Câu hỏi Mở đầu: Ô nhiễm môi trường hiện nay đang nhận được sự quan tâm rất lớn của toàn thế giới. Đây là một vấn đề nan giải và đáng báo động trên toàn cầu. Ô nhiễm môi trường ngày càng tăng lên và không có dấu hiệu dừng lại. Hãy quan sát môi trường sống xung quanh và cho biết giữa thành thị và nông thôn thì nơi nào bị ô nhiễm nhiều hơn?
Trả lời:
- Theo em, thành thị bị ô nhiễm nhiều hơn. Do vùng thành thị có mật độ dân cư cao hơn so với nông thôn, kèm theo việc các chất thải sinh hoạt, nước thải, rác thải từ các ngành công nghiệp không được xử lí triệt để tạo nên nhiều gánh nặng cho môi trường.
I. Quá trình phân giải các hợp chất của vi sinh vật
Câu hỏi 1: Trình bày cơ sở khoa học của ứng dụng vi sinh vật trong việc bảo vệ
môi trường.
Trả lời:
- Cơ sở khoa học của ứng dụng vi sinh vật trong bảo vệ môi trường: Vi sinh vật hấp thụ và xử lí chất thải bằng cách tấn công từng bước và liên tục lên các hợp chất hữu cơ có trong chất thải để tạo ra các sản phẩm đơn giản là các chất vô cơ.
Câu hỏi 2: Trình bày tóm tắt quá trình phân giải hiếu
khí của vi sinh vật.
Trả lời:
- Tóm tắt quá trình phân giải hiếu khí của vi sinh vật như
sau:
+ Là quá trình được sử dụng phổ biến nhất.
+ Vi sinh vật phân giải chất hữu cơ khi được cung cấp oxygen với
thiết bị sục khí.
+ Phân giải hiếu khí tạo ra lượng lớn năng lượng: 1 phần dùng
để tạo ra vi sinh vật mới, 1 phần cho tổng hợp.
+ Sản phẩm vô cơ từ oxi hóa các chất ô nhiễm là: CO2, H2O,
nitrate, sulfate, …
Vận dụng: Nêu ứng dụng của
phân giải hiếu khí các chất hữu cơ bằng vi sinh vật trong tự nhiên.
Trả lời:
- Ứng dụng của phân giải hiếu khí các chất hữu cơ bằng vi sinh
vật trong tự nhiên: Người ta sử dụng vi sinh vật hiếu khí để phân giải các chế
phẩm, các chất gây ô nhiễm môi trường thành carbon dioxide, nước, nitrate,
sulfate và sinh khối vi sinh vật.
Câu hỏi 3: Hãy kể tên một số chất thải gây ô nhiễm môi
trường trong các thành phố lớn.
Trả lời:
- Chất thải gây ô nhiễm môi trường trong các thành phố lớn:
+ Nước thải sinh hoạt không được xử lí xả xuống ao hồ.
+ Chất thải rắn như ni lông, thủy tinh, sành, sứ từ quá trình
sinh hoạt.
+ Thuốc trừ sâu, phân bón làm ô nhiễm đất trồng.
+ Khí CO2 từ hoạt động đốt rơm, rạ gây ô nhiễm không khí.
Câu hỏi 4: Trình bày tóm tắt quá trình phân giải kị khí của vi sinh vật.
Trả lời:
Quá trình phân giải kị khí xảy ra theo bốn bước:
- (1) Thủy phân: Các chất hữu cơ phức tạp (carbohydrate,
protein, chất béo) được vi khuẩn thủy phân thành các phân tử hữu cơ hòa tan đơn
giản, sử dụng nước để phân chia các liên kết hóa học giữa các chất.
- (2) Lên men hoặc Acidogenesis: Quá trình phân hủy tinh bột
bằng enzyme, vi khuẩn, nấm men, nấm mốc khi không có oxygen.
- (3) Acetogenesis (quá trình acetate hóa): Quá trình chuyển
đổi các sản phẩm lên men thành acetate, hydrogen và carbon dioxide do vi khuẩn
acetogenic.
- (4) Methanogenesis (quá trình methane hóa): Hình thành khí sinh học từ acetate, hydrogen và carbon dioxide nhờ vi khuẩn men vi sinh methanogenic.
Luyện tập: Nêu ứng dụng của phân giải kị khí
các chất hữu cơ bằng vi sinh vật trong tự nhiên.
Trả lời:
- Ứng dụng quá trình sinh học kị khí trong xử lí nước thải công nghiệp trước khi thải ra môi trường qua bể UASB, lọc kị khí, …
Bài tập
Bài tập 1: Việc xử lí chất
thải không đúng cách hay không xử lí sẽ làm môi trường bị ô nhiễm nặng. Hãy giải
thích vì sao cây trồng, các loại sinh vật và con người có thể bị nhiễm độc.
Trả lời:
- Việc xử lí chất thải không đúng cách hay không xử lí sẽ làm
môi trường bị ô nhiễm nặng. Khi đó, cả môi trường đất, nước và không khí đều bị
nhiễm độc, chất độc được sinh ra sẽ gây độc cho cây trồng, vật nuôi qua đất, thức
ăn, nguồn nước,... do đó làm ảnh hưởng đến sự sinh trưởng, phát triển của mọi
sinh vật và con người.
Bài tập 2: Phân giải kị khí tạo ra khí methane, carbon
dioxide và một lượng nhỏ các chất rắn sinh học. Quá trình kị khí chỉ diễn ra
trong điều kiện kị khí nghiêm ngặt, do vậy phản ứng đòi hỏi các chất rắn sinh học
thích nghi ở những điều kiện cụ thể. Tại sao sự tăng trưởng sinh khối trong quá
trình phân giải này thấp hơn nhiều so với phân giải hiếu khí?
Trả lời:
- Sự tăng trưởng sinh khối của vi sinh vật ở quá trình phân hủy
kị khí thấp hơn nhiều so với phân giải hiếu khí do: sự chênh lệch nguồn năng lượng
được tạo ra sau quá trình phân giải.
- Phân giải hiếu khí tạo ra lượng năng lượng lớn giúp vi sinh
vật tổng hợp và phát triển nhanh hơn => tạo ra vi sinh vật mới.
Còn quá trình phân hủy kị khí tạo ra rất ít năng lượng nên vi sinh vật cần thời gian dài hơn để phát triển và tạo ra sinh khối.
Bài tập 3: Trong quá trình tổng
hợp polysaccharide, chất khởi đầu tổng hợp là chất nào? Hãy trình bày sơ lược
cơ chế và giải thích vai trò của chất này.
Trả lời:
- Trong quá trình tổng hợp polysaccharide, chất khởi đầu tổng
hợp là ADP - glucose.
- Cơ chế: Các phân tử polysaccharide được tạo ra nhờ sự liên
kết của các phân tử glucose bằng liên kết glycosidic.
(Glucose)n + [ADP – glucose] ⟶(Glucose)n + 1 + ADP
Bài tập 4: Bằng cách nào vi sinh vật có thể hấp thụ được
các chất có kích thước phân tử lớn như protein, tinh bột, lipid, cellulose?
Trả lời:
- Đối với các phân tử có kích thước lớn như protein, cellulose, tinh bột … vi sinh vật phân giải chúng bằng cách tiết ra môi trường một hoạt vài loại enzyme phân giải các chất này thành những phân tử nhỏ hơn, sau đó mới hấp thụ vào cơ thể và tiếp tục phân giải.
Bài tập 5: Những đặc điểm
chung của quá trình phân giải vi sinh vật là gì? Hãy cho ví dụ minh họa.
Trả lời:
- Đặc điểm chung của quá trình phân giải vi sinh vật là: Đều
phân giải các chất hữu cơ phức tạp thành các chất đơn giản nhờ enzyme và giải
phóng năng lượng.
- Ví dụ: Protein bị phân giải thành các amino acid, glucose
bị phân giải thành CO2.
Bài tập 6: Quá trình phân giải hiếu khí gồm 3 giai đoạn:
Vi sinh vật hiếu khí sinh trưởng và sinh sản mạnh mẽ để phân
hủy các chất hữu cơ thông qua quá trình oxy hóa. Sau phân giải, các chất thải
được xử lí sẽ biến thành bùn và lắng xuống đáy. Bùn này có hàm lượng dinh dưỡng
cao nên thường được sử dụng làm phân bón cho cây. Em hãy sử dụng các thông tin
trên và kiến thức trong bài để chứng minh phân giải hiếu khí có hiệu quả cao
hơn phân giải kị khí.
Trả lời:
- Phân giải hiếu khí có hiệu quả cao hơn phân giải kị khí vì:
+ Tạo ra lượng lớn năng lượng góp phần tổng hợp và tăng sinh
khối của vi sinh vật nhanh hơn.
+ Các sản phẩm trung gian từ quá trình phân giải hiếu khí có
nhiều lợi ích với con người: khí sinh học (biogas) từ quá trình ủ phân, bùn hữu
cơ …
+ Dễ dàng thực hiện hơn: chỉ cần cung cấp đủ oxy cho vi sinh vật.