Đang tải... (xem toàn văn)
Đăc điểm tính chất và ứng dụng của vi khuẩn khử sulphate
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ & QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG ĐỒ ÁN CƠ SỞ NGÀNH ĐẶC ĐIỂM TÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNG CỦA VI KHUẨN KHỬ SULPHATE Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Khánh Hoàng Lớp: DHKTMT10A Sinh viên thực hiện: TP Hồ Chí Minh, 2016 LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN LỜI CẢM ƠN Nhóm xin chân thành cảm ơn đến: Ban giám hiệu Trường ĐH Công Nghiệp TP.HCM nói chung Viện Khoa Học Công Nghệ Quản Lí Môi Trường nói riêng tạo điều kiện cho nhóm làm nên đồ án báo cáo sở GVHD thầy Nguyễn Khánh Hoàng tận tình dạy dỗ, giúp đỡ, hướng dẫn tìm hiểu rõ môn Đồ Án Cơ Sở Ngành Thư viện Trường ĐH Công Nghiệp tạo điều kiên tốt cho tra cứu tài liệu liên quan Phòng đa phương tiện ĐH Công Nghiệp Tp.HCM với hệ thống máy tính hoạt động liên tục tạo điều kiện cho tìm kiếm thông tin nhanh chóng Đồng cảm ơn góp ý tất bạn cung lớp tận tình góp ý, tham gia ý kiến để nhóm hoàn thành tốt tiểu luận Chúng xin chân thành cảm ơn! PHỤ LỤC Chương 1: Tổng quan .1 1.2 Nhiệm vụ đồ án .4 1.3 Cấu trúc đề tài Chương 2: NỘI DUNG .6 2.1.1 Đặc điểm hình thái 2.2.1 Quá trình trao đổi chất lượng 12 3.2.2 Xử lý rác thải giấy 19 3.2.3 Sản xuất chế phẩm vi sinh 20 3.2.4 Ứng dụng vi khuẩn khử sulphate xử lý ô nhiễm dầu khí .20 Chương 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 25 Tài liệu tham khảo 27 DANH SÁCH BẢNG BIỂU • Bảng 2.1 Các chất mà vi khuẩn khử sunphat sử dụng sinh trưởng • Bảng 2.2 Đặc điểm số vi khuẩn có mỏ quặng DANH SÁCH HÌNH VẼ • • • • • Hình 2.1 Vị trí SRB chu trình cacbon lưu huỳnh Hình 2.2 Các bước khử sulfate SRB enzyme tham gia Hình 2.3 hình ảnh vi khuẩn aceterbaxtor Hình 2.4 Hình ảnh vi khuẩn desulfovibrio sp Hình 2.5 Sơ đồ mô hình thí nghiệm nghiên cứu tuần hoàn nước rỉ bãi chôn rác • Hình 2.6 : Cơ chế phân giải ankan DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT • SRB (Sulfate reducing bacteria) : Vi khuẩn khử sunphat Chương 1: Tổng quan 1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu Vi khuẩn khử sunfate nhóm vi khuẩn đa dang có khả sử dụng sunfate làm chất nhận điện tử cuối Chúng vi khuẩn kị khí bắt buộc phân bố rộng Trái đất Chúng có đất, vùng trầm tích, bùn lắng đáy ao tù, cống rảnh, sông hồ, biển vùng có điều kiện sống khắc nghiệt như: áp suất cao, nhiệt độ cao, độ mặn cao, hai môi trường kiềm, axit đặc biệt tồn với số lượng lớn dầu mỏ Sự đa dạng cao vi khuẩn khử sunfate tìm thấy trầm tích biển, nơi có nồng độ sunfate cao Trong công trình nghiên cứu vi khuẩn khử sunfat người ta nghĩ vi khuẩn vi khuẩn kị khí tuyệt đối Tuy nhiên khoảng 20 năm trở lại quan điểm thay đổi Các nhà khoa học vi khuẩn khử sunfat có khả chống chọi với oxy Theo báo cáo Cypionka (2000), vi khuẩn khử sunfat không sống môi trường có oxy nhiều mà chí nhiều ngày nhiều loài chí khử oxy nước Qúa trình thực trình hô hấp kết hợp với trình chuyển hóa lượng Người ta phát thấy số lượng lớn vi khuẩn khử sunfat vùng hiếu khí vùng ranh giới hiếu khí kị khí trầm tích Hầu hết loài vi khuẩn khử sunfatphân lập từ vị trí hiếu khí thuộc hai chi Desulfovibrio Desulfomicrobium Theo Cord- Ruwisch cộng sự, khả sống môi trường có oxy vi khuẩn khử sunfat giải thích sau: Trước hết hô hấp vi khuẩn hiếu khí tiêu thụ oxy để tạo điều kiện thuận lợi cho trình trao đổi chất vi khuẩn khử sunfat Đồng thời, S vi khuẩn khử sunfat tạo chất khử, tác dụng với oxy điều kiện thường làm giảm nồng độ oxy khu vực Mặc dù thích nghi với môi trường, chúng chống chọi với oxy Tuy nhiên, vi khuẩn thường sủ dụng sản phẩm lên men tạo thành điều kiện kị khí nên chúng có thuận lợi trình cạnh tranh với vi sinh vật khác phát triển môi trường hiếu khí Do vậy, vi khuẩn khử sunfat vi khuẩn kị khí Trong môi trường hiếu khí, vi sinh vật dị dưỡng thực trình chuyển hóa hoàn toàn hợp chất hữu thành Tuy nhiên hệ sinh thái kị khí chuyển hóa lại phức tạp đòi hỏi tương tác lượng lớn nhóm vi khuẩn khác Mỗi nhóm vi khuẩn thực trình oxy hóa phần hợp chất hữu sản phẩm chuyển hóa cuối chúng lại đồng hóa thành chuỗi thức ăn kết thúc trình oxy hóa Vi khuẩn khử sunfat điều kiên kị khí thường nghiên cứu đặt mối quan hệ với hai nhóm vi khuẩn kị khí khác vi khuẩn metan vi khuẩn khử nitrat Các công trình nghiên cứu giới Việt Nam cho thấy có mối quan hệ hội sinh vi khuẩn khử sunfat vi khuẩn sinh metan, điều kiện nước biển nước dầu mỏ Rõ ràng vi khuẩn khử sunfat sống hội sinh với vi khuẩn sinh metan, khử không hoàn toàn hợp chất hữu có sẵn môi trường thành axetat nguồn axetat lại chất cho vi khuẩn sinh metan vi khuẩn sử dủng axetat sinh trưởng phát triển Còn mối quan hệ vi khuẩn khử sunfat vi khuẩn khử nitrat dược nhà nghiên cứu quan tâm có tính ứng dụng cao Lysnes gần phát chủng khử nitrat ưa nhiệt phân lập từ giếng dầu vùng biển Bắc sử dụng chất axit béo lại có khả sing trưởng nguồn chất ưa thích vi khuẩn khử sunfat Điều tạo sở mở hướng ứng dụng mới: sử dụng nhóm vi khuẩn khử nitrat cho việc ức chế phát triển vi khuẩn khử sunfat giếng khoan phương pháp sinh học thay cho hóa học • Vấn đề gây vi khuẩn khử sulfate: Trong kỹ thuật, vi khuẩn khử sulfate tạo vấn đề cấu kiện kim loại tiếp xúc với nước muối chứa sulfate : Tương tác nước kim loại tạo lớp phân tử hydro bề mặt kim loại; vi khuẩn khử sunfat sau khử hydro tạo hydrogen sulfide, góp phần vào ăn mòn Hydrogen sulfide từ vi khuẩn khử sunfat đóng vai trò ăn mòn sulfide hữu bê tông Nó xảy dầu thô chua Một số vi khuẩn khử sunfat đóng vai trò trình oxy hóa kỵ khí metan CH + SO 2- → HCO3- + HS - + H O Một phần quan trọng metan hình thành methanogen đáy biển bị oxy hóa vi khuẩn khử sunfat vùng chuyển tiếp tách methanogenesis từ hoạt động giảm sulfate trầm tích Quá trình coi bồn rửa chén lớn cho sulfate trầm tích biển Trong thủy lực cắt phá chất lỏng sử dụng để frack đá phiến hình để thu hồi khí metan (khí đá phiến) hydrocacbon, chất diệt khuẩn hợp chất thường thêm vào nước để ức chế hoạt động vi khuẩn khử sunfat, để tránh trình oxy hóa metan kỵ khí hệ hydrogen sulfide Cuối kết giảm thiểu tổn thất tiềm sản xuất • Tầm quan trọng đánh dấu Sunfat xảy rộng rãi nước biển, trầm tích, nước giàu phân hủy chất hữu Vi khuẩn khử sunfat phổ biến môi trường kị khí vi khuẩn hỗ trợ việc phân hủy chất hữu Trong môi trường yếm khí, vi khuẩn lên men lấy lượng từ phân tử hữu lớn; kết hợp chất nhỏ axit hữu rượu tiếp tục bị oxy hóa acetogens methanogen cạnh tranh vi khuẩn khử sunfat Bùn thải từ ao; màu đen sunfua kim loại, kết trình phân hủy kim loại vi khuẩn khử sunfat Các độc hydrogen sulfide sản phẩm chất thải vi khuẩn khử sunfat; mùi trứng thối cho ta thấy dấu hiệu cho diện vi khuẩn khử sunfat tự nhiên 1.2 Nhiệm vụ đồ án • Tính cấp thiết đề tài Hiện vi khuẩn khử sulfate ứng dụng nhiều vấn đề xử lí rác thải, nước thải, tương lai • Lí hình thành đề tài Do đề tài nhóm chúng em thấy đề tài ứng dụng nhiều sống xử lí môi trường • Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài vi khuẩn khử sulfate, phạm vi nghiên cứu nghiên cứu đặc điểm tính chất ứng dụng vi khuẩn khử sulfate thực tiễn tương lai • Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu thông qua tài liệu sách báo, báo cáo khoa học đề tài dự án triển khai, thí nghiệm kết nghiên cứu nhà khoa học nước giới • Ý nghĩa khoa học thực tiễn Khi khoa học phát triển biết rõ vai trò vi khuẩn khử sulfate, việc ứng dụng đời sống ngày đời sống sản xuất công nghiệp hướng đến tương lai • Giới hạn đề tài Về mặt nội dung đề tài chủ yếu làm rõ đặc điểm, tính chất ứng dụng vi khuẩn khử sulfate sở lí thuyết, chứng minh khoa học báo cáo thí nghiệm liên quan tới đề tài 1.3 Cấu trúc đề tài Chương 1: TỔNG QUAN Tổng quan vấn đề nghiên cứu Nhiệm vụ đồ án Cấu trúc đề tài Chương 2: Nội dung Đặc điểm 1.1 1.2 Tính chất 2.1 2.2 2.3 Ứng dụng 3.1 Đặc điểm hình thái Đặc diểm sinh lý sinh hóa Qúa trình trao đổi chất lượng Vấn đề mùi Ăn mòn đường ống Bổ sung sulfate để tang cường phân huy rác bãi chôn lấp 3.2 Xử lí rác thải 3.3 Sản xuất chế phẩm vi sinh 3.4 Ứng dụng vi khuẩn khử sulphate xử lý ô nhiễm dầu khí 3.5 Ứng dụng oxy hóa khoáng vật sulfur Chương 3: Tổng kết Vi khuẩn ưa ấm chịu mặn cao, chẳng hạn Desulfovibrio vietnamensis có khả chịu mặn đến nồng độ 30% NaCl Tuy nhiên, loài sống nồng độ 0% NaCl thích hợp cho sinh trưởng 5% NaCl Đối với vi khuẩn ưa nhiệt khoảng nồng độ NaCl mà chúng sinh trưởng 0-6% thích hợp 1-2% Trong nồng độ NaCl vi khuẩn siêu ưa nhiệt la 1-2% NaCl • Độ PH Sự sinh trưởng sinh sản vi khuẩn khử sunfat bị ảnh hưởng mạnh pH môi trường Khoảng pH thích hợp vi khuẩn khử sunfat nằm khoảng từ 6-9 Tuy nhiên, loại vi khuẩn khử sunfat lại có pH thích hợp riêng Chẳng hạn vi khuẩn khử sunfat ưa ấm có pH thích hợp nằm khoảng 6.8-7.5 Tuy chúng sống pH giảm xuống hay tăng lê đến 10 Còn vi khuẩn ưa nhiệt chúng sống khoảng pH 5.5-9.1 thích hợp khoảng 68.-7.5 , pH vi khuẩn ưa nhiệt 6-7 Trong môi trường có pH không thích hợp vi khuẩn khử sunfat sống chúng sinh trưởng ổ sinh thái hẹp có pH trung tính tạo nên sản phẩm trao đổi chất chúng 2.2.1 Vấn đề mùi Khi diện oxy, sulfate coi chất cung cấp oxy (chính xác chất nhân điện tử) cho trình oxy hóa sinh hóa vi khuẩn kỵ khí Trong điều kiện kỵ khí, sulfate bị khử thành S2- Ion S2- kết hợp với ion H+ với số phân ly KA1 = 9,1.10-8 Quan hệ dạng H2S, HSvà S2- pH khác dung dịch chứa 10-3 M H2S (hay 32 mg/L H2S) Tại pH = dung dịch tồn chủ yếu hai dạng HS- S2-, H2S tồn lượng nhỏ, áp suất riêng phần thấp Do đó, vấn đề mùi không xảy Tại pH < cân hướng tới hình thành H2S, pH = 7, 16 80% S2- dạng H2S Khi lượng lớn sulfate bị khử thành ion sulfide, áp suất riêng phần H2S đủ để gây vấn đề mùi Do độc tính khí H2S, không khí hàm lượng H2S nên nhỏ 20 ppm 2.2.2 Ăn mòn đường ống Sự ăn mòn “đỉnh cống“ (crown) ống bêton đặc biệt nghiêm trọng mà nước thải sinh hoạt có nhiệt độ cao, thời gian lưu cống dài nồng độ sulfate cao, điều xảy nhiều vùng Mỹ, đặc biệt vùng phía nam nước Nguyên nhân ăn mòn cho trình khử sulfate từ H2S thành H2SO4 Thực H2S, hay H2S acid, acid yếu, yếu H2CO3 ảnh hưởng đến bêton có chất lượng cao Tuy nhiên, hệ thống cống thoát nước tự chảy, H2S nguyên nhân gián tiếp gây ăn mòn “đỉnh cống” Đối với cống thoát nước tự chảy thường dùng môi trường có diện sulfate có biến đổi sinh học Hệ thống cống phần hệ thống xử lý trình vận chuyển nước thải xảy biến đổi sinh học Những biến đổi đòi hỏi có mặt oxy, lượng oxy không đủ trình thông gió tự nhiên không khí cống, trình khử sulfate thành sulfide xảy Ở pH thông thường nước thải, hầu hết S 2- dạng H2S phần bay vào lớp không khí lớp nước thải cống Nếu hệ thống cống thông gió tốt thành cống đỉnh cống khô ráo, việc hình thành H2S không gây ăn mòn cống Tuy nhiên, trường hợp thông gió kém, thành đỉnh cống ẩm ướt, H2S hòa tan vào lớp nước thành đỉnh cống tương ứng với áp suất riêng phần không khí diện cống Điều không gây nguy hại Vi khuẩn có khả oxy hóa H2S thành H2SO4 có mặt khắp nơi tự nhiên nước thải Và dĩ nhiên loại vi khuẩn có mặt thành đỉnh cống lúc lưu lượng lớn hay theo số cách khác Do điều kiện hiếu khí tồn hệ thống cống, vi khuẩn hiếu khí oxy hóa H2S thành H2SO4 sau trở nên đậm đặc ăn mòn bêton Vi khuẩn 17 Thiobacillus, có khả oxy hóa H2S thành H2SO4 pH = 2, cho loại vi khuẩn gây vấn đề Quá trình hình thành H2SO4 đặc biệt nghiêm trọng đỉnh cống trình rút nước nhỏ 2.2.3 Ứng dụng 2.2.1 Bổ sung sulfate để tang cường phân huy rác bãi chôn lấp Tại bãi chôn lấp rác nguyên nhân gây ô nhiễm trầm trọng cho nước mặt nước ngầm nước rỉ rác Do nước rỉ rác có hàm lượng chất hữu khó phân hủy, nên điều kiện tự nhiên phân hủy rác bãi chôn lấp diễn chậm gây ô nhiễm Để tăng cường phân hủy rác bãi chôn lấp người ta sử dụng biện pháp tái tuần hoàn nước rỉ rác nhiều oxy tự liên kết dạng sunfat (SO42-), nitrat (NO3-), cao, thông qua trình khử sunfat khử nitrat vi khuẩn lấy oxy từ để phân huỷ hiếu khí thiếu khí chất hữu rác thải Bằng cách hạn chế lượng nước rỉ rác xả môi trường bên ngoài, đồng thời rút ngắn thời rút ngắn thời gian ủ rác, giảm diện tích bãi chôn lấp Thông qua đề tài nghiên cứu trình tái tuần hoàn nước rác mô hình phòng thí nghiệm Kết cho thấy Môi trường sunfat biểu vai trò tích cực phân huỷ thành phần chất hữu thể rắn rác vào thể lỏng nước rác, vô hoá thành phần hữu thể lỏng thể qua việc tạo khả oxy hoá mạnh cho trình phân huỷ rác vi sinh Bằng cách mà tăng khả thối rữa đống rác khả xử lý thành phần hữu khó phân huỷ vi sinh nước rác 18 Hình 2.5 Sơ đồ mô hình thí nghiệm nghiên cứu tuần hoàn nước rỉ bãi chôn rác 3.2.2 Xử lý rác thải giấy Trong trình xử lý rác thải giấy phương pháp yếm khí Người ta sử dụng vi khuẩn khử sulfate để oxi hóa axit hữu bậc cao thành H 2S CO2 Các vi khuẩn khử sunphat sử dụng sunphat sunfit chất nhận điện tử trình trao đổi chất hợp chất hữu tạo H2S, CO2 Sơ đồ trinh xử lí yếm khí Các chất hữu phức tạp hoà tan Các hợp chất hữu đơn giản Các axit hữu bậc cao H2 CO2 axetat CH4 CO2 19 3.2.3 Sản xuất chế phẩm vi sinh Các phương pháp chủ yếu ứng dụng để xử lý nước thải nói chung nước nhiễm phèn sắt nói riêng phương pháp hóa – lý chế phẩm vi sinh Trong phương pháp xử lý các chế phẩm vi sinh vật quan tâm Một chủng vi khuẩn ứng dụng công nghệ xử lý nước nhiễm phèn sắt chủng vi khuẩn khử sulfate Desulfovibrio sp Đây vi khuẩn Gram âm, kỵ khí, không hình thành bào tử, tế bào đơn vibrios vi có kích thước 0,5-0,7 μm x 1,5-3 μm, vi khuẩn có hình dấu phẩy, chuyển nhờ roi, tìm thấy bùn đáy ao, trầm tích biển, giếng khoan khai thác dầu khí, mỏ nước ngầm, ruột động vật, phân Phương pháp dựa khả khử ion sulfate (SO42-) đồng thời oxi hóa hợp chất hữu (lactate, acetate, ethanol, methanol) tạo ion sulfide (H 2S, HS-, S2-) vi khuẩn Desulfovibrio sp Ion sulfide kết hợp với ion sắt hòa tan nước tạo kết tủa dạng sulfide bền vững Phản ứng loại bỏ sắt vi khuẩn Desulfovibrio sp : - 2CH3CHOHCOOH + SO42- → 3H2S + HCO3Fe2+ + H2S → FeS↓ + 2H+ 3.2.4 Ứng dụng vi khuẩn khử sulphate xử lý ô nhiễm dầu khí Vi khuẩn khử sunfat (SRB) phân bố rộng rãi tự nhiên, đặc biệt giếng khai thác dầu khí trầm tích đáy thủy vực Khi nhắc đến vi khuẩn khử sulfate dầu khí người ta nghĩ đến tác hại của chúng gây tượng ăn mòn kim loại giếng dầu công trình ngầm hay khả phân hủy dầu làm ảnh hưởng đến chất lượng dầu mỏ Nhưng số trường hợp vỡ đường ống dẫn dầu hay cố tràn dầu gây ô nhiễm từ dầu khí thể dùng làm tác nhân để xử lý ô nhiễm • Cơ chế phân giải Ankan Các ankan mạch thẳng thành phần dễ bị phân huỷ hợp chất dầu mỏ 20 Hình 2.6: Cơ chế phân giải ankan • Cơ chế trình phân giải metan CH4 CH3OH HCHO HCOOHCO2 • Phân giải cac hợp chất thơm: Các hydrocacbon thơm chuyển thành dẫn xuất octo_ hay para_ dyoxitphenyl Dưới tác dụng hệ thống enzyme cảm ứng (enzyme oxygennaza), vòng thơm bị cắt đứt Cuối cùng, vòng thơm bị cắt đứt hydroxyl hóa tạo thành axit hữu Bằng chế phân giải hidrocacbon có hỗn hợp dầu mỏ nên vi khuẩn khử sulfate dùng tác nhân xử lý ô nhiễm từ dầu mỏ 21 3.2.5 Ứng dụng oxy hóa khoáng vật sulfur Vấn đề nghiên cứu vỏ phong hoá mỏ quặng nói chung mỏ quặng sulfur nói riêng vấn đề thời nhiều nhà địa chất đặc biệt quan tâm Kết nghiên cứu nhiều khu vực khác Trái đất chứng minh có nhiều khoáng sản khai thác từ đới biểu sinh mỏ quặng Trong nghiên cứu vỏ phong hoá, nhiệm vụ quan trọng cần giải cho vùng lãnh thổ đối tượng mỏ cụ thể tác nhân gây phong hoá Bằng đường hoá học tuý người ta xác định tác nhân hoá học quyếtđịnh cho trình phong hoá gồm: nước, oxy, khí carbonic dung dịch tự nhiên khác Tuy nhiên gần người ta xác định vi sinh vật tác nhân quan trọng thúc đẩynhanh trình oxy hoá - trình chủ yếu xảy thành tạo đới biểu sinh mỏ quặng, đặc biệt mỏ quặng sulfur Các loài vi khuẩn tổng thể chia thành nhóm Nhóm vi khuẩn có tác dụng oxy hoá vật chất (các khoáng vật sulfur) nhóm vi khuẩn có tác dụng khử chất Bảng 2.2 Đặc điểm số vi khuẩn có mỏ quặng Tên vi khuẩn Thiobacillus Thiobacillus Thiooxidans Hình dạng kích thước Khoảng Chất (m m) pH bị oxy hoá dung dịch khử sống Các vi khuẩn oxy hoá chất Dạng đũa có dải tết - Lưu 0,4 x (1-0,5) huỳnh S2-, Dạng đũa có dải tết xoắn SO32Lưu 1-5 (0,5 - 0,8) x Mỏ quặng lưu huỳnh Chủ yếu huỳnh mỏ lưu SO32Lưu huỳnh Chủ yếu Thiobacillus Dạng đũa với đuôi tròn Thioparus dải tết phân cực - huỳnh, mỏ lưu Thiobacillus dài đến 1,5 Dạng đũa có dải H2 S Lưu huỳnh Mỏ than tết huỳnh, có 0,5 x H2S, pyrit hoá neapolitanus - 10 Kiểu mỏ tồn 3-7 22 Thiobacillus Dạng đũa với đuôi trò Fe2+ Các organoparus n có 1-2 dải tết cụt chất Leptospilliu (0,5-0,8)x(1-1,5) Dạng đũa xoắn 0,5 x m 3,5 1-4 Quặng lưu hữu Fe2+, huỳnh Quặng S2_ ,S22_ hoá ferrooxidans sulfur (pyrit Stibiobacter Dạng đũa có dải tết cụt senarmonti Các vi khuẩn 0,5 x (0,5 - 1,8) 5-8 Sb 3+ hoá) Quặng antimonit khử chất Khuẩn khử sulfat Các vi khuẩn khử chất Dạng đũa - 10 S6+, vật Quặng chất hữu sulfur lưu huỳnh Trong mỏ quặng, vi khuẩn chủ yếu sinh tồn dung dịch lưu chuyển mỏ, lỗ hổng khe nứt khối quặng Sự sinh tồn nhờ vào thâm nhập đồng thời vật chất hữu vô vào sâu lòng đất Vi khuẩn sinh tồn điều kiện phong hoá khoáng vật quặng (các sulfur arsenur) chúng bị kích thích phát triển với tốc độ tăng trưởng nhanh (từ cá thể phân thành 60 -70 cá thể ngày đęm), hoạt động sống vi khuẩn làm cho lượng cấu đối tượng chuyển hoá mạnh Nói cách khác, tập trung với mật độ lớn thể sống vi khuẩn chuyển thành nhân tố gây biến đổi biểu sinh mỏ quặng - tức nhân tố hình thành đới biểu sinh mỏ quặng Quá trình chủ yếu, có tham gia đắc lực Thiobacillus ferrooxidans, trình oxy hoá sulfur Quá trình xẩy mạnh, nhanh nhiều so với trình oxy hoá đường hoá học tuý Trong tiến trình sinh tồn với vật chất hữu cơ, trình sinh hoá tế bào vi khuẩn xảy có tham gia điện tử phản ứng oxy hoá chất vô tạo Tế bào vi khuẩn mà kích thích oxy hoá khoáng vật đóng vai trò chất oxy hoá, 23 với vai trò mô hình điện hoá oxy hoá tự nhiên khoáng vật (các quặng sulfur) sẵn có dung dịch đóng vai trò "catod sống" độc đáo Các dung dịch tự nhiên có chứa Thiobacillus ferrooxidans thường đặc trưng oxy hoá cao (0,6 - 0,65 volt) có khả oxy hoá khoáng vật sulfur khác theo mức độ bền vững chúng Sự oxy hoá khoáng vật quặng đường vi khuẩn khác với đường hoá học không cường độ cao mà đặc điểm dung dịch tạo ra, mà sau dung dịch kết tinh thành khoáng vật biểu sinh Người ta nhận đặc điểm oxy hoá sulfur đường vi khuẩn phụ thuộc vào nồng độ trạng thái nguyên tố tạo dung dịch Do tốc độ "chảy qua" lỗ hổng khe nứt khoáng vật cao nên trình đảm bảo dung dịch bị pha loãng ít, giữ cho nồng độ chúng mức tương đối cao trạng thái đặc trưng nguyên tố Trong điều kiện đó, số ion phức tạo dung dịch trước hết phải có mặt cation kiểu (Cu HSO4)+ ( Fe HSO4)2+ - cation bị thuỷ phân tạo sở cho kết tinh khoáng vật biểu sinh từ nhóm sulfat bazơ 24 Chương 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Vi khuẩn khử sunphat nhóm vi khuẩn phân bố rộng nhiên đặc biệt nơi có hàm lượng sunphat cao nước biển hay trầm tích đáy ao, sông, biển Đặc trưng quan trọng vi khuẩn khử sunphat tạo khí H2S trình sinh dưỡng, điều gây ảnh hưởng không tốt cho hệ sinh thái có mặt xuất nhóm vi khuẩn này, dù điều kiện khắc nghiệt như: áp suất cao, nhiệt độ cao, độ mặn cao hay môi trường hóa kìm, hóa axit vi khuẩn sunphat phát triển Vi khuẩn khử sunphat không ảnh hưởng đến ngành công nghệ khai thác quặng mỏ, ngành công nghệ xử lý rác thải… Vi khuẩn khử sunphat thải lượng lớn khí H2S ảnh hưởng đến cảnh quan, sinh thái, môi trường người Thế vi khuẩn khử sunphat có tầm quan trọng khác đặc biệt Vi khuẩn khử sunphat phổ biến môi trường kỵ khí hỗ trợ việc phân hủy chất hữu cơ; môi trường yếm khí, lên men lấy lượng từ chất hữu lớn; kết hợp chất nhỏ axit hữu rượu tiếp tục bị oxy hóa acetogens methanogen cạnh tranh vi khuẩn sunfat giảm Hiện giới có nhiều nghiên cứu vi khuẩn khử sunphat mà chủ yếu nghiên cứu đặc điểm, tính chất, hết ứng dụng tương lai Sau thời gian nghiên cứu nhóm chúng em thấy vi khuẩn khử sunphat có số đặc điểm tiêu biểu hình thái như: thể hình thái tế bào, khả di động, khả hình thành bào tử, hàm lượng GC chứa ADN, desulfovibrin, hệ thống cytochrome, nhiệt độ tối ưu cho sinh trưởng khả trao đổi chất (oxy hoàn toàn hay không hoàn toàn chất) [Castro cs, 2000] Nhóm vi khuẩn khử sunfat có hình dạng tế bào đa dạng tùy theo chi ( với kích thước tế bào khoảng 0.3 – 1.5 mx0.8 – 10 m): Hình que Desulfobulbus, Desulfotomaculum, Thermodesulfobacterium, Thermodesulfohabdus, 25 Thermodesulfatator, hình dấu phẩy Desulfovibiro, Thermodesulfovibrio, hình ovan Desulfobacter, Desulfobacterium, hình cầu Desulfococcus, hình túi Desulfosarcina, hình sợi Desulfonema Và đăc điểm sinh lý, sinh hóa như: ưa ấm, ưa nhiệt Tìm hiểu tính chất vi khuẩn khử sunfate như: Quá trình trao đổi chất lượng, yếu tố ảnh hưởng như: nhiệt độ, độ mặn, pH; vấn đề mùi; ăn mòn đường ống qua tính chất ta biết tính chất hóa – lý để ứng dụng vi khuẩn vào đời sống Vi khuẩn khử sunfate có nhiều ứng dụng việc bảo vệ môi trường như: Nghiên cứu tuần hoàn nước rỉ có bổ sung sunphat cho bãi chôn lấp rác thải đô thị nhỏ; xử lí rác thải giấy phương pháp yếm khí; Nghiên cứu sản xuất chế phẩm vi sinh có hoạt tính xử lý sulfate từ chủng vi khuẩn Desulfovibriosp phân lập từ phân trâu, bò ứng dụng vi khuẩn khử sunfate việc xử lí ôi nhiễm dầu khí việc xử lí nước thải axit từ hoạt động khai thác khoáng sản 26 Tài liệu tham khảo • Tiếng Việt Công ty cổ phần tin học, công nghệ, môi trường, TCT Than & Khoáng sản Việt Nam (2012), Kết phân tích nước thải mỏ than Hồ Sỹ Giao, Mai Thế Toản (2010), “Những điểm nóng môi trường hoạt động khai thác mỏ Việt Nam”, Hội nghị khoa học kĩ thuật mỏ quốc tế 2010 Bùi Công Quang (2011), “Tác động hoạt động khai thác mỏ đến nguồn nước hệ sinh thái”, Chuyên đề bảo vệ môi trường khai thác khoáng sản, ĐH Thủy Lợi Nguyễn Danh Sơn (2011), “Môi trường phát triển bền vững quản lý khai thác tài nguyên khoáng sản Việt Nam”, Chuyên đề bảo vệ môi trường khai thác khoáng sản, Viện Khoa học xã hội Việt Nam http://123doc.org/document/78981-kha-nang-phan-huy-dau-mo-va-cac-san-pham- dau-mo.htm (20 March, 2016) • Tiếng Anh Muyzer, G and stam, A.J.(June 2008) “the ecology and biotechnology of sulphate-reducing bacteria” Ernst-Detlef Schulze, Harold A Mooney (1993), Biodiversity and ecosystem function, Springer-Verlag, pp.88-90 Barton, Larry L.and Fauque, Guy D (2009) “Biochemistry, Physiology and Biotechnology of Sulfate-Reducing Bacteria” Advances in Applied Microbiology 68: 41-98 Larry Barton (ed.) (1995), Sulfate-reducing bacteria, Springer Kasper U.Kjeldsen, Catherine Joulian, and Kjeld Ingvorsen (2004) “Oxygen Tolerance of Sulfate Reducing Bacteria in Activated sludge” Environmental Science and Technology 38 (7): 2038-2043 Pfennig N and Biebel H (1986), "The dissimilatory sulfate-reducing bacteria", in Starr et al., The Prokaryotes: a handbook on habitats, isolation and identification of bacteria, Springer 27 Bahr M, Crump BC, Ceraj VK, Teske A, Sogin ML, Hobbie JE (2005), “Molecular chacterization of sulfate-reducing bacteria in a New England salt marsh”, Environ Microbiol., 7, pp.1175–1185 Ben-Dov E, Brenner A, Kushmaro (2007), “Quantification of sulfate-reducing bacteria in industrial wastewater by real-time polymerase chain reaction (PCR) using dsrA and apsA genes”, Microbiol Ecol.,54, pp 439–451 Bharathi PAL, Sathe V, Chandramohan D (1990), “Effect of lead, mercury and cadmium on a Sulphate-reducing bacterium”, Environ Pollut., 67, pp 361–374 10 Brysch K, Schneider C, Fuchs G, Widdel F (1987), “Lithoautotrophic growth of sulphatereducing bacteria, and description of Desulfobacterium autotrophicum gen nov., sp nov.”, Arch Microbiol.,148, pp 264–274 11 Cord-Ruwisch R (1985), “A quick method for the determination of dissolved and precipitated sulfides in cultures of sulfate-reducing bacteria”, J Microbiol Meth 4, pp 33-36 12 Dar SA., Kuenen JG, Muyzer G (2005), “Nested PCR-denaturing gradient gel electrophoresis approach to determine the diversity of sulfate-reducing bacteria in complex microbial communities”, Appl Environ Microbiol., 71, pp 2325–2330 13 Dar SA, Stams AJ, Kuenen JG, Muyzer G (2007), “Co-existence of physiologically similar sulphate-reducing bacteria in a full-scale sulfidogenic bioreactor fed with a single organic electron donor”, Appl Microbiol Biotechnol., 75, pp 1463–1472 14 Doshi SM (2006), Bioremediation of Acid Mine Drainage Using Sulfate-Reducing Bacteria, Report for U.S Environmental Protection Agency 15 Dubilier N, Mülders C, Ferdelman T, de Beer D, Pernthaler A, Klein M, Wagner M, Erséus C, Thiermann F, Krieger J, Giere O, Amann R (2001), “Endosymbiontic sulphate-reducing and sulphide-oxidizing bacteria in an oligochaete worm”, Nature, 411, pp 298–302 28 16 Elferink OSJWH, Visser A, Hulshoff-Pol LW, Stams AJM (1994), “Sulphate reduction in methanogenic bioreactors”, FEMS Microbiol Rev., 15, pp 119–136 17 Frauque, G., J.LeGall, and L L Barton (1991), “Sulphate-reducing and sulphurreducing bacteria”, Variation in Autotrophic Life, pp 271-337 18 Hao OJ, Chen JM, Huang L, Buglass RL (1996), “Sulphate reducing bacteria”, Crit Rev Enviro Sci Technol., 26, pp 155-187 19 Hao OJ, Huang L, Chen JM, Buglass RL (1994), “Effects of metal additions on sulphate reduction activity in wastewaters”, Toxicology and Environmental Chemistyi, 46, pp 197212 20 Higgins JP, Hard BC, Mattes A (2003), Bioremediation of rock drainage using sulphatereducing bacteria, Proceedings of Sudbury 2003: Mining and Environment, Sudbury, Ontario, May 25-28, 2003 21 Hines ME, Evans RS, Genthner BRS, Willis SG, Friedman S, Rooney-Varga JN, Devereux R (1999), “Molecular phylogenetic and biogeochemical studies of sulfate-reducing bacteria in the rhizosphere of Spartina alterniflora”, Appl Environ Microbiol., 65, 2209–2216 22 Kaksonen AH, Plumb JJ, Franzmann PD, Puhakaka JA (2004a), “Simple organic electron donors support diverse sulphate- reducing communities in fluidized-bed reactors treating acid metal- and sulphate-containing wastewater”, FEMS Microbiol Ecol., 47, pp 279–289 23 Minz D, Flax JL, Green SJ, Muyzer G, Cohen Y, Wagner M, Rittmann EB, Stahl DA (1999), “Diversity of sulfate-reducing bacteria in oxic and anoxic regions of a microbial mat characterized by comparative analysis of dissimilatory sulfite reductase genes”, Appl Environ Microbiol 65, pp 4666–4671 24 Pfennig N, Widdel F, Truper HG (1981), “The dissimilatory sulphate reducing bacteria”, in The Prokaryotes, 2, pp 926-940 29 25 Ramsing NB, Kühl M, Jørgensen BB (1993), “Distribution of sulfate-reducing bacteria, O2, and H2S in photosynthetic biofilms determined by oligonucleotide probes and microelectrodes”, Appl Environ Microbiol., 59, pp 3840–3849 26 Ravenschlag K, Sahm K, Knoblauch C, Jørgensen BB, Amann R (2000), “Community structure, cellular rRNA content, and activity of sulfate-reducing bacteria in marine Arctic sediments”, Appl Environ Microbiol., 66, pp 3592– 3602 27 Reis MAM, Almeida JS, Lemos PC, Carrondo MJT (1992), “Effect of hydrogen sulphide on growth of sulphate-reducing bacteria”, Biotechnol Bioeng., 40, pp 593–600 28 Barton L L.,Tomei F A (1995) Characteristics and activities of sulfate-reducing bacteria in Sulfate-reducing bacteria ed Barton L L (Plenum Press,New York, N.Y), pp 1–32 30 [...]... loi ca nhúm vi khun kh sunfat 6 Da trờn trỡnh t phõn tớch rARN, vi khun kh sunfat c chia thnh bn nhúm chớnh: vi khun kh sunfat Gram õm a m; vi khun kh sunfat Gram dng sinh bo t; vi khun kh sunfat a nhit v vi khun kh sunfat c a nhit.2.1.1 c im sinh lý, sinh húa Cỏc vi khun kh sunfat ó c coi l mt nhúm kiu hỡnh, cựng vi cỏc vi khun kh lu hunh khỏc, cho mc ớch nhn dng Chỳng c tỡm thy trong mt vi dũng phỏt... ú nng NaCl i vi vi khun siờu a nhit la 1-2% NaCl PH S sinh trng v sinh sn ca vi khun kh sunfat b nh hng mnh bi pH mụi trng Khong pH thớch hp ca vi khun kh sunfat nm trong khong t 6-9 Tuy nhiờn, i vi tng loi vi khun kh sunfat li cú pH thớch hp riờng Chng hn vi khun kh sunfat a m cú pH thớch hp nm trong khong 6.8-7.5 Tuy vy chỳng cú th sng c nu pH gim xung 5 hay tng lờ n 10 Cũn i vi vi khun a nhit... xut ch phm vi sinh Cỏc phng phỏp ch yu c ng dng x lý nc thi núi chung v nc nhim phốn st núi riờng l cỏc phng phỏp húa lý v ch phm vi sinh Trong ú phng phỏp x lý bng cỏc cỏc ch phm vi sinh vt c s quan tõm hn Mt trong nhng chng vi khun c ng dng trong cụng ngh x lý nc nhim phốn st l chng vi khun kh sulfate Desulfovibrio sp õy l vi khun Gram õm, k khớ, khụng hỡnh thnh bo t, t bo l n vibrios vi cú kớch... chi Desulfovibrio cú kh nng phỏt trin nhit 0 Do vic ly mu cng nh nuụi cy vi khun kh sunfat a lnh gp nhiu khú khn nờn nhúm vi khun ny chua c quan tõm nghiờn cu nhiu Cỏc vi khun kh sunfat a m cú th sng dc nhit 4-65 trong ú nhit ti u cho s sinh trng l trong khong 29-42 Vi khun kh sunfat a nhit li cú th sng trong khong nhit 40-89 v nhit ti u cho s sinh trng ca chỳng l 55- 76 Cũn i vi vi khun kh... bng phng phỏp ym khớ; Nghiờn cu sn xut ch phm vi sinh cú hot tớnh x lý sulfate t chng vi khun Desulfovibriosp c phõn lp t phõn trõu, bũ v ng dng ca vi khun kh sunfate trong vic x lớ ụi nhim du khớ cng nh trong vic x lớ nc thi axit t hot ng khai thỏc khoỏng sn 26 Ti liu tham kho Ting Vit 1 Cụng ty c phn tin hc, cụng ngh, mụi trng, TCT Than & Khoỏng sn Vit Nam (2012), Kt qu phõn tớch nc thi m than 2... cỏc chi vi khun kh sunfat a m khỏc (nh cỏc cỏnh ng lỳa nc ni cú s xen k ca iu kin cú oxy v thiu oxy do s thay i ca mựa nc lờn Hai nhúm vi khun kh sunfat cũn li l nhúm vi khun kh sunfat a nhit v nhúm vi khun c a nhit (Archaea) u c phõn lp ti cỏc mụi trng cú nhit cao nh cỏc ging khoan sõu di mt t cú nhit lờn ti 80 Cỏc vi khun kh 7 sunfat a nhit ch y l vi khun Gram õm, thuc cỏc chi Thermodesulfovibrio... dng hn Ngc li vi nhúm vi khun kh sunfat Gram õm a m, nhúm vi khun kh sunfat Gram dng sinh bo t cú mt s loi thớch nghi c vi mi trng sng cú s thay i nhit t m lờn cao do chỳng cú c ch hỡnh thnh bo Tuy vy, nhit ti u cho sinh trng ca nhúm vi khun ny l t 25 40 , mt vi loi cú th l t 40 -65 n nay chỳng ta mi ch khỏm phỏ ra mt chi Gram dng cú kh nng sinh bo t duy nht l chi Desulfotomaculum Vi kh nng hỡnh... mn ũi hi nng mui NaCl cao cho sinh trng ti u Mt vi vi khun kh sunfat cú th chu ng c nng mui NaCl cao hn mc dự hot ng ca chỳng b gim bt khi nng NaCl tng lờn n 510% 15 Vi khun a m chu mn cao, chng hn Desulfovibrio vietnamensis cú kh nng chu mn n nng 30% NaCl Tuy nhiờn, loi ny cng cú th sng nng 0% NaCl v thớch hp nht cho s sinh trng 5% NaCl i vi vi khun a nhit thỡ khong nng NaCl m chỳng cú th... (1996), Sulphate reducing bacteria, Crit Rev Enviro Sci Technol., 26, pp 155-187 19 Hao OJ, Huang L, Chen JM, Buglass RL (1994), Effects of metal additions on sulphate reduction activity in wastewaters, Toxicology and Environmental Chemistyi, 46, pp 197212 20 Higgins JP, Hard BC, Mattes A (2003), Bioremediation of rock drainage using sulphatereducing bacteria, Proceedings of Sudbury 2003: Mining and Environment,... trng húa kỡm, húa axit thỡ vi khun sunphat vn phỏt trin Vi khun kh sunphat khụng ch nh hng n cỏc ngnh cụng ngh khai thỏc qung m, cỏc ngnh cụng ngh x lý rỏc thi Vi khun kh sunphat thi ra mt lng ln khớ H2S nh hng n cnh quan, sinh thỏi, mụi trng v con ngi Th nhng vi khun kh sunphat cng cú tm quan trng khỏc c bit Vi khun kh sunphat ph bin nht trong mụi trng k khớ nú h tr trong vic phõn hy cht hu c; trong