Bài giảng Môn học: Vi sinh môi trường

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM ViỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG MÔN HỌC: VI SINH MÔI TRƯỜNG GV: ThS NGUYỄN THỊ HÀNG TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Đỗ Hồng Lan Chi, LâmMinh Triết - Vi sinh vật môi trường – Viện MT&TN, ĐH QGTP.HCM 2. Một số tài liệu liên quan Đánh giá môn học Sinh viên cần tích lũy 3 cột điểm: 1. Điểm kiểm tra giữa kì: thi tự luận 2. Điểm chuyên đề 3. Điểm thi cuối kì: thi trắc nghiệm SV tham dự ít nhất 80% số tiết NỘI DUNG MÔN HỌC: Chương 1: VSV và các chu trình sinh địa hóa học Chương 2: VSV gây bệnh và ký sinh trùng Chương 3: VSV chỉ thị Chương 4: Khử trùng nước và nước thải Chương 5: Đại cương về quá trình xử lý sinh học nước thải Chương 6: VSV trong hệ thống xử lý và phân phối nước cấp Nội dung chi tiết học phần Nội dung Tổng Giờ tín chỉ GC LT TH T/Học VSV và các chu trình sinh địa hóa học 8 8 16 VSV gây bệnh và KST trong nước thải SH. 5 5 10 Vi sinh vật chỉ thị. 7 7 14 Khử trùng nước và nước thải. 7 7 14 Quá trình xử lý sinh học trong nước thải. 10 10 20 VSV trong HT xử lý và phân phối nước cấp 8 8 16 Tổng số 45 45 90 VSV VÀ CÁC CHU TRÌNH SINH ĐỊA HÓA HỌC • 1.1. Chu trình Nitơ • 1.2. Chu trình Photpho • 1.3. Chu trình lưu huỳnh VSV GÂY BỆNH VÀ KÝ SINH TRÙNG TRONG NƯỚC THẢI SINH HOẠT • 2.1 Các yếu tố của dịch tể học • 2.2 Vi sinh vật gây bệnh và ký sinh trùng tìm thấy trong nước thải sinh hoạt VI SINH VẬT CHỈ THỊ • 3.1 Giới thiệu • 3.2 Tổng quan về vi sinh vật chỉ thị • 3.3 Phát hiện vi sinh vật chỉ thị • 3.4 Kết luận KHỬ TRÙNG NƯỚC VÀ NƯỚC THẢI • 4.1. Giới thiệu • 4.2. Những yếu tố ảnh hưởng đến khử trùng • 4.3. Chlor • 4.4. Dioxide chlor • 4.5. Ozon • 4.6. Tia cực tím QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC TRONG NƯỚC THẢI • 5.1. Xử lý hiếu khí • 5.2. Bùn hoạt tính • 5.3. Xử lý kỵ khí • 5.4. Hồ ổn định sinh học VSV TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ VÀ PHÂN PHỐI NƯỚC CẤP • 6.1 Giới thiệu • 6.2 Tổng quan các quá trình trong nhà máy nước cấp • 6.3 Vi sinh vật trong hệ thống cấp nước • 6.4 Vi sinh vật trong hệ thống phân phối nước • 6.5 Một số vấn đề do vi sinh vật trong hệ thống phân phối nước Các chu trình phổ biến trong tự nhiên Chu trình sulfur Chu trình phospho Chu trình carbon Chu trình nitrogen Chương 1: VI SINH VẬT VÀ CÁC CHU TRÌNH SINH ĐỊA HÓA HỌC 1.1 CHU TRÌNH NITƠ 1.1.1 Giới thiệu NITƠ là 1 trong những nguyên tố chính của sự sống (protein, acid nucleic, trong không khí) Chu trình nitơ là một quá trình mà theo đó nitơ bị biến đổi qua lại giữa các dạng hợp chất hóa học của nó. Việc biến đổi này có thể được tiến hành bởi cả hai quá trình sinh học và phi sinh học. Quá trình quan trọng trong chu trình nitơ bao gồm sự cố định nitơ, khoáng hóa, nitrat hóa, và khử nitrat VSV TRONG CHU TRÌNH NITƠ VSV đóng vai trò chủ yếu của chu trình Nitơ trong môi trường. Các quá trình được thảo luận qua 5 giai đoạn sau: -Sự cố định Nitơ -Đồng hóa Nitơ -Khoáng hóa Nitơ -Nitrat hóa -Khử nitrat hóa Các quá trình trong chu trình nitơ Nitơ trong môi trường tồn tại ở nhiều dạng hóa học khác nhau bao gồm nitơ hợp chất như ammoni (NH4+), nitrit (NO2-), nitrat (NO3-), nitơ ôxit (N2O), nitric ôxit (NO), hoặc nitơ dạng trơ như khí nitơ (N2). Nitơ hữu cơ có thể tồn tại trong các sinh vật sống, đất mùn, hoặc các sản phẩm trung gian của quá trình phân hủy các vật chất hữu cơ. Chu trình nitơ phụ thuộc vào vi khuẩn, và mức độ oxy trong môi trườngđất a. Sự số định Nitơ Nitrogen fixation • Một số vk và tảo có khả năng khử Nitơ bằng con đường sinh học (cố định Nitơ). Sản phẩm của quá trình này là NH3 • Hằng năm VSV cố định: 2.108 T khối N LOẠI VI SINH VẬT A. CỐ ĐỊNH NITƠ SỐNG TỰ DO Hiếu khí Azotobacter (G-) Beijerinckia Microaerophilic (cần ít oxy) Azospirillum Corynebacterium Kỵ khí tùy tiện Klebsiella (bào tử, bùn lắng) Erwinia Kị khí Clostridium (bào tử, bùn lắng) Desulfovibrio B. CỘNG SINH Vinh sinh - thực vật cao Cây họ đậu + Rhizobium Vi khuẩn lam – thực vật nước Anabaena – Azolla (N trong đất, nước) Các loài khác Mối + vi khuẩn đường ruột B. Sự đồng hóa Nitơ (assimilation) • Các vi khuẩn tự dưỡng và dị dưỡng sử dụng Nitrat và đồng hóa chúng thành Amôn • Trong các công trình xử lý nước thải sự đồng hóa N nhằm loại bỏ N • Các tế bào thực vật và tế bào tảo thích sử dụng N ở dạng amôn • Phân bón có Amon được ưa thích hơn Nitrat NO3- / NH4+ protein SV tăng trưởng c. Sự khoáng hóa Nitơ (amonification) • Là sự chuyển hóa các hợp chất Nitơ hữu cơ thành các dạng vô cơ • Được thực hiện bởi nhiều loại VSV (vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm) • Protein acid amin khử amin đến amon d. Qúa trình Nitrat hóa (Nitrification) • Nitrat hóa là qt chuyển hóa Amôn thành Nitrat dưới tác động của VSv • QT Nitrat hóa thường qua 2 giai đoạn: - Chuyển hóa Amôn thành Nitrit (Nitrosomonat, Nitrosopira, Nitrosococcus, Nitrosolobus) - Chuyển hóa Nitrit thành Nitrat (Nitrobacter- N.agilis, N. winogratxki; Nitrospira, Nitrococcus ) e. Sự khử nitrat hóa (denitriphication) • 2 cơ chế quan trọng nhất của sự khử nitrat sinh học là : - Khử nitrat đồng hóa - Khử nitrat dị hóa Qt Khử nitrat đồng hóa: NO3- NO2- và NH4+ Qt Khử nitrat dị hóa: NO3 NO2 NO N2O N2 Vsv : Pseudomonas, Baccillus, Spirillum, Agrobacterium, VSV Nitrat reductase Nitrit reductase Nitric oxide reductase Nitrous oxid reductase Sự loại bỏ Nitơ trong các công trình xử lý nước thải • Phương pháp sinh học: nitrat hóa – khử nitrat hóa. - Khử nitrat hóa sẽ giúp loại bỏ thêm N trong nước thải đã được nitrat hóa tốt. - Hiệu quả quá trình này đến: 95% • Phương pháp hóa lý: vôi hóa, tạo pH cao, chuyển NH4+ thành NH3 - có thể đuổi ra khỏi dung dịch bằngcác tháp làm nguội kín Tác động loại bỏ N từ các công trình xử lý nước thải lên môi trường • Tính độc NH3 độc với cá, ở pH trung tính 99% ammonia ở dạng NH4+ ,khi pH > 9 NH3 tăng • Sự suy giảm Oxi của nguồn tiếp nhận (có hại cho thủy sinh) 1mg ammonia cần 4,6g O2 • Phú dưỡng hóa nước mặt • Ăn mòn kim loại (>1mg/l) Chu trình Phospho trong tự nhiên Động vật Phân bón Chất rắn sinh học Phân bón Thu hoạch Tồn trữ trong thực vật Nguồn vào đấtThành phần Mất khỏi đất Khí quyển Lắng đọng Rửa trôi và xói mòn Lọc, thẩm thấu Phosphorus hữu cơ •Vi sinh vật •Tồn trữ trong thực vật •Phân bón trong đất Khoáng sản (apatite)Thực vật Hấp thu Phosphor hòa tan trong đất •HPO4-2•H2PO4-1 Hợp chất bậc 2 (CaP, FeP, MnP, AlP) Khoáng sản bề mặt ( Fe Al oxide, carbonates) Chu trình Photpho • Giới thiệu: P là 1 trong nguyên tố đại lượng cần thiết cho mọi tế bào sống P là thành phần quan trọng của ATP, acid nucleic, màng tế bào, hạt volutin nội bào P là chất giới hạn tăng trưởng của tảo trong các hồ [Phc/vc] = 10 – 20 mg/l ( nước thải) VSV CỦA CHU TRÌNH P a. Khoáng hóa (Mineralization) Các hợp chất P hữu cơ (phytin, inositol photphat, acid nucleic..) được khoáng hóa đến orthophosphate bởi nhiều loại VSV: - Vi khuẩn (B. Subtilus, Arthrobacter) - Xạ khuẩn (Streptomyces) - Nấm (Aspergillus, Penicillum) Enzyme: phosphatase VSV CỦA CHU TRÌNH P b. Đồng hóa Đồng hóa là quá trình tổng hợp các chất đơn giản thành những chất phức tạp diễn ra trong cơ thể sinh vật VSV đồng hóa P (P thành phần các đại phân tử trong tế bào) Một số VSV có khả năng dự trữ P ở dạng polyphosphate trong các hạt đặc biệt của tế bào VSV CỦA CHU TRÌNH P c. Sự kết quả của các hợp chất P Khả năng hòa tan của orthophosphate được kiểm soát bởi pH của mt nước và các ion Ca, Mg, Fe, Al Sự kết tủa xảy ra tạo thành các hợp chất không hòa tan như hydroxyapatide (Ca10(PO4)(OH)2) vivianite Fe3(PO4)2.8H2O VSV CỦA CHU TRÌNH P d. Khả năng hòa tan của VSV đối với các dạng P không tan VSV thông qua hoạt động trao đổi chất có thể hổ trợ sự hòa tan của các hợp chất P Các cơ chế hòa tan là các quá trình trao đổi chất liên quan đến các enzyme, sản sinh các acid vô cơ và hữu cơ , CO2 , H2S, chelator Loại bỏ P trong các công trình xử lý nước thải • Phospho trong nước thải có thể bắt nguồn từ các phosphate của chất tẩy rửa • Dạng thông thường của P trong nước thải là: - orthophosphate – PO43- chiếm 50 – 70% - Polyphosphate - Phospho liên kết với các chất hữu cơ Phospho gây hiện tượng phú dưỡng hóa nước mặt nên cần loại bỏ trong các công trình xử lý nước trước khi đưa vào nguồn tiếp nhận Một số cơ chế hóa sinh học để loại bỏ P • Kết tủa hóa học • Sự đồng hóa P bởi các VSV trong nước thải • Sự tích tụ polyphosphat bởi các VSV • VSV phân hủy các kết tủa hóa học Loại bỏ P bằng phương pháp sinh học a. VSV phân hủy các kết tủa hóa học của P Các kết tủa phosphate trong nước thải được loại bỏ tiếp theo nhờ VSV của quá trình bùn hoạt tính Quá trình xảy ra trong màng vi sinh của quá trình lọc sinh học Các kết tủa P có thể bị loại bỏ bằng con đường chuyển hóa giải phóng P từ polyphosphate ở đk kị khí Loại bỏ P bằng phương pháp sinh học b. Phân hủy P bởi VSV Sự loại bỏ P là kết quả hoạt động VSV trong quá trình bùn hoạt tính Moraxella, E.coli, Một số loại VSV như: Acinetobacter, Pseudomonas, Aerobacter, Mycobacterium, Beggiatoa (vi khuẩn poly phospho) – có khả năng tích lũy P với lượng lớn hơn nhu cầu của tế bào CHU TRÌNH LƯU HUỲNH • Lưu huỳnh là nguyên tố khá phong phú trong môi trường • Nước biển là nguồn chứa sunphat lớn nhất • Các nguồn khác như khoáng (pyrite, FeS2 , chacopyrite,CuFeS2), nhiên liệu hóa thạch, hữu cơ lưu huỳnh (VSV), acidamine, coenzyme, ferredoxin, enzyme • Lưu huỳnh có trong nước thải, các sản phẩm bài tiết. • Sunphate là ion thường gặp trong nước thiên nhiên Chu trình lưu huỳnh trong tự nhiên Động vật Phân bón Chất rắn sinh học Phân bón Thu hoạch Dư lượng trong thực vật Lưu huỳnh Trong khí quyển Đi vào đấtHợp phần Mất khỏi đất Bay hơiKhí quyển Lắng đọng Rửa trôi, xói mòn Lọc, thẩm thấu Lưu huỳnh dạng khoáng sản Thực vật Hấp thu Sulfate Sulfur (SO4) Lưu huỳnh phân tử Lưu huỳnh hữu cơ Lưu huỳnh dạng Khử - VSV TRONG CHU TRÌNH LƯU HUỲNH a. Khoáng hóa lưu huỳnh hữu cơ VSV Hợp chất lưu huỳnh hữu cơ Khoáng hóa HiẾU KHÍ (thông qua) KỴ KHÍ Trong điều kiện hiếu khí: enzyme sunfatose tham gia phân hủy các este của sulfate thành SO42-Trong ĐK kỵ khí: các acid amine chứa S được phân hủy thành các hợp chất S vô cơ hoặc mercaptans VSV TRONG CHU TRÌNH LƯU HUỲNH b. Đồng hóa Là VSV oxy hóa/ khử các hợp chất lưu huỳnh - VSV kỵ khí sẽ đồng hóa khử các dạng H2S - VSV hiếu khí sử dụng các dạng oxy hóa nhiều hơn VSV TRONG CHU TRÌNH LƯU HUỲNH b. Đồng hóa (tt) b.1 Các phản ứng oxy hóa VSV oxy hóa H2S trong đk hiếu khí và kị khí (về S0) - Dưới điều kiện hiếu khí: Thiobacillus thioparus - Dưới đk kị khí: VSV quang hợp tự dưỡng thực hiện oxy hóa S. (vi khuẩn lưu huỳnh màu tía, vk lưu huỳnh màu lục) VSV TRONG CHU TRÌNH LƯU HUỲNH b. Đồng hóa (tt) b.2 Sự khử lưu huỳnh Các phản ứng khử sunfate đồng hóa và dị hóa sinh ra sunfitde - Khử sunfate đồng hóa: H2S được tạo thành trong đk phân hủykị khí bởi nhóm Clostridia, Velionella (từ các chất methionin, cystein,cystin) - Khử sunfate dị hóa: chủ yếu sinh ra H2S trong nước thải. (qtxảy ra trong đk kị khí nghiêm ngặt) CHƯƠNG 2.1: VSV GÂY BỆNH VÀ KÝ SINH TRÙNG TRONG NƯỚC THẢI SINH HOẠT 2.1 CÁC YẾU TỐ CỦA DỊCH TỂ HỌC 2.1.1 MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA 2.1.2 CHUỖI NHIỄM TRÙNG 2.2 VSV GÂY BỆNH VÀ KÝ SINH TRÙNG TÌM THẤY TRONG NƯỚC THẢI SINH HOẠT 2.2.1 VI KHUẨN GÂY BỆNH 2.2.2 VI KHUẨN TẠO KHÁNG SINH 2.2.3 VIRUS GÂY BỆNH 2.2.4 KÝ SINH TRÙNG PROTOZOA 2.2.5 GIUN SÁN 2.2.6 NHỮNG VSV GÂY BỆNH KHÁC Các yếu tố dịch tể học • Khái niệm – Dịch tể học (epidermidic) – Số mắc mới – Nhiễm trùng (infection) – Tính sinh bệnh • Nhiễm trùng – Tác nhân truyền nhiễm (pathogenic) – Nguồn tác nhân truyền nhiễm (Pathogenic source) – Phương thức gây bệnh • Người- Người • Nước • Thực phẩm • Không khí • Vec tơ truyền bệnh • Dụng cụ 2.1 CÁC YẾU TỐ CỦA DỊCH TỂ HỌC - Dịch tể học: là khoa học về sự lan truyền của bệnh truyền nhiễm trong quần thể - Bệnh truyền nhiễm là những bệnh có thể lan từ một vật chủ này tới một vật chủ khác - Nhiễm trùng (infection) là sự xâm nhập vào vật chủ bởi 1 VSV truyền nhiễm. Bao gồm: - Đường vào (hô hấp, tiêu hóa, da) - Sự nhân lên và định cư trong vật chủ - Nhiễm trùng không rõ ràng – nhiễm trùng tiềm tàng – người lành mang trùng - Tính sinh bệnh là khả năng của 1 tác nhân truyền nhiễm gây nên bệnh và làm tổn thương vật chủ 2.2 CHUỖI NHIỄM TRÙNG 2.2.1 Các loại tác nhân truyền nhiễm Một số VSV truyền nhiễm gây bệnh tật: -Vi khuẩn -Nấm -Nguyên sinh động vật -Metazoa -Rickettsi -Virus 2.2 CHUỖI NHIỄM TRÙNG (tt) 2.2.1 Các loại tác nhân truyền nhiễm (tt) Đánh giá tác nhân truyền nhiễm dựa trên tính độc hay khả năng của chúng gây bệnh ở người Tính độc: liều của tác nhân nhiễm trùng cần thiết để truyền nhiễm cho vật chủ và gây bệnh MID: minimal infective dose MID của các các VSV khác nhau cũng khác nhau 2.2 CHUỖI NHIỄM TRÙNG (tt) 2.2.1 Các loại tác nhân truyền nhiễm (tt) Vd: - Salmonella typhi/ E.coli cần hàng ngàn đến hàng triệu VSV để gây nhiễm trùng (bệnh đường ruột) - Shigella : MID chỉ cần 10 tế bào - Đối với virus chỉ 1 hay vào hạt đủ để nhiễm trùng cá nhân Liều gây nhiễm tối thiểu đối với một số VSV gây bệnh và ký sinh trùng VSV LIỀU GÂY NHIỄM TỐI THIỂU Salmonella (vk đường ruột) 104 - 107 Shigella spp (bệnh lỵ) 101 - 102 Escherichia coli (vk đại tràng) 106 - 108 Vibrio cholerae (tả) 103 Giardia lamblia (KST ruột non) 101 - 102nang Cryptosporidium (tiêu chảy) 101 nang Entoamoeba coli (KST đường ruột) 101 nang Ascaris (giun đũa) 1 – 10 trứng Virus viên gan siêu vi A 1 – 10 PFU Plaque Forming Unit 2.2 CHUỖI NHIỄM TRÙNG (tt) 2.2.2 Ổ chứa tác nhân truyền nhiễm ổ chứa (hữu sinh/vô sinh) các tác nhân truyền bệnh cho phép VSV tồn tại và phân chia Vd: - con người, vật nuôi , vật hoang dại - nước, nước thải, thực phẩm, đất 2.2 CHUỖI NHIỄM TRÙNG (tt) 2.2.3 Các phương thức lây bệnh Lây bệnh là sự vận chuyển tác nhân truyền nhiễm từ 1 ổ chứa sang vật chủ Gồm: -Lây bệnh từ người sang người -Lây bệnh do nước truyền -Lây bệnh do thực phẩm -Lây bệnh do không khí -Lây bệnh do vector truyền -Vật dụng 2.3 VSV GÂY BỆNH VÀ KÝ SINH TRÙNG TÌM THẤY TRONG NƯỚC THẢI 2.3.1 VI KHUẨN GÂY BỆNH A. Salmonella B. Shigella C. Vibrio cholerae D. E. coli E. Yersinia F. Campylobacter G. Leptospira H. Legionella pneumophila I. Bacteroides fragilis J. VK gây bệnh cơ hội Nhóm vi khuẩn gây bệnh đường ruột -Có dạng hình que, Gram -, họ Enterrobacteriaceae, không sinh bào tử -Quan trọng nhất là 3 giống: Escheichia, Samonella và Shigella Salmonella (vk đường ruột) -Vk tạo nội độc tố gây sốt, nôn, tiêu chảy -Gây bệnh thương hàn, viêm dạ dày ruột -Đường truyền: nước, thực phẩm bị nhiễm vk này Shigella -Lị trực khuẩn gây tiêu chảy, phân có máu -Đường truyền: tiếp xúc phân người bệnh -MID< 10 vk Vibrio cholera -Vk tiết ra độc tố ruột gây tiêu chảy, nôn, mất nước , có thể gây tử vong -Đường truyền: nước, thực phẩm E. coli -E. coli: sống trong đường ruột người, đv máu nóng -Bên cạnh chủng E.coli có lợi cho đường ruột, có chủng tiết độc tố gây tiêu chảy, ói, đau quặn bụng -Đường truyền: thức ăn, nước -MID: 106 - 108 Yersinia -Gây viêm dạ dày ruột cấp, thường gặp ở trẻ em -ổ chứa bệnh: lợn, đv nuôi Campylobacter -Gây viêm dạ dày cấp -Triệu chúng: sốt, nôn, đau bụng, tiêu chảy -Đường truyền: tiêu hóa (thức ăn, nước) Leptospira -Xoắn khuẩn -Gây sốt, nhhiễm trùng thận và hệ tk trung ương -Phân lập được từ nước thải bệnh nhiễm phân của súc vật hay từ gia súc bị nhiễm -Xâm nhập qua các vết trầy xước trên da Legionella pneumophila -Trực khuẩn, G- -Triệu chứng: gây sốt, nhức đầu, đau cơ -Phân lập từ khí dung (máy lạnh, thiết bị làm mát), nước thải Bacteroides fragilis -Sinh độc tố ruột gây tiêu chảy -Đường truyền: nước thải Vi khuẩn gây bệnh cơ hội -Gồm những vk G- dị dưỡng thuộc những chi sau: Pseudomonas, Aeromonas, Klebsiella, Flavobacterium, Enterobacter, Citrobacter, Serratia, Acinetobacter, Proteus, Providencia - Trẻ sơ sinh, người già, người bệnh có nguy cơ cao nhiễm trùng vk cơ hội 2.3 VSV GÂY BỆNH VÀ KÝ SINH TRÙNG TÌM THẤY TRONG NƯỚC THẢI (tt) 2.3.2 VI KHUẨN TẠO KHÁNG SINH Bệnh nhân được trị liệu bằng kháng sinh có chứa 1 lượng lớn những vk đề kháng với kháng sinh trong đường ruột Những vk này được bài tiết với 1 lượng lớn trong phân và cuối cùng đến nhà máy xử lý nước thải trong cộng đồng Những gen mã hóa cho việc đề kháng với kháng sinh nằm ở trên plasmid, trong đk thích hợp có thể chuyển đến những vk khác thông qua tiếp hợp với sự tiếp xúc tế bào với tế bào Vi khuẩn có khả năng kháng thuốc • Bản chất là những vi khuẩn kháng thuốc • Khi có mặt trong môi trường nước là tác nhân gây bệnh • Hiện tượng truyền tiếp khả năng kháng khuẩn qua tiếp xúc và tiếp hợp 2.3 VSV GÂY BỆNH VÀ KÝ SINH TRÙNG TÌM THẤY TRONG NƯỚC THẢI (tt) 2.3.3 VIRUS GÂY BỆNH Nước và nước thải có thể bị nhiễm bẩn bởi khoảng 140 loại virus đường ruột Những virus này xâm nhập vào cơ thể bằng miệng, nhân lên trong đường tiêu hóa và bài xuất với số lượng lớn trong phân Virus đường ruột gây nhiễm trùng ẩn rất khó phát hiện. Các triệu chứng: phát ban ở da, sốt, nhiễm trùng hô hấp, viêm kết mạc, viêm đường ruột, liệt Vi rus gây bệnh • Vi rút viêm gan – HAV – HBV – Không A không B • Vi rút gây bệnh đường ruột – Rotavirus – Norwalk 2.3 VSV GÂY BỆNH VÀ KÝ SINH TRÙNG TÌM THẤY TRONG NƯỚC THẢI (tt) 2.3.3 VIRUS GÂY BỆNH (tt) 2.3.3.1 Viêm gan Viêm gan chủ yếu do các loại virus sau: -Virut viêm gan A (HAV) nm– 1 enterovirus ARN 27, thời gian ủ bệnh ngắn 2 – 6 tuần, lây truyền phân – miệng. Triệu chứng đặc trưng là vàng da -Virut viêm gan B (HBV) gây viêm gan huyết thanh – virut AND 42 nm, có thời gian ủ bệnh tương đối dài. Lây truyền qua đường máu -Viêm gan siêu vi không A, không B (Flavirus 50 – 60 nm, calicivirus 32 – 34 nm) -Viêm gan delta mãn tính gây nên bởi virus ARN 28 – 35 nm 2.3 VSV GÂY BỆNH VÀ KÝ SINH TRÙNG TÌM THẤY TRONG NƯỚC THẢI (tt) 2.3.3 VIRUS GÂY BỆNH (tt) 2.3.3.1 Viêm đường ruột do siêu vi Viêm đường ruột có lẻ là bệnh truyền nhiễm do nước phổ biến nhất. Nguyên nhân: do ký sinh trùng protozoa, vi khuẩn, virus gây bệnh Rotavirus là những hạt 70 nm có chứa chuỗi xoắn kép ARN bao quanh bởi capsid có vỏ đôi – gây viêm đường ruột ở trẻ < 2 tuổi, người già. Con đường lây nhiễm: phân – miệng, hô hấp Tác nhân loại Norwalk virus < 27 nm. Phát hiện ở Norwalk, Ohio. Con đường lây bệnh: nước, thực phẩm. Triệu chứng: tiêu chảy, nôn ói; tấn công vào ruột non 2.3 VSV GÂY BỆNH VÀ KÝ SINH TRÙNG TÌM THẤY TRONG NƯỚC THẢI (tt) 2.3.4 KÝ SINH TRÙNG PROTOZOA Phần lớn những ký sinh trùng protozoa tạo thành nang có khả năng tồn tại ở ngoài vật chủ dưới những đk bất lợi Dưới những đk thích hợp thể dưỡng bào lại được phóng thích khỏi nang – gọi là sự xuất nang Những PROTOZOA hây bệnh cho người qua đường nước đáng chú ý: Giardia lamblia 2.3.4.1 Giardia lamblia - Kst có roi, có thể dưỡng bào hình quả lê và có giai đoạn nang hình trứng - ổ chứa: nước thải sinh hoạt, động vật nuôi và hoang dại -Nhiễm trùng xảy ra khi ăn các nang có trong nước - Liều truyền nhiễm từ 10 – 100 nang - Triệu chứng: đau bụng, buồn nôn, mệt mỏi, tiêu chảy - Kst có thể bao phủ biểu mô ruột non, cản trợ sự hấp thụ chất dinh dưỡng; hóa nang khi đi qua ruột và đến đại tràng 2.3 VSV GÂY BỆNH VÀ KÝ SINH TRÙNG TÌM THẤY TRONG NƯỚC THẢI (tt) 2.3.4.2 Cryptosporidium Kst dạng cầu khuẩn, gây nhiễm trùng cho người và da súc -Giai đoạn gây nhiễm của protozoa này là nang trứng - sau khi con người ăn vào, nang trứng xuất nang và phóng thích thể dưỡng bào gây nhiễm, kí sinh ở tế bào biểu mô đường ruột -Liều gây nhiễm: tùy loài động vật 1 – 1000 nang -Triệu chứng: tiêu chảy ồ ạt, tiêu chảy nước, buồn nôn, sốt nhẹ, giảm cân -Thời gian triệu chứng phụ thuộc vào tình trạng miễn dịch của bệnh nhân -Con đường lây nhiễm: người – người, đường nước, đường thức ăn và do gia súc Cryptosporidium 2.3 VSV GÂY BỆNH VÀ KÝ SINH TRÙNG TÌM THẤY TRONG NƯỚC THẢI (tt) 2.3.4.3 Entamoeba histolytica Tạo thành nang gây nhiễm đượ phóng thích trong 1 thời gian tương đối dài bởi người mang trùng không triệu chứng; tồn tại trong nước và nước thải -Con đường truyền nhiễm: nước, thức ăn nhiễm bẩn; gây bệnh lỵ amib -Triệu chứng: thay đổi từ tiêu chảy đến táo bón đến kiết cấp tính, có thể gây tử vong Entamoeba histolytica 2.3 VSV GÂY BỆNH VÀ KÝ SINH TRÙNG TÌM THẤY TRONG NƯỚC THẢI (tt) 2.3.4.4 Naegleria Là kst trong nước thải, nước bề mặt, hồ bơi, đất, nước sinh hoạt, nước thải bị ô nhiễm nhiễm Naegleria flowleri là tác nhân căn nguyên của viêm màng não amib nguyên phát. -Bệnh dẫn đến tử vong sau 4 – 5 ngày xâm nhập vào cơ thể - con đường truyền nhiễm: qua niêm mạc của khoang mũi và di cư vào hệ thần kinh trung ương Neagleria 2.3 VSV GÂY BỆNH VÀ KÝ SINH TRÙNG TÌM THẤY TRONG NƯỚC THẢI (tt) 2.3.5 GIUN SÁN Trứng là giai đoạn gây nhiễm của giun sán, được bài xuất từ phân và lây lan bằng nước thải, đất và thực phẩm. 2.3.5.1 Taenia spp -Taenia saginata - sán dải bò, Taenia solium – sán dải heo -KST này phát triển trong vật chủ trung gian trở thành ấu trùng và chúng đến người – vật chủ cuối -Triệu chứng: rối loạn ruột, đau bụng, giảm cân Sán dải Bò, Heo Sán dải chó 2.3 VSV GÂY BỆNH VÀ KÝ SINH TRÙNG TÌM THẤY TRONG NƯỚC THẢI (tt) 2.3.5.2 Ascaris lumbricoides(Giun đũa) - Bệnh này có thể mắc phải do nuốt chỉ 1 hoặc vài trứng giun - Cá nhân bị nhiễm bài xuất một lượng lớn trứng và mỗi con - Ascaris cái có thể tạo ra khoảng 200.000 trứng / ngày - Trứng đặc nên dễ bị loại khỏi nước sau quá trình lắng tại trạm xử lý nước thải Vd: xử lý bằng bùn hoạt tính được chứng minh loại bỏ tốt trứng giun Giun đũa 2.3 VSV GÂY BỆNH VÀ KÝ SINH TRÙNG TÌM THẤY TRONG NƯỚC THẢI (tt) 2.3.5.3 Toxocara canis Loài này chủ yếu gây nhiễm cho trẻ em có thói quen ăn bẩn -Gây rối loạn đường ruột -ấu trùng có thể di cư vào mắt, gây tổn thương nhãn cầu, đôi khi dẫn đến mù mắt 2.3.5.4 Trichuris trichiura Gây bệnh giun xoắn ở người (giun tóc) Trứng của chúng đặc và lắng dễ dàng trong bể lắng Giun tóc 2.3 VSV GÂY BỆNH VÀ KÝ SINH TRÙNG TÌM THẤY TRONG NƯỚC THẢI (tt) 2.3.6 Những VSV gây bệnh khác - Tảo lục, tảo lam: Anabaena flos-aquae; Microcystis aeruginosa; Schizothrix calcicola. - Những tảo này tạo ngoại độc tố cũng như nội độc tố - Gây triệu chứng viêm dạ dày ruột CHƯƠNG 3: VSV CHỈ THỊ (indicator microorganism) 3.1 Khái niệm 3.2 Tổng quan những VSV chỉ thị 3.3 Phương pháp xác định VSV CHỈ THỊ 3.1 Khái niệm -Là những cá thể, quần thể hay quần xã có khả năng thích ứng hoặc rất nhạy cảm với môi trường nhất định. Chúng có thể chỉ thị về độ sạch, độ nhiễm bẩn của thủy vực -Để đánh giá mức độ ô nhiễm nguổn nước , ngoài các thông số hóa lý, ta cần quắc các vi sinh chỉ thị: E. coli, tổng Coliform và các virus gây bệnh (pathogen) Vi sinh vật chỉ thị Một số tiêu chuẩn cho VSV chỉ thị lý tưởng: • Là VK đường ruột của động vật máu nóng • Có mặt khi trong mẫu hiện diện VSV gây bệnh nhưng trong mẫu sạch thì không có mặt • Có mật độ lớn hơn so với VSV gây bệnh • Có khả năng đề kháng tương đương với VSV gây bệnh • Không tăng số lượng trong môi trường • Phát hiện nhanh và dễ • Không gây bệnh Mục đích sử dụng của nguồn nước VSV CHỈ THỊ Nước uống Coliform tổng số Nguồn nước ngọt cho các dịch vụ giải trí Fecal coliform E. Coli Enterococci Nguồn nước lợ cho các dịch vụ giải trí Fecal coliform Coliform tổng số Enterococci Khu vực sinh trưởng của các loài ốc sò Fecal coliform Coliform tổng số Tưới tiêu trong nông nghiệp Coliform tổng số (cho nước thải đã xử lý) Nước thải sau khi khử trùng Fecal coliform Coliform tổng số VSV CHỈ THỊ • Coliforms: tiêu chuẩn cho phép là 20 khuẩn lạc/1l nước sinh hoạt • E. coli: tiêu chuẩn cho phép là 0 khuẩn lạc/1l nước sinh hoạt QCVN VSV Giá trị (MPN/100ml) 14/2008/BTNMT (nước thải) Tổng coliform 3000-5000 09/2008/BTNMT (nước ngầm) E. Coli Tổng coliform KPH 3 08/2008/BTNMT (nước mặt) E. Coli Coliform 20-200 2500-10000 10/2008/BTNMT (nước biển) Coliform 1000 Nhóm vi khuẩn chỉ thị thường gặp • Coliforms  Tổng coliforms  Coliforms phân  Escherichia coli • Streptococci  Streptococci phân  Enterococci • Vi khuẩn kị khí sinh bào tử Clostridium perfringens Bifidobacteria Bacterriods  Bacteriophage  Nấm men và VK kháng cồn kháng a xít 3.2 TỔNG QUAN VSV CHỈ THỊ 3.2.1 Tổng số coliform Là : VK hiếu khí hay kị khí tùy tiện, G(-), không sinh bào tử, hình que, lên men lactose và sinh khí trong vòng 48h, 35oC Gồm: E.coli, Enterobacter, Klebsiella và Citrobacter (trong phân người và gia súc) Là VK chỉ thị xác định chất lượng của nước Phát hiện thông qua Phương pháp MPN (Most Probable Number) 3.2 TỔNG QUAN VSV CHỈ THỊ 3.2.2 Coliforms phân Gồm tất cả những coliform có thể lên men lactose ở 44,5oC; gồm: Escherichia coli và Klebsiella pneumoniae Chỉ thị hiện diện của phân của ĐV máu nóng Phát hiện bằng phương pháp kiểm tra Coliform chịu nhiệt 3.2 TỔNG QUAN VSV CHỈ THỊ 3.2.3 Streptococcus phân Gồm: Streptococcus faecalis, S.bovis, S.equinus và S. avium Trú ẩn trong đường tiêu hóa của người và ĐV máu nóng Chỉ thị dùng để phát hiện sự nhiễm phân trong nước Tỷ số coliform phân/ streptococci phân (TC/FS) chỉ thị cho nguồn gốc của ô nhiễm nước bề mặt - Tỷ số > 4 nhiễm bẩn có nguồn gốc con người - Tỷ số < 0,7 chỉ thị cho ô nhiễm từ súc vật 3.2 TỔNG QUAN VSV CHỈ THỊ 3.2.4 Vi khuẩn kị khí - Clostridium perfringens: G(+), sinh bào tử, hình que tạo bào tử rất đề kháng với môi trường bên ngoài và chất khử trùng (không dùng làm chất chỉ thị) - Difidobacteria: không sinh bào tử, G+, chỉ thị ô nhiễm phân (B. bifidum, B. adolescentis, B. infantis) - Bacterroides: xuất hiện ở đường tiêu hóa ở nồng độ 1010 tế bào/1 gram phân. VD: B. fragilis (gây nhiễm trùng cơ hội). Thử nghiệm kháng thể huỳnh quang để phát hiện Bacterroides 3.2 TỔNG QUAN VSV CHỈ THỊ 3.2.5 Bacteriophage - Bacteriophage tương tự virut đường ruột nhưng chúng dễ dàng được phát hiện trong mẫu môi trường và được tìm thấy với số lượng cao hơn virus đường ruột - Bacteriophage là chỉ thị của Bacteriods trong mẫu có nhiễm phân. Tuy nhiên, cũng mới chỉ là đề nghị - Ứng dụng Bacteriophage trong phát hiện nhanh VSV chỉ thị là hướng nghiên cứu tương lai khi kỹ thuật phát triển - Chúng cũng chỉ thị cho việc đánh giá chất lượng nước 3.2 TỔNG QUAN VSV CHỈ THỊ 3.2.6 Nấm men và VSV kháng acid Một số nhà nghiên cứu đề nghị dùng nấm men và mycobacteria kháng acid là chỉ thị cho hiệu quả khử trùng Mycobacterum fortuitum đề kháng tốt với Chlor tự do và ozone hơn E.coli hay poliovirus type 1 3.2 TỔNG QUAN VSV CHỈ THỊ 3.2.7 ĐẾM VI SINH DỊ DƯỠNG - Đếm vi sinh dị dưỡng – HPC (Heterotrophic Plate Count) là đếm tổng số vi khuẩn yếm khí và hiếu khí tùy tiện mà chúng thu C và năng lượng từ những hchc. Số khuẩn lạc đếm được phụ thuộc vào thành phần của môi trường, thời gian ủ, nhiệt độ ủ - Nhóm này gồm những VK (G-) thuộc các chi: Pseudomonas, Aeromonas, Klebisella, Flavobacterium, Enterobacter, Citrobacter, Serratia, Acinebacter.... - Trong nước uống, số lượng VK dị dưỡng : 1CFU – 104 CFU/ml Chúng bị ảnh hưởng bởi các yếu tố: nhiệt độ, [Chlor dư], [chất hữu cơ] 3.2 TỔNG QUAN VSV CHỈ THỊ 3.2.8 CHỈ THỊ HÓA HỌC CỦA CHẤT LƯỢNG NƯỚC - Là chất sterol phân gồm: coprostanol, coprosterol, cholesterol và coprostanone - Sterol phân có thể thoái hóa sau quá trình xử lý nước và không bị ảnh hưởng bởi chlor a. Chlor dư tự do: là chỉ thị tốt của chất lượng nước uống b. Nồng độ nội độc tố: Là những lypopolysaccharides tồn tại trong màng ngoài của VK G- Được đo lường bằng thử nghiệm Limulus amid Lysat (LAL) 3.3 PHÁT HIỆN NHỮNG VSV CHỈ THỊ 3.3.1 Phát hiện coliform phân và tổng coliform Được phát hiện bằng phương pháp thống kê (Most Probable Number - MPN) hay bằng phương pháp màng lọc 3.3.2 Phát hiện nhanh coliform a. Phân tích enzyme b. Kháng thể đơn dòng c. Phương pháp phản ứng chuỗi polymerase/probe-gen 3.3.3 Đếm đĩa dị dưỡng 3.3.4 Bacteriophage – Cô đặc phage – Khử nhiễm cho dung dịch cô đặc – Phân tích phage Streptococcus và Enterococcus • Streptococcus phân (chuỗi khuẩn phân) – S. faecalis – S. faecium – S. avium – S. bovis – S. equinus – S. gallinarum • Enterococcus (cầu khuẩn đường ruột) • Những loại sau có thể sống trong môi trường chứa 6.5% muối – S. faecalis – S. faecium – S. avium – S. gallinarum Phân tích Enzyme • Dựa vào sự có mặt của enzym trong quá trình nuôi cấy để xác định loại VK có mặt trong mẫu • Vi khuẩn thuộc nhóm coliform tổng cộng có enzyme – β-D-galactosidase là enzym thủy phân đường – ortho-nitrophenyl- β-D-galactopyranoside (ONPG) • E. coli có enzyme – β-glucuronidase là enzym thủy phân – 4-methylumbelliferyl-β-glucuronide (MUG) Kháng thể đơn dòng (monoclonal antibody) • Các kháng thể đơn dòng chỉ nhận biết một epitope trên một kháng nguyên cho sẵn. • Các kháng thể đơn dòng cùng một dòng thì giống hệt nhau và được sản xuất bởi cùng một dòng tương bào. Kháng thể huỳnh quang • Kháng thể huỳnh quang – Trong đó kháng nguyên trong phần mô có vị trí tương đồng kháng thể có gắn nhãn với thuốc nhuộm huỳnh quang – Hoặc xử lý các kháng nguyên với kháng thể không có nhãn theo sau là một lớp thứ hai của antiglobulin có gắn nhãn với thuốc nhuộm huỳnh quang PCR (Polymerase Chain Reaction) Phản ứng chuỗi tổng hợp- Phản ứng khuyếch đại gen • Có đoạn mồi • Quy trình có khoảng vài chục vòng: – Tăng nhiệt độ để tách AND – Hạ nhiệt độ để gắn mồi – Kéo dài • Sác ký gel agarose • So sánh với chuẩn CHƯƠNG 4: KHỬ TRÙNG NƯỚC VÀ NƯỚC THẢI 4.1 TỔNG QUAN Khử trùng là quá trình loại bỏ những vi sinh gây bệnh CƠ CHẾ TÁC ĐỘNG: - Phá hủy thành tế bào - Thay đổi khả năng thẩm thấu của tế bào - Thay đổi hệ keo tự nhiên của tế bào - Tác động đến DNA - Tác động đến nhóm xúc tác hoạt động của enzyme TỔNG QUAN • Khử trùng nước là loại khỏi nước các loại VSV có khả năng gây bệnh cho người và súc vật • Các loài VSV gây bệnh: virut, vi khuẩn, ĐVNS, tảo, nấm • Ngăn chặn nguy cơ gây 1 số bệnh: tả, lỵ, thương hàn 4.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử trùng 4.2.1 Loại hóa chất khử trùng Một số hóa chất được sử dụng: - Ozone - Dioxide chlor - Chlor - 4.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử trùng 4.2.2 Loại VSV - Những VSV gây bệnh có sức đề kháng thay đổi rất nhiều để chống lại chất khử trùng - Đa phần VK sinh bào tử có sức đề kháng với chất khử trùng tốt hơn VK sinh dưỡng - Sức đề kháng khác nhau với chất khử trùng của những vi khuẩn dinh dưỡng khác nhau Vd: sức đề kháng với khử trùng thay đổi theo thứ tự sau: VK sinh dưỡng < VK đường ruột < VK sinh bào tử < nang protozoa 4.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử trùng 4.2.3 Nồng độ khử trùng và thời gian tiếp xúc Mức độ bất hoạt vi sinh gây bệnh với chất khử trùng tăng với thời gian và theo lý tưởng tuân theo động học bậc 1 No : số lượng vi sinh ở thời điểm ban đầu Nt : số lượng vi sinh ở thời điểm t k: hằng số phân hủy t : thời gian Nt /No = e-kt 4.2.3 Nồng độ khử trùng và thời gian tiếp xúc - Việc bất hoạt VSV gây bệnh với chất khử khuẩn tăng với thời gian tiếp xúc và nồng độ chất khử khuẩn - Mối quan hệ giữa C và T tuân theo luật Watson: K = Cn t Trong đó: K: hằng số tiếp xúc C: nồng độ chất khử trùng t: thời gian cần thiết để diệt đến 1 giới hạn nhất định n: hệ số pha loãng 4.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử trùng 4.2.4 Tác động của pH Trong quá trình khử trùng bằng Chlor, yếu tố pH kiểm soát lượng HOCl và OCl- trong dung dịch Đối với khử trùng E. coli HOCl hiệu quả hơn OCl- 80 lần Sự bất hoạt vi khuẩn, virus và nang protozoa bởi dioxide chlor có hiệu quả hơn ở pH cao 4.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử trùng 4.2.5 Nhiệt độ Hiệu quả bất hoạt VSV và kí sinh trùng gia tăng khi nhiệt độ gia tăng 4.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử trùng 4.2.6 Cạnh tranh hóa học và vật lý đối với việc khử trùng - Những hợp chất cạnh tranh với tác dụng khử trùng: hợp chất chứa N vô cơ và hữu cơ, Fe, Mn, H2S - Độ đục (chất vô cơ, hữu cơ lơ lửng) 4.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử trùng 4.2.7 Tác dụng bảo vệ của những động vật không xương sống Trong hệ thống phân phối nước, giun tròn có thể nuốt virus và VK gây bệnh  bảo vệ các giống VSV khỏi tác động của chlor VK gây bệnh đường ruột bảo vệ khỏi tác động của chlor khi được protozoa nuốt vào 4.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử trùng 4.2.8 Những yếu tố khác - Một số nghiên cứu cho thấy VK chỉ thị và gây bệnh được nuôi cất trong ptn nhạy cảm hơn loại mọc trong mt nước tự nhiên Vd: Flavobacterium sp - Klebsiella pneumoniae đề kháng với chloramine hơn khi mọc trong môi trường thiểu dưỡng TIÊU CHUẨN LỰA CHỌN CHẤT KHỬ TRÙNG • Khử mùi • Dễ tìm trên thị trường, giá thành thấp • Dễ dàng sử dụng và không gây nguy hiểm cho người vận hành • Dễ dàng đo và xác định nồng độ CHỈ TIÊU VI SINH THEO QCVN • Nước cấp theo TCVN 5502:2003 - E.coli và coliform chịu nhiệt không tồn tại - Coliform tổng < 2,2 MPN/100ml • Nước thải theo QCVN 14:2008/BTNMT <3000 MPN/ 100ml (loại A) < 5000 MPN/100ml (loại B) NHỮNG YẾU TỐ KHÁC • Yếu tố dinh dưỡng • Khả năng đề kháng của VSV • Sinh lý VSV • Môi trường thay đổi • Tế bàoVK, hạt virus, nang protozoa kết cụm TIÊU CHUẨN LỰA CHỌN CHẤT KHỬ TRÙNG • Độc với VSV ở nồng độ thấp, không độc đối với người và súc vật • Phải hòa tan trong nước tạo thành dung dịch đồng nhất, ổn định và có thể duy trì một nồng độ dư nào đótrong một thời gian dài • Có hiệu quả với nước ở nhiệt độ thường • Không có tác dụng với chất hữu cơ PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG • PHƯƠNG PHÁP VẬT LÝ: - Nhiệt - UV - Áp suất - Kết hợp • PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC: - Sử dụng các chất oxy hóa mạnh - Chlor hóa và các hợp chất - Ozone - Kim loại LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG • Hiệu quả khử trùng • Lượng tồn dư của tác nhân khử trùng và VSV • An toàn cho người vận hành • Các sản phẩm tạo thành trong quá trình khử trùng 4.3 KHỬ TRÙNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC - Chlor và các hợp chất của chlor - ozone LOẠI CHẤT KHỬ TRÙNG • Ảnh hưởng đến hiệu quả khử trùng • Một số chất khử trùng ozone, dioxide chlor (ClO2) cótính oxy hóa mạnh hơn loại khác như chlor.. • Theo White (1972): xắp xếp khả năng khử trùng của các chất: Ozone> chlorine dioxide ClO2 > hypochlorous acid HOCl> hypochlorite ion (ClO-) > dichloramine NHCl2 >monochloramine NH2Cl Hiệu quả khử trùng của các phương pháp PHƯƠNG PHÁP HiỆU QUẢ (%) Lọc thô 0-5 Lọc tinh 10-20 Bể lắng cát 10-25 Bể lắng sơ hoặc thứ cấp cơ học 25-75 Bể lắng sơ hoặc thứ cấp có thêm hóa chất trợ lắng 40-80 Bể lắng sinh học nhỏ giọt 90-95 Bể bùn hoạt tính 90-98 Chlorine hóa nước thải sau xử lý 98-99 CHLOR VÀ CÁC HỢP CHẤT CỦA CHLOR TRONG KHỬ KHUẨN KHỬ TRÙNG BẰNG CHLOR • Rẻ tiền • Sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải đô thị • Khi hiểu và vận hành đúng là quá trình an toàn, thực tế và hiệu quả • Khử trùng bể chứa và đường ống • Ngăn quá trình ăn mòn do H2S • Khử mùi, vị, tảo và váng nhớt (quần thể VSV sống bám) • Loại dầu mỡ CƠ CHẾ TÁC ĐỘNG CỦA CHLOR • Tác động lên cấu trúc màng, dẫn đến hủy hoại tính thấm của tế bào • Tác động đến AND phân tử mang thông tin di truyền • Tác động đến nhóm hoạt động xúc tác của enzyme Hóa học của Chlor • Khí Chlor trong nước thủy phân theo pt: Cl2 + H2O HOCl + H+ + Cl- Acid hypochlorous phân ly trong nước: HOCl H+ + OCl- HOCl kết hợp với ammonian và hc N hữu cơ tạo chloramin pH %HOCl %OCl- 8,5 10 90 8 21 79 7,5 48 52 7 72 28 6,5 90 10 6 96 4 5 100 0 Tác dụng khử trùng của HOCl > OCl- : 40 – 80 lần Khả năng khử trùng của Chlor Cl2 phụ thuộc hàm lượng HOCl Nồng độ HOCl phụ thuộc nồng độ iob H+ trong nước hay phụ thuộc pH • Trong 3 hợp chất chlor (HOCl, OCl- và NH2 ):HOCl có hiệu quả nhất trong việc bất hoạt VSV trong nước và nước thải • Trong mt thường có những chất cạnh tranh nên nồng độ chlor cung cấp thường cao hơn (20-40ppm) để giảm lượng virus HÓA HỌC CỦA CHLOR • Dạng khí Cl2 màu vàng nhạt, mùi khó chịu, rấtđộ • Nhiệt độ 15o C: Cl2 hóa lỏng dưới áp lực5,57atm • Gây tổn thương mắt, đường hô hấp • Hòa tan trong nước, khử trùng nước có chứa phenol và hàm lượng chất hữu cơ cao HÓA HỌC CỦA CHLOR • Khi sử dụng Chlorua vôi, phản ứng diễn ra như sau Ca(OCl)2 + H2O = CaO + 2 HOCl2HOCl = 2H+ + 2OCl- • Sodium hypochlorite (Javen) NaOCl = Na+ + OCl- OCl- + H+ = HOCl • Khi cho Chlor và trong nước ngoài việc diệt VSV, nó còn khử cácchất hòa tan và NH3HOCl + NH3 = NH2Cl + H2OHOCl + NH2Cl = NHCl2 + H2OHOCl + NHCl = NCl3 + H2OMonochloramine < dichloramine: 3 – 5 lần Dicloramine < HOCl : 20 – 25 lần Dạng Chloramine SỰ TẠO THÀNH CÁC DẠNG CHLORAMINE PHỤ THUỘC pH CỦA NƯỚC • pH = 7 – 8 tạo monochloramine • pH = 4,5 – 8,5 tạo monochloramine và dichloramine • pH < 4,5 tạo nitrogen trichloride (mùi hăng) • Tổn thương tế bào do chlor Tác nhân hóa (chlor, kl nặng ở liều thấp hơn gây chết), lý có thể gây ra tổn thương tế bào VK, làm giảm nhỏ kích thước, tổn thương rào chắn tế bào, thay đổi sinh lý tế bào Tế bào VK bị tổn thương do chlor vẫn còn giữ khả năng sản sinh độc tố và có khả năng hồi phục trong ruột non của động vật, giữ lại khả năng sinh bệnh Khả năng khử trùng của chlor tự do • Khả năng khử trùng của chlor tự do có thể tăng cường bằng: - KCl, NaCl, CsCl - KL nặng ĐỘC TÍNH CỦA CHLORAMINE • Khả năng đề kháng với Chloramine Nang protozoa > virus > vi khuẩn sinh dưỡng • Khí Chlor dư và các hợp chất Chlor hóa có khả năng sinh ung thư • Sử dụng chlor trong khử khuẩn cần lưu ý đến mùi khó chịu do Chlor dư tạo thành các độc tố dichloramine và trochloramine • Chloramine có tính độc với cá và động vật không xương sống SỬ DỤNG DIOXIDE CHLOR TRONG KHỬ KHUẨN HÓA HỌC CỦA DIOXIDE CHLOR (ClO2 ) • Không tạo thành trihalomethane • Không tạo thành chloramine • Không thể dự trữ ở dạng nén trong những bình chứa, dioxide chlor phải được sản xuất tại chỗ 2 NaClO2 + Cl2 -> 2ClO2 + NaCl ClO2 + OH- -> ClO2- + ClO3- + H2O TÁC DỤNG CỦA DIOXIDE CHLOR (ClO2 ) • Khả năng khử khuẩn tăng khi pH tăng (4,5 – 9) • Khả năng khử khuẩn của ClO2 > Chorine • Hàm lượng yêu cầu khử trùng: 0,2mg/l trong 15 phút • Khử trùng nước chứa phenol, hàm lượng CHC cao • Có khả năng khử khuẩn đối với nang protozoa, vi khuẩn, virus • Bacteriophage bị bất hoạt nhiều hơn ở pH = 9 ĐỘC TÍNH CỦA DIOXIDE CHLOR (ClO2 ) • Cản trở chức năng tuyến giáp • Tạo huyết thanh cao đối với súc vật ăn ít canxi và nhiều lipid • Hai sản phẩm phụ ClO2- , ClO3- phá hủy tế bàohồng cầu LiỀU LƯỢNG CỦA CHLORINE • Xử lý nước cấp - Nước ngầm: 0,7 – 1 mg/l - Nước mặt: 2 – 3 mg/l - Xử lý nước nhiễm bẩn nặng, màu, mùi: 10 mg/l • Xử lý nước thải - Sau xử lý cơ học: 10 g/m3 - Sau xử lý sinh học hoàn toàn: 3 g/m3 - Sau xử lý sinh học không hoàn toàn: 5 g/m3 KiỂM TRA CHLOR DƯ TRONG NƯỚC • Ngăn cản sự nhiễm bẩn lại của nước trong hệ thống phân phối nước • Nồng độ chlor dư trong nước 0,2 – 0,3 mg/l SỬ DỤNG OZONE TRONG KHỬ KHUẨN HÓA HỌC CỦA OZONE • Ozone tạo ra những góc tự do bất hoạt VSV, ảnh hưởng tính thấm, hoạt động enzyme và AND của tế bào HÓA HỌC CỦA OZONE • Khí độc, hơi xanh, có mùi cay • Có tính oxy hóa mạnh hơn chlorine • Khử trùng, khử màu, mùi vị • Không ổn định, mất trong vài phút • Không hình thành lượng dư • Nồng độ gây hại sức khỏe; 0,25mg/l • Cực độc ở nồng độ: 1mg/l • ƯU ĐIỂM - Không tạo sản phẩm phụ độc hại - Không tạo thành mùi và màu - Không tồn dư trong nước - Tăng vận tốc lắng của hạt lơ lửng - Tăng DO, giảm nhu cầu oxy, giảm chất hữu cơ • NHƯỢC ĐIỂM - Phải đạt đến nồng độ ngưỡng để tạo điều kiện khử trùng - Không hiệu quả với lưu lượng lớn (quá trình hòa tan khó) - Các chất hữu cơ có thể ảnh hưởng đến quá trình - Giá thành cao và tốn năng lượng THIẾT BỊ PHÁT OZONE • Tạo thành bằng cách cho luồng không khí khô đi ngang qua những điện cực được tách rời bởi 1 khe không khí và chất điện môi, và đưa vào dòng điện xoay chiều với điện thế thay đổi từ 8000 – 20000V • Liều lượng: - Nước ngầm: 0,75 – 1 mg/l - Nước mặt: 1 – 3 mg/l - Nước thải: 5 – 15 mg/l • Thời gian tiếp xúc: 5phút Khử trùng bằng ozone BỂ XỤC KHÍ Thiết bị lọc sạch khí Nước đã xử lý cấp II MÁY TẠO OZONEKhông khí Nước thải vào hệ thống công cộng KHỬ TRÙNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP VẬT LÝ Tia cực tím (UV) Nhiệt độ TIA CỰC TÍM UV • Tia UV tồn tại trong ánh sáng tự nhiên • Bước sóng 100 – 400 nm : miền nằm giữa tia X và vùng ánh sáng khả kiến • Bước sóng khử trùng hiệu quả: 240 – 280nm • VSV bị khử trùng bởi UV: protozoa, VK, virus CƠ CHẾ KHỬ TRÙNG CỦA TIA UV • Tia bức xạ có nước sóng khoảng 254 nm sẽ xâm nhập vào thành và màng tế bào • Gây tác động đến AND, ARN gây ảnh hưởng đến tổng hợp protein và enzyme • Tế bào VSV không bị chết mà mất khả năng tái sinh LiỀU LƯỢNG UV • Liều lượng (mW s/cm2 hoặc mJ/cm2) = UV cường độ (I, mW/cm2) x thời gian tiếp xúc (t,s) • Liều lượng cung cấp được đo bằng đầu dò cường độ UV, lưu lượng kế, hệ số truyền UV Khử trùng bằng tia UV cần quan tâm đến các yếu tố sau: • Độ xuyên thấu của tia • Năng lượng của loại tia • Thời gian tiếp xúc • Công thức tính liều lượng trong khử trùng nước thải D = I x t - D: liều UV (mW s/cm2) - I : cường độ bức xạ (mW/cm2) - t: thời gian tiếp xúc (s) Tác động của chất lượng nước • Khả năng hấp thu UV của nước ảnh hưởng đến sự lan truyền của ánh sáng: hấp thu UV tăng - cường độ UV trong nước giảm – hiệu quả khử trùng giảm • Chỉ tiêu ảnh hưởng: - các hợp chất hữu cơ - Kim loại - Ion âm (NO3-) - SS ƯU ĐiỂM • Dễ dàng lắp đặt và vận hành • Không tạo các sản phẩm phụ • Không bổ sung hóa chất khác • Không tạo ra mùi, dư lượng • Thời gian diệt khuẩn ngắn • An toàn • Hiệu quả khử khuẩn cao, đặc biệt khử Giardia lamblia và Crytosporidium NHƯỢC ĐiỂM • Chi phí vận hành cao (chi phí năng lượng) • Vỡ đèn – nguy cơ ô nhiễm thủy ngân • Đèn bị bám bẩn • Phụ thuộc vào chất lượng nước • Thay đèn • Thiết bị đo lường đầu dò phải có độ tin cậy LẮP ĐẶT THIẾT BỊ UV • Đèn được đặt ở độ sâu nhất định • Khi nước chảy qua đền các bọt khí sẽ xuất hiện • Thời gian tiếp xúc 6- 10s So sánh các phương pháp diệt khuẩn PHƯƠNG PHÁP TIA CỰC TÍM CHLORINE OZONE Vốn đầu tư Vật lý Hóa học Hóa học Chi phí vận hành Thấp TB Cao Chi phí bảo trì, thay thế Thấp TB Cao Tần xuất bảo trì Thấp TB Cao Hiệu quả diệt khuẩn Rất tốt Tốt Không có kiểm chướng Thời gian tiếp xúc 1 – 3s 15 – 45 ph 10 – 15 ph Nguy cơ đối với người dùng ít Lớn Lớn Độc hại không Có có Tính hóa học của nước thay đổi? không Có có Có để lại mùi? không Có có