Bài giảng Vi sinh đại cương - Phạm Thị Thúy Nga

, lignine... vẫn tích tụ lại và cùng với các sản phẩm phân hủy góp phần tạo thành cái gọi là “chất mùn của thủy vực “. Sự phân hủy các chất hữu cơ diễn ra với tốc độ rất khác nhau. Tùy thuộc vào thành phần của chúng và điều kiện của môi trường, sự phân hủy có thể diễn ra rất nhanh hay rất chậm. Sự phân hủy vật chất hữu cơ xảy ra rất nhanh trong thủy vực ở những vùng gần bề mặt nước, nhiệt độ nước mùa hè. Ở các hồ sâu sự phân hủy các hợp chất hữu cơ bởi các vi sinh vật rất chậm hơn 10-100 lần so với tốc độ phân hủy của chúng trong phòng thí nghiệm ở cùng nhiệt độ. Nhìn chung, không phụ thuộc vào địa điểm, thứ tự bị phân hủy là đường và protein, sau đó là tinh bột, chất béo và cuối cùng là chất cao phân tử như kitin, cellulose, lignine. 2.Vòng tuần hoàn oxy: Trong thủy vực oxy được sinh ra nhờ sự quang phân H2O qua quá trình quang hợp và rồi O2 lại được chuyển trở lại dạng H2O trong quá trình hô hấp. Vi khuẩn lam, tảo và thực vật có vai trò chủ yếu tạo ra oxy trong khí quyển. Có mối quan hệ mật thiết giữa sinh vật tự dưỡng và dị dưỡng trong việc cung cấp O2 và CO2 qua lại cho nhau CO2 + H2O --------------.> CH2O + O2 (quang hợp) CH2O + O2 ---------------> CO2 + H2O (hô hấp hiếu khí) 3.Vòng tuần hoàn Nitơ: Trong môi trường nước, nitơ có thể tồn tại dưới dạng N2, hay dưới dạng hợp chất vô cơ, hữu cơ hòa tan hay không hòa tan. Các hợp chất vô cơ hòa tan quan trọng của nitơ là NH3, NH4+, NO2- , NO3- Dạng N2 có được chủ yếu là sự khuếch tán từ ngoài không khí vào hay còn có thể được hình thành trong quá trình phản nitrate hóa. Các dạng hợp chất vô cơ hòa tan có được là do quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ, nitơ lắng đọng dưới dạng hợp chất Albumine, dưới tác động của vi sinh vật, đạm albumine sẽ biến thành dạng đạm ammonia (NH3) và ammonia sẽ hòa tan vào nước hình thành ion ammonium (NH4+). NH3 và muối của nó sẽ biến thành dạng đạm nitrite (NO2-) và nitrate (NO3-) nhờ hoạt động của vi khuẩn nitrite và nitrate hóa. Thực vật có thể hấp thu cả 4 dạng đạm nói trên nhưng hấp thu NH4+ và NO3- là tốt nhất, mỗi loài thực vật ưa một dạng đạm khác nhau. Tuy nhiên, một số loài vi khuẩn và tảo cũng có khả năng đồng hóa nitơ phân tử. 3.1. Quá trình cố định nitơ phân tử Nitơ phân tử ( N2) hòa tan trong nước thiên nhiên khoảng 12 mg/L ở 25 0 C. Cũng như ở trong đất, quá trình cố định nitơ trong thủy vực được thực hiện bởi tảo xanh, các loài vi khuẩn quang hợp, các vi sinh vật dị dưỡng Azotobater, Clostridium,...Các loài vi khuẩn và tảo xanh thực hiện được quá trình này là do trong tế bào chúng có hệ thống xúc tác enzyme nitrogenase. Enzyme này thường gồm 2 thành phần: một thành phần gọi là Fe-Protein và một thành phần khác gọi là Mo-Fe-Protein. Mo-Fe-Protein có chứa 2 nguyên tử Mo, 32 nguyên tử Fe và 25-31 nguyên tử lưu huỳnh. Loại FeProtein có trọng lượng phân tử khoảng 60.000 (Lehninger-1975). Mo-Fe-Protein có trọng lượng phân tử vào khoảng 220.000 và gồm 2 tiểu phần tử (subunits) đã được kết tinh tinh khiết. Trong môi trường thoáng khí, quá trình cố định nitơ phân tử được thực hiện bởi các loài vi khuẩn Azotobacter như A. agile và A. chroococcum. Ở sông, hồ thì hầu như gặp chúng ở mọi nơi. Tại phần lắng đọng yếm khí, quá trình cố định nitơ phân tử được thực hiện bởi các loài Clostridium như Clostridium pasteurianum. Gần đây, người ta đã xác định ngoài các loài Azotobacter và Clostridium còn có những loài vi khuẩn khác cũng có khả năng đồng hóa nitơ phân tử bao gồm cả vi khuẩn quang tự dưỡng lẫn dị dưỡng. Tuy nhiên, ở chúng thì sự liên kết nitơ có hiệu quả thấp hơn do số lượng của những vi khuẩn này là quá ít để có thể đồng hóa một lượng nitơ đáng kể, chúng chỉ có vai trò ở những phần lắng đọng yếm khí, còn trong môi trường thoáng khí, quá trình cố định nitơ phân tử được thực hiện chủ yếu bởi các loài tảo xanh thuộc giống Anabacna, Nostoc, Phormidium, Calothrix,... bởi vì các gống tảo này thường rất nhiều trong các thủy vực. 3.2.Quá trình amôn hóa Quá trình amôn hóa protein (còn gọi quá trình lên men thối) là quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ chứa nitơ, giải phóng NH3 do nhiều vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí gây ra như vi khuẩn, nấm mốc và xạ khuẩn.Tất cả các loài vi sinh vật amôn hóa đều tiết ra enzyme thủy phân protein ra ngoài môi trường làm cho protein bị phân cắt thành pepton, polypeptid, dipeptid và acid amin. Các acid amin được đối tượng biến đổi trong tế bào thông qua con đường trao đổi năng lượng và trao đổi xây dựng, sản phẩm cuối cùng chủ yếu của quá trình vô cơ hóa hiếu khí protein là ammonia, carbonic, các muối của acid sulfuric và acid phosphoric. Trong điều kiện kỵ khí, các acid amin không được vô cơ hóa hoàn toàn, bên cạnh NH3 và CO2 còn tích lũy nhiều loại hợp chất hữu cơ khác như acid hữu cơ, rượu, H2S và những dẫn suất của nó như mecaptan, các chất độc như diammine và tomain (độc tố thịt thối) các sản phẩm bốc mùi rất khó chịu như indol và scatol. Quá trình amôn hóa protein giữ vai trò quan trọng trong việc khép kín vòng tuần hoàn nitơ vì nhờ quá trình này mà nitơ chuyển từ dạng khó hấp thu sang dạng muối amôn dễ dàng được thực vật sử dụng, nhờ quá trình này mà NH3 luôn luôn được phục hồi, cung cấp dinh dưỡng cho thực vật thủy sinh. Có nhiều loại vi khuẩn và nấm mốc tham gia vào quá trình này, chủ yếu là các loài Bacillus như: B. mesentericus, B. mycoide, B. sustilis,... Số lượng của chúng trong các thủy vực khác nhau thì rất khác nhau, thường trong các thủy vực nước ngọt số lượng của chúng nhiều hơn các thủy vực nước lợ, mặn. Nhiệt độ tối ưu cho sự amôn hóa là từ 25–300C. Do đó, vào mùa đông sự amôn hóa bị làm chậm đáng kể. Tuy nhiên, sự tăng mạnh số lượng vi khuẩn gây thối trong mùa hạ chỉ xảy ra ở các thủy vực bị nhiễm nước thải và thường không thấy ở các sông hồ và vùng biển sạch. NH3 được hình thành trong quá trình amôn hóa sẽ hòa tan vào trong muối hình thành ion NH4+ cho đến khi cân bằng sau đây được thiết lập. Tỉ lệ giữa NH3 và ion NH4+ trong nước phụ thuộc vào nhiệt độ và pH của môi trường. Theo Boyd (1990) thì tỉ lệ phần trăm của NH3 trong dung dịch nước ở những giá trị của pH và nhiệt độ khác nhau 3.3 Qúa trình nitrate hóa và phản nitrat hóa Nitrate hóa là quá trình oxy hóa ammonia và muối ammonium, hình thành acid nitrous (HNO2 và acid nitric (HNO3)), qua đó vi sinh vật thu năng lượng cần thiết cho hoạt động sống của mình. Vi sinh vật thực hiện quá trình oxy hóa này kèm theo sự đồng hóa CO2 xây dựng các hợp chất hữu cơ của cơ thể chúng, chúng là vi khuẩn hóa tự dưỡng và là những cơ thể hiếu khí bắt buộc. Quá trình nitrate hóa trải qua 2 pha do 2 nhóm vi khuẩn gây ra. Quá trình nitrite hóa: oxy hóa NH3 thành acid nitrous (hay nitrite) NH4+ + 3/2 O2 --------> NO2- + 2H+ + H2O+ 76kcal Vi khuẩn tham gia quá trình này ở các thủy vực nước ngọt có Nitrosomonas europara và trong các thủy vực nước lợ, mặn có Nitrosococcus sp. Quá trình nitrate hóa: oxy hóa acid nitrous thành acid nitric (hay nitrate) NO2- + 1/2 O2 ----------> NO3- + 24kcal Vi khuẩn tham gia vào quá trình này ở các thủy vực nước ngọt có các loài thuộc giống Nitrobacter và trong các thủy vực nước lợ, nước mặn có Nitrospina gracilic và Nitrosococcus mobilis. Vi khuẩn nitrate hóa phân bố rất ít trong các thủy vực sạch, nghèo dinh dưỡng, trong các thủy vực giàu dinh dưỡng số lượng của chúng có nhiều hơn, nhưng cao nhất cũng chỉ khoảng 10 tế bào/ml nước. Số lượng của chúng trong thủy vực dao động theo mùa rõ rệt: các cực tiểu thường thấy vào mùa đông hoặc đầu xuân, còn các cực đại thì trong mùa hè nghĩa là nó biến động hoàn toàn ngược lại với vi khuẩn amôn hóa. Như phần trên đã nói quá trình nitrate hóa chỉ xảy ra khi có mặt của oxy (kể cả nồng độ rất thấp), nghĩa là trong môi trường thoáng khí, còn trong môi trường yếm khí với sự có mặt của các hydrat carbon sẽ xảy ra quá trình ngược lại với quá trình nitrate hóa đó là quá trình phản nitrate hóa. Quá trình này khử nitrate qua nitrite thành (NO, N2O), NH2OH, NH3 và N2 Vi khuẩn tham gia vào quá trình phản nitrate hóa bao gồm các loại kỵ khí không bắt buộc như: Bacillus, Pseudomonas... Trong điều kiện hiếu khí, chúng oxy hóa các chất hữu cơ bằng oxy của không khí, còn trong điều kiện kỵ khí, chúng tiến hành oxy hóa các hợp chất hữu cơ bằng con đường khử hydro để chuyển hydro cho nitrate và nitrite. Quá trình này không có lợi vì nó làm mất nitơ trong thủy vực và tạo thành các chất độc đối với thủy sinh vật như NH3, NO2- Trong đa số sinh cảnh, vi sinh vật chỉ có thể khử nitrate thành nitrite, chứ không có thể khử tiếp thành các dạng hợp chất khác. Do đó, ở đâu có quá trình phản nitrate hóa xảy ra mạnh thì ở đó có nhiều nitrite. 3.4. Chu trình Ni tơ Hầu hết đạm sử dụng cho các quá trình sinh học là NO3- được rửa trôi vào các sông hồ, ở đó chúng hầu hết được sử dụng bởi tảo cho quá trình sinh trưởng và sau đó bị lắng tụ trong bùn đáy. Đạm chứa trong tảo bị ăn bởi động vật phù du và ấu trùng côn trùng (động vật đáy) thì được hoàn trả lại cho tảo vào mùa hè. Hai quá trình yếm khí của chu trình (cố định đạm và phản nitrate hóa), do tảo lam và vi khuẩn thực hiện, ngược lại các quá trình còn lại xảy ra trong điều kiện hiếu khí. Hầu hết quá trình cố định đạm đều xảy ra trong tầng nước, trong khi đó quá trình phản nitrate hầu như xảy ra trong tầng đáy đặc biệt là ở vùng cửa sông hay đất ngập nước. Các chất đạm hữu cơ trong hệ sinh thái thủy vực hiện diện trong cơ thể thực vật, động vật và trong xác bã hữu cơ (dạng lơ lửng hay hòa tan). Chu trình Ni tơ trong thủy vực 4. Vòng tuần hoàn lưu huỳnh: Trong quá trình thối rữa protein, bên cạnh NH3 một lượng nhỏ khí H2S thoát ra, chủ yếu là quá trình phân hủy các acid amin chứa lưu huỳnh như Cystin, Cystein và Methionine. Khí H2S không bền, trong môi trường thoáng khí dễ bị oxy hóa bằng con đường hóa học hay sinh học dưới tác dụng của một số vi khuẩn và nấm mốc. Sự oxy hóa nhờ vi sinh vật diễn ra thông qua nhiều sản phẩm trung gian rồi thành ion SO4 2- là chất cuối cùng bền vững của sự khoáng hóa các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh. Quá trình này được gọi là quá trình sulfate hóa. Nhìn chung, sự oxy hóa H2S và các hợp chất chứa lưu huỳnh có khả năng oxy hóa khử như: S2, thiosulfate (S2O32-) và sulfite (SO32-) là do một số nhóm vi khuẩn hóa tự dưỡng, chúng dùng năng lượng thu nhận được để khử CO2 xây dựng các hợp chất hữu cơ của cơ thể chúng. SO42- được hình thành trong quá trình sulfate hóa. Trong môi trường yếm khí nó sẽ bị vi sinh vật khử trở lại thành H2S, quá trình này được gọi là quá trình phản sulfate hóa. Khí H2S được hình thành trong quá trình thối rữa của thức ăn thừa hay phân hủy protein của động thực vật chết, quá trình phản sulfate hóa sẽ hòa tan trong nước. Khí H2S có độ hòa tan rất lớn trong nước, khi hòa tan trong nước H2S có thể tồn tại ở dạng khí hoặc bị phân ly thành các ion HS- và S2- III.THAM GIA VÀO CHUỖI DINH DƯỠNG CỦA THỦY VỰC Vi sinh vật hấp thu các chất hữu cơ hòa tan phần lớn do các sinh vật nội địa thải vào nước. Ngoài ra còn có các chất khác có nguồn gốc từ động vật, nước, đất của các thủy vực nội địa và từ bờ biển. Các chất này được vi sinh vật chuyển hóa rất nhanh thành dạng hạt và phần lớn được các động vật khác tiêu hóa, nhờ đó chúng xâm nhập vào chuỗi dinh dưỡng Khả năng hấp thu những chất hữu cơ nồng độ thấp của vi sinh vật đóng vai trò rất quan trọng. Nhờ có vi sinh vật mà những chất hữu cơ có nồng độ qúa thấp gần như không sử dụng được lại được đưa vào chuỗi dinh dưỡng. Vi sinh vật cũng có vai trò quan trọng trong việc cung cấp CO2 cho các thực vật nổi thực hiện quá trình quang hợp tạo O2 trong các thủy vực. Bản thân vi sinh vật sau đó được nhiều động vật khác dùng làm thức ăn và chính vi sinh vật lại thuộc về một mắt xích thức ăn khác trong chuỗi dinh dưỡng. Ngoài vai trò thông thường là các sinh vật sản xuất, sinh vật tiêu thụ và sinh vật phân giải, các vi sinh vật cũng giữ một vai trò là nguồn thực phẩm cho các vi sinh vật hóa dị dưỡng khác, cho bọn ăn thịt và bọn ký sinh .- Trong nước vi sinh vật là vị trí trung tâm để nối các bậc dinh dưỡng theo sơ đồ Ngoại cảnh Muối dinh dưỡng A/sáng A/sáng TV phù du VSV TV phù du Mùn ĐV phù du ĐV đáy ăn cỏ ĐV ăn đv phù du ĐV ăn đáy Cá VI.VI SINH VÂT THAM GIA VÀO SỰ LẮNG CẶN: Do vi sinh vật thường sống trong các chất phù du có bản chất vô cơ hay hữu cơ nên chúng có thể làm thay đổi kích thước và hình dạng các chất này; làm thay đổi tốc độ sa lắng cũng như sự tích tụ các hạt sa lắng trong thủy vực. Các hạt phù du có thể bị phá hủy từng phần hoặc hoàn toàn khi được vi sinh vật làm thức ăn hoặc tan vào dung dịch qua các phản ứng vô cơ Sự bám của vi sinh vật thường làm tăng kích thước của các hạt sa lắng. Vi sinh vật làm hợp nhất các hạt nhỏ lại thành hạt lớn. Như trường hợp ở nấm rễ giả hoặc sợi nấm có thể giữ được nhiều hạt và liên kết chúng lại với nhau. Tác dụng tương tự ở nhóm vi khuẩn có tiên mao và khuẩn mao gây ra sự liên kết các đám hạt cực nhỏ. Các sinh vật này có vai trò quan trọng trong kiến tạo nền đáy của các thủy vực. Vi sinh vật cũng có thể gây nên các quá trình sa lắng thông qua các hoạt động trao đổi chất của chúng. Chẳng hạn như sự kết tủa của vôi trong các vùng biển nông nhiệt đới là do sự thay đổi pH trong hàng loạt quá trình vi khuẩn học khác nhau gây nên. Trong đa số các phần lắng cặn của các thủy vực nội địa và các vùng biển nhất là các vùng giàu chất hữu cơ dễ bị phân giải luôn diễn ra các hoạt động phong phú của vi sinh vật. Do tác động của vi sinh vật mà hàm lượng tổng số các chất hữu cơ trong phần lắng cặn giảm và thành phần của chúng cũng bị biến đổi.Trong các phần lắng cặn giàu chất dinh dưỡng thuộc các thủy vực giàu thức ăn thường xuất hiện các vùng yếm khí do việc tiêu thu oxi hóa mạnh của vi sinh vật để phân giải chất hữu cơ. Ở các vùng yếm khí này xảy ra các quá trình lên men như phản Nitrat hóa hoặc phản Sunfat hóa. H2S sinh ra từ sự khử Sunfat sẽ liên kết với Fe tạo ra FeS dẫn đến tạo thành chất bùn Sunfua Sắt màu đen có mùi khó chịu. Bùn này thường được tích lũy nhìêu ở đầm hồ và các vùng bị nhiễm nước thải Vi sinh vật sản sinh ra các hợp chất có mùi hôi: Tảo lam Anabacna scheremetievi, Lyngbya Best, Oscillatoria agardhii, O. bornetii fa. Tenuis,O. cortiana, O. prolifica O. simplicissima, O. spiendida, O. tenuis, O. variabilis, Schizothrix muelleri, Symplow muscorum, Lyngbya cryptovaginata, Oscillatoria curviceps, O. tenuis var. levis Nấm Actinomycetes, Streptomyces Điều kiện ảnh hưởng đến sự phát triển của sinh vật tạo ra mùi hôi - Chất hữu cơ nhiều trong ao đã cung cấp giá thể cho sự phát triển của nấm. - Streptomycete spp. có thể bị kiềm hãm bởi hàm lượng oxy thấp trong ao (bào tử hình thành sợi nấm thứ cấp tạo ra MIB và mucidone). - Nhiệt độ tối ưu cho các sinh vật sản sinh mùi hôi trong khoảng 25-30oC - Đất và nước có tính kiềm thích hợp cho sự phát triển của những sinh vật tạo mùi hôi. V.VI SINH VẬT LÀ TÁC NHÂN GÂY BỆNH TRONG NƯỚC: Các vi sinh vật gây bệnh cho người và động vật xâm nhập vào các thủy vực qua nước thải. Đa số vi sinh vật gây bệnh không tồn tại lâu trong nước do sống ký sinh bắt buộc của chúng hoặc điều kiện môi trường nước không phù hợp với chúng. Một số vi sinh vật gây bệnh thường gặp trong nước như : E. coli, Samonella typhi, Samonella paratyphi, Vi khuẩn lị Shigella, bào tử của các Clostridium, phẩy khuẩn tả Vibrio cholera Bệnh do virus Virus không có cấu trúc tế bào nên không có khả năng sinh sản trong môi trường dinh dưỡng tổng hợp. Virus có hình thức sống kí sinh nội bào bắt buộc nên chúng là nguyên nhân của một số bệnh ở động vật thủy sản. Theo Ken Wolf 1988, thế giới đã phát hiện 59 loài virus gây bệnh ở cá, 15 loại bệnh do virus ở tôm he. Bênh do virus gây ra thường không có khả năng chữa trị.Virus có thể gây ra các bệnh như: bệnh xuất huyết do virus, bệnh tế bào lympho ở cá, bệnh virus đốm trắng ở tôm he, bệnh cá ngủ do Iridovirus ở cá mú, bênh hoại tử Bệnh do vi khuẩn Vi khuẩn không có khả năng tự dưỡng như ở thực vật khác nên thường sống hoại sinh, cộng sinh hay ký sinh gây bệnh ở động vật và thực vật. Ở động vật thủy sản, vi khuẩn gây rất nhiều bệnh nguy hiểm khác nhau, là mối đe dọa rất lớn trong ngành nuôi trồng thủy sản công nghiệp. Tuy nhiên khác với bệnh do virus, bệnh do vi khuẩn có khả năng chữa trị bằng kháng sinh nếu dùng đúng thuốc, đúng liều và đúng thời điểm Nó có thể gây ra các bệnh như: thối mang cá, nhiễm trùng máu, hoại tự nội tạng,đỏ miệng ở cá, ếch, xuất huyết, nhọt ở cá, phát sáng ở tôm, đục thân ở tôm. Các bệnh nhiễm khuẩn ở động vật thủy sản thường có một số dấu hiệu giống nhau như: cơ thể xuất huyết trên và trong cơ thể; mắt lồi; tích dịch trong ruột; xoang cơ thể. Giáp xác thường tạo các điểm nâu đen trên lớp vỏ kitin; gây mòn, cụt phần phụ Bệnh do nấm Nấm là thực vật bậc thấp không có diệp lục tố, không có khả năng tự dưỡng thường sống hoại sinh, cộng sinh hay kí sinh trên động, thực vật, có thể gây ra các bệnh nấm hạt ở cá, ếch, hội chứng lở loét ở cá nấm thủy my, nấm mang cá, nấm ấu trùng giáp xác. VI.VI SINH VẬT VÀ SỰ TỰ LÀM SẠCH CÁC NGUỒN NƯỚC: Khi chất thải hữu cơ được thải vào thủy vực, quá trình phân hủy hữu cơ làm chất lượng nước biến đổi nhanh chóng vượt ngoài phạm vi tự nhiên. Quá trình phân hủy hữu cơ tiêu thụ nhiều oxy làm cho hàm lượng oxy hòa tan trong nước giảm nhanh chóng, giai đoạn này là giai đoạn suy thoái của thủy vực. Mức độ giảm hàm lượng oxy hòa tan phụ thuộc vào lượng chất thải thải vào thủy vực, lượng chất thải càng nhiều thì tốc độ giảm oxy hòa tan càng nhanh và hàm lượng càng thấp, trường hợp quá nhiều chất thải hàm lượng oxy hòa tan có thể đạt đến mức bằng 0. Hàm lượng oxy hòa tan giảm đến mức cực tiểu và duy trì trong một khoảng thời gian, giai đoạn này gọi là giai đoạn phân hủy tích cực. Sau giai đoạn phân hủy tích cực, hàm lượng oxy hòa tan tăng dần trở về trạng thái ban đầu, giai đoạn này được gọi là giai đoạn phục hồi. Thủy vực nhiễm bẩn trở về trạng thái ban đầu nhờ khà năng tự lọc sạch của thủy vực Hiện tượng nước bị nhiễm bẩn dần dần trở về trạng thái ban đầu như trước khi bị nhiễm bẩn được gọi là khả năng tự lọc sạch của thủy vực, khả năng này rất lớn ở những thủy vực nước chảy mạnh như sông, suối... nhưng rất kém ở thủy vực nước tĩnh như ao, hồ... Khả năng tự lọc sạch của thủy vực có ý nghĩa rất quan trọng trong tự nhiên nhưng khả năng này có giới hạn, không lọc sạch nổi những thủy vực nhiễm bẩn nặng và liên tục. Trong quá trình tự lọc sạch thủy vực, thủy sinh vật đóng vai trò vô cùng quan trọng. Các nhóm sinh vật tham gia vào quá trình lọc sạch thủy vực (vi khuẩn, nấm tảo và các động vật khác...) thông qua các quá trình sau: - Khoáng hóa chất hữu cơ - Tích tụ chất bẩn và chất độc - Loại bỏ chất lơ lửng ra khỏi tầng nước Vi sinh vật giữ vai trò quyết định vì chúng có thể phân giải các hợp chất hữu cơ (dạng thể rắn hay hòa tan trong nước) thành các chất vô cơ. Trong điều kiện thích hợp vi sinh vật có khả năng tái khoáng hóa nhiều chất bẩn hữu cơ. Protein, đường và tinh bột được vi sinh vật phân hủy nhanh nhất; mỡ, xenluloz và kitin bị phân giải chậm hơn nhiều. Môi trường nước và sinh vật sống trong đó có quan hệ tương tác rất chặt chẽ. Nước thải cho chảy vào các thuỷ vực ( ao, đầm, hồ, sông ) làm thay đổi đáng kể các điều kiện sống tự nhiên của hệ thuỷ sinh có sẵn trong nước. Trong nước thải thường rất giàu các chất hữu cơ nhiễm bẩn. Đây chính là nguồn cơ chất cho quá trình thối rữa và lên men, là nguồn dinh dưỡng cho các vi sinh vật hoại sinh phát triển, tăng sinh khối – tác nhân của các quá trình biến đổi hoá sinh trong nước. Nhiều thành phần của hệ thuỷ sinh trong nước sạch, sẽ bị chết hoặc giảm số lượng trong nước bị nhiễm bẩn Vi sinh vật hoại sinh dần dần oxy hoá các chất hữu cơ. Hàm lượng các chất này giảm dần, số lượng các vi sinh vật phân huỷ chúng rồi cũng sẽ giảm do nguồn cơ chất dinh dưỡng cạn dần, thay vào đó là hệ thuỷ sinh khác phát triển. Các vi khuẩn hoại sinh bị chết ngoài lí do là không đủ thức ăn, còn vì chịu tác dụng của chất kháng sinh do một số loài tảo có thể sinh ra khi mọc ở trong nước. Vi khuẩn còn bị các sinh vật khác (động vật nguyên sinh, giáp xác ) ăn và bị thực khuẩn thể làm dung giải ( làm tan ). Nước trong thuỷ vực dần dần phục hồi lại các điều kiện sinh thái bình thường. Quá trình làm sạch nước khỏi bị ô nhiễm các chất hữu cơ và vi khuẩn gọi là sự làm sạch tự nhiên của nước Do vậy quần thể vi sinh vật cũng thay đổi theo tiến độ tự làm sạch nguồn nước. Thêm vào đó nồng độ các chất và sự cung cấp oxy trong thủy vực cũng giảm theo quá trình làm sạch của nước CHƯƠNG X XỬ LÝ NƯỚC TRONG NUÔI TRỒNG THỦY SẢN *** I.THÀNH PHẦN SINH HỌC TRONG NGUỒN NƯỚC TỰ NHIÊN Các loài sinh vật tồn tại trong nguồn nước tự nhiên chù yếu là vi khuẩn, nấm, tảo, thực vật, động vật nguyên sinh, động vật đa bào, các loài nhuyễn thể và các loài động vật có xương sống. Tùy theo vị trí phân bố từ bề mặt đến đáy có các sinh vật sau: -Phiêu sinh (Plankton), trong đó có động vật phiêu sinh (Zooplankton) và thực vật phiêu sinh, tảo (Phytoplakton) -Cá (Động vật có xương sống) -Sinh vật bám -Sinh vật đáy(Benthos) -Vi khuẩn và Nấm -Các loài sinh vật khác : Thực vật lớn (Macrophytes) như bèo, lau sậy Động vật đơn bào (Protozoa) Nước dùng trong các xí nghiệp sản xuất và thải ra ngoài gọi là nước thải công nghiệp Trong nước thải công nghiệp thường lẫn các tạp chất hữu cơ và vô cơ. Tùy từng quy mô mỗi xí nghiệp có thể thải với lượng nước từ vài trăm, vài nghìn đến vài chục nghìn mét khối mỗi ngày. Nước thải ở các khu vực dân cư, khu thương mại, trường học, gọi là nước thải sinh hoạt. Trong nước thải có nhiều chất hữu cơ, chất khoáng và nhiều vi sinh vật khác nhau, trong đó có các vi sinh vật gây bệnh. Mức độ nhiễm bẩn vi sinh vật của nguồn nước phụ thuộc nhiều vào tình trạng vệ sinh trong khu dân cư và nhất là các bệnh viện. Đối với nước thải bệnh viện, bắt buộc phải xử lý cục bộ trước khi xả vào hệ thống thoát nước chung hoặc trước khi xả vào sông hồ. Loại và số lượng các vi sinh vật trong nước thải sinh hoạt chưa xử lý Sinh vật Số lượng cá thể/mL Tổng coliform 105 - 106 Fecal coliform 104 - 105 Fecal streptococci 105 - 104 Enterococci 102 - 103 Shigella Hiện diện Salmonella 100 - 102 Pseudomonas aeroginosa 101 - 102 Clostrium perfringens 101 - 103 Mycobacterium tuberculosis Hiện diện Cyst nguyên sinh động vật 101 - 103 Cyst của Giardia 101 - 102 Cyst của Cryptosporium 101 – 102 Trứng ký sinh trùng 102 - 101 Vi rút đường ruột 101 - 102 Các loài thủy sản trong khu vực ô nhiễm không thể sử dụng làm thức ăn tươi sống được vì nó là ký chủ trung gian của các ký sinh trùng gây bệnh Tiêu chuẩn về chất lượng nước cho nuôi trồng thủy sản Phân loại Đặc điểm Ảnh hưởng Tốt Trung bình Xấu TDS Nước ngọt (mg/L) 50-500500-2000>2000 Sự điều hoà thẩm thấu Nước lợ (g/L) 15-255-1535 Độ mặn (‰) 2 Nước ngọt 15-255-15<5 Sự điều hoà thẩm thấu Nước lợ 25-35>35 pH 6, 5-8,5 5,0-6,5 <5,0 pH thấp 8, 5-10,0 > 10,0 pH cao Độ kiềm tổng cộng 50-20020-50<20 Độ kiềm thấp 200-500>500 Độ kiềm cao(mg/L) Độ cứng tổng cộng 50-20020-50<20 Độ cứng thấp 200-500>500 Độ cứng cao(mg/L CaCO3) Độ trong (cm) 30-6015-30<15 Tảo phát triển quá mức 60-120<120 Tảo kém phát triển 00-10>10 Acid khoáng Độ acid (mg/L CaCO3) Độ đục (NTU) 0-2525-100>100 Phù sa; ánh sáng thấp 10-25<10 Thực vật lớn phát triển Độ cứng/độ kiềm 10,5-1>0,5 pH cao Oxy hoà tan (mg/L) >52-5<2 Oxygen thấp 10-15>15 ∆P cao ∆P (mm Hg) 00-50>50 Bệnh bọt khí 0-0,50,5-5>5 Sắt kết tủaFe+2 (mg/L) 10-2020-200>200 Tảo phát triển quá mứcPO43- (µg/L) 10-205-10<5 Tảo kém phát triển 0-55-20>20 Độc CO2 (mg/L) Độ cứng canxi 50-20020-50<20 Độ cứng thấp 200-500>500 Độ cứng cao(mg/L CaCO3) COD (mg/L) 0-5050-200>200 Nhu cầu oxy 1,0 Độc ammonia NH3-N (mg/L) 0-0,50,5-2,0>2,0 Độc nitrit NO2-N (mg/L) 0 Rất nhỏ >5 Độc H2S (µg/L) Để đảm bảo môi trường, nước thải trước khi cho chảy vào các thủy vực cần phải làm sạch. Mức độ làm sạch tùy thuộc vào mức độ ô nhiễm, vào đặc tính của nước ở thủy vực và yêu cầu xử lý cụ thể, cũng như trang thiết bị kỹ thuật của quá trình. Nước thải có nhiều chất hữu cơ hòa tan và không hòa tan. Sau khi lắng – làm sạch cơ học, cho nước vào xử lý sinh học. Phương pháp xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học dựa trên cơ sở sử dụng các vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí oxy hóa các chất hữu cơ dễ phân hủy trong nước. Làm sạch bằng biện pháp hiếu khí có thể thực hiện ở điều khiện tự nhiên hoặc công nghiệp II. LÀM SẠCH NƯỚC Ở ĐIỀU KIỆN TỤ NHIÊN 1- Cánh đồng tưới Làm sạch tự