Giải chuyên đề học tập Sinh học 10 KNTT bài 9: Vai trò của vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trường

Có nhiều phương pháp khác nhau để loại bỏ hoặc giảm hàm lượng và độc tính của kim loại nặng trong môi trường, trong đó có phương pháp sử dụng vi sinh vật. Một số ví sinh vật như Bacillus cereus, Enterobacter cloacae, Sporosarcina soli, Thiobacillus ferrooxidans, Viridibacillus arenosi, Penicillium chrysogenum, Aspergillus niger, Rhizopus stolonifer, Klebsiella oxytoca,... có khả năng hấp thụ, lưu giữ, thay đổi trạng thái điện tích kim loại nặng. Để tồn tại trong môi trường có hàm lượng kim loại nặng cao, các vi sinh vật này đã chuyển ion kim loại nặng thành dạng không độc; liên kết các kim loại trong tế bào, kết tủa, tích tụ hoặc đóng gói các ion kim loại trong màng nhầy ở ngoài tế bào,...

Khả năng đặc biệt của các sinh vật này đã được con người nghiên cứu và ứng dụng vào việc làm sạch môi trường, xử lí ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường một cách nhanh chóng và hiệu quả.

Nguyên nhân môi trường bị ô nhiễm kim loại nặng:

Nhiều ngành sản xuất công nghiệp thải ra ngoài môi trường các loại rác thải, nước thải chứa các kim loại nặng chưa qua xử lí.

Hoạt động y tế, nông nghiệp hay sinh hoạt hằng ngày cũng thải ra môi trường nhiều loại chất thải như dư lượng các loại hoá chất xét nghiệm và điều trị, thuốc bảo vệ thực vật,...

Các vi sinh vật được sử dụng trong xử lí kim loại nặng cần có khả năng hấp thụ, lưu giữ, thay đổi trạng thái điện tích kim loại nặng bằng cách liên kết các kim loại trong tế bào, kết tủa, tích tụ hoặc đóng gói các ion kim loại nặng trong màng nhầy bên ngoài tế bào, giúp chuyển hoá ion kim loại nặng thành dạng không độc và giảm hàm lượng của chúng trong môi trường.

Một số vi sinh vật điển hình có khả năng làm giảm ô nhiễm kim loại nặng:

Một số vi khuẩn: Bacillus cereus, Enterobacter cloacae, Thiobacillus ferrooxydars,...

Một số nấm: Penicillium chrysogenum, Aspergillus niger,...

Các nguồn chất thải hữu cơ phổ biến là: rác thải sinh hoạt; chất thải trong quá trình chế biến sản phẩm từ trồng trọt, chăn nuôi;...

Vi sinh vật có khả năng tiết enzyme ra ngoài môi trường để phân giải các chất thải hữu cơ phức tạp như cellulose, tinh bột, protein, lipid,... thành các chất hữu cơ đơn giản, sau đó mới hấp thụ các chất này vào cơ thể, cung cấp cho các hoạt động sống.

Các chất thải hữu cơ chủ yếu là sinh khối thực vật với thành phần cellulose và pectin chiếm tỉ lệ lớn. Ngoài ra, trong chất thải hữu cơ có thể chứa các protein phức tạp, các chất béo,... Các enzyme đo vi sinh vật tiết ra sẽ phân huỷ các chất thải hữu cơ phức tạp thành các sản phẩm chính là các đường đơn, các amino acid, các acid béo,... cung cấp nguyên liệu và năng lượng cho vi sinh vật sinh trưởng và các sản phẩm trung gian có lợi cho con người.

Một số ứng dụng:

Xử lí chất thải trồng trọt như rơm rạ, bã mía, thân cây ngô, vỏ trấu,... thành phân bón hữu cơ, cồn công nghiệp hay cơ chất trồng nấm,...

Xử lí chất thải chăn nuôi, rác thải sinh hoạt hữu cơ, sinh khối thực vật thành khí sinh học dùng làm nhiên liệu hoặc sản xuất chất tẩy rửa hữu cơ giúp giảm ô nhiễm môi trường và mang lại lợi ích kinh tế.

Một môi trường được gọi là ô nhiễm khi các tính chất vật lí, hoá học, sinh học của môi trường bị thay đổi, gây tác hại tức thời hoặc lâu dài tới sức khoẻ con người, các loài sinh vật và các điều kiện sống khác.

Muốn xác định đất có bị ô nhiễm kim loại nặng hay không phải tiến hành theo dõi, phân tích hàm lượng các kim loại nặng có trong đất để xác định hàm lượng cụ thể, sau đó so sánh với bảng tiêu chuẩn. Nếu hàm lượng vượt quá giới hạn cho phép thì đất bị ô nhiễm kim loại nặng, gây ảnh hưởng xấu đến sự sinh trưởng, phát triển của nhiều loài sinh vật, trong đó có con người.

Nếu chất thải trồng trọt không được thu gom, xử lí thì sẽ ảnh hưởng đến môi trường, con người và hệ sinh thái:

Chất độc trong thuốc bảo vệ thực vật và phân bón:

• Ức chế quá trình sinh trưởng, giảm năng suất cây trồng
• Ảnh hưởng đến sức khỏe con người

Hoạt động trong trồng trọt:

• Ảnh hưởng đến hệ sinh vật trong đất, nước
• Mất cân bằng sinh thái
• Ô nhiễm thứ cấp

Hoạt động đốt phần thừa của cây trồng:

• Khói bụi làm ô nhiễm môi trường
• Ảnh hưởng sức khỏe con người và vật nuôi

Loại chất thải trồng trọt nào có thể sử dụng làm nguyên liệu sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh là chất thải hữu cơ như rơm, rạ, vỏ trấu, vỏ cà phê, phần lá rau, cuống rau bị bỏ đi...

Quá trình sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh từ chất thải trồng trọt vừa có tác dụng bảo vệ môi trường, vừa tạo ra phân bón chất lượng phục vụ cho trồng trọt.

Bảng so sánh: