2.2.3.1 Sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật
Sự sinh trưởng của vi sinh vật là sự tăng sinh khối của nó do hấp phụ, đồng hóa các chất dinh dưỡng. Theo nghĩa rộng, sinh trưởng hay sự tăng sinh khối là tăng trọng lượng, kích thước hoặc số lượng tế bào.
Như vậy, hiệu quả của sự sinh trưởng là quá trình tổng hợp các bộ phận của cơ thể, tế bào và sự tăng sinh khối – sức sinh trưởng (giảm BOD). Các quá trình diễn ra không đồng đều theo thời gian và không gian trong tế bào vi sinh vật.
Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991
• Chu kỳ phát triển của các vi khuẩn trong bể xử lý bao gồm 4 giai đoạn: + Giai đoạn chậm (lag-phase): xảy ra khi bể bắt đầu đưa vào hoạt động và bùn của các bể khác được cấy thêm vào bể. Đây là giai đoạn để các vi khuẩn thích nghi với môi trường mới và bắt đầu quá trình phân bào. Trong giai đoạn này vi sinh vật hầu như không tăng (hoặc tăng không đáng kể) về số lượng.
+ Giai đoạn tăng trưởng (log-growth phase): giai đoạn này các tế bào vi khuẩn tiến hành phân bào và tăng nhanh về số lượng. Tốc độ phân bào phụ thuộc vào thời gian cần thiết cho các lần phân bào và lượng thức ăn trong môi trường. Giai đoạn này cần được kéo dài để tăng hiệu quả và tải trọng xử lý.
+ Giai đoạn cân bằng (stationary phase): lúc này mật độ vi khuẩn được giữ ở một số lượng ổn định. Nguyên nhân của giai đoạn này là: thứ nhất các chất dinh dưỡngcần thiết cho quá trình tăng trưởng của vi khuẩn đã bị sử dụng hết, thứ hai là số lượng vi khuẩn sinh ra bằng với số lượng vi khuẩn chết đi. Trong thức tế ta không mong muốn đạt đến trạng thái này, vì đây là lúc vi sinh vật tăng trưởng cực đại tuy nhiên nó sẽ nhanh chóng chuyển sang pha suy vong sau khi vừa đạt giá trị tăng trưởng cực đại
+ Giai đoạn chết (log-death phase): trong giai đoạn này số lượng vi khuẩn chết đi nhiều hơn số lượng vi khuẩn được sinh ra, do đó mật độ vi khuẩn trong bể giảm nhanh. Giai đoạn này có thể do các loài có kích thườc khả kiến hoặc là đặc điểm của môi trường.
Cần chú ý rằng rằng đồ thị trên chỉ mô tả sự tăng trưởng của một quần thể vi khuẩn đơn độc. Thực tế trong bể xử lý có nhiều quần thể khác nhau và có đồ thị tăng trưởng giống nhau về dạng nhưng khác nhau về thời gian tăng trưởng cũng như đỉnh của đồ thị. Trong một giai đoạn bất kỳ nào đó sẽ có một loài có số lượng chủ đạo do ở thời điểm đó các điều kiện như pH, oxy, dinh dưỡng, nhiệt độ... phù hợp cho loài đó.
Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991 Hình 2.2 Đồ thị về sự tăng trưởng tương đối của các vi sinh vật trong bể xử lý
nước thải
Như đã nói ở trên vi khuẩn đóng vai trò quan trọng hàng đầu trong xử lý nước thải. Do đó chúng ta phải duy trì một mật độ vi khuẩn cao tương thích với lưu lượng các chất ô nhiễm đưa vào bể. Phải tính toán chính xác thời gian tồn lưu của vi khuẩn trong bể xử lý và thời gian này phải đủ lớn để các vi khuẩn có thể sinh sản được. Điều kiện cần thiết cho quá trình tăng trưởng của vi khuẩn (pH, chất dinh dưỡng, nhiệt độ, khuấy trộn...) phải được điều chỉnh ở mức thuận lợi nhất cho vi khuẩn.
2.2.3.2 Đặc điểm chung của vi sinh vật tham gia vào quá trình xử lý nước thải
- Kích thước rất nhỏ, chỉ có thể đo bằng micromet thậm chí là nanomet. - Hấp thụ nhiều, chuyển hóa nhanh.
- Năng lực thích ứng mạnh, dễ sinh biến dị. Trong quá trình tiến hóa lâu dài, để tồn tại, vi sinh vật đã tạo cho mình những cơ chế điều hòa trao đổi chất để thích ứng với điều kiện sống bất lợi của môi trường. Vi sinh vật rất dễ phát sinh biến dị bởivì thường đơn bào, đơn bội, sinh sản nhanh, số lượng nhiều, tiếp xúc trực tiếp với môi trường sống. Tần số biến dị của vi sinh vật thường là từ 10- 5-10-10. Hính thức biến dị thường là đột biến gen và dẫn đến những thay đổi về hình thái, cấu tạo, kiểu trao đổi chất, tính kháng nguyên, tính đế kháng,…
- Phân bố rộng, chủng loại nhiều.
2.2.3.3 Một số vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý nước thải
Bảng 2.3: Một số vi khuẩn tham gia vào quá trình sinh học xử lý nước thải.
STT Vi khuẩn Chức năng
1 Pseudomonas Phân huỷ Hiđrat cacbon, Protein, … và phản
Nitrat
2 Arthrobacter Phân huỷ Hiđrat cacbon
3 Bacillus Phân huỷ Hiđrat cacbon, Protein …
4 Cytophaga Phân huỷ các Polime
5 Zooglea Tạo thành chất nhầy (Polisaccarit), chất keo
tụ
6 Acinetobacter Tích luỹ Poliphosphat, phản Nitrat
7 Nitrosomonas Nitrit hoá
8 Nitrobacter Nitrat hoá
9 Sphaerotilus Sinh nhiều tiêu mao, phân huỷ các chất hữu
cơ
10 Alkaligenes Phân huỷ Protein, phản Nitrat hoá
11 Flavobacterium Phân huỷ Protein
12 Nitrococus
denitrificans
Phản Nitrat hoá (khử nitrat thành N2)
13 Thiobaccillus
denitrificans
14 Acinetobacter Phản Nitrat hoá (khử nitrat thành N2)
15 Hyphomicrobium Phản Nitrat hoá (khử nitrat thành N2)
16 Desulfovibrio Khử sulfat, khử nitrat
Ngoài các vi sinh vật có trong bảng thì một số vi sinh vật khác được chia thành các nhóm – sắp xếp theo chế độ hấp thụ các chất dinh dưỡng trong nước thải.
Họ Pseudomonas (chiếm 50-80 lượng vi khuẩn) được chia làm các nhóm:
- Methannomonas : vi sinh vật lên men methan
- Nitrosomonas : vi sinh vật oxy hóa nitrit
- Hydrogenomonas : vi sinh vật oxy hóa phân tử Hydro, ngoài ra còn tích
cực phân giải các hợp chất thơm và các chất hữu cơ mạch vòng.
- Sulfomonas, Thiobacillus : vi sinh vật hồi phục các hợp chất hữu cơ lưu
huỳnh. Ngoài ra Sulfomonas còn hấp thụ tốt ác chất hữu cơ.
Họ Bacterium (gồm 30 loài) chia thành:
- Bact. Aliphacitum, Bact. Naphtalinicus, Bact. Benzoni, Bact. Cycloclastes
có khả năng hấp phụ dầu, sáp, phenol, mỡ…
- Bact. Mycoides có khả năng phân giải các hợp chất chứa Nitơ.
- Thyo Bacterium, Phiotrix có khả năng oxy hóa các hợp chất chứa lưu
Hình 2.3: Desulfovibrio Khử sulfat, khử nitrat
Hình 2.4: Vi khuẩn Pseudomonas
Hình 2.5:Bacillus
Phân hủy cacbonhydrat và protein
Hình 2.6 Cytophaga
Hình 2.7: Zooglea
Tạo chất nhầy (polisaccarit), chất keo tụ Vi khuẩn hình sợi – tác nhân bám dính: