguyễn thị hàng

NỘI DUNG MÔN HỌC:Chương 1: VSV và các chu trình sinh địa hóa học Chương 2: VSV gây bệnh và ký sinh trùng Chương 3: VSV chỉ thị Chương 4: Khử trùng nước và nước thải Chương 5: Đại cương v

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

ViỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Đỗ Hồng Lan Chi, Lâm Minh Triết - Vi sinh vật môi trường – Viện MT&TN,

ĐH QGTP.HCM

2 Một số tài liệu liên quan

Đánh giá môn học

Sinh viên cần tích lũy 3 cột điểm:

1 Điểm kiểm tra giữa kì: thi tự luận

2 Điểm chuyên đề

3 Điểm thi cuối kì: thi trắc nghiệm

SV tham dự ít nhất 80% số tiết

Sinh viên cần tích lũy 3 cột điểm:

1 Điểm kiểm tra giữa kì: thi tự luận

2 Điểm chuyên đề

3 Điểm thi cuối kì: thi trắc nghiệm

SV tham dự ít nhất 80% số tiết

NỘI DUNG MÔN HỌC:

Chương 1: VSV và các chu trình sinh địa hóa học

Chương 2: VSV gây bệnh và ký sinh trùng

Chương 3: VSV chỉ thị

Chương 4: Khử trùng nước và nước thải

Chương 5: Đại cương về quá trình xử lý sinh học nước thải Chương 6: VSV trong hệ thống xử lý và phân phối nước cấp

NỘI DUNG MÔN HỌC:

Chương 1: VSV và các chu trình sinh địa hóa học

Chương 2: VSV gây bệnh và ký sinh trùng

Chương 3: VSV chỉ thị

Chương 4: Khử trùng nước và nước thải

Chương 5: Đại cương về quá trình xử lý sinh học nước thải Chương 6: VSV trong hệ thống xử lý và phân phối nước cấp

Nội dung chi tiết học phần

Giờ tín chỉ GC

LT TH T/Học

VSV và các chu trình sinh địa hóa học 8 8 16

VSV gây bệnh và KST trong nước thải SH 5 5 10

VSV gây bệnh và KST trong nước thải SH 5 5 10

Quá trình xử lý sinh học trong nước thải 10 10 20

VSV trong HT xử lý và phân phối nước cấp 8 8 16

VSV VÀ CÁC CHU TRÌNH SINH ĐỊA HÓA HỌC

VSV GÂY BỆNH VÀ KÝ SINH TRÙNG TRONG

NƯỚC THẢI SINH HOẠT

• 2.1 Các yếu tố của dịch tể học

• 2.2 Vi sinh vật gây bệnh và ký sinh trùng tìm thấy

trong nước thải sinh hoạt

KHỬ TRÙNG NƯỚC VÀ NƯỚC THẢI

QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC TRONG NƯỚC THẢI

VSV TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ

VÀ PHÂN PHỐI NƯỚC CẤP

• 6.1 Giới thiệu

• 6.2 Tổng quan các quá trình trong nhà máy nước cấp

• 6.3 Vi sinh vật trong hệ thống cấp nước

• 6.4 Vi sinh vật trong hệ thống phân phối nước

• 6.5 Một số vấn đề do vi sinh vật trong hệ thống phân phối nước

• 6.1 Giới thiệu

• 6.2 Tổng quan các quá trình trong nhà máy nước cấp

• 6.3 Vi sinh vật trong hệ thống cấp nước

• 6.4 Vi sinh vật trong hệ thống phân phối nước

• 6.5 Một số vấn đề do vi sinh vật trong hệ thống phân phối nước

Các chu trình phổ biến trong tự nhiên

Chu trình sulfur Chu trình phospho

Chu trình carbon

Chu trình nitrogen Chu trình sulfur Chu trình phospho

Chu trình carbon

Chu trình nitrogen Chu trình sulfur Chu trình phospho

Chu trình carbon

Chu trình nitrogen Chu trình sulfur Chu trình phospho

Chu trình carbon

Chu trình nitrogen

Chương 1: VI SINH VẬT VÀ CÁC CHU TRÌNH

SINH ĐỊA HÓA HỌC

1.1 CHU TRÌNH NITƠ

1.1.1 Giới thiệu

NITƠ là 1 trong những nguyên tố chính của sự sống… (protein, acid nucleic, trong không khí…)

Chu trình nitơ là một quá trình mà theo đó nitơ bị biến đổi qua lại

giữa các dạng hợp chất hóa học của nó Việc biến đổi này có thể được tiến hành bởi cả hai quá trình sinh học và phi sinh học Quá trình quan trọng trong chu trình nitơ bao gồm sự cố định nitơ, khoáng hóa, nitrat hóa, và khử nitrat

1.1 CHU TRÌNH NITƠ

1.1.1 Giới thiệu

NITƠ là 1 trong những nguyên tố chính của sự sống… (protein, acid nucleic, trong không khí…)

Chu trình nitơ là một quá trình mà theo đó nitơ bị biến đổi qua lại

giữa các dạng hợp chất hóa học của nó Việc biến đổi này có thể được tiến hành bởi cả hai quá trình sinh học và phi sinh học Quá trình quan trọng trong chu trình nitơ bao gồm sự cố định nitơ, khoáng hóa, nitrat hóa, và khử nitrat

VSV TRONG CHU TRÌNH NITƠ

VSV đóng vai trò chủ yếu của chu trình Nitơ trong môitrường Các quá trình được thảo luận qua 5 giai đoạn sau:

VSV TRONG CHU TRÌNH NITƠ

VSV đóng vai trò chủ yếu của chu trình Nitơ trong môitrường Các quá trình được thảo luận qua 5 giai đoạn sau:

Các quá trình trong chu trình nitơ

Nitơ trong môi trường tồn tại ở nhiều dạng hóa học khác nhau bao gồm nitơ hợp chất như ammoni (NH4+ ), nitrit (NO2- ), nitrat (NO3- ), nitơ ôxit (N2O), nitric ôxit (NO), hoặc nitơ dạng trơ như khí nitơ (N2).

Nitơ hữu cơ có thể tồn tại trong các sinh vật sống, đất mùn, hoặc các sản phẩm trung gian của quá trình phân hủy các vật chất hữu cơ.

Các quá trình trong chu trình nitơ

Nitơ trong môi trường tồn tại ở nhiều dạng hóa học khác nhau bao gồm nitơ hợp chất như ammoni (NH4+ ), nitrit (NO2- ), nitrat (NO3- ), nitơ ôxit (N2O), nitric ôxit (NO), hoặc nitơ dạng trơ như khí nitơ (N2).

Nitơ hữu cơ có thể tồn tại trong các sinh vật sống, đất mùn, hoặc các sản phẩm trung gian của quá trình phân hủy các vật chất hữu cơ.

Chu trình nitơ phụ thuộc vào vi khuẩn, và

a Sự số định Nitơ Nitrogen fixation

• Một số vk và tảo có khả năng khử Nitơ bằng con đường sinh học (cố định Nitơ) Sản phẩm của quá trình này là NH3

• Hằng năm VSV cố định: 2.108 T khối N

• Một số vk và tảo có khả năng khử Nitơ bằng con đường sinh học (cố định Nitơ) Sản phẩm của quá trình này là NH3

• Hằng năm VSV cố định: 2.108 T khối N

LOẠI VI SINH VẬT

A CỐ ĐỊNH NITƠ SỐNG TỰ DO

BeijerinckiaMicroaerophilic (cần ít oxy) Azospirillum

Vinh sinh - thực vật cao Cây họ đậu + Rhizobium

Vi khuẩn lam – thực vật nước Anabaena – Azolla (N trong đất, nước)

• Phân bón có Amon được ưa thích hơn Nitrat

NO3- / NH4+ protein … SV tăng trưởng

• Các vi khuẩn tự dưỡng và dị dưỡng sử dụng Nitrat và đồng hóa chúng thành Amôn

• Trong các công trình xử lý nước thải sự đồng hóa N nhằm loại bỏ N

• Các tế bào thực vật và tế bào tảo thích sử

dụng N ở dạng amôn

• Phân bón có Amon được ưa thích hơn Nitrat

NO3- / NH4+ protein … SV tăng trưởng

c Sự khoáng hóa Nitơ

• Protein acid amin khử amin đến amon

• Là sự chuyển hóa các hợp chất Nitơ hữu cơ

d Qúa trình Nitrat hóa

(Nitrification)

• Nitrat hóa là qt chuyển hóa Amôn thành Nitrat dưới tác động của VSv

• QT Nitrat hóa thường qua 2 giai đoạn:

- Chuyển hóa Amôn thành Nitrit

(Nitrosomonat, Nitrosopira, Nitrosococcus,

Nitrosolobus)

- Chuyển hóa Nitrit thành Nitrat

(Nitrobacter- N.agilis, N winogratxki; Nitrospira, Nitrococcus )

• Nitrat hóa là qt chuyển hóa Amôn thành Nitrat dưới tác động của VSv

• QT Nitrat hóa thường qua 2 giai đoạn:

- Chuyển hóa Amôn thành Nitrit

(Nitrosomonat, Nitrosopira, Nitrosococcus,

Nitrosolobus)

- Chuyển hóa Nitrit thành Nitrat

(Nitrobacter- N.agilis, N winogratxki; Nitrospira, Nitrococcus )

e Sự khử nitrat hóa (denitriphication)

• 2 cơ chế quan trọng nhất của sự khử nitrat sinh học là :

Nitrit reductase Nitric oxidereductase Nitrous oxidreductase

Sự loại bỏ Nitơ trong các công trình

xử lý nước thải

• Phương pháp sinh học: nitrat hóa – khử nitrat hóa.

- Khử nitrat hóa sẽ giúp loại bỏ thêm N trong nước thải đã được nitrat hóa tốt.

- Hiệu quả quá trình này đến: 95%

• Phương pháp hóa lý: vôi hóa, tạo pH cao, chuyển

NH4+ thành NH3 - có thể đuổi ra khỏi dung dịch bằng các tháp làm nguội kín

• Phương pháp sinh học: nitrat hóa – khử nitrat hóa.

- Khử nitrat hóa sẽ giúp loại bỏ thêm N trong nước thải đã được nitrat hóa tốt.

- Hiệu quả quá trình này đến: 95%

• Phương pháp hóa lý: vôi hóa, tạo pH cao, chuyển

NH4+ thành NH3 - có thể đuổi ra khỏi dung dịch bằng các tháp làm nguội kín

• Phú dưỡng hóa nước mặt

• Ăn mòn kim loại (>1mg/l)

• Phú dưỡng hóa nước mặt

• Ăn mòn kim loại (>1mg/l)

Chu trình Phospho trong tự nhiên

Động vật

Phân bón

Chất rắn sinh học

Phân bón Thu hoạch

Tồn trữ trong thực vật

Nguồn vào đất Thành phần Mất khỏi đất

Khí quyển Lắng đọng

Rửa trôi và xói mòn

Hấp thu

Phosphor hòa tan trong đất

•HPO4-2

•H2PO4-1 Hợp chất bậc 2

(CaP, FeP, MnP, AlP)

Khoáng sản bề mặt ( Fe Al oxide, carbonates)

Chu trình Photpho

• Giới thiệu:

P là 1 trong nguyên tố đại lượng cần thiết cho mọi tế bào sống

P là thành phần quan trọng của ATP, acid nucleic, màng tế

bào, hạt volutin nội bào

P là chất giới hạn tăng trưởng của tảo trong các hồ

[Phc/vc] = 10 – 20 mg/l ( nước thải)

• Giới thiệu:

P là 1 trong nguyên tố đại lượng cần thiết cho mọi tế bào sống

P là thành phần quan trọng của ATP, acid nucleic, màng tế

bào, hạt volutin nội bào

P là chất giới hạn tăng trưởng của tảo trong các hồ

[Phc/vc] = 10 – 20 mg/l ( nước thải)

VSV CỦA CHU TRÌNH P

a Khoáng hóa (Mineralization)

Các hợp chất P hữu cơ (phytin, inositol photphat, acidnucleic ) được khoáng hóa đến orthophosphate bởi nhiềuloại VSV:

- Vi khuẩn (B Subtilus, Arthrobacter)

- Xạ khuẩn (Streptomyces)

- Nấm (Aspergillus, Penicillum)

Enzyme: phosphatase

a Khoáng hóa (Mineralization)

Các hợp chất P hữu cơ (phytin, inositol photphat, acidnucleic ) được khoáng hóa đến orthophosphate bởi nhiềuloại VSV:

- Vi khuẩn (B Subtilus, Arthrobacter)

- Xạ khuẩn (Streptomyces)

- Nấm (Aspergillus, Penicillum)

Enzyme: phosphatase

VSV CỦA CHU TRÌNH P

b Đồng hóa

Đồng hóa là quá trình tổng hợp các chất đơn giản thànhnhững chất phức tạp diễn ra trong cơ thể sinh vật

VSV đồng hóa P (P thành phần các đại phân tử trong tế bào)

Một số VSV có khả năng dự trữ P ở dạng polyphosphate trongcác hạt đặc biệt của tế bào

VSV CỦA CHU TRÌNH P

d Khả năng hòa tan của VSV đối với các dạng P không tan

VSV thông qua hoạt động trao đổi chất có thể hổ trợ sự hòatan của các hợp chất P

Các cơ chế hòa tan là các quá trình trao đổi chất liên quan đếncác enzyme, sản sinh các acid vô cơ và hữu cơ , CO2 , H2S,chelator

d Khả năng hòa tan của VSV đối với các dạng P không tan

VSV thông qua hoạt động trao đổi chất có thể hổ trợ sự hòatan của các hợp chất P

Các cơ chế hòa tan là các quá trình trao đổi chất liên quan đếncác enzyme, sản sinh các acid vô cơ và hữu cơ , CO2 , H2S,chelator

Loại bỏ P trong các công trình xử lý nước thải

• Phospho trong nước thải có thể bắt nguồn từ các phosphatecủa chất tẩy rửa

• Dạng thông thường của P trong nước thải là:

- orthophosphate – PO43- chiếm 50 – 70%

- Polyphosphate

- Phospho liên kết với các chất hữu cơ

Phospho gây hiện tượng phú dưỡng hóa nước mặt nên cầnloại bỏ trong các công trình xử lý nước trước khi đưa vàonguồn tiếp nhận

• Phospho trong nước thải có thể bắt nguồn từ các phosphatecủa chất tẩy rửa

• Dạng thông thường của P trong nước thải là:

- orthophosphate – PO43- chiếm 50 – 70%

- Polyphosphate

- Phospho liên kết với các chất hữu cơ

Phospho gây hiện tượng phú dưỡng hóa nước mặt nên cầnloại bỏ trong các công trình xử lý nước trước khi đưa vàonguồn tiếp nhận

Một số cơ chế hóa sinh học để

Loại bỏ P bằng phương pháp sinh học

a VSV phân hủy các kết tủa hóa học của P

Các kết tủa phosphate trong nước thải được loại bỏ tiếptheo nhờ VSV của quá trình bùn hoạt tính

Quá trình xảy ra trong màng vi sinh của quá trình lọc sinhhọc

Các kết tủa P có thể bị loại bỏ bằng con đường chuyển hóagiải phóng P từ polyphosphate ở đk kị khí

a VSV phân hủy các kết tủa hóa học của P

Các kết tủa phosphate trong nước thải được loại bỏ tiếptheo nhờ VSV của quá trình bùn hoạt tính

Quá trình xảy ra trong màng vi sinh của quá trình lọc sinhhọc

Các kết tủa P có thể bị loại bỏ bằng con đường chuyển hóagiải phóng P từ polyphosphate ở đk kị khí

Loại bỏ P bằng phương pháp sinh học

b Phân hủy P bởi VSV

Sự loại bỏ P là kết quả hoạt động VSV trong quá trình bùnhoạt tính

Moraxella, E.coli, Một số loại VSV như: Acinetobacter,Pseudomonas, Aerobacter, Mycobacterium, Beggiatoa (vikhuẩn poly phospho) – có khả năng tích lũy P với lượng lớnhơn nhu cầu của tế bào

b Phân hủy P bởi VSV

Sự loại bỏ P là kết quả hoạt động VSV trong quá trình bùnhoạt tính

Moraxella, E.coli, Một số loại VSV như: Acinetobacter,Pseudomonas, Aerobacter, Mycobacterium, Beggiatoa (vikhuẩn poly phospho) – có khả năng tích lũy P với lượng lớnhơn nhu cầu của tế bào

CHU TRÌNH LƯU HUỲNH

• Lưu huỳnh là nguyên tố khá phong phú trong môi trường

• Nước biển là nguồn chứa sunphat lớn nhất

• Các nguồn khác như khoáng (pyrite, FeS2 , chacopyrite,CuFeS2), nhiên liệu hóa thạch, hữu cơ lưu huỳnh (VSV), acidamine, coenzyme, ferredoxin, enzyme

• Lưu huỳnh có trong nước thải, các sản phẩm bài tiết

• Sunphate là ion thường gặp trong nước thiên nhiên

• Lưu huỳnh là nguyên tố khá phong phú trong môi trường

• Nước biển là nguồn chứa sunphat lớn nhất

• Các nguồn khác như khoáng (pyrite, FeS2 , chacopyrite,CuFeS2), nhiên liệu hóa thạch, hữu cơ lưu huỳnh (VSV), acidamine, coenzyme, ferredoxin, enzyme

• Lưu huỳnh có trong nước thải, các sản phẩm bài tiết

• Sunphate là ion thường gặp trong nước thiên nhiên

Chu trình lưu huỳnh trong tự nhiên

Động vật

Phân bón

Chất rắn sinh học

Phân bón Thu hoạch

Dư lượng trong thực vật

Lưu huỳnh Trong khí quyển

Đi vào đất Hợp phần Mất khỏi đất

Bay hơi Khí quyển

Lọc, thẩm thấu

Lưu huỳnh dạng khoáng sản

Thực vật Hấp thu

Sulfate Sulfur (SO4)

Lưu huỳnh phân tử

Lưu huỳnh

hữu cơ

Lưu huỳnh dạng Khử

-VSV TRONG CHU TRÌNH LƯU HUỲNH

a Khoáng hóa lưu huỳnh hữu cơ

2-Trong ĐK kỵ khí: các acid amine chứa S được phân hủy thành các hợp

chất S vô cơ hoặc mercaptans

VSV TRONG CHU TRÌNH LƯU HUỲNH

VSV TRONG CHU TRÌNH LƯU HUỲNH

b Đồng hóa (tt)

b.1 Các phản ứng oxy hóa

VSV oxy hóa H2S trong đk hiếu khí và kị khí (về S0)

- Dưới điều kiện hiếu khí: Thiobacillus thioparus

- Dưới đk kị khí: VSV quang hợp tự dưỡng thực hiện oxy hóa S (vi khuẩn lưu huỳnh màu tía, vk lưu huỳnh màu lục)

b Đồng hóa (tt)

b.1 Các phản ứng oxy hóa

VSV oxy hóa H2S trong đk hiếu khí và kị khí (về S0)

- Dưới điều kiện hiếu khí: Thiobacillus thioparus

- Dưới đk kị khí: VSV quang hợp tự dưỡng thực hiện oxy hóa S (vi khuẩn lưu huỳnh màu tía, vk lưu huỳnh màu lục)

VSV TRONG CHU TRÌNH LƯU HUỲNH

b Đồng hóa (tt)

b.2 Sự khử lưu huỳnh

Các phản ứng khử sunfate đồng hóa và dị hóa sinh ra sunfitde

- Khử sunfate đồng hóa: H2S được tạo thành trong đk phân hủy

kị khí bởi nhóm Clostridia, Velionella (từ các chất methionin,cystein,cystin)

- Khử sunfate dị hóa: chủ yếu sinh ra H2S trong nước thải (qtxảy ra trong đk kị khí nghiêm ngặt)

b Đồng hóa (tt)

b.2 Sự khử lưu huỳnh

Các phản ứng khử sunfate đồng hóa và dị hóa sinh ra sunfitde

- Khử sunfate đồng hóa: H2S được tạo thành trong đk phân hủy

kị khí bởi nhóm Clostridia, Velionella (từ các chất methionin,cystein,cystin)

- Khử sunfate dị hóa: chủ yếu sinh ra H2S trong nước thải (qtxảy ra trong đk kị khí nghiêm ngặt)

CHƯƠNG 2.1: VSV GÂY BỆNH VÀ KÝ SINH TRÙNG TRONG

NƯỚC THẢI SINH HOẠT

– Tác nhân truyền nhiễm (pathogenic)

– Nguồn tác nhân truyền nhiễm (Pathogenic source) – Phương thức gây bệnh

– Tác nhân truyền nhiễm (pathogenic)

– Nguồn tác nhân truyền nhiễm (Pathogenic source) – Phương thức gây bệnh

2.1 CÁC YẾU TỐ CỦA DỊCH TỂ HỌC

- Dịch tể học: là khoa học về sự lan truyền của bệnh truyền

nhiễm trong quần thể

- Bệnh truyền nhiễm là những bệnh có thể lan từ một vật chủnày tới một vật chủ khác

- Nhiễm trùng (infection) là sự xâm nhập vào vật chủ bởi 1VSV truyền nhiễm Bao gồm:

- Đường vào (hô hấp, tiêu hóa, da)

- Sự nhân lên và định cư trong vật chủ

- Nhiễm trùng không rõ ràng – nhiễm trùng tiềm tàng – ngườilành mang trùng

- Tính sinh bệnh là khả năng của 1 tác nhân truyền nhiễm gâynên bệnh và làm tổn thương vật chủ

2.1 CÁC YẾU TỐ CỦA DỊCH TỂ HỌC

- Dịch tể học: là khoa học về sự lan truyền của bệnh truyền

nhiễm trong quần thể

- Bệnh truyền nhiễm là những bệnh có thể lan từ một vật chủnày tới một vật chủ khác

- Nhiễm trùng (infection) là sự xâm nhập vào vật chủ bởi 1VSV truyền nhiễm Bao gồm:

- Đường vào (hô hấp, tiêu hóa, da)

- Sự nhân lên và định cư trong vật chủ

- Nhiễm trùng không rõ ràng – nhiễm trùng tiềm tàng – ngườilành mang trùng

- Tính sinh bệnh là khả năng của 1 tác nhân truyền nhiễm gâynên bệnh và làm tổn thương vật chủ