Đồ án tốt nghiệp: Phân lập chủng vi khuẩn có khả năng xử lý nitrate trong nước thải công nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

PHÂN LẬP CHỦNG VI KHUẨN CÓ KHẢ NĂNG XỬ LÝ NITRATE TRONG NƯỚC THẢI CÔNG

NGHIỆP

Ngành:

CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

.

Giáo viên hướng dẫn : Th.S Phạm Minh Nhựt.

Sinh viên thực hiện

: Nguyễn Thị Thanh Trang

MSSV:

Lớp: 08DSH4

TP. Hồ Chí Minh, 2012

MỤC LỤC

MỤC LỤC ............................................................................................................ i

DANH MỤC BẢNG .......................................................................................... vi

DANH MỤC HÌNH ........................................................................................... vi

MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 9

1. Đặt vấn đề ...................................................................................................... 9

2. Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................... 10

3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................... 10

4. Tính cấp thiết nghiên cứu ............................................................................ 10

5. Phạm vi nghiên cứu ..................................................................................... 11

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN .............................................................................. 12

1.1.Tổng quan về nitrate trong nƣớc thải và ảnh hƣởng của chúng ............... 12

1.1.1.Qúa trình hình thành nitrate tổng quá [4] .............................................. 12

1.1.1.1 Chu trình nitơ trong ao hồ ............................................................... 13

1.1.1.2 Quá trình amon hóa ......................................................................... 13

1.1.1.3 Quá trình nitrate hóa ........................................................................ 14

1.1.2.Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình nitrate hóa[24] ............................. 15

1.1.2.1 Nhiệt độ ........................................................................................... 15

1.1.2.2 pH .................................................................................................... 15

1.1.1.3 Vi sinh vật ....................................................................................... 16

1.1.3.Ảnh hƣởng của nitrate đến sức khỏe con ngƣời[] ................................. 16

1.1.4. Ảnh hƣởng của nitrate đến các sinh vật thủy sinh[24] ......................... 17

i

1.1.5. Nguyên nhân có mặt nitrate trong nguồn nƣớc ngầm, nƣớc mặt, nƣớc

cấp[2] ..................................................................................................................... 19

1.2. Các phƣơng pháp loại bỏ nitrate trong môi trƣờng ................................. 19

1.2.1 Phƣơng pháp trao đổi ion ....................................................................... 19

1.2.2 Lọc thẩm thấu ngƣợc ............................................................................. 20

1.2.3 Phƣơng pháp sinh học ............................................................................ 21

1.3 Vai trò của các chủng vi khuẩn trong quá trình xử lý nitrate ................. 21

1.4 Tổng quan về vi khuẩn ............................................................................. 23

1.4.1 Thiobacillus denitrificans[11] ................................................................ 23

1.4.1.1 Phân loại. ......................................................................................... 23

1.4.1.2 Đặc điểm. ........................................................................................ 24

1.4.1.3 Cơ chế loại bỏ nitrate của T.denitrificans ...................................... 25

1.4.1.4 Ứng dụng. ........................................................................................ 26

1.4.2 Pseudomonas stutzeri ............................................................................. 26

1.4.2.1 Nguồn gốc[19] ................................................................................. 26

1.4.2.2 Phân loại ......................................................................................... 27

1.4.2.3 Đặc điểm sinh lý và điều kiện sống[12] .......................................... 27

1.4.2.4 Đặc điểm chung[22,23] ................................................................... 28

1.4.2.5 Đặc điểm hình thái và cấu trúc khuẩn lạc.[14] ............................... 29

1.4.2.6 Hoạt tính sinh học........................................................................... 31

1.4.2.7 Cơ chế khử của P. Stutzeri[18] ........................................... 32

1.4.2.8 Ứng dụng2[1, 2] ............................................................................. 33

1.4.3 Paracoccus denitrificans ........................................................................ 33

1.4.3.1 Nguồn gốc[5] ................................................................................... 33

ii

1.4.3.2 Phân loại .......................................................................................... 33

1.4.3.3 Đặc điểm sinh học. .......................................................................... 34

1.4.3.4 Ứng dụng. ........................................................................................ 35

CHƢƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................... 37

2.1 Thời gian và địa điểm ............................................................................... 37

2.1.1 Thời gian ................................................................................................ 37

2.1.2 Địa điểm ............................................................................................. 37

2.1.2.1 Địa điểm lấy mẫu ............................................................................ 37

2.1.2.2 Địa điểm thực hiện thí nghiệm ........................................................ 37

2.2 Dụng cụ và hóa chất ................................................................................. 37

2.2.1 Dụng cụ .................................................................................................. 37

2.2.2 Hóa chất ................................................................................................. 37

2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu .......................................................................... 38

2.3.1 Phƣơng pháp lấy mẫu ............................................................................ 38

2.3.2. Phƣơng pháp xác định hàm lƣợng nitrate trong mẫu ........................... 38

2.3.3. Phƣơng pháp xác định hàm nitrite trong mẫu ...................................... 39

2.3.4 Phƣơng pháp xử lý số liệu ..................................................................... 40

2.4. Bố trí thí nghiệm ...................................................................................... 40

2.4.1. Phân lập vi khuẩn có khả năng xử lý nitrate ......................................... 40

2.4.1.1 Quy trình phân lập và tuyển chọn vi khuẩn phân hủy nitrate ........ 40

2.4.1.2 Sàng lọc khả năng loại bỏ nitrate đối với các chủng vi khuẩn ........ 41

2.4.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình xử lý nitrate của chủng vi

khuẩn phân lập đƣợc. ............................................................................................. 41

iii

2.4.2.1 Khảo sát ảnh hƣởng của mật độ vi khuẩn đến quá trình loại bỏ

nitrate ................................................................................................................. 42

2.4.2.2 Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ nitrate đến quá trình loại bỏ nitrate

............................................................................................................................ 42

2.4.2.3 Khảo sát ảnh hƣởng của nguồn carbon đến khả năng loại bỏ nitrate

............................................................................................................................ 42

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN ....................................................... 44

3.1.Kết quả phân lập vi khuẩn có khả năng phân hủy nitrate ......................... 44

3.1.1. Kết quả định tính các mẫu chứa vi khuẩn xử lý nitrate trên môi trƣờng

Giltay ..................................................................................................................... 44

3.1.2. Kết quả phân lập vi khuẩn xử lý nitrate từ mẫu đất .............................. 45

3.2 Kết quả xác định đặc điểm hình thái ........................................................ 45

3.3. Kết quả sàng lọc khả năng phản nitrate, và khả năng sinh nitrite của các

chủng vi khuẩn ....................................................................................................... 47

3.3.1. Kết quả xử lý nitrate của các chủng vi khuẩn sau 168 giờ ................... 47

3.3.2. Tốc độ xử lý nitrate của các chủng vi khuẩn khảo sát .......................... 48

3.3.3. Kết quả sinh nitrite trong quá trình xử lý nitrate của các chủng vi khuẩn

sau 168h ................................................................................................................. 49

3.4. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của mật độ vi khuẩn đến quá trình loại bỏ

nitrate và khả năng sinh nitrite (Foglar và ctv, 2004) ............................................ 50

3.4.1. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của mật độ vi khuẩn đến quá trình xử lý

nitrate ..................................................................................................................... 50

3.4.2. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của mật độ vi khuẩn đến sự sinh nitrite

trong quá trình xử lý nitrate ................................................................................... 51

3.5.Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ nitrate đến quá trình loại bỏ

nitrate (Foglar và ctv, 2004; Reazee và ctv, 2010; Liang và ctv, 2011) ................ 52

iv

3.6 Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nguồn carbon đến khả năng loại bỏ

nitrate (Rwazee và ctv, 2010; Liang và ctv, 2011). ............................................... 53

CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................... 56

4.1. Kết luận .................................................................................................... 56

4.2. Kiến nghị.................................................................................................. 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 58

PHỤ LỤC ........................................................................................................... 60

v

DANH MỤC HÌNH

Hình1.1: Chu trình nitơ trong hồ……………………..……………………………11

Hình1.2: Các con sông bị phú dƣỡng hóa, nhiễm nitrate………..………………..16

Hình 1.3: Khuẩn lạc P. stutzeri có nếp nhăn, màu hơi đỏ nâu, khô và dính chặt với

nhau……..………………………………………………………………………….21

Hình 1.4: Tế bào vi khuẩn T.denitrificans có dạng hình que

ngắn………………………………………………………………………………...22

Hình 3.1: Kết quả xử lý nitrate sau 168 giờ của 5 chủng vi khuẩn 301, 302, 303,

303, 304, 305…………………………………………………………………….…38

Hình 3.2 : Tốc độ xử lý nitrate của các chủng vi khuẩn khảo sát…………………39

Hình 3.3: Kết quả sinh nitrite trong quá trình xử lý nitrate của các chủng vi khuẩn

sau 168h……………………………………………………………………………40

Hình 3.4: Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của mật độ vi khuẩn đến sự sinh nitrite trong

quá trình xử lý nitrate………………………………………………………………41

Hình 3.5: Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của mật độ vi khuẩn đến sự sinh nitrite quá

trình xử lý nitrate……………………………………………………………...……43

Hình 3.6: Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ nitrate 200mg/l, 400mg/l,

600mg/l, 800mg/l lên quá trình loại bỏ nitrate……………………………….…….44

Hình 3.7: Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nguồn carbon đến khả năng loại bỏ

nitrate………………………………………………….…………...………………45

vi

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1: Kết quả định tính các mẫu chứa vi khuẩn xử lý nitrate trên môi trƣờng

Giltay………………………………………………………………………………43

Bảng 3.2: kết quả hình thái khuẩn lạc của 5 chủng phân lập trên môi trƣờng

DM……………………………………………………………………………….44

Bảng 3.3: Bảng kết quả sát định đặc điểm của 5 chủng vi khuẩn 301, 302, 303, 304,

305………………………………………………………………………………….45

vii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

DM : Denitrification medium

LB : Lysogeny broth

PDA : Diphenyl sulfur acid

ETDA : Ethylenediaminetetraacetic acid

viii

MỞ ĐẦU

1. Đặt vấn đề

Căn cứ vào Luật Môi Trƣờng do Quốc hội khóa IX kỳ họp thứ tƣ (từ ngày 6 đến

ngày 30 tháng 12 năm 1993) thông qua thì “ Môi trƣờng bao gồm các yếu tố tự

nhiên và yếu tố vật chất nhân tạo quan hệ mật thiết với nhau bao quanh con ngƣời,

có ảnh hƣởng tới dời sống, sản xuất, sự tồn tại, phát triển của con ngƣời và thiên

nhiên”.

Bảo vệ môi trƣờng đƣợc quy định là “ Những hoạt động giữ cho môi trƣờng

trong lành, sạch đẹp, cải thiện môi trƣờng, đảm bảo cân bằng sinh thái, ngăn chặn,

khắc phục các hậu quả xấu do con ngƣời và thiên nhiên gây ra cho môi trƣờng, khai

thác, sử dụng hợp lý và tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên”.

Một số nƣớc nhƣ Trung Quốc gọi môi trƣờng là hoàn cảnh sống, đó là từ chính

xác để chỉ điều kiện sống của cá thể hoặc quần thể vi sinh vật… Sinh vật và con

ngƣời không thể sống tách rời khỏi môi trƣờng của mình cho nên cũng có thể nói

môi trƣờng tự nhiên là cái nôi sinh thành của con ngƣời.

Trong các loại môi trƣờng từ môi trƣờng nƣớc, môi trƣờng không khí và môi trƣờng

đất là những môi trƣờng rất quan trọng trong cuộc sống của mỗi loài sinh vật sống

trên Trái Đất. Và môi trƣờng chúng tôi quan tâm ở đây là môi trƣờng nƣớc. Ở nƣớc

ta, ô nhiễm nguồn nƣớc chủ yếu ở các khu vực đô thị, các khu công nghiệp và các

bến cảng lớn.

Theo các số liệu đã phân tích trên đây, chúng ta thấy có thể nêu lên một số nhận xét

chung về tình hình ô nhiễm môi trƣờng nƣớc của chúng ta nhƣ sau:

Đất nƣớc sau giải phóng: nƣớc ta đã giành khá nhiều tập trung cho việc hàn gắn

những vết thƣơng chiến tranh, tốc độ phát triển công nghiệp chƣa cao. Vì vậy, tổng

lƣợng chất thải độc hại dƣới dạng rắn, lỏng chƣa phải đã nhiều so với các nƣớc

đang phát triển, tuy có nơi có lúc cũng đã thể hiện mức độ nghiêm trọng của nó.

Nguyên nhân dẫn đến ô nhiễm phần lớn các nhà máy xí nghiệp chƣa có hệ thống xử

lý trƣớc khi đổ vào hệ thống nƣớc thải của thành phố. Nếu có hệ thống xử lý nƣớc

thải đi chăng nữa cũng chỉ mới bƣớc đầu nghiên cứu, thử nghiệm nên hiệu quả chƣa

9

cao. Hoặc có nơi tuy đã trang bị những hệ thống xử lý nƣớc thải nhƣng không chịu

vận hành vì sợ tốn kém…

Hiện nay, Việt Nam đang trong công cuộc xây dựng kiến thiết đất nƣớc theo

hƣớng công nghiệp hóa, hiện đại hóa với sự phát triển dân số và tốc độ đô thị hóa

cao. Xử lý sinh học bằng các chủng vi sinh vật với ƣu điểm là phù hợp điều kiện tự

nhiên, giảm chi phí năng lƣợng, hóa chất, đơn giản, có khả năng tận dụng các sản

phẩm phụ sau xử lý đang là phƣơng pháp có tiềm năng. Trong đó hoạt động của các

vi sinh vật giữ vai trò rất quan trọng ảnh hƣởng đến hiệu quả xử lý của toàn bộ hệ

thống.Trong nƣớc thải công nghiệp có chứa hàm lƣợng nitrate cao có chứa các vi

sinh vật có khả năng phân hủy nitrate. Các chủng vi sinh vật này có nhiều ứng dụng

trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Việc phân lập và tuyển chọn các chủng vi khuẩn

này đƣợc chúng tôi tiến hành trong đề tài: “ Nghiên cứu tuyển chọn một số chủng vi

khuẩn có khả năng xử lý nitrate trong nƣớc thải công nghiệp”.

2. Mục tiêu nghiên cứu

Phân lập, tuyển chọn và đánh giá khả năng xử lý nitrate của các chủng vi khuẩn

có khả năng phân hủy nitrate.

3. Nội dung nghiên cứu

Tuyển chọn và phân lập các chủng vi khuẩn có khả năng phân giải nitrate, nitrite

của các chủng vi khuẩn.

Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình xử lý nitrate của các chủng vi khuẩn

phân lập đƣợc.

4. Tính cấp thiết nghiên cứu

Hiện nay, việc loại bỏ các chất đạm từ công nghiệp và chất thải trong nƣớc đã

đƣợc nhận nhiều sự quan tâm do có nhiều hiện tƣợng phú dƣỡng hóa từ trong nƣớc.

Đã có nhiều phƣơng pháp xử lý để loại bỏ nitơ đƣợc xử dụng bằng phƣơng pháp

sinh học, hóa học, các yếu tố vật lý. Gần đây nitơ đƣợc loại bỏ bằng phƣơng pháp

sinh học đã đƣợc tìm thấy và áp dụng rộng rãi, do cách tiếp cận xử lý nƣớc thải từ

các vi sinh vật trở nên dễ dàng và dễ thực hiện, sử dụng hiệu quả, chi phí tiết kiệm.

10

Các quá trình sinh học phổ biến nhất bao gồm nitrate hóa, oxi hóa ammonium,

nitrite thành nitrate. Sinh vật tự dƣỡng trong điều kiện hiếu khí, kỵ khí và khử nitơ

chuyển đổi nitrite và nitrate thành nitơ . Vì vậy nó bao gồm các bƣớc chuyển hóa

khá đặc biệt, bao gồm hiếu khí và kỵ khí đƣợc chuẩn bị. Trong những năm qua, một

số nhóm di dƣỡng nitrate các vi khuẩn nhƣ Paracoccus,Thiosphaera

pantotropha,Cammamonas sp. và Alcaligences faecalis đƣợc báo cáo là có quá

trình nitrate hóa dị dƣỡng và khả năng khử nitơ hiếu khí. Nhƣ vậy chúng có thể

đƣợc xử dụng để khắc phục các vấn đề khó khăn trong hệ thống nƣớc thải nhƣ làm

giảm các chi phí có liên quan với tình trạng thiếu oxi trong các bể chứa hoặc làm

giảm kích thƣớc của bể chứa khi cần thiết. Khả năng khử yếm khí trong điều kiện

bầu không khí có oxi cao đã đƣợc chứng minh. Vì thế em thực hiện đề tài “ Phân

lập vi khuẩn xử lý nitrate từ nước thải và xác định khả năng loại bỏ nitrate của

chúng trong điều kiện hiếu khí”.

5. Phạm vi nghiên cứu

Thời gian nghiên cứu hạn chế nên chỉ có thể phân lập đƣợc các chủng vi khuẩn

có khả năng xử lý nitrate, nitrite tốt. Đồng thời khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến

khả năng phân hủy một cách tốt hơn.

11

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN

-) đƣợc tạo thành tự nhiên từ nitơ trong lòng đất. Nitơ là một loại khí

1.1.Tổng quan về nitrate trong nƣớc thải và ảnh hƣởng của chúng

Nitrate (NO3

chiếm tới gần 80% bầu khí quyển và rất cần thiết cho sự sống. Rễ cây hấp thụ càng

nhiều nitơ thì năng suất của mùa màng càng cao.

Quá trình hình thành nitrate là một giai đoạn không thể thiếu trong vòng tuần

hoàn của nitơ trong tự nhiên. Thực phẩm và đồ uống có chứa một hàm lƣợng nitrate

thấp thì không có hại cho sức khỏe. Cây cối hấp thụ nitrate trong đất để lấy dƣỡng

chất và có thể sẽ tạo một dƣ lƣợng nhỏ trong lá và quả. Do tính cơ động cao, nitrate

dễ dàng thấm vào nguồn nƣớc ngầm. Nếu con ngƣời và súc vật uống phải nƣớc có

nhiều nitrate sẽ dễ bị mắc các chứng bệnh về máu, đặc biệt là đối với trẻ nhỏ.

Nitrate hình thành khi vi sinh vật chuyển hóa phân bón, phân hủy xác động thực

vật. Nếu cây cối không kịp hấp thụ hết lƣợng nitrate này thì nƣớc mƣa và nƣớc tƣới

sẽ làm cho nó ngấm vào lòng đất, làm ô nhiễm nguồn nƣớc ngầm. Rất tiếc là con

ngƣời lại chính là thủ phạm tạo ra nguồn ô nhiễm nitrate lớn nhất thông qua các

hoạt động nông nghiệp.[1,3]

1.1.1.Qúa trình hình thành nitrate tổng quá [4]

12

Hình 1.1 : Chu trình nitơ trong ao hồ

1.1.1.1 Chu trình nitơ trong ao hồ

Chu trình nitơ là một trong những mô hình tuần hoàn vô hình và quan trọng nhất

đối với môi trƣờng thủy sinh. Tôm cá và các động vật thủy sinh trong quá trình sinh

sống chúng bài tiết ra NH3, nếu ở nồng độ cao NH3 sẽ gây độc. Chu trình nitơ, trong

đó có quá trình amôn hóa và quá trình nitrate hóa diễn ra nhờ vào hoạt động của các

vi khuẩn có ích giúp chuyển hóa các chất độc thành những chất có ích cho đời sống

của thực vật thủy sinh và giúp các động vật thủy sinh không bị độc từ chất thải do

chúng bài tiết ra.

1.1.1.2 Quá trình amon hóa

Amôn hóa là quá trình phân hủy và chuyển hoá các hợp chất hữu cơ phức tạp

thành NH3 dƣới tác dụng cuả vi sinh vật. Dƣới tác dụng của enzyme phân hủy

protein (enzyme proteolytic, thƣờng gọi là enzym protease) làm chất xúc tác sẽ

13

phân hủy protein thành các chất đơn giản hơn, các chất này tiếp tục đƣợc phân giải

thành acid amin nhờ tác dụng của enzyme peptidase ngoại bào. Một phần nhỏ acid

amin sẽ đƣợc vi sinh vật sử dụng để tổng hợp thành protein của chúng (protein xây

dựng cấu trúc cơ thể của vi sinh vật), phần còn lại đƣợc tiếp tục phân giải tạo ra 2- (nếu các acid amin có chứa S) và các sản phẩm trung gian khác. NH3, CO2, SO4

+ theo phản ứng sau: + + OH- (1)

Trong nƣớc, NH3 sẽ đƣợc chuyển hóa thành NH4

NH3 + H2O  NH4

1.1.1.3 Quá trình nitrate hóa

Dƣới tác dụng của một số vi sinh sinh thì NH4

- (nitrite) rồi thành NO3

+ đƣợc chuyển hóa thành NO2

amôn hóa sẽ đƣợc tiếp tục chuyển hóa thành NO2

Trƣớc hết NH4

- thành NO3

+ đƣợc hình thành từ quá trình - (nitrate). - bởi vi khuẩn Nitrosomonas, sau đó vi - . - có thể đƣợc các thực vật thủy sinh sử dụng nhƣ là một nguồn dinh dƣỡng hoặc

khuẩn Nitrobacter sử dụng men nitrite oxidase để chuyển hóa NO2

NO3

có thể bị chuyển hóa tiếp thành khí nitơ (N2) qua hoạt động của các vi khuẩn yếm + đều cần sự tham gia của oxy khí nhƣ Pseudomonas. Các quá trình chuyển hóa NH4

và độ kiềm của nƣớc. Quá trình nitrate hóa gồm 2 giai đoạn đƣợc thực hiện bởi hai

nhóm vi khuẩn nối tiếp nhau. Hai giống vi khuẩn này có mối quan hệ mật thiết với

nhau. Chúng phân bố rộng rãi trong tự nhiên; môi trƣờng đất, nƣớc. Môi trƣờng

- (2) bởi nhóm vi khuẩn nitrite

thích hợp cho cả 2 loại này phải có pH>6 (tối ƣu ở pH=7-8).

+ thành NO2

Giai đoạn nitrit hóa :Chuyển hóa NH4

hóa.

+ + 1,5 O2  NO2+ 2H++ H2O (2)

NH4

Vi khuẩn tham gia mạnh nhất trong quá trình nitrite hóa là vi khuẩn hóa vô cơ tự - + thành NO2 dƣỡng, là loài vi khuẩn hiếu khí bắt buộc. Khi chúng chuyển hóa NH4

sẽ sinh ra năng lƣợng, năng lƣợng này sẽ đƣợc các vi khuẩn nitrite hóa sử dụng cho

+, khi hàm lƣợng NH4

hoạt động sống của mình. Sự có mặt của các nhóm vi khuẩn nitrite hóa giúp loại bỏ + trong nƣớc giảm phƣơng trình phản ứng (1) sẽ đƣợc NH4

dịch chuyển theo chiều thuận dẫn đến làm giảm hàm lƣợng NH3 trong nƣớc, làm

giảm khả năng gây độc của NH3 đối với tôm cá.

14

Trong tự nhiên vi khuẩn nitrite hóa hiện diện rất nhiều: Nitrosococcuseanus,

Nitrosococcus (thuộc phân lớp γ- proteobacteria), Nitrosomonas sp và Nitrosopira

sp (thuộc phân lớp β- proteobacteria), Nitrosocystis, Nitrosolobus. Tất cả các vi

sinh vật này đều giống nhau về mặt sinh lý, sinh hoá nhƣng khác nhau khác nhau về

đặc điểm hình thái và cấu trúc tế bào. Tất cả đều thuộc loại tự dƣỡng bắt buộc,

- (3) bởi nhóm vi khuẩn nitrate

không có khả năng sống trên môi trƣờng thạch.

- thành NO3

Giai đoạn nitrat hóa : Chuyển NO2

hóa.

NO2 + 0,5 O2 --> NO3 (3)

- thành NO3

Sau quá trình nitrite hóa thì các vi khuẩn thuộc nhóm nitrate hóa sẽ thực hiện giai - (là sản phẩm cuối cuả quá trình nitrat đoạn tiếp theo, chuyển hoá NO2

hóa). Các vi khuẩn tham gia vào quá trình nitrate hóa cũng là vi khuẩn hóa vô cơ tự

dƣỡng, vi khuẩn nitrate hóa thƣờng gặp (gồm có 3 chi khác nhau): Nitrobacter

vinogradskii, Nitrobacter agilis ( thuộc phân lớp α-Proteobacteria), Nitrospina

gracili , Nitrococcus mobilis (thuộc phân lớp β–Proteobacteria).

thì nồng độ của NO2

Quá trình nitrate hóa chỉ xảy ra trong điều kiện trong nƣớc có đầy đủ oxy lúc đó - không vƣợt quá 0,5 mg/L, nhƣng khi trong nƣớc thiếu oxy thì - sẽ tồn tại nhiều và gây độc cho tôm. Trong một số nghiên cứu thì quá trình NO2

nitrate hóa trong hồ các ao hồ nuôi thủy sản xảy ra không mạnh do vi sinh vật phát triển chậm, khả năng nitrate hóa khoảng 25–50g/m3/ngày.

1.1.2.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nitrate hóa[24]

1.1.2.1 Nhiệt độ

Nhiệt độ cũng có ảnh hƣởng lớn đến hoạt động của nhóm vi sinh vật nitrate hóa

này. Ở nhiệt độ thấp hơn 5 °C và cao hơn 40 °C vi khuẩn hoạt động rất chậm nên sự

chuyển biến đạm NH4 thành đạm NO3 cũng rất chậm. Nhiệt độ tối hảo cho hoạt

động của nhóm vi khuẩn này nằm trong khoảng 30 °C. Điều này giải thích đƣợc

hiện tƣợng nitrate hóa xảy ra rất kém vào mùa đông và mùa hè, và xảy ra rất mạnh

vào mùa xuân và mùa thu ở vùng ôn đới.

1.1.2.2 pH

15

Yếu tố quan trọng nữa có ảnh hƣởng đến hoạt động của vi khuẩn nitrite hóa và

nitrate hóa là pH của đất. pH thích hợp cho hoạt động của vi khuẩn này thƣờng trên

6. Sự thích hợp với các mức độ pH khác nhau còn tùy thuộc vào loài và chủng vi

khuẩn. Ở một số nơi, mức độ nitrate hóa giảm đi khi pH thấp hơn 6, rất thấp ở

pH=5, và ngừng hẳn ở pH=4 hoặc thấp hơn. Ở cuộc đất khác, nitrate hóa xảy ra

đƣợc ở pH=4,5, nhƣng ở nơi khác nữa vi khuẩn không hoạt động đƣợc ở pH này.

Các vi khuẩn nitrate hóa sống trong đất chua, có mức pH tối ƣu 6,5, còn vi khuẩn ở

nơi đất kiềm tính có mức pH tối hảo ở 7,8. Ngoài ảnh hƣởng hoạt động của vi

khuẩn, pH còn ảnh hƣởng đến mật số các vi khuẩn này. Mật số vi khuẩn nitrate hóa

tăng dần theo mức độ tăng pH từ chua sang kiềm tính. Do ảnh hƣởng này, việc bón

vôi cho đất chua sẽ làm gia tăng tốc độ nitrate hóa các đạm ammonium trong đất.

1.1.1.3 Vi sinh vật

Có 2 nhóm vi sinh vật tham gia 2 giai đoạn của quá trình này. Trong đó có 7

-: nhóm này do 5 chi vi khuẩn đảm

nhóm vi khuẩn tự dƣỡng:

+ thành NO2

Nhóm vi khuẩn ôxít hoá NH4

nhiệm:

Vi khuẩn hình (que) bầu dục: Nitrosomonas.

Vi khuẩn hình cầu: Nitrosococcus.

Vi khuẩn xoắn: Nitrosospira.

Vi khuẩn có khuẩn lạc nhầy nhụa (zoogloae) và có nang (cyst): Nitrosococystis.

Vi khẩn có khuẩn lạc nhầy nhụa, không có nang: Nitrosogcola.

Nhóm vi khuẩn ôxít hoá nitrite thành nitrate

Vi khuẩn không có zoogloea: Nitrobacter.

Vi khuẩn có zoogloea: Nitrocystis.

Trong bảy chi vi khuẩn trên đây, Nitrosomonas và Nitrobacter là thƣờng gặp

nhất. Ngoài các vi khuẩn trên, các vi sinh vật dị dƣỡng nhƣ Streptomyces,

Pseudomonas, Aspergillus,Paracoccus, Thiosphaera pantotropha,Commamonas sp.

và Alcaligences faecalis... cũng có tham gia quá trình chuyển hóa N này.

1.1.3.Ảnh hưởng của nitrate đến sức khỏe con người[]

16

Hàm lƣợng nitrate trong nƣớc cao có thể gây ra các bệnh về hồng cầu, dễ thấy

nhất là bênh xanh da ở trẻ nhỏ. Dịch axid trong dạ dày trẻ nhỏ không đủ mạnh nhƣ

--N.

của ngƣời trƣởng thành. Do đó, các loại khuẩn đƣờng ruột dễ dàng chuyển hóa -). Tuyệt đối không cho trẻ nhỏ uống nƣớc hoặc ăn các loại nitrate thành nitrite (NO2

thực phẩm có lƣợng nitrate vƣợt quá 10 mg/l NO3

Khi Nitrite hấp thụ vào máu, các hemoglobin (phƣơng tiện chuyên chở ô xy

trong máu) sẽ bị biến thành methemoglobin. Methemoglobin sẽ mất hoặc suy giảm

chức năng vận chuyển ô xy, gây ra hiện tƣợng các tế bào (nhất là ở não) không đủ ô

xy để hoạt động. Khác với ngƣời lớn, trong cơ thể trẻ em, Methemoglobin không

thể chuyển hóa ngƣợc thành hemoglobin, khi não không đủ ôxy rất dễ dẫn đến tử

vong.

Một ngƣời trƣởng thành khỏe mạnh có thể chịu đƣợc một lƣợng Nitrate tƣơng

đối lớn mà không bị ảnh hƣởng đến sức khỏe. Trên thực tế, phần lớn lƣợng nitrate

xâm nhập cơ thể qua thực phẩm, cụ thể là các loại rau củ. Tuy nhiên, lƣợng nitrate

này sẽ bị thải theo nƣớc tiểu. Thế nhƣng, nếu liên tục phải hấp thụ nitrate có thể sẽ

dẫn đến mắc phải một số bệnh do sự hình thành của các nitrosamines. N-

nitrosamine là những tác nhân gây ung thƣ khi thí nghiệm trên động vật. Hiện chƣa

có các thí nghiệm trên cơ thể ngƣời để chứng tỏ nitrate có thể gây ung thƣ hay

không.

1.1.4. Ảnh hưởng của nitrate đến các sinh vật thủy sinh[24]

Không giống nhƣ nhiệt độ và oxy hòa tan, sự hiện diện của nitrat thƣờng không

có ảnh hƣởng trực tiếp côn trùng thủy sinh hoặc cá. Tuy nhiên, mức độ dƣ thừa

nitrat trong nƣớc có thể tạo ra các điều kiện mà làm cho nó khó khăn cho côn trùng

thủy sinh hoặc cá để tồn tại.

Tảo và thực vật khác sử dụng nitrat nhƣ là một nguồn thực phẩm. Nếu tảo có một

nguồn không giới hạn của nitrate, tăng trƣởng của chúng là vô hạn.

17

Hình 1.2: Các con sông bị phú dƣỡng hóa, và nhiễm nitrate

Các sông bên phải là màu xanh nhƣ súp đậu, một kết quả của nồng độ cao của

tảo.Một lƣợng lớn tảo có thể gây ra biến động cực đoan trong oxy hòa tan. Quang

hợp của tảo và thực vật khác có thể tạo ra oxy trong ngày. Tuy nhiên, vào ban đêm,

oxy hòa tan có thể làm giảm đến mức rất thấp nhƣ là một kết quả của số lƣợng lớn

các vi khuẩn oxy tiêu thụ ăn tảo chết hoặc đang phân hủy và thực vật khác.

Trong hệ thống nƣớc ngọt hoặc cửa sông, nitrate có thể đạt đến mức độ cao có

khả năng có thể gây ra cái chết của cá. Trong khi nitrate là ít độc hại hơn so với

ammonia, nitrite, mức độ trên 30 ppm nitrate có thể ức chế sự phát triển, làm giảm

hệ thống miễn dịch và gây ra căng thẳng ở một số loài thủy sản. Tuy nhiên, thí

nghiệm độc tính cấp tính nitrate, mức độ nhiễm độc nitrat là chủ đề của cuộc tranh

luận gần đây.

Trong hầu hết các trƣờng hợp nồng độ nitrate dƣ thừa trong hệ thống thuỷ sản,

các nguồn chính là bề mặt dòng chảy từ khu vực nông nghiệp,đã nhận đƣợc phân

bón lƣợng nitrate vƣợt quá. Điều này đƣợc gọi là hiện tƣợng phú dƣỡng và có thể

dẫn đến tảo nở hoa. Cũng nhƣ dẫn đến nƣớcbị ô nhiễm trầm trọng và trở thànhvùng

chết , những bông hoa này có thể gây ra những thay đổi khác để chức năng hệ sinh

thái, gây ra mất cân bằng hệ sinh thái. Kết quả là, nhƣ nitrate tạo thành một thành

phần của tổng chất rắn hòa tan , chúng đƣợc sử dụng phổ biến nhƣ là một chỉ số về

chất lƣợng nƣớc .

18

1.1.5. Nguyên nhân có mặt nitrate trong nguồn nước ngầm, nước mặt, nước

cấp[2]

Nguyên nhân chủ yếu là do sử dụng phân bón đặc biệt là phân đạm, lƣợng nƣớc

thải chứa hàm lƣợng chất hữu cơ cao từ nhà máy chế biến thực phẩm. Nhƣng nitrate

trong nƣớc từ sản xuất nông nghiệp chiếm tỷ lệ lớn nhất.

Nguồn nƣớc này thấm vào sâu trong lòng đất, nồng độ nitrate trong nguồn nƣớc

ngầm tăng đều và rõ ở những đất canh tác.

Nƣớc mặt bị nhiễm nirate là do quá trình rửa trôi bề mặt hay từ lớp đất đá mà

nƣớc chảy qua hay ô nhiễm nguồn nƣớc ngầm trong mùa khô (nƣớc ngầm cung cấp

nƣớc cho sông hồ vào mùa khô ).

Nƣớc cấp đƣợc lấy từ sông hồ rồi mới đem xử lý. Dù hạn chế đến mức tối đa

nồng độ nitrate nhƣng cũng không tránh khỏi còn một lƣợng nhỏ.

1.2. Các phƣơng pháp loại bỏ nitrate trong môi trƣờng

Nitrate/nitrite trong nguồn nƣớc có thể bị loại bỏ bằng nhiều phƣơng pháp, tùy

theo hàm lƣợng, ứng dụng và quy mô: chƣng cất, trao đổi ion, lọc thẩm thấu ngƣợc,

phƣơng pháp sinh học.

1.2.1 Phương pháp trao đổi ion

Trao đổi ion là quá trình hấp thụ các ion trong dung dịch lên lớp vật liệu trao đổi

và thay thế bằng những ion của lớp vật liệu trao đổi hòa tan vào dung dịch ấy.

Để khử ion nitrat trong nƣớc, khi sử dụng phƣơng pháp trao đổi ion chất lƣợng

nƣớc sau xử lý sẽ đạt đƣợc độ an toàn cao. Ion nitrat sẽ đƣợc trao đổi với một ion

của nhựa trao đổi ion với một lƣu lƣợng dòng chảy đƣợc lựa chọn.

Trong phƣơng pháp xử lý nƣớc ngầm nhiễm nitrat, loại nhựa anionit có tính kiềm

mạnh rất thích hợp và thông dụng. Loại nhựa này có độ bền khá cao, hiệu quả trao

đổi tốt, chất lƣợng trao đổi lớn. Nhựa trao đổi anionit thƣờng có dạng tổng quát là R

- Cl.

Quá trình khử nitrat bằng phƣơng pháp trao đổi ion dựa theo phản ứng sau:

R - Cl + NO3 - → R - NO3 + Cl-

19

NO3

- đƣợc hấp phụ kết nối trên nhựa trao đổi ion tạo thành R -NO3, còn ion Cl- ở

- có thể đƣợc tái sinh lại dạng ban đầu R - Cl bằng cách hoàn nguyên

trong hạt nhựa sẽ hòa tan trong nƣớc.

R - NO3

nhựa trao đổi bởi dung dịch NaCl hay dung dịch NaOH theo phản ứng sau hóa học

- R - NO3 + NaCl → RCl + NO3

Hoặc R - NO3 + NaOH → ROH +

Tuy nhiên loại nhựa kiềm mạnh cũng khử các anion khác có trong nƣớc. Tùy 2- trong nƣớc nhiễm nitrate mà ảnh hƣởng đến dung lƣợng trao thuộc vào lƣợng SO4

đổi nitrate của nhựa. Tùy theo yêu cầu chất lƣợng nƣớc và từng điều kiện cụ thể có

thể chọn phƣơng pháp khử nitrate thích hợp, thông thƣờng ngƣời ta thƣờng dùng

phƣơng pháp trao đổi ion.

Điều kiện áp dụng phƣơng pháp trao đổi ion đạt hiệu quả cao: Nƣớc có hàm

lƣợng cặn < 1 g/l. Tổng hàm lƣợng ion nitrate, sulfat và clor có trong nƣớc nguồn

muốn xử lý phải nhỏ hơn 250 mg/l (vì hàm lƣợng clo lớn nhất cho phép trong nƣớc

ăn uống là 250 mg/l).

1.2.2 Lọc thẩm thấu ngược

Khử nitrate bằng phƣơng pháp lọc qua màng có hiệu quả cao với thẩm thấu

ngƣợc (RO) và siêu lọc UF. Tuy nhiên hiệu quả chỉ khoảng 60 - 65% hàm lƣợng

nitrate đƣợc loại trừ. Để khử nitrate triệt để, phƣơng pháp RO thƣờng đƣợc đƣa vào

dây chuyền công nghệ vận hành trƣớc cột trao đổi ion.

Phƣơng pháp thẩm thấu ngƣợc dùng màng bán thấm RO rất tốn kém chỉ dùng để

khử nƣớc có tổng lƣợng khoáng (TDS) cao, nƣớc nhiễm mặn hoặc có nguồn gốc

nƣớc ven biển, nƣớc biển.

Chọn phƣơng pháp khử nitrat cần phải dựa vào chất lƣợng nƣớc yêu cầu sau xử

lý, thành phần muối hòa tan trong nƣớc nguồn:

- Khi tổng hàm lƣợng muối trong nƣớc nguồn thấp: nitrate vƣợt quá tiêu chuẩn,

lƣợng ion Cl- trong nƣớc thấp dùng phƣơng pháp trao đổi ion phù hợp.

20

2- ,

- Khi tổng hàm lƣợng muối trong nƣớc nguồn cao: cao ứng dụng , SO4

phƣơng pháp trao đổi ion không hiệu quả kinh tế, nên dùng phƣơng pháp phối hợp

với phƣơng pháp thẩm thấu ngƣợc dùng màng bán thấm RO.

1.2.3 Phương pháp sinh học

Lọc nƣớc đã đƣợc khử hết sắt và cặn bẩn qua bể lọc chậm hoặc bể lọc nhanh,

- và vi khuẩn Nitrobacter oxy hóa NO2

+ thành NO2

-thành NO3

thổi khí lien tục từ dƣới lên. Do quá trình hoạt động vi khuẩn Nitrosomonas oxi hóa - . Quá trình diễn NH4

ra theo phƣơng trình:

+ + 2O2 → NO3

- + 2H+ + H2O

NH4

++ 1.89O2 + 2.02HCO3

- → 0.21C5H7O2N + 1.0NO3

- + 1.92 H2CO3 +

1.02NH4

1.06H2O

Khử Nitrate NO3

Để khử nitrate dùng lọc thẩm thấu ngƣợc RO, điện phân, trao đổi ion trong các

bể lọc ionit.

Điều kiện áp dụng phƣơng pháp trao đổi ion

2- và Cl- có sẵn trong nƣớc phải nhỏ hơn 250 mg/l là hàm lƣợng ion Cl- lớn nhất cho phép có trong nƣớc ăn uống. Vì khi lọc qua - đƣợc giữ lại, thay bằng ion Cl- khi hoàn nguyên

Nƣớc có hàm lƣợng cặn < 1mg/l. - và SO4 Tổng hàm lƣợng ion NO3

2-, NO3

bể lọc anionit các ion SO4

bể lọc anionit bằng dung dịch muối ăn.

1.3 Vai trò của các chủng vi khuẩn trong quá trình xử lý nitrate[6]

Vi khuẩn xử lý nitrate có quá trình khử nitơ là một phần của chu kỳ nitơ , mục

đích chính của chúng là để chuyển hóa đạmhợp chất , với sự hỗ trợ của các

enzymenitrate reductase , biến oxit trở lại khí nitơ oxit nitơ cho thế hệ năng lƣợng .

Quá trình này chỉ diễn ra trong sự vắng mặt của oxy , nhƣ hầu hết các vi khuẩn xử

lý nitrate là hiếu khí tùy ý thích sử dụng oxy là chất nhận điện tử cuối cùng, tuy

nhiên chúng cũng có thể sử dụng nitrate thay cho oxy. Vì vậy, quá trình khử nitơ

chỉ có thể đƣợc thực hiện theo điều kiện kỵ khí. Đây là lý do chính lý do tại sao quá

21

trình khử nitơ chủ yếu xảy ra sâu trong lòng đất , hoặc trong các khu vực nƣớc tù

đọng .

Các quá trình của quá trình khử nitơ làm giảm độ phì nhiêu của đất và do đó ít

phổ biến hơn tại các khu vực nơi có đất là khá tốt canh tác . Nhƣng sự mất mát này

của nitơ trong khí quyển cuối cùng có thể đƣợc lấy lại qua thực phẩm và nƣớc, nhƣ

là một phần của chu kỳ nitơ.

Quá trình khử nitơ phổ biến nhất là cơ bản đƣợc trình bày dƣới đây, với nitơ oxit

đƣợc chuyển đổi trở lại khí nitơ (nhƣ trái ngƣợc với các vi khuẩn nitrat):

- + 10 e - + 12 H + → N 2 + 6 H 2 O

2 NO 3

Nhƣ có thể thấy, kết quả là một phân tử nitơ (bao gồm hai nguyên tử) và sáu

phân tử nƣớc.

Vi khuẩn nitrat có các chi (Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrobacter,

Nitrococcus) vi khuẩn phát triển bởi các hợp chất nitơ vô cơ tiêu thụ. Nhiều loài vi

khuẩn nitrat có hệ thống màng phức tạp nội bộ có vị trí cho các enzyme quan trọng

trong quá trình nitrat hóa: ammonia monooxygenase oxy hóa ammonia

hydroxylamine, và Oxidoreductase nitrite, oxy hóa nitrite thành

Một nhóm các vi khuẩn làm giảm nitrate, nitrit để thành khí nitơ. Ví dụ các vi

khuẩn tiềm năng bao gồm Thiobacillus, Micrococcus,Paracoccus và Pseudomonas .

Điều này là quan trọng vì nó cho phép nitơ đƣợc tái trở lại vào bầu khí quyển .

Những vi khuẩn này cũng đã đƣợc liên quan đến sự suy giảm độ màu mỡ của đất,

và do đó năng suất nông nghiệp có thể cung cấp cho việc cấy ghép tốt nhất nó có

thể cung cấp cho.

Vi khuẩn nitrate đƣợc phổ biến rộng rãi trong đất và nƣớc, và đƣợc tìm thấy ở

cao nhất số lƣợng đáng kể của amoniac có mặt (khu vực mở rộng phân hủy protein,

và các nhà máy xử lý nƣớc thải). Vi khuẩn nitrate phát triển mạnh trong các hồ và

suối với đầu vào cao của nƣớc thải và nƣớc thải vì hàm lƣợng amoniac cao.

Vi khuẩn nitrate có thể oxy hóa ammonium thành nitrite ( )và sau đó là

nitrate ( ). Nitrite là độc hại đối với cá và các loài thủy sản khác, nhƣng nó

thƣờng không tích lũy trong môi trƣờng bởi vì nó đƣợc nhanh chóng chuyển thành

22

nitrate trong một môi trƣờng hiếu khí. Ngoài ra, nitrit và nitrat có thể trải qua vi

khuẩn khử nitơ trong một môi trƣờng thiếu ôxy. Trong quá trình khử nitơ, nitrat

đƣợc chuyển thành nitrite, và sau đó tiếp tục chuyển đổi sang các hình thức nitơ khí

của nguyên tố nitơ (N2), nitơ oxit (N2O), nitric oxide (NO), hoặc oxit nitơ (NOx) các

hợp chất. nitrate hóa xảy ra dễ dàng trong môi trƣờng hiếu khí nhận đƣợc dòng suối

và đất khô trong khi quá trình khử nitơ có thể là đáng kể ở các vùng nƣớc phía dƣới

thiếu ôxy và đất bão hòa.

1.4 Tổng quan về vi khuẩ[n23]

Hiện nay vi khuẩn nitrate hóa đƣợc sử dụng rộng rãi trong xử lý nƣớc (nƣớc thải

công nghiệp, nƣớc thải sinh hoạt và nƣớc thải từ nuôi trồng thủy sản). Trong nuôi

trồng thủy sản, nhóm vi khuẩn nitrate hóa đƣợc sử dụng rất phổ biến trong lãnh vực

sản xuất giống thủy sản và nuôi thủy sản thâm canh. Quy trình sản xuất đƣợc thực

hiện thông qua hệ thống lọc sinh học tuần hoàn, nƣớc thải từ các bể ƣơng nuôi tôm

lý. Trong bể lọc sinh học, vi khuẩn Nitrosomonas sẽ chuyển hóa NH4

cá chứa hàm lƣợng NH3 (do tôm cá bài tiết ra) đƣợc đƣa vào bể lọc sinh học để xử - + thành NO2 - - thành NO3 (giai đoạn nitrite hóa), kế đến vi khuẩn Nitrobacter chuyển hóa NO2

(giai đoạn nitrate hóa). Nƣớc sau khi xử lý qua bể lọc sinh học hoàn toàn không độc

cho tôm cá và đƣợc đƣợc tái sử dụng để ƣơng nuôi tôm cá (đƣa trở lại bể ƣơng

nuôi). Trong suốt quá trình nuôi, nƣớc sẽ tuần hoàn trong một hệ thống kín và hoàn

toàn không thay nƣớc, chỉ có một lƣợng nhỏ nƣớc mới đƣợc cấp thêm vào hệ thống

đề bù đắp cho lƣợng nƣớc hao hụt do bốc hơi.

Giới thiệu một số chủng xử lý nitrate

1.4.1 Thiobacillus denitrificans[11]

1.4.1.1 Phân loại.

Giới: Bacteria.

Ngành: Proteobacteria.

Lớp: Betaproteobacteria

Bộ: Hydrogenophilales

Họ: Hydrogenophilaceae

23

Giống: Thiobacillus

Loài: Thiobacillus denitrificans

1.4.1.2 Đặc điểm.[17]

Thiobacillus denitrificans là vi khuẩn kích thƣớc nhỏ, hình que (0,5 x 1,0 –

3,0µm), gram âm, roi có cực, dạng vi khuẩn tự dƣỡng hóa năng bắt buộc và là 1 chi

của lớp vi khuẩn phân giải protein dạng beta. Khác với vi khuẩn di dƣỡng hóa năng

oxy hóa lƣu huỳnh nhƣ Acidithiobacillus ferrooxidans, hiếu khí. T. denitrificans là

vi khuẩn hóa năng kỵ khí tùy nghi, sự kết hợp của quá trình oxy hóa hợp chất vô cơ

lƣu huỳnh đến giảm hợp chất oxy hóa nito nhƣ nitrate, nitrite, dinitrogen. Những điều kiện tối ƣu cho quá trình khử nitơ: pH=6.85, ở nhiệt độ 32,80C. Điều kiện tối ƣu cho sự tăng trƣởng là pH=6,9, nhiệt độ là 29,50C. Chúng đƣợc tìm thấy trong

đất, bùn, nƣớc ngọt và biển trầm tích, nƣớc thải và ao xử lý chất thải công nghiệp

trong điều kiện thiếu oxy. Trong môi trƣờng nhân tạo môi trƣờng nuôi cấy đầu tiên

đƣợc phát hiện bởi Beijerinck (Beijerinck, 1904).

có

Hình 1.3: tế bào vi khuẩn T.denitrificans có dạng hình que ngắn

Tế bào T.denitrificans bắt màu với DAPI (xanh). Những tế bào này có thể di

động đƣợc nhờ một roi có cực. khuẩn lạc thuần khiết màu trắng sữa sẽ đƣợc quan

sát thấy trên môi trƣờng yếm khí thiosufate hoặc nitrate agar, có thể chuyển thành

24

màu trắng khi tác dụng với lƣu huỳnh sau một thời gian. Khí nitơ sẽ đƣợc sản xuất

ra trong môi trƣờng yếm khí, kết quả là môi trƣờng agar bị nứt.

T. denitrificans phát triển chậm và không có pha ổn định rõ ràng. Tốc độ

tăng trƣởng tối đa là 2,245 mg/(Lh) ở giai đoạn phase tăng trƣởng (lũy thừa). Trong

quá trình phát triển pH của môi trƣờng giảm đáng kể. Một vài nghiên cứu cho rằng

môi trƣờng có nồng độ muối cao hạn chế hoạt động khử nito của T.denitrificans.

Kết quả của một số nghiên cứu đã chứng minh T.denitrificans không có độc tố.

T. denitrificans giúp loại bỏ nitrate dƣ thừa từ nguồn nƣớc ngầm tự nhiên và

hệ thống xử lý nƣớc. Chúng là vi khuẩn đầu tiên và duy nhất để oxy hóa hợp chất

oxit của uranium hóa trị IV thành hợp chất khoáng oxit của uranium hóa tri VI trong

điều kiện kỵ khí, hợp chất này có tác dụng tích cực trong việc trung hòa uranium từ

nguồn nƣớc ngầm bị nhiểm uranium bằng cách giảm pha tĩnh ở dạng U(IV) nhờ

một số vi sinh vật, chẳng hạn nhƣ Geobacter sp.

1.4.1.3 Cơ chế loại bỏ nitrate của T.denitrificans

T.denitrificans tăng trƣởng trên môi trƣờng thiosulfate, tetrathionate, thionate

hiếu khí và cả trên môi trƣờng thiosulfate, tetrathionate, thionate, sulfide hoặc sulfur

nguyên tố.

Trƣớc đây, hóa học lƣợng pháp đƣợc miêu tả là một trong những phản ứng

điển hình mô tả sự tăng trƣởng của T.denitrificans trên môi trƣờng sulfide và sử

dụng sulfide nhƣ là nguồn năng lƣợng và nitrate là chất nhận điện tử cuối cùng dƣới

điều kiện yếm khí. Muối amoni và nitrate đƣợc sử dụng nhƣ là nguồn nitơ tốt. Quá

trình này xảy ra theo hai giai đoạn: Khử nitrate (NO3) thành nitrite (NO2); khử

(NO2) thành nitric oxide (NO), rồi nitrous oxide (N2O) rồi đến N và sau cùng là N2.

Trong điều kiện thiếu oxy xảy ra quá trình oxy hóa amonium ky khí.

Ở T.denitrificans, sulfide bị oxy hóa bởi 1 loạt các phản ứng xúc tác nhờ

enzyme sulfide hoặc sulfite oxidoreductase đƣợc tìm thấy ở vi khuẩn phân hủy

sulfate và quá trình oxy hóa lƣu huỳnh nguyên tố bởi T.denitrificans theo thứ tự ban

đầu làm giảm sulfide (hợp chất lƣu huỳnh với một nguyên tố khác), sau đó quá trình

oxy hóa lam giảm sulfite (muối của acid sulfuro).

25

Ngoài ra, T.denitrificans có thể sử dụng giảm lƣợng sắt và lƣu huỳnh trong

hợp chất khoáng ít tan (hợp chất này đƣợc xem là chất nhƣờng điện tử). Các nghiên

cứu về việc cố định carbon dioxide của T.denitrificans cho thấy rằng nó có khả

năng tổng hợp hexose phosphate từ carbon dioxide bởi một cơ chế tuần hoàn cũng

tƣơng tự nhƣ cơ chế đƣợc tìm thấy trong cây xanh. ở cấp độ gene T.denitrificans

biểu hiện ở dạng I RubisCO dƣới điều kiện hiếu khí và dạng II RubisCO dƣới điều

kiện yếm khí. Phát hiện này không chỉ cho thấy các cơ chế khác nhau có ảnh hƣởng

đến hiệu suất cố định CO2 của T.denitrificans và cũng cung cấp một số hiểu biết về

khả năng oxy hóa hợp chất lƣu huỳnh trong diều kiện hiếu khí và khử nitơ.

1.4.1.4 Ứng dụng.

T. denitrificans là sinh vật chiếm ƣu thế trong môi trƣờng sống giàu nitrate.

Có một điều đáng quan tâm với T. denitrificans trong xử lý môi trƣờng, đặc biệt để

loại bỏ nitrate. Hàm lƣợng nito vƣợt quá giới hạn có thể gây ra những vấn đề nhƣ

gây ra hiện tƣợng phú dƣỡng và hội chứng methemoglobin làm mất khả năng vận

hành oxy, có thể dẫn đến tử vong và nguyên nhân là do xả nƣớc thải, sử dụng quá

mức phân bón. T. denitrificans là vi khuẩn khử nitơ, không cần nguồn cacbon nào

khác thêm vào quá trình này. Chúng đƣợc xem là một giải pháp khả thi để loại bỏ

nitrate từ nƣớc ngầm và nƣớc mặt đã bi ô nhiễm, cũng nhƣ xử lý nƣớc thải với nông

độ nitrate cao nhƣ nƣớc rĩ rác. Chúng có hiệu quả trong việc loại bỏ nitrate trong

thời gian dài, ngoài ra khả năng loại bỏ nitrite cũng rất tốt.

T. denitrificans cũng đƣợc xem xét để loại bỏ sulfite, nguồn chất thải giàu

sulfide nhƣ: khí chua và nƣớc, chất ăn mòn. Hợp chất lƣu huỳnh trong môi trƣờng

có độc tính cao, mùi khó chịu, tinh chất ăn mòn và nhu cầu oxy cao. Quá trình oxy

hóa sulfide hiếu khí là phƣơng pháp ƣa thích để loại bỏ sulfide trong nƣớc thải công

nghiệp.

1.4.2 Pseudomonas stutzeri

1.4.2.1 Nguồn gốc[19]

Vi khuẩn Pseudomonas stutzeri đƣợc phân lập đầu tiên bởi Burri và Stutzer

vào năm 1895 (Burri và Stutzer, 1895) và đƣợc xem nhƣ là Bacillus denitrificans II,

26

sau đó Van Niel và Allen đặt tên là Pseudomonas stutzeri (Van Niel và Allen,

1952). Các đặc điểm kiểu hình và chức năng của nó đƣợc mô tả chính xác bởi

Lehman và Neumann vào năm 1927 (Lehman, K. B và Neumann, 1896-1927)

1.4.2.2 Phân loại[19]

Ngành: Proteobacteria

Lớp: Gammaproteobacteria

Bộ: Pseudomonadales.

Họ: Pseudomonadaceae

Loài: Pseudomonas stutzeri

Các nghiên cứu về trình tự 16S rRNA cho thấy chúng tƣơng đồng với các

loài nhƣ P.mendocinia, P.alcaligenes, P.pseudoalcaligenes và P.balearica

(Obradors và ctv, 1991).

Năm 1952, C.B. van Neil và M. B. Allen đã công khai trong nhật ký của họ

về lịch sử của P. stutzeri: “Trong hai thập kỉ một số chủng vi khuẩn có khả năng

khử nitơ đã đƣợc phân lập và mô tả đặc điểm. Một nghiên cứu trong các tài liệu này

cho thấy Burri và Stutzer (1895) là những ngƣời đầu tiên mô tả chi tiết các đặc điểm

để nhận ra các sinh vật này. Đặc điểm đăc biệt này là của Bacillus denitrificans II,

một sinh vật phân bố rộng rãi và có những đăc trƣng riêng, chúng đƣợc phân lập từ

rơm, phân xanh, nƣớc kênh…và quá trình khử nitơ của nó thì rất phổ biến và dễ

nhận biết”. Các tên gọi khác nhau về vi khuẩn khử nitơ này đã đƣợc đặt kể từ khi

chúng đƣợc khám phá trong tài liệu của van Neil và Allen 1952 (C.B. van Neil và

M. B. Allen, 1952). Các tên gọi bao gồm: Bacterium stutzeri, Bacillus nitrogenes,

Bacillus stutzeri, Achromobacter sewerinii, Pseudomonas stutzeri và

Achromobacter stutzeri.

1.4.2.3 Đặc điểm sinh lý và điều kiện sống[12]

P. stutzeri là một loài vi khuẩn có mặt ở nhiều nơi trên trái đất, nó có khả

năng thúc đẩy quá trình nitrite hóa và khử đạm (Zumft, 1992), đặc biệt nó có mặt ở

những nơi có nhiều nitrogen nhƣ nguồn nƣớc bị ô nhiễm ammonia từ ao cá, tôm và

trại chăn nuôi (Lee và ctv, 2002).

27

Chi Pseudomonas là một trong những chi đa dạng và có ý nghĩa sinh thái

nhất trên trái đấtvà giữ vai trò quan trọng trong chu trình carbon và nitrogen P.

stutzeri là loài có ý nghĩa nhất trong chi này bởi vì chúng có thể biến dƣỡng nhiều

nguồn carbon khác nhau, đặc biệt chúng có thể khoáng hóa nhiều chất ô nhiễm

nguồn gốc hữu cơ và vô cơ trong điều khiện hiếu khí lẫn kỵ khí và chúng xuất hiện

trong nhiều môi trƣờng khác nhau (ô nhiễm dầu thô, bệnh viện). Nhiều chủng P.

stutzeri có khả năng phân hủy đƣợc các dung môi hữu hay polyethylene glycols, đặc

biệt loài vi khuẩn này có khả năng loại bỏ nitrogen trong môi trƣờng nƣớc rất tốt vì

chúng có đủ các gen nir, nos, nor, nhất là oxy hóa ammonia rất nhanh (Zumft,

1997).

Chủng P. stutzeri có thể phát triển trong môi trƣờng chỉ có một lƣợng nhỏ

ammonium hoặc nitrate và một phân tử hữu cơ nhƣ là một nguồn carbon duy nhất

vàlà nguồn năng lƣợng cho sự phát triển của chúng. Không cần thêm các yếu tố

tăng trƣởng khác. Chúng không phát triển ở môi trƣờng acid. P. stutzeri có sự trao

đổi chất qua đƣờng hô hấp và oxy là chất nhận điện tử cuối cùng. Tuy nhiên, chúng

có thể sử dụng nitrate để làm chất nhận điện tử thay thế và có thể thực hiện quá

trình khử oxy. Quá trình khử này có thể bị cản trở hoặc chỉ có thể xuất hiện sau khi

chuyển nitrate vào môi trƣờng dƣới điều kiện kỵ khí. Sự phân hủy oxy của các hợp

chất thơm liên quan đến sự tham gia của các mono- và dioxygenase. Thông thƣờng,

catechol hoặc protocatechuate là trung tâm trung gian trong phản ứng này.(

Obradors và Aguilar, 1991) đã chứng minh rằng polyethylene glycol đƣợc phân hủy

thành ethylene glycol, một loại cơ chất đƣợc sử dụng bởi P. stutzeri (Obrador và

ctv, 1991). Tất cả các chủng P. stutzeri cho kết quả âm tính với phản ứng

“dihydrolase”. Chúng không sử dụng glycogen và cũng không làm tan gelatin.

1.4.2.4 Đặc điểm chung[22,23]

Tế bào có hình que, dài 1 đến 3μm, rộng 0.5 μm. Khuẩn lạc có hình dạng

không kiên định khi đƣợc phân lập trực tiếp, khuẩn lạc có dạng sần, khô, bám chặc

với nhau. P. stutzeri có gram âm, hình que, di chuyển bằng một cực của tiên mao. - giải phóng N2. P.stutzeri có thể Nó không có sắc tố và có khả năng loại nitơ từ NO3

28

tăng trƣởng trong môi trƣờng amylase, maltose và tinh bột nhƣng không phát triển

trong gelatinase. Vi khuẩn P.stutzeri hiếu khí, phân bố rộng rãi trong các vùng địa

lý nhƣng đƣợc tìm thấy chủ yếu trong đất và nƣớc. Nhiều dòng đƣợc phân lập từ

các mẫu bệnh lý. Chúng có khả năng chuyển hóa, làm giảm các chất độc cho môi

trƣờng và các hợp chất có trọng lƣợng phân tử cao nhƣ polyethylene glycols

(Obradors và ctv., 1991).

Pseudomonas stutzeri là loại vi khuẩn khử nitrate, không phát quỳnh quang.

1.4.2.5 Đặc điểm hình thái và cấu trúc khuẩn lạc.[14]

Tế bào thuộc loại di động và phần lớn là một lông roi. Một số chủng có roi

ngắn ở phía bên.Những roi ngắn ở bên có thể dễ dàng bị gãy trong quá trình thao tác

nhuộm lông roi (Palleroni và ctv, 1970). Những roi này tham gia chung với những

lông roi chính và giúp cho quá trình di chuyển trên bề mặt rắn của vi khuẩn

(Shinoda và ctv, 1977). Theo thống kê số lƣợng tế bào lông roi có thể đạt rất cao ở

giai đoạn đầu của pha tăng trƣởng (Lautrop và ctv, 1964).

Cả roi và tiên mao rất quan trọng cho các khuẩn lạc sống trên bề mặt sinh học và

phi sinh học, đặc biệt là trong việc hình thành ban đầu của các khuẩn lạc nhỏ. P.

stutzeri sở hữu cả roi và tiêm mao nhƣng chúng không đƣợc xem là thành viên của

các vi khuẩn có màng sinh học tự nhiên.

Về hình thái khuẩn lạc có thể đƣợc phân biệt bởi hình dạng và tính thống

nhất bất thƣờng của chúng.

29

Hình 1.4: Khuẩn lạc P. stutzeri có nếp nhăn, màu hơi đỏ nâu, khô và dính chặt

với nhau.

Khuẩn lạc đƣợc phân lập thì kết dính và có nếp nhăn, có màu đỏ nâu, không

có màu vàng. Chúng thƣờng cứng, khô và dính chặt với nhau. Chúng di chuyển dễ

dàng trên bề mặt rắn. Khuẩn lạc có hình dạng nhƣ miệng núi lửa với đỉnh cao,

thƣờng có nhánh và đồng nhất và chúng có kết cấu rất chặt đƣợc so sánh với cấu

trúc của san hô. Có thể có lớp nhày phồng lên ở ngoài rìa so với các khu vực khác.

Thƣờng có cấu trúc đa giác không đều hoặc các khu vực đồng tâm. Cấu trúc khuẩn

lạc không đồng nhất chúng thay đổi theo thời gian. Sau nhiều lần cấy chuyển trên

môi trƣờng nhân tạo ở phòng thí nghiệm, khuẩn lạc có thể trở nên nhẵn hơn và màu

nhạt hơn. Khuẩn lạc lúc này sắp tách rời ra. Thuộc tính này thì hiếm và thƣờng giới

hạn ở các vi khuẩn ở biển. (Sorokin và ctv,1999) đã diễn tả rất chi tiết hình thái của

khuẩn lạc, sự khác nhau giữa khuẩn lạc type-R và type-S. Khuẩn lạc type-R thì

30

không có khả năng di động, nhƣng khuẩn lạc type-S thì sản sinh cả 2 loại khuẩn lạc dƣới điều kiện thích hợp. Khuẩn lạc nhẵn phát triển trên đĩa ở 300C và ủ ở 40C trong

24 giờ thì thƣờng xuất hiện các nếp nhăn (Lalucat và ctv, 2006).

P. stutzeri là loài thuộc nhóm không chứa sắc tố của chi, mặc dù khuẩn lạc

của một số chủng trở thành màu nâu sẫm. Điều này là do nồng độ cytochrome c cao

trong tế bào. Không khuếch tán sắc tố trên đĩa thạch (Lalucat và ctv, 2006).

1.4.2.6 Hoạt tính sinh học.[22]

Chúng có khả năng chuyển hóa, làm giảm các chất độc cho môi trƣờng và

các hợp chất có trọng lƣợng phân tử cao nhƣ polyethylene glycols (Obradors và

ctv., 1991).

Gần đây nhiều nhà khoa học đang chú ý đến khả năng chuyển hóa chuyên biệt

của nó:

Một vài dòng có thể chuyển hóa các hợp chất thơm nhƣ naphthalene và

mathylnapthalenes Hai hợp chất thơm này hiện diện nhiều trong dầu thô, là chất có

tiềm năng gây độc (Cerniglia, 1984).

P.stutzeri đƣợc đề cập nhƣ một hệ thống khử nitrate vì nó có khả năng là

giảm nitrate chuyển khí N2 (Cuypers và Zumft, 1992).

Một số loài có khả năng biến đổi tự nhiên, là đối tƣợng thích hợp cho các

nghiên cứu về sự biến đổi gen trong môi trƣờng. P.stutzeri đƣợc phân lập từ động

vật, môi trƣờng bệnh viện và các mẫu bệnh ở ngƣời (Balows và ctv, 1991).

Ớ Việt Nam ta, các chủng vi khuẩn địa phƣơng khử đạm mạnh, phù hợp với điều

kiện sinh thái địa phƣơng có thể ứng dụng vào xử lý môi trƣờng nƣớc đã đƣợc các

nhà khoa học nghiên cứu, đặc biệt gần đây nhất là đề tài phân lập vi khuẩn

Pseudomomas stutzeri có khả năng khử đạm mạnh trong nƣớc thải ao cá tra ở Đồng

Bằng Sông Cửu Long và ứng dụng nó vào xử lý nƣớc thải (Cao Ngọc Điệp và ctv,

2009).

31

1.4.2.7 Cơ chế khử của P. Stutzeri[18, 19]

Theo kết quả phân tích mẫu nƣớc thu đƣợc từ các ao cá cho thấy hàm lƣợng đạm

và lân tổng số khá cao, tổng chất rắn lơ lửng cao trong khi vi khuẩn colifrom vẫn

còn trong giới hạn cho phép theo qui dịnh số 02/2006 của Bộ Thủy Sản.

Có 15 dòng vi khuẩn đƣợc phân lập từ chất thải ao nuôi cá tra dọc theo sông

Tiền và sông Hậu bằng môi trƣờng SW – LB (môi trƣờng nƣớc biển nhân tạo Luria

– Britani) bổ sung với 10 mM và . 11 dòng xác định là vi khuẩn

Pseudomomas stutzeri dựa trên mức độ tƣơng đồng PCR – 16S rRNA dùng các

primers phổ biến và chuyên dụng. Có 4 dòng là có hiệu quả trong việc làm giảm các

mức N hòa tan (NH4, NO2 and NO3) trong nƣớc ao cá từ mức ban đầu là 10mg/L

xuống gần bằng 0 sau 4 ngày xử lý. Các thí nghiệm khác đang đƣợc tiến hành để

xác định phƣơng thức mà N bị mất từ dung dịch và nồng độ ammonia bị oxy hóa,

và nồng độ của nitrite và nitrate bị khử bị khử bởi dòng Pseudomomas stutzeri (Cao

Văn Phụng, 2007)

Quá trình khử đạm đƣợc coi nhƣ là một tiến trình then chốt trong chu trình

nitơ. Quá trình này hầu nhƣ là sự tập hợp của sự hô hấp nitrate, nitrite, kết hợp với

sự khủ oxit và hô hấp nitơ oxit

Nitrite Nitrite oxit Dinitơ oxit Khí nitơ

Nitrate -) (NO) (NO3 (NO2 (N2O) (N2)↑

Dạng oxy hóa khử:

2NO3 + 10e- + 12H+ N2↑ + 6H2O

Các loài vi khuẩn tham gia là Paracoccus denitrificans, Thiobaccillus

denitrificans, và những loài Pseudomonas, Clostridium.

Dƣới tác dụng của các loài vi sinh vật:

HNO3→ HNO2→HNO →NO2→N2 + H

NH4Cl + HNO2→HCl + H2O + N2

R-NH2 + HNO2→R-OH + H2O + N2

R-CH(NH2)COOH + HNO2 →R-CHOHCOOH + H2O + N2

R-CO-NH2 + HNO2→ R-COOH + H2O + N2(Lee et al., 2002).

32

1.4.2.8 Ứng dụng2[1, 2]

Hiện nay phƣơng pháp xử lý vi sinh đang đƣợc các nhà khoa học trong nƣớc

ta đặc biệt chú ý vì có nhiều ƣu điểm xử lý hiệu quả của nó. Những nghiên cứu này

đã chứng minh cho ta thấy đƣợc chất lƣợng nƣớc kênh rạch đã đƣợc cải thiện khi

nƣớc thải và bùn đáy ao đƣợc xử lý bằng cách dùng cho ruộng sản xuất lúa. Điều

này sẽ cung cấp bằng chứng rõ là chiến lƣợc xử lý hiện hữu và làm căn bản cho việc

thực hiện trên diện rộng của phƣơng pháp xử lý này ở vùng Đồng Bằng Sông Cửu

Long. Định hƣớng về kinh tế để nông dân chấp nhận để sử dụng nƣớc và bùn đáy

ao cho canh tác lúa tiết kiệm đƣợc từ 33 – 67% chi phí dành cho phân bón có đƣợc

bằng cách thay thế một phần chất thải ao nuôi bón cho ruộng lúa (Thông tin kinh tế

xã hội tỉnh Tiền Giang, 2009).

Theo một số bằng chứng từ dự án: “Xử lý và tái chế nƣớc và chất rắn từ ao

nuôi cá vùng đồng bằng sông Cửu Long để cải thiện đời sống và giảm ô nhiễm

nƣớc” thì vấn đề cải tạo môi trƣờng nƣớc làm giảm nhẹ gánh nặng tác động của

kinh tế lên môi trƣờng, mà điển hình là vi khuẩn Pseudomonas stutzeri có khả năng

làm giảm hàm lƣợng nitrogen, amoni, … trong nƣớc ở những nuôi cá tra, basa,…

tăng hiệu quả kinh tế, cải thiện cuộc sống cho ngƣời dân (Cao Văn Phụng, 2010).

Tuy nhiên ở nƣớc ta vấn đề nghiên cứu này đã và đang đƣợc nghiên cứu ứng

dụng vào quy trình nhiều hạn hẹp và chƣa đƣợc ứng dụng rộng rải.

1.4.3 Paracoccus denitrificans

1.4.3.1 Nguồn gốc[5]

Trƣớc đây chúng đƣợc biết đến với tên là Micrococcus denitrificans, nó

đƣợc phân lập đầu tiên vào năm 1910 bởi Martinus Beijerinck một nhà vi sinh vật

học ở Hà Lan. Vi khuẩn P. denitrificans đƣợc phân loại vào năm 1969 bởi D. H.

Davis (Davis và ctv, 1969).

1.4.3.2 Phân loại[5]

Giới: Bacteria

Ngành: Proteobacteria

Lớp: α Proteobacteria

33

Bộ: Rhodobacterales

Họ: Rhodobacteraceae

Giống: Paracoccus

Loài: Paracoccus denitrificans

Tên khoa học: Paracoccus denitrificans (Davis, 1969)

1.4.3.3 Đặc điểm sinh học.[8]

Hình 1.5: tế bào vi khuẩn Paracoccus denitrificans

P. denitrificans là vi khuẩn Gram âm, không di động, vi khuẩn khử nitơ (giảm

nitrate). Nó là vi khuẩn hình que nhƣng nó có thể giả hình cầu trong giai đoạn ổn

định (Copeland A, 2006). Giống nhƣ tất cả các vi khuẩn gram âm, tế bào có màng

đôi với vách tế bào.

Sự trao đổi chất của P. denitrificans rất linh hoạt và đƣợc giử lại trong đất cả môi

trƣờng hiếu khí lẫn kỵ khí. Vi khuẩn này có khả năng sống trong nhiều loại môi

trƣờng khác nhau. Chúng có thể có đƣợc năng lƣợng từ các hợp chất hữu cơ nhƣ

methanol, methylamine và từ các hợp chất vô cơ nhƣ hydrogen và sulfur. Nhờ khả

năng chuyển hóa các hợp chất của hydro và sulfur nhƣ thiosulfate nên các vi khuẩn

này đƣợc xem nhƣ một mô hình để nghiên cứu việc biến đổi các hợp chất lƣu huỳnh

chƣa đƣợc biết đến.

Đặc tính khử nitơ của P. denitrificans là nguyên nhân quan trọng làm mất

mát nitơ trong đất nông nghiệp. Điều này có thể là do quá trình hóa học gọi là “khử

34

nitơ” trong đó nitơ đƣợc chuyển đổi thành dinitrogen để sản xuất oxit nitric và oxit

nito gây nên sự mất nito của khí quyển.

Một số chủng P. denitrificans có thể đƣợc phân lập và phát triển trên môi

trƣờng nhân tạo sử dụng carbon disulfide và carbonyl sulfide làm nguồn năng

lƣợng. Chúng không gây hại cho con ngƣời.

Paracoccus là một chi có nhiều tác dụng về mặt hóa sinh, sở hữu một loạt

các chuyển hóa thông qua sự phân hủy hàng loạt các hợp chất. Do đó, nó có khả

năng đƣợc ứng dụng trong xử lý sinh học (Copeland A, 2006).

Đặc tính phân hủy nitơ của P. denitrificans đƣợc sử dụng để tạo ra các phản

ứng sinh học. Trong trƣờng họp này, một gel hình ống chứa 2 vi khuẩn, để loại bỏ

nito khỏi nƣớc thải. P. denitrificans làm giảm nitrite để tạo khí nito trong khi

Nitrosomonas europaea làm giảm amonia thành nitrite. Hệ thống này đơn giản hóa

quá trình loại bỏ nito khỏi nƣớc thải (Uemoto và Saiki, 1996).[16]

Một số chủng của P. denitrificans có thể sử dụng thiocyanate nhƣ nguồn

năng lƣợng, nên chúng có khả năng đƣợc sử dụng để làm sạch nƣớc thải bị ô nhiễm

thiocyanate từ các nhà máy luyện than cốc. Một số chủng khác có khả năng làm

giảm halobenzoates trong điều kiện kỵ khí và có thể phân hủy sulfonate dƣới điều

kiện phát triển kỵ khí (Copeland A, 2006).[15]

Chủng P. denitrificans đƣợc phân lập từ nƣớc thải đã qua xử lý để làm giảm

methylate amine trong cả 2 điều kiện kỵ khí và hiếu khí (Copeland A, 2006).

Sự tích lũy polyphosphate bởi P. denitrificans đƣợc thực hiện dƣới điều

kiện hiếu khí và kỵ khí. Quá trình tổng hợp polyphotphate này diễn ra với oxy hoặc

nitrate là chất nhận điện tử và có sự hiện diện của nguồn carbon từ bên ngoài. Các

sinh vật có khả năng tích lũy polyphophate thì có khả năng phân hủy photphate

trong nƣớc thải, trong các sinh vật này có P. denitrificans có khả năng phân hủy

vừa photphate vừa nitrate mà không cần phải xen kẻ điều kiện hiếu khí/kỵ khí hoặc

kỵ khí/hiếu khí (Marshall K. C và ctv, 1990). [16]

1.4.3.4 Ứng dụng.[4]

35