Nuôi cấy liên tục/ dòng liên tục

Ngược với nuôi cấy tĩnh, nuôi cấy liên tục là phương pháp mà trong suốt thời gian nuôi cấy liên tục cho thêm các chất dinh dưỡng mới vào và tiến hành loại bỏ các sản phẩm cuối cùng của quá trình trao đổi chất ra khỏi môi trường nuôi cấy. Do đó vi sinh vật luôn luôn ở trong điều kiện ổn định về chất dinh dưỡng cũng như sản phẩm trao đổi chất và tốc độ sinh sản phụ thuộc tốc độ cung cấp chất dinh dưỡng. Quá trình nuôi cấy liên tục, tốc độ sinh trưởng rg được biểu thị bằng phương trình:

rg = dX/dt = (µ –D).X (3.2)

Trong đó X là nồng độ sinh khối ban đầu/ nồng độ bùn (mg/l); µ là hằng số tốc độ sinh trưởng (1/s). Hệ số pha loãng D = F/V; F là tốc độ cung cấp dinh dưỡng cho môi trường (ml/h); V là thể tích môi trường(ml).

Từ (1.2) thấy rằng khi µ > D thì dX/ dt > 0, mật độ vi sinh vật tăng. Khi µ < D thì dX/ dt < 0, mật độ vi sinh vật giảm. Khi µ = D thì dX/dt = 0, mật độ vi sinh vật ở trạng thái cân bằng động học không tăng không giảm theo thời gian.

Quá trình nuôi cấy liên tục vi sinh vật được ứng dụng trong công nghệ xử lý nước thải ở điều kiện động.

đặc trưng động học của quá trình sinh trưởng

tốc độ riêng lớn là nồng độ vi sinh vật tính bằng gam/lit

Thời gian t là thời gian cần thiết để nồng độ vi sinh vật tăng gấp đôi

Tốc độ phân chia tế bào

Thời gian tích lũy

3.5.1 Vi sinh vật lên men kỵkhí
Nhiều nghiên cứu cho thấy có rất nhiều loại vi sinh vật tham gia vào quá trình phân huỷ chất hữu cơ ở điều kiện kỵ khí:

- Giai đoạn thuỷ phân: Hydratcacbon, Protein, Lipit thành các Monome để có thể hấp thụ qua màng tế bào bởi các vi sinh vật kị khí tùy tiện có chứa các hệ men ngoại bào như Proteaza, Lipaza, Cellulaza… Các Vi sinh vật này rất phổ biến và phát triển nhiều trong tự nhiên trong đó có cả nhóm vi khuẩn E.coli vàB.subtilus.

- Giai đoạn lên men axit: Nhóm khuẩn, nấm mốc và Protozoa không tạo CH4 thực hiện việc lên men axit các sản phẩm thủy phân thành các axit hữu cơ đơn giản. Trong 3 nhóm vi khuẩn hiếu khí, kỵ khí tuyệt đối và kỵ khí tuỳ tiện thì vi khuẩn kỵ khí tuỳ tiện là nhóm tạo axít chủ yếu. Thường gặp nhất là những vi khuẩn kỵ khí tuỳ tiện phân huỷ Protit và vi khuẩn Amon hoá Axit amin có thể kể đến là Clostridium spp; Lactobacillus spp; Desulfovibrio spp; Corynebacterium spp; Actinomyces; Staphylococcus; Escherichia coli. Vài loài vi khuẩn hiếu khí cũng tham gia vào giai đoạn đầu của quá trình lên men kỵ khí axít như loài Pseudomonas, Flavobacterium, Alcaligenes, Micrococcus, Sarcinavulgaris, Escherichia coli. Trong bể phân huỷ kỵ khí còn thấy sự có mặt các vi khuẩn khử sunfat như Desulfovibrio, các vi khuẩn phânhuỷProtittạoHidrosunfua.NhiềuloạinấmmốcnhưPenicillium,Fusarium,

Mucor… các Protozoa cũng tham gia vào quá trình lên men axít. Nhưng nhìn chung trong giai đoạn này vi khuẩn kỵ khí đóng vai trò chủ yếu còn vi khuẩn hiếu khí, nấm mốc, Protozoa chỉ ñóng vai trò thứ yếu.

- Giai đoạn lên men kiềm: Các Axit béo dễ bay hơi và các sản phẩm trung gian sẽ tiếp tục phân hủy thành CH4 và CO2 làm cho môi trường trở nên kiềm hoá. Trong giai đoạn chuyển từ lên men axit sang lên men kiềm các Vi sinh vật hiếu khí bị tiêu diệt dần dần và hoàn toàn. Các vi sinh vật kỵ khí bắt buộc phát triển mạnh và vi khuẩn Metan phát triển rất mạnh. Ở giai đoạn này các vi khuẩn Metan ñóng vai trò chủ yếu trong sự phân huỷ tiếp các hợp chất hữu cơ. đây là loại vi khuẩn kỵ khí tuyệt đối và rất khó phân lập. Các vi khuẩn Metan hiện đã được phân lập là Methanobacterium, Methanosacrina, Methanococcus, Methanobrevibacter, Methanothrix. Các loại vi khuẩn CH4 khác nhau chỉ có thể sử dụng một số chất nền nhất định trong môi trường khác nhau làm nguồn dinhdưỡng.

3.5.2 Vi sinh vật lên men hiếukhí
3.5.2.1 Tác nhân sinh trưởng lơlửng:
Hệ vi sinh vật trong các quá trình này bao gồm tất cả các loại vi khuẩn và các Eucarya cực nhỏ, có thể được phân thành 5 nhóm chính: các sinh vật dạng bọt khí, thực vật hoại sinh, các vi khuẩn nitrat hóa, ñộng vật ăn thịt và các sinh vật gây hại.

- Các sinh vật dạng bọt khí: có vai trò rất quan trọng trong quá trình chuyển hóa sinh học với tác nhân sinh trưởng lơ lửng, bởi vì nếu không có chúng thì sinh khối không thể ñược phân chia từ quá trình xử lý nước thải hay các chất ô nhiễm hữu cơ dạng keo không thể bị ñào thải. Các vi sinh vật được phân vào nhóm sinh vật dạng bọt khí là các động vật nguyên sinh và nấm, chúng làm cho các vi khuẩn kết bông lại. Tuy nhiên, các sinh vật dạng bọt khí chiếm ưu thế nhìn chung vẫn là các vi khuẩn, trong đó Zooglea ramigera đóng vai trò khá quantrọng.

- Saprophytes (thực vật hoại sinh): là các vi sinh vật có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ. đây là các vi khuẩn dị dưỡng đầu tiên và hầu hết chúng được xem là

các sinh vật dạng bọt. Saprophytes cũng có thể được chia thành 2 loại: phân hủy sơ cấp và thứ cấp. Loài Saprophytes chủ yếu là các vi khuẩn gram âm, ngoài ra còn có Achorombacter, Alcaligenes, Bacillus, Flavobacterium, Micrococcus, và Pseudomonas.

- Các vi khuẩn Nitrat hóa: thực hiện quá trình chuyển hóa N-NH3 sang dạng N- NO3-, và có thể được thực hiện bởi cả hệ sinh vật dị dưỡng và tự dưỡng. Quá trình nitrat hóa trong hệ thống xử lý nước thải thường được xem là do các vi khuẩn tự

dưỡng, đầu tiên có thể kể ñến là loài Nitrosomonas và Nitrobacter. Nitrosomonas oxy hóa N-NH3 sang dạng N-NO3- với sản phẩm trung gian là tập đoàn thủy tức, trong khi đó Nitrobacter oxy hóa N-NH3 trực tiếp sang dạng N-NO3- .

- Loài động vật ăn thịt chính trong quá trình chuyển hóa sinh học với tác nhân sinh trưởng lơ lửng là các động vật nguyên sinh (protozoa), thức ăn chính của chúng là các vi khuẩn. Có khoảng 230 loài đã được xác định là có tham gia vào quá trình xảy ra trong bùn hoạt tính và chúng có thể tạo ra khoảng 5% sinh khối trong hệ thống. Những loài có roi thường là các động vật nguyên sinh chiếm ưu thế, cả về số lượng lẫn khối lượng sinh khối. Trong một số trường hợp, cả amip và loài có roi có thể hiện diện với số lượng rất nhỏ, nhưng chúng vẫn đóng vai trò hết sức quan trọng cho quá trình lắng đọng và ổn định hệthống.

- Các vi sinh vật gây hại: Trong quá trình chuyển hóa sinh học với tác nhân sinh trưởng lơ lửng, vấn đề phát sinh nhiều nhất là việc loại bỏ sinh khối từ nước thải đã qua xử lý, nguyên nhân chính là do các vi khuẩn dạng sợi và các loại nấm. Các vi khuẩn dạng sợi tồn tại với số lượng nhỏ là điều rất tốt, giúp ổn định các phân tử bọt, nhưng nếu số lượng quá lớn thì lại là điều không tốt. Loài vi khuẩn tiêu biểu là Sphaerotilus natans.

Một tác nhân gây hại nữa trong sinh trưởng lơ lửng là việc thừa lượng bọt trong hệ thống. điều này gây ra trước hết là do loài vi khuẩn Nocardia và các loài Microthrix pavicella. Vì Nocardia vàMicrothrix pavicella là các tế bào không ưa nước trên bề

mặt, chúng tạo ra các bong bóng trên mặt nước nơi chúng ở, vì vậy tạo nên các bọt khí và gây ra hiện tượng dư bọt.

Các tác động này cũng xảy ra tương tự ở những vùng thiếu oxy trong hệ thống sinh trưởng lơ lửng kéo theo sự gia tăng của vi khuẩn khử nitrat hóa. Quá trình này có thể được hoàn thành bởi một số lượng lớn các loài vi khuẩn tìm thấy trong hệ thống xử lý nước, bao gồm: Achromobacter, Aerobacter, Alcaligenous, Bacillus, Flavobacterium, Micrococcus, Proteus, và Pseudomonas.
nguồn: gree-vn.com
Cty Môi Trường Tầm Nhìn Xanh