Vi sinh vật phát triển như thế nào

1. Sự phát hiện vi sinh vật

Sự phát hiện vi sinh vật gắn liền với sự phát minh kính hiển vi.  Anton van Leeuwenhoek [1632 - 1723] người Hà Lan, là người đầu tiên ở thế kỷ XVII nhìn thấy vi sinh vật nhờ những kính hiển vi độ phóng đại 270 - 300 lần mà ông đã chế tạo [1676]. Do sự hạn chế về độ phóng đại và độ phân giải của kính hiển vi cho nên những nghiên cứu hiển vi của cơ thể sống rất bị hạn chế và mãi đến đầu thế kỷ XIX chiếc kính hiển vi hoàn chỉnh đầu tiên mới ra đời và từ đó cho đến nay con người đã lần lượt sáng tạo ra hàng loạt các loại kính hiển vi quang học khác nhau thì nhiều sự kiện quan trọng mới được phát hiện.

2. Sự trưởng thành của vi sinh vật học

Trong thế kỷ XVII và suốt thế kỷ XVIII vi sinh vật học chỉ chú trọng về phần mô tả, tuy nhiên cũng có một số công trình xuất sắc như Spallanzani sử dụng môi trường nuôi cấy khử khuẩn bằng nhiệt, Edward Jenner phát minh vaccine đậu mùa, Zinke phát hiện tác nhân của bệnh dại ở trong nước bọt của chó bị dại.

   + Đại cương về Vi sinh y học:
- Vi sinh vật học [microbiology] là một môn khoa học nghiên cứu về sự sống của vi sinh vật [Từ tiếng Hylạp: mikros là nhỏ bé, bios là sự sống, logos là khoa học]. Như vậy vi sinh vật bao gồm cả vi khuẩn, động vật nguyên sinh và vi nấm. Nhưng động vật nguyên sinh và vi nấm là những tế bào có màng nhân [Eukaryote] và được xếp vào môn học Ký sinh trùng.
- Vi khuẩn là những đơn bào không có màng nhân [Procaryote], vi khuẩn có đầy đủ tính chất của một sinh vật. Vi khuẩn quan sát được ở kính hiển vi quang học. - Virus là hình thái vật chất sống đặc biệt không có cấu trúc tế bào, kích thước rất nhỏ, phải quan sát ở kính hiển vi điện tử mới nhìn thấy được. Genom chỉ có 1 trong 2 loại acid nucleic, hoặc là ADN, hoặc là ARN. Ký sinh bắt buộc trong tế bào cảm thụ.

- Rickettsia, chlamydia, mycoplasma là những vi sinh vật trung gian giữa vi khuẩn và virus. Kích thước nhỏ hơn vi khuẩn nhưng ký sinh bắt buộc vào tế bào cảm thụ.

+ Rickettsia có nhiều tính chất giống vi khuẩn: có cấu trúc tế bào, 2loại acid nucleic nhưng thiếu một số men hô hấp năng lượng]. Chlamydia có những đặc điểm giống Rickettsia nhưng nhỏ hơn, khoảng 450nm. Mycoplasma giống Rickettsia nhưng không có vách nên cũng phải ký sinh bắt buộc vào nội bào.
- Vi sinh y học là môn học chuyên nghiên cứu về các vi sinh vật ảnh hưởng tới sức khoẻ con người, kể cả có lợi và có hại.

3. Lịch sử phát triển của ngành vi sinh vật

- Antoni van Loeuwenhoek [1632-1723] người Hà Lan đã phát minh ra kính hiển vi vào năm 1676. Khi đó, ông quan sát trong phân và nước có những sinh vật rất nhỏ. Việc tìm ra kính hiển vi là sự kiện quan trọng cho những nghiên cứu về vi khuẩn. Loeuwenhoek đã tìm ra cầu khuẩn, trực khuẩn và xoắn khuẩn.
Sau Loeuwenhoek, nhiều nhà khoa học đã tiếp tục nghiên cứu để có các loại kính hiển vi quang học hoàn thiện hơn. Ngày nay chúng ta đã có kính hiển vi điện tử có độ phóng đại lớn nhất.

Antoni van Loeuwenhoek

- Louis Pasteur [1822-1895], nhà Bác học người Pháp, ông có nhiều công lao đối với ngành vi sinh vật và được coi là người sáng lập ngành vi sinh vật và miễn dịch học. Đến thế kỷ XVII, có người vẫn cho rằng các sinh vật xuất hiện trên trái đất đều là tự sinh. Chính Pasteur là người đã đấu tranh chống lại thuyết này. Sau khi có kính hiển vi người ta nghiên cứu lấy một ít nước chiết xuất từ động vật hoặc thực vật để vào nơi ấm, sau một thời gian ngắn thấy xuất hiện nhiều vi sinh vật và cho rằng vi sinh vật đã tự sinh. Pasteur đã tiệt khuẩn nước chiết xuất và giữ rất lâu cũng không có vi sinh vật xuất hiện. Sau đó, ông đã có nhiều nghiên cứu góp cho ngành vi sinh vật y học như: - Năm 1854-1864: Chứng minh nhiều quá trình lên men là do vi sinh vật gây ra. - Năm 1863: Chứng minh vi khuẩn là nguồn gốc của bệnh than. - Năm 1877: Phát hiện phẩy khuẩn tả gây bệnh - Năm 1880: Phát hiện tụ cầu gây bệnh - Năm 1881, ông đã tìm ra vaccin phòng bệnh than.

- Năm 1885, ông đã thành công trong việc sản xuất vaccin phòng bệnh chó dại, mặc dù lúc đầu con người chưa phát hiện được virus. Ông đã chứng minh bệnh dại lây truyền qua vết cắn của chó dại và trong nước bọt chó dại có chứa mầm bệnh. Vì những đóng góp xuất sắc, L. Pasteur đã được xếp vào danh sách những nhà khoa học vĩ đại của loài người.

Louis Pasteur

- Robert Koch [1843- 1910] người Đức, một bác sỹ thú y đã có nhiều đóng góp lớn và được coi là một trong những người sáng lập ra Ngành vi sinh y học. Những nghiên cứu của ông là: - Năm 1876 tìm ra vi khuẩn than [Bacillus anthracis] - Năm 1878 phát hiện ra những vi khuẩn gây nhiễm khuẩn vết thương. - Năm 1882, phân lập được vi khuẩn lao [Mycobacterium tuberculosis] - Năm 1884, phân lập được vi khuẩn tả [ Vibriocholerae] - Năm 1890, tìm ra cách sử dụng phản ứng tuberculin và hiện tượng dị ứng lao.

- A.J.E. Yersin [1863-1943] người Thuỵ sĩ, học trò xuất sắc của L.Pasteur. Đóng góp lớn nhất của ông với ngành vi sinh vật là tìm ra trực khuẩn dịch hạch và dây chuyền dịch tễ bệnh dịch hạch ở Hồng Kông. Yersin là Hiệu trưởng đầu tiên của trường Đại học Y dược Hà Nội và mất ở Thành phố Nha trang Việt Nam.

- Edward Jenner [1749-1823], một bác sĩ thú y người Anh, người đã tìm ra vaccin phòng bệnh đậu mùa khi còn là một sinh viên thực tập ở trang trại chăn nuôi. Ông nhận thấy những người chăn nuôi trâu bò không bị mắc bệnh đậu mùa vì họ đã mắc bệnh đậu bò. Từ đó ông đã dùng vẩy đậu bò phòng bệnh đậu mùa.

- Dimitri Ivanopxki [1864- 1920] là một nhà thực vật người Nga. Ông là người đầu tiên phát hiện ra virus khi nghiên cứu trong nước lọc của lá cây thuốc lá bị đốm sau khi đã lọc hết vi khuẩn vẫn còn một loại mầm bệnh bé hơn vi khuẩn, nghiên cứu của ông đã đặt nền móng cho sự nghiên cứu về virus sau này. Sau phát hiện của ông, các nhà khoa học liên tiếp tìm ra virus gây bệnh ở người và động vật như virus gây lở mồm long móng ở trâu bò, virus sốt vàng, virus thuỷ đậu...

Người đầu tiên tìm ra virus ký sinh trên vi khuẩn là nhà sinh vật Anh F.W. Twort [1877-1950]. Hai năm sau nhà vi khuẩn học Canada nghiên cứu thấy virus ký sinh trên vi khuẩn và gọi là thực khuẩn thể [phage hay bacteriophage, phage xuất phát từ chữ phageen, tiếng Hylạp nghĩa là ăn ].

- Năm 1929, nhà vi khuẩn học người Anh Alexandre Fleming [1881-1955] lần đầu tiên phát hiện ra tác dụng ức chế vi khuẩn của một chất được sinh ra từ nấm penicillium notatum và đặt tên là penicillin. Từ đó mở ra một tương lai mới trong việc điều chế kháng sinh điều trị các bệnh nhiễm khuẩn.
Cùng với sự phát triển chung của khoa học, còn rất nhiều những nhà khoa học đã có đóng góp rất lớn trong lĩnh vực vi sinh vật, góp phần phát hiện mầm bệnh, chẩn đoán bệnh, phòng bệnh và điều trị bệnh có kết quả như việc tìm ra hàng loạt vi khuẩn, virus gây bệnh, phương pháp khử trùng, kháng sinh, miễn dịch…

Đặc biệt, kỷ nguyên sinh học đang bắt đầu từ những năm cuối của thế kỷ XX, trong đó loài người đi vào bản chất của sự sống ở mức độ phân tử, dưới phân tử, thời kỳ tách chiết gen ở vi sinh vật và ứng dụng nó vào việc chữa bệnh.

Trong đó có kỹ thuật PCR [Polymerase Chain Reaction] do nhà khoa học người Mỹ: Kary Mullis phát minh vào năm 1985. Kỹ thuật PCR cho phép nhân bản số lượng lớn mẫu DNA từ một đoạn DNA chọn lọc, phục vụ cho khảo sát y học. PCR hiện  là kỹ thuật đạt độ nhạy và đặc hiệu cao nhất để phát hiện tác nhân vi sinh vật gây bệnh trực tiếp từ các bệnh phẩm.

Các ứng dụng của kỹ thuật PCR:

+ Chẩn đoán các tác nhân gây bệnh không thể nuôi cấy: Các tác nhân gây bệnh không thể nuôi cấy thường quy khiến các phương pháp xét nghiệm thông thường không thể thực hiện và cho kết quả. Khắc phục được nhược điểm đó, phương pháp PCR cho phép chẩn đoán các tác nhân gây bệnh một cách chính xác với độ nhạy, độ đặc hiệu cao trong thời gian ngắn vì không phải tiến hành nuôi cấy. Một số tác nhân như:  Virus viêm gan C, viêm gan B, Virus HIV, Herpes, EBV, Virus SARS, H5N1, CMV, Virus Dengue,…; vi khuẩn Chlamydia, Legionella, Treponema Pallidum, Mycoplasma,…. Các tác nhân khó nuôi cấy do số lượng trong bệnh phẩm ít hoặc đã điều trị kháng sinh trước đó cũng được ưu tiên thực hiện các xét nghiệm dựa trên phương pháp PCR.

+ Ứng dụng PCR trong các xét nghiệm sàng lọc phát hiện ung thư: Xét nghiệm này giúp sàng lọc một số loại ung thư nhờ phát hiện các gen, virus bất thường như ung thư cổ tử cung, u xơ thần kinh, ung thư đại tràng, u Lympho

+ Nghiên cứu về hệ kháng nguyên bạch cầu người: Hệ kháng nguyên bạch cầu người là phức hợp các mô chủ yếu được kiểm soát bởi gen của NST số 6. Nó có vai trò quan trọng trong việc mã hóa phân tử bề mặt tế bào chuyên biệt để sản sinh peptide kháng nguyên với thụ thể tế bào T. Xét nghiệm sinh học phân tử PCR cho phép con người tiếp cận nghiên cứu gần hơn về hoạt động của hệ này.

+ Phát hiện vi khuẩn kháng thuốc

Vi khuẩn kháng thuốc kháng sinh là thực trạng đáng báo động với y học, nó sẽ gây hệ lụy sức khỏe rất lớn cho con người hiện tại và sau này. Tình trạng này khiến việc sử dụng kháng sinh để điều trị các bệnh truyền nhiễm gặp nhiều khó khăn, vi khuẩn cũng phát triển nhanh chóng, biến thể và lây lan khiến con người không thể kiểm soát.

Các chủng vi khuẩn kháng thuốc như S.aureus - MRSA, Carbapenemase,… được phát hiện hiệu quả bởi xét nghiệm dựa trên phương pháp này.

Hiện nay, trong các hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học thì vi sinh vật là một phần không thể thiếu. Vậy sinh trưởng của vi sinh vật là gì? Tốc độ sinh trưởng của chúng có ảnh hưởng thế nào đến xử lý nước thải [ XLNT]. Bài viết dưới đây, chúng tôi sẽ giải thích rõ vấn đề này nhé.

Khái niệm sinh trưởng của vi sinh vật là gì?

Sự sinh trưởng của vi sinh vật được hiểu là sự tăng lên về số lượng và chủng loại thay đổi theo thời gian. Vi sinh vật có ở khắp mọi nơi trên trái đất, ngay ở điều kiện khắc nghiệt nhất như ở nhiệt độ cao trong miệng núi lửa. Nhiệt độ thấp ở Nam Cực, và áp suất lớn dưới đáy đại dương vẫn thấy sự có mặt của vi sinh vật. Quá trình sinh trưởng của vi sinh vật diễn ra liên tục nhằm thích nghi với từng điều kiện sống khác nhau. Và hiện nay có sự tăng trưởng cả về số lượng và chất lượng.

Công thức

Thời gian thế hệ [kí hiệu là g] là thời gian cần cho một tế bào phân chia hay quần thể nhân đôi về mặt số lượng cá thể. Ví dụ: E.coli có thời gian thế hệ là 20 phút [cứ 20 phút nhân đôi một lần].

Thời gian thế hệ thay đổi nhiều ở các quần thể khác nhau và điều kiện khác nhau.

Tốc độ sinh trưởng riêng của VSV [µ] là số lần phân chia trong một đơn vị thời gian của một chủng trong điều kiện nuôi cấy cụ thể:

μ=n/t

Với n là số lần phân chia tế bào và t là thời gian phân chia

 Sự sinh trưởng của quần thể vi khuẩn

Nuôi cấy không liên tục

Môi trường nuôi cấy không được bổ sung chất dinh dưỡng mới. Và không được lấy đi các sản phẩm chuyển hóa vật chất được gọi là môi trường nuôi cấy không liên tục.

Số tế bào sau n lần phân chia từ N0 tế bào ban đầu trong thời gian t là: Nt=N0.2

Nuôi cấy không liên tục gồm 4 pha

Pha tiềm phát [pha lag]: Vi khuẩn thích nghi với môi trường, số lượng tế bào trong quần thể chưa tăng. Enzim cảm ứng được hình thành để phân giải cơ chất.

Pha lũy thừa [pha log]: Vi khuẩn sinh trưởng với tốc độ lớn, số lượng tế bào trong quần thể tăng nhanh.

Pha cân bằng: Số lượng vi khuẩn trong quần thể đạt cực đại và không đổi theo thời gian, vì số lượng tế bào sinh ra bằng số lượng tế bào chết đi.

Pha suy vong: Môi trường sống cạn kiệt chất dinh dưỡng, số tế bào chết ngày càng lớn

Nuôi cấy liên tục

Môi trường nuôi cấy liên tục là môi trường luôn được bổ sung các chất dinh dưỡng cần thiết vào. Và đồng thời lấy ra một lượng dịch nuôi cấy tương đương. Người ta dùng phương pháp nuôi cấy liên tục trong sản xuất sinh khối. Để thu nhận protein đơn bào, các hợp chất có tính sinh học như các axit amin,…

XEM NGAY : Quy trình nuôi cấy bùn vi sinh hiệu quả nhất 2020

Vi sinh vật trong xử lý nước thải

Vai trò của vi sinh vật trong xử lý nước thải

Vi sinh vật là tập hợp nhiều loại vi sinh khác nhau mà chúng ta không thể thấy bằng mắt thường. Vi sinh trong xử lý nước thải có khả năng phân hủy các chất hữu cơ. Và sử dụng các chất hữu cơ như thức ăn của chúng để thực hiện các phản ứng sinh học tổng hợp. Trong công nghệ xử lý nước thải bằng sinh học thì quá trình nuôi cấy vi sinh là quá trình quan trọng nhất. Vì nó đóng vai trò quyết định trong việc xử lý các chất ô nhiễm trong nước thải như COD, BOD, Tổng Nito, Tổng P. Nhờ các loại vi sinh vật khác nhau có trong nước thải: Vi sinh vật hiếu khí xử lý BOD, COD, Sinh vật yếm khí và thiếu khí xử lý Tổng N, Tổng P.

Phân loại vi sinh vật trong xử lý nước thải

Dựa trên phương thức phát triển vi sinh vật xử lý nước thải được chia thành 2 nhóm:

• Các vi sinh vật dị dưỡng: Sử dụng các chất hữu cơ làm nguồn năng lượng và nguồn cacbon để thực hiện các phản ứng sinh tổng hợp.
• Các vi sinh vật tự dưỡng: Có khả năng oxy hoá chất vô cơ để thu năng lượng và sử dụng CO2 làm nguồn cacbon cho quá trình sinh tổng hợp. Ví dụ: các loại vi khuẩn nitrat hoá, vi khuẩn lưu huỳnh, vi khuẩn sắt,…

– Bùn hoạt tính cùng như màng sinh vật là tập hợp các loại vi sinh vật khác nhau. Chứa khoảng 70 – 90% chất hữu cơ; 10 – 30% chất vô cơ.

–  Màng sinh vật phát triển ở bề mặt các vật liệu lọc có dạng nhầy, dày từ 1 – 3 mm hoặc hơn. Màu của nó thay đổi theo thành phần của nước thải từ mầu xám đến nâu tối. Màng sinh vật cũng bao gồm vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, động vật nguyên sinh.

Vi sinh vật tham gia xử lý nước thải như thế nào?

– Những vi sinh vật xử lý nước thải có thể liên tục chuyển hóa các chất hữu cơ trong nước thải. Bằng cách là tổng hợp thành tế bào [nguyên sinh chất] mới. Chúng có thể hấp thụ một lượng lớn các chất hữu cơ qua bề mặt tế bào của chúng. Nếu các chất hữu cơ không được đồng hóa thành tế bào chất thì tốc độ hấp thụ sẽ giảm tới 0. Một lượng nhất định các chất hữu cơ hấp thụ được dành cho việc kiến tạo tế bào. Một lượng khác các chất hữu cơ lại được oxy hóa để sinh năng lượng cần thiết cho việc tổng hợp.

–  Bùn gốc ban đầu được nuôi dưỡng tạo thành loại bùn có hoạt tính cao và có tính kết lắng tốt. Cuối thời kỳ này, bùn sẽ có dạng hạt có mức độ vỡ ra khác nhau khi chịu tác động của khuấy trộn. Bùn có nguồn gốc tốt nhất được lấy từ các cơ sở xử lý nước thải đang hoạt động.

Nếu bạn có nhu cầu mua bùn vi sinh chất lượng, giá rẻ. Vui lòng liên hệ hotline : 0963 31 31 81

Quá trình vi sinh xử lý nước thải diễn ra như thế nào?

1/ Phương pháp xử lý sinh học kỵ khí:

Quá trình phân hủy kỵ khí là quá trình nhờ các vi sinh vật kỵ khí phân hủy các chất hữu cơ và vô cơ phân tử. Trong điều kiện không có oxy có nghĩa là dùng vi sinh kỵ khí để xử lý nước thải.

Phân hủy kỵ khí có thể phân chia thành 6 quy trình sau:

• Quá trình Thủy phân polymer: thủy phân các protein, polysacearide, chất béo.
• Lên men các amino acid và đường.
• Quá trình Phân hủy kỵ khí các acid béo mạch dài và rượu.
• Quá trình Phân hủy kỵ khí các acid béo dễ bay hơi [ngoại trừ acid acetic].
• Quá trình hình thành khí methane từ acid acetic.
• Quá trình hình thành khí methane từ hydrogen và CO2.

2/ Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí [dùng vi sinh hiếu khí để xử lý nước thải]:

Là quá trình sử dụng các vi sinh vật hiếu khí phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện có oxy. Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí chia làm 3 giai đoạn chính như sau:

• Quá trình oxy hóa các chất hữu cơ
• Tổng hợp tế bào mới
• Phân hủy nội bào.

Tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật là gì?

Chúng ta thường nghe rằng vi khuẩn tăng gấp đôi cứ sau 20 phút. Con số này xuất hiện trong hầu hết tài liệu kỹ thuật nước thải. Liệu đây có phải là con số phù hợp thể hiện tốc độ tăng trưởng của vi sinh từ lúc khởi động trong nước thải?

Thời gian nhân đôi 20 phút đã được tính toán như thế nào?

Đầu tiên, số lượng 20 phút đến từ một loại vi khuẩn phòng thí nghiệm điển hình, E. collie. Vi khuẩn này đã được nuôi trong điều kiện lý tưởng về nhiệt độ, pH, đủ chất dinh dưỡng và nguồn carbon [năng lượng].

Vi khuẩn trong xử lý nước thải ở Việt Nam

Không giống như nuôi cấy E. collie, trong một đơn vị nước thải có nhiều loại vi khuẩn khác nhau. Có thể kể đến như vi khuẩn gram dương, gram âm, hiếu khí, kỵ khí… Trong XLNT ở Việt Nam, các vi khuẩn thường có ở hỗn hợp MLSS. Bông bùn keo tụ hoặc màng sinh học tùy thuộc vào hệ thống.

Xem ngay : Chỉ số MLSS là gì?

Ngoài ra, những con số trên là để tăng trưởng với môi trường lý tưởng. Còn thực tế XLNT phải phụ thuộc nhiều yếu tố như oxy hòa tan, thể tích bể, nhiệt độ môi trường…

Tốc độ sinh trưởng của vi khuẩn trong hệ thống xử lý nước thải

Theo lý thuyết

Vi khuẩn dị dưỡng khử BOD/COD trong nước thải có thời gian nhân đôi từ 30 – 60 phút. Khi thiếu oxy, hệ vi sinh khởi tạo yếu…sinh vật phát triển chậm hơn. Ở nhóm vi khuẩn oxy hóa amoniac có thời gian nhân đôi tính bằng giờ. Điều này khiến chúng dễ bị rửa trôi và chậm phục hồi nếu lượng độc tố tăng cao.

Thực tế

Vi khuẩn nước thải hoạt động trong điều kiện F/M khác với E.coli trong phòng thí nghiệm. Chỉ khi tốc độ hấp thụ oxy cao và ATP [năng lượng] dồi dào, hệ vi sinh mới phát triển. Tuy nhiên cân bằng tỷ lệ F/M và D.O lại dễ bị phá vỡ khi BOD hoặc COD hoặc TSS có dấu hiệu tăng. Điều này tất nhiên không lý tưởng để vận hành một nhà máy xử lý nước thải. Khi thiếu DO, ATP tự do cũng giảm, các tế bào sẽ bắt đầu yếu đi.

Vì vậy, dù phát triển trong 20 phút điều kiện phòng thí nghiệm, chúng lại chậm hơn trong nước thải. Trên thực tế, chúng ta chỉ thấy tốc độ tăng trưởng tối đa trong quá trình khởi động hoặc sau khi tải sốc. Thậm chí sau đó, phải mất hơn 30-60 phút để vi khuẩn nhân đôi.

Trên đây là toàn bộ thông tin về sinh trưởng của vi sinh vật là gì? Nếu bạn còn bất cứ thắc mắc nào. Hãy liên hệ tới chúng tôi :

CÔNG TY TNHH DỊCH VỤ VỆ SINH MÔI TRƯỜNG SỐ 1 HÀ NỘI

Địa chỉ: Địa chỉ liên hệ: số 12 ngách 41 ngõ 199 Hồ Tùng Mậu, Quận Từ Liêm, Hà Nội

Website: //xulybenuocthai.vn/

SDT: 0888 31 31 81 – 0963 31 31 81