VI SINH MT NHÓM 4

Cơ chế ứng dụng nhóm vi sinh vật đặc trưng trình xử lý kim loại nặng ( tiêu biểu Hg ) I Giới thiệu kim loại Hgvà nhóm vi sinh vật xử lý kim loại Hg Giới thiệu kim loại Hg Theo từ điển KHKT NXBKH&KT Hà Nội năm 2000, kim loại nặng kim loại có khối lượng riêng lớn 5g/cm3 Ví dụ: Hg, Cd, Pb, As, Sb, Cr, Cu, Zn, Mn, Một số kim loại nặng cần thiết cho sinh vật, chúng xem nguyên tố vi lượng Một số không cần thiết cho sống Khi vào thể sinh vật không gây độc hại Kim loại nặng gây độc hại với môi trường thể sinh vật hàm lượng chúng vượt tiêu chuẩn cho phép Thủy ngân nguyên tố hóa học bảng tuần hoàn có ký hiệu Hg số nguyên tử 80 Là kim loại nặng có ánh bạc, thủy ngân nguyên tố kim loại biết có dạng lỏng nhiệt độ thường.Ứng dụng công nghiệp, y học sản xuất bảo quản văc xin phòng thí nghiệm, nông nghiệp: xử lí hạt giống nấm, chống sâu bệnh Nguồn thải: Thuỷ ngân đưa vào môi trường từ chất thải, bụi khói nhà máy luyện kim, sản xuất đèn huỳnh quang, nhiệt kế, thuốc bảo vệ thực vật, bột giấy… Tác hại: Thủy ngân nguyên tố lỏng độc, hơi, hợp chất muối độc nguyên tố gây tổn thương não gan người tiếp xúc, hít thở hay ăn phải Thủy ngân vô hữu chất độc mạnh sinh vật Thủy ngân kìm hãm khả tự làm nước nồng độ 18 µg/l Tảo số vi sinh vật nước biển có khả tích lũy Hg với hệ số 500 – 100000 lần Đối tượng Hg gây hại thận hệ thần kinh trung ương, gây chết người số trường hợp đặc biệt Dạng độc hợp chất thủy ngân metyl thủy ngân (CH3Hg+) độc đến mức vài micro lít rơi vào da gây tử vong Liều gây chết 50% ( LC50 ) cá thí nghiệm nuôi 96 Hg 33 – 400 µg/l Nếu nuốt phải thuỷ ngân kim loại sau thải mà không gây hậu nghiêm trọng Nhưng thuỷ ngân dễ bay nhiệt độ thường nên hít phải độc Thuỷ ngân có khả phản ứng với axit amin chứa lưu huỳnh, hemoglobin, abumin; có khả liên kết màng tế bào, làm thay đổi hàm lượng kali, thay đổi cân axit bazơ mô, làm thiếu hụt lượng cung cấp cho tế bào thần kinh Trẻ em bị ngộ độc thuỷ ngân bị phân liệt, co giật không chủ động Trong nước, metyl thủy ngân dạng độc nhất, làm phân liệt nhiễm sắc thể ngăn cản trình phân chia tế bào Nồng độ Hg tối đa cho phép WHO nước uống 1mg/l; nước nuôi thuỷ sản 0,5mg/l Ứng dụng: Các nhóm vi sinh vật xử lý kim loại Hg ( hấp thụ chuyển hóa Hg ) Nhờ khả hấp thụ kim loại nhóm vi khuẩn khử sulfate lên bề mặt tế bào VSV hệ thống xử lý gây tác động lên trạng thái oxy hóa khử ion kim loại nhờ tách bỏ ion kim loại nặng nước thải Một số VSV đại diện hấp thụ chuyển hóa Hg: Vi khuẩn escherichia coli ( E.coli ) Vi khuẩn pseudomonas Vi khuẩn clostridium Vi khuẩn Saccharomyces cerevisiae II Cơ chế ứng dụng nhóm vi sinh vật đặc trưng trình xử lý kim loại nặng ( kim loại Hg ) Cơ chế nhóm vi sinh vật đặc trưng trình xử lý kim loại nặng ( kim loại Hg ) - Hấp thụ sinh học : gồm pha o Pha thứ : pha hấp thụ sinh học Nồng độ kim loại nằm bề mặt tế bào có mối quan hệ tuyến tính với nồng độ kim loại nằm nước thải, tức ion kim loại bị hút bề mặt VSV kết nối kim loại nặng vào mạch chúng o Pha thứ hai : pha hấp thụ nội bào hay tích tụ sinh học Sự hấp thụ nội bào liên kết tạo phúc kim loại nhân tế bào, kim loại giữ nhân tế bào ( hấp thu vào nhân để thực trình chuyển hóa sinh học đường chuyển hóa trực tiếp chuyển hóa gián tiếp) Ví dụ: chủng vi khuẩn có khả tách kim loại chế hấp thụ sinh học bao gồm : Bacillus sp Actinomycetes Thiobacillus ferrooxidans - Chuyển hóa sinh học: Trực tiếp Vi Sinh Vật Chuyển hóa sinh học Enzyme Gián tiếp Chuyển hóa chất khác - Chuyển hóa trực tiếp : Sử dụng vi sinh vật, enzyme có chức Oxh-khử để trực tiếp chuyển hóa kim loại dạng độc dạng độc không độc Ví dụ : vi khuẩn E.coli Thiobacillus ferrooxydans sử dụng ion kim loại làm chất nhận điện tử cho trình hô hấp kị khí (Hg0 độc ) Hg2+ + H2 Hg0 + 2H+ - Chuyển hóa gián tiếp : Ví dụ: vi khuẩn Thiobacillus có khả tạo ion S2-, SO32- để tạo kết tủa với Hg2+ thành kết tủa HgS, HgSO3,…  Cả đường chuyển hóa giúp cho trình tách Hg dể dàng ngăn chặn phản ứng metyl hóa ( Hg2+ tạo thành HgCH3+ ( metyl thủy ngân) Hg(CH3)2 (dimetyl thủy ngân) có xúc tác enzym Methylcobalamin) điều kiện hiếu khí khử sulfate Ứng dụng ứng dụng nhóm vi sinh vật đặc trưng trình xử lý kim loại nặng ( kim loại Hg ) Trong số vi sinh vật môi trường đất nước có loài chịu đựng tính độc ion kim loại nồng độ định phát triển bình thường Như biết, vi sinh vật phát triển dần làm môi trường Quá trình phát triển chúng dung chất hữu làm thức ăn, sử dụng NH4 + NO3 - PO4 3+ vào xây dựng tế bào, đồng thời hấp thu ion kim loại - Đồng thời với phát triển vi sinh vật môi trường nước, ta thấy tảo phát triển Vi khuẩn hiếu khí dị dưỡng tảo vật hội sinh quan hệ làm cho hai phía có lợi điều đặc biệt quan trọng tảo phát triển hấp thu kim loại đáng kể - Các loại vi sinh vật áp dụng: Các loại vi khuẩn: vi khuẩn Actinomyceles, vi khuẩn bacillus sp, hay hỗn hợp vi khuẩn… Quá trình hấp thu ion kim loại nặng chia thành giai đoạn sau: - Giai đoạn 1: o Tích tụ kim loại nặng lắng sinh khối, làm giảm nồng độ kim loại nước - Giai đoạn 2: o Sau trình phát triển mức tối đa sinh khối, vi sinh vật thường láng xuống đáy bùn kết thành mảng bề mặt phải lọc thu sinh khối khỏi môi trường nước  Việc xử lí kim loại nặng vi sinh vật giải khó khăn, lo lắng môi trường, mà vừa mang lại hiệu cao, chi phí thấp nhiều so với phương pháp khác, mà lại đảm bảo than thiện với môi trường  ... II Cơ chế ứng dụng nhóm vi sinh vật đặc trưng trình xử lý kim loại nặng ( kim loại Hg ) Cơ chế nhóm vi sinh vật đặc trưng trình xử lý kim loại nặng ( kim loại Hg ) - Hấp thụ sinh học : gồm pha... có khả tách kim loại chế hấp thụ sinh học bao gồm : Bacillus sp Actinomycetes Thiobacillus ferrooxidans - Chuyển hóa sinh học: Trực tiếp Vi Sinh Vật Chuyển hóa sinh học Enzyme Gián tiếp Chuyển... nặng lắng sinh khối, làm giảm nồng độ kim loại nước - Giai đoạn 2: o Sau trình phát triển mức tối đa sinh khối, vi sinh vật thường láng xuống đáy bùn kết thành mảng bề mặt phải lọc thu sinh khối