Đề tài Phân lập, tuyển chọn và ứng dụng một số vi khuẩn có khả năng phân giải xenlulo, góp phần xử lý rác thải sinh hoạt

y là những chất hữu cơ cần thiết cho thực vật, nhưng thực vật không thể đồng hoá được dạng Nitơ phức tạp này mà chỉ sử dụng nó ở dạng amon NH4+ (NH3) sau quá trình amôn hoá. Quá trình phân huỷ Protein sinh amôn. Trong điều kiện hiếu khí, các vi khuẩn tự dưỡng oxy hoá amôn thành nitrat (NO3-). Dưới tác dụng của nhóm vi khuẩn phân huỷ và thuỷ phân, hợp chất chứa Nitơ (Protein, urê..) bị phân huỷ tạo NH3 (NH+4). Một phần NH3 được thực vật và một số vi sinh hấp thụ qua con đường đồng hoá. Phần còn lại được oxy hoá về dạng nitrát gọi là quá trình nitrát hoá. Nhóm vi khuẩn tiến hành quá trình này gọi là vi khuẩn nitrát hoá. Quá trình nitrát hoá gồm 2 giai đoạn: - Giai đoạn I: Quá trình nitrít hoá. Quá trình oxy hoá NH4+ tạo thành NO2- được tiến hành bởi nhóm vi khuẩn nitrít hoá. Chúng là những vi khuẩn tự dưỡng hoá năng vô cơ bắt buộc sử dụng oxy không khí để chuyển NH4+ thành NO2- và giải phóng năng lượng. Nitrozomonas NH4+ + O2 NO2- + 2H+ + H2O +273kj Nhóm vi khuẩn nitrít hoá gồm 4 chi:Nitrozomonas, Nitrozocystic, Nitrozolobus, Nitrosopira. -Giai đoạn 2 : Quá trình nitrát hoá Quá trình NO2- thành NO3- được thực hiện nhờ nhóm vi khuẩn nitrát hoá. Chúng là những vi khuẩn vi sinh vật tự dưỡng hoá năng vô cơ bắt buộc có khả năng oxy hoá NO2- bằng O2 không khí và tạo thành NO3-, đồng thời giải phóng năng lượng. Nitrobacter NO2- + O2 NO3- + 75 kj. Nhóm vi khuẩn nitrát hoá gồm 3 chi : Nitrobacter, Nitrospira, Nitrococus. Phản ứng tổng cộng: Vi khuẩn NH4+ + 2O2 NO3- +2H+ + H2O + 350 kj. Năng lượng sinh ra được sử dụng trong quá trình sinh tổng hợp, tạo tế bào mới, phát triển sinh khối và giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt. Điều kiện chung cho sự phát triển của các vi khuẩn nitrát hoá là : pH = 5.5- 9, tốt nhất ở pH = 7.5. oxy hoà tan: 0.5 mg/l. Nhiệt độ: 5- 40 0 C. 1.2.4. Vi sinh vật trong vòng tuần hoàn chuyển hoá phospho. Phospho là nguồn dinh dưỡng quan trọng nhất đối với mỗi vi sinh vật, là thành phần của cơ thể sống. Trong cơ thể động vật, vi sinh vật, phospho tồn tại dạng H3PO4 có tác dụng như một hệ đệm. Phospho là thành phần cơ bản cấu tạo nên các phân tử sinh học trong cơ thể động vật, sinh vật: axit nucleic, photphoprotein, photpholipit, ATP (adenozintriphosphat), UTP (uridintriphosphat). Khi động vật, các sinh vật này chết đi để lại một lượng lớn phospho dưới dạng phosphat hữu cơ khó tan và phosphat vô cơ tan. Chu trình tuần hoàn của phospho trong tự nhiên gồm hai quá trình : Trao đổi phospho giữa các phosphat vô cơ. Trao đổi phospho hữu cơ trong quá trình sống của sinh vật. Photpho ở dạng photphat tham gia vào việc cấu trúc các phân tử sinh học của cơ thể sống. 1.2.5. Vi sinh vật trong vòng tuần hoàn chuyển hoá sunphua (lưu huỳnh). Trong cơ thể động - thực vật, vi sinh vật, Protein, các axit amin là thành phần quan trọng đóng vai trò cấu trúc tế bào sống. Khi động- thực vật, sinh vật chết đi. Trong điều kiện yếm khí, một số vi sinh vật có khả năng phân huỷ protein và các axit amin thành NH3 và giải phóng khí H2S từ các axit amin chứa sulfur ( Metionin, Cystein, Cystin). Quá trình chuyển hoá sulfur rất phức tạp gồm cả 2 quá trình oxy hoá hoá học và oxy hoá sinh học . Có hai nhóm vi khuẩn tham gia vào quá trình chuyển hóa lưu huỳnh. +Vi khuẩn lưu huỳnh: Beggiatoa, Thiothrix, Thiobacilus. + Vi khuẩn sulfat : Nhóm vi khuẩn này có khả năng oxy hoá H2S, S và các hợp chất khác chứa lưu huỳnh. H2S + O2 S2 + H2O + năng lượng S2 + 3O2 + 2H2O 2H2SO4 + năng lượng Năng lượng sinh ra được vi khuẩn dùng để đồng hoá CO2. H2S được tạo ra: + Do quá trình thối rữa protein hiếm khí. +Trong trường hợp kị khí, H2S tạo nên do quá trình khử sunphat nhờ vi khuẩn (phản sunfat hoá): Desulfovibrio desulforicans. 1.3. Phương pháp xử lý rác thải sinh hoạt . Rác sinh hoạt là hỗn hợp rơm rạ, phần bỏ đi của rau cỏ.. chúng là những hợp chất hữu cơ. Ngoài ra, các chất vô cơ cũng chiếm một hàm lượng lớn. Các vi sinh vật dùng trong xử lý rác: vi khuẩn, nấm, tảo, nguyên sinh động vật và động - thực vật . Tuỳ theo công nghệ xử lý mà người ta sử dụng những nhóm vi sinh vật khác nhau. Có nhiều giai đoạn trong quá trình xử lý ủ rác thải sinh hoạt: phương pháp cơ học, hoá học, hoá lý học, sinh học. Trong đó giai đoạn xử lý bằng phương pháp sinh học được quan tâm hơn cả. ãNguyên tắc của phương pháp : Dựa vào hoạt động sống của vi sinh vật có khả năng phân giải các hợp chất hữu cơ, hoặc vô cơ làm nguồn năng lượng và nguồn cácbon để thực hiện quá trình sinh tổng hợp, phát triển sinh khối. Cả 2 nhóm vi sinh vật dị dưỡng và vi sinh vật tự dưỡng tham gia vào quá trình phân huỷ rác . Trong đó vi sinh vật dị dưỡng chia làm 3 nhóm: +Vi sinh sật hiếu khí. +Vi sinh vật kị khí. +Vi sinh vật tuỳ tiện . 1.3.1. Xử lý chất thải hữu cơ trong điều kiện hiếu khí. Các vi sinh vật hiếu khí cần oxy hoà tan để oxy hoá, phân huỷ các hợp chất hữu cơ thành các sản phẩm đơn giản. Phương trình tổng quát của quá trình oxy hoá các hợp chất hữu trong điều kiện hiếu khí: CHO)nNS + O2 CO2 + H2O + Tế bào vi sinh+ Các sản phẩm dự trữ + NH4++ H2S + năng lượng (60% ) 40% NO3- SO42- Quá trình oxi hoá tạo nguồn năng lượng giúp vi sinh vật phát triển sinh khối. Đồng thời sự có mặt và hoạt động của các nhóm vi khuẩn khác nhau thực hiện phản ứng oxi hoá khử để chuyển các hợp chất trung gian về dạng bền vững: NH4+ về dạng NO3- nhờ nhóm vi khuẩn nitrát hoá, H2S về dạng SO42- nhờ nhóm vi khuẩn sulfat hoá. 1.3.2. Xử lý chất thải hữu cơ trong điều kiện kỵ khí. Trong điều kiện kị khí, nhóm vi sinh vật kị khí có khả năng oxy hoá các hợp chất hữu cơ bằng cách sử dụng O2 trong các hợp chất như NO3- ,SO42-. Quá trình phân huỷ kị khí tạo nên các sản phẩm trung gian với hàm lượng lớn. Quá trình phân huỷ kị khí tốn nhiều cơ chất hơn so với quá trình phân huỷ hiếu khí. Tuy nhiên, do quá trình phân huỷ kị khí thường có tạo nên nhiều hợp chất có mùi gây hôi, thối độc hại của (NH3, H2S, CH4..) (CHO)n NS + O2 CO2+H2O+Tế bào vi sinh + Các sản phẩm dự trữ+ Các sản phẩm trung gian+ CH4+H2+ NH4++H2S + Năng lượng (NO3-, SO42-) Vì vậy, trong thực tế để đảm bảo cho quá trình phân huỷ hợp chất hữu cơ diễn ra tốt nhất, người ta kết hợp sử dụng cả phương pháp phân huỷ kị khí và phương pháp phân huỷ hiếu khí để quá trình phân huỷ nhanh, đồng thời không tạo mùi gây nguy hại cho con người. Metan (CH4) là sản phẩm của quá trình phân huỷ hữu cơ trong điều kiện kỵ khí, dưới tác dụng của hàng trăm chủng loại vi khuẩn kỵ khí bắt buộc và kỵ khí không bắt buộc . Quá trình lên men sinh khí Metan gồm 3 giai đoạn : ã Giai đoạn 1: Dưới tác dụng của các men hydrolaza do vi sinh vật tiết ra, các chất hữu cơ phức tạp như chất béo, hydratcacbon (xenlulo, tinh bột), protein bị phân huỷ thành các hợp chất hữu cơ đơn giản, dễ tan trong nước: đường đơn, peptit, glyxerin , axit amin.. ãGiai đoạn hai: Dưới tác dụng của nhóm vi sinh vật sinh axit, các chất tan nói trên sẽ biến thành các axit hữu cơ có phân tử lượng nhỏ ( axit axetic, axit propionic..), các aldehytancol và khí CO2, H2, NH3, N2.. Do các phản ứng thuỷ phân và các phản ứng oxy hoá khử xảy ra nhanh chóng và đồng bộ trong cùng một pha nên nhu cầu oxy sinh học gần như bằng không . Do sinh nhiều axit nên độ pH của môi trường có thể giảm mạnh. ãGiai đoạn ba: Giai đoạn sinh Metan. Dưới tác dụng của các vi khuẩn sinh Metan, các axit hữu cơ và các hợp chất đơn giản khác biến thành CH4, CO2, O2.. Có hai cách sinh Metan: Dưới tác dụng của vi khuẩn, CO2 bị khử thành CH4, trong đó chất cấp điện tử là H2 và rượu. Vi khuẩn 2CH3CH2OH + 2 H2O 2CH3COOH + 8H Vi khuẩn H2+CO2 CH4 + 2H2O - axit hữu cơ biến thành CH4: CH3COOH O2+ CH4. Do có quá trình sinh Metan mà làm cho nước rác có mùi khó chịu, quá trình sục khí hạn chế được một phần. 1.3.3. Nhu cầu các chất dinh dưỡng của vi sinh vật. Để tồn tại và phát triển, vi sinh vật cần đến các chất dinh dưỡng. Chất dinh dưỡng dùng với hai mục đích: - Trong quá trình sinh tổng hợp những thành phần cuả tế bào. - Tạo ra năng lượng để tế bào hoạt động. Tuỳ theo đặc điểm của từng loài vi sinh vật mà nhu cầu dinh dưỡng có sự khác nhau. Các chất dinh dưỡng cần thiết và bắt buộc với vi sinh vật: 1: Nước. 2: Nguồn dinh dưỡng cacbon. 3: Nguồn dinh dưỡng Nitơ. 4: Nguồn dinh dưỡng khoáng 5: Các chất sinh trưởng. Các nguyên tố đa lượng, vi lượng đóng vai trò quan trọng trong quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật. Trong môi trường tự nhiên (môi trường khoai tây, nước thịt, sữa, huyết thanh, giá đậu, pepton..) khi nuôi cấy vi sinh vật không cần bổ xung các nguyên tố khoáng. Với môi trường tổng hợp (nguyên liệu là hoá chất) cần phải bổ xung thêm nguyên tố khoáng. Những nguyên tố khoáng mà vi sinh vật đòi hỏi với một liều lượng lớn gọi là các nguyên tố đa lượng. Những nguyên tố mà vi sinh vật đòi hỏi với liều lượng nhỏ gọi là nguyên tố vi lượng. Nồng độ cần thiết của từng nguyên tố vi lượng trong môi trường chỉ khoảng 10-6 đến 10-8 M. Hàm lượng các nguyên tố khoáng ở nguyên sinh chất của vi sinh vật khác nhau là khác nhau, tuỳ loài, tuỳ giai đoạn, tuỳ điều kiện nuôi cấy. Bảng 5: Nồng độ cần thiết về muối khoáng với vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn như sau: Muối khoáng Nồng độ cần thiết Vi khuẩn Nấm và xạ khuẩn K2HPO4 02á 0,5 1 á 2 KH2PO4 0,2á 0,5 1 á 2 MgSO4.7H2O 0,1 á 0,2 0,2 á 0,5 MnSO4.4H2O 0,005 á 0,01 0,02 á 0,1 FeSO4.7H2O 0,005 á 0,01 0,005 á 0,02 Na2MoO4 0,001 á 0,005 0,01 á 0,02 ZnSO4.7H2O 0,001 á 0,005 0,02á 0,1 CoCl2 <0,03 <0,06 CaCl2 0,01 á 0,03 0,02 á 0,1 CaSO4.5H2O 0,001 á 0,005 0,01 á 0,05 Thành phần môi trường có thể theo tính toán nào đó để cho nồng độ chung của mỗi cation hoặc anion phù hợp với số lượng nêu trên. *Phospho (P). Phospho chiếm tỷ lệ cao nhất trong các nguyên tố khoáng của tế bào vi sinh vật. Phospho là thành phần cấu trúc: axit nucleic, phosphoprotein.., có trong một số vitamin : Tiamin, Biotin. Để bảo đảm nguồn dinh dưỡng P người ta bổ xung hỗn hợp muối KH2PO4 và K2HPO4 với tỷ lệ thích hợp. * Lưu huỳnh (S). Lưu huỳnh là nguyên tố khoáng quan trọng trong tế bào vi sinh vật. S có mặt trong một số axit amin (Xistin, Xystein, Metionin..), một số vitamin (Biotin, Tiamin..). Những hợp chất này vừa tham gia cấu trúc vừa tham gia vào quá trình sinh hoá tế bào. Nguồn dinh dưỡng S được bổ xung từ nguồn S vô cơ, trong muối S2O32- H2S.. * Sắt (Fe). Là nguyên tố rất cần thiết để giúp vi sinh vật có thể tổng hợp được một số enzym loại pocphirin chứa Fe (Xitocrom, Catalaza..). Một số vi sinh vật tự dưỡng quang năng còn sử dụng Fe để tổng hợp ra một số sắc tố quang hợp có cấu trúc pocphirin (clorophin, bacterclorophin..). * Magiê (Mg). Là nguyên tố vi sinh vật đòi hỏi với lượng cao 10-3 –10-4 M. Mg mang tính chất một cofacto, chúng tham gia vào phản ứng enzym trong quá trình photphoryl hoá. Mg2+ có thể hoạt hoá các hexokinaza, ATP-aza, pirophotphataza, photphopheraza, các enzym trao đổi protein, các enzym oxy hoá khử của chu trình Kreps. Mg2+ còn có vai trò trong việc liên kết các tiểu phân Ribôxôm. *. Canxi (Ca) Là nguyên tố có vai trò quan trọng trong việc xây dựng cấu trúc tinh vi của tế bào. Ca là cầu nối trung gian giữa nhiều thành phần của tế bào sống (giữa ADN và Protein trong nhân, giữa các nucleotit với nhau, giữa ARN và protein trong riboxom). Ca tham gia hình thành cấu trúc không gian ổn định của nhiều bào quan như: riboxom, ti thể, nhân... *. Kẽm ( Zn). Kẽm là một cofacto ntham gia vào nhiều quá trình enzym. Zn có tác dụng trong việc hoạt hoá các enzym: cacboanhydraza, enonaza.. *. Mangan( Mn). Mn có trong một số enzym hô hấp đồng thời đóng vai trò hoạt hoá một số enzym: ATP- aza, enonaza.. *. Kali (K). Kali chiếm tỷ lệ lớn trong thành phần khoáng của tế bào vi sinh vật. Cho đến nay người ta chưa tìm thấy K tham gia vào bất kỳ thành phần nào của nguyên sinh chất, không tìm thấy enzym nào chứa K. K tồn tại ở dạng K+ ở bề mặt ngoài của cấu trúc tế bào, tồn tại trạng thái liên kết hoá lý không bền vững với protein và các thành phần của nguyên sinh chất. K có tác dụng ảnh hưởng đến tính chất hoá keo và hoạt động xúc tác của các enzym. K tham gia vào việc hoạt hoá một số enzym : amylaza, invectaza, ATP-aza...K có ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất, quá trình tổng hợp, quá trình hô hấp của vi sinh vật. *. Na và Cl. Vi sinh vật đòi hỏi lượng Na và Cl không nhỏ, nhưng người ta biết rất ít về vai trò sinh lý của chúng.Với các vi sinh vật khác nhau đòi hỏi hàm lượng Na và Cl khác nhau. Nhóm ưa mặn ít cần : 2-5 % khối lượng muối NaCl. Nhóm ưa mặn vừa : 5-20 % khối lượng muối NaCl. Nhóm ưa mặn cao : 20-30 % khối lượng muối NaCl. 1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử rác thải. 1.4.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ rác. Quá trình ủ rác sinh hoạt dưới tác dụng của vi sinh vật. Do đó, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chính là các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật. a. Nguyên liệu Nguyên liệu dùng ủ rác tối thiểu phải đảm bảo đủ hai nguyên tố C, N, ngoài ra P cũng là nguyên tố không thể thiếu. C vừa là nguồn năng lượng vừa là nền tảng cơ bản tạo nên hơn 50% khối lượng tế bào vi sinh vật. N là nguyên tố tạo nên các protein, axit nucleic, amino axit, enzym và các coenzym cần thiết cho sự sinh trưởng và chức năng của tế bào, sinh khối có trên 50% protein cần lượng N dồi dào để phát triển nhanh. Nếu nguyên liệu quá ít N hệ nguyên liệu sẽ không sinh nhiệt, dẫn đến quá trình tự phân huỷ chậm. Ngược lại, nếu N quá nhiều, nhiệt độ tăng quá cao có thể gây chết vi sinh vật, dễ chuyển sang dạng phân huỷ kị khí và gây mùi. N dư thừa sẽ được giải phóng dưới dạng ammoniac, tạo ra mùi và làm mất đi nguồn N có giá trị. Vì vậy, khi sử dụng nguyên liệu có hàm lượng N cao (như rau, cỏ tươi) cần phải đảm bảo lượng oxi trao đổi. Hầu hết các nguyên liệu ủ rác với mục đích lấy sản phẩm làm nguồn phân bón có tỉ lệ C/N tối ưu là 30/1 (khối lượng). Bởi vì vi sinh vật cần tỷ lệ này cho quá trình trao đổi chất. Để tối ưu tỉ lệ này có thể thêm vào lượng chất thải giấy (C/N =300), chất thải nhà bếp (C/N =25), bùn cống (C/N = 15), rơm (C/N =128), mùn cưa (C/N = 500). Trong quá trình phân huỷ, C chuyển thành CO2 còn N mất ít hơn do đó tỉ lệ C/N giảm dần. Sau khi hoàn thành quá trình phân huỷ tỉ lệ C/N = 15 - 20 để phù hợp làm phân bón cho cây trồng. Đây là tỷ lệ dinh dưỡng của đất canh tác. Nếu tỷ lệ C/N của phân hữu cơ < 20 thì Nitơ bị loại khỏi đất và nếu tỷ lệ này < 15 thì Nitơ bị giải phóng gây ảnh hưởng độc hại cho cây trồng. Vật liệu dùng trong quá trình ủ rác đòi hỏi phải là những hợp chất hữu cơ có thể phân huỷ sinh học. Tổng các chất hữu cơ (TOS) bao gồm các hợp chất hữu cơ hoạt động có khả năng phân huỷ (DOS), các chất không bị phân huỷ (NOS). Tuỳ theo tỷ lệ của TOS và DOS mà có thể đạt được sự giảm thể tích bằng quá trình phân huỷ sinh học. Bảng 6 : Độ phân huỷ sinh học và phần trăm của thành phần hữu cơ trong chất thải sinh học. Thành phần chất thải sinh hoạt Độ phân huỷ sinh học Chất thải sinh hoạt (%) Hyđrocacbon Hầu như không phân huỷ Vết Cacbonhydrat Đường, tinh bột Rất tốt 11 Hemixenlulo Rất tốt 63 Xenlulo Tốt Lignin Khó khăn 19 Dầu, mỡ, sáp Tốt 3 Protein Chất dịch thực vật Rất tốt 4 Chất sừng Rất khó b. Độ ẩm. Độ ẩm phù hợp của nguyên liệu (hàm lượng nước) cũng là yếu tố cần thiết cho sự phân huỷ rác vì quá trình này dựa vào hoạt động của vi sinh vật. Hàm lượng nước 30-40% sẽ tốc độ phân huỷ giảm mạnh, dưới 30% quá trình dừng hẳn. Tuy nhiên, quá nhiều nước là điều kiện thích hợp cho quá trình phân huỷ yếm khí và gây ra mùi. Hàm lượng nước khác nhau đối với từng loại nguyên liệu do mỗi nguyên liệu có kích thước, đặc tính cấu trúc, độ rỗng riêng. Đối với hầu hết nguyên liệu ủ rác hàm lượng nước tốt nhất giới hạn 55-60%. Quá trình ủ rác đồng thời là quá trình làm khô nguyên liệu do hoạt động của vi sinh vật sinh ra nhiệt làm bay hơi nước. Vì vậy, quá trình ủ rác chúng ta phải bổ xung lượng nước thích hợp. c. PH. Giá trị pH phải nằm giữa 7 và 9. Trong giai đoạn đầu của quá trình phân huỷpH giảm do hình thành các axit béo, CO2 và sự nitrat hoá nhưng giá trị này tăng trở lại sau khi có sự biến đổi về số lượng vi khuẩn. d. Nhu cầu oxi. Oxi cho quá trình phân huỷ hiếu khí là 1g O2/g DOS. Trong quá trình ủ rác, sự phân huỷ chất hữu cơ giảm dần theo thời gian. Oxi tiêu thụ nhiều nhất khi nhiệt đô khoảg 60oC. e. Sự sục khí. Trong các thùng phân hủy rác cần thiết thực hiện quá trình sục khí. Oxi được cung cấp trong quá trình sục khí là nhiều hơn lượng cần thiết về mặt lý thuyết để quá trình phân huỷ hiếu khí được đảm bảo lien tục. Sự cung cấp không khí đủ có thể dẫn đến chấm dứt quá trình lên men cũng như làm tăng các chất độc hại. f. Bề mặt hoạt động. Sự phân hủy thành công đòi hỏi vùng bề mặt hoạt động phải đủ sao cho độ hoạt động của vi sinh vật là lớn nhất tính theo vật liệu thô. Đây là lý do chủ yếu giải thích tại sao vật liệu phải được làm giảm kích thước trước khi thực hiện quá trình phân huỷ sinh học. 1.4.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý nước rác. Nước rác rò rỉ sau quá trình phân huỷ tiếp tục được xử lý bằng phương pháp hoá học và phương pháp sinh học. Quá trình xử lý nước rác bằng phương pháp bùn hoạt tính. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật. a. Nhiệt độ. Trong thực tế xử lý, nhiệt độ nước rác duy trì ở 20-25 oC. Khi nhiệt độ tăng lên quá ngưỡng vi khuẩn sẽ ngừng hoạt động, còn nhiệt độ quá thấp thì tốc độ làm sạch giảm, các quá trình nitrát hoá, hoạt hoá keo tụ và lắng của bùn cũng bị giảm. Tuy nhiên, nhiệt độ tăng độ hoà tan oxy vào nước rác giảm. b. PH. PH ảnh hưởng đến quá trình xử lý nước rác vì pH ảnh hưởng đến hoạt tính của enzym, do đó nó ảnh hưởng tới quá trình trao đổi của vi sinh vật. Các vi khuẩn trong sinh khối thường sinh trưởng và phát triển trong khoảng pH từ 6- 8,5. Khi pH nằm ngoài khoảng trên sẽ làm giảm hiệu quả xử lý. c.Oxi hoà tan và sự khuấy trộn. Oxi hoà tan cần thiết cho sự phát triển của vi khuẩn. Khi nồng độ oxy hoà tan < 0,5 mg/l thì quá trình xử lý nước rác bằng vi khuẩn ngừng trệ. Lượng oxy hoà tan tốt nhất là 1,5-4 mg/l. Sự khuấy trộn làm bùn hoạt tính tiếp xúc với chất thải trong nước rác. Quá trình xử lý hơn. d. Thành phần và chất lượng của nước rác. Nước rác rò rỉ chứa hầu hết các hợp chất hữu cơ giàu dinh dưỡng. Vi khuẩn có thể sử dụng nguồn dinh dưỡng này trong quá trình đồng hoá để sinh trưởng và phát triển. Tuỳ nồng độ hợp chất hữu cơ có trong nước rác mà mỗi loại vi sinh vật có sự sinh trưởng và phát triển khác nhau. Vì sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật phụ thuộc vào giải nồng độ thức ăn. Chúng sẽ tiến hành đồng hoá những loại thức ăn dễ tiêu hoá trước, thức ăn khó tiêu hoá sau. Phần II: Thực nghiệm 2.1. Mục đích của thực nghiệm. - Phân lập và tuyển chọn một số vi khuẩn có khả năng phân giải xenlulo. ứng dụng vào quá trình xử lý rác thải sinh hoạt. Tiến hành xử lý nước rác sau quá trình phân huỷ. 2.2 Một số phương pháp nghiên cứu vi sinh vật học. 2.2.1. Phương pháp chuẩn bị môi trường dinh dưỡng. Muốn phân lập, nhân giống, giữ giống các loại vi sinh vật cũng như muốn nuôi cấy để nghiên cứu các đặc điểm sinh học của chúng, cần phải sử dụng các môi trường dinh dưỡng. Môi trường dinh dưỡng không những phải cung cấp đầy đủ các chất dinh dưỡng cần thiết đối với sự phát triển của vi sinh vật mà phải có các điều kiện vật lý và hoá học phù hợp với các hoạt động sống của chúng. Căn cứ vào mục đích sử dụng người ta phân môi trường thành các loại khác nhau: môi trường cơ sở, môi trường phân lập, môi trường nhân giống, môi trường lên men, môi trường kiểm tra. Để nuôi cấy vi sinh vật có thể sử dụng môi trường dịch thể (lỏng) hoặc môi trường đặc. Muốn chế tạo môi trường đặc người ta sử dụng thạch hoặc gelatin. Thạch là một loại chất lấy từ một số loại tảo biển. Thông thường thạch dùng trong các phòng thí nghiệm có dạng sợi hay bột, màu trắng hay vàng nhạt. Để nuôi cấy các loại vi khuẩn người ta thường sử dụng môi trường làm bằng nước thịt hoặc cao thịt có cho thêm pepton. Pepton là một sản phẩm phân huỷ không triệt để của protein. Đó là hỗn hợp nhiều polypeptit khác nhau, một số peptit phân tử thấp và cả các axit amin phân tử cao tự do. Đặc điểm của pepton là dễ tan trong nước không bị kết tủa nhiệt độ cao, có thể được vi khuẩn trực tiếp sử dụng, có tính đệm rõ rệt vì có chứa các ion lưỡng tính. 2.2.2 . Chuẩn bị dụng cụ. 2.2.2.1. Rửa dụng cụ thuỷ tinh. Các dụng cụ thuỷ tinh để nuôi cấy vi sinh vật phải thật sạch sẽ và tương đối trung tính. Các vết mỡ, các vết hoá chất, môi trường còn dính lại trên các dụng cụ thuỷ tinh có thể ảnh hưởng xấu đến kết quả thí nghiệm. Thuỷ tinh mới mua về trước khi sử dụng phải rửa thật sạch sau đó ngâm một đêm trong dung dịch HCl hay H2SO4 1-2 % rồi rửa nước thật kỹ và sấy khô. Các dụng cụ vừa mới dùng để nuôi cấy vi sinh vật trước khi rửa phải hấp khử trùng ở áp suất 1atm trong 30 phút. Nếu nuôi cấy các loại vi sinh vật biết chắc là không gây bệnh có thể bỏ qua giai đoạn này. Tránh dùng cát sỏi để cọ dụng cụ thuỷ tinh vì dễ làm xây sát và làm mờ thuỷ tinh đi. Rửa kỹ bằng nước sạch rồi sấy khô. Đối với các pipet trước hết lấy một que nhỏ để khều nút bông ra rồi dùng vòi nước cho chảy ngược pipet để kéo hết các cặn có trong pipet ra. Pipet rửa xong nên ngâm vào các dung dịch rửa một ngày rồi đem rửa lại. Dung dịch rửa sulfo-cromic được pha chế theo tỷ lệ: K2Cr2O7 : 60 g H2SO4 : 66 ml H2O : 1000 ml Đem 60g K2Cr2O7 hoà tan vào 500 ml nước. Thêm từ từ 66 ml H2SO4 đặc, cuối cùng thêm 500ml nước nữa. K2Cr2O7 sẽ tác dụng với H2SO4 và sinh ra axit cromic. Chất này có tác dụng oxy hoá mạnh, do đó có thể tẩy sạch các vết bẩn trên dụng cụ thuỷ tinh. Dịch ngâm sulfo- cromic có thể dùng nhiều lần cho đến khi biến thành màu lục đen hãy bỏ đi. Cho dụng cụ thuỷ tinh đã rửa sạch vào ngâm trong dung dịch sulfo- cromic khoảng 1-2 ngày rồi rửa thật kỹ bằng nước sạch. Không nên đem các dụng cụ lọc vi khuẩn ngâm vào dịch sulfo-cromic. Đối với các dụng cụ thuỷ tinh có dính mỡ, vazolin, dầu, parafin trước khi rửa cần lấy một ít bông tẩm xylen để lau cho sạch rồi dùng nước xà phòng nóng để rửa. Cũng có thể đun sôi 30-60 phút trong dung dịch NaHCO3 5%. 2.2.2.2. Làm nút bông và bao gói. Trước khi khử trùng dụng cụ thuỷ tinh cần làm bằng nút bông và bao gói. Làm nút bông cho ống nghiệm và bình tam giác: Cần phải làm những nút bông vừa phải, không lỏng quá, không chặt quá, không ngắn quá, không dài quá. Đầu nút bông phải tròn, gọn không méo mó hoặc xổ bông ra. Có thể cuộn bông lại, khi cuộn cần gấp để cho một phía của nút bông dày hơn. Tốt nhất là dùng một cái que nhỏ ấn vào giữa miếng bông có kích thước vừa phải đặt trên đầu ống nghiệm hoặc bình tam giác, sau đó dùng tay sửa lại cho gọn. Đối với pipet: Cần lấy một sợi thép nhỏ để nhét một ít bông vào đầu lớn của pipet. Cần phải chú ý vì nếu chặt quá sẽ không nút được, nếu lỏng quá dễ bị nhiễm trùng. Đối với ống nghiệm, bình tam giác sau khi làm nút bông xong cần bọc đầu lại bằng một mảnh giấy dầu hoặc giấy báo để khi hấp khử trùng hơi nước không làm ướt nút bông. Pipet, hộp lồng (hộp petri), que gạt thuỷ tinh, trước khi khử trùng đcần bao kỹ trong giấy báo hoặc giấy bản để khi khử trùng xong có thể giữ được dụng cụ trong trạng thái vô trùng. 2.2.2.3. Khử trùng dụng cụ thí nghiệm. Dụng cụ thí nghiệm (thuỷ tinh, sứ, vải, kim loại) sau khi làm nút bông và bao gói cẩn thận được mang đi khử trùng bằng cách sấy ở nhệt độ 160-170°C trong 1,5-2 giờ. Các dụng cụ dùng để đựng môi trường nuôi cấy vi sinh vật bao giờ cũng phải khử trùng bằng sức nóng khô, rồi sau đó mới phân phối môi trường vào và khử trùng bằng sức nóng ướt. Không nên cho nhiệt độ khử trùng bằng sức nóng khô vượt quá 180°C bởi vì làm như vậy nút bông và bao gói giấy sẽ cháy. Các dụng cụ đã khử trùng xong đem cất vào những nơi khô ráo sạch sẽ, khi nào sử dụng mới bỏ giấy bao gói. 2.2.2.4. Phương pháp tạo môi trường. Cân và đun thạch (với môi trường đặc), hoá chất (theo công thức từng loại môi trường ) cho đến tan. Điều chỉnh pH bằng NaOH hoặc CH3COOH. Khi khử trùng pH thường bị giảm nên phải điều chỉnh pH tăng lên một chút. Môi trường đặc tăng lên 0.4 và môi trường dịch thể tăng lên 0.2. Lọc và phân phối môi trường vào bình cầu, bình tam giác hoặc ống nghiệm. Đậy nút bông và bao gói đầu bình. Ghi rõ loại môi trường và ngày sản xuất. Hấp tiệt trùng ở 1 atm, 120°C trong 30 phút. Nguyên liệu và hóa chất phải bảo đảm về chất lượng và số lượng khi làm môi trường. Môi trường tạo ra phải thật trong. Công thức một số loại môi trường. ĐMôi trường thạch thường cải tiến: Pepton :10g. Nước mắm :10ml. Thạch aga : 15-20g. Nước máy : 990ml. Đ. Môi trường Xenlulo: CMC( Cacboxymetyl Xenlulozơ): 5g. Pepton : 5g. Thạch aga : 15-20g. Nước mắm :10ml Nước máy :990ml. Đ. Môi trường cao thịt bò – vi luợng: Thịt bò : 10g. Phân bón tổng hợp : 10g. Thạch aga :15-20 g. Nước :1000ml. 2.2.3. Tiến hành phân lập vi khuẩn. Chuẩn bị nước vô trùng để pha loãng mẫu: lấy vào mỗi ống nghiệm (đã khử trùng) khoảng 9ml nước máy. Đậy nút bông và bao gói đầu ống, sau đó khử trùng bằng sức nóng ướt ở 1atm trong 30 phút. Lắc đề