VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC
..............

..............

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Đề tài
NGHIÊN CỨU TUYỂN CHỌN VI KHUẨN HIẾU KHÍ OXY HOÁ HỢP
CHẤT KHỬ CỦA SULFUR NHẰM TẠO MÀNG SINH HỌC ỨNG DỤNG
TRONG XỬ LÝ Ô NHIỄM

Giáo viên hướng dẫn

: TS. Đỗ Thị Tố Uyên

Sinh viên thực hiện

: Nguyễn Văn Thế

Lớp

: 11-02

Hà Nội – 2015


LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến TS.

Đỗ Thị Tố Uyên – Phụ trách phòng Công nghệ sinh học môi trường – Viện Công
nghệ sinh học, là người thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo giúp đỡ cho tôi những
kiến thức, những kinh nghiệm, lời khuyên quý báu, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho
tôi trong quá trình thực hiện đề tài khóa luận.
Tôi cũng xin được cảm ơn toàn thể các anh, các chị trong phòng Công nghệ
sinh học môi trường giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi có cơ hội được thực tập tại đơn
vị và giúp đỡ nhiều trong quá trình thực tập.
Tôi xin chân thành cảm ơn ThS. Vũ Thị Thanh đã nhiệt tình chỉ bảo, giúp
đỡ tôi rất nhiều trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Bên cạnh đó, tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô Khoa Công nghệ sinh
học - Viện Đại Học Mở Hà Nội cùng với Lãnh đạo Viện Công nghệ sinh học Viện Hàn lâm khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong
suốt thời gian học tập, nghiên cứu tại trường cũng như tại viện.
Cuối cùng, tôi xin được gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, đặc biệt là ba
mẹ đã luôn ở bên động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện
khóa luận này.
Hà Nội, ngày 22 tháng 5 năm 2015
Sinh viên
Nguyễn Văn Thế


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1
Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU.................................................................... 3
1.1. Tình trạng ô nhiễm sulfur trong môi trường nước và không khí hiện nay ...... 3
1.2. Ảnh hưởng của các hợp chất sulfur đến môi trường và sinh vật .................... 5
1.2.1. Ảnh hưởng của sulfide và các hợp chất khử của lưu huỳnh ................... 5
1.2.2. Ảnh hưởng của một số hợp chất lưu huỳnh hữu cơ ................................ 7
1.3. Khả năng ứng dụng các loài vi sinh vật hiếu khí để xử lý các hợp chất khử
của lưu huỳnh trong nước thải và khí thải ............................................................ 7
1.3.1. Khái quát về các vi khuẩn tham gia phân hủy các hợp chất khử của lưu

huỳnh .............................................................................................................. 7
1.3.2. Đặc điểm về trao đổi chất .................................................................... 13
1.3.3. Đặc điểm về trao đổi chất ở một số vi khuẩn hiếu khí khác ................. 15
1.3.4. Hiện trạng áp dụng phương pháp xử lý ô nhiễm bằng vi sinh vật ......... 15
1.4. Công nghệ biofilter ( công nghệ lọc nhỏ giọt ) ............................................ 16
1.4.1. Công nghệ biofilter.............................................................................. 16
1.4.2. Yêu cầu vật liệu lọc ............................................................................. 16
1.4.3. Nguyên tắc hoạt động .......................................................................... 17
1.4.4. Ưu điểm của phương pháp................................................................... 17
1.4.5. Chất mang sử dụng trong công nghệ biofilter (công nghệ lọc nhỏ giọt)18
Chương 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................. 21
2.1. Nguyên liệu, hóa chất, thết bị sử dụng ........................................................ 21
2.1.1. Nguyên liệu ......................................................................................... 21
2.1.2. Hóa chất, môi trường ........................................................................... 21
2.1.3. Thiết bị và dụng cụ: ............................................................................. 22
2.1.4. Phương pháp nghiên cứu. .................................................................... 22
2.1.5. Đánh giá khả năng tạo màng của các chủng vi khuẩn .......................... 23
2.1.6. Nghiên cứu một số đặc điểm sinh học của các chủng vi khuẩn lựa
chọn .............................................................................................................. 24
2.1.7. Phân loại, định tên và xây dựng cây phát sinh chủng loại .................... 25
2.1.8. Phương pháp xác định trình tự gen bằng máy tự động ......................... 27
2.1.9. Phương pháp xây dựng cây phát sinh chủng loại ................................. 28

i


2.1.10. Đánh giá tính đối kháng của các chủng vi sinh vật trong môi trường
nuôi cấy ........................................................................................................ 28
2.1.11. Ảnh hưởng của các điều kiện môi trường đến khả năng sinh trưởng và khả
năng oxy hóa hợp chất khử của lưu huỳnh của 4 chủng vi khuẩn lựa chọn. ....... 28

2.2. Xây dựng mô hình thử nghiệm khả năng oxy hóa hợp chất khử của lưu
huỳnh của các vi sinh vật gắn trên giá thể ở quy mô 5 lít ................................... 29
2.2.1. Cấu tạo và lắp đặt hoàn chỉnh mô hình ................................................ 29
2.2.2. Đánh giá mật độ tế bào của vi sinh vật có trong biofilm bằng phương
pháp đếm số lượng khuẩn lạc CFU (colony forming unit). ............................ 29
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................................. 31
3.1. Khảo sát khả năng sinh trưởng và oxy hóa các hợp chất khử của lưu huỳnh
của các chủng vi khuẩn có bổ sung thiosulfate .................................................. 31
3.2. Đánh giá khả năng tạo màng sinh học của 4 chủng đã được tuyển chọn........... 34
3.3. Đặc điểm hình thái tế bào của 4 chủng NNS1, NNS7, BNS3 và BNS4. ...... 35
3.4. Phân loại phân tử dựa trên trình tự đoạn gen mã hóa 16S rRNA của chủng vi
khuẩn BNS3. ..................................................................................................... 37
3.4.1. Tách chiết DNA tổng số của chủng vi khuẩn BNS3 ............................ 37
3.4.2. Nhân đoạn gene mã hóa 16S rRNA bằng kỹ thuật PCR. ...................... 37
3.5. Đánh giá tính đối kháng của 4 chủng vi khuẩn trong cùng môi trường........ 41
3.6. Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng và oxy hóa
các hợp chất khử của lưu huỳnh của các chủng lựa chọn. .................................. 42
3.7. Thử nghiệm gắn kết chủng vi khuẩn lựa chọn trên một số chất mang để đưa
vào thiết bị xử lý. .............................................................................................. 47
3.7.1. Xây dựng mô hình thử nghiệm nghiên cứu khả năng oxy hóa hợp chất
khử của sulfur trên hai loại chất mang xốp nhẹ và xenllulo ở qui mô 5 lít
phòng thí nghiệm. ......................................................................................... 47
3.7.2. Đánh giá khả năng oxy hóa các hợp chất khử của lưu huỳnh trên hai loại
chất mang xốp nhẹ và xenllulo ở qui mô 5 lít phòng thí nghiệm. .................. 48
3.7.3. Đánh giá mật độ tế bào của vi sinh vật trên 2 loại chất mang xốp nhẹ và
xenllulo từ mô hình 5 lít phòng thí nghiệm. ................................................... 50
KẾT LUẬN .......................................................................................................... 51
KIẾN NGHỊ ......................................................................................................... 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 52
ii



DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Biofilter

: Công nghệ lọc nhỏ giọt

CFU

: Colony forming unit

HKTS

: Hiếu khí tổng số

LB

: Luria broth

PCR

: Polymerase Chain Reaction

iii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Hình dạng của một số đại diện thuộc chi Thiobacillus, Alcaligenes và
paracoccus .............................................................................................................. 9

Hình 1.2. Hình ảnh một số đại diện vi khuẩn hiếu khí thuộc chi Paracoccus có khả
năng oxy hóa hợp chất khử lưu huỳnh ................................................................... 11
Hình 1.3. Chu trình Calvin..................................................................................... 13
Hình 1.4: Vòng tuần hoàn lưu huỳnh cơ sở theo L.M. Prescott và cộng sự ............ 14
Hình 1.5: Công nghệ lọc nhỏ giọt (biofilter) trên thế giới ...................................... 16
Hình 1.6: Sơ đồ công nghệ Biofilter ...................................................................... 18
Hình 1.7: Hình thái của các vật liệu mang ............................................................ 19
Hình 2.1. Đường chuẩn sulfate .............................................................................. 23
Hình 2.2. Chu trình nhiệt của phản ứng PCR ......................................................... 27
Hình 3.1. Khả năng sinh trưởng của 7 chủng vi khuẩn trên môi trường thiosulfate 33
Hình 3.2. Khả năng oxy hóa các hợp chất khử của lưu huỳnh của các chủng vi
khuẩn sau 5 ngày nuôi cấy. .................................................................................... 33
Hình 3.3. Khả năng bắt giữ thuốc tím tinh thể 0,1% của màng sinh học của 4 chủng
vi khuẩn sau 48h. ................................................................................................... 34
Hình 3.4. Khả năng tạo màng sinh học của 4 chủng vi khuẩn. ............................... 35
Hình 3.5. Điện di đồ DNA tổng số của chủng vi khuẩn BNS3. .............................. 37
Hình 3.6. Điện di đồ sản phẩm nhân đoạn gene mã hóa 16S rRNA của chủng vi
khuẩn BNS3. ......................................................................................................... 38
Hình 3.7: Cây phát sinh chủng loại của chủng vi khuẩn BNS3 .............................. 40
Hình 3.8: Tính đối kháng của 4 chủng vi khuẩn BNS3, BNS4, NNS1, NNS7. ....... 41
Hình 3.9: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng sinh trưởng của 4 chủng vi khuẩn
NNS1, NNS7, BNS3, BNS4. ................................................................................. 43
Hình 3.10. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng oxy hóa các hợp chất khử của lưu
huỳnh của các chủng vi khuẩn. .............................................................................. 43
Hình 3.11. Ảnh hưởng của pH đến khả năng sinh trưởng của 4 chủng vi khuẩn
NNS, NNS7, BNS3, BNS4. ................................................................................... 44
Hình 3.12. Ảnh hưởng của pH đến khả năng oxy hóa các hợp chất khử của lưu
huỳnh của các chủng vi khuẩn. .............................................................................. 45
iv



Hình 3.13. Ảnh hưởng của nguồn nitơ đến khả năng sinh trưởng của 4 chủng vi
khuẩn NNS1, NNS7, BNS3, BNS4........................................................................ 46
Hình 3.14. Ảnh hưởng của nguồn nitơ đến khả năng oxy hóa các hợp chất khử của
lưu huỳnh của các chủng vi khuẩn. ........................................................................ 46
Hình 3.15: Mô hình xử lý ở quy mô 5l sau khi lắp ráp hoàn chỉnh (A): Chất mang
xốp nhẹ và (B): Chất mang xenllulo. ..................................................................... 48
Hình 3.16. Khả năng oxy hóa các hợp chất khử của lưu huỳnh của mô hình gắn chất
mang xenllulo (a) và xốp nhẹ (b) ở quy mô 5 lít .................................................... 49
Hình 3.17: Khả năng oxy hóa các hợp chất khử của lưu huỳnh của hai mô hình có
gắn chất mang xenllulo và xốp nhẹ ở quy mô 5 lít sau 21 ngày thử nghiệm . ......... 49

v


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. So sánh đặc điểm của 2 vật liệu mang xốp mút và xenllulose ................ 20
Bảng 2.1. Các loại môi trường nuôi cấy cơ bản ..................................................... 21
Bảng 3.1: Đặc điểm hình thái của các chủng vi khuẩn được tuyển chọn ................ 31
Bảng 3.2. Đặc điểm hình thái tế bào của các chủng lựa chon. ................................ 36
Bảng 3.3. Mức độ tương đồng của chủng BNS3 so với một số chủng vi khuẩn trên
ngân hàng Gen (NCBI) .......................................................................................... 39
Bảng 3.4: Mật độ tế bào trên 2 loại chất mang ....................................................... 50

vi


LỜI MỞ ĐẦU
Xã hội ngày càng phát triển, các nhà máy công nghiệp mọc lên ngày càng nhiều
cùng với những khu dân cư, những khu đô thị, tất yếu dẫn đến môi trường ngày một

suy thoái. Cùng với sự ô nhiễm môi trường đất và nước là sự ô nhiễm môi trường
không khí do sự hoạt động và phát triển của con người gây ra. Sự phát triển về giao
thông vận tải, công nghiệp, nông nghiệp, du lịch ảnh hưởng lớn đến môi trường
không khí. Ô nhiễm khí quyển là vấn đề thời sự cấp bách của mỗi quốc gia trên thế
giới chứ không phải riêng một quốc gia nào.
Các nguồn nước thải sinh hoạt hay công nghiệp chứa rất nhiều các chất độc như:
các chất hữu cơ, các kim loại nặng, các vi sinh vật gây bệnh và đặc biệt các hợp
chất chứa lưu huỳnh. Sự ô nhiễm này không chỉ ảnh hưởng xấu đến hệ sinh thái mà
còn gây ra tác động không tốt đến sức khỏe cộng đồng. Vì vậy, vấn đề bảo vệ môi
trường, bảo vệ nguồn nước - không khí đang là nhiệm vụ cấp bách trên toàn thế
giới.
Trong những năm qua, đã có nhiều công trình nghiên cứu cho thấy việc ứng
dụng các biện pháp sinh học vào xử lý các nguồn nước thải giàu chất hữu cơ – đặc
biệt là các nguồn nước thải có chứa các hợp chất của lưu huỳnh – đã mang lại hiệu
quả cao và an toàn cho môi trường.
Trong một số trường hợp, các hợp chất khử của lưu huỳnh có thể trở thành điện
tử cho quá trình dị hóa và bị oxy hóa thành sulphate. Một số loài vi sinh vật có khả
năng tận dụng nguồn năng lượng này để chuyển hóa ATP thành năng lượng. Trong
điều kiện hiếu khí, nhiều nhóm vi khuẩn có thể oxy hóa các hợp chất khử của lưu
huỳnh thành sulphate như các loài vi khuẩn thuộc các chi: Thiobacillus,
Alcaligenes, Pseudomonas, Paracoccus, …
Trên thế giới, việc sử dụng các nhóm vi khuẩn trên tham gia xử lý ô nhiễm (đặc
biệt là việc loại bỏ sulfide trong nước và không khí) đã được biết đến qua nhiều
nghiên cứu cũng như ứng dụng thực tế.
Ở Việt Nam, việc ứng dụng vi sinh vật vào xử lý nước – khí thải được đánh giá
khá hiệu quả, xong lĩnh vực này đòi hỏi thời gian và công nghệ phù hợp, trước tình
hình ô nhiễm môi trường ở mức báo động như hiện nay thì việc nghiên cứu các
1



nhóm vi sinh vật để đưa vào ứng dụng là rất cần thiết. Vì vậy, chúng tôi đặt ra cho
mình nhiệm vụ “ Nghiên cứu tuyển chọn vi khuẩn hiếu khí oxy hóa hợp chất
khử của sulfur nhằm tạo màng sinh học ứng dụng trong xử lý ô nhiễm “ với các
nội dung nghiên cứu chính:
Tuyển chọn các chủng vi sinh vật có khả năng oxy hóa các hợp chất khử của
lưu huỳnh trong điều kiện hiếu khí từ tập đoàn vi khuẩn đã có tại phòng
Công nghệ sinh học môi trường – Viện công nghệ sinh học.
Nghiên cứu đặc điểm sinh học và phân loại các chủng tuyển chọn nhằm định
hướng ứng dụng thực tiễn.
Thử nghiệm gắn kết chủng vi khuẩn lựa chọn trên một số chất mang để đưa
vào thiết bị xử lý.

2


Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tình trạng ô nhiễm sulfur trong môi trường nước và không khí hiện nay
Ô nhiễm môi trường khí và môi trường nước là thực trạng đáng lo ngại đối
với môi trường tự nhiên hiện nay. Môi trường nước rất dễ bị ô nhiễm, ô nhiễm từ
đất, không khí đều có thể làm ô nhiễm nguồn nước, ảnh hưởng lớn đến đời sống con
người và vi sinh vật.
Hiện nay, do tốc độ công nghiệp hóa và đô thị hóa tăng nhanh cùng với sự
gia tăng dân số đã làm cho vấn đề ô nhiễm môi trường nước trở nên trầm trọng hơn.
Ở nhiều khu đô thị, khu công nghiệp và làng nghề, môi trường đang bị ô nhiễm
nặng bởi khí thải, nước thải, nước rỉ rác và rác thải.
Theo thông tin từ AFP ngày 26/3/2014, tính chung trên toàn cầu cứ 8 người
chết thì có một là do ô nhiễm không khí trong năm 2012. Những thủ phạm gây chết
nhiều nhất liên quan đến ô nhiễm là bệnh tim, đột quị, bệnh phổi và ung thư phổi.
Ngoài ra nó còn để lại những hậu quả lâu dài như khuyết tật bẩm sinh và suy giảm
chức năng tâm thần do chất lượng không khí kém.

Hiện nay, một số ngành công nghiệp như hóa chất, phân bón, luyện kim, hóa
dầu, dệt nhuộm, chế biến thực phẩm, khai thác chế biến khoáng sản… có lượng
nước thải lớn chứa nhiều yếu tố độc hại được thải trực tiếp ra các con sông, ao,
hồ… làm ô nhiễm nguồn nước như các chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng, kim loại nặng,
axit, kiềm, các hợp chất phenol được clo hóa, đồng thời còn thải ra lượng khí lớn…
Ví dụ nước thải từ các xí nghiệp chế biến thực phẩm có nhiều chất hữu cơ; từ xí
nghiệp thuộc da có nhiều chất hữu cơ, tannin có màu nâu đen và đặc biệt các kim
loại nặng, sulfur… là chất độc đối với môi sinh. Trên địa bàn Hà Nội, tổng lượng
nước thải của thành phố khoảng 300.000 m3/ngày đêm, trong đó nước thải công
nghiệp là 85.000-90.000 m3/ngày đêm, chiếm khoảng 27-30%. Nhà máy giấy Bãi
Bằng thải ra Sông Hồng 55.000 m3/ngày đêm, trong đó có chữa các dịch đen gồm
các chất thải nguy hiểm đối với môi sinh như lignn, sulfur hưu cơ, axit béo, các chất
hữu cơ mạch vòng có chứa clo… Tại thành phố Hồ Chí Minh, lượng nước thải công
nghiêp xả ra môi trường là 400.000 m3/ngày đêm. Nhiều nghiên cứu đã cảnh báo về
khả năng di chuyển, lắng đọng và tích tụ các kim loại nặng trong các nguồn nước
ven đô thị và khu công nghiệp [5].
3


Thêm vào đó, mỗi năm trung bình ở Việt Nam có khoảng 23 triệu tấn chất
thải rắn sinh hoạt được thải ra môi trường, trong khi đó các hệ thống xử lý nước thải
còn hạn chế, một lượng lớn rác thải chưa được thu gom cùng với việc chôn lấp chất
thải rắn sinh hoạt không đúng nơi quy định, không tiến hành phân loại chất thải rắn,
chôn lấp chất thải rắn sinh hoạt lẫn với chất thải công nghiệp, chất thải nguy hại…
đã gây ra ảnh hưởng rất nghiêm trọng tới môi trường.
Theo cục Hạ tầng kỹ thuật, Bộ xây dựng, tổng lượng chất thải rắn sinh hoạt
phát sinh trên toàn quốc là 61.500 tấn/ngày (thành thị là 31.000 tấn/ngày (số liệu
năm 2012). Tỷ lệ thu gom, xử lý trung bình tại các đô thị là 83,5%, vùng nông thôn
khoảng 20-30%. Lượng chất thải rắn sinh hoạt ở nước ta ngày càng gia tăng, trung
bình khoảng 10% năm. Dự báo đến năm 2015, lượng chất thải rắn đô thị phát sinh

khoảng 37.000 tấn/ngày, đến 2020 là 50.000 tấn/ngày. Hiện cả nước có khoảng 458
bãi chôn lấp có quy mô trên 1 ha với tổng diện tích khoảng 1.813 ha; trong đó có
121 bãi chôn lấp hợp vệ sinh (chiếm 26,5%), còn lại là các bãi chôn lấp không hợp
vệ sinh. Các bãi chôn lấp không hợp vệ sinh phần lớn là bãi rác tạm, lộ thiên, không
có hệ thống thu gom, xử lý nước rỉ - đang là nguồn gây ô nhiễm môi trường và
chiếm diện tích rất lớn [3].
Nước rỉ rác từ các bãi chôn lấp có thể được định nghĩa là chất lỏng thấm qua
các lớp chất rắn mang theo các chất hòa tan hoặc các chất lơ lửng [33]. Nước rỉ rác
đang là vấn đề nhức nhối trong xã hội về mặt môi trường và mỹ quan. Nước rỉ rác
có nồng độ chất ô nhiễm cao, có mùi chua nồng, có khả năng gây ô nhiễm nguồn
nước mặt, nước ngầm, ô nhiễm đất. Khi không được tích trữ và xử lý tốt, một lượng
lớn tràn ra ngoài vào mùa mưa sẽ gây ô nhiễm cho khu vực xung quanh, ảnh hưởng
đến cộng đồng dân cư sống cạnh bãi chôn lấp. Đây là vấn đề nan giải của các bãi
rác không có trạm xử lý nước rò rỉ hiện nay.
Thành phần nước rác thay đổi rất nhiều, phụ thuộc vào tuổi của bãi chôn lấp,
loại rác, khí hậu. Mặt khác, độ dày, độ nén và lớp nguyên liệu phủ trên cùng cũng
tác động lên thành phần nước rác.
Thành phần và tính chất nước rò rỉ còn phụ thuộc vào các phản ứng lý, hóa,
sinh xảy ra trong bãi chôn. Tuy nhiên, hàm lượng cao và đáng chú ý nhất là các chất
hữu cơ ( theo BOD5), nitơ tổng số, amoni, H2S và các hợp chất vòng khó phân hủy
4


sinh học khác. Các quá trình sinh hóa xảy ra trong bãi chôn lấp chủ yếu do hoạt
động của các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ từ chất thải rắn làm nguồn dinh
dưỡng cho hoạt động sống của chúng.
Do thành phần phức tạp và khả năng gây ô nhiễm cao, nước rò rỉ từ bãi rác
đòi hỏi một qui trình công nghệ xử lý kết hợp, bao gồm nhiều khâu xử lý như xử lý
sơ bộ, xử lý bậc hai, xử lý bậc ba để đạt tiêu chuẩn thải. Thành phần và lưu lượng
nước rò rỉ biến động theo mùa và theo thời gian chôn lấp nên qui trình công nghệ

xử lý nước rò rỉ cũng sẽ thay đổi với các loại nước rác có thời gian chôn lấp khác
nhau. Việc đề ra một qui trình công nghệ thích hợp để xử lý nước rò rỉ từ các bãi
chôn lấp, thỏa mãn các vấn đề về kỹ thuật, điều kiện kinh tế… là cần thiết [31].
1.2. Ảnh hưởng của các hợp chất sulfur đến môi trường và sinh vật
Trong các hợp chất khử của sulfur thì sulfide và hydrosulfur là hai hợp chất
có ảnh hưởng nghiêm trọng nhất đối với môi trường và sinh vật. Chúng gây ra
những vấn đề ô nhiễm nặng nề đối với môi trường – đặc biệt là môi trường nước và
không khí.
1.2.1. Ảnh hưởng của sulfide và các hợp chất khử của lưu huỳnh
Sulfide là hợp chất lưu huỳnh có mức oxy hóa thấp nhất (S2-), có thể bị oxy
hóa bằng oxy trong không khí hay bằng một số loại vi sinh vật [15]. Sulfide được
tạo ra từ quá trình phân giải hợp chất sulfur hữu cơ và từ quá trình khử sulfate do vi
khuẩn khử sulfate thực hiện [37]. Sự có mặt của sulfide trong chất thải gây mùi khó
chịu đối với môi trường xung quanh [9]. Bên cạnh đó, sulfide còn có ảnh hưởng độc
hại tới các cơ thể sống, bao gồm cả các sinh vật bậc cao và vi sinh vật. Ở nồng độ
200 ppm sulfide ức chế sinh trưởng của nhiều loài vi khuẩn [9]. Đối với cây trồng,
sulfide gây thối rễ, làm giảm khả năng hấp thụ chất dinh dưỡng của cây [11]. Con
người khi tiếp xúc với sulfide ở nồng độ thấp (150 ppm) có thể bị đau đầu, chóng
mặt, ở nồng độ cao (700 ppm – 800 ppm) có thể bất tỉnh hay rối loạn tim mạch [24].
Trong tự nhiên sulfide còn là chất gây ăn mòn kim loại mạnh, đặc biệt trong môi
trường biển do nồng độ sulfate cao trong nước biển tạo điều kiện vi khuẩn khử
sulfate phát triển sinh sulfide [37].
Do mức oxy hóa thấp, sulfide có thể trở thành nguồn điện tử cho quá trình dị
hóa và bị oxy hóa thành sulfur ở các mức oxy hóa cao hơn như S0 (nguyên tố sulfur)
5


hay S+6 (sulfate). Một số loài vi sinh vật có khả năng tận dụng nguồn năng lượng
này, chuyển hóa thành ATP để sinh trưởng. Trong điều kiện hiếu khí, các chủng
Thibacillus là đại diện quan trọng nhất sử dụng oxy để oxy hóa các hợp chất sulfur

ở mức oxy hóa thấp (trong đó có sulfide) thành sulfate [31].
Hydrosulfur (H2S) là chất khí, mùi trứng thối, hòa tan trong nước, khi tan
thể hiện tính axit yếu. Nó được hình thành trong lớp đấy bùn, ao dưới điều kiện yếm
khí, độc tính cao đối với thủy động vật, H2S là một hợp chất không bền trong môi
trường nước có chứa oxy và trong khoảng pH gần vùng trung hòa nó bị oxy hóa
thành SO42- theo con đường hóa học hoặc vi sinh. H2S cũng có thể bốc hơi vào
không khí khi nước được sục khí mạnh nhưng không nhiều do độ hòa tan của nó
trong nước cao hơn nhiều so với các loại khí khác. Khi tiếp xúc với một kim loại
nặng như Fe, Zn, Cu sẽ tạo thành các hợp chất sulfide có độ hòa tan thấp, kết tủa và
lắng các hợp chất trên thường có màu đen trong đáy bùn, ao.
Nước từ đáy bùn, ao có thể chứa lượng lớn H2S sinh ra từ quá trình khử
SO42- trong môi trường yếm khí. H2S có thể bị khuếch tán tới lớp nước mặt và dễ
tích tụ ở lớp nước sâu sát đáy. Mặc dù dễ phân hủy trong môi trường yếm khí
nhưng do tốc độ phản ứng chậm nên chúng vẫn tồn tại trong nước dưới điều kiện
hiếu khí ở một thời điểm nhất định nào đó.
Độc tính của H2S là do nó ức chế quá trình phosphoryl hóa, ngăn cản quá
trình tái oxy của cytochrome a3 với oxy phân tử. Kết quả tổng thể là kìm hãm quá
trình trao đổi chất của tế bào, giống hiện tượng giảm oxy trong máu. H2S được xem
là có độc tính cao vì nó không mang điện tích dễ khuếch tán qua màng tế bào, các
dạng khác (HS-, S2-) do điện tích âm và mang tế bào cũng tích âm nên chúng khó
khuếch tán qua, vì vậy được xem là ít độc hơn. Môi trường nước có pH thấp sẽ phát
huy tính độc của H2S do trong điều kiện tỷ lệ của H2S cao [1].
Khí H2S là một chất khí độc, có ái lực cao với nhiều kim loại đặc biệt có thể
kết hợp với ion Fe2+ trong máu người tạo ra FeS có màu đen. H2S ở nồng độ cao
gây tê liệt thần kinh khứu giác, không những thế nếu nồng độ khoảng 1,2mg/lít
không khí, con người sẽ chết ngay, ở nồng độ nhỏ hơn có thể dẫn đến hôn mê sâu.
Trong tự nhiên, H2S có trong khí núi lửa, trong một số con suối, H2S sinh ra
khi xác người và xác động vật phân hủy… Trong nước, khi khi hàm lượng các chất
6



hữu cơ cao trong điều kiện thiếu oxy, xảy ra quá trình phân hủy các chất hữu cơ tạo
ra các sản phẩm độc hại như H2S, mercaptan… gây mùi hôi thối và làm nước có
màu đen. Chính do sự thiếu dưỡng khí cộng với các sản phẩm khí độc hại như H2S,
mercaptan,… được tạo ra trong nước, làm cho các loài động vật như tôm cá, cùng
hệ thực vật nước bị hủy diệt. Đồng thời đây cũng là nguồn gốc lây lan dịch bệnh
theo đường nước. Các đầm lầy nước mặn cũng sinh ra H2S. H2S được sinh ra từ các
đầm lầy nước mặn phát tán vào khí quyển khoảng 8.3x105 tấn mỗi năm.
Trong công nghiệp, H2S được phát hiện với nồng độ cao trong khí thải các
nhà máy. Nó có thể được tạo ra khi lưu huỳnh hoặc các hợp chất chứa lưu huỳnh
tiếp xúc với các chất hữu cơ ở nhiệt độ cao. Chẳng hạn, H2S tạo thành trong suốt
quá trình sản xuất coke, sản xuất tơ nhân tạo visco, trong các nhà máy xử lý nước
thải, sản xuất bột gỗ…
1.2.2. Ảnh hưởng của một số hợp chất lưu huỳnh hữu cơ
Các hợp chất hữu cơ có chứa lưu huỳnh ở dạng oxy hóa (như streptoxic,
sulphamit…) thường có tác dụng độc với tế bào sinh vật.
Các hợp chất khử của lưu huỳnh (tồn tại trong chất thải công nghiệp của
ngành hóa dầu, nhà máy giấy, các lò giết mổ, các ngành công nghiệp thực phẩm.
nước thải lỏng, rắn từ các nhà máy xử lý chất thải…) như: dimethylsulfide (DMS),
dimethyldisulfide (DMDS), methyl mercapthane (MM)… có thể gây độc cho người
ở nồng độ trên 320 ppm [34], gây mùi hôi ở nồng độ rất thấp [7] và đóng vai trò
quan trọng trong quá trình nóng lên của Trái Đất, gây ra các trận mưa acid và khép
kín chu trình lưu huỳnh trên trái đất [21].
1.3. Khả năng ứng dụng các loài vi sinh vật hiếu khí để xử lý các hợp chất khử
của lưu huỳnh trong nước thải và khí thải
1.3.1. Khái quát về các vi khuẩn tham gia phân hủy các hợp chất khử của
lưu huỳnh
Giới thiệu một số nhóm vi khuẩn có khả năng oxy hóa hiếu khí
Một số loài vi sinh vật có khả năng tận dụng nguồn năng lượng này để
chuyển hóa ATP thành năng lượng. Trong điều kiện hiếu khí, nhiều nhóm vi khuẩn

có thể oxy hóa các hợp chất khử của lưu huỳnh thành sulphate như các loài vi khuẩn
thuộc các chi: Thiobacillus, Alcaligenes, Pseudomonas, Paracoccus, …
7


Thiobacillus là sinh vật nhân sơ (prokaryota) và thuộc nhóm vi khuẩn Gram
âm Proteobacteria. Chúng là vi khuẩn hiếu khí, hình que, không màu, di chuyển nhờ
roi ở đầu, không hình thành bào tử. Chúng là những sinh vật tự dưỡng bắt buộc, sử
dụng các phân tử vô cơ như nguồn cung cấp điện tử và carbon, thu nhận chất dinh
dưỡng bằng cách oxy hóa sắt và lưu huỳnh. Những loài thuộc chi Thibacillus có thể
oxy hóa lưu huỳnh hoặc sulfide để thu năng lượng, sinh ra H2SO4, đồng hóa CO2 và
tổng hợp nên chất hữu cơ, thường bên trong tế bào không có chứa trữ các hạt S, như
Thiobacillusthiooxidans, chẳng hạn:
2S + 3CO2 + 2H2O

2H2SO4 + năng lượng

Na2S2O3 + 2O2 + H2O
H2S + O2

H2SO4 + Na2SO4 + năng lượng

2H2O + năng lượng

Tóm lại, Thiobacillus là vi sinh vật hóa tự dưỡng, một số loài thuộc chi
Thiobacillus là hóa tự dưỡng bắt buộc (obligately chemolithotrophic) – vi sinh vật
lấy năng lượng từ các quá trình oxy hóa hóa học và sử dụng các hợp chất vô cơ như
là chất cho điện tử và CO2 làm nguồn carbon [18].
Thiobacillus là một chi quan trọng nhất của nhóm vi khuẩn hóa dưỡng vô cơ
tham gia chuyển hóa lưu huỳnh. Chúng phân bố rộng rãi trong tự nhiên, có thể tìm

thấy chúng ở cả môi trường đất, môi trường nước hay trong không khí.
Chúng ta có thể dễ dàng phân lập được chúng từ các dòng sông, kênh rạch, đất
sulfate acid hóa và các nguồn nước thải thoát ra từ các khu vực khai thác mỏ.
Hầu hết các loài thuộc chi Thiobacillus đều có khả năng oxy hóa các hợp
chất khử của lưu huỳnh, tham gia xử lý nước thải và khí thải. Điển hình là
Thiobacillus

thioparus,

Thiobacillus

thiooxidans,

Thiobacillus

versutus,

Thiobacillus novellus, Thiobacillus ferrooxidans…
Thiobacillus thiooxidans (Acidithiobacillus thiooxidans) là một vi khuẩn Gram
âm, hình que với đầu tròn, thường bắt gặp chúng ở dạng đơn độc trong tự nhiên, hoặc
đôi khi ở dạng cặp, hiếm khi bắt gặp chúng ở dạng bộ ba. A.thiooxidans di động nhờ
roi. Đây là chủng vi khuẩn ưa acid với pH tối ưu < 4.0, tuy nhiên thì nó vẫn có đủ các
điều kiện của một vi khuẩn hiếu khí bắt buộc, tự dưỡng hóa năng [36].
Thiobacillus ferrooxidans là vi khuẩn được nghiên cứu nhiều nhất trong trong
mối quan hệ với các biện pháp xử lý thủy luyện kim sinh học các quặng và tinh quặng
8


chứa sulfur. Thiobacillus ferrooxidans là một vi khuẩn hình que, Gram âm, di động
nhờ tiêm mao, không hình thành bào tử, đứng một mình hay đôi khi thành từng cặp. Vi

khuẩn hóa dưỡng vô cơ này thu nhận năng lượng cần thiết cho sinh trưởng và đồng hóa
CO2 từ sự oxy hóa Fe2+ và các hợp chất lưu huỳnh vô cơ có tính khử.
Thiobacillus thioparus có khả năng oxy hóa lưu huỳnh nguyên tố, thiosulfate
và nhiều loại sulfur kể cả sulfur kẽm.
Thiobacillus acidophilus thì lại có khả năng đối với cả sinh trưởng hóa tự
dưỡng lẫn sinh trưởng dị dưỡng. Vi khuẩn này oxy hóa lưu huỳnh nguyên tố,
đường, acid amin và acid cacboxylic.
Hình thái tế bào một số đại diện của chi Thiobacillus được trình bày ở hình 1.1.

A

B

C

D

Hình 1.1. Hình dạng của một số đại diện thuộc chi Thiobacillus, Alcaligenes
và paracoccus
A. Thiobacillus thioxidans

C. Paracoccus denitrificans

B. Alcaligenes Feacalis

D. Thiobacillus thioparus

9



Trong các nghiên cứu trước đây, thì nhóm vi khuẩn phân lập được từ nước
thải có khả năng oxy hóa hợp chất khử cua lưu huỳnh thì phần lớn thuộc chi
Thiobacillus. Tuy nhiên, trong các nghiên cứu được thực hiện trong thời gian gần
đây, thì đã phát hiện ra một số vi khuẩn thuộc chi khác (ví dụ: Alcaligenes,
Pseudomonas, Xanthomonas…) cũng có thể tham gia vào quá trình này [26].
Alcaligenes là một chi vi khuẩn không màu, hình que, Gram âm, hiếu khí (đôi
khi chúng có thể hô hấp kỵ khí nếu có mặt nitrate), di động nhờ roi. Chúng thường
xuất hiện ở trong đất, nước, một số loài có thể sống trong đường ruột của động vật
có xương.
Alcaligenes có thể phát triển với việc sử dụng các hợp chất của lưu huỳnh như
là một nguồn năng lượng [19] và điều này cũng được chứng minh bởi
Potivichayanon et al. 2006 [28] người đã báo cáo rằng Acinetobacter species.
MU1_03 và Alcaligenes faecalis MU2_03 trong một hệ thống màng sinh học cố
định thì có thể loại bỏ hơn 91% H2S, trong khi nếu kết hợp hai chủng này thì có khả
năng loại bỏ 98% H2S. Alcaligenes có thể loại bỏ toàn bộ sulfide từ nước thải SRR:
91.84% TS, 88.75% DS và 95.76% H2S, trong khi với một hỗn hợp các vi khuẩn
bản địa thì việc loại bỏ thấp hơn đáng kể: 56.24% TS, 32.29% DS và 92.11% H2S
[18].
Paracoccus được biết đến như chi vi khuẩn Gram âm, có hình cầu, có khả
năng sống cả trong môi trường đất, nước [20]. Chúng có thể sử dụng các nguồn
năng lượng từ các hợp chất hữu cơ như methanol, methylamine, hoặc các nguồn vô
cơ như: hydro và lưu huỳnh.
Paracoccus denitrificans sản xuất hơn 5000 protein, trong số đó có các
protein và enzyme rất hữu ích trong các ứng dụng công nghệ sinh học, đặc biệt
trong quá trình loại bỏ nitrate trong nước thải.
Ở Paracoccus các hợp chất khử của lưu huỳnh đóng vai trò là chất nhận
electron trong quá trình phản nitrate hóa. Paracoccus dennitrificans chuyển electron
từ thiosulfate đến nitrate sinh ra năng lượng thông qua một loạt các hành động xúc
tác enzyme trong vi khuẩn [20].
Phương trình phản ứng:

5S2O32- + 8NO3- + H2O

4N2 + 10SO42- + 2H+
10


Paracoccus pantotrophus là dòng vi khuẩn có khả năng khử được khí cực
độc H2S ở đáy bùn ao. Vi khuẩn này không những phát triển tốt trong điều kiện hiếu
khí (có oxy) mà còn có khả năng phát triển mạnh trong điều kiện yếm khí (oxy thấp
hoặc không có oxy), do đó giúp tôm không bị sốc chết do khí độc ở đáy ao nuôi
trồng thủy hải sản.

A

B

A. Paracoccus pantotrophus

B. Paracoccus denitrificans

Hình 1.2. Hình ảnh một số đại diện vi khuẩn hiếu khí thuộc chi Paracoccus
có khả năng oxy hóa hợp chất khử lưu huỳnh
Để có thể phân loại được chủng vi khuẩn thu nhận được từ quá trình phân lập
thuộc chi nào thì cần phải dựa vào đặc điểm sinh lý, sinh hóa và hình thái cấu tạo
bên ngoài, kết hợp với nghiên cứu các phân tử acid nucleic như DNA, RNA cả
chủng vi khuẩn thu được.
Phương pháp truyền thống
Phương pháp phân loại vi cổ điển sử dụng hình thái kết hợp những đặc điểm
hình dạng bên ngoài và các đặc điểm sinh lý để phân loại, với các đặc điểm giống
nhau về hình dạng, kích thước, có hay không có tiên mao của tế bào vi khuẩn, sự

khác nhau về đặc điểm sinh hóa (phản ứng nhuộm Gram, sự kháng chất kháng sinh,
sự trao đổi chất và dinh dưỡng, đối tượng vật chủ,…), các phản ứng sinh hóa của vi
sinh vật với các chất khác nhau, phản ứng miễn dịch của các kháng nguyên là thành
phần cấu tạo của tế bào như kháng nguyên O của lipopolycaccharide hay của bào
nhầy thường được sử dụng để phân biệt các chủng của một loài [12].
Phương pháp phân loại bằng sinh học phân tử

11


Hiện nay, các phương pháp phân loại hiện đại thường dựa trên việc đánh giá
mức độ phân tử acidnucleic. Trên cơ sở trình tự DNA, người ta có thể có nhiều các
phương pháp khác nhau để tiến hành phân loại.
Từ cuối thể kỷ 20, đặc biệt từ năm 1980 trở lại đây, với sự phát triển mạnh
mẽ của sinh học phân tử, người ta sử dụng một phương pháp nghiên cứu mới cho
phân loại vi sinh vật, đó là “ Phân loại học phân tử”. Phương pháp mới này có thể
phát hiện, mô tả và giải thích tính đa dạng sinh học ở mức độ phân tử giữa các loài
và trong phạm vi loài trong thời gian ngắn và có độ chính xác cao.
Trước đây, việc phân loại sinh vật đôi khi gặp khó khăn và thiếu chính xác.
Với sự phát triển của kỹ thuật sinh học phân tử, việc phân loại ngày nay chủ yếu
dựa vào sự nghiên cứu trên các phân tử acidnucleic (DNA, RNA). Các phương pháp
này phản ánh chính xác hơn quan hệ về mặt tiến hóa giữa các nhóm sinh vật. Tuy
nhiên, cũng không thể phủ nhận vai trò của các phương pháp phân loại dựa trên các
đặc điểm bên ngoài. Do vậy, cần kết hợp cả 2 phương pháp trên để kết quả phân
loại chính xác nhất.
Ngày nay, việc nghiên cứu phân tử rRNA được coi là phương pháp hữu hiệu
nhất để xác định mối quan hệ trên cây tiến hóa của các vi sinh vật vì rRNA có mặt ở
tất cả các loài vi sinh vật, có chức năng xác định và là trình tự có tính bảo thủ cao,
chúng chỉ khác nhau ở rất ít các nhóm sinh vật. Dựa vào sự khác nhau này, người ta
có thể đánh giá được mối quan hệ phát sinh chủng loại và phân loại các chủng vi

sinh vật. Trong 3 loại gen rRNA ở vi khuẩn (5S, 16S, 23S) thì gen 16S là phù hợp
nhất cho việc nghiên cứu phân loại. Gen mã hóa cho 5S - rRNA thì có kích thước
khoảng 120 nucleotide, dễ đọc và so sánh trình tự nhưng đủ để phân biệt một cách
chi tiết giữa các loài. Ngược lại gen mã hóa cho 23S-rRNA có kích thước lớn hơn
(khoảng 3000 nucleotide) do đó khó khăn cho việc tách dòng, đọc và so sánh trình
tự. Chỉ có gen 16S-rRNA với kích thước khoảng 1500 nucleotide vừa đủ để phân
loại chi tiết giữa các chủng vi sinh vật và không gây khó khăn cho việc phân loại vi
khuẩn. Gen mã hóa cho cấu trúc 16S-rRNA đã được các nhà khoa học nghiên cứu
kỹ thuật PCR. Đây là một thuận lợi cho các nghiên cứu phân loại dựa trên gen mã
hóa 16S-rRNA [16].

12


1.3.2. Đặc điểm về trao đổi chất
1.3.2.1. Dinh dưỡng carbon
• Cố định CO2
Chi vi khuẩn Thiobacillus thường có khả năng trao đổi chất theo cách tự
dưỡng C và sử dụng chu trình Calvin để cố định CO2 là nguồn carbon. Tuy nhiên,
một số chúng có thể sinh trưởng như vi khuẩn hóa dị dưỡng khi có mặt các hợp chất
hữu cơ khử. Qúa trình khử CO2 thành hydratcacbon tiên tốn nghiều năng lượng.
Việc gắn một phân tử CO2 vào chu trình Calvin cần 3ATP và 2NADPH.

Hình 1.3. Chu trình Calvin.
Các vi sinh vật nhóm này có khả năng sử dụng năng lượng sinh ra trong quá
trình oxy hóa một chất vô cơ nào đó để đồng hóa CO2 trong không khí tạo thành
các chất hữu cơ của tế bào. Trong trường hợp này chất cho electron là chất vô cơ,
chất nhận electron là oxy hoặc một chất vô cơ khác.
1.3.2.2. Khả năng sử dụng các hợp chất khử của lưu huỳnh
• Khả năng oxy hóa các hợp chất khử của lưu huỳnh

Đa số các loài thuộc chi Thiobacillus đều có thể sử dụng các hợp chất khử của
lưu huỳnh làm nguồn điện tử để cố định CO2 [35]. Qúa trình oxy hóa các hợp này
cần có sự tham gia của nhiều enzyme. Tuy nhiên, mức độ oxy hóa các hợp chất khử
của lưu huỳnh ở các loài là khác nhau. Thiobacillus thiooxidans có khả năng oxy

13


hóa lưu huỳnh, thiosulfate… thành acid sulfuric và lấy năng lượng từ quá trình này
để sinh trưởng [35].
Thiobacillus denitrificans oxy hóa lưu huỳnh lấy năng lượng để tổng hợp chất hữu
cơ của cơ thể:
5S + 6KNO3 + 2CaCO3

3K2SO4 + 2CO2 + 3N2 + Q

• Vai trò của Thiobacillus và một số vi khuẩn hiếu khí khác trong chu trình lưu
huỳnh
Trong tự nhiên chu trình vật chất của nguyên tố lưu huỳnh được hoàn thiện với
sự tham gia của các loại vi khuẩn có khả năng oxy hóa hoặc khử các hợp chất có
chứa lưu huỳnh.

Hình 1.4: Vòng tuần hoàn lưu huỳnh cơ sở theo L.M. Prescott và cộng sự
Chúng rất đa dạng về hình thái và đặc điểm sinh hóa. Ở môi trường kỵ khí
(bùn lắng, đất hoặc các thủy vực chứa chất thải giàu hữu cơ và sulfate), nhóm thứ
nhất là những vi khuẩn kỵ khí và khử sulfate đến sulfur, nhóm thứ hai là những vi
khuẩn tía quang hợp không thải oxy, sinh trưởng kỵ khí khi có ánh sáng và có khả
năng sử dụng sulfur làm chất cho điện tử quang hợp. Ở môi trường hiếu khí, sự oxy
hóa các hợp chất khử của lưu huỳnh được thực hiện bởi các vi khuẩn Beggiatoa,
Thiobacillus. Chu trình lưu huỳnh trong tự nhiên được mô tả ở hình 1.4

14


1.3.3. Đặc điểm về trao đổi chất ở một số vi khuẩn hiếu khí khác
Hiện nay có nhiều giả thuyết về cơ chế oxy hóa hợp chất khử của lưu huỳnh
ở các chi vi khuẩn hiếu khí như: Alcalogenes, Pseudomonas, Paracoccus… có thể
có cơ chế kèm theo với khả năng hấp thụ kim loại nặng hoặc quá trình phản nitrate
hóa. Cho đến nay vẫn chưa có công bố chính thức về cơ chế oxy hóa các hợp chất
khử của lưu huỳnh ở các nhóm vi khuẩn này.
1.3.4. Hiện trạng áp dụng phương pháp xử lý ô nhiễm bằng vi sinh vật
1.3.4.1. Trên thế giới
Có nhiều biện pháp xử lý ô nhiễm khác nhau như: biện pháp lý học, hóa học,
sinh học …, nhưng biện pháp sinh học được đánh giá hiệu quả và kinh tế nhất so
với các biện pháp khác. Đặc biệt là sử dụng các chủng vi khuẩn dị dưỡng phân lập
từ nước thải mủ cao su để loại bỏ H2S trong khí thải [30].
Chất thải có chứa nhiều các hợp chất khử của lưu huỳnh có thể xử lý bằng
cách hấp thụ, nhưng về mặt kỹ thuật và kinh tế thì phương pháp này không thực tế,
không thể áp dụng trong việc xử lý dòng khí cao và chất gây ô nhiễm nồng độ thấp
– đặc trưng của các hợp chất khử lưu huỳnh trong khí thải công nghiệp [14]. Do đó,
việc tiến hành xử lý các dòng khí thải này bằng công nghệ màng sinh học được xem
là một giải pháp cho hiệu quả tốt hơn.
Trong quá trình này, khí thải sẽ được đi qua một ma trận rắn có các màng
sinh học đã được chứng minh là một giải pháp thiết thực cho hiệu quả cao trong
việc giảm các chất gây ô nhiễm trong khí thải, đặc biệt là các dòng khí thải cao và
có nồng độ chất gây ô nhiễm thấp [27].
Lọc sinh học [13] lần đầu tiên được giới thiệu tại Anh vào năm 1893 như một bộ
lọc nhỏ giọt để xử lý nước thải và từ đó đã được sử dụng thành công trong xử lý các
loại nước thải thải khác nhau. Xử lý sinh học đã được sử dụng ở châu Âu để lọc
nước mặt cho các mục đích sinh hoạt kể từ đầu những năm 1900 và hiện nay đang
nhận được nhiều quan tâm trên toàn thế giới. Lọc sinh học cũng phổ biến trong xử

lý nước thải, nuôi trồng thủy sản và nước tái chế như một cách để giảm thiểu thay
nước trong khi tăng chất lượng nước.

15


Gìan
Xoay

Vòm bao

Khí

Khí

Chảy
đến

Lọc
chảy
qua

Nước được xử lý
Lắng
Tái chế

Bùn thải

Bơm


Hình 1.5: Công nghệ lọc nhỏ giọt (biofilter) trên thế giới
1.3.4.2. Ở Việt Nam
Hiện nay công nghệ sinh học áp dụng trong xử lý môi trường với vi sinh vật
tham gia đang được ứng dụng rộng rãi. Đối với xử lý ô nhiễm không khí chủ yếu
dựa trên công nghệ ngoại nhập hoặc thiết bị ngoại nhập đặc biệt là xử lý H2S và
NOx.
Cho đến nay vẫn chưa có công bố chính thức nào về công nghệ xử lý H2S
trong nước thải và khí thải bằng công nghệ hiếu khí tại Việt Nam.
1.4. Công nghệ biofilter ( công nghệ lọc nhỏ giọt )
1.4.1. Công nghệ biofilter
Công nghệ Biofilter [17] là công nghệ lọc sinh học sử dụng vi sinh vật để
oxi hóa, loại bỏ những hợp chất khí bị nhiễm bẩn. nó xử lý các hợp chất cacbon,
những chất khí độc vô cơ- amoniac hay H2S, các chất khí có mùi hôi và những
phân tử khí hữu cơ - những hợp chất hữu cơ bay hơi (Volatile Organic
Compound- VOC’s).
1.4.2. Yêu cầu vật liệu lọc
Khả năng tiếp xúc giữa vi sinh vật và không khí nhiễm bẩn cao.

16


Điều kiện môi trường thích hợp, tối ưu cho sự sinh sống và phát triển của vi
sinh vật. các yếu tố tối thiểu cần đảm bảo đó là pH, độ ẩm, nhiệt độ, độ rỗng
xốp, thoáng …và thời gian lưu trú cho vi sinh vật thích nghi, phát triển.
Để đảm đảm bảo các yêu cầu này người ta sử dụng các nguyên liệu lọc hay còn
được gọi là khối sinh học (Biomass). Các nguyên liệu lọc được thiết kế sau có khả
năng hấp thụ nước lớn, giữ ẩm tốt, độ bền cao, tạo lực cản không khí thấp và quan
trọng là phải có diện tích bề mặt tiếp xúc lớn để tăng khả năng tiếp xúc giữa vi sinh
vật và khí bẩn. ngoài ra nguyên liệu lọc còn có chức năng cung cấp dưỡng chất cho
vi sinh vật. Một số nguyên liệu lọc điển hình là xơ dừa, hỗn hợp của các chất nền ủ

phân compost, đất, cây thạch thảo (heather), plastic và các phụ phẩm gỗ [29].
1.4.3. Nguyên tắc hoạt động
Các chất khí ô nhiễm được làm ẩm và sau đó được bơm vào buồng vật liệu
lọc. Tại lớp vật liệu lọc thì vi sinh vật phát triển thành màng sinh học. Các chất khí
gây ô nhiễm sẽ bị hấp phụ bởi màng sinh học, tại đây, các vi sinh vật sẽ phân hủy
chúng để tạo nên năng lượng và các sản phẩm phụ là CO2 và H2O các loại muối.
Khí thải sau khi đã lọc sạch thải vào khí quyển từ bên trên của hệ thống lọc. Hầu hết
những hệ thống biofilter hiện nay có công suất xử lý mùi và các chất hữu cơ bay hơi
lớn hơn 90%. Tuy nhiên, hạn chế của phương pháp này là chỉ xử lý được những khí
thải có nồng độ chất ô nhiễm thấp (<1000ppm) và lưu lượng khí xử lý chỉ nằm
trong giới hạn 300-500 ft3/ft2-giờ [22].
1.4.4. Ưu điểm của phương pháp
-

Thứ nhất là tính kinh tế, cái mà các doanh nghiệp luôn đặt hàng đầu. Sử dụng
Biofilter mang tính kinh tế bởi nguyên liệu sử dụng là gỗ, xơ dừa..các nguyên
liệu này chúng ta có thể tận dụng, mua với giá rẻ chứ không như những nguyên
liệu sử dụng cho công nghệ khác. Mặt khác công nghệ này rất ít sử dụng hóa
chất nên chi phí hóa chất không đáng kể => chi phí đầu tư thấp, vận hành thấp.

-

Thứ 2 là công nghệ Biofilter thân thiện với môi trường bởi sử dụng rất ít hóa
chất và không gây ô nhiễm thứ cấp so với các phương pháp khác[39].

-

Sơ đồ nguyên lý công nghệ được mô tả ở hình 1.6.

17