c. Phân loại aeroten: Cĩ nhiều cách phân loại aeroten
2.3. Các vi sinh vật tham gia vào quá trình xử lý nước thải
2.3.1. Vi khuẩn (Bacteria)
- Vi khuẩn đĩng vai trị quan trọng hàng đầu trong các bể xử lý vì nĩ chịu trách nhiệm phân hủy các thành phần hữu cơ trong nước thải. Trong các bể phân hủy bằng vi sinh trong điều kiện hiếu khí, một phần chất thải hữu cơ sẽ được các vi khuẩn hiếu khí và hiếu khí khơng bắt buộc sử dụng để lấy năng lượng để tổng hợp các chất hữu cơ, cịn lại thành tế bào vi khuẩn mới.
- Theo quan điểm hiện đại (NCBI – Nation Center for Biotechology Information, 2005) thì vi khuẩn bao gồm các ngành sau này: Aquificae, thermotogae,
defferribacteres, cyanobacteria, proteobacteria, firmicutes, actinobacteria, planetomycetes, chlamydiae/Nhĩm verrucomicrobia, spirochaetes, fibrobacteres/Nhĩm axitobacteria. Bacteroidetes/Nhĩm chlorobia, fusobacteria,
SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 30 MSSV:0811110056
dictyoglomy. Việc phân ngành dựa trên các đặc điểm hình thái, sinh lý, sinh hĩa, sinh thái.
Hình 2.5: Aquificae Hình 2.6: Thermotogae
- Vi khuẩn là sinh vật đơn bào, có kích thước nhỏ từ 0,3-1μm, cơ thể chứa khoảng 85% là nước và 15% là các khoàn chất hay chất nguyên sinh. Chất nguyên sinh phần lớn là S, K, Na, Cl và một lượng nhỏ Fe, Si và Mg. chúng đứng riêng rẽ hoặc xếp thành đơi, thành 4 tế bào hoặc hình thành khối với 8 tế bào, xếp thành chuỗi hoặc thành chùm. Vi khuẩn sinh sản bằng cách chia đôi tế bào. Trong điều kiện chất dinh dưỡng, oxi, pH và nhiệt độ mơi trường thích hợp thì thời gian thế hệ là 15-30 phút.
- Các vi khuẩn trong nước thải có thể chia làm 4 nhóm lớn: nhóm hình cầu
(Cocci) có đường kính khoảng 1-3 𝜇𝜇m; nhóm hình que (Bacillus) có chiều rộng
khoảng 0,3-1,5 𝜇𝜇m chiều dài khoảng 1-10 𝜇𝜇m (điển hình cho nhóm này là vi khuẩn E. coli có chiều rộng 0,5 𝜇𝜇m chiều dài 2 𝜇𝜇m); nhóm vi khuẩn hình que cong và xoắn ốc (Spirilla), vi khuẩn hình que cong có chiều rộng khoảng 0,6-1,0
SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 31 MSSV:0811110056 𝜇𝜇m và chiều dài khoảng 2-6 𝜇𝜇m; trong khi vi khuẩn hình xoắn ốc có chiều dài có thể lên đến 50 𝜇𝜇m; nhóm vi khuẩn hình sợi có chiều dài khoảng 100 𝜇𝜇m hoặc dài hơn.
- Các vi khuẩn đóng vai trị quan trọng bậc nhất trong q trình phân hủy các hợp chất hữu cơ trong tự nhiên cũng như trong các bể xử lý, biến chất hữu cơ thành chất ổn định tạo thành bơng cặn dễ lắng, làm sạch nước thải trong vịng tuần hoàn vật chất
- Vi khuẩn được chia thành 2 nhóm chính:
o Vi khuẩn ký sinh (Paracitic Bacteria) là vi khuẩn sống bám vào vật chủ, thức ăn của nó là thức ăn đã được vật chủ đồng hóa, chúng thường sống trong đường ruột của người và động vật, đi vào nước thải theo phân và nước tiểu.
Hình 2.7: Paracitic Bacteria
o Vi khuẩn hoại sinh (Saprophytic Bacteria) dùng chất hữu cơ không hoạt động làm thức ăn, nó phân hủy cặn hữu cơ làm chất dinh dưỡng để sống và sinh sản, và thải ra các chất gồm cặn hữu cơ có cấu tạo đơn giản và cặn vơ cơ. Bằng q trình
SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 32 MSSV:0811110056
hoạt động như vậy, vi khuẩn hoại sinh đóng vai trị cực kì quan trọng trong việc làm sạch nước thải. Nếu khơng có hoạt động sống và sinh sản của vi khuẩn, quá trình phân hủy sẽ khơng xảy ra. Có rất nhiều lồi vi khuẩn hoại sinh, mỗi lồi đóng vai trị rất đặc biệt trong mỗi cơng đoạn của q trình phân hủy hồn tồn cặn hữu cơ có trong nước thải và mỗi lồi sẽ tự chết khi hồn thành quy trình sống và sinh sản ở giai đoạn đó.
Hình 2.8: Saprophytic Bacteria
- Tất cả các lồi vi khuẩn ký sinh và hoại sinh can có thức ăn và oxi để đồng hóa. Một số lồi trong số vi khuẩn này chỉ có thể hơ hấp bằng oxi hịa tan trong nước gọi là vi khuẩn hiếu khí, cịn q trình phân hủy chất hữu cơ của chúng gọi là q trình hiếu khí hay q trình oxi hóa. Một số loài khác trong số các vi khuẩn này khơng thể tồn tại được khi có oxi hịa tan trong nước, những vi khuẩn này gọi là vi khuẩn kị khí và q trình phân hủy gọi là q trình kị khí, q trình này tạo ra các mùi khó chịu. Cịn một số lồi vi khuẩn hiếu khí trong q trình phân hủy chất hữu cơ, nếu thiếu hồn tồn oxi hịa tan, chúng có thể tự điều chỉnh để thích
SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 33 MSSV:0811110056
nghi với mơi trường gọi là vi khuẩn hiếu khí tùy nghi. Ngược lại cũng tồn tại một lồi vi khuẩn kị khí, khi có oxi hịa tan trong nước chúng khơng bị chết mà lại làm quen được với mơi trường hiếu khí gọi là vi khuẩn kị khí tùy nghi. Sự tự điều chỉnh để thích nghi với mơi trường có sự thay đổi của oxi hịa tan của vi khuẩn hoại sinh là rất quan trong trong quy trình phân hủy chất hữu cơ của nước thải trong các cơng trình xử lý.
- Nhiệt độ của nước thải có ảnh hưởng rất lớn đến q trình hoạt động và sinh sản của vi khuẩn, phần lướn vi khuẩn hoại sinh hoạt động có hiệu quả cao và phát triển mạnh mẽ ở nhiệt độ từ 20-400C. Một số loài vi khuẩn trong xử lý cặn phát triển mạnh mẽ ở nhiệt độ 50-600C. Khi duy trì các điều kiện môi trường: thức ăn, nhiệt độ, pH, oxy, độ ẩm thích hợp để vi khuẩn phát triển thì hiệu quả xử lý sinh học trong cơng trình sẽ đạt hiệu quả cao nhất.
- Tuy nhiên khơng phải tất cả các lồi vi khuẩn đều có lợi cho q trình sinh hóa, một vài trong số chúng là lồi gây hại, trong đó có hai lồi vi khuẩn tiêu biểu có hại cho hệ thống. Một là các dạng vi khuẩn dạng sợi (Filamentous) là các dạng phân tử trung gian, thường kết với nhau thành lớp lưới nhẹ nổi lên mặt nước và gây cản trở cho quá trình lắng, làm cho lớp bùn đáy khơng có hiệu quả, sinh khối sẽ khơng gắn kết lại và theo các dịng chảy sạch đã qua xử lý ra ngồi. Một dạng vi khuẩn có hại khác tồn tại trong lượng bọt dư thừa trong các bể phẩn ứng sinh hóa, phát sinh từ các hệ thống thơng gió để tuần hồn oxi trong hệ thống.
SVTH:NGUYỄ XN NGHỊ 34 MSSV:0811110056
o Vi khuẩn dị dưỡng (Heterotroph): sử dụng các chất hữu cơ làm nguồn cacbon dinh dưỡng và nguồn năng lượng để hoạt động sống, xây dựng và phát triển tế bào.
Hình 2.9: Heterotroph
o Vi khuẩn tự dưỡng (Autotroph): có khả năng oxi hóa chất vơ cơ để thu năng lượng và sử dụng CO2 làm nguồn cacbon cho quá trình sinh tổng hợp. Trong nhóm này có vi khuẩn nitrate hóa, vi khuẩn sắt, vi khuẩn lưu huỳnh…
2.3.2. Virus và thực khuẩn thể:
- Virus là những sinh vật cực nhỏ (kích thước khoảng 20-100nm). Chúng khơng có cấu tạo tế bào, thành phần hóa học rất đơn giản, chỉ bao gồm protein và acid nucleic, virus chỉ chưa AND hoặc ARÛN, không thể sống độc lập mà phải sống kí sinh vào tế bào chủ. Mỗi virus có một loại tế bào chủ tương ứng, virus bám vào tế bào chủ rồi xâm nhập vào nội bào, phần acid nucleic được giải phóng ra khỏi vỏ bọc.
- Virus có nhiều dạng: virus của động vật có hình quả cầu, hình trứng (virus đậu gà), hình hộp vng hay hình chữ nhật (đậu bị), hay hình gậy…virus thực vật có hình quả cầu hay hình que dài( virus đốm lá, thuốc lao). Sự hiện diện của virus trong nước thải sẽ ảnh hưởng khơng tốt cho q trình xử lý.
SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 35 MSSV:0811110056
- Thực khuẩn thể là virus của vi khuẩn, có khả năng làm tan các tế bào vi khuẩn rất nhạnh. Thực khuẩn có hình dáng giống quả chùy, phần đi cán có sợi móc để bám vào vỏ của tế bào vi khuẩn, rồi làm tan một lỗ nhỏ trên vỏ tế bào, phần acid nucleic bên trong của virus sẽ nhanh chóng xâm nhập vào nội bào.
- Trong nước thải thường có những vi khuẩn gây bệnh cho người và động vật, kèm theo có cả những thực khuẩn thể tương ứng với từng loại vi khuẩn đó. Do đó khi thấy có thực khuẩn thể trong nước thải người ta có thể kết luận được sự có mặt của vi khuẩn tương ứng.
2.3.3. Vi nấm (Fungi)
- Nấm có cấu tạo cơ thể đa bào, hiếu khí, và thường thuộc loại cơ thể sinh vật dị dưỡng. Chúng lấy dưỡng chất từ các chất hữu cơ trong nước thải. Cùng với vi khuẩn, nấm chịu trách nhiệm phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải. Về mặt sinh thái học nấm có hai ưu điểm so với vi khuẩn: nấm có thể phát triển trong điều kiện ẩm độ và pH thấp. Khơng có sự hiện diện của nấm, chu trình cacbon sẽ chậm lại và các chất thải hữu cơ sẽ tích tụ trong mơi trường.
SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 36 MSSV:0811110056
Hình 2.10: Fungi
2.3.4. Nấm men
- Nấm men thuộc cơ thể đơn bào, chúng có hình dạng khơng ổn định, thường là hình cầu, hình elip, hình bầu dục và cả hình dài. Tế bào nấm men thường có kích thước lớn gấp 5-10 lần tế bào vi khuẩn, kích thước trung bình của nấm men là 9-10 µm và rộng 2-7 µm.
- Nấm men phân hủy các chất hữu cơ hạn chế hơn nhưng chúng có thể lên men được một số đường thành rượu, acid hữu cơ, glycerin trong điều kiện kị khí và phát triển tăng sinh khối trong điều kiện kị khí.
SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 37 MSSV:0811110056
Hình 2.11: Nấm men
2.3.5. Nấm mốc
- Nấm mốc được phân bố rộng rãi trong tự nhiên, chúng không phải là thực vật cũng không phải là động vật nên chúng hoàn toàn khác với vi khuẩn và nấm men. - Nấm mốc có khả năng phân hủy được các chất hữu cơ khó phân hủy như
xenlulozo, hemixenlulozo và lignin.
- Nói chung vi sinh dạng nấm có kích thước lớn hơn vi khuẩn và khơng có vai trị trong giai đoạn phân hủy ban đầu các chất hữu cơ trong quá trình xử lý nước thải. Mặc dù nấm có thể sử dụng các vật chất hữu cơ tan trong mối quan hệ cạnh tranh với các vi khuẩn, nhưng chúng dường như không cạnh tranh tốt trong quá trình sinh trưởng lơ lửng hay ở điều kiện bám dính, trong mơi trường bình thường, vì vậy khơng tạo thành sự can đối trong hệ thống vi trùng học. Nói cách khác khi khơng cung cấp đủ oxi và nito hoặc khi pH quá thấp, nấm có thể sinh sản nhanh, gay ra các vấn đề ảnh hưởng tương tự như các vi khuẩn dạng sợi.
SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 38 MSSV:0811110056
Hình 2.12: Nấm mốc
2.3.6. Tảo (Algae)
- Tảo là nhóm vi sinh vật tự dưỡng quang hợp, có diệp lục và có khả năng sử dụng CO2 hoặc bicacbonat làm nguồn cacbon và nguồn nito, phosphor vô cơ để cấu tạo tế bào dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời.
- Trong nước giàu nguồn N và P, đặc biệt là P sẽ là điều kiện rất tốt cho tảo phát triển. Nguồn CO2 có thể do vi sinh vật hoạt động trong nước, phân hủy các chất hữu cơ tạo thành cung cấp cho tảo hoặc từ khơng khí.
- Mặc dù tảo không phải là sinh vật gây hại, nhưng chúng có thể gây ra một số vấn đề trong quá trình xử lý nước thải. Tảo phát triển làm cho nước có màu sắc, thực chất là màu sắc của tảo.
o Tảo xanh Aphanizomenon blosaquae, Anabaena microistic…làm cho nước có màu xanh lam.
o Tảo Oscilatoria rubecens làm cho nước ngã màu hồng
o Khuê tảo ( Melosira, Navicula) làm cho nước có màu nâu. Chrisophit làm cho nước có màu vàng nhạt.
SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 39 MSSV:0811110056
o Tảo phát triển cịn làm cho nước có nhiều mùi khó chịu như mùi cỏ, mùi thối…
Hình 2.13: Algae