Nghiên cứu vi sinh và phân loại vi sinh xử lý nước

Trong các thiên niên kỷ qua, vi sinh đã được ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống chúng ta, đặc biệt là vi sinh xử lý nước thải/chất thải hàng ngày. Vậy vi sinh được hình thành như thế nào? Chúng được phân loại ra sao? Và ứng dụng của việc phân loại này là gì?

Mô tả sơ lược về kỷ nguyên phát triển khoa học nghiên cứu vi sinh vật

Giai đoạn tiền đề

Vào năm 1547, Girolomo Fracastoro đưa ra lý thuyết về vi khuẩn học và đưa ra ý tưởng rằng: “đây là bệnh dễ lây lan và truyền từ người này sang người khác”. Ông ta cho rằng việc sự xuất hiện của loại bệnh này là do các “hạt” rất nhỏ – với môi trường thích hợp, nó có thể phát triển và sinh sản nhanh chóng. Sự ra đời của vi khuẩn học đã bị trì hoãn vì thiếu một công cụ quan trọng là kính hiển vi. Mãi cho đến khi kính hiển vi được phát minh vào năm 1590 và được tinh chế vào năm 1668, hình dạng vi khuẩn mới được Otto Frederik Muller mô tả vào năm 1773.

Thời kỳ quan sát và dễ nhận biết đầu tiên trong lịch sử vi khuẩn học được ghi nhận bởi Antonie van Leeuwenhoek vào năm 1675 và kéo dài đến năm 1885. Ông đã sử dụng một dạng kính hiển vi rất đơn giản và nhìn thấy những vật thể mà ông gọi là “animalcules” được thu hoạch từ chính răng của mình, nó có thể liên kết với nhiều loại vi trùng hoặc vi khuẩn khác nhau.

Tuy nhiên, đã có rất nhiều tranh cãi nổ ra phản đối ý kiến của ông ấy. Mãi cho đến 200 năm sau, kỷ nguyên vi sinh vật học bắt đầu được thống trị bởi các công trình nghiên cứu của Robert Koch và Louis Pasteur. Lý thuyết vi trùng tiếp tục được thiết lập vào năm 1849 và thời kỳ thứ hai của vi sinh vật học bắt đầu với khái niệm “microbe hunters”.

Nhà khoa học John Snow đã chứng minh rằng bệnh tả lây truyền qua đường nước. Hay vào năm 1856, người ta cho rằng bệnh thương hàn lây lan qua phân, và vào năm 1876, lý thuyết của Robert Koch để xác định các tác nhân truyền bệnh đã giúp thúc đẩy các nghiên cứu đi đúng hướng hơn trong những giai đoạn vế sau.

Vì vậy, lý thuyết vi trùng được Pasteur và Koch ghi nhận đã đặt ra một cơ sở tiền đề để nghiên cứu các bệnh truyền nhiễm về sau. Pasteur tìm ra số lượng lớn các vi sinh vật khác nhau và các loại vi khuẩn gây bệnh nghiêm trọng mà chúng ta nhận ra ngày nay. Ngoài ra, ông còn phát hiện ra các vi sinh vật chịu trách nhiệm lên men đường thành rượu và men sữa chua, đồng thời cũng phát triển phương pháp thanh trùng để tiêu diệt những vi khuẩn này trong sữa. Ông cũng điều tra một loại bệnh sâu tơ đang ảnh hưởng đến ngành công nghiệp tơ tằm và chỉ ra rằng các sinh vật sống (vi mô) có thể lây lan từ sâu tằm này sang sâu tằm khác làm bùng nổ dịch bệnh. Koch đã đưa ra một số tiêu chí thí nghiệm mà ngày nay được gọi là “Koch’s Postulates” đã cung cấp cho các nhà nghiên cứu các bằng chứng chính xác để định nghĩa lại về vi khuẩn gây bệnh về sau.

Giai đoạn phát triển

Các nhà phát minh về kỹ thuật nuôi cấy vi sinh, vi khuẩn đã sử dụng muối và men vào năm 1872, kỹ thuật mạ sử dụng gelatin vào năm 1881 và đặc biệt kỹ thuật khử trùng của Robert Koch đã đóng góp vào những tiến bộ về vi sinh học. “Escherichia coli and gram” đã ra đời (1884 – 85) nhưng mất hơn 25 năm để giải quyết các ứng dụng đánh giá nước, rủi ro sức khỏe và ô nhiễm phân. 

Năm 1884 Koch phân lập được vi khuẩn Vibrio nuôi cấy thuần khiết và Gaffky đã phân lập được vi khuẩn gây bệnh thương hàn. Năm 1607, một trận dịch lớn xảy ra mà ngày nay được cho là do bệnh thương hàn với tỷ lệ tử vong lên đến 85% ở Jamestown, Virginia. William Budd vào năm 1856 cho rằng bệnh thương hàn lây nhiễm qua nguồn nước bị ô nhiễm nhưng nó không được chấp nhận cho đến năm 1884. Cuộc tìm kiếm và chứng minh ngày càng tăng này đã bắt đầu vượt ra ngoài thuyết vi khuẩn học và sau vài năm người ta phát hiện ra rằng một số bệnh truyền nhiễm không phải do vi khuẩn gây ra. Năm 1892 và 1898, hai nhà khoa học Dmitri Ivanowski và Martinus Beijerinck lần lượt phát hiện ra hạt truyền nhiễm nhỏ bé có thể đi qua bộ lọc ngăn vi khuẩn và mô tả chúng là “virus”

Trong hai thập kỷ, từ 1880 đến 1900, tác nhân của một số bệnh cùng với phương thức lây truyền của chúng, cách tránh nhiễm trùng hoặc khắc phục chúng cũng đã được tìm thấy. Hầu hết các công việc trong thời kỳ này được lấy cảm hứng từ mối quan tâm về ngành y tế và ngành công nghiệp. Tuy nhiên, có rất ít nghiên cứu được thực hiện để xác định về đặc tính sinh học của vi sinh vật không gây bệnh. Họ ít quan tâm đến hình thái của vi sinh vật và mối quan hệ, quan tâm đến các hoạt động và cách chúng ảnh hưởng đến con người ra sao. 

Ủy ban hỗn hợp quốc tế (IJC) giữa Hoa Kỳ và Canada đã hoàn thành các nghiên cứu vi sinh vật học khác nhau vào năm 1914. Họ khuyến khích sử dụng các phương pháp công nghệ tiên tiến và thành lập các phòng thí nghiệm khác nhau để thử nghiệm. Các nghiên cứu chỉ ra 242 vụ bùng phát với 9367 trường hợp thương hàn đường nước, 84.345 trường hợp kiết lỵ liên quan đến những đợt bùng phát này từ năm 1920 đến năm 1930 ở Hoa Kỳ và Canada. Với tỷ lệ tử vong cao như vậy đã tạo nên cuộc cách mạng thay đổi phương thức xử lý nước thải mới hiệu quả hơn. 

Vào năm 1880, Hồ Michigan đã trở thành khu vực xử lý nước thải của hơn nửa triệu người. Cho đến năm 1922, kênh thoát nước Chicago được hoàn thành có thể đưa tất cả nước thải xuống hạ lưu sông Chicago đến Mississippi – giai đoạn này đã giảm đáng kể số người mắc bệnh thương hàn và bệnh kiết lỵ liên quan đến đợt bùng phát này từ năm 1920 – 1930 ở Hoa Kỳ và Canada. 

Đặc điểm phân loại vi sinh xử lý nước

Theo hình dạng:

Theo nhóm hình dạng vi sinh được chia thành 6 nhóm sau: 

• Bacillus
• Coccus
• Spirillum
• Colonies
• Tetrads
• Chain

Theo nhu cầu oxy tự do:

• AEROBIC: Vi sinh vật nhu cầu oxy cao (DO> 2 mg/L)
• Facultative :Vi sinh vật sống không có nhu cầu oxy
• ANAEROBIC: Sinh vật cần lượng oxy vừa phải (DO <0,5 mg/L)

Theo Nguồn năng lượng:

• PHOTOTROPHS: Sử dụng ánh sáng làm nguồn năng lượng chính  
• CHEMOTROPHS: Sử dụng phản ứng khử oxy hóa để cung cấp nguồn năng lượng

Phân loại theo vai trò xử lý:

• Thủy phân: Vi khuẩn thủy phân chuyển đổi chất nền phức tạp thành chất nền đơn giản
• Lên men: vi khuẩn acidogenic dạng cơ chất đơn giản, chuyển đổi đường thành rượu và axit béo
• Nitrat hóa: hỗ trợ quá trình: NH4 + -> NO2- -> NO3-
• Acetogenic: Chuyển đổi rượu và axit béo thành axetat, CO2 và H+
• Methanogenic: Chuyển đổi axetat thành khí metan
• Denitrifying: Chuyển đổi Nitrat thành khí Nitơ

Theo Nguồn Carbon

• HETEROTROPHS: Yêu cầu cacbon ở dạng phân tử phức tạp – Cacbon hữu cơ (BOD)
• AUTOTROPHS: Sử dụng CO2 hoặc HCO3- làm nguồn cacbon duy nhất của chúng, Vd: Vôi hoặc soda

Theo nhiệt độ: 

PSYCHROPHILE

• Phạm vi tối ưu: 12 oC đến 18 oC
• Phạm vi sống sót: -10 oC đến 30 oC

MESOPHILIC

• Phạm vi tối ưu: 25oC đến 40oC
• Phạm vi sống sót: 20oC đến 50oC

THERMOPHILIC

• Phạm vi tối ưu: 50oC đến 65 oC
• Phạm vi người sống sót: 35 oC đến 75 oC

Gram dương và Gram âm

Gram dương (gram-positive): là một nhóm các loại vi sinh vật giữ được tinh thể màu tím khi cho phản ứng hóa chất với thử nghiệm theo tiêu chuẩn nhuộm Gram.

• Nhuộm màu tím
• Lớp màng peptidoglycan dày

Gram âm (gram-negative): là một nhóm các loại vi khuẩn không giữ được tinh thể tím khi cho phản ứng với hóa chất thử nghiệm theo tiêu chuẩn nhuộm Gram.

• Nhuộm màu hồng
• Lớp màng lipopolysaccharide (LPS) nằm bên ngoài

Ứng dụng của việc phân loại vi sinh trong thực tế

Vi sinh vật, với đặc điểm là khả năng trao đổi chất mạnh mẽ và sinh sản nhanh, đã thể hiện ý nghĩa to lớn cả trong tự nhiên và trong các hoạt động nâng cao chất lượng cuộc sống của con người thông qua việc hiểu và nắm rõ các hoạt động sống của chúng.

Với sự phát triển của khoa học công nghệ hiện đại, việc phân loại vi sinh để đảm nhiệm mỗi lĩnh vực khác nhau trong cuộc sống, có thể kể đến như:

+ Vi sinh ứng dụng trong nông nghiệp

+ Vi sinh chế biến thực phẩm

+ Vi sinh vật ứng dụng trong chăn nuôi

+ Vi sinh vật nuôi trồng thủy sản

+ Vi sinh ứng dụng trong y học

+ Vi sinh xử lý nước thải, xử lý rác thải, chất thải

Hơn nữa, vi khuẩn là đối tượng của nghiên cứu di truyền cơ bản. Điều này dẫn đến sự hình thành các lĩnh vực di truyền sinh hóa và di truyền vi sinh vật vào những năm 1940, hai nền tảng chính mà di truyền học phân tử và công nghệ DNA tái tổ hợp ra đời.

Các thành phần vi sinh vật trong Microbe-Lift được phân loại theo nhóm nào?

Microbe-Lift được nghiên cứu và tạo ra bởi một nhóm kỹ sư tại Viện Sinh thái Hoa Kỳ (còn được gọi là Ecological Laboratories Inc), người đã phân lập và sau đó chọn lọc các vi sinh vật cốt lõi để sử dụng trong quá trình phát triển sản phẩm. Mỗi vi sinh vật được chọn có chức năng riêng biệt. Vậy vi sinh vật trong sản phẩm Microbe-Lift được phân loại theo nhóm nào? Có đặc tính gì?

+ Các sản phẩm Microbe-Lift chủ yếu thuộc nhóm vi khuẩn Gram âm để giúp phân hủy các chất hữu cơ theo cách tốt nhất có thể. Ngoài ra còn có một số sản phẩm có chứa một số vi khuẩn thuộc nhóm gram dương.

+ Vi sinh trong Microbe-lift chứa các thực thể hiếu khí, kỵ khí (không cần oxy) và tùy nghi (có thể tồn tại trong điều kiện có oxy hoặc không có oxy). Chính những đặc tính tuyệt vời này cho phép vi sinh có thể phân hủy chất thải trong những điều kiện môi trường khác nhau.

Bằng công nghệ độc quyền lên men nhiều giai đoạn, sản xuất được sản phẩm chứa số chủng vi sinh vật nhiều nhất thị trường: có khả năng xử lý được nhiều hợp chất phức tạp khác nhau trong nước thải. Sản phẩm MicrobeLift có thể được sử dụng trong nhiều môi trường khác nhau của hệ thống xử lý nước thải. Như môi trường hiếu khí, kỵ khí hoặc tùy nghi.

Hỗ trợ khắc phục tình trạng thiếu oxy trong cùng bể sinh học. Đây là công nghệ sản xuất độc quyền của Viện sinh thái Hoa Kỳ có thể giúp vi sinh vật ngủ đông và bảo quản lên đến 2 năm – điều mà ít sản phẩm vi sinh khác có thể làm được. Mặt khác, nhờ vào khả năng phân hủy sinh học và không độc hại, men vi sinh Microbe-Lift là một trong những sản phẩm hiếm hoi để xử lý nước thải, rác thải, mùi hôi xung quanh con người, động vật và thực vật.

___________________

Hiện tại, sản phẩm Microbe-lift đã được Biogency phân phối độc quyền tại thị trường Việt Nam. Để tránh mua phải hàng giả, hàng kém chất lượng, khách hàng có thể truy cập vào website chính thức của công ty hoặc gọi đến hotline: 0903 825 125 để nhận được sự tư vấn và hỗ trợ dịch vụ mua hàng tốt nhất.

Tài liệu tham khảo:

1. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7252249/
2. https://docs.google.com/presentation/d/1u_YzTzOKxwMulg-NtPciD1lvTVG76FOW/edit#slide=id.p11

Chịu trách nhiệm nội dung

Phó Giám Đốc - Đồng Thị Tú Anh