Động vật nguyên sinh là một tổ chức lớn nằm trong nhóm Eukaryotic, với hơn 50.000 loài đã được biết đến. Thật ra, động vật nguyên sinh là các sinh vật đơn bào nhưng cấu trúc tế bào phức tạp hơn, lớn hơn các vi khuẩn. Kích thước các động vật nguyên sinh thay đổi trong 4 – 500 micromet.
Các nhóm động vật nguyên sinh chính được phân chia dựa vào phương thức vận động của chúng. Dạng thứ nhất là Mastigophara, là các động vật nguyên sinh có nhiều roi – flagella, ví dụ như Giardia lamblia. Dạng thứ hai là Ciliophora, có roi ngắn hơn hay còn gọi là lông mao – cilia, ví dụ như Stalked. Dạng thứ ba là Sarcodina, có kiểu chuyển động nhu amip (lướt đi trong nước, hình dạng của chúng thay đổi theo các động tác di chuyển này).
Các động vật nguyên sinh ăn các chất hữu cơ để sống và thức ăn ưa thích của chúng là các vi khuẩn. Các yếu tố như: chất độc, pH, nhiệt độ đều ảnh hưởng đến tốc độ tăng trưởng của chúng.
Giardia lambia- cá thể dinh dưỡng dạng roi
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN DƯ KHƯƠNG
Hình ảnh về Vorticella Convallaria
Hình 3.4. Một số động vật nguyên sinh trong xử lý nước thải. h) Ricketxi:
Theo phân loại của Bergey, Ricketxi được chia làm 2 giống: Rickettsia và Coxiella.
Về kích thước nói chung, Ricketxi nhỏ hơn vi khuẩn và lớn hơn virut, chúng có dạng hình que ngắn (0,3 – 0,6 micromet), hình cầu hay hình sợi. Phần lớn Ricketxi có đời sống ký sinh bắt buộc, một số phát triển trong tế bào chất của vật chủ, còn một số khác lại phát triển trong nhân tế bào, và một số chỉ phát triển nơi tiếp giáp giữa nhân tế bào và nguyên sinh chất.
Cơ thể Ricketxi chứa khoảng 30% protein, ngoài ra còn có nhiều lipit trung tính, photpholipit và hydratcacbon. Hàm lượng AND thường chiếm 9% so với trọng lượng khô tế bào, còn hàm lượng ARN thì không ổn định.
Về hình dáng, kích thước, Ricketxi gần giống với virut, chỉ khác ở cách sinh sản. Ricketxi sinh sản bằng cách phân cách. Ngoài ra trong tế bào của chúng đồng thời có cả AND và ARN.
i) Archaea (Cổ khuẩn):
Cổ khuẩn là nhóm vi sinh vật có nguồn gốc cổ xưa. Khác với vi khuẩn, lipid của màng tế bào Archae chứa liên kết ether giữa axit béo và glycerol, trong đó 2 loại lipid chính là glycerol diether và diglycerol tetraether. Archaea còn chứa một lượng lớn axit béo không phân cực.
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN DƯ KHƯƠNG
Archaea có phương thức biến dưỡng đa dạng, tự dưỡng hoặc dị dưỡng cacbon, và có thêm phương thức biến dưỡng mới dẫn đến sự tạo thành methane. Chúng bao gồm các nhóm vi khuẩn có thể phát triển được trong môi trường cực đoan (extra), chẳng hạn như nhóm ưa mặn (Halobacteriales) hiện diện trong các môi trường có nồng độ muối cao, không tăng trưởng được khi nồng độ muối thấp hơn 1,5M, tăng trưởng được ở nồng độ muối bão hoà; nhóm ưa nhiệt (Thermococcales, Thermoproteus, Thermoplasmatales) thường hiện diện trong những đống thải than đá tự phát nhiệt; nhóm kỵ khí sinh metan (Methanococcales, Methanobacteriales, Methanomicrobiales); và nhóm vi khuẩn lưu huỳnh ưa nhiệt (Sulfobales, Desulfurococcales). Những nghiên cứu gần đây cho thấy Archaea ngày càng có mặt nhiều trong các loại môi trường sống khác nhau, đặc biệt là quá trình kỵ khí trong xử lý nước thải bằng phương pháp sinh hoá, chúng đóng vai trò khá quan trọng trong việc tạo ra CH4.
3.1.4. Hoạt động sống của vi sinh vật trong nước thải
Nước thải mới thường ít vi sinh vật, đặc biệt nước thải công nghiệp đã qua công đoạn xử lý nhiệt, có khi lúc đầu không có vi sinh vật. Nước thải trong hệ thống thoát nước sau một thời gian, dù rất ngắn, cũng đủ điều kiện để vi sinh vật thích nghi, sinh sản và phát triển tăng sinh khối (trừ những nước thải có chất độc, chất ức chế hoặc diệt vi sinh vật, như nước thải có hàm lượng kim loại nặng, các chất hữu cơ và vô cơ có tính độc…) Sau một thời gian sinh trưởng, chúng tạo thành quần thể vi sinh vật có trong nước, đồng
thời kéo theo sự phát triển của các giới thuỷ sinh.
Quần thể vi sinh vật ở các loại nước thải là không giống nhau. Mỗi loại nước thải có hệ vi sinh vật thích ứng. Song, nói chung vi sinh vật trong nước thải đều là vi sinh vật hoại sinh và dị dưỡng. Chúng không thể tổng hợp được các chất hữu cơ làm vật liệu tạo tế bào mới, trong môi trường sống của chúng cần phải có mặt các chất hữu cơ để chúng phân huỷ, chuyển hoá thành vật liệu xậy dựng tế bào, đồng thời chúng cũng phân huỷ các hợp chất nhiễm bẩn
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN DƯ KHƯƠNG
trong nước đến sản phẩm cuối cùng là CO2 và nước hoặc tạo thành các loại khí khác (CH4, H2S, indol, mecaptan, scatol, N2…).
Trong nước thải, các chất nhiễm bẩn chủ yếu là các chất hữu cơ hoà tan, ngoài ra còn có các chất hữu cơ ở dạng keo và phân tán nhỏ ở dạng lơ lửng. Các dạng này tiếp xúc với bề mặt tế bào vi khuẩn (trong nước thải vi khuẩn chiếm đa số trong hệ vi sinh vật) bằng cách hấp phụ hay keo tụ sinh học, sau đó sẽ xảy ra quá trình dị hoá và đồng hoá. Quá trình dị hoá là quá trình phân huỷ các chất hữu cơ có khối lượng phân tử lớn, có cấu trúc phân tử là mạch dài thành các hợp chất có mạch ngắn, có khối lượng thấp hoặc thành các đơn vị cấu thành, có thể đi qua được màng vào trong tế bào và chuyển vào quá trình phân huỷ nội bào (hô hấp hay oxy hoá tiếp) hay chuyển sang quá trình đồng hoá.
Quá trình tự làm sạch trong nước diễn ra rất phức tạp. Có 3 quá trình tự làm sạch trong nước: tự làm sạch vật lý, tự làm sạch hoá học và tự làm sạch sinh học. Quá trình tự làm sạch sinh học diễn ra thường xuyên và mạnh mẽ nhất, quá trình này quyết định mức độ tự làm sạch toàn diện của nước. Quá trình tự làm sạch sinh học xảy ra do động vật, thực vật và cả vi sinh vật, trong đó vi sinh vật đóng vai trò quan trọng nhất. Như vậy, quá trình làm sạch nước thải gồm 3 giai đoạn:
- Các hợp chất hữu cơ tiếp xúc với bề mặt tế bào vi sinh vật.
- Khuyếch tán và hấp thụ các chất ô nhiễm nước qua màng bán thấm vào trong tế bào vi sinh vật.
- Chuyển hoá các chất này trong nội bào để sinh ra năng lượng và tổng hợp các vật liệu mới cho tế bào vi sinh vật.
Các giai đoạn này có mối quan hệ rất chặt chẽ. Kết quả là nồng độ các chất nhiễm bẩn nước giảm dần, đặc biệt là vùng gần tế bào vi sinh vật nồng độ chất hữu cơ ô nhiễm thấp hơn ở vùng xa. Đối với sản phẩm do tế bào vi sinh vật tiết ra thì ngược lại. Phân huỷ các chất hữu cơ chủ yếu xảy ra trong tế bào vi sinh vật.
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN DƯ KHƯƠNG
Quá trình chuyển hoá vật chất trong tế bào vi sinh vật gồm hàng loạt các phản ứng hoá sinh với hai quá trình đồng hoá và dị hoá, chủ yếu là các phản ứng oxy hoá khử. Mỗi phản ứng oxy hoá đều có enzyme xúc tác thích ứng.
Phản ứng dị hoá cắt các chất hữu cơ mạch dài, phân chia các chất hữu cơ phức tạp thành các đoạn đơn giản hơn kèm theo sự giải phóng năng lượng sinh học. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Phản ứng đồng hoá thành các chất hữu cơ phức tạp từ các chất hợp phần đơn giản (các sản phẩm trung gian của quá trình dị hoá) và cần cấp năng lượng sinh học (thường lấy từ năng lượng được giải phóng của các phản ứng dị hoá).
3.2. SỰ TĂNG TRƯỞNG CỦA TẾ BÀO SINH HỌC:
Sự tăng trưởng của vi sinh vật là quá trình sinh sản (tăng số lượng, kích thước tế bào) và tăng sinh khối (tăng khối lượng) quần thể vi sinh vật. Hiệu quả của sự dinh dưỡng (đồng thời là sự giảm BOD, COD, TOC, …) là quá trình tổng hợp các bộ phận của cơ thể tế bào và sự tăng sinh khối. Tất cả những biến đổi về hình thái, sinh lý trong cơ thể được tổng hợp thành khái niệm “phát triển”.
Trong quá trình xử lý nước thải sự sinh trưởng cũng là sự tăng số lượng tế bào, và sự thay đổi kích thước tế bào được phản ánh qua sự tăng sinh khối của vi sinh vật. Tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật phụ thuộc vào điều kiện bên ngoài, đặc tính sinh lý và trạng thái tế bào. Vi sinh vật sinh sản chủ yếu bằng cách phân đôi tế bào. Thời gian để tăng gấp đôi số lượng vi sinh vật tối thiểu được gọi là thời gian sinh trưởng/thời gian thế hệ thường từ 20 phút đến vài ngày. Khi các chất dinh dưỡng cạn kiệt, pH và nhiệt độ… của môi trường thay đổi ngoài các trị số tối ưu thì quá trình sinh sản bị dừng lại.
3.2.1. Vi sinh vật trong các công trình xử lý nước thải:
Các vi sinh vật dùng trong xử lý nước thải gồm nhiều loại khác nhau như: vi khuẩn, nấm, tảo, nguyên sinh động vật và động thực vậy. Tuỳ theo công nghệ xử lý mà người ta có thể sử dụng nhóm này hay nhóm khác.
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN DƯ KHƯƠNG
3.2.1.1. Vi sinh vật lên men kỵ khí:
Nhiều nghiên cứu đã cho thấy có rất nhiều loại vi sinh vật tham gia vào quá trình phân huỷ chất hữu cơ ở điều kiện kỵ khí:
- Giai đoạn thuỷ phân: thuỷ phân các hydratcacbon, protein, lipid
thành các monomer để có thể hấp thụ qua màng tế bào bởi các vi sinh vật kỵ khí tuỳ tiện có chứa các hệ men ngoại bào như proteaza, lipaza, cellulaza… Các vi sinh vật này rất phổ biến và phát triển nhiều trong tự nhiên trong đó có cả nhóm vi khuẩn E.coli, B.subtilus.
- Giai đoạn lên men axit: nhóm khuẩn, nấm mốc và Protozoa không
tạo CH4 thực hiện việc lean men axit các sản phẩm thuỷ phân thành các chất hữu cơ đơn giản. Trong 3 nhóm vi khuẩn hiếu khí, kỵ khí tuyệt đối và kỵ khí tuỳ tiện thì vi khuẩn kỵ khí tuỳ tiện là nhóm tạo axit chủ yếu. Những vi khuẩn kỵ khí tuỳ tiện phân huỷ protit và vi khuẩn amon hoá axit amin, thường gặp có thể kể đến là Clostridium spp, Lactobacillus spp, Desulfovibrio spp, Corynebacterium spp, Actinomyces; Staphylococcus, Escherichia coli. Vài loại vi khuẩn hiếu khí cũng tham gia vào giai đoạn đầu của quá trình lên men kỵ khí axit như loài Pseudomonas, Flavobacterium, Alcaligenes, Micrococcus, Sarcinavulgaris, Escherichia coli. Trong bể phân huỷ kỵ khí còn thấy sự có mặt các vi khuẩn khử sunfat như Desulflovibrio, các vi khuẩn phân huỷ protid tạo hydrosunfua. Nhiều loại nấm mốc như Benicillium, Fusarium, Mucor,… các Protozoa cũng tham gia vào quá trình lên axit. Nhưng nhìn chung giai đoạn này vi khuẩn kỵ khí đóng vai trò chủ yếu còn vi khuẩn hiếu khí, nấm mốc, Protozoa chỉ đóng vai trò thứ yếu. - Giai đoạn lên men kiềm: các axit béo dễ bay hơi và các sản phẩm
trung gian sẽ tiếp tục phân huỷ thành CH4 và CO2 làm cho môi trường trở nên kiềm hoá. Trong giai đoạn chuyển từ lên men axit sang lên men kiềm, các vi sinh vật hiếu khí bị tiêu diệt dần dần và hoàn toàn. Các vi sinh vật kỵ khí bắt buộc phát triển mạnh và vi khuẩn metan phát triển rất
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN DƯ KHƯƠNG
mạnh. Ơ giai đoạn này các vi khuẩn metan đóng vai trò chủ yếu trong sự phân huỷ tiếp các hợp chất hữu cơ. Đây là loại vi khuẩn kỵ khí tuyệt đối rất khó phân lập. Các vi khuẩn metan hiện đã phân lập là Methanobacterium, Methenosacrina, Methanococcus, Methanobrevibacter, Methanolthrix. Các loại vi khuẩn CH4 khác nhau chỉ có thể sử dụng một số chất nền nhất định trong môi trường khác nhau làm nguồn dinh dưỡng.
3.2.2.2.Vi sinh vật lên men hiếu khí: a) Tác nhân sinh trưởng lơ lửng:
Hệ vi sinh vật trong các quá trình này bao gồm tất cả các loại vi khuẩn và các Eukarya cực nhỏ, có thể phân chia thành 5 nhóm chính: các vi sinh vật dạng bọt khí, thực vật hoại sinh, các vi khuẩn nitrat hoá, động vật ăn thịt và các sinh vật gây hại.
- Các vi sinh vật tạo bọt khí: có vai trò rất quan trọng trong quá trình chuyển hoá sinh học với tác nhân sinh trưởng lơ lửng, bởi vì nếu không có chúng thì sinh khối không thể được phân chia từ quá trình xử lý nước thải hay các chất ô nhiễm hữu cơ dạng keo không thể bị đào thải. Các vi sinh vật tạo bọt khí thường là động vật nguyên sinh và nấm, chúng làm cho vi khuẩn kết bông lại. Tuy nhiên chiếm ưu thế hơn hẳn vẫn là các vi khuẩn trong đó Zooglea ramigera đóng vai trò khá quan trọng
- Vi sinh vật hoại sinh: là các vi sinh vật có khả năng phân huỷ các hợp chất hữu cơ. Đây là các vi khuẩn dị dưỡng đầu tiên và hầu hết chúng ở dạng kết chùm. Các vi sinh vật hoại sinh cũng được chia làm 2 loại: phân huỷ sơ cấp và thứ cấp. Loài Saprophytes chủ yếu là các gram âm, ngoài ra còn có Achorombacter, Alcaligenes, Bacillus, Flavobacterium, Micrococcus và Pseudomonas.
- Các vi khuẩn nitrat hoá: thực hiện quá trình chuyển hoá N-NH3 thành N-NO3, và có thể được thực hiện bởi cả hệ vi sinh vật dị dưỡng và tự dưỡng. Quá trình nitrat hoá trong hệ thống xử lý nước thải thường được
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN DƯ KHƯƠNG
xem là do các vi khuẩn tự dưỡng, đầu tiên có thể kể đến là loài Nitrosomonas và Nitrobacter. Nitrosomonas oxy hoá N-NH3 thành N=NO3 nhưng có kèm theo sản phẩm trung gian, trong khi đó Nitrobacter oxy hoá N=NH3 trực tiếp sang dạng N-NO3.
- Loài động vật ăn thịt: chính trong quá trình chuyển hoá sinh học với tác nhân sinh trưởng lơ lửng là các động nguyên sinh (protozoa), thức ăn chính của chúng là các vi khuẩn. Có khoảng 230 loài đã được xác định là có tham gia vào quá trình xãy ra trong bùn hoạt tính và chúng có thể tạo ra khoảng 5% sinh khối trong hệ thống. Những loài có roi thường là các động vật nguyên sinh chiếm ưu thế, cả về số lượng lẫn khối lượng sinh khối. Trong một số trường hợp, cả amip và loài có roi có thể hiện diện với số lượng rất nhỏ, nhưng chúng vẫn đóng vai trò hết sức quan trọng cho quá trình lắng đọng và ổn định hệ thống.
- Các sinh vật gây hại: trong quá trình chuyển hoá sinh học với tác nhân sinh trưởng lơ lửng, vấn đề phát sinh nhiều nhất là việc loại bỏ sinh khối từ nước thải đã qua xử lý, nguyên nhân chính là do các vi khuẩn dạng sợi và các loại nấm. Các vi khuẩn dạng sợi tồn tại với số lượng nhỏ là điều rất tốt, giúp ổn định các phân tử bọt nhưng nếu số lượng quá lớn thì lại là điều không tốt. Loài vi khuẩn tiêu biểu là Sphaerotilus natans. Một tác nhân gây hại nữa trong sinh trưởng lơ lửng là việc thừa bọt trong hệ thống. Điều này gây ra trước hết là do vi khuẩn Nocardia và các loài Microthrix pavicella. Vì Nocardia và Microthrix pavicella là các tế bào không ưa nước trên bề mặt, chúng tạo ra các bong bóng trên mặt nước nơi chúng ở, vì vậy tạo ra bọt khí và gây ra hiện tượng dư bọt.
Các tác động này cũng tạo ra tương tự vùng thiếu oxy trong hệ thống sinh trưởng lơ lửng kéo theo sự gia tăng của vi khuẩn khử nitrat hoá. Quá trình này có thể được hoàn toàn bởi một số lượng lớn các vi khuẩn tìm thấy trong hệ thống xử lý nước bao gồm: Aerobacter, Alcaligenous, Bacillus, Flavobacterium, Micrococcus, Proteus, và Pseudomonas.
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN DƯ KHƯƠNG
b) Vi sinh vật hiện diện trong hệ thống bùn hoạt tính:
Thành phần vi sinh vật hiện diện trong hệ thống bùn hoạt tính chứa 70- 90% chất hữu cơ; 10-30% chất vô cơ. Vi khuẩn, nấm, Protozoa, rotifer, metazoan hiện diện trong hệ thống bùn hoạt tính.
- Vi khuẩn chiếm ưu thế (90%) trong hệ thống xử lý. Sự phát triển của vi khuẩn phụ thuộc vào điều kiện môi trường , các yếu tố về thiết kế, vận hành hệ thống và tính chất của nước thải. Vi khuẩn có kích thước trung bình từ 0.3-1µm. Trong hệ thống bùn hoạt tính có hiện diện của vi khuẩn hiếu khí tuyệt đối, vi khuẩn tuỳ nghi và vi khuẩn kị khí. Một số vi khuẩn dị dưỡng thông thường trong hệ thống bùn hoạt tính gồm có: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});