• Nenhum resultado encontrado

Công nghệ sinh học môi trường Tập 1 Công nghệ xử lý nước thải - Nguyễn Đức Lượng

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Công nghệ sinh học môi trường Tập 1 Công nghệ xử lý nước thải - Nguyễn Đức Lượng"

Copied!
448
0
0

Texto

(1)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ Hồ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN ĐỨC LƯỢNG (Chủ biên) NGUYỄN THỊ THÙY DƯƠNG

CÔNG NGHỆ

SINH HỌC MÔI TRƯỜNG

-

©

( J ậ f L 1

' I

C O M

HỆ

iử

lỷ

nước

thài

(HÙU<ỹ Cạn đã ctcK vái '! ;j ; ’ 1 ; tá u ' (Ảiện exut cÁÚH<ỷ tá i 3 0 0 0 0 1 0 4 5 6 X i n vui. lòng: • Không xé sách \ m s NHÀ XUẤT BftW I • I

(2)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP H ồ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

N g u y ễ n Đ ứ c L ư ơ n g (c h ủ b iê n )

N g u y ễ n T h ị T h ù y D ư ơ n g

CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG

Q ậ ệ L i

CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA

TP HỒ CHÍ MINH - 2003

(3)

MỤC LỤC

L Ờ / N Ó I Đ Ầ U 7

Chương 1 TÀI NGƯYÊN NƯỚC VÀ SINH CẢNH VI SINH VẬT NƯỚC 9

1.1 T h àn h phần, tín h chất của nước 9

1.2 Vai trò của nước trong cuộc sống . 1 2

1.3 T ài nguyên nước 15 1.4 Sinh cảnh vi sinh v ật nước 17 Chương 2 VI SINH VẬT HỌC NƯỚC 22 2.1 Vi khuẩn trong nước 22 2.2 Cãc loại vi nấm trong nước 26 2.3 Vị tảo trong nước 28 2.4 Vỉ rú t trong nước 29

Chương 3 ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU T ố VẬT LÝ, HÓA HỌC

VÀ SINH HỌC ĐẾN VI SINH VẬT NƯỚC 30

3.1 A nh hưởng của yếu tố v ật lý 31

3.2 A nh hưởng của các yếu tố hóa học 41

3.3 A nh hưdng của các yếu tố sinh học 49

Chương 4 CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT DO VI SINH VẬT TRONG NƯỚC 5 9 4.1 Trao dổi ch ất và trao đổi nống lượng ở vỉ sinh v ật 59 4.2 Quá trin h quang hợp ồ vỉ sinh v ật tự dưỡng quang năn g 70 4.3 Quá trìn h trao đổi chất ở nhóm vi sinh v ật hóa n ă n g 73 4.4 Quá trìn h chuyển hóa các chất hữu cơ không chứa nitơ

trong mỗi trường nước 77

4.5 Sự chuyển hóa các ch ất hữu cơ chứa nitơ nhờ vi sin h v ật

trong môi trường nuức 99

4.6 Sự chuyển hóa lưu huỳnh trong môi trường nước 111

4.7 Quá trìn h chuyển h ó a lân trong mối tníờng nước . 115 4.8 Quá trìn h chuyển hóa s ắ t và kim loại nặn g 118 Chương 5 Ò NHIỄM NƯỚC DO VI SINH VẬT VÀ s ự

LẮNG CẶN SINH HỌC 121

(4)

5.2 Vi sinh v ật gây bệnh trong nước thải

5.3 Vai trò của vi sinh v ật trong sự hình h à n h lắng cặn 5.4 Vai trò của vi sinh v ật trong sự biên đổi các ch ất lắng cặn 5.5 Vai trò của vỉ sinh vật trong việc hình thành khoáng sản 5.6 Vai trò làm sạch nước của vi sinh v ật

Chương 6 Ý NGHĨA CỦA VI SINH VẬT HỌC CÁC NGƯỎN NƯỚC

6. ỉ Vai trò có lợi của vi sinh v ật trong các nguồn nước 6.2 Vai trò có hại của vi sinh v ật nước

Chương 7 Ô NHIỄM NƯỚC 7.1 Ô nhiễm nước

7.2 Các yếu t ế gây ô nhiễm nước

7.3 Các thô n g số đán h giá ô nhiễm nước

7.4 Một số tíẽu chuẩn nước của V iệt Nam và th ế giới Chương 8 NƯỚC THẢI VÀ CÁC QUẢ TRÌNH SINH HỌC

XẢY RA TRONG NƯỚC THẢI 8.1 P h á n loại và tính ch ất nước th ải

8.2 SỈBh học nước th ả i

8.3 Sự chuyển hóa v ật ch ất trong nước th ả i nhò vỉ sin h v ật 8.4 Ả nh hưởng của nước th ả i đến nguồn thu n h ận nitôc Chương 9 CÁC PHƯƠNG PHÁP S ơ B ộ XỬ LÝ NƯỚC THÀI

9.1 Xác định mức độ cần xử lý 9.2 Phương pháp cơ học 9.3 Phương pháp hóa học

Chưohg l ồ CÔNG NGHỆ SINH HỌC x ử LÝ NƯỚC Ô NHIỀM VÀ NƯỚC THẢI

10.1 Nhóm các phương pháp sinh học xử lý nước ô nhiễm và nước th ả i trong các điểu kiện tư nh iên - -V ''''

-10.2 Nhóm các phương pháp sinh học xử lý nước ộ n h iim và nước th ả i trong các điệu kiện n h ân tao

10.3 Xử lý bùn cặn i 10.4 Phương pháp tiệ t trùng^ 123 127 128 129 136 145 145 147 154 154 163 169 183 200 200 205 214 232 235 235 239 261 273 273 292 347 361

(5)

Chương 11 XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỬA MỘT s ố NGÀNH CÔNG NGHIỆP 365 11.1 Xử lý nước th ả i nhà máy bia 366 11.2 Xử lý nước th ả i nhà máy cồn 371 11.3 Xử lý nước th ả i nhà máy bột ngọt 377 11.4 Xử ỉý nước th ả i nhà máy sữa. 381 11.5 Xử lý nước th ải nhà máy đường 383 11.6 Xử lý nước th ả i nhà máy tin h bột 385

11.7 Xử lý nước th ải nhà máy chế biến th ịt 387

11.8 Xử lý nuớc th ải nhà máy thuộc da 390

11.9 Xử lý nước th à i nhà máy giấy 394

11.10 Xử lý nước th ả i nhà máy d ệt 397

11.11 Xử lý ô nhiễm dầu mỡ 403

Chương 12 T H ự C VẬT THỦY SINH VÀ ỨNG DỤNG T H ự C VẬT

THỦY SINH TRONG x ử LÝ NƯỚC THẢI 411

12.1 Giới th ỉệu chung 411

12.2 Nhùtig nhóm thực vật thủy sinh 412

12.3 Những lAi điểm trong việc sử dụng thực v ật thủy sinh

để làm sạch môi trường nước 415

12.4 N hững ưu điểm khi sử dụng thực v ật thủy sinh

để làm sạch mòi trường nước 416

12.5 N ăng su ất sinh khối của thực vật thủy sinh 417 12.6 Các quá trìn h trao đổi chất của thực v ật thủy sinh 419 12.7 Khá n ă n g chuyển hóa chất hữu cơ trong nước th ải

của thực v ật thủy sinh 435

12.8 K hả n â n g ỉàm giảm kim loại nặng và vi tượng

trong nước th ả i 435

12.9 Thưc v ậ t thủy sinh và hiện tượng phú dưỡng 438 12.10 K hả năn g chuyển hóa một s ế chỉ tiêu quan trọng của

môi trường nước bồi thực vật thủy sinh 439

12.11 Phương pháp ứng dụng thực vật thủy sinh trong

xử lý nước th ả i ' 441

12.12 V ấn đề sức khỏe khi ứng dụng thực v ật thủy sinh

để xử lý nước th ải 447

T À I L IỆ U TH A M KHẢO 449

(6)

LỜI NÓI ĐẦU

Nước là nguyên liệu cho sản xuất không th ề thay th ế và là nguồn sống rất đặc biệt. Trữ lượng nước ngọt trên thế giới trong nhăng năm gần đây không những không được tăng lèn, m à còn luôn bị giảm đi theo thời gian do ản h hưởng bởi sự gia tăng dán số, phát triển kinh tế,..., m ột lý do không kém phần quan trọng nữa, là nguồn nước ngọt ngày càng bị ô nhiễm rất nghiêm trọng. Do vậy, chúng ta không nhăng chỉ thiếu lương thực, thực phẩm m à còn đang thiếu nước ngọt rất trầm trọng.

N ếu không có chiến lược bảo vệ nguồn nước đúng đắn và các phương pháp sử lý thick hợp thì th ế giới sẽ rơi vào trình trạng aa mạc hóa đ ố t đai, hệ sinh thái bị hủy hoại, cuộc sống loài người sẽ khó kh ă n , bệnh tật sẽ hoành hành và sự sống trên trái đ ấ t nói chung sẽ dẩn ddn bị thu hẹp lại.

CÔNG NG H Ệ S IN H HỌC M Ồ I TRƯỜNG được biên soạn sẽ cung cấp các kiến thức về các quá trinh sinh học và công nghệ sinh học môi trường cho sinh viên các ngành Công nghệ S in h học, Kỹ th u ậ t Môi trường và các cán bộ khoa học có liên quan.

CÔNG N G H Ệ S IN H HỌC M Ô I TRƯỜNG gồm hai tập: - Tập 1: Công nghệ x ử lý nước thải - Tập 2: Công nghệ xử lý chất thải Tập 1: CÔNG NGHỆ x ử L Ý NƯỚC THẢI gồm 12 chương. Trong đó: Chương: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 11 do PGS. T S Nguyễn Đức Lượng biên soạn.

Chương: 9, 12 do K .S Nguyễn Thị Thày Dương biên soạn.

Trong quá trình biên soạn, chúng tôi đã nhận được nhiều ý kiến đóng góp của các bạn đồng nghiệp, sinh viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh, chúng tôi xin chăn thánh cám ơn sự cộng tác có hiệu quả đó và rất mong tiếp tạc nhận được những ý kiến đóng góp của các bạn và độc giả đ ể cuổn sách sè ngày càng đạt chất lượng hơn ở mỗi lẩn tái bản sau,

Mọi ỷ kiến đóng góp xin gửi về: Bộ môn Cồng nghệ Sinh học - Trường Đại học Bách khoa - 268 L ý Thường Kiệt, QỈO TP HCM.

Điện thoại lièn lạc: (08) 8.639 341 hoặc 0913742766.

•* :

Chủ biên

(7)

Chương 1

TÀI NGUYÊN NƯỚC VÀ SINH CẢNH

VI SINH VẬT NƯỚC

Điện tích dường nhỏ 104,5 28'điện tích âm tưdng ứng gấn nguyèn tử oxy điện tích dương nhỏ s*và s~biểu thị các đíộn tích rất nhỏ 1.1 THÀNH PHẨN, TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC

Nước là một hợp chất hóa học rấ t dặc biệt, trong đó, mỗi nguyên tử hydro góp m ột điện tử vào dôi điện tử dùng chung với nguyên tử oxy dể tạo th à n h Hên k ế t cộng hóa trị.

Sự sắp xếp của cắc nguyên tử hydro và oxy trong ph ân tử nước được trìn h bày ở h ìn h 1.1. N hư vậy trong mỗi phán tử nước có h ai nguyên tử hydro và m ột nguyên tử oxy. H ai nguyên tử hydro không tạo r a . m ột m ặt phẳng mà chúng nó liên k ết với oxy tạo ra một góc 104,5°.

Trong nguyên tử oxy, h ạ t nh ân của nó thường có đ iện tích r ấ t mạnh. Chính vì th ế nỗ có xu hướng kéo điện tử b ậ t khỏi nguyên tử hydro nhỏ hơn. K ết quả là chúng có ưu th ế trong mối liên k ết cộng hóạ trị. Do đó, trong p h ẩn tử nước cỏ diện tích dương gần với nguyên tử hydro và có điện tích âm ỗ gần với nguyên tử oxy.

Trong hóa hờc, những ph ân tử có tín h chất như vậy được gọi là những phân tử p h â n cực. Gác phân tử hóa học có tín h ch ất ph ân cực thuồng có những tánh ch ất Tất đặc biệt.

T h ứ n h ấ t: Các ph ân tử phân cực thường có tín h ch ất hấp dẩn lẫn nhau, Tihft đó ở n h iệ t độ thường chúng ờ trạ n g th á i lỏng.

Các ph ân tử nước h ấp dăn lẫn nhan nhờ ỉực tĩn h điện. Sự hấp dẫn này tạo n én mối liên k ế t yếtt. Người t a gọi liên k ế t n ày là liên k ế t hydro.

H ỉnh 1.1 Sự sắp xếp các nguyên tử trong pìián tử nước

(8)

10 Chương ĩ Liên k ế t này trở nên m ạnh n h ấ t khi nó nằm trê n đường th ẳn g qua trụ c O H của phâh tử nước bên cạnh. Liên k ế t hydro của ph ân tử nước được trìn h bày ở h ìn h 1.2. Cũng có những trường hợp lực h ú t tĩn h điện cùng lệch vđỉ trục O-H. Trong trường hợp này liên k ết hydro trở n ên r ấ t yếu.

Trục O-H của phèn tử nước

T h ứ hai:

trục OH '• r / .

H ình i.2 Liên kết hydro giữa các phân tữ ntíóc

Nước là m ột loại dung mối r ấ t tốt. Trong ph án tử nước có th ể tạo ra các liên k ế t hydro với các chất hòa tan. Các chất hòa tan có th ể ở dạng ion cũng có th ể không ở dạng ion. Cả h ai loại này đều có th ế hừa tan trong nước.

- Trường hợp các ch ất tồ n tạ i ỏ dạng ion, các cụm ph ân tử nước sẽ ph ân cực bao quanh ion trong m ạng và tạo ra liền k ế t hydro với chúng. Trường hợp này lực liên k ế t sẽ m ạnh hơn lực tĩn h điện của m ạng tinh thể. Khi đó người ta gọi các ỉon này là những ion hydrat hóa.

Vi dạ: K hi muối An N aòl hòa tan trong nước th ấ y xuất hiện các cụm ph ân tử nuớc ph ần cực bao quanh ỉấy ion natri và clo trong m ạng của muối này và tạo ra các liên k ế t hydro với các ion này như hln h 1.3.

H inh 1.3 Hoạt động hò<Ị Uụt các chất ở dạng ìọn C íỉạ phân từ nước

- Trường hợp các c h ấ t,tả n tạ i không phải ở dạn g úm, m à là các phàn tử nước tạo các liên k ế t , bydro vđi nhựng nhóm bên p h ậ n cực và hò a ta n chúng hoặc nước có th ể bao quanh m ột đại ph ân tử như phân tử

(9)

T ả i n g u y ê n nưdc v à s in h c ả n h vi 8in h v ậ t n ự d c 11

protein chẳng hạn. Khi đó nước sẽ k ết hợp với protein tạo ra m ột dung dịch dạng keo. Nếu các phân tử protein phân tá n đều trong nước th ì dung dịch keo tương đối loăng. Sự phân bố kiểu này gọi là sol. Nếu các đại phân tử có th ể k ết hợp với nhau tạo ra m ột m ạng lưới thưa, h ạn chế sự chuyển dộng của các phân tử tan, dung dịch trỏ nên quánh, đông k ế t th ì ta gọi là gel. M ọt sô' keo có th ể biến đổi thuận nghịch từ trạ n g th á i sol (keo) sang trạ n g th á i gel (đông).

T h ứ ba: Nước có tín h chất điện ly, nhờ đó tạo ra các ion. Sự điện ly này xảy ra khi nguyên tử hydro từ một phân tử nước này chuyển sang cho m ột oxy của m ột phân tử nước khác.

P h ả n ứng này sẽ tạo ra ion hydroxyl (OH-) v à ion hydroxon (HaO+). Mỏi m ột ion hydroxon có th ể coi như là ion hydro (H*) hợp với ph ân tử nước th à n h một dơn vị. Ion hydro trong mrớc*thường tồn tạ i ờ dạng phức hợp này, rấ t ít trường hợp chúng tồn tạ i riêag lã. Để đơn giận hóa người ta viết tóm t ắ t ph ản ứng ion hóa như sau

H20 = H++ OH

Phương trìn h trê n chỉ biểu thị nước tồn tạ i ở dạng tin h khiết. Trong th iê n nhiên hay trong cuộc sống thường ngày chúng ta không gặp nhiều loại nước tuyệt đôi tin h khiết vì nằm trong đó còn có r ấ t nhiều chất khác nhau. Chính các chất (nhất là những chất có khả năng hòa tan) thường gây ra h iện tượng m ết cân bằng ion H* và OH_.

Các chất ax it thường làm tống số ion H+ trọng dung dịch. Các chất kiềm thường k ế t hợp với H* vồ lấy chúng ra khỏi dụng dịch, do đó tạo ra sự thay đổi pH trọng dụng dịch, pH trong dung dịch dược xác định theo cống thức sau pH = lg[H+Ị

trong đó: [H*] - nồng độ ion tín h bằng phân tử gam/ lit dung dịch.

Theo Cách tín h nhừ trê n pH sẽ biến thiỗn từ 0 - 14 và như vậy, người ta chia ra làm b a khoảng pH khác nhau:

- Nước tnirig tín h pH = 7 - N ướcaxit ' pH < 7 - Nước kiềm pH > 7.

Trong r ấ t nhiều trường hợp, có các chất cỏ khả nân g làm ổn định giá trị pH của dung dịch. Ví dụ, ion hydrocabon cố th ể k ết hợp với các ion H* theo phương trìn h sau:

(10)

12 Chương 1

HCO-f + H+ = H.COr, hoặc kết hợp với ion OH' theo phương trìn h sau

HCO;i + OH = H ,0 + CO:,2

Khi dó H ‘ vá OH“ sẽ bị hấp thụ, không ản h hường đến pH cúa dung dịch. Trong cơ th ể sống, các dung dịch đệm gồm có cấc ion sunphat (H2SO4), axit am in, protein.

T h ứ tiù Nước có m ột loạt tín h chất v ật lý có ý nghla h ết sức lớn dối với sức khỏe, sự p h á t triế ủ của con người. '

Ví dụ: nước cổ n h iệt dung lớn nên có th ể lấy và m ất n h iệ t rấ t chậm, n h iệ t lượng bay hơi lớn, cho phép cơ th ể làm lạ n h n h an h bằng cách th o á t mồ hôi... Ngoàỉ rá, nước cùn tham gia trực tiếp vào các phản ứng hóa học, trong đó hai ph ản ứng quan trọng n h ấ t là ph ản ứng thủy phận và ph ản ứng ngưng tụ.

1.2 VAI TRÒ CỦA NƯỚC TRONG c u ộ c SỐNG

i - V a i tr ò c ủ a n ư ớ c đ ố i v ô i cơ t h ể sổ n g

Đối với người và động vật, nước là ỵếu tố quan trọng thứ hai sau oxy. Nước trong cơ th ể .dược phân bố không giống nhau ở những cơ quan khác nhau. Ở mô xương, mô mỡ nước chiếm khoảng 25% nhưng ở mô cơ nước chiếm hơn 80%. Lượng nước trong cơ thể thường chiếm trung bình trên 75%.

Lượng nước trong cơ th ể còn phụ thuộc vào tuổi của con người. Người có tuổi càng lớn, h àm lượng nước trong cơ th ể càng ít.

Trong cơ thể, nước tồn tạ i ở trong và ử ngoài t ế bào. Nước trong tế bào gọi là nước nội bào, nước ở ngoài t ế bào gọi là nước ngoại bào. Nước ngoạỉ bào bao gồm nước trong hùyết tương và nước gian bàò.

Ở trong cơ th ể sống, nước đóng vai trố r ấ t quan trọng. Nếu thiếu nước, sự sống sè chấm dứt. Khi nghiên cứu vai trò cùa niíức dối với sự sống của t ế bào cũng n hư của cơ thể, các nha khoa học đả đưa ra những k ết luận quan trọng sau:

- Nước như là m ột ỉoại dung mối quan trọng n h ấ t trong t ế bào sống. Nhờ tín h ch ât hòa tan các chất của nước m à các phản ứng sinh hóa dược xảy ra dễ dàn g trong t ế bào và diễn ra liên tục.

- Nước th am gia như một th à n h phần r ấ t quan trọ n g trong cấu trúc của t ế bào. Ở trong t ế bàọ, chúng tậ n tạ i ở cả tra n g th á i tự dọ và trạ n g th á i liên k ết với các th à n h phần khác nhau n hư protein, lipid, gluxit và

(11)

T à i n g u y ê n n ư ớ c v à s in h c à n h vi s in h v ậ t n ư ớ c 13

các th à n h ph ẩn khác. Nhờ có sự tiên k ết với nước mà các th à n h phần có trong tế bào dược chuyển hóa tiên tục.

- Nước tham gia vào các phản ứng thúy phàn và các ph án ứng oxy hóa trong tế bào. Nếu không có nước, các phản ứng trêu sẽ không th ể xảy ra.

Nước tham gia quá trìn h vận chuyến chất trong t ế bào, nhờ đó những ch ất dinh dưỡng từ bên ngoài sè vào bên trong t ế bào và những chất thải, khí th ả ỉ tạo ra trong quá trìn h trao đổi chất sẽ th o át ra khỏi tế bào. M ặt khác, nhờ vặn dộng của nước trong tế bào sè tạo điều kiện thuận lợi cho sự tiếp xtỉc giữa các th àn h phẩn có trong tế bào, thúc đáy nhanh quá trìn h ph ản ứng trong tế bào.

- Ntiức như là một bộ xương có tính chất đệm tạo nên khung mềm của t ế bào, ở đỏ các cơ quan tồn tại và hoạt đọng sinh lý bình thường.

- Nước tham gia quá trìn h điều nhiệt của cơ thể.

- Nước tham gia bôi trơn các bộ phận của đường tiếu hóa, đường hô hấp, cổc khớp xương.

Nước được trao đổi liên tục từ m ôi trường vào cơ th ể sống và ngược ỉại. Điều quan trọng ỉà khi nước vào trong cơ th ể p hải tuyệt dối au to àn về vi sin h v ật (VSV), độc tố. Nêu nước không đảm bảo sạch về v s v , độc tố sẽ tạo ra môi trường 6 nhiễm trong cơ th ể . Điểu đó cho thấy, nước là m ộ t v ật có khả năng m ang nguổn bệnh và dộc tố vào cơ thể. H ằn g ngày, lượng nước được cơ th ể sử dụng cho mọi mục đích sống cùa các t ế bào, mô bào, cần khoẩng 3 lít, lượng nước này được cung cấp khi uống, khi ăn . Đồng thời, hằng ngày chúng ta cũng th ả i ra ngoài cơ th ể khoang 2,5 lít qua nước tiểu, phân, mổ hôi. Sự dịch chuyển của nước từ môi trường vào cơ th ể ôếng xảy ra thường xuyên. Do vậy, nước r ấ t cán được làm sạch trước kh i đưa vào cơ th ể sống.

2- V a i tr ồ c ủ a n ư ở c tr o n g t i n h h o ạ t và tr o n g s ở n x u ấ t a- Nước trong rinh hoạt

Trong cuộc sống cùa loài người, nước là m ột nhu cầu sống không th ể thay th ế được. Nhu cầu cuộc sống càng cao, mức độ sử dụng nước trong sinh hoạt càng cao Nước cung cấp cho các hoạt đọng của tế bào, mô bào và cơ th ể, cũng như cho các nhu cầu về tẩm , giặt, vệ sinh nhà của.., đều phâi được xử lý để d ạ t được mức độ sậch n h â t định.

(12)

14 Chương 1

Theo thống kê của các nhà khoa học, ở các nước p hát triển nhu cầu sử dụng nước trung bình trong một ngày cho m ột người là: 60 - 80 lít cho việc tắm bằng vòi hoa sen; 150 - 200 lít cho dội cầu tiêu; 70 ' 120 lít cho hoạt động của máy giặt và khoảng 20 lít cho rửa xe.

Theo thông kê của C.N Dufor và Edith Becker (1971) trung bình một gia đình người Mỹ sử dụng nước hàng ngày theo một tỷ lệ như sau:

Nước dùng cho vệ sin h to ilet 41c/í

Nước dùng tắ m 37% Nước dùng đ ể nấu â n 6% Nước dùng d ể uống 5% Nước dùng để g iặ t 4% Nước dùng vệ sin h n ề n n h à 3% Nưởc dùng dể tưới cây 3%

Nước dùng lau chùi cửa 1%

Nếu tánh lượng nước sử dụng trung bình trong năm thì người dân nước ứ c sử dụng nước nhiều nhất. Hằng nám một người dân ứ c sử dụng nước cho mọi hoạt động sống của mình khoảng 84.900 /. Sau đồ là các nước Châu Âu 5.000 l, Angieri 35.000 l, Ẩn Độ 9.000 ỉ, Soudan 7.Ò00 ỉ.

Nhũmg con số liệt kê trên chỉ có ý nghĩa tham khảo để hiểu thêm được nhu cầu về nước là rấ t lớn. Tữ đó, cho ta nhận thức việc cung cđp nước sạch cho sinh hoạt của mọi người trên th ế giới đòi hỗi một khối luợng nước khổng lồ.

b- Nước trong sản xu ấ t

Nước là m ột loại nguyên liệu r ấ t đặc biệt, m ột loạị nguyên liệu th ô n g th ể th a y thố. Nước dùng trong sản xuất chù yếu là dùng vào các h oạt động sản xuất nông nghiệp và sản xuất cồng nghiệp, trong đđ nước dùng cho sảp xuất nông nghiệp chiếm trê n 70%. Nước dùng trong nông nghiệp chủ yếu dừng để tưới cây và trồng Ỉ Ị Ỉ a nưóc. Ntíớc dùng trong sản xuất công nghiệp bao gồm nưức nguyên liệu, nước vệ sinh xí nghiệp, nhà máy, m áy móc th iế t bị, nước dùng để làm sạch, làm m át.

Nước sau khỉ dùng trong CẮC h o ạt động nông nghiệp và công nghiệp trê n đều là nước bị ô nhiễm , cần p hải được làm sạch dể tá i sử dụng. Đấy là vấn . đề quan trọng n h ấ t trong xử lý 6 nhiễm nuớc m à ta đề cập đến trong những chương sau.

(13)

T ầ ỉ n g q y ẽ n n ư đ c v à á a h c ả n h v i r in h v ậ t n ư đ c 15

1.3 TÀI NGUYÊN NƯỚC

Nhu cầu nước cho hoạt dộng sống của t ế bào, mô bào, cơ th ể , nhu cầu n ước cho sinh hoạt, cho sản xuất công nghiệp, nông nghiệp lả r ấ t lớn và tâ n g r ấ t n h an h theo sự p h á t triể n của xã hội loài người.

M ặt khác, lượng nước có trê n th ế giới của chúng ta có gỉứi hạn, đặc biệt là nước ngọt. Lượng nước cố ở trá i đ ấ t chứng ta khoảng 1386 triệu kms, trong đó nước m ặn chiếm tới 97,3%. Nước m ặn không có ý nghĩa gì cho ho ạt dộng sống của tế bào, mô bào, cơ th ể sống, cho sả n xuất nông nghiệp và có ý nghĩa không đáng kể trong sản xuất cõng nghiệp. Chỉ ọó nước ngọt’ mới đáp ứng đầy đủ tấ t cả những nhu cầu đã trìn h bày d trên, nước ngọt chỉ chịếm gần 2,7% mà ỉạỉ ỉà nguồn nước quan trọ n g nhất. Trong số gần 2,7% lượng nuớc ngọt cỗ trê n trá i đ ấ t th ì lượng nước thực sự sử đụng được ít hơn r ấ t nhiều, số cùn lạ i bị ô nhiễm nặn g không th ể sử dụng dược ngay. Lượng nước thực sự có th ể sử dụng được cho các mục đích khác nhau của loài người chỉ chiếm có 0,633% còn lại các nguồn nước khác phải qua xử lý mới sử dụng được.

Trong lượng nước ngọt dã trin h bày ở phẩn trên, lưạng nước mưa chiếm 0,001%, nước ngầm chiếm ọ,005% và niiốc bề m ặt chiếm 0,633%.

Các nghiên cứu về nguồn nước cho thấy ràng, nước ngọt trê n th ế giới ngày càng thiếu so với nhu cầu s ả n xuất và đởi sống của n h â n ỉ oái. Lượng nước ngọt trê n th ế giới là giới h ạn , nhu cầu là vô hạn. M ặt khác, lượng nưđc ngọt cổ th ể sử dụng được cho sinh ho ạt và s ả n xuất càng bị ô nhiễm nghiêm trọng. Do đó lượng nước thực sự có th ể sử dụng dược càng ngày càng bị thu h ẹp lại.

V iệt N am nằm trong vừng khỉ hậu n h iệt đới, do đó th iê n nhiên đã ưu đãi cho m ột khối lượng mưa r ấ t dồi dào. V ìệ tN a m cổ m ạng lưới sông, suối Tất lớn v à p h ầ n b ố khá đồng đẻu trê n to àn lã n h thổ, chỉ tín h những dòng sông có độ dài khoảng 10 km, chúng t a đã có tới 2500 con sống với chiều dài tổng cộng 52.D00 km.

Tuy nhiên, khi xem xét toàn bộ sự phân bố nước ngọt của Việt Nam chúng ta th ấy rằn g lượng nước ngọt phân bố trỀn toàn cõi Việt nam không dồng đều và có sự dao dộng rấ t lớn trong năro. Trong mùa mưa, lượng nước ngọt chiếm tới 80% tổng lượng nước có trong nflm, nhưng vào mùa khô lượng nước ngọt chỉ còn 20%.

M ặt khác, chúng ta cũng còn phải đường đầu vđi sự ô nhiẶm nước ngọt nghiêm trọng từ những ho ạt động công nghiệp, nòng nghiệp và sinh hoạt. N hiều đừng sông trước dày là ngbồn cung cấp nuđe th iè n n h iên r ấ t trong sạch, nay bị ố nhiễm r ấ t nặng, đến mức các loài th ủ y sản cũng

(14)

16 Chương ĩ

không th ể p h á t triể n trong đó, nhiều dòng sông trở th à n h dòng sông chết thực sự. Ở nhiều nơi, việc giải quyết nước uống còn cấp th iế t hơn rấ t nhiều so với việc cung cấp lương thực, thực phẩm . Thực trạ n g đổ đòi hỏi phải có những biện pháp tá i sin h nước ngọt để đáp ứng những nhu cầu không th ể thiếu được trong cuộc sống hằn g ngày.

H ình 1.4 Tổng ỉượng nước trong thiên nhiên

(15)

______ I H /1 o ậ ự ,

1.4 SINH CẢNH VI SINH VẬT NƯỚC

T H Ữ V ỉỆ íil

Nước tồn tạ i cả trê n bề m ặt trá i đ ất và cả trong lòng đất, nước là yếu tố không th ể thiếu và không bao giờ tách ra khỏi sự sống. Vì thế, vỉ sinh là giới sinh v ật duy n h ấ t có cả ớ m ặt đất và cá trong nguồn nước, chúng có th ể tổn tại ở nước bể m ặt, nước ngầm, ở nước ngọt và ca nước mặn. Tuy nhiên, tùy theo loại nước mà các loài và các loại v s v trong đó r ấ t khác nhau, sự khác nhau dó phụ thuộc rấ t lớn ở các th à n h phần hóa học và tín h ch ất v ật ỉý của nguổn nước.

1- S in h c ả tih v i s in h v ậ t nư ớ c n g ầ m

Nước vận chuyển từ trạ n g thái này sang trạ n g th ái khác và cuối cùng trỏ về nguyên bản của nó. Khi thu nhiệt nước biến th à n h trạn g th ái hơi, hơi nước bốc cao gặp lạnh tạo th àn h mây, sương, mưa và tuyết. Sau đó nước trở về trá i đất. Vòng tuần hoàn này cứ diễn ra liên tục.

Một phần nước mưa, tuyết được th ấm qua một lớp đ ấ t xốp và được giữ lại ở m ột lớp đ ất không th ấm ở phía dưới tạo th àn h nước ngẩm. Nước ngầm cũng có th ể được tạo ra bổi sự thấm từ những dòng sông, suối, dẩm lầy, ao hồ. Lượng nước ngầm phụ thuộc vào mùa mưa, vào lượng nước của sông ngòi, aọ, đầm tạo ra chúng. C hất lượng nước ngầm cũng phụ thuộc rấ t nhiểu vào th à n h phần có trong các nguồn nước tạo ra chúng. Các Loại nước ngầm chứa rấ t ít chất dinh dưỡng vì chúng đã chảy qua một lớp đất. Lớp đ ất này giông như một m ảng lọc tự nhiên, chúng không chỉ giữ lại các loài sinh v ật (cả sinh vật gây bệnh và sinh v ật có ích) m à cồn giữ lại nhiều ch ất hỏa học khác nhau. Chính vì thế, nước ngầm được coi như nguồn nước quan trọ n g để sẳn xuất nước uÔQg.

Tuỹ nhiên, cũng phải nh ận thây rằng chất lượng nước ngầm rấ t khác nhau! Không phải tấ t cả các nước ngầm đều là nguồn cung cấp nước lý tưởng. Có r ấ t nhiều nước ngầm chảy qua khe nứ t của núi đá, chúng chứa nhiều chất hóa học vượt quá mức cho phép, hoặc chúng có th ể chảy qua vùng đ ấ t chứa nhiều v s v mà bản th â n vùng đ ất dó k h ô fg có khá nỗng giữ v s v nguỵ hiểm. Những nguồn nước n àỳ phải được xử lý rất nghiêm n g ặ t trừớc khi sử dụng.

Nước ngầm thường chứa vài chục t ế bào v s v đến vài tră m ngàn t ế bào v s v trong m ột mỉ nước. Việc xử lý sinh vật nưđc ngầm để đảm báo chất lượng nước sử dụng khâng khó kh ăn nhiều. Các kỹ th u ậ t‘nàỹ sẽ dược trìn h bày trong chương sau.

(16)

18 Chương 1 2 ' S in h c ả n h v i s in h v ậ t nư ớ c bề m ặ t

Nước bề m ặ t bao gồm nước sông, nước suối, nitôc ao hồ, đồng ruộng, biển. Nước bề m ặt thường là nước tạo ra từ mite, tuyết tan, nước chảy bề m ột sông suối. Do đó nước bề m ặt có th à n h p h ẩn hỏa học, vi sinh và cả tín h chất v ật lý r ấ t phức tạp. Sự phức tạp này biểu h iệ n ở từng vùng địa lý và ở những mùa khí hậu trong năm.

Nước suối có nhiều khoáng chất, do chúng chảy qua những vùng đ ất dá vôi hoặc các vùng nhiều khoáng chất khác. Các chất khoáng thường ở nồng độ cao, không thích hợp cho nhiều loài sinh vật. Gần như chỉ có tảo và rong p h á t triể n trong loại nước này. Tụy nhỉẻn, do nước suối thường biến dộng n ên số lượng của chúng cũng thay đổi r ấ t nhiều. Có rấ t nhiều nước suối nóng. Suấi nước nóng là m ột môi trường khá đặc biệt: ở nhiệt độ nước r ấ t cao (thường trê n 40“C) và chứa h à m lượng các chất khoáng lớn, cộng với yếu tế n h iệ t độ khác với n h iệ t độ bình thường nên chỉ có v s v ph ân hủỵ khoáng v à chịu được n h iệt độ cao là cổ k hả nâng tồn tạ i và p h á t triển . Đã có nhiều nghiên cúu vế việc ph ân lập từ những nguồn nước và những v s v ưa n h iệ t rấ t có ý nghĩa tro n g đởi sống.

Nước sõng là nước được h ìn h th à n h chủ yếu từ các dòng suối. Suối dược b ắ t nguồn từ các dãy núi đồi m à chúng chảy qua. Như vậy so vđi nước suối, nước sông phức tạp hơn nhiều. T hành ph ần hóa học, tín h chất v ật lỹ và th à n h ph ần sin h vật của nước sông là sự tổng hợp của các tín h chất v ật lý, th à n h ph ần hóa học, v s v của dòng suối, trong đó th àn h ph ần v s v nước sông có sự biến động lớn nhất.

Tốc độ dòng chảy, th à n h ph ần hóa học có trong nước sông quyết định số lượng loài sinh v ật và số lượng tế bào v s v của nước, sông, tốc độ dừng chảy càng m ạnh sự biến động càng lớn. Càng về cuối dòng sông, dòng chảy càng ổn định và như vậy lượng v s v càng lớn dần và có sấ lượng loài cũng càng nhiều hơn.

Khác với nước suối, nước sông cổ nhiều chất hữu cơ hơn, do đó sinh v ật có trong nước sông cũng phong phú hơn. Đặc biệt nước sông vùng h ạ lưu có r ấ t nhiều sinh v ậ t phù du, chinh sinh v ật phù du này tạo ra một quần th ể sin h v ật rấ t quan trọng trong sự chuyển hóa v ật ch ất và làm t&ng cân bằng hệ sinh th á i này.

Nưđc sông ở thượng nguồn thường có sự b iến động lớn yề số lượng v s v . Ngược lại, nước sông ô h ạ lưu ít biến động hđ n về số lượng y s v nhưng số lượng v s v ở h ạ lưu các dòng sồng thường r ấ t lớn.

(17)

T ả i n g n y é n n ự đ c v à s in h c á n h vỉ s in h v ậ t p ự đ c lỡ

Nước d ao bồ v à các đầm lầy ỉằ nước ít biến động về th à n h phần hóa học v à tín h cn ất v ật lý. Niiốc hồ, ao, dầm lầy thường ở trạ n g th á i tĩnh, sinh v ật và các thủy sinh v ật khác thường k h á ổn định về loài và về số lượng. Nước hồ, ao, đầm lầy là mồi trường lý tưởng cho nhiều loài sinh v ật p h á t triển . Nếu không có những tác động đột biến th ỉ hệ sinh th á i ở khu vực n à y là r ấ t ổn định. Ở đó có sự làm sạch h ó a học, sự làm sạch v ậ t lý Tất tố t. v s v trong vùng sính thái này thường p h á t triể n nhiểu ở đáy và thường bao gồm v s v yếm kJní Ngoài ra, người ta còn p h á t hiện r ấ t nhiều sin h v ậ t tự dưỡng.

3- S in h c ả n h s in h v ậ t ntlờe L

Biển bao phủ 70,8% bề m ặt trá i đất. Chbih vì th ế biển chứa một lượng nước lớn n h ấ t. Nước biển chứa ỉượng NaCl r ấ t ỉứn, chúng có tỷ trọng và giá trị th ẩ m thấu r ấ t cao. Lượng muối trong các dại dương khống có sự chênh lệch nhiều. Nước biển ồ các vùng h ạ luu của các dòng Bỗng thường có luợng muối không cao bằng ngòài biển khơi (thường nhỏ hơn 1%). Chính sự phđc tạ p và hàm luợng các chất có trong nuttc l i ế n cao làm giảm lchà n ă n g hòa ta n của các chất làm giâm hàm lượng oxy trong nước biển và ỉàm tJtng áp suất th ẩm th ấu của dung dịch nước. T ất cả các

yếu tố trên tạo ra một điều kiện Tất khồng thuận lợi cho sự phát triển

của v s v trong nước biển. Chính vỉ thế, khu hệ sinh v ật ở nước biển thường Tất nghèo nàn. Nói chung, nước biển khống phải là môi trường thuận lợi cỉio sự p h á t triể n câa v s v .

4- Sinh cành vi sinh v ậ t nước thải

Nước th ả i là m ột lóạỉ nước r ấ t dặc biệt tồ n tạ i tfrong th iê n nhiồn chủ yếu do h o ạ t động sống của con người. Tùy theo phương tnức hoạt động của con người m à nưđc th ả i được chĩa rạ những loại sau:

- Nước th ả i cồng nghiệp - Nước th ả i nông nghiệp - N ự ớ cth ải sin h ho ặỊ > Nước tìbtải bện h viện.

.. Nưỡc th ả i công nghiệp cũng cố nhiều loại khác nhau. Có loại nước chi chứa các ch ất vố cơ, ch ất màu. Cỗ ỉoạỉ nuức .chí chứa ch ất hữu cơ, ch ất m àu và cũng có loại nước th ả i chứa t ấ t cả nhSỊỊg th à n h p h ần trên.

v s v có trong nước th ả i cồng nghiệp phụ thuộc chủ ỵếụ ở c ịc lo ạ i nước ♦•hầi chứa chất cơ. Còn các ỉoạị nước th ả i chứa các chất vỗ cơ có

(18)

20

Chương 1

tính độc hại v s v thường không p hát triển được, và như th ế khu hệ v s v trong các loại nuớc th ải này thường rố t nghèo nàn.

Đối với các loại nước th ả i công nghiệp chứa nhiều ch ất hữu cđ, v s v đóng vai trò chủ yếu dể chuyển hóa chúng, trả chúng về với các chu trìn h chuyển hóa riêng trong th iên nhiên. Nhờ đó, khu h ệ sin h v ật trong những loại nước th ả i này thường r ấ t phong phú, trong đó cố cả v s v có ích và cả những v s v gây bệnh. Vấn đề tự ỉàm sạch nước th ả i bởi sinh vật trong trường hợp này phụ thuộc r ấ t nhiều ở hàm lượng oxy hòa tan trong đó. C hất th ả i càng nhiều ch ất hữu cơ k hả n&ng oxy hó a sinh học càng ít xảy ra. Nếu quá trìn h xảy ra chậm, mức độ ô nhiễm càng trầ m trọng.

Ở một mức độ oxy hoà ta n trong nước th ả i n h ấ t định, k h ẳ năng tự làm sạch sẽ đ ạt được múc tối đa. Khỉ dó lượng v s v sẽ đ ạ t được cao nhất. Nước th ả i sẽ khống còn là nước th ả i nữa m à trở th à n h như m ột nguồn nước tố t cho những mục đích khác nhau của con người, v s v tồ n tạ i và p hát triể n trong nước th ả i thường từ không khí, từ nguổn gây ỗ nhiễm nước và do cả con người và sinh v ật khác. K hi tồ n tạ i' trong nước th ầi chúng sinh sối, p h á t triể n và chuyển hóa các chất trong nước th ả i Tất m ạnh nếu mọi điều k iện sống của chứng trong nước th ả i ỉà thtiậrt lợi. Ở đây có hai vấn đề cần phải quan tâ m đúng mức

T h ứ nhất, nếu tn m g nước th ải có nhiều sinh v ậ t gây bện h th ì phải tìm cách tiêu diệt chúng để chúng không p h á t tá n m ầm bệnh ra các khu vực xung quanh.

Thứ hai, nếu trong nước thẲi có chứa nhiều v s v có ích, chuyển hóa m ạnh các chất gây ố nhiễm th ì phải tiến h àn h các b iện pháp thúc đẩy cốc quá trìn h n ày lên.

Những diều kiện này p hải dựa vậo những nghiên cứu cơ bản về khu hệ v s v có trong nước th ả i, để từ những số liệu nghiên cứu cơ bản dó người ta sẽ dưa ra những phương pháp thích hợp cho quá trin h xử lý.

Khác với hai loại nước th ải trê n , nước th ả i nống nghiệp (chủ yếu là mước th ả i từ các trạ i chán nuôi) chứa chủ yếu các chất hữu cơ r ấ t dễ phân hủy và chứa r ấ t nhiều v s v có trong phán và nưởc tiểu của gia súc, gia cầm. Các VSV nây thường thuộc các loài phân giải yếm kh í và hiếu khí, do đó tốc độ phân hủy các chất hữu cơ có trong các loại nước th ả i này thường r ế t m ạnh, gây r a những mùi l ấ t khó chịu. Đó chính là ỉtìện tượng ố hhiễtn không khí do nước th ấ i gây ra. Điềiẩ n àỹ đòi hôi chúng ta phải tĩgiúên cứu dể diều khiển quá trìn h ph ân hũy cắc chất hữu cd sao cho sản

(19)

T ả i n g u y ê n n ư d c v à s in h c ả n h v i s in h v ậ t nướ c

21

phẩm cuối cùng của quá trin h này không tạo ra mùi khó chịu. Những vân đề thuộc kỹ th u ậ t này chúng tôi sẽ trìn h bày trong những chương sau.

Một điểra quan trọng khác nữa là trong phân, nước tiểu gia súc có chứa r ấ t nhiều v s v gây bệnh khác nhau. Điều đó phụ thuộc vào tìn h trạ n g vệ sinh khu chuồng trạ i, tìn h trạ n g bệnh lý của v ậ t nuôi. Nếu tìn h trạ n g vệ sinh chuồng trạ i khiông tố t hoặc v ậ t nuôi bị bện h thì nước th ải sẽ chứa những v s v tương ứng. Trong trường hợp này nước th ải chăn nuôi sẽ ỉà nguồn gây bệnh. Do dó, công việc cần làm là tiêu d iệt ngay m ầm bệnh sau dó mới tìm biện pháp xử lý nguyên n h â n ô nhiễm khác.

Nước th ả i từ các khu vực chãn nuôi thường không khác nhau nhiều về tín h ch ất v ật lý, th à n h phần hóa học và v s v , do đó các biện pháp xử lý thường giống nhau. Những biện pháp cụ th ể chúng tôi sỗ trìn h bày trong những chương sau.

Khác với nước th ải chăn nuôi, nước th ả i sinh, hoạt thường có th àn h phần hóa học và tín h chất khác nhau.

Ở những nước phát triển, hệ thống nước dội cầu tiêu, buồng tắm ỵà nước nhà bếp được tách rời ra, mồi loại nước thải này có biận pháp xử lý riêng. Ở nuớc chậm phát triển, toàn bộ các loại nước thải này gộp chung làm một gọi là nước thải sinh hoạt. Kiểu gộp chung như vậy gây ra những khó khãn n h ấ t định cho sự tự làm sạch và cả quá trìn h xử lý sau này.

VS-V ô nước th ả i sinh h oạt cũng r ấ t phức tạp, chủ yếu trong đó là những v s v yếm khí, sính khí metan. Nhiều trường hợp người ta phát hiện thấy v s v gây bệnh nguy hiểm n h ấ t là nước th ả i bệnh viện. Ở nước th ải b ện h viện, ngoài các th à n h phẩn hữu cơ như các loại nước th ả i hữu cơ, trong đó còn chứạ r ấ t nhiều v s v gây bệnh. Các sinih v ậ t gây bệnh từ phân, nước tiểu, nước sỉnh ho ạt của bệnh nhân. Trong điều kiện tự nhiên thuận lợi, cốc loài v s v gây bệnh này p h á t triể n r ấ t m ạnh và lan truyền nhanh chóng th àn h các § dịch bệnh r ấ t nguy hiểm . Việc kiểm soát các v s v gâỹ bệnh này bao gồm việc khoanh vùng tốc hại nước th ả i của bệnh viện và việc xử lý triệ t để chúng. Tuyệt dối không'dược để nướo ỉh ả i bệnh vỉện fa Ittôi tntòng bên ngoài mà không xử lý trưốc.

(20)

\

VI SINH VẬT HỌC NƯỚC

Chương 2

Năm 1683, Antonie van Leeuwenhoek đã đưa ra những búc tra n h vẽ lại sự quan s á t của mình dưới kính hiển vi, khi đó loài người b ắ t đẩu dược biết th êm vể m ột giới sinh vật mới. Giới sinh v ậ t này được gọi chung là vi sinh v ật (microorganism).

Trong thực tế, giới sinh vật này đã tồn tạ i và p h á t triển như là những sinh v ật xuất hiện đầu tiê n trê n trá i đất. Sự xuất h iện và tồ n tại của chúng không tách khỏi sự có m ặ t của nước. Từ đó, hàn g lo ạt các nhà nghiên cứu vỉ sinh v ật (VSV) trê n th ế giới đi sáu vào sự p h á t hiện CÁC v s v và vai trò của chúng trong điều kiện tự nhiên. Cho đến nay, các nhà khoa học dã tìm th ấy tro n g nước không chỉ có vi khuẩn m à còn có cả nấm ; tảo và virut. Nhưng nghiên cứu cơ bản này lồm nề a tả n g cho những nghiên cứu kỹ th u ật để 'giải quyết những vẩn đề xảy ra do v s v gây nên trong môi trường sống.

2.1 VI KHUẨN TRONG NƯỚC 1 - V i k h u ẩ n tr o n g n ư ớ c n g ọ t

Vi khuẩn (bacteria) là những ca th ể dơn bào, ph ận b ế r ấ t rộng rãi trong th iê n nhiên. Chúng dóng vai trò r ấ t quan trọng trong mọi quá trìn h chuyển hóa v ậ t chất trong th iên nhiên. Khi nghiên cứu vỉ khuẩn, các nhà khoa học đưa ra những k ết luận r ấ t quan trọng n hư sau:

v ề h ìn h th ú i: Vi khuẩn có nhiều hình dạn g khác nhau. Sự đa dạng của h ìn h th ổ i vỉ khuẩn có liên quan lớn đến sự tiế n hổa và sinh lý của chúng. Theo đó trong th iê n nhiên có vi khuẩn h ỉn h cầu, hình gậy, hình sợi và xoắn, h ìn h sợi xoắn m ột vòng hay nhiều vừng. Mỗi kiểu h ìn h thái của vỉ kh uẩn tạo n ê n tín h thích nghi trong điều kiện môi trường n h ấ t định, ở đó chúng tồn tẹ ỉ và p h á t triển h ài hòa với môi trường sống. Chính sự đa dạng về h ìn h th á i như th ế tạo nên tín h đa dạng s inh học của vi khuẩn trong môi trường nước. Các n h à khoa bọc cũng chứng m inh dược rằn g các vi khuắn hình xoắn và những vi khuẩn có tiêm mao, tiêm mao tồn tạ i nhiều ô những dòng nước chảy. Nhờ h ìn h th á i đặc biệt này chúng có k hả năng bám vào th â n cây,"cỏ, đá, đất. Do sự bám c h ặ t ấy m à chúng

(21)

Vi s in h v ậ t h ọ c n ư ớ c

23

không bị cuốn di theo dòng chảy, tạo ra sự chuyển hóa v ật chất ỏ mọi nơi. Ngược ỉại, các vi khuẩn có hình cầu hoặc h ìn h gậy lại p h á t triển rấ t m ạnh ở những khu vực nước yên tĩn h và có đầy đủ chất đinh dưỡng.

o o

co oo

o o

00 oo

Đơn cắu khuẩn (Monoeoccus) Song cáu khuẩn (Diplococcus)

✓ Tiêm mao / Bào tử

\Z Z 2 r - a ± J

Trực khuẩn có tiêm mao Trực khuẩn khỗng có tiêm mao

(Bacterium) (Bacillus)

Xoắn khuẩn Phẩy Khuển

Hình 2.1 Hình thái vi khuẩn

Về v in h lý: v s v nước phần lớn thuộc loại dị dưỡng carbon. Trong số các sinh v ật dị dưỡng carbon, các vi khuẩn hoại sinh chiếm tỉ ỉệ lớn nhất, chúng sống trê n xác dộng vật lẫn thực vật. Các loài vi khuẩn ký sinh thường chiếm lượng rất nhỏ, ở nhiều nguồn nước vi khuẩn ký sinh không tồn tại.

Ở lưu vực r ấ t nhiều sông, các nhà khoa học đã p h át hiện ra rấ t nhiều vi khuẩn tự dường quang năng, trong dó có vi khuẩn màu lục và màu tía, vi khuẩn n itra t, vi khuẩn lưu huỳnh và vi khuẩn sắt.

Các vi khuẩn d ất và vi khuẩn nước không khác nhau nhiều ở dặc điểm sinh lý. Điểm khác biệt duy nhổt là các vi khuẩn sống trong nước có th ể sử dụng nồng độ dinh dưỡng rấ t nhô, trong đó vi khuẩn đ ất lại sử dụng nồng độ dinh dưỡng r ấ t lớn.

Các n h à khóa học cũng cho thấy rằ n g các vi khuẩn gam (-) thường chiếm ưu th ế trong mỗi trường nước. Ở lớp nước bề m ặt s ấ lượng vi khuẩn gam (-) có th ể chiếm tới 85%. Trong các loại nước ngọt nhiên nhiên, các loài vi khuẩn sau thường thấy xuất hiện với số lượng r ấ t lớn.

- Achromobactcr spp - Flavobacterium spp - Bretvỉhactcrium spp ' Micrococcus spp ■ Sarcina spp - Bacillus spp - Pseudomonas spp - Nocardia spp - Streptomyce spp ■ Microcomonospòna spp - Cytoplaga spp.

(22)

24 C h ư ơ n g 2

2- V i k h u ẩ n tr o n g nước m ặ n

Vi khuẩn nước ngọt có mối quan hệ rấ t chặt chẽ với vi khuẩn đất. Sự giông nhau này có liên quan đến nguồn xuất hiện vi khuẩn nưức ngọt từ các vùng đ ất mà chúng chảy qua.

Ngược lại, vi khuẩn nước m ặn (vi khuẩn biển)'không giống với vi khuẩn đất, m à chúng có th ể tạo ra những khu h ệ v s v biển rấ t đặc biệt. Vi khuẩn biền là những vi khuẩn ưa mặn. Hàm lượng muối trong nước biển là 35°/oo, đây là nồng độ muối rấ t thích hợp cho nhiều v s v biển ph át triển. Ở đây, natri có vai trò rấ t quan trọng trong chức năng vận chuyển vật chất của t ế bào vi khuẩn.

Khả năn g chịu nồng độ muối cao cùa vi khuẩn là r ấ t lớn. Ở hồ nước m ặn Ư tah (Mỹ) và m ột số hồ nước m ặn khác, người ta th ấ y vi khuẩn vẫn tồn tại trong nước muếi có nồng độ bão hoà.

Vi k h u ẩ n tro n g hồ nước m ặ n : Đa sấ các vi khuẩn sống trong hồ nước m ặn cố nồng độ muối cao có kích thưđc r ấ t nhỏ và có màu đỏ. Người ta phân loại chúng và cho chúng thuộc gỉốhg Halóbacterium, Kíicrococcus và Sarcina.

Halobacterium íPseudomonadaccae) có nhu cầu về muoi lớn nhất. Chúng cố th ể p h á t triể n m ạnh ỡ nồng độ muôi 12%, tổ n tạ i ở nồng độ muôi bão hòa. Giông vi khuẩn này Ịà vi khuẩn gam (-) có tiêm mao ở một dầu. Giống vi khuẩn này có khả n ã ạ g tổng hợp sắc tố carotenoid, do đó chúng có màu cam hay màu đò sáng.

Ngoài ra, các n h à khoa học còn tìm thấy các giống ưa m ặn khác như Micrococcus m om huac và Sarcina lừoraịis. Các giống vi khuẩn này có màu đò, chúng có k h ả năng p h á t triển m ạnh ở nồng độ 20 - 25%, không phát triển Ợ nồng độ muối dưới 10%. Trong các hồ nước mặn không chỉ thấy có những vi khuẩn chịu m ặn m à còn rá t nhiểu vi khuẩn ưa mặn. Các giống vi khuẩn này p h á t triể n ỗ .nồng độ muôi 5 - 20ck .

Các giống vi khuẩn lia m ặn này bao gồm các vi khuấn thuộc Chromobacterium marỉsmortui (Rhizobiaccac). Vi khuấn này có sắc tố màu lam n h ạt. Chúng có 4 - 6 tiêm mao. Các tiêm mạo nậy p h á t triển quanh t ế bào.

V i k h u ẩ n nước biền: Vi khuẩn trong nước biển được coi như m ột tập doàn độc lập, có những dặc điểm riêng, khác h ẳn với sin h vật đ ết và sinh vật vùng ven biển, v s v nước ngọt.

(23)

Vi s in h vẬt h ọ c m ấđc

25

Các vi khuẩn nước biển rấ t cần sống trong môi trường có nồng độ muối cao. Vì vậy, muối là yếu tố hóa học quan trọng n h ấ t để chúng sinh sản, sinh trưởng. Thiếu muối chúng không c6 khả n ân g tổ h tạ i và p h át triển.

Các v s v nước biển thuộc gram (-) và có khả n ân g di động m ạnh. Các nhà khoa học cho th ấy r ấ t ít khi gặp những vi khuẩn tạo bào tử trong nước biển, chúng thuộc nhóm vi khuẩn kỵ khí không b ắt buộc, nhưng có xu hướng ưa oxy m ạnh hơn, trong môi trường có oxy chúng phát triể n m ạnh bơn trong môi trường không có oxy. Trong nước biển ít th ấy những vi khuẩn hiếu khí b ắt buộc. Trong bùn lắng vùng ven biển người ta tỉm th ấy các giống thuộc Bticillus và Clostridium.

Ờ môi trường nước biển, vi khuẩn p h á t triể n chậm hơn nhiều so với vi k h u ẩn p h á t triể n trong vừng nước ngọt và môi trường đất. Đặc điểm quan trọ n g khác là chúng có khả nân g p b á t triể n ỏ n h iệ t độ r ấ t th ấ p (0 - 4°C) và chịu dược áp su ất cao. Tuy nhiên, ở những vùng ven biển, 80 vi kh u ẩn không chịu được áp su ất lạ i được tìra th ấ y r ấ t nhiều.

Trong nước biển có nhiều vi khuấn phân giải được các chất béo, hydradcarbon và carbuahydro. Ngoài ra, ngườỉ ta cũng tìm th ấ y những vi khuẩn phản ú t r a t hóa, ph ản sulfat hóa.

So với các vi khuẩn đ ấ t và vỉ khuẩn vùng nước ngọt, vi khuẩn nước m ặn có k hả nân g chuyển hóa v ậ t chất đa dạng hơn nhìểu.

Trong nước biển thường gặp các dại diện thuộc giông Pseudomonas, Vibrio, Spirullium , Achomobacter và giống Flavobacterium.

N hìn vào tê n các dại diện của các giông vi khuẩn sông trong môi trường biển, ta th ấ y chúng cũng giấng vi khuẩn sống trong đ ấ t iiền, tuy vậy các đăc điểm ỳ n h lý của chúng lại có những khác biệt. Từ dó, các ỉihà khoa học cho rằ n g có th ể chúng xuất p h át từ đ ấ t ụ ề n và đă thích nghỉ với điều kiện, đặc điểm của nước biển.

Trong nước biển, người ta còn p h á t hiện ra r ấ t nhiều vi khuẩn p h á t sáng. Những vi khuẩn p h á t sáng này không ph án bố rộng rã i trong các đại dương m à chúng chỉ tậ p trung vào một số vùng n h ấ t định. Những vi khuẩn này có k h ả năn g chụyển năng lượng hóa học sang năn g lượng án h sống vã tạo ra á n h sáng m àu ỉục n h ạ t hay màu ỉam nhạt. Cắc vi khuẩn p h á t sán g thuộc gỉốing vỉ khuẩn Photobacterỉum (Pseudomonađaceae).

H iện nay, các nhà khoa học chia những vi khuẩn p h á t sáng ra làm ba nhóm:

(24)

26

Chương 2

Các nhà khoa học cũng cho thấy hơn một nửa tổng số vi khuẩn tìm thấy trong nước biển là những vi khuẩn có màu. Các màu thường gặp ở vi khuẩn biển là màu vàng, màu nâu, màu đỏ. Ngoài ra, có một sô' rấ t ít vi khuẩn tạo màu tím, màu lam và màu đen. Ngoài các vi khuẩn dị dường trong nước biển có Iihiếu vi khuẩn tự dưỡng hóa năng.

Nhìn chung, các loại vi khuẩn nước m ặn đóng vai trò quan trọng đối với sự chuyển hóa vật chất trọng nước biển, tạo ra sự cân bằng sinh học cần th iết trong môi trường biển.

2.2 CẢC LOẠI VI NẤM TRONG NƯỚC

Nấm là nhóm v s v h ết sức đa dạng. Khác với vi khuẩn, vi nấm thuộc v s v cộ nhân tế bào hoàn chỉnh (EucaryotẬ vi nấm cũng có th ể là dơn bào cũng có th ể là đa bào. Các vi nấm da bào thường là những sợi được gọi là khuẩn ty, các khuẩn ty vừa là cd quan sinh đường vừa là cơ quan sinh sản.

Vi nấm sinh sản bầng hai cách chủ yếu: sinh sản bằng bào tử và sinh sản bằng khuẩn ty. Cả hai cách sinh sán này đều thấy xảy ra rất m ãnh liệt trong mọi diều kiện cua th iên nhiên.

Dựa vào các dặc điểm hình thái, sinh lỷ của vi nấm người ta chia vi nấm ra làm bốn lớp.

- Nấm nhày (Mycomycctes) - Nấm dạng tảo (Phycomycetes) - Nấm túi (Ascomycctes) - Nấm đảm (Basidiomycetes). trong đó vi nấm dạng tảo được xem như nấm bậc thấp, còn vi nấm túi và vi nấm đảm được coi là nấm bậc cao.

Vi nấm là một trong những v s v sống trong môi trường nước đầu tiên trê n trá i đất, do quầ trìn h tiến hóa. Vi nấm được phân ra nhiều loài trong đó có các loài chuyển sang sống trong môí trường đ ất ẩm, xác dộng và thực vật. T ất cá các ví nấm giông nhau ở chồ, chúng ỉà những v s v dị dưững bắt buộc và hiếu khí. Do đó, trong bôn lớp vi nấm được trìn h bày ở phần trên chỉ có nấm dạng tảo (Phycomyccies), giả nấm men (Fungiimperfecti) là sống trong môi trường nưđc. Còn nấm nhày (Mycomycetes) rấ t ít gặp trong môi trường nước.

1- Vi nấm trong các thủy vực nội địa

Trong nước ngầm vi nạm không đóng vai trò quan trọng và rấ t ít khi chứng có trong các dạng nước ngầm.

Trong nước suối aạch cùng không thấy vỉ nấm p h á t triển. Trong các rạch chảy vào suối vào sông, người ta ph át hiện ra m ột 30 đại diện của oẩm Leptomitales, Leptomitus. Các vi nấm n à ^ ưa sống ở các cành cây mục

(25)

V i s ìn h v ậ t h ọ c n ư đ c

27

trong môi trường nước. Đôi khi th ấy chúng phát triể n ^ h à n h đám dày đặc ờ những nguồn nước có nhiều chất hữu cơ. Troag nước sông, nấm thường sống ở các h ạ t phù sa, sống bám vào tôm, cá và nhuyễn th ể hoặc sống ký sinh ờ tảo. Vi nấm thường gặp là Olpidium, Polyphagus, C hỉtridỉum , trong đó Polyphagus và Chitridium thấy nhiều ở các dòng chảy.

Đa số các vi nấm sống trong mối trường nước ngọt là những nấm hoại sinh, một số vi nấm sống k ý sinh ở cá, thực vật và dộng v ật lưỡng cư. Trong các dòng sông người ta thường ph át hiện các vi nấm Saprolegnia, Achlya và Aphanomyces.

Ở các há nước ngọt, nấm đóng vai trò r ấ t quan trọng trong sự chuyển hóa v ậ t chất, trong đó có các giếng Chytridiles và Saproleniales đóng vai trò quan trọng hơn cả. Ngoài ra người ta còn th ấy Phỵcomycetes có rấ t nhiều trong vùng nước ngọt.

Trong vùng nước ngọt, vỉ nấm tạo th àn h những đám dày dặc. Chúng bao gồm các giếng nấm sau:

- Anguillorpona; - Tridaẩium

- Tetradadium ; - Clavariopsìs

- Lemonniera.

Ớ những p h ẩn bùn lắng cặn của các thủy vực nội địa có r ấ t nhiều nấm Anthrobotrys, các giống này b ất to àn nhưng r ấ t phong phú. Chúng thuộc nhóm n ấm â n th ịt giun và lươn. Các sợi của n ấm này tạo th à n h những m ạng lưới dày đặc và bẫy giun, lươn sau dó dồng h ó a các động v ậ t này.

Các loài vi n ấm như Penicilỉium, Aspergillus thường sống tạm thời trong nước, sau đó sẽ dịch chuyển theo các điều kiện vật lý của thiên nhiẽn sang p h á t triể n khu vực khô ráo hơn. Cách p h á t tá n của nấm này chủ yếu bằng bào tử. Bào tử của các tế bàữ nấm này p h â t tá n trong tấ t cả các thủy vực và sau dó ph át triển th àn h các sợỉ trê n xác thực v ậ t hay ở đất, đá ẩm ướt.

2-

Vi nấm trong các hồ nước mặn

Hồ nước m ặn có nồng độ muấi th ấp thường có nhiểu vi nấm ph át triển. Các vi nấm cũng có k h ả năng chịu nồng độ muấi và áp su ất th ẩm thấu khá cao. Nhiều nghiên cứu cho th ấy có sự h iện diện 8 loài nấm túi, lo loài n ấm b ất toàn trong những hồ nước mặn.

(26)

28 Chương 2

3- V i n ấ m ở n ư ớ c b iể n

Trước đây người ta cho rằn g trong nước biển chắc không có vi nấm p h á t triển , do đó ít ai nghiên cứu về vấn đề này. Trong thời gian gần đây, nhiều n h à khoa học đã nghiên cứu về vấn đề này và đều cho thấy rằn g vi n ấm p h á t triể n nhỉều trong nước biển.

Các k ế t quả nghiên cứu cho thấy trong nước b iển có hiện diện cả bốn lớp vi n ấm như trìn h bày ở phần trên. Điều thú vị là m ột số đại diện của bốn lớp vi nấm tr ê n chĩ th ấ y có m ặt ở nước biển m à không thấy trong nước ngọt và ở những vùng khác.

Đặc b iệ t n h ấ t là loài n ấm nh ày Libyrinthulac. Vi nấm này chứa m ột hợp bào dạng m ạng lưới, chúng thuộc vi nấm sống ký sinh d tảo, thực vật.

Trong các vi nấm dạng tảo, đáng lưu ý n h ấ t là ChytridicUea và Saproỉegnỉaỉes. Các loài Olpidium, Bozella, Chytriđium, Rhizophyllium, Sirolpidium và Ectrogella thường ký sinh ở sinh vật biển.

Ở vùng biển gần bờ, người ta thây nhỉều loại vỉ nấm túi bậc cao, các loài v ậ t n ấm b ấ t toàn. Các loài nấm này ph ân giải r ấ t m ạnh các hợp ch ất chứa lignocelỉulose hay hợp ch ất pectinocellulose.

2.3 VI TÀO TRONG NƯỚC

Vi tảo là một loại v s v có kích thước r ấ t lớn, chúng thuộc loại tự dưỡng quang năng. Trong tự nhiẽn, chúng có khả năn g chuyển hóa vật chất vô cơ nhờ nâng lượng m ặt trờ i tạo ra ch ất hữu cơ trong tế bào, ở tế bào, chúng có những sắc tó tham gia các quá trìn h quang hợp. Tuy nhiên, đế’ tiế n h àn h quang hợp được, tảo dòi hỏi một số điều kiện khá đặc biệt, p h ần lớn tảo sống trọng môi trường nước có tín h kiềm yếu và thường sử dụng CO2 như m ột nguồn carbon quan trọng. Á nh sáng rấ t cần cho quá trìn h quang hợp cũng như sự xáo trộ n của raôi tiưỉrng nước, thường ỉàm tă n g n h an h các quá trìn h trao đổi chết của tảo. Hiện nay ngưởi ta đã tìm th ấ y r ấ t nhiều tảo khác nhau, trong đó có ba loài được nghiên cứu kỹ hơn cả là Chlorella, Spirulina, Scenedesmus. Ba loài tảo này sấng nhiều ở vùng nước cổ pH kiềm và giàu chất khoáng. Những nghiên cứu trong 30 n ăm gần dây cho th ấ y chúng, p h á t triền không chl ở suối muối khoáng hay các hồ muối khoáng m à còn p h át triể n r ấ t m ạnh ở các vùng h ạ luu các sông. Chúng có th ể p h á t triển ở vung nước ngot và cả ở những vùng

(27)

Vi s ìn h v ậ t h ọ c n ư đ c 29

nước lợ. Trong quá trìn h ph át triển , tảo tham gia chuyển hóa rấ t m ạnh các chả't hóa học có trong nước theo cơ chế quang hợp và sau đó tảo lại là một nguồn thực phẩm T ấ t quan trọng trong chuỗi thực phẩm yà lưới thực phẩm trong th iên nhiên. Vi tảo thường có nhiều uu điểm về khả năng chuyển hóa v ật chất, do đó hiện nay người ta dùng tảo như m ộ t tác n h â n xử lý môi trường.

Trong nứớc biển có r ấ t nhiều tảo có màu sắc khác nhau và chúng ph át triể n trong những điều kiện khí hậu r ấ t khác nhau của các vùng biển khác nhau. Ở mỗi vùng chúng thường tạo th à n h những tậ p đoàn Ịớiìị

đôi khi làro thay đổi màu của nước biển trong m ột khoảng thờ i gian n h ấ t định. Nhiều kh i sự p hát triển quá m ạnh này làm vùng biển đó bị ô nhiễm nghiêm trọng.

2.4 VI RÚT TRONG NƯỚC

Vi rú t là nhóm

vsv

r ấ t đặc biệt. Vi rú t cỗ cấu tạo r ấ t đơn giản. Chúng chỉ dược bao bọc bởi m ột vỏ protein, bên trong lớp vỏ là DNA hoặc RNA. Vi rú t tồn tạ i như một sinh v ật ký sin h b ắ t buộc, trong điều kiện tự nhiên chúng không th ể sinh sản, p hát triể n và trao đổi chất. Vi rú t chỉ biểu hiện sự sống khi chúng tồ n tạ i trong tế bào dộng vật, thực v ật hay trong tế bào

vsv.

M ặt khác, chúng có khả nân g bảo tổ n sự sống trong điều k iện tự n h iên r ấ t m ãnh l i ệ t Khi gặp tế bào chủ, các vỉ rú t sẽ nh ân lên r ấ t nhanh.

Trong các loại nước, vỉ rú t có nhiều ở những vũng nhiễm phân người và ph ân gia súc. Nguồn gấc của sự có m ặ t nhiểu vỉ rú t là do con ngườỉ và gia súc bị bệnh tạo nên. Chúng theo p h ân người, ph ân gia súc chuyển vào các nguồn nước, ỏ đây chúng tồn tạ i như một th ể tiểm sinh, khi gặp điều k iện th u ận lợi (khi vào dược t ế bào chủ) chúng mới phá hoại tế bào chủ. Do dỗ, trong th iên ohiên chúng không th am gia b ấ t kỳ quá trình chuyển hóa nào, chúng chỉ là tác n h ân gây bệnh là chính.

Trong nước biển và nước m ặn ít thấy vi rú t có m ặt. Trong nuớc suối và nước sông, lượng vi rú t phụ thuộc rấ t nhiều d nguồn tạo ra chúng khi sông suối chảy qua.

Nói chung, sự hiểu biết về ví iú t trong các nguồn nước giúp ta tìm cách chấng lạ i chúng chứ không phải giúp ta tim cách lợi dụng các đặc tín h sính học của chúng để cải tạo môì trường.

Referências

Documentos relacionados

A visão de Aníbal em seu manto, dormindo no chão com seus homens, ou Alexandre no deserto, recusando um capacete cheio de água enquanto seus homens estavam

A análise dessas questões, como referido, foi realizada por meio da análise de conteúdo, utilizando-se o tema como unidade de registro e categorias aglutinadoras baseadas nos

No caso das revistas pedagógicas, o cuidado com o título deve ser um pouco maior. As revistas apresentam ano de publicação, número, volume e ano de circulação.

O Processo Seletivo 2016/2 será realizado através de agendamentos até o dia 25 de julho de 2016 para preenchimento de vagas. É CONSIDERADO APTO À INSCRIÇÃO NO PROCESSO SELETIVO

Com as instruções deste manual você poderá facilmente montar e regular sua bicicleta e sair pedalando, mas, se preferir, uma oficina autorizada poderá fazer a

o Quanto mais você treinar, mais sentirá os benefícios em ler com maior velocidade, compre- endendo muito melhor e com mais concentração. o Cante e conte durante os treinos, em

As restrições do problema estão relacionados aos limites operativos (turbinagem e armazenamento) máximos e mínimos da usina hidroelétrica, e o atendimento a demanda que é

Os pescados das espécies Mugil platanus, Paralichthys orbignyanus e Farfantepenaeus paulensis, oriundos no estuário da Lagoa dos Patos, podem albergar V..