Nghiên cứu phương pháp sinh học xử lý nước thải nhà máy bia

Thế kỷ XX sản xuất công nghiệp phát triển mạnh mẽ tạo nên những cuộc cách mạng cho nền kinh tế của nhiều nước trên thế giới. Tuy nhiên do sự phát triển nhanh các ngành công nghiệp với mục đích thu lợi nhuận cao các nhà sản xuất đ• không quan tâm hoặc ít quan tâm tới hậu quả của các phế thải công nghiệp đối với môi trường sinh thái. Nạn ô nhiễm môi trường ngày càng trở nên trầm trọng và con người đ• phải trả giá đắt cho những hậu quả do chính họ gây ra. Chính vì vậy những thập niên cuối của thế kỷ XX vấn đề bảo vệ môi trường là mối quan tâm hàng đầu của nhiều nước và các tổ chức trên thế giới. ở Việt Nam nền công nghiệp tuy chưa phát triển mạnh nhưng do khó khăn về kinh tế, vốn đầu tư và ý thức của con người nạn ô nhiễm môi trường sinh thái cũng đ• và đang trở thành vấn đề bức xúc. Các nhà máy công nghiệp của Việt Nam hầu như chưa có sự quan tâm đúng mức đến vấn đề chất thải, rất ít nhà máy có hệ thống xử lý nước thải hoặc có thì cũng hoạt động theo kiểu đối phó. Những năm qua do nhu cầu của thị trường, ngành công nghiệp bia phát triển khá nhanh. Ngoài các nhà máy bia lớn thì hầu hết các địa phương trong cả nước đều có từ 1 dến vài chục dây chuyền bia thủ công. Do vốn đầu tư ít, thiếu công nghệ, lại chỉ quan tâm đến lợi nhuận, nước thải các dây chuyền bia này hầu như không được xử lý mà đổ thẳng ra sông, đồng ruộng, góp phần đáng kể vào nạn ô nhiễm môi trường ở nước ta. Theo luật môi trường mới được ban hành và theo các tiêu chuẩn của Việt Nam do bộ khoa học công nghệ và môi trường ban hành, việc làm trên của các cơ sở sản xuất là vi phạm luât. Để góp phần giải quyết các khó khăn của các cơ sở sản xuất nhỏ khắc phục tình trạng trên chúng tôi đặt vấn đề: ((Nghiên cứu phương pháp sinh học xử lý nước thải nhà máy bia)).

mở đầu Thế kỷ XX sản xuất công nghiệp phát triển mạnh mẽ tạo nên những cuộc cách mạng cho nền kinh tế của nhiều nớc trên thế giới. Tuy nhiên do sự phát triển nhanh các ngành công nghiệp với mục đích thu lợi nhuận cao các nhà sản xuất đã không quan tâm hoặc ít quan tâm tới hậu quả của các phế thải công nghiệp đối với môi trờng sinh thái. Nạn ô nhiễm môi trờng ngày càng trở nên trầm trọng và con ngời đã phải trả giá đắt cho những hậu quả do chính họ gây ra. Chính vì vậy những thập niên cuối của thế kỷ XX vấn đề bảo vệ môi trờng là mối quan tâm hàng đầu của nhiều nớc và các tổ chức trên thế giới. ở Việt Nam nền công nghiệp tuy cha phát triển mạnh nhng do khó khăn về kinh tế, vốn đầu t và ý thức của con ngời nạn ô nhiễm môi trờng sinh thái cũng đã và đang trở thành vấn đề bức xúc. Các nhà máy công nghiệp của Việt Nam hầu nh cha có sự quan tâm đúng mức đến vấn đề chất thải, rất ít nhà máy có hệ thống xử lý nớc thải hoặc có thì cũng hoạt động theo kiểu đối phó. Những năm qua do nhu cầu của thị trờng, ngành công nghiệp bia phát triển khá nhanh. Ngoài các nhà máy bia lớn thì hầu hết các địa ph - ơng trong cả nớc đều có từ 1 dến vài chục dây chuyền bia thủ công. Do vốn đầu t ít, thiếu công nghệ, lại chỉ quan tâm đến lợi nhuận, nớc thải các dây chuyền bia này hầu nh không đợc xử lý mà đổ thẳng ra sông, đồng ruộng, góp phần đáng kể vào nạn ô nhiễm môi trờng ở nớc ta. Theo luật môi trờng mới đợc ban hành và theo các tiêu chuẩn của Việt Nam do bộ khoa học công nghệ và môi trờng ban hành, việc làm trên của các cơ sở sản xuất là vi phạm luât. Để góp phần giải quyết các khó khăn của các cơ sở sản xuất nhỏ khắc phục tình trạng trên chúng tôi đặt vấn đề: (( Nghiên cứu phơng pháp sinh học xử lý nớc thải nhà máy bia )) . Đề tài đợc thực hiện tại Phòng Công nghệ Lên men Viện công nghệ sinh học- trung tâm khoa học tự nhiên và công nghệ quốc gia. 1 Phần I: Tổng quan I- Đặc điểm và phân loại nớc thải 1.1. Nớc thải công nghiệp Nớc thải công nghiệp: Là nớc của các cơ sở sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp. Nó không có tính chất chung mà phụ thuộc vào đặc điểm của từng ngành sản xuất. Tuỳ thuộc vào từng ngành sản xuất và giải pháp công nghệ, trang thiết bị mà mức độ ô nhiễm của nớc thải công nghiệp và các ngành sản xuất rất khác nhau. Nồng độ chất hữu cơ, nguồn gây ô nhiễm bẩn chính dao động rất lớn. COD của nớc thải công nghiệp ở một số ngành nh công nghiệp giấy, công nghiệp chế biến thực phẩm, công nghiệp dệt, công nghiệp thuộc da . Có thể 1000- 20000 mg/l. Bản chất của các chất hữu cơ trong nớc thải của các ngành sản xuất cũng rất khác nhau, có loại dễ phân huỷ (tỷ lệ BOD/COD 0,5), nh nớc thải của các nhà máy chế biến thực phẩm rợu, bia, đờng, bánh ,kẹo . có loại khó phân huỷ nh nớc thải của nhà máy giấy, phân xởng nhuộm của các nhà máy dệt . Mức độ ô nhiễm của nớc thải công nghiệp ngoài chất hữu cơ còn có chứa những thành phần khác gây độc hại đối với môi trờng nh kim loại nặng, các hợp chất lu huỳnh, Nitơrat .Trên quan điểm tác động lên môi trờng ngời ta chia nớc thải thành các dạng sau:. + Nớc thải ô nhiễm bẩn: Là nớc thải có chứa các hợp chất hữu cơ lớn, nhng dễ phân huỷ. Loại nớc thải này dễ dàng xử lý bằng các phơng pháp sinh học [2,5,6,7]. + Nớc thải độc là nớc thải tuy chứa chất hữu cơ thấp nhng có chứa các thành phần khác. Độc đối với môi trờng nh các kim loại nặng, các ion NO 3 , SO 2 4 ., S - . Loại nớc thải này thờng phải xử lý bằng các phơng pháp hoá lý [4,8,9]. + Nớc thải độc và bẩn : là nớc thải có chứa các hợp chất hữu cơ cao và khó phân huỷ nh các hợp chất clo hữu cơ, các chất hữu cơ mạch vòng và đồng thời cũng có thể có cả các hợp chất vô cơ độc [12,11,10]. 2 Cách phân loại nớc thải nh trên có ý nghĩa rất quan trọng, nó giúp cho các nhà sản xuất xác định chính xác phơng pháp xử lý triệt để nớc thải. Một đặc điểm chung của nớc thải công nghiệp là lu lợng ổn định, tập trung nên dễ thu gom xử lý. Tuy nhiên nếu các nhà máy không xử lý trớc khi thải ra môi trờng nó có thể gây ra ô nhiễm ở diện rộng. 1.2. Nớc thải của một số ngành khác 1.2.1. Nớc thải trong sản xuất nông nghiệp Thành phần : Gồm phân bón (có thể vô cơ, hữu cơ ), hoá chất dùng trong nông nghiệp thờng là thuốc diệt cỏ, côn trùng, thuốc kích thích sinh trởng . tất cả những d chất này kéo theo vào nớc thải nông nghiệp làm ô nhiễm nguồn nớc. Đặc trng của nớc thải này tuy không có mùi, nhng có thể độc. Mức độ ô nhiễm của nớc thải nông nghiệp dao động phụ thuộc vào mùa vụ, thời kỳ sử dụng phân bón, thuốc trừ sâu . Một đặc trng cơ bản của nớc thải nông nghiệp là lu lợng không ổn định, không tập trung nên khó thu gom để xử lý. Mức độ ô nhiễm ở diện rộng, chính nớc thải nông nghiệp là nguyên nhân gây ra ô nhiễm nguồn nớc ngầm[8,9]. 1 2.2. Nớc thải sinh hoạt khu dân c Thành phần của nớc thải rất phức tạp vì nguồn nớc thải sinh hoạt trong cộng đồng là nguồn nớc các khu dân c, vùng thơng mại, khu vực cơ quan bệnh viện, khu vui chơi, giải trí . Nớc thải này, giàu chất hữu cơ, chủ yếu là hợp chất hữu cơ chứa Nitơ, chất rắn lơ lửng, nhiều chất tạo keo, hàm lợng NH 4 + , P 2 O 5 cao. Đặc biệt nớc thải sinh hoạt có ô nhiễm vi sinh vật rất lớn, trong đó có cả vi sinh vật gây bệnh nh colifom, fecacform . Lu lợng nớc thải sinh hoạt cũng không ổn định phụ thuộc vào mật độ dân c, thời gian sinh hoạt, điều kiện sống của các khu dân c . Nớc thải sinh hoạt có vùng tập trung và cũng có vùng phân tán vì vậy việc xử lý cũng rất khó khăn. ở các đô thị lớn của các nớc phát triển có quy hoạch tốt thì nớc thải sinh hoạt thờng đợc tập trung về khu vực xử lý của thành phố. ở Việt Nam n- ớc thải sinh hoạt hầu nh cha đợc xử lý kể cả ở các thành phố lớn nh Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh . Trong số các nguồn ô nhiễm do nớc thải gây ra thì đáng chú ý là nguồn nớc thải bệnh viện. Nớc thải này có các thành phần gây hại rất lớn cho môi trờng nh d lợng của các chất kháng sinh, vi sinh vật gây bệnh, chất tẩy . Vì 3 vậy việc xử lý gặp nhiều khó khăn. Thờng với loại nớc thải này phải có chế độ xử lý đặc biệt không nên tập trung vào dòng nớc thải sinh hoạt của thành phố [8]. 1.3. Đặc trng của nớc thải nhà máy bia Công nghiệp rợu bia là ngành sản xuất sử dụng nớc rất lớn. Định mức nớc dùng cho công nghiệp phụ thuộc vào mức độ cơ giới hóa, tự động hoá và quy mô của nhà máy. ở Việt Nam những năm gần đây công nghiệp bia phát triển khá mạnh. Sản lợng bia bình quân đầu ngời tăng từ 2-3 lít/ ngời/ năm, trớc đây lên 6- 8lít/ngời/ năm. Ngoài các nhà máy bia lớn nh Sài Gòn, Hà Nội và một số các nhà máy bia vừa nh Halida, Huda, Tiger . Thì hàng loạt các dây chuyền thủ công ở các địa phơng đợc xây dựng trong những năm 1980-1990. Đối với các nhà máy bia lớn nh bia Hà Nội định mức tiêu thụ nớc khoảng 15-20m 3 /1000 lít bia, còn dây chuyền thủ công lợng nớc sử dụng vào khoảng 25-30m 3 /1000 lít bia. Trên thế giới định mức nớc sử dụng vào khoảng 8-11m 3 /1000 lít bia. Điều đó cho thấy lu lợng nớc thải của nhà máy bia là rất lớn. Trên thế giới một số nớc ngời ta áp dụng phơng pháp hồi lu nớc để giảm định mức nớc sử dụng xuống còn 4-6m 3 /1000 lít bia do đó giảm lu lợng nớc thải xuống còn 2,5-6m 3 /1000 lít bia [8]. Nớc thải nhà máy bia là một trong những loại nớc thải công nghiệp có mức độ ô nhiễm các chất hữu cơ cao, COD từ 1000-3000mg/l, BOD từ 800-1500mg/l . Ngoài ra nớc thải nhà máy bia còn chứa nhiều chất rắn lơ lửng là các bã của tinh bột, malt, xác men, dịch lên men, bã thải . Làm cho nớc thải có độ đục cao, pH dao động trong khoảng từ 4,5-7,0.Có thể suy kiềm(trong trờng hợp tây rửa tec). Ngoài ra một số nhà máy sản xuất bia lon trong nớc thải có chứa kim koại nh hợp chất nhôm, kẽm, đồng . Tuy nhiên nớc thải nhà máy bia là loại dễ phân huỷ sinh học vì trong nớc thành phần chất hữu cơ chứa chủ yếu là các hydrat cacbon, protein, nớc thải nhà máy bia có pH từ axit đến trung tính hoặc hơi kiềm. Vì có hàm lợng chất hữu cơ cao nếu không xử lý môi trờng khu vực chứa nớc thải dễ xảy ra phù dỡng. Tỷ lệ BOD/ COD > 0,5, do đó sử dụng biện pháp xử lý sinh học có thể làm sạch triệt để nớc thải của nhà máy. Nh vậy, trên cơ sở các thành phần của nớc thải, ngời ta có thể đánh giá độ ô nhiễm bẩn của nớc thải và các đặc trng của nó bằng cách đa ra một số chỉ tiêu cơ bản. 4 1.4. Các chỉ tiêu cơ bản đánh giá độ ô nhiễm nớc thải Các chỉ tiêu của nớc thải là tập hợp các đặc điểm, tính chất và hàm lợng các thành phần khác nhau [8,9,14,17,18,19,21]. Các chỉ tiêu đợc phân loại thành các nhóm sau: + Chỉ tiêu cảm quan : màu, mùi, độ đục. + Chỉ tiêu hóa lý: pH, t o , oxy hoà tan, nồng độ các chất lơ lửng (SS), nồng độ chất hoà tan (TS), lợng cacbon tổng số (TC) . + Chỉ tiêu sinh hoá bao gồm : Nhu cầu oxy hoá học (COD), nhu cầu oxy sinh hoá (BOD) nồng độ ức chế hô hấp của vi sinh vật 50% (IC50), nồng độ gây chết (LC50) . Tất cả các chỉ tiêu trên cho phép đánh giá tác động của nớc thải đối với môi trờng sinh thái đồng thời tìm phơng pháp xử lý có hiệu quả. 1.4.1. Các chất hữu cơ Hợp chất hữu cơ có trong nớc thải có tác động mạnh nhất đến sự ô nhiễm của nớc thải và ảnh hởng trực tiếp đến nồng độ oxy hoà tan trong nớc khi thải ra môi trờng dẫn đến làm giảm khả năng phân huỷ tự nhiên của hệ vi sinh vật làm cho môi trờng sinh thái mất khả năng phục hồi. Một số chất hữu cơ ngoài khả năng gây ô nhiễm bẩn còn có khả năng gây ô nhiễm độc nh các hợp chất clo hữu cơ, photphat hữu cơ . Những chất này thờng khó phân huỷ và thông qua chuỗi thức ăn sẽ gây độc trực tiếp đến cho ngời, chúng có khả năng gây bệnh ung th, các biến đổi về gen dẫn đến các dị tật ở ngời và động vật. Các chất hữu cơ trong nớc thải đ- ợc đánh giá qua chỉ tiêu (TC) tổng lợng cacbon có trong nớc thải tức là các chất hữu cơ đợc quy về cacbon. Tuy nhiên chỉ tiêu này không nêu lên đợc bản chất của chất hữu cơ có trong nớc thải. Thành phần chất hữu cơ có trong nớc thải thờng rất phức tạp nó phụ thuộc vào nguồn gốc của nớc thải [20]. Bảng 1. Các chất hữu cơ thờng gặp và mối liên quan đến nguồn gốc của nớc thải Chất hữu cơ Nguồn gốc nớc thải Hydratcacbon chất beó Nớc thải sinh hoạt thơng nghiệp, công nghiệp Hydro cacbon Nớc thải nhà máy lọc dầu, nhà máy cơ khí Thuốc trừ sâu Nớc thải nông nghiệp 5 Phenol Nớc thải công nghiệp chế biến thực phẩm chè ,cà phê . Protein Nớc thải công nghiệp lò mổ, thuộc da. Các hợp chất clo hữu cơ Nớc thải nhà máy giấy, nông nghiệp Các hợp chất hydro cacbon mạch vòng Nhà máy lọc dầu Trong số các chất hữu cơ ngời ta phân ra các chất hữu cơ dễ hoà tan (Hydrat cacbon, protein, phenol .) Các chất khó tan tạo nhũ (dầu, mỡ, dầu mỏ) các chất dễ bay hơi (xăng, este ) Các chất huyền phù (tinh bột xenlulo .) 1.4.2. Các chất vô cơ Các chất vô cơ thờng có trong nớc thải công nghiệp nh công nghiệp hoá chất, công nghiệp tuyển quặng, công nghiệp gia công, chế tạo cơ khí. Trong các chất vô cơ thì đáng chú ý là hàm lợng các kim loại nặng bởi vì chúng là những yếu tố gây độc cho môi trờng sinh thái. Chỉ tiêu đặc trng tổng số các chất vô cơ có trong nớc thải là độ tro. Độ tro là lợng cặn còn lại sau khi đã bay hơi hết nớc thải và đốt cặn thu đợc ở 165 o C sau 2 giờ. Một số chất vô cơ ở dạng phi kim loại đợc xác định theo các phơng pháp riêng[4,8]. 1.4.3. Nhu cầu oxy hoá học COD (Chemical oxygen demand) Nhu cầu oxy hoá học COD là đại lợng đặc trng cho các chất khử (cả hữu cơ và vô cơ) có trong nớc thải đợc oxy hoá bởi các chất hoá học, oxy hoá mạnh nh K 2 Cr 2 O 7 hoặc KMnO 4 . Nó đợc tính bằng mg O 2 dùng để oxy hoá các chất khử có trong một đơn vị thể tích nớc thải. Thông thờng các chất khử dạng vô cơ có thể xác định đợc bằng các phơng pháp hoá học khác do đó hiệu của COD tổng số với nhu cầu oxy để oxy hoá các chất vô cơ đã biết có trong nớc thải sẽ cho ta gía trị hàm lợng các chất hữu cơ có trong nớc thải. Các phơng pháp xác định COD đã đợc chuẩn hoá theo quốc tế bao gồm các phơng pháp sau: + Phơng pháp bicromat hồi lu kín + Phơng pháp bicromat hồi lu hở 6 + Phơng pháp permanganat (ít sử dụng) Trong đó phơng pháp bicromat hồi lu hở đợc dùng phổ biến hơn. Phơng pháp hồi lu kín thờng đợc dùng để xác định COD của nớc thải có chứa nhiều chất dễ bay hơi [17,18,21]. Bản chất của phơng pháp bicromat đợc thể hiện ở phơng trình sau 6e - (của chất khử) + 14H + + Cr 2 O 7 2- = 2Cr 2 +3 + 7H 2 O Phần lớn các hợp chất hữu cơ (95-100%) dới tác dụng xúc tác của Ag 2 SO 4 và H 2 SO 4 đều bị oxy hoá bởi K 2 Cr 2 O 7 tạo thành CO 2 , H 2 O và NO 2 - nếu trong các chất khử có chứa N 2 . 1.4.4. Nhu cầu oxy sinh hoá BOD 5 (Fiveday-Biochemical demand) Nhu cầu oxy sinh hoá là lợng oxy (mg) xử dụng để oxy hoá các hợp chất hữu cơ có trong 1 lít nớc thải trong điều kiện kín ở 20 o C, không có ánh sáng do các quá trình sinh hoá bởi vi sinh vật hiếu khí thực hiện. Thờng chỉ tiêu BOD đợc xác định sau 5 ngày nuôi vi sinh vật nên chỉ số này đợc biểu thị BOD 5 , BOD 5 chiếm khoảng 65-70% BOD toàn phần của nớc thải (BOD ) BOD đợc xác định sau khoảng 15-20 ngày nuôi vi sinh vật. Để xác định chỉ tiêu này nớc thải phải đợc pha loãng ở mức độ sao cho lợng oxy hoà tan có trong nớc đủ để oxy hoá toàn bộ các chất hữu cơ có trong nớc thải. Chỉ số nồng độ oxy hoà tan ban đầu và sau khi nuôi trong nớc sẽ cho ta lợng oxy cần thiết để oxy hoá các chất hữu cơ có trong nớc thải. Một điều dễ thấy là sản phẩm của quá trình oxy hoá các chất hữu cơ là CO 2 và H 2 O và sinh khối vi sinh vật. Sinh khối vi sinh vật tạo thành chiếm khoảng 25% chất hữu cơ bị oxy hoá, do đó chỉ số BOD 5 thờng chỉ chiếm 60-70% tổng chất hữu cơ có trong nớc thải. Ngoài ra nhiều trờng hợp trong nớc thải có chứa các chất hữu cơ khó phân huỷ nh các hợp chất clo hữu cơ, cacbua hydro mạch vòng, poly- phenol . làm cho chỉ số BOD thấp hơn nhiều so với tổng lợng chất hữu cơ. Trong thực tế ngời ta thờng sử dụng chỉ tiêu tỷ lệ BOD/COD để đánh giá mức độ độc của nớc thải. Nớc thải có tỷ lệ BOD/COD < 0,4 khó phân huỷ sinh học. Nớc thải có tỷ lệ BOD/COD >0,5 dễ xử lý bằng phơng pháp sinh học. 7 1.4.5. Chỉ tiêu LC50 (Lethal concentration) Là chỉ tiêu rất cơ bản để đánh giá độ độc của nớc thải đối với hệ sinh thái môi trờng. LC50 là liều lợng gây chết 50% sinh vật thử ở thời điểm xác định, tơng ứng với nồng độ chất thử hoặc nồng độ nớc thải trong môi trờng. Để xác định chỉ tiêu này ngời ta phải sử dụng phơng pháp thử "test" sinh học với các sinh vật kiểm định đã đợc tiêu chuẩn hóa nh bèo tấm [8], cá [19]. 1.4.6. Chất rắn tổng số TS (Totalsolute) Là lợng chất còn lại của nớc thải sau khi đợc sấy khô ở 105 o C đến trọng lợng không đổi. 1.4.7. Hàm lợng chất rắn huyền phù SS (Supended Solides) Là lợng chất rắn lơ lửng trong nớc thải đợc xác định bằng cách ly tâm hoặc lọc và sấy đến khối lợng không đổi ở 105 o C. II. Sự sinh trởng và phát triển của vi sinh vật trong quá trình xử lý nớc thải 2.1. Vi sinh vật và đặc tính của vi sinh vật Vi sinh vật là những cơ thể vô cùng nhỏ bé chỉ có thể quan sát đợc ở dới kính hiển vi. Trong nớc thải cũng có mặt của quần thể vi sinh vật rất phong phú, bao gồm tất cả các chủng loại vi sinh vật nh vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn, coliform. Đó là những vi sinh vật thích nghi với môi trờng nớc thải và có khả năng sử dụng những hợp chất hữu cơ có trong nớc thải nh nguồn dinh dỡng. Để nghiên cứu khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ có trong nớc thải của vi sinh vật, phải tìm hiểu những đặc điểm sinh lý, sinh hoá của chúng . Các chất hữu cơ trong nớc thải là một hỗn hợp phức tạp gồm nhiều chất có cấu tạo hoá học rất khác nhau. Vì vậy khi xử lý nớc thải không thể sử dụng đơn thuần một loài vi sinh vật mà phải sử dụng tập hợp các loại vi sinh vật khác nhau. Tuỳ thuộc vào thành phần của từng loại nớc thải, tỷ lệ các loài vi sinh vật và số lợng sử dụng chúng trong xử lý cũng khác nhau. Tuy nhiên với nớc thải công nghiệp thông thờng thì các loài vi khuẩn vẫn chiếm u thế [2,3,7,10,14,15,16]. 8 2.2. Nhu cầu dinh dỡng và các yếu tố ảnh hởng đến quá trình sinh trởng và phát triển của vi sinh vật 2.2.1. Nhu cầu dinh dỡng của sinh vật Vi sinh vật sử dụng các chất dinh dỡng làm vật liệu xây dựng tế bào và nguồn cung cấp năng lợng. Sự phát triển của vi sinh vật phụ thuộc vào nguồn cacbon và nguồn dinh dỡng khác. * Nguồn cacbon: Nguồn cacbon là nguồn cung cấp dinh dỡng chủ yếu cho vi sinh vật. Nguồn cacbon có hai chức năng : Cung cấp năng lợng cho hoạt động sống của vi sinh vật, cung cấp nguyên liệu cho quá trình xây dựng tế bào. Dựa vào đặc điểm dinh dỡng của vi sinh vật đối với nguồn cacbon, ngời ta chia vi sinh vật ra thành 2 nhóm. -Vi sinh vật dị dỡng: Là nhóm vi sinh vật phổ biến trong tự nhiên. Các vi sinh vật này sử dụng chủ yếu là các nguồn cacbon hữu cơ. Chúng đóng vai trò quan trọng trong chu trình cacbon của tự nhiên.[1,2] - Vi sinh vật tự dỡng: là những vi sinh vật có khả năng tổng hợp các chất hữu cơ cho cơ thể từ CO 2 và H 2 O [1]. * Nguồn dinh d ỡng Nitơ . Nitơ là nguyên tố thứ hai sau (C) giữ vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất của vi sinh vật. Là thành phần không thể thiếu của một số các hợp chất hữu cơ trong vật chất sống nh prôtein axit amim, enzim, các bazơ nitơ. Trong tự nhiên Nitơ tồn tại dới nhiều dạng hợp chất khác nhau. Khả năng sử dụng các hợp chất Nitơ của các vi sinh vật khác nhau. Vi sinh vật có thể sử dụng đợc các hợp chất Nitơ hữu cơ ( pepton, cao men, bột đậu .) và hợp chất Nitơ vô cơ. * Nguồn dinh d ỡng muối khoáng. Các nguyên tố khoáng trong hợp phần tế bào vi sinh vật chiếm tỷ lệ không cao nhng có ý nghĩa quan trọng đối với quá trình trao đổi chất của vi sinh vật. Trong môi trờng nhân tạo thì khoáng chất thờng đợc đáp ứng bằng các khoáng chất có trong nguyên liệu. Nhu cầu về các nguyên tố khoáng của các vi sinh vật khác nhau, thay đổi theo đặc tính của từng loài, tuổi sinh lý của tế bào và theo điều kiện của môi trờng. Trong số các chất khoáng thì quan trọng nhất là 9 photpho (50% khoáng khô), thành phần không thể thiếu đợc của axít nucleotít, phopho lipit, các hợp chất cao năng. Nguồn cung cấp photpho cho vi sinh vật chủ yếu là photpho vô cơ (K 2 HPO 4 , KH 2 PO 4 ). Ngoài ra Mg là nguyên tố đa lợng tham gia vào thành phần của các enzim, oxy hoá khử nhất là các enzim trong chuỗi hô hấp và riboxom. Nguồn Mg dùng phổ biến trong nuôi cấy sinh vật là các muối: MgSO 4 .7H 2 O, MgCl 2 . Canxi là nguyên tố quan trọng trong quá trình phát triển của tế bào, tham gia vào quá trình điều chỉnh pH, có mặt trong thành phần của một số enzim . Khi xử lý nớc thải bằng vi sinh vật cần phải nghiên cứu nồng độ các chất phù hợp với đặc điểm sinh trởng và phát triển của vi sinh vật. Nếu vợt ra ngoài khoảng đó, sinh trởng của vi sinh vật có thể bị ức chế. Ngoài các nguyên tố trên vi sinh vật còn cần các chất vi lợng (Co, Ni, Cu, Mo, B .) với chức năng là các chất kính thích sinh trởng, điều chỉnh các hoạt động sinh lí sinh hoá của tế bào. Để sinh trởng và phát triển một số loài vi sinh vật cần có các loại vitamin nh B 1 , B 2 , B 12 , D, H . 2.2.2. Các yếu tố ảnh hởng đến quá trình sống của vi sinh vật ảnh hởng của nớc và nồng độ các chất dinh dỡng . Nớc đóng vai trò rất quan trọng trong hoạt động sống của vi sinh vật. Nớc hoà tan các chất dinh dỡng nhờ đó mà chất dinh dỡng dễ dàng thẩm thấu qua màng tế bào để cho vi sinh vật sử dụng. Nồng độ các chất dinh dỡng trong nớc phải phù hợp với đặc điểm sinh lý của tế bào. Nồng độ các chất dinh dỡng cao quá mức giới hạn tế bào sẽ mất nớc, nguyên sinh chất trong tế bào bị keo tụ lại làm hoạt động trao đổi chất bị ngng trệ. Ngợc lại trong nớc cất tế bào bị trơng lên do xảy ra hiện tợng thẩm thấu của nớc qua màng tế bào làm cho tế bào bị vỡ. Tỉ lệ các chất dinh dỡng có ảnh hởng lớn đến hoạt động sống của vi sinh vật. Mỗi loài vi sinh vật cũng có nhu cầu khác nhau về tỷ lệ các chất dinh dỡng. Tỷ lệ C : N : P phổ biến cho nhiều loài là 100 : 10 : 1. * Nhiệt độ : Mỗi loại vi sinh vật có độ giới hạn nhiệt độ phát triển thích hợp khác nhau. Đối với mỗi loại vi sinh vật có các giới hạn nhiệt độ phát triển tối thiểu (T o min ), nhiệt độ phát triển tối đa (T o max ) và nhiệt độ phát triển thích hợp (T o opt ) . Nấm mốc, xạ khuẩn có T o opt phổ biến từ 26-30 o C, nấm men có T o opt vào khoảng 30-37 o C. Trong khi đó ở vi khuẩn có sự khác biệt rất lớn về T o opt . Phần lớn vi khuẩn có T o opt 30-37 o C , có nhiều loài vi khuẩn có T o opt thấp 10-20 o C (vi sinh vật a 10