1.5.1. Giới thiệu chung về vi sinh vật phân giải cellulose
Vi sinh vật phân giải cellulose khá phong phú, bao gồm: Nấm, xạ khuẩn và vi khuẩn [11]. Hầu hết các vi khuẩn ứng dụng trong xử lý nƣớc thải đều sử dụng chất hữu cơ để trao đổi chất (vi sinh vật dị dƣỡng), nhƣng có một số vi khuẩn khác lại sử dụng chất vô cơ (vi sinh vật tự dƣỡng), do đó hai nhóm vi khuẩn này khơng có sự cạnh tranh về dinh dƣỡng nên có thể cùng phát triển trong một môi trƣờng[37].
Bảng 1. 2: Một số vi sinh vật phân hủy cellulose[18] Phân loại Phân loại
Hiếu khí
Nấm Xạ khuẩn Vi khuẩn
Alternaria Actinomyces Acetobacter xylinum
Aspergillus ustus Micromonospora Achromobacter
Aspergillus candidus
Nocardia cellulans Bacillus subtilis
Aspergillus fumigatus
Proactinomyces Cellvibrio fulvus
Aspergillus niger Streptopmyces
antibioticus Cytophaga Chaetomium globosum Streptopmyces cellulosae Cellulomonas biazotea Fusarium moniliforme Thermomonospora fusca Pseudomonas fluorescens
Mucor pusillus / Sorangium
Rhizoctonia / / Yếm khí / / Clostridium thermocellum / / Clostridium omelianskii / / Ruminococcus flavefaciens / / Butyrivibrio fibrisolvens / / Bacteroides succinogenes / Ruminococcus albus
Các giống vi khuẩn tự dƣỡng phản nitrat hóa nhƣ: Achromobacter,
Aerobacter, Brevibacterium, Algaligenes, Proteus, Spirillum... Các giống vi khuẩn
dị dƣỡng nhƣ: Bacillus, Lactobacillus, Pseudomonas, Algaligenes, Clostridium,
Cytophaga, Micrococcus, Ruminococcus, Arthrobacter, Methylobacterium, Achromobacter, Spirochaeta... Hệ vi khuẩn rất đa dạng, bao gồm cả vi khuẩn hiếu
thời gian thế hệ ngắn. Các chủng vi khuẩn này sẽ sử dụng cả các hợp chất cacbon hữu cơ, các hợp chất nitơ, các muối phosphat... làm nguồn vật liệu để tăng sinh khối hay làm nguồn cung cấp năng lƣợng, qua đó làm giảm tải trọng ơ nhiễm các cấu tử này cho môi trƣờng.
Vi sinh vật xử lý nƣớc thải có 2 dạng sinh trƣởng chính là sinh trƣởng lơ
lửng tạo bùn hoạt tính và sinh trƣởng bám dính tạo màng sinh học [11]:
Vi sinh vật sinh trƣởng trong các bơng cặn bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng trong các bể xử lý sinh học. Các vi sinh vật này tạo thành bùn hoạt tính có vai trị phân huỷ các chất hữu cơ để xây dựng tế bào mới và tạo thành sản phẩm cuối cùng dạng khí. Chúng sinh trƣởng ở trạng thái lơ lửng và xáo trộn cùng với nƣớc, cuối cùng các chất dinh dƣỡng cạn kiệt, các bông cặn lắng thành bùn. Bùn này đƣợc gọi là bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính có dạng màu nâu, dễ lắng, có kích thƣớc từ 3 µm – 5µm. Những bông này gồm các vi sinh vật sống, động vật bậc thấp (giun, giòi,...) và chất rắn. Hệ thống xử lý mới đƣa vào hoạt động chƣa có bùn hoạt tính, ngƣời ta phải tạo bùn hoạt tính. Khi đó cần chú ý tới một số yếu tố ảnh hƣởng đến sinh trƣởng của vi sinh vật có trong bùn hoạt tính nhƣ nhiệt độ, pH, các ngun tố có tính độc làm kìm hãm sinh trƣởng của vi sinh vật, hàm lƣợng chất dinh dƣỡng...
Màng sinh học (sinh trƣởng bám dính) ở bề mặt các hạt vật liệu lọc có dạng nhầy, dài 1 – 3 mm. Màu của nó thay đổi theo thành phần nƣớc, từ vàng xám đến nâu tối. Các vi sinh vật phân huỷ các chất hữu cơ tạo thành màng dính bám hay gắn kết vào các vật liệu trơ nhƣ đá, xỉ, chất dẻo,... Màng cứ dày dần thêm và thực chất đây là sinh khối vi sinh vật dính bám hay cố định trên các chất mang. Màng này có khả năng oxi hố chất hữu cơ có trong nƣớc khi chảy qua hoặc tiếp xúc, ngồi ra màng này cịn có khả năng hấp phụ các chất bẩn lơ lửng hoặc trứng giun sán,...
1.5.2. Đặc điểm của loài Bacillus trong ứng dụng xử lý nƣớc thải
Vi khuẩn Bacillus là trực khuẩn gram dƣơng, có khả năng sinh bào tử, rất
phổ biến trong tự nhiên [5]. Bacillus có khả năng thích ứng cao với mơi trƣờng và sinh ra nhiều loại enzyme ngoại bào trong đó có cellulase nên chúng đƣợc ứng dụng
thƣờng đƣợc ứng dụng trong xử lý nƣớc thải là: B. subtilis, B. licheniformis, B. megaterium, B. polymyxa…
Sử dụng Bacillus trong sản xuất chế phẩm xử lý nƣớc là hƣớng nghiên cứu
và ứng dụng đang đƣợc quan tâm hiện nay trong cả lĩnh vực xử lý nƣớc thải công nghiệp, nƣớc nuôi trồng thủy sản và nƣớc thải sinh hoạt: Nguyễn Nhƣ Ngọc và
cộng sự (2016), đã phân lập đƣợc các chủng B.subtilis NT1, B.methylotrophycus
BA1 và B.amyloquefaciens H12 xử lý tốt nƣớc thải chế biến tính bột dong riềng với hiệu suất xử lý COD đạt 94,3% [14].Huỳnh Văn Tiền và cộng sự (2015), sử dụng
chủng Bacillus aryabhattai KG12S xử lý nƣớc thải chăn nuôi lợn [17].Ngô Tự
Thành và cộng sự (2007), đã phân lập đƣợc 236 chủng Bacillus trong đó có các
chủng T20, TR6 và TH5 có tác dụng tốt trong xử lý nƣớc thải sinh hoạt [16]. Deng và cộng sự (2003), sản xuất ra chế phẩm MBFA9 từ chủng B.mucilaginosusđể xử lý nƣớc thải, chủng nàyhoàn tồn khơng gây độc đối với mơi trƣờng, có khả năng loại
bỏ các chất hữu cơ rắn lơ lửng (TSS) ở mức độ cao. Khi phối trộn với muối Ca2+ để
tạo chế phẩm, tỷ lệ TSS bị loại bỏ 85,5% và COD giảm tới 68,5% sau 5 phút xử lý[28].
Ứng dụng vi khuẩn Bacillus trong xử lý nƣớc thải nhà máy giấycịn ít cơng bố, tuy nhiên, với những ƣu điểm nhƣ trên vàtính an tồn với con ngƣời và môi trƣờngnên việc ứng dụng vi khuẩn Bacillus để xử lý các loại nƣớc thải là có triển
vọng. Từ đó, hƣớng nghiên cứu của đề tài tập trung vào lồi Bacillus có tiềm năng
lớn trong xử lý nƣớc thải.