Để có thể tái sinh và hoạt động một cách hợp lý, vi sinh vật cần có nguồn năng lượng: carbon để tổng hợp tế bào mới và các nguyên tố vô cơ (chất dinh dưỡng) như nitơ (N2), phoospho (P), lưu huỳnh (S), canxi (Ca) và magiê (Mg). Các chất dinh dưỡng hữu cơ cũng cần thiết để tổng hợp tế bào.
Nguồn carbon và năng lượng. Hai nguồn carbon thông dụng nhất đối với mô
tế bào là carbon hữu cơ và CO2 . Những vi sinh vật sử dụng nguồn carbon hữu cơ để tạo thành mô tế bào được gọi là vi sinh vật dị dưỡng
(heterotrophs). Các vi sinh vật sử dụng nguồn carbon từ CO2 được gọi là vi sinh tự dưỡng (autotrophs). Sự chuyển hóa CO2 thành mô tế bào hữu cơ là quá trình khử đòi hỏi phải cung cấp thêm năng lượng. Do đó các vi sinh vật tự dưỡng tiêu tốn nhiều năng lượng cho quá trình tổng hợp hơn so với
vi sinh vật dị dưỡng. Đây chính là nguyên nhân khiến cho tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật tự dưỡng thường thấp hơn.
Năng lượng cần thiết để tổng hợp tế bào có thể được cung cấp từ ánh sáng mặt trời hoặc từ phản ứng oxy hóa hóa học. Các vi sinh vật có thể sử dụng ánh sáng mặt trời làm nguồn năng lượng được gọi là vi sinh vật quang dưỡng (photrophs). Các vi sinh vật quang duỡng có thể là vi sinh vật dị dưỡng (vi khuẩn chuyển hóa lưu huỳnh) hoặc các vi sinh vật tự dưỡng (tảo và vi khuẩn quang hợp). Các vi sinh vật lấy năng lượng từ các phản ứng hóa học được gọi là chemotrophs. Cũng giống như vi sinh vật quang dưỡng,
chemotrophs cũng gồm hai loại: di duỡng hóa học (nguyên sinh động vật, nấm và hầu hết các vi khuẩn) và tự dưỡng hóa học (vi khuẩn nitrat hóa). Các vi sinh vật tự dưỡng hoá học thu năng lượng từ quá trình oxy hóa các hợp chất vô cơ như ammonia, nitrit và các hợp chất chứa lưu huỳnh. Các vi sinh vật dị dưỡng hóa học thường thu năng lượng từ quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ. Sự phân loại vi sinh vật theo nguồn năng lượng và carbon của tế bào được trình bày trong Bảng 6
Bảng 6 Phân loại vi sinh vật theo nguồn carbon và nguồn năng lượng
Loại Nguồn năng lượng Nguồn carbon
Tự dưỡng - Quang tự dưỡng - Tự dưỡng hóa học Dị dưỡng - Dị dưỡng hóa học - Quang dị dưỡng Aùnh sáng mặt trời Phản ứng oxy hóa khử chất vô cơ Phản ứng oxy hóa khử chất hữu cơ Aùnh sáng mặt trời CO2 CO2
Carbon hữu cơ Carbon hữu cơ
Nguồn:Tchobanoglous và cộng sự, 1993.
Nhu cầu dinh dưỡng và các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của vi sinh vật. Các chất dinh dưỡng không phải là nguồn carbon hoặc năng lượng có
thể là thành phần hạn chế sự tổng hợp và phát triển tế bào vi sinh vật. Các chất dinh dưỡng vô cơ cơ bản cần thiết cho vi sinh vật bao gồm nitơ
(N), lưu huỳnh (S), phospho (P), kali (K), magiê (Mg), canxi (Ca), sắt (Fe), natri (Na) và clo (Cl). Các chất dinh dưỡng ít quan trọng hơn bao gồm kẽm (Zn), mangan (Mn), molyden (Mo), selen (Se), Coban (Co), đồng (Cu), Niken (Ni) và tungsten (W).
Bên cạnh các chất dinh dưỡng vô cơ, một số loại vi sinh vật cũng cần cung cấp các chất dinh dưỡng hữu cơ. Mặc dù nhu cầu dinh dưỡng của các vi sinh vật khác nhau sẽ khác nhau nhưng các chất dinh dưỡng hữu cơ có thể phân làm 3 loại chính như sau: (1) amino acid, (2) purines và
pyrimidines, và (3) vitamins.
Sự dinh dưỡng của vi sinh vật và các quá trình chuyển hóa sinh học. Mục đích
chính của hầu hết các quá trình chuyển hóa sinh học là chuyển hóa các chất hữu cơ có trong chất thải thành các sản phẩm cuối bền vững. Như vậy, để thực hiện được điều này, các vi sinh vật dị dưỡng hóa học sẽ đóng vai trò quan trọng hàng đầu vì chúng sử dụng các hợp chất hữu cơ làm nguồn cung cấp carbon và năng lượng. Phần hữu cơ của CTRSH có chứa một lượng thích hợp các chất dinh dưỡng (cả hữu cơ và vô cơ) cần thiết cho quá trình chuyển hóa sinh học của chất thải. Tuy nhiên, đối với một số CTR từ khu thương mại, lượng dinh dưỡng sẵn có không đủ nên cần bổ sung ding dưỡng thích hợp để vi sinh vật có thể sinh trưởng và phân hủy chất thải hữu cơ.