Vi sinh môi trường - Chương 1: Giới thiệu môn học

07/10/2011 1 ĐẤT NƯỚC KHÔNG KHÍ KHÔNG KHÍ ĐẤT NƯỚC 07/10/2011 2 Việc xử lý ô nhiễm môi trường được xử lý như thế nào? Có những biện pháp nào được sử dụng? Phương pháp sinh học PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ VI SINH MÔI TRƯỜNG ThS. PHẠM MINH NHỰT MỤC TIÊU MÔN HỌC • Giới thiệu tổng quát về vi sinh vật và vi sinh vật trong lĩnh vực môi trường • Tìm hiểu các công nghệ sử dụng vi sinh vật trong xử lý môi trường • Tìm hiểu về công nghệ vi sinh vật hiện đại trong bảo vệ môi trường và phát triển bền vững 07/10/2011 3 Cấu trúc môn học và hình thức đánh giá • Lý thuyết: 45 tiết = 35 tiết lên lớp + 10 tiết báo cáo seminar • Lên lớp đầy đủ • Seminar chuyên đề: 25% số điểm • Thi cuối khóa: 75% số điểm: thi tự luận ĐỀ CƯƠNG MÔN HỌC PHẦN I: ĐẠI CƯƠNG VỀ VSV MÔI TRƯỜNG Chương 1: Giới thiệu môn học Chương 2: Đại cương về VSV môi trường Chương 3: Khả năng chuyển hóa các hợp chất C trong môi trường tự nhiên trong VSV Chương 4: Khả năng chuyển hóa các hợp chất N trong môi trường tự nhiên trong VSV Chương 5: Khả năng chuyển hóa các hợp chất S và P trong môi trường tự nhiên trong VSV Chương 6: Ô nhiễm VSV Chương 7: VSV chỉ thị ĐỀ CƯƠNG MÔN HỌC PHẦN II: VSV VÀ CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC TRONG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG Chương 8: Công nghệ xử lý ô nhiễm hữu cơ trong nước bằng VSV Chương 9: Công nghệ xử lý chất rắn và chất khí ô nhiễm bằng VSV Chương 10: Hồ sinh học Chương 11: Công nghệ khống chế vi sinh vật môi trường Chương 12: Chuyển hóa hợp chất xenobiotic và KL trong công trình xử lý nước thải Chương 13: Công nghệ giám sát VSV và đánh giá chất lượng môi trường Chương 14: Công nghệ VSV hiện đại bảo vệ môi trường và phát triển bền vững Chương I: GIỚI THIỆU MÔN HỌC 1. Một số khái niệm 2. Vấn đề môi trường và sự phát triển của khoa học môi trường 3. Lịch sử phát triển 4. Nội dung và triển vọng của VSV môi trường 07/10/2011 4 Chương II: Đại cương về VSV học môi trường 2.1. Đại cương về vi sinh vật học 2.1.1. Đặc điểm chung của vi sinh vật 2.1.2. Giới thiệu một số nhóm vi sinh vật chủ yếu 2.1.3. Dinh dưỡng vi sinh vật 2.1.4. Sự tăng trưởng của vi sinh vật trong môi trường 2.2. Sự phân bố của vi sinh vật trong môi trường 2.2.1. Môi trường đất và sự phân bố của vi sinh vật trong môi trường đất 2.2.2. Môi trường nước và sự phân bố của vi sinh vật trong môi trường nước 2.2.3. Môi trường không khí và sự phân bố của vi sinh vật trong không khí Chương 3: Khả năng chuyển hóa các hợp chất C trong tự nhiên của VSV 3.1. Chu trình carbon trong tự nhiên 3.2. Vai trò của vi sinh vật trong chu trình Carbon 3.3. Sự phân giải một số hợp chất carbon của vi sinh vật 3.3.1. Sự phân giải cellulose 3.3.2. Sự phân giải tinh bột 3.3.3. Sự phân giải carbohydrate Chương 4: Khả năng chuyển hóa các hợp chất nitơ trong tự nhiên của VSV 4.1. Vòng tuần hoàn nitơ trong tự nhiên 4.2. Quá trình amon hóa 4.2.1. Sự amon hóa urea 4.2.2. Sự amon hóa protein 4.3. Quá trình nitrate hóa 4.3.1. Giai đoạn nitrite hóa 4.3.2. Giai đoạn nitrate hóa 4.4. Quá trình phản nitrate hóa 4.5. Quá trình cố định nitơ phân tử Chương 5: Khả năng chuyển hóa các hợp chất P và H trong môi trường của VSV 5.1. Khả năng chuyển hóa các hợp chất phospho trong tự nhiên của VSV 5.1.1. Vòng tuần hoàn phospho trong tự nhiên 5.1.2. Sự phân giải phospho hữu cơ trong đất do vi sinh vật 5.1.3. Sự phân giải phospho vô cơ do vi sinh vật 5.2. Khả năng chuyển hóa các hợp chất lưu huỳnh của vi sinh vật 5.2.1. Vòng tuần hòa lưu huỳnh trong tự nhiên 5.2.2. Sự oxy hóa các hợp chất lưu huỳnh 5.2.3. Sự khử các hợp chất lưu huỳnh vô cơ do vi sinh vật 07/10/2011 5 Chương 6: Ô nhiễm vi sinh vật 6.1. Nguyên nhân của vấn đề ô nhiễm vi sinh 6.1.1. Chất thải bệnh viện 6.1.2. Chất thải sinh hoạt và vệ sinh đô thị 6.2. Nhiễm trùng và khả năng chống đỡ của cơ thể 6.2.1. Sự nhiễm trùng và khả năng gây bệnh của vi sinh vật 6.2.2. Khả năng chống đỡ của cơ thể 6.3. Một số vi sinh vật gây bệnh chính 6.3.1. Nhóm vi khuẩn đường ruột 6.3.2. Nhóm vi khuẩn gây bệnh đường hô hấp 6.3.3. Một số nhóm vi khuẩn gây bệnh khác Chương 7: Vi sinh vật chỉ thị 7.1. Khái niệm vi sinh vật chỉ thị 7.2. Vi khuẩn Escherichia Coli 7.3. Vi khuẩn Streptococcus 7.4. Vi khuẩn Clostridium Chương 8: Công nghệ xử lý ô nhiễm hữu cơ trong nước bằng vi sinh vật 8.1. Công nghệ xử lý ô nhiễm hữu cơ trong nước bằng vi sinh vật hiếu khí 8.1.1. Phương pháp bùn hoạt tính 8.1.1.1. Kết cấu và chức năng của bùn hoạt tính 8.1.2. Phương pháp màng sinh học 8.1.3. Công nghệ xử lý vi ô nhiễm nguồn nước 8.1.4. Công nghệ xử lý nước thải chứa phenol bằng nấm men 8.2. Công nghệ xử lý ô nhiễm hữu cơ trong nước bằng vi sinh vật kỵ khí 8.2.1. Các phương pháp chủ yếu 8.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến xử lý ô nhiễm hữu cơ bằng vi sinh vật kỵ khí 8.2.3. Công nghệ xử lý nước thải liên hợp chất hữu cơ trong nước 8.2.3.1. Công nghệ xử lý phân giải hiếu khí 8.2.3.2. Phương pháp bùn hoạt tính kiểu gián cách (sequencing batch reactor - SBR) 8.2.3.3. Phương pháp vi khuẩn quang hợp (photosynthetic bacteria – PSB) 8.3. Công nghệ xử lý ô nhiễm nước bằng sinh thái vi sinh vật 8.3.1. Tác dụng tự làm sạch ô nhiễm hữu cơ trong nước của vi sinh vật 8.3.2. Bể oxy hóa Chương 9: Công nghệ xử lý chất rắn và chất khí ô nhiễm bằng vi sinh vật 9.1. Kỹ thuật ủ phân 9.1.1. Kỹ thuật ủ phân hiếu khí 9.1.2. Kỹ thuật ủ phân kỵ khí 9.1.3. Phân giải các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân giải trong phân ủ 9.1.4. Kỹ thuật xử lý chất thải hữu cơ vùi lấp 07/10/2011 6 Chương 10: Hồ sinh học 10.1. Hồ kỵ khí 10.2. Hồ kỵ hiếu khí 10.3. Hồ hiếu khí 10.4. Cấu tạo của hồ 10.5. Khả năng áp dụng của hồ sinh học Chương 11: Công nghệ khống chế vi sinh vật môi trường 11.1. Kỹ thuật khống chế vi sinh vật trong xử lý nước thải 11.1.1. Khử trùng bằng hóa chất 11.1.2. Khử trùng bằng tia cực tím 11.2. Kỹ thuật khống chế giàu dinh dưỡng nước 11.2.1. Nguyên lý và hiện trạng giàu dinh dưỡng nước ao hồ 11.2.2. Kỹ thuật khống chế giàu dinh dưỡng nước 11.2.2.1. Kỹ thuật vật lý, hóa học 11.2.2.2. Kỹ thuật vi sinh vật 11.2.2.3. Phương pháp công trình sinh thái 11.2.3. Kỹ thuật khống chế vi sinh vật trong nước sinh hoạt 11.2.3.1. Kỹ thuật khử vi sinh vật trong nước uống 11.2.3.2. Kỹ thuật khống chế vi sinh vật trong nước tuần hoàn công nghiệp Chương 12: Chuyển hóa sinh học hợp chất xenobiotic và kim loại trong công trình xử lý nước thải 12.1. Chuyển hóa sinh học hợp chất xenobiotic 12.1.1. Tác hại và chuyển hóa của xenobiotic trong cơ thể 12.1.2. Cơ sở sinh hóa của chuyển hóa sinh học hợp chất xenobiotic 12.1.3. Tác động của vi sinh vật đến quá trình khử độc của xenobiotic 12.2. Chuyển hóa sinh học kim loại 12.2.1. Chuyển hóa thủy ngân (Hg) 12.2.2. Chuyển hóa Asen (As) 12.2.3. Chuyển hóa selenium (Se) 12.2.4. Chuyển hóa một số kim loại khác Chương 13: Công nghệ giám sát VSV và đánh giá chất lượng môi trường 13.1. Kỹ thuật kiểm tra vi sinh vật mức phân tử 13.1.1. Kỹ thuật Polymerase Chain Reaction 13.1.2. Kỹ thuật kiểm tra enzyme vi sinh vật 13.2. Kỹ thuật kiểm tra vi sinh vật mức tế bào 13.2.1. Kỹ thuật kiểm tra vi sinh vật phát quang 13.2.2. Kỹ thuật kiểm tra vi khuẩn đánh giá chất lượng nước 13.2.2.1. Phương pháp MPN 13.2.2.2. Phương pháp màng lọc 07/10/2011 7 Chương 14: Công nghệ vi sinh vật hiện đại bảo vệ môi trường và phát triển bền vững 14.1. Công nghệ gene và bảo vệ môi trường 14.2. Công nghệ tế bào và bảo vệ môi trường 14.3. Công nghệ enzyme và bảo vệ môi trường 14.4. Công nghệ lên men và bảo vệ môi trường 14.5. Công nghệ sản xuất sạch 14.6. Vi sinh vật là sinh vật thân thiện với môi trường CHƯƠNG I GIỚI THIỆU MÔN HỌC NỘI DUNG 1. Một số khái niệm 2. Vấn đề môi trường và sự phát triển của khoa học môi trường 3. Lịch sử phát triển 4. Nội dung và triển vọng của VSV môi trường KHÁI NIỆM • Vi sinh vật học là môn khoa học nghiên cứu về các sinh vật và các tác nhân có kích thước rất nhỏ mà mắt không nhìn thấy được (vi sinh vật). • Vi sinh vật học môi trường là một phân nhánh của vi sinh vật học 07/10/2011 8 KHÁI NIỆM • Môi trường là tất cả mọi sự vật xung quanh, là thể tổng hợp của thế giới bên ngoài, con người, các sinh vật khác và phi sinh vật đều là những nhân tố môi trường. • Môi trường tự nhiên là tổng thể của tất cả vật chất, năng lượng và hiện tượng tự nhiên như ánh sáng, nhiệt độ, khí hậu, địa từ, không khí, nước, đất, đá, động thực vật, vi sinh vật và các nhân tố tự nhiên khác ảnh hưởng trực tiếp đến sự sinh tồn và phát triển sản xuất của con người. Chúng liên hệ với nhau, khống chế lẫn nhau. • Môi trường nhân tạo là các sự vật do hoạt động của con người tạo nên bao gồm vật chất, năng lượng, các sản phẩm tinh thần và cả mối quan hệ người với người hình thành trong hoạt động của con người. Môi trường nhân tạo được tạo thành bởi các nhân tố sức sản xuất, tiến bộ kỹ thuật, vật kiến trúc, sản phẩm và năng lượng, thể chế chính trị, hành vi xã hội, tín ngưỡng tôn giáo, văn hóa và địa phương. vi sinh vật là một thành viên của môi trường tự nhiên liên quan với các nhân tố tự nhiên khác. VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG SỰ PHÁT TRIỂN CỦA KHOA HỌC MT Vấn đề môi trường là hậu quả của sự phá hoại môi trường. Gồm có 2 vấn đề chủ yếu: • Vấn đề thứ nhất: sự phá hoại môi trường gây ra những biến đổi giới tự nhiên, ở trạng thái cục bộ khu vực • Vấn đề môi trường thứ hai: – khai thác, lợi dụng tài nguyên thiên nhiên không hợp lý làm xấu hoá chất lượng môi trường. – sự tăng dân số, đô thị hoá vỡ công nghiệp hóa phát triển nhanh gây ra sự ô nhiễm vỡ phá hoại môi trường. Lịch sử của vấn đề môi trường • Giai đoạn 1 sinh ra từ khi trước cách mạng công nghiệp Chặt phá rừng Chăn thả gia súc bừa bãi 07/10/2011 9 • Giai đoạn 2: từ cách mạng công nghiệp đến thập kỷ 50 thế kỷ 20 Sản xuất dầu mỏ và khí thiên nhiên • Giai đoạn 3 từ 1950 – 1980 T ố c đ ộ đ ô t h ị h ó a • Giai đoạn 4 từ thập kỷ 80 thế kỷ 20 đến nay, là giai đoạn cao trào lần thứ 2 của vấn đề môi trường. Bắt đầu xuất hiện ô nhiễm môi trường và phá hoại hệ sinh thái trong phạm vi rộng lớn Lịch sử phát triển VSV học và VSV môi trường • Thời Trung Quốc cổ đại 8000 năm, 4000 năm đã biết làm rượu và đã khá phổ biến. • Thời Ai Cập cổ đại 2500 năm, thế kỷ 9 trước công nguyên dùng vi khuẩn khai thác đồng. • Thế kỷ 16, Fracasoto phát hiện bệnh là do SV không nhìn thấy gây ra ... 07/10/2011 10 • Người đầu tiên mô tả chính xác vi sinh vật là Anton van Leeuwenhook Phá vỡ thuyết tự sinh • Louis Pasteur là người đã phá vỡ thuyết tự sinh Các công trình của Pasteur: • Đã phá thuyết tự sinh (Thế kỷ 17) • Miễn dịch học (1877) • Chứng minh sự lên men là do VSV • Khử trùng VSV 60-650C. Mối quan hệ giữa VSV và mầm bệnh • Sự chứng minh mối quan hệ này được Robert Koch thực hiện trực tiếp trên tác nhân gây bệnh than (Bacillus anthracis) 07/10/2011 11 Bệnh Cấy sang 20 con Mối quan hệ giữa VSV và mầm bệnh Các công trình nghiên cứu của Robert Koch • Chứng minh vi khuẩn gây bệnh thán thư (loét than) • Phát hiện vi khuẩn gây bệnh phổi • Chứng minh nguyên tắc cơ bản vật nào gây bệnh ấy • Kiểm tra VSV gây bệnh, pha chế môi trường và thao tác gây cấy. Tiền đề phát triển ngành VSV môi trường, gồm: • VSV môi trường với phương pháp xử lý nước thải (1914) • Xử lý màng sinh vật hiếu khí (1950), • Xử lý nước thải bằng phương pháp yếm khí (1970), • Thoát amoniac, loại bỏ P của VSV (1970) • Xử lý vật thải rắn bằng VSV (1932-1976). • Các thí nghiệm kiểm tra VSV môi trường bằng máy BOD (1970) ... Nhờ 2 nhà khoa học trên Triển vọng của VSV học môi trường Từ thập kỷ 60: (1) Nghiên cứu sinh thái học vi sinh vật trong môi trường tự nhiên bao gồm quần xã, kết cấu, chức năng và động thái vi sinh vật trong môi trường tự nhiên. (2) Nghiên cứu sinh thái học vi sinh vật trong môi trường ô nhiễm, gọi là vi sinh vật ô nhiễm, chủ yếu là nghiên cứu mối quan hệ giữa môi trường ô nhiễm với quần xã vi sinh vật bao gồm sự phân giải chuyển hoá vật chất ô nhiễm. (3) Nghiên cứu nguyên lý và phương pháp vi sinh vật học trong xử lý sinh học vật ô nhiễm. (4) Nghiên cứu phương pháp và nguyên lý vi sinh vật học giám sát và đánh giá môi trường. 07/10/2011 12 Triển vọng của VSV học môi trường Giai đoạn hiện nay: (1)Ứng dụng kỹ thuật gen trong bảo vệ môi trường. (2)Lợi dụng VSV tiến hành thay đổi VSV ô nhiễm môi trường làm phong phú thêm nội dung công nghệ. (3)Lợi dụng VSV để xử lý vật ô nhiễm VSV môi trường. (4)Lợi dụng VSV thực hiện tài nguyên hóa vỡ nguồn năng lượng hoá vật thải.