VI SINH VẬT TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC
I/ KHÁI NIỆM VỀ VI SINH VẬT:
Vi sinh vật là những cấu rúc nhỏ nhất của cơ thể sống, nhưng nó lại phân bố rộng nhất và
tham gia vào mọi quá trình sống mà bằng mắt thường chúng ta không thể thấy được. vi
sinh vật vô cùng phong phú và đa dạng về cả chủng loại và hình thù
Với một mức độ,và thành phần các vi sinh vật thích hợp thì chúng rất quan trọng trong
nước như phân hủy chất hữu cơ,tạo nguồn ôxi, cố định ni tơ còn không no gây ra cũng
không ít tác hại như ô nhiễm,phá hoại.
Các thủy vực nước ngọt như ao, hồ, hồ chứa (resevoir), kênh rạch,…là nguồn cấp nước
và thủy sản quan trọng đối với đời sống con người và động vật nuôi. Hiện nay do sự phát
triển kinh tế ồ ạt đã tạo ra sự ô nhiễm báo động đối với môi trường nói chung và các loại
hình ao, hồ nói riêng. Người ta từng cảnh báo nhiều lần về sự đổi mầu và mùi của nước,
tiếp theo là các biểu hiện khác như động vật thủy sinh chết hàng loạt,… Đó là những biểu
hiện điển hình của một thủy vực đã bị ô nhiễm. Nguyên nhân chính là sự phát triển qúa
độ của một số loài tảo và vi khuẩn lam (Cyanobacteria) ưa kiềm và hàm lượng dinh
dưỡng cao trong môi trường sống. Chúng ta có thể quan sát thấy rõ hiện tượng này qua sự
phát triển quá độ của Microcystis và một số vi khuẩn lam khác trong hồ Hoàn Kiếm và
nhiều hồ khác ở Hà Nội. Hơn nữa, nhiều loài vi khuẩn lam còn chứa độc tố gây hại cho
sinh vật khác và con người.
II/ VI SINH VẬT VÀ MÔI TRƯỜNG NƯỚC:
1. Các nguồn vi sinh vật trong môi trường nước
- Có thể từ đất do bụi bay lên, nguồn nước này chủ yếu bị nhiễm vi sinh vật trên bề mặt.
- Có thể do nước mưa sau khi chảy qua những vùng đất khác nhau cuôns theo nhiều vi
sinh vật nơi nước chảy qua.
- Do nước ngầm hoặc nguồn nước khác qua những nơi nhiễm bẩn nghiêm trọng.
- Số lượng và thành phần vi sinh vật thấy trong nước mang đặc trưng vùng đất bị nhiễm
mà nước chảy qua.
Ở môi trường nước ngọt, đặc biệt là những nơi luôn có sự nhiễm khuẩn từ đất, hầu hết
các nhóm vi sinh vật có trong đất đều có mặt trong nước, tuy nhiên với tỷ lệ khác biệt.
Nước ngầm và nước suối thường nghèo vi sinh vật nhất do ở những nơi này nghèo chất
dinh dưỡng. Trong các suối có hàm lượng sắt cao thường chứa các vi khuẩn sắt như
Leptothrix ochracea. Ở các suối chứa lưu huỳnh thường có mặt nhóm vi khuẩn lưu huỳnh
màu lục hoặc màu tía. Những nhóm này đều thuộc loại từ dưỡng hoá năng và quang
năng. Ở những suối nước nóng thường chỉ tồn tại các nhóm vi khuẩn ưa nhiệt như
Leptothrix thermalis.
Ở ao, hồ và sông do hàm lượng chất dinh dưỡng cao hơn nước ngầm và suối nên số
lượng và thành phần vi sinh vật phong phú hơn nhiều. Ngoài những vi sinh vật tự dưỡng
còn có rất nhiều các nhóm vi sinh vật dị dưỡng có khả năng phân huỷ các chất hữu cơ.
Hầu hết các nhóm vi sinh vật trong đất đều có mặt ở đây. Ở những nơi bị nhiễm bẩn bởi
nước thải sinh hoạt còn có mặt các vi khuẩn đường ruột và các vi sinh vật gây bệnh khác.
Tuy những vi khuẩn này chỉ sống trong nước một thời gian nhất định nhưng nguồn nước
thải lại được đổ vào thường xuyên nên lúc nào chúng cũng có mặt. Đây chính là nguồn ô
nhiễm vi sinh nguy hiểm đối với sức khoẻ con người.
Ở những thuỷ vực có nguồn nước thải công nghiệp đổ vào thì thành phần vi sinh vật cũng
bị ảnh hưởng theo các hướng khác nhau tuỳ thuộc vào tính chất của nước thải. Những
nguồn nước thải có chứa nhiều axit thường làm tiêu diệt các nhóm vi sinh vật ưa trung
tính có trong thuỷ vực.
Tuy cũng là môi trường nước ngọt nhưng sự phân bố của vi sinh vật ở hồ và sông rất
khác nhau. Ở các hồ nghèo dinh dưỡng, tỷ lệ vi khuẩn có khả năng hình thành bào tử
thường cao hơn so với nhóm không có bào tử. Ở các tầng hồ khác nhau sự phân bố của vi
sinh vật cũng khác nhau. Ở tầng mặt nhiều ánh sáng hơn thường có những nhóm vi sinh
vật tự dưỡng quang năng. Dưới đáy hồ giàu chất hữu cơ thường có các nhóm vi khuẩn dị
dưỡng phân giải chất hữu cơ. Ở những tầng đáy có sự phân huỷ chất hữu cơ mạnh tiêu
thụ nhiều ôxy tạo ra những vùng không có ôxy hoà tan thì chỉ có mặt nhóm kỵ khí bắt
buộc không có khả năng tồn tại khi có oxy.
Ở môi trường nước mặn bao gồm hồ nước mặn và biển, sự phân bố của vi sinh vâth khác
hẳn so với môi trường nước ngọt do nồng độ muối ở những nơi này cao. Tuỳ thuộc vào
thành phần và nồng độ muối, thành phần và số lượng vi sinh vật cũng khác nhau rất
nhiều. Tuy nhiên tất cả đều thuộc nhóm ưa mặn ít có mặt ở môi trường nước ngọt. Có
những nhóm phát triển được ở những môi trường có nồng độ muối cao gọi là nhóm ưa
mặn cực đoan. Nhóm này có mặt ở cả các ruộng muối và các thực phẩm ướp muối. Đại
diện của nhóm này là Halobacterium có thể sống được ở dung dịnh muối bão hoà. Có
những nhóm ưa mặn vừa phải sống ở nồng độ muối từ 5 đến 20%, nhóm ưa mặn yếu
sống được ở nồng độ dưới 5%. Ngoài ra có những nhóm chịu mặn sống được ở môi
trường có nồng độ muối thấp, đồng thời cũng có thể sống ở môi trường nước ngọt.
Các vi sinh vật sống trong môi trường nước mặn nói chung có khả năng sử dụng chất
dinh dưỡng có nồng độ rất thấp. Chúng phát triển chậm hơn nhiều so với vi sinh vật đất.
Chúng thường bám vào các hạt phù sa để sống. Vi sinh vật ở biển thường thuộc nhóm ưa
lạnh, có thể sống được ở nhiệt độ từ 0 đến 40C. Chúng thường có khả năng chịu được áp
lực lớn nhất là ở những vùng biển sâu.
Nói chung các nhóm vi sinh vật sống ở các nguồn nước khác nhau rất đa dạng về hình
thái cũng như hoạt tính sinh học. Chúng tham gia vào việc chuyển hoá vật chất cũng như
các vi sinh vật sống trong môi trường đất. Ở trong môi trường nước cũng có mặt đầy đủ
các nhóm tham gia vào các chu trình chuyển hoá các hợp chất cacbon, nitơ và các chất
khoáng khác. Mối quan hệ giữa các nhóm với nhau cũng rất phức tạp, cũng có các quan
hệ ký sinh, cộng sinh, hỗ sinh, kháng sinh như trong môi trường đất. Có quan điểm cho
rằng vi sinh vật sống trong môi trường nước và đất đều có chung một nguồn gốc ban đầu.
Do quá trình sống trong những môi trường khác nhau mà chúng có những biến đổi thích
nghi. Chỉ cần một tác nhân đột biến cũng có thể biến từ dạng này sang dạng khác do cơ
thể và bộ máy di truyền của vi sinh vật rất đơn giản so với những sinh vật bậc cao.
Ngày nay các nguồn nước, ngay cả nước ngầm và nước biển ở những mức độ khác nhau
đã bị ô nhiễm do các nguồn chất thải khác nhau. Do đó khu hệ vi sinh vật bị ảnh hưởng
rất nhiều và do đó khả năng tự làm sạch các nguồn nước do hoạt động phân giải của vi
sinh vật cũng bị ảnh hưởng.
2. Sự phân bố vi sinh vật trong nước:
Vi sinh vật có mặt ở khắp nơi trong các nguồn nước. Sự phân bố của chúng hoàn toàn
không đồng nhất mà rất khác nhau tuỳ thuộc vào đặc trưng của từng loại môi trường. Các
yếu tố môi trường quan trọng quyết định sự phân bố của vi sinh vật là hàm lượng muối,
chất hữu cơ, pH, nhiệt độ và ánh sáng. Nguồn nhiễm vi sinh vật cũng rất quan trọng vì
ngoài những nhóm chuyên sống ở nước ta còn có những nhóm nhiễm tù các môi trường
khác vào. Ví dụ như từ đất, từ chất thải của người và động vật.
Nước nguyên chất không phải là nguồn môi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển, vì
nước nguyên chất không phải là môi trường giàu dinh dưỡng. Trong nước có hoà tan
nhiều chất hữu cơ và muối khoáng khác nhau. Những chất hoà tan này rất thuận lợi cho
vi sinh vật sinh trưởng và phát triển.
3. Các vi sinh vật trong nước thải
Các vi sinh vật hiện diện trong nước thải bao gồm các vi khuẩn, vi rút, nấm, tảo, nguyên
sinh động vật, các loài động và thực vật bậc cao.
Các vi khuẩn trong nước thải có thể chia làm 4 nhóm lớn: nhóm hình cầu (cocci) có
đường kính khoảng 1- 3 mm; nhóm hình que (bacilli) có chiều rộng khoảng 0,3 -1,5 mm
chiều dài khoảng 1- 10,0 mm (điển hình cho nhóm này là vi khuẩn E. coli có chiều rộng
0,5mm chiều dài 2 mm); nhóm vi khuẩn hình que cong và xoắn ốc, vi khuẩn hình que
cong có chiều rộng khoảng 0,6- 1,0 mm và chiều dài khoảng 2- 6 mm; trong khi vi khuẩn
hình xoắn ốc có chiều dài có thể lên đến 50 mm; nhóm vi khuẩn hình sợi có chiều dài
khoảng 100 mm hoặc dài hơn. Các vi khuẩn có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ
trong tự nhiên cũng như trong các bể xử lý. Do đó đặc điểm, chức năng của nó phải được
tìm hiểu kỹ. Ngoài ra các vi khuẩn còn có khả năng gây bệnh và được sử dụng làm thông
số chỉ thị cho việc ô nhiễm nguồn nước bởi phân. Điều này sẽ bàn kỹ trong phần sau.
Nấm có cấu tạo cơ thể đa bào, sống hiếu khí, không quang hợp và là loài hóa dị dưỡng.
Chúng lấy dưỡng chất từ các chất hữu cơ trong nước thải. Cùng với vi khuẩn, nấm chịu
trách nhiệm phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải. Về mặt sinh thái học nấm có
hai ưu điểm so với vi khuẩn: nấm có thể phát triển trong điều kiện ẩm độ thấp và pH.
Không có sự hiện diện của nấm, chu trình carbon sẽ chậm lại và các chất thải hữu cơ sẽ
tích tụ trong môi trường.
Tảo gây ảnh hưởng bất lợi cho các nguồn nước mặt vì ở điều kiện thích hợp nó sẽ phát
triển nhanh bao phủ bề mặt ao hồ và các dòng nước gây nên hiện tượng "tảo nở hoa". Sự
hiện diện của tảo làm giảm giá trị của nguồn nước sử dụng cho mục đích cấp nước bởi vì
chúng tạo nên mùi và vị.
Nguyên sinh động vật có cấu tạo cơ thể đơn bào, hầu hết sống hiếu khí hoặc yếm khí
không bắt buộc chỉ có một số loài sống yếm khí. Các nguyên sinh động vật quan trọng
trong quá trình xử lý nước thải bao gồm các loài Amoeba, Flagellate và Ciliate. Các
nguyên sinh động vật này ăn các vi khuẩn và các vi sinh vật khác do đó, nó đóng vai trò
quan trọng trong việc cân bằng hệ vi sinh vật trong các hệ thống xử lý sinh học. Một số
nguyên sinh động vật gây bệnh cho người như Giardalamblia và Cryptosporium.
Động vật và thực vật bao gồm các loài có kích thước nhỏ như rotifer đến các loài giáp
xác có kích thước lớn. Các kiến thức về các loài này rất hữu ích trong việc đánh giá mức
độ ô nhiễm của các nguồn nước cũng như độc tính của các loại nước thải.
Vi rút là các loài ký sinh bắt buộc, các loại vi rút phóng thích ra trong phân người có khả
năng lây truyền bệnh rất cao. Một số loài có khả năng sống đến 41 ngày trong nước và
nước thải ở 20oC và 6 ngày trong nước sông bình thường.
Nước thải có chứa một lượng khá lớn các sinh vật gây bệnh bao gồm vi khuẩn, vi rút,
nguyên sinh động vật và các loại trùng. Nguồn gốc chủ yếu là trong phân người và gia
súc.
Năm 1986, Shuval và các cộng sự viên đã xếp loại các nhóm vi sinh vật này theo mức độ
gây nguy hiểm của nó đối với con người. Ông cũng đưa ra nhận xét là các tác hại lên sức
khỏe con người chỉ xảy ra đáng kể khi sử dụng hoặc phân tươi hoặc phân lắng chưa kỹ,
và các biện pháp xử lý thích đáng sẽ góp phần đáng kể trong việc bảo vệ sức khỏe con
người.
III/ SỰ PHÂN BỐ VI SINH VẬT TRONG NƯỚC:
1.Sự phân bố của vi sinh vật trong nước
Vi sinh vật có mặt khắp nơi trong nguồn nước. Các yếu tố môi trường quan trọng quyết
định sự phân bố của vi sinh vật là: hàm lượng muối, chất hữu cơ, pH, nhiệt độ và ánh
sang
Trong nước vi sinh vật được phân bố nhiều ở vùng duyên hải, vùng nước nông và ngay
cả ở vùng nước sâu, vùng đáy ao hồ,…
Số lượng và số loài vsv trong nước phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhất là hàm lượng chất
hữu cơ có trong nước, các chất độc hại, tia tử ngoại, pH môi trừong, những yếu tố có tính
chất quyết định đến sự tăng khối lượng vsv như các chất dinh dưỡng
Trong nước có nhiều loại vsv: vi khuẩn, nấm men, xoắn thể, nhưng chủ yếu vẫn là vi
khuẩn.
a.Sự phân bố trong các suối suối
Ở các vùng suối song: hệ vsv và số lượng vsv luôn thay đổi.
Ở gần thành phố: số lượng và thành phần vi khuẩn phong phú, còn ở phia xa thành phố
thì số lượng của chúng giảm đi.
Ở những vùng song bị nhiễm nước thải, số lượng tế bào nấm men tương đối lớn.
b. sự phân bố ở ao hồ
Ở các tầng hồ khác nhau sự phân bố của vsv cũng
khác nhau.Ở tầng mặt nhiều ánh sangs hơn thường
có những nhóm vsv tự dưỡng năng. Dưới đáy hồ
thường có nhóm vsv dị dưỡng phân giải chất hữu
cơ. Ở dưới tầng đáy thì chỉ có mặt nhóm yếm khí
bắt buộc không có khả năng tồn tại khi có oxi
Trong các hồ sạch, số lượng vi khuẩn lớn nhất
thường đạt vào thời gian mà chất dinh dưỡng sinh
ra lớn nhất
Càng xa bờ hàm lượng vsv càng giảm
Ở các tằng hồ khác nhau sự phân bố vsv cũng khác nhau.
c. Sự phân bố trong biển
Tùy thuộc vào thành phần và nồng độ muối, thành phần và số lượng vsv khác nhau rất
nhiều.
Các vsv sống trong môi trường nước mặn có khả năng sử dụng chất dinh dưỡng có nồng
độ thấp. Chúng phát triển chậm hơn nhiều so với vsv đất. Chúng thường bám vào các hạt
phù sa để sống.
Số lượng vsv gần bờ thường nhiều hơn ở xa bờ,
càng xa bờ số lượng vsv càng giảm nhanh
d. Sự phân bố trong phần lắng đọng trong các
thủy nội địa
Số lượng vsv trong thủy vực tăng mạnh trong
thời gian những cơn mưa lớn, những ngày nắng
thì số lượng vsv giảm đi.
Tại các lớp bùn trên cùng trong các thủy vực, đặc biệt là trong các hồ có rất nhiều vsv.
2. Vi sinh vật gây bệnh trong nước
Sinh vật có mặt trong môi trường nước ở nhiều dạng khác nhau. Bên cạnh các sinh vật có
ích có nhiều nhóm sinh vật gây bệnh hoặc truyền bệnh cho người và sinh vật. Trong số
này, đáng chú ý là các loại vi khuẩn, siêu vi khuẩn và ký sinh trùng gây bệnh như các loại
ký sinh trùng bệnh tả, lỵ, thương hàn, sốt rét, siêu vi khuẩn viêm gan B, siêu vi khuẩn
viêm não Nhật bản, giun đỏ, trứng giun v.v...
Nguồn gây ô nhiễm sinh học cho môi trường nước chủ yếu là phân rác, nước thải sinh
hoạt, xác chết sinh vật, nước thải các bệnh viện v.v... Để đánh giá chất lượng nước dưới
góc độ ô nhiễm tác nhân sinh học, người ta thường dùng chỉ số coliform. Đây là chỉ số
phản ánh số lượng trong nước vi khuẩn coliform, thường không gây bệnh cho người và
sinh vật, nhưng biểu hiện sự ô nhiễm nước bởi các tác nhân sinh học. Để xác định chỉ số
coliform người ta nuôi cấy mẫu trong các dung dịch đặc biệt và đếm số lượng chúng sau
một thời gian nhất định. Ô nhiễm nước được xác định theo các giá trị tiêu chuẩn môi
trường.
Hiện tượng trên thường gặp ở các nước đang phát triển và chậm phát triển trên thế giới.
Theo báo cáo của Ngân hàng thế giới năm 1992, nước bị ô nhiễm gây ra bệnh tiêu chảy
làm chết 3 triệu người và 900 triệu người mắc bệnh mỗi năm. Đã có năm số người bị mắc
bệnh trên thế giới rất lớn như bệnh giun đũa 900 triệu người, bệnh sán máng 600 triệu
người. Để hạn chế tác động tiêu cực của ô nhiễm vi sinh vật nguồn nước mặt, cần nghiên
cứu các biện pháp xử lý nước thải, cải thiện tình trạng vệ sinh môi trường sống của dân
cư, tổ chức tốt hoạt động y tế và dịch vụ cộng.
Một khám phá gây ngạc nhiên do các nhà khoa học thuộc viện Carngie phát hiện đã
mang lại bước tiến mới cho nghiên cứu về quá trình quang hợp vốn được cho là một quá
trình sinh học quan trọng nhất trên Trái đất.
hai nghiên cứu do Arthur Grossman cùng đồng nghiệp thực hiện đã cho thấy một số loại
vi sinh vật sống dưới biển đã tiến hóa một phương thức
quang hợp không tuân theo quy luật kể trên. Chúng tạo ra
được một phần năng lượng đáng kể mà không cần hấp thụ
khí cacbonic hay giải phóng khí oxi. Khám phá của Arthur
Grossman không chỉ gây chấn động đến những hiểu biết cơ
bản của các nhà khoa học về quá trình quang hợp, mà nó
còn có thể giúp giải đáp tại sao các vi sinh vật sống dưới
biển lại làm cho tỉ lệ khí cacbonic trong bầu khí quyển tăng
lên. Dòng vsv lien quan tới bệnh
truyền qua đương nước
