Xác định thành phần hệ vi sinh vật trong xử lý nước thải công nghiệp

- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN HỆ VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP NGUYỄN THỊ HƯƠNG GIANG Hà nội, 10/2005 Nguyễn Thị Hương Giang.
- BỘ G-IÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN HỆ VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC NGUYỄN THỊ HƯƠNG GIANG Người hướng dẫn khoa học TS.VŨ NGUYÊN THÀNH HÀ NỘI, 10/2005 Nguyễn Thị Hương Giang.
- Vũ Nguyên Thành cán bộ Bộ môn Vi sinh Viện Công nghiệp Thực phẩm đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ và hướng dẫn tôi trong quá trình thực hiện luận văn cao học.
- Thành phần vi sinh vật trong xử lý nước thải sinh hoạt .
- Một số vi sinh vật gây bệnh liên quan tới nước thải .
- Các phương pháp sinh học phân tử trong nghiên cứu xử lý nước thải .
- Một số thành tựu của sinh học phân tử trong nghiên cứu xử lý nước thải .
- Các phương pháp phát hiện vi sinh vật gây bệnh PHẦN 2 - NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP .
- Hệ vi sinh vật bùn kỵ khí của nhà máy sữa Hà Nội theo đánh giá bằng phương pháp nuôi cấy vi sinh .
- Định tên các chủng vi sinh vật phân lập từ hệ thống xử lý nước thải nhà máy sữa bằng giải trình tự rDNA và xác định vai trò sinh lý trong hệ thống .
- Xác định Salmonella trong nước thải .
- coli trong nước thải .
- Xác định Shigella trong nước thải KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Thị Hương Giang.
- 1 MỞ ĐẦU Xử lý nước thải bằng phương pháp vi sinh được coi là một nhánh của công nghệ sinh học có quy mô lớn nhất về diện tích và thể tích.
- Các trung tâm xử lý nước thải phát triển nhanh chóng về cả số lượng và quy mô.
- Các kỹ thuật và thiết kế mới trong hệ thống xử lý nước thải cũng như các luận điểm về thiết kế không ngừng tiến hóa.
- Mặc dù tất cả các hệ thống này đều dựa trên hoạt động của các hệ vi sinh vật, kiến thức của chúng ta về các hệ vi sinh vật này còn rất hạn chế và hoàn toàn không bắt nhịp kịp với sự phát triển của các thiết kế hệ thống.
- Các nghiên cứu trong vòng 10 năm gần đây đã chứng tỏ sự yếu kém của kỹ thuật phân lập vi sinh trong việc đánh giá các hệ sinh thái phức tạp như bùn hoạt tính, tại đó có sự tham gia của nhiều chuỗi thức ăn liên tục trong một phức hợp cộng sinh.
- Việc tái tạo các điều kiện thích hợp cho việc nuôi cấy những vi sinh vật này trong điều kiện biệt lập hầu như vẫn nằm ngoài khả năng của con người.
- Trong thời gian gần đây một loạt các kỹ thuật mới đã được phát triển nhằm đánh giá thực trạng của hệ sinh thái không thông qua phân lập vi sinh.
- Các phương pháp này tập trung đánh giá hệ vi sinh thông qua phân tích ribosome ARN hoặc gen mã hóa chúng.
- Nhóm phương pháp này đòi hỏi thông tin cơ bản như trình tự rARN/rDNA của vi sinh vật quan tâm.
- Các phương pháp này bao gồm kỹ thuật T-RFLP, ARDRA, DGGE, TGGE, SSCP, RISA…Ưu điểm của chúng là tương đối đơn giản và không đòi hỏi thông tin ban đầu về vi sinh vật cần nghiên cứu.
- Các kỹ thuật sinh học phân tử đã góp phần làm thay đổi cơ bản trong quan niệm về cấu trúc hệ vi sinh vật bùn hoạt tính.
- Tuy nhiên những thông tin chúng ta có được về hệ vi sinh vật này chưa thật nhiều và ngoài ra các kỹ thuật sinh học phân tử kể trên chỉ cho phép phát hiện những sinh vật có số lượng >1% của tổng số lượng vi sinh vật có trong hệ.
- Những vi sinh vật có số lượng nhỏ trong một hệ sinh thái biến động có thể đóng vai trò quyết định trong sự thích nghi của hệ sinh thái.
- Ngoài ra sự có mặt của các vi sinh vật có số lượng thấp, vi sinh vật nuôi cấy được có thể sẽ quyết định tính an toàn và việc cấp phép cho chất lượng nước thải sau xử lý.
- Trong nghiên cứu này chúng tôi thực hiện việc đánh giá hệ vi sinh vật bùn kỵ khí của hệ thống xử lý nước thải nhà máy sữa, xưởng bia viện Công nghiệp Thực phẩm bằng cả kỹ thuật phân lập và kỹ thuật không thông qua phân lập nhằm so sánh và khai thác ưu điểm của từng phương pháp và xác định vi sinh vật gậy bệnh E.
- coli, Salmonella, Shigella bằng phương pháp vi sinh và sinh học phân tử.
- Thành phần vi sinh vật trong xử lý nước thải sinh hoạt Nước thải có một khu hệ vi sinh vật đặc trưng.
- Nước thải sinh hoạt mà phần chủ yếu là phân, nước rửa và thức ăn thừa, chứa rất nhiều vi khuẩn.
- Nước thải chứa trung bình từ 3-16 triệu vi khuẩn hoại sinh trong 1ml.
- subtilis, Aerobacter (Enterobacter) cloacae, Zooglea ramigera… Ngoài ra cũng nhiều đại diện các nhóm sinh lý khác mà trước hết là các vi sinh vật phân giải đường, tinh bột, mỡ, urê và xenluloza.
- Trong nước thải giàu chất hữu cơ, các vi khuẩn dạng ống giữ một vai trò quan trọng trong đó trước hết phải kể đến Sphaerotilus natans.
- Nhiều loại nước thải chứa các vi khuẩn oxi hóa lưu huỳnh nhất là các giống Thiobacillus.
- Bên cạnh vi khuẩn trong nước thải giàu chất hữu cơ cũng chứa nhiều loại nấm.
- Trong nước thải hàm lượng vi sinh vật gây bệnh chiếm một tỉ lệ đáng kể.
- Các vi sinh vật trong nước thải sống được trong thời gian ngắn hay dài còn phụ thuộc vào loại nước và tùy điều kiện.
- Vì rằng một phần trong số chúng mang độc tố nên trong các sông hồ và các vùng nước thải hay gặp nhất là các vi khuẩn đường ruột gây bệnh như Salmonella typhi và S.
- Ở trong nước thải gần như bao giờ cũng tìm thấy bào tử Clostridium gây bệnh như Cl.
- 3 Các vi khuẩn gây bệnh thỉnh thoảng cũng tồn tại trong các động vật nhuyễn thể và các động vật ăn lọc khác có nguồn gốc từ các nguồn nước bị nhiễm nước thải.
- Bên cạnh vi khuẩn và nấm, nước thải sinh hoạt chứa rất nhiều vi rút gây bệnh cho người.
- Trong nước thải của các thành phố chúng có thể được phát hiện vào mỗi mùa hè.
- Ngoài các vi sinh vật gây bệnh cho người, trong nước thải còn chứa các vi sinh vật gây bệnh cho động vật và thực vật.
- Thành phần vi sinh vật trong nước thải sinh hoạt.
- [3] Vi sinh vật Số lượng, CFU-1 Coliform 105- 106 Fecal coliform 104- 105 Fecal Streptococci 103- 104 Enterococci 102- 103 Shigella Có Salmonella 100-102 Pseudomonas aeroginosa 101- 102 Clostridium perfringens Có Mycobacterium tuberculus 101- 103 Nang Protozoa 10-1- 102 Nang Giada 10-1- 101 Nang Cryptosporidium 10-2- 101 Helminth ora .
- Bùn hoạt tính Bùn hoạt tính gồm các vi sinh vật sống và các chất rắn, 60% bùn hoạt tính là vi sinh vật, trong đó chủ yếu là vi khuẩn, ngoài ra còn có nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn Nguyễn Thị Hương Giang.
- Các dạng vi sinh vật làm sạch nước thải không chỉ đơn thuần là do việc phân huỷ chất hữu cơ mà còn nhờ sự tạo bông và gắn kết các chất tạo thành màng nhầy có khả năng keo tụ và kết lắng.
- Quần thể vi sinh vật có chức năng trong bùn hoạt tính hiếu khí.
- Vi khuẩn Chức năng trong bùn hoạt tính Pseudomonas Phân huỷ hyđratcacbon và phản ứng nitrat Arthrobacter Phân huỷ hyđratcacbon Bacillus Phân huỷ hyđratcacbon, protein Cytophaga Phân huỷ các polyme Zooglea Tạo thành chất nhầy polysacarit, hình thành các chất keo tụ Acinetobacter Tích luỹ polyphotphat, phản nitrat Nitrobacter Nitrat hoá Nitrosomonas Nitrat hóa Sphaerotilius Phát triển nhiều tiêm mao Các loại vi sinh vật thường có trong bể kị khí Những nhóm vi sinh vật gồm những vi khuẩn không sinh metan, được phân lập từ bể kị khí có Clostridium sp., Peptococus anaerobus, Biphidobacterium sp., Desulphovibrio spp., Corynebacterium sp., Lactobacillus, Actinomyces, Staphylococcus, Escherichia coli.
- Một nhóm vi sinh vật thứ ba chuyển hoá hidro và axit axetic thành khí metan và dioxit cacbon.
- Các vi sinh vật sinh metan được bắt nguồn từ một tổ tiên chung được gọi là các vi khuẩn cổ (archeo bacteria).
- Nói chung, chúng là các vi sinh vật hình que (Methanococcus, Methanosarcina).
- Vì vậy, sự trao đổi chất của chúng thường xuyên làm hạn chế tốc độ trong xử lý kị khí nước thải hữu cơ.
- Khí metan và CO2 được tạo thành thì xử lý nước thải kị khí được coi như đã hoàn thành.
- Một số vi sinh vật gây bệnh liên quan tới nước thải Nguyễn Thị Hương Giang.
- 5 Một trong những nhóm vi sinh vật gây bệnh quan trọng có thể gặp trong nước thải là nhóm vi sinh vật đường ruột.
- Về mặt tính chất sinh vật hoá học, Tất cả Shigella đều lên men đường glucoza, hầu hết không sinh hơi, một số trường hợp có sinh hơi nhưng rất yếu, nhưng không lên men lactoza, trừ Sh.
- Các phương pháp sinh học phân tử trong nghiên cứu xử lý nước thải Có thể dễ dàng nhận thấy rằng ngày nay xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là thể loại ứng dụng công nghệ vi sinh có quy mô lớn nhất về thể tích và diện tích.
- Các nhà máy xử lý nước thải phát triển nhanh chóng về cả số lượng và quy mô.
- Mặc dù vậy, các quá trình cơ bản liên quan đến xử lý nước thải hầu như không có gì thay đổi.
- Trong mọi quá trình nước thải đều được tập trung lại sau đó vi sinh vật được tạo điều kiện để có thể thích ứng, phát triển và phân hủy các thành phần trong đó.
- Kiến thức của chúng ta về các quá trình sinh học thực sự diễn ra trong quá trình xử lý nước thải hoàn toàn không bắt nhịp kịp với nhịp độ tiến hóa của thiết bị và luận điểm của các kỹ sư thiết kế.
- Sự thiếu hiểu biết này của chúng ta xuất phát từ hạn chế của ngành vi sinh vật học kinh điển vốn dựa trên nền tảng của phương pháp phân lập vi sinh hoàn toàn chưa được thích ứng để nghiên cứu những hệ sinh thái phức tạp.
- Thêm vào đó sự đa dạng của những hệ sinh thái này cũng làm nản lòng một số nhà vi sinh vật học.
- Trong các hệ thống hiện nay về lý thuyết các chu trình được kiểm soát bới con người nhưng trên thực tế trong đa số trường hợp nó được quyết định bởi quá trình thích nghi và biến đổi của hệ vi sinh vật.
- 9 Trong thập kỷ qua sự phát triển của sinh học phân tử đã đem lại nhiều thông tin mới về các hệ sinh thái vi sinh.
- Hiện nay vi sinh vật có thể được phát hiện và định tên từ hầu hết các loại mẫu mà không cần phân lập và nuôi cấy.
- Những nghiên cứu ban đầu với nước thải chỉ mang tính mô tả nhưng cũng đã cho thấy sự đa dạng không lường trước của hệ vi sinh vật và sự bất cập của phương pháp phân lập vi sinh kinh điển.
- Hiện nay các kỹ thuật sinh học phân tử ngày càng trở nên mạnh hơn và cho phép theo dõi động học của từng tập đoàn vi sinh riêng rẽ cũng như hoạt tính của chúng.
- Những kết quả thu nhận được đã đem lại một cái nhìn mới về thế giới vi sinh.
- Các công cụ phân tử Phương pháp tiếp cận thông qua sinh học phân tử để đánh giá hệ vi sinh vật về cơ bản sử dụng các kỹ thuật phát hiện và phân tích ribosome ARN hoặc gen mã hóa chúng.
- Nhóm thứ nhất sử dụng các mẫu dò phân tử, điều có thể thực hiện một khi thông tin về nhóm vi sinh vật quan tâm đã được biết trước.
- Các kỹ thuật này dựa trên việc thiết kế những oligonucleotid đã đánh dấu (mẫu dò phân tử) và nhắm đích vào các phân tử 16S rARN của từng chủng loại hoặc một nhóm vi sinh vật.
- Dạng phương pháp không đòi hỏi thông tin ban đầu về hệ vi sinh vật cần nghiên cứu bao gồm các kỹ thuật đánh giá fingerprinting của 16S rDNA thu nhận được từ nucleic acid tách chiết từ mẫu phẩm.
- 10 rRNA của các vi sinh vật.
- Cấu trúc hệ vi sinh vật được thể hiện thông qua phổ pik (SSCP, T-RFLP) hoặc phổ băng (ARDRA, T/DGGE, RISA).
- Ngoại trừ ARDRA, phương pháp sản sinh ra một số băng nhất định cho mỗi loài trong các phương pháp khác mỗi băng/pik tương ứng với một loại vi sinh vật.
- Vì các kỹ thuật trên đánh giá thông qua gen ARN do vậy chúng đều có hạn chế là chỉ đánh giá được sự có mặt của các vi sinh vật mà không cho biết họat tính của chúng.
- Cũng chính vì lẽ đó những vi sinh vật được nghiên cứu đầu tiên thuộc về nhóm có mối quan hệ chặt chẽ giữa phân loại và chức năng (ví dụ nhóm sinh metan, khử nitơ, nhóm vi sinh vật tạo sợi).
- Việc theo dõi đồng thời các thông số kỹ thuật và sự thay đổi của cấu trúc hệ vi sinh vật được sử dụng để tìm mối liên hệ giữa các quá trình biến đổi và đóng góp của các nhóm vi sinh vật nhất định.
- Việc kết hợp các kỹ thuật như vậy đã cho phép gắn kết các chức năng cụ thể cho một số nhóm vi sinh vật nhất định in situ.
- Tuy nhiên phương pháp này có thể sẽ không đem lại kết quả đối với một số nhóm vi sinh vật nhất định, tỉ lệ rRNA/rDNA của chúng có thể vẫn giữ ở mức cao kể cả khi tế bào đang ở trạng thái đói dinh dưỡng.
- Đánh giá các kỹ thuật sinh học phân tử hiện hành Trong lĩnh vực sinh thái học vi sinh vật điều quan trọng phải chấp nhận là chúng ta không có và có thể sẽ không bao giờ có những kỹ thuật cho phép đánh giá toàn bộ hệ vi sinh vật.
- Sau này các phương pháp phân lập vi sinh cũng chỉ cho phép nuôi cấy một phần rất nhỏ của hệ vi sinh vật.
- 11 về cấu trúc đa dạng của hệ vi sinh vật trong nước thải.
- Tuy nhiên, khi có một số lượng lớn các quần thể vi sinh vật cần theo dõi đồng thời, số lượng hạn chế của các chất đánh dấu (4 mầu trong FISH) và việc đòi hỏi sự tương đồng trong điều kiện lai có thể là trở ngại lớn.
- (2)-vi khuẩn Gram.
- Không có phương pháp tách chiết ADN nào là vạn năng và luôn có khả năng một quần thể vi sinh vật nhất định sẽ bị bỏ sót.
- Một khó khăn nữa là mặc dù việc định danh từng pik hoặc băng là hoàn toàn có thể nhưng sẽ tốn nhiều thời gian và trong một hệ vi sinh vật rộng và phức tạp, mỗi băng hay pik riêng biệt có thể chứa nhiều hơn là một quần thể.
- Với bất kể phương pháp gì trong vi sinh vật học, sai lệch luôn tồn tại và cần được Nguyễn Thị Hương Giang.
- Một số thành tựu của sinh học phân tử trong nghiên cứu xử lý nước thải Quá trình phân hủy kị khí Phân hủy kị khí được sử dụng rộng rãi như một phương pháp đơn giản và hiệu quả để giảm thiểu ô nhiễm gây ra bởi chất thải hữu cơ.
- Việc tìm hiểu những cơ sở cơ bản của hệ sinh thái vi sinh liên quan tới quá trình này là điều kiện tiên quyết để kiểm soát quá trình.
- Những nghiên cứu sử dụng trình tự 16S rDNA đã minh chứng sự đa dạng vi sinh trong những hệ sinh thái này.
- Các kết quả nghiên cứu động học trong 2 năm cho thấy hệ xử lý kỵ khí với các thông số môi trường ổn định trên thực tế lại chứa một hệ vi sinh vật không hề ổn định.
- Các kỹ thuật ARDRA và SSCP cho thấy nhóm vi sinh vật chủ đạo liên tục thay đổi.
- Trong một nghiên cứu khác, các hệ sinh thái được thử nghiệm thông qua việc biến đổi đột ngột nồng độ cơ chất, kết quả cho thấy hệ sinh thái có thành phần vi sinh vật ổn định lại không ổn định về chức năng.
- Những nghiên cứu này được thực hiện trong một hệ thống kín và do vậy minh chứng được mối quan hệ giữa đa dạng vi sinh và tính ổn định của hệ thống.
- Động học của vi sinh vật sinh metan trong quá trình khởi động hệ thống xử lý nước thải kỵ khí được nghiên cứu sử dụng mẫu dò phân tử và phương pháp fingerprinting.
- Trong cả hai trường hợp Methanoseata là loại vi sinh vật sinh metan chủ đạo được đưa vào đã bị thay thế bằng Methanosarcina.

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt