Tiểu luận vi sinh vật trong hệ thống xử lí và hệ thống phân phối nước cấp

Tính cấp thiết của đề tài • Nước cấp an toàn là nhu cầu cần thiết cho mọi sinh vật • Tình trạng ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm ngày càng nghiêm trọng • Một trong những tác nhân ô nhiễ

Chuyên đề: “Vi sinh vật trong hệ thống xử lí và hệ thống phân phối nước”

 Công nghệ xử lí nước cấp

VI SINH VẬT TRONG HỆ THỐNG XỬ LÍ

VÀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI NƯỚC CẤP

Thứ 2- Tiết 789 RĐ102 GVHD: ThS Lê Thị Lan Thảo

KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ

A ĐẶT VẤN ĐỀ

1. Tính cấp thiết của đề tài

• Nước cấp an toàn là nhu cầu cần thiết cho mọi sinh vật

• Tình trạng ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm ngày càng nghiêm trọng

• Một trong những tác nhân ô nhiễm là vi sinh vật hiện diện trong hệ thống xử lý nước

cấp và trong hệ thống phân phối nước

2. Mục đích đề tài

Hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến gây ô nhiễm vi sinh vật trong hệ thống cung cấp nước

3. Nội dung đề tài

 Nguồn gốc vi sinh vật trong nước

 Ảnh hưởng của vi sinh vật trong hệ thống xử lí nước cấp

 Một số loại vi sinh vật trong nước cấp

 Ảnh hưởng của vi sinh vật trong hệ thống phân phối nước cấp

 Tác động vi sinh vật

 Các vấn đề gây nên bởi vi sinh vật trong hệ thống phân phối nước và cách khắc

phục

 Các giải pháp xử lý vi sinh vật trong nước cấp

4. Phương pháp nghiên cứu

• Phương pháp tổng hợp biên dịch tài liệu: là việc tổng hợp các tài liệu đã thu thập liên quan đến đề tài đang nghiên cứu

B NỘI DUNG

1 NGUỒN GỐC VI SINH VẬT TRONG NƯỚC

1.1 Giới thiệu về vi sinh vật trong nước

• Vi sinh vật là những cấu rúc nhỏ nhất của cơ thể sống, nhưng nó lại phân bố rộngnhất và tham gia vào mọi quá trình sống mà bằng mắt thường chúng ta không thểthấy được vi sinh vật vô cùng phong phú và đa dạng về cả chủng loại và hình thù

• Với một mức độ,và thành phần các vi sinh vật thích hợp thì chúng rất quan trọngtrong nước như phân hủy chất hữu cơ,tạo nguồn ôxi, cố định ni tơ còn không no gây

ra cũng không ít tác hại như ô nhiễm,phá hoại

• Các thủy vực nước ngọt như ao, hồ, hồ chứa (resevoir), kênh rạch,…là nguồn cấpnước và thủy sản quan trọng đối với đời sống con người và động vật nuôi Hiện nay

do sự phát triển kinh tế ồ ạt đã tạo ra sự ô nhiễm báo động đối với môi trường nóichung và các loại hình ao, hồ nói riêng Người ta từng cảnh báo nhiều lần về sự đổimầu và mùi của nước, tiếp theo là các biểu hiện khác như động vật thủy sinh chết

hàng loạt,… Đó là những biểu hiện điển hình của một thủy vực đã bị ô nhiễm

• Ví dụ: Sự phát triển qúa độ của một số loài tảo và vi khuẩn lam (Cyanobacteria) ưakiềm và hàm lượng dinh dưỡng cao trong môi trường sống Chúng ta có thể quan sátthấy rõ hiện tượng này qua sự phát triển quá độ của Microcystis và một số vi khuẩnlam khác trong hồ Hoàn Kiếm và nhiều hồ khác ở Hà Nội

Hình 1: Vi khuẩn lam Cyanobacteria

(Nguồn: Báo Thiếu niên Tiền phong)

• Hơn nữa, nhiều loài vi khuẩn khác còn chứa độc tố gây hại cho sinh vật khác và conngười.

1.2 Nguồn gốc của vi sinh vật trong nước

• Có thể từ đất do bụi bay lên, nguồn nước này chủ yếu bị nhiễm vi sinh vật trên bề mặt

• Có thể do nước mưa sau khi chảy qua những vùng đất khác nhau cuốn theo nhiều vi sinh

vật nơi nước chảy qua

• Do nước ngầm hoặc nguồn nước khác qua những nơi nhiễm bẩn nghiêm trọng

• Số lượng và thành phần vi sinh vật thấy trong nước mang đặc trưng vùng đất bị nhiễm mà

nước chảy qua

Phân Theo Môi Trường Sống:

•Ở môi trường nước ngọt, đặc biệt là những nơi luôn có sự nhiễm khuẩn từ đất, hầu hết cácnhóm vi sinh vật có trong đất đều có mặt trong nước, tuy nhiên với tỷ lệ khác biệt Nướcngầm và nước suối thường nghèo vi sinh vật nhất do ở những nơi này nghèo chất dinhdưỡng Trong các suối có hàm lượng sắt cao thường chứa các vi khuẩn sắt nhưLeptothrix ochracea Ở các suối chứa lưu huỳnh thường có mặt nhóm vi khuẩn lưuhuỳnh màu lục hoặc màu tía Những nhóm này đều thuộc loại tự dưỡng hoá năng vàquang năng Ở những suối nước nóng thường chỉ tồn tại các nhóm vi khuẩn ưa nhiệt nhưLeptothrix thermalis

• Ở ao, hồ và sông do hàm lượng chất dinh dưỡng cao hơn nước ngầm và suối nên số lượng

và thành phần vi sinh vật phong phú hơn nhiều Ngoài những vi sinh vật tự dưỡng còn

có rất nhiều các nhóm vi sinh vật dị dưỡng có khả năng phân huỷ các chất hữu cơ Hầuhết các nhóm vi sinh vật trong đất đều có mặt ở đây Ở những nơi bị nhiễm bẩn bởi nướcthải sinh hoạt còn có mặt các vi khuẩn đường ruột và các vi sinh vật gây bệnh khác Tuynhững vi khuẩn này chỉ sống trong nước một thời gian nhất định nhưng nguồn nước thảilại được đổ vào thường xuyên nên lúc nào chúng cũng có mặt Đây chính là nguồn ô

nhiễm vi sinh nguy hiểm đối với sức khoẻ con người

• Ở những thuỷ vực có nguồn nước thải công nghiệp đổ vào thì thành phần vi sinh vật cũng

bị ảnh hưởng theo các hướng khác nhau tuỳ thuộc vào tính chất của nước thải Nhữngnguồn nước thải có chứa nhiều axit thường làm tiêu diệt các nhóm vi sinh vật ưa trungtính có trong thuỷ vực

• Tuy cũng là môi trường nước ngọt nhưng sự phân bố của vi sinh vật ở hồ và sông rất khácnhau Ở các hồ nghèo dinh dưỡng, tỷ lệ vi khuẩn có khả năng hình thành bào tử thườngcao hơn so với nhóm không có bào tử Ở các tầng hồ khác nhau sự phân bố của vi sinhvật cũng khác nhau Ở tầng mặt nhiều ánh sáng hơn thường có những nhóm vi sinh vật

tự dưỡng quang năng Dưới đáy hồ giàu chất hữu cơ thường có các nhóm vi khuẩn dịdưỡng phân giải chất hữu cơ Ở những tầng đáy có sự phân huỷ chất hữu cơ mạnh tiêuthụ nhiều ôxy tạo ra những vùng không có ôxy hoà tan thì chỉ có mặt nhóm kỵ khí bắtbuộc không có khả năng tồn tại khi có oxy

Hình 2: Môi trường tồn tại vi khuẩn sắt

Leptothrix ochracea(Nguồn: Unmanipulated photograph)

Ở môi trường nước mặn bao gồm hồ nước mặn và biển, sự phân bố của vi sinh vậtkhác hẳn so với môi trường nước ngọt do nồng độ muối ở những nơi này cao Tuỳ thuộcvào thành phần và nồng độ muối, thành phần và số lượng vi sinh vật cũng khác nhau rấtnhiều Tuy nhiên tất cả đều thuộc nhóm ưa mặn ít có mặt ở môi trường nước ngọt Cónhững nhóm phát triển được ở những môi trường có nồng độ muối cao gọi là nhóm ưamặn cực đoan Nhóm này có mặt ở cả các ruộng muối và các thực phẩm ướp muối Đại

Hình 3: Cryptosporidium

Nguồn: Wikipedia

Hình 4: Tảo LamNguồn: Wikipedia

Hình 6:Giáp xác Copepods

Nguồn: Wikipedia

Hình 5:Vi khuẩn E.coli

Nguồn: Wikipedia

diện của nhóm này là Halobacterium có thể sống được ở dung dịnh muối bão hoà Cónhững nhóm ưa mặn vừa phải sống ở nồng độ muối từ 5 đến 20%, nhóm ưa mặn yếu sốngđược ở nồng độ dưới 5% Ngoài ra có những nhóm chịu mặn sống được ở môi trường cónồng độ muối thấp, đồng thời cũng có thể sống ở môi trường nước ngọt Các vi sinh vậtsống trong môi trường nước mặn nói chung có khả năng sử dụng chất dinh dưỡng có nồng

độ rất thấp Chúng phát triển chậm hơn nhiều so với vi sinh vật đất Chúng thường bámvào các hạt phù sa để sống Vi sinh vật ở biển thường thuộc nhóm ưa lạnh, có thể sốngđược ở nhiệt độ từ 0 đến 40C Chúng thường có khả năng chịu được áp lực lớn nhất là ởnhững vùng biển sâu

Ä Nói chung các nhóm vi sinh vật sống ở các nguồn nước khác nhau rất đa dạng về hìnhthái cũng như hoạt tính sinh học Chúng tham gia vào việc chuyển hoá vật chất cũngnhư các vi sinh vật sống trong môi trường đất Ở trong môi trường nước cũng có mặtđầy đủ các nhóm tham gia vào các chu trình chuyển hoá các hợp chất cacbon, nitơ vàcác chất khoáng khác Mối quan hệ giữa các nhóm với nhau cũng rất phức tạp, cũng có

Hình 7: Vi sinh vật Lingulodinium polyedrum làm cho vùng

biển rực sáng (Nguồn: Will Ho)

các quan hệ ký sinh, cộng sinh, hỗ sinh, kháng sinh như trong môi trường đất Có quanđiểm cho rằng vi sinh vật sống trong môi trường nước và đất đều có chung một nguồngốc ban đầu Do quá trình sống trong những môi trường khác nhau mà chúng có nhữngbiến đổi thích nghi Chỉ cần một tác nhân đột biến cũng có thể biến từ dạng này sangdạng khác do cơ thể và bộ máy di truyền của vi sinh vật rất đơn giản so với những sinhvật bậc cao

Ngày nay các nguồn nước, ngay cả nước ngầm và nước biển ở những mức độ khác nhau đã bị ô nhiễm do các nguồn chất thải khác nhau Do đó khu hệ vi sinh vật bị ảnh hưởng rất nhiều và do đó khả năng tự làm sạch các nguồn nước do hoạt động phân giải của vi sinh vật cũng bị ảnh hưởng.

II ẢNH HƯỞNG CỦA VI SINH VẬT TRONG HỆ THỐNG XỬ LÍ NƯỚC CẤP

Nước thô Nước được ổn định Thành phần và số lượng VSV thay đổi

phụ thuộc vào nhiều yếu tố (nhiệt độ,ánh sáng Lắng )

Tiền Chlor Cải thiện hiệu quả của quá

trình keo tụ , lọc Có thể tăngTrihalomethane

Giảm số lượng VSV do tác dụng củachất ô xy hóa

Keo tụ-

Đông tụ

Giảm chất rắn lơ lửng vàmột phần rắn hòa tan

Giảm đến 90% Vi khuẩnGiảm 31- 90% vi rútMột số VK gây bệnh di chuyển vào bùn

III MỘT SỐ LOẠI VI SINH VẬT TRONG NƯỚC CẤP

1 Sinh vật ngoại lai

Những sinh vật ngoại lai bao gồm: vi khuẩn dạng chỉ, nấm, tảo, các động vật phù du.Trong số vi khuẩn dạng chỉ, đặc biệt chú ý là Sphaerotilus natans Trong số các loại nấm

nguy hiểm nhất là Leptomitus lacteus.

- Leptomitus lacteus sống quanh năm ở sông hồ nhưng phát triển mạnh nhất về mùa đông Điều kiện thường xuyên phải có để Leptomitus lacteus phát triển là sự có mặt của các chất hữu cơ Sự phát triển của Leptomitus lacteus phát triển thành từng khối nhầy cùng với

Sph Natans trong 1,5 – 2 giờ có thể hoàn toàn vít lưới, làm lưới chắn của công trình thu

bị hỏng Ở các bể lọc chúng cùng với các sợi nấm nhầy tạo một mảng chắc ngăn nước –không cho nước đi qua bể lọc

- Tảo cũng gây nhiều hiện tượng bất lợi trong các công trình cấp nước gồm khuê tảo, lụctảo, tảo xanh lam.

Khuê tảo có khung silic cứng Chúng tạo nên các màng chắc trên mặt vật liệu lọc, khôngcho nước qua bể lọc, làm giảm năng suất bể

Khuê tảo Melosira islandica thường phát triển về hai mùa xuân và thu, có khi tới 600 –

700 và thậm chí tới 1000 – 2000 tế bào/ml nước Mùa hè: Không đáng kể chỉ không quá

20 Ngoài ra còn có các loại khuê tảo khác như Melisira italicxa, Atcrionella formosa,synedra v.v…

Hình 8: Nấm mốc Leptomitus dưới kính hiển vi

(Nguồn :Mientayvn.com)

Sự phát triển mạnh mẽ của khuê tảo còn do có nhiếu sắt trong nước Khả năng ôxy hóacủa sắt sẽ cao khi pH và nhiệt độ nước thấp.

2 Sinh vật nguyên địa

• Sinh vật nguyên địa lọt vào hệ thống cấp nước ngay từ các nguồn nước, qua cáccông trình thu nước Chúng có thể tồn tại, sinh sản bình thường trong ống dẫn.Nhiều loại phát triển mạnh trong ống – kênh dẫn nước, thậm chí phát triển mạnhhơn so với trong nguồn nước vì không có đối thủ tự nhiên Những sinh vật nguyênđịa bao gồm: vi khuẩn, nấm, nhuyễn thể, đài tiểu động vật, … các động vật hạđẳng và động vật bậc thấp Tảo không thuộc sinh vật nguyên địa vì ở đó không có

ánh sáng nên chúng không sống - hoạt động được

• Nhiều loại sinh vật nguyên địa có thể bám chắc vào thành tường, thành ống vàkhông bị dòng chảy lôi đi Sự phát triển sinh vật trong ống thường bền chắc và ởnhững chỗ khó nhìn thấy Vì vậy việc chống các hiện tượng này thường khó hơn sovới các hiện tượng do sinh vật ngoại lai Cũng vì vậy, những tồn tại do chúng gây

ra cũng rất lớn

• Mầm mống của những hiện tưọng bất lợi là vi khuẩn Trong đó có loại tạo giápmạc dầy cứng liên kết với nhau Trong nước bẩn chứa các chất hữu cơ, phát triểncác loài zoogloea ramigera và Sphacrotilus natans Trong nước sạch và trong cácống dẫn nước cấp phát triển rất nhiều vi khuẩn sắt, vi khuẩn khử sulfat nấm

IV ẢNH HƯỞNG CỦA VI SINH VẬT TRONG HỆ THỐNG PHÂN PHỐI NƯỚC CẤP

• Màng vi sinh vật phát triển gây trở lực dòng chảy

• Hoạt động của vi khuẩn oxy hóa gây màu cho nước

• Tổn thất lượng Chlor do tăng nồng độ chất khử trùng

Tăng trưởng của vi sinh vật trong hệ thống phân phối nước cấp:

• Vi sinh vật sẽ phát triển kể từ lúc vừa ra khỏi hệ thống xử lý nước cấp kể cả khi

quá trình khử trùng đạt hiệu quả

• Vi khuẩn oxy hóa sắt và Mangan sẽ phát triển gây màu cho nước và tăng trở lực

đường ống

• Coliform có thể tăng trưởng ở điều kiện ít chất dinh dưỡng

• Legionella phát triển ở nhiệt độ từ 32- 50oC

• Vi sinh vật gây bệnh cũng phát hiện trong đường ống phân phối

• Nhiều loại Protozoa phát triển là nơi trú ngụ của vi sinh vật gây bệnh gây khó khăn

trong kiểm soát vi sinh vật gây bệnh

• Chỉ tiêu HPC (Heterotrophic Plate Count) trong mạng lưới cấp nước nhỏ hơn 500CFU/ml

V TÁC ĐỘNG

• Sinh vật có mặt trong môi trường nước ở nhiều dạng khác nhau Bên cạnh các sinhvật có ích có nhiều nhóm sinh vật gây bệnh hoặc truyền bệnh cho người và sinh vật.Trong số này, đáng chú ý là các loại vi khuẩn, siêu vi khuẩn và ký sinh trùng gây bệnhnhư các loại ký sinh trùng bệnh tả, lỵ, thương hàn, sốt rét, siêu vi khuẩn viêm gan B,siêu vi khuẩn viêm não Nhật bản, giun đỏ, trứng giun v.v

• Nguồn gây ô nhiễm sinh học cho môi trường nước chủ yếu là phân rác, nước thảisinh hoạt, xác chết sinh vật, nước thải các bệnh viện v.v Để đánh giá chất lượngnước dưới góc độ ô nhiễm tác nhân sinh học, người ta thường dùng chỉ số coliform.Đây là chỉ số phản ánh số lượng trong nước vi khuẩn coliform, thường không gâybệnh cho người và sinh vật, nhưng biểu hiện sự ô nhiễm nước bởi các tác nhân sinhhọc Để xác định chỉ số coliform người ta nuôi cấy mẫu trong các dung dịch đặc biệt

và đếm số lượng chúng sau một thời gian nhất định Ô nhiễm nước được xác địnhtheo các giá trị tiêu chuẩn môi trường

• Hiện tượng trên thường gặp ở các nước đang phát triển và chậm phát triển trên thếgiới Theo báo cáo của Ngân hàng thế giới năm 1992, nước bị ô nhiễm gây ra bệnhtiêu chảy làm chết 3 triệu người và 900 triệu người mắc bệnh mỗi năm Đã có năm số

máng 600 triệu người Để hạn chế tác động tiêu cực của ô nhiễm vi sinh vật nguồnnước mặt, cần nghiên cứu các biện pháp xử lý nước thải, cải thiện tình trạng vệ sinhmôi trường sống của dân cư, tổ chức tốt hoạt động y tế và dịch vụ cộng.

• Một khám phá gây ngạc nhiên do các nhà khoa học thuộc viện Carngie phát hiện

đã mang lại bước tiến mới cho nghiên cứu về quá trình quang hợp vốn được cho làmột quá trình sinh học quan trọng nhất trên Trái đất

• Hai nghiên cứu do Arthur Grossman cùng đồng nghiệp thực hiện đã cho thấy một sốloại vi sinh vật sống dưới biển đã tiến hóa một phương thức quang hợp không tuântheo quy luật kể trên Chúng tạo ra được một phần năng lượng đáng kể mà không cầnhấp thụ khí cacbonic hay giải phóng khí oxi Khám phá của Arthur Grossman khôngchỉ gây chấn động đến những hiểu biết cơ bản của các nhà khoa học về quá trìnhquang hợp, mà nó còn có thể giúp giải đáp tại sao các vi sinh vật sống dưới biển lạilàm cho tỉ lệ khí cacbonic trong bầu khí quyển tăng lên

VI CÁC VẤN ĐỀ GÂY NÊN BỞI VI SINH VẬT TRONG HỆ THỐNG PHÂN PHỐI NƯỚC VÀ CÁCH KHẮC PHỤC

1. Mùi và vị:

– Nguyên nhân

+ Con người: Phenol(do các hoạt động công nghiệp), hydrocarbon và halogen

+ Tự nhiên: Geosmin và 2-methyl iso borneol có mùi “ẩm đất” do xạ khuẩn, Vi khuẩnlam sinh ra trong quá trình trao đổi chất

– Cách khắc phục:

+ Hấp phụ (than hoạt tính)

+ Phương pháp sục khí

+ Phân hủy sinh học bằng màng sinh học

+ Quá trình oxy hóa là một phương pháp thường được sử dụng để loại bỏ mùi vị, mùi,(chlor, thuốc tím,…)

 Trong hệ thống phân phối, xả định kỳ và duy trì một Clo dư đầy đủ sẽ giữ cho ống

sạch sẽ và khử mùi.

2. Tảo, nấm :

Hình 9: Vi khuẩn gây mùi trong nước (Nguồn:nieubao.vn)

- Nguyên nhân:

Nước cuối đường ống hiện diện tảo lục, tảo lam, tảo cát

+ Gây tắc nghẽn bể lọc

+ Gây mùi không mong muốn

+ Tăng trihalomethan sau quá trình khử trùng

+ Nước có độ màu cao

Nấm có thể tồn tại trong hệ thống đến 100 CFU/ml

+ Gây dị ứng

+ Tăng lượng chất sát khuẩn

+ Gây mùi không mong muốn

- Cách khắc phục:

+ Tối ưu hóa đông /keo tụ, lắng đọng trầm tích, và các quá trình lọc Đây là phươngpháp điều trị đơn giản và tiết kiệm nhất cho việc khử hương vị và mùi liên quan đéntảo nổi

+ Với các quy trình xử lý như sục khí ozôn, clo hóa sơ bộ, keo tụ, lắng lọc có thể làmgiảm độ màu của nước Cần lưu ý, khi nguồn nước có màu do hợp chất hữu cơ, việc sửdụng hóa chất clo có thể tạo ra chất mới là trihalomethane có khả năng gây ung thư

3. Protozoa, xạ khuẩn