Nitrosomonas spp. và Nitrobacter spp. là hai loại vi khuẩn nitrat hóa quan trọng, thường được ứng dụng trong các hệ thống xử lý nước và nuôi trồng thủy sản. Chúng đóng vai trò chủ chốt trong chu trình nitơ, giúp chuyển hóa các hợp chất độc hại thành dạng ít độc hơn, hỗ trợ duy trì môi trường nuôi an toàn và bền vững.

Tuy nhiên, các sản phẩm chứa 2 loại vi khuẩn này thường không có ở dạng bột, điều này bắt nguồn từ những đặc điểm sinh học và yêu cầu sống đặc biệt của chúng.

1. Đặc điểm sinh học của Nitrosomonas spp.

Nitrosomonas spp. sở hữu một số đặc điểm cơ bản hay nói chính xác là những yếu tố tác động đến sự tồn tại, phát triển của chúng. Nếu muốn sử dụng các chế phẩm chứa Nitrosomonas đạt hiệu quả cao nhất thì người vận hành hệ thống xử lý nước thải cần nắm được những đặc điểm của vi khuẩn này.

tong-quan-ve-vi-khuan-nitrosomonas-spp

Đặc điểm hình thái: Nitrosomonas spp. là vi khuẩn Gram âm, hình que hoặc hình cầu, kích thước nhỏ khoảng 0,8–2,0 μm. Chúng di chuyển bằng tiên mao và có khả năng tự dưỡng, tức là sử dụng carbon dioxide (CO₂) làm nguồn carbon chính.

Chỉ hoạt động trong điều kiện hiếu khí: Nitrosomonas spp. yêu cầu môi trường giàu oxy để tồn tại và phát triển. Chúng sử dụng oxy hòa tan để oxy hóa ammonium thành nitrit, một quá trình cung cấp năng lượng cho sự sống của chúng.

Độ pH tối ưu: độ pH thích hợp cho Nitrosomonas hoạt động hiệu quả nằm trong khoảng 7,5–8,5. Nếu pH giảm dưới 6,5, tốc độ oxy hóa NH₄⁺ của chúng sẽ giảm mạnh, làm tăng nguy cơ tích tụ NH₄⁺ trong nước.

Nhiệt độ: Nitrosomonas spp. phát triển tốt nhất ở nhiệt độ 25 – 30°C. Nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp đều làm giảm hiệu suất hoạt động và có thể dẫn đến sự suy thoái của quần thể vi khuẩn.

Nguồn năng lượng sử dụng: vi khuẩn này sử dụng ammonium (NH₄⁺) làm nguồn năng lượng chính. Trong quá trình oxy hóa ammonium, Nitrosomonas spp. sản sinh nitrit (NO₂^–) và giải phóng năng lượng, cung cấp năng lượng cần thiết cho các hoạt động trao đổi chất của chúng.

Mẫn cảm với ánh sáng: Nitrosomonas spp. nhạy cảm với ánh sáng mạnh, đặc biệt là tia cực tím (UV). Ánh sáng mạnh có thể ức chế hoạt động enzym, làm giảm khả năng oxy hóa ammonium.

Kị Chlorine và Chloramines: Chlorine và chloramines – hai chất thường được sử dụng trong khử trùng nước – có khả năng tiêu diệt vi khuẩn Nitrosomonas. Vì vậy, trong các hệ thống nuôi trồng thủy sản, cần đảm bảo rằng các chất này không tồn tại ở mức độ gây hại.

Tính nhạy cảm: Nitrosomonas spp. rất nhạy cảm với thay đổi nhiệt độ, độ pH và các yếu tố hóa học khác (như Chlorine và Chloramines).

2. Đặc điểm sinh học của Nitrobacter spp.

Nitrobacter spp. sở hữu một số đặc điểm cơ bản hay nói chính xác là những yếu tố tác động đến sự tồn tại, phát triển của chúng. Nếu muốn sử dụng các chế phẩm chứa Nitrobacter đạt hiệu quả cao nhất thì người vận hành hệ thống xử lý nước thải cần nắm được những đặc điểm của vi khuẩn này.

tong-quan-ve-vi-khuan-nitrobacter-spp

Đặc điểm hình thái: Nitrobacter spp. là vi khuẩn Gram âm, hình que, kích thước tương tự Nitrosomonas. Chúng cũng là vi khuẩn tự dưỡng, sử dụng carbon dioxide làm nguồn carbon chính và năng lượng thu được từ quá trình oxy hóa nitrit.

Chỉ hoạt động trong điều kiện hiếu khí: Nitrobacter spp. hoạt động mạnh mẽ trong môi trường giàu oxy. Thiếu oxy không chỉ làm giảm hiệu quả chuyển hóa nitrit mà còn dẫn đến tích tụ nitrit – một chất gây độc nghiêm trọng cho thủy sinh vật.

Độ pH tối ưu: độ pH thích hợp cho Nitrobacter phát triển tốt nhất ở độ pH từ 7,0–8,5. Nếu pH quá thấp, hoạt động oxy hóa nitrit (NO₂^–) sẽ giảm, làm tăng nguy cơ tích tụ nitrit trong nước.

Nhiệt độ: Nitrobacter spp. phát triển tốt nhất ở nhiệt độ 25 – 30°C. Ở điều kiện nhiệt độ thấp hơn, tốc độ phát triển và hoạt động của chúng sẽ chậm lại.

Nguồn năng lượng sử dụng: vi khuẩn này sử dụng sử dụng nitrit (NO₂⁻) làm nguồn năng lượng. Khi oxy hóa nitrit thành nitrat (NO₃⁻), chúng thu nhận năng lượng cần thiết để duy trì sự sống và phát triển.

Mẫn cảm với ánh sáng: Nitrobacter spp. nhạy cảm với ánh sáng mạnh, đặc biệt là tia cực tím (UV). Ánh sáng mạnh, đặc biệt là tia UV, cũng gây ức chế hoạt động của vi khuẩn Nitrobacter. Việc giảm cường độ ánh sáng trong hệ thống nuôi trồng có thể giúp bảo vệ quần thể vi khuẩn này.

Kị Chlorine và Chloramines: Chlorine và chloramines – hai chất thường được sử dụng trong khử trùng nước – có khả năng tiêu diệt vi khuẩn Nitrobacter. Vì vậy, trong các hệ thống nuôi trồng thủy sản, cần đảm bảo rằng các chất này không tồn tại ở mức độ gây hại.

Tính nhạy cảm: Nitrobacter spp. rất nhạy cảm với thay đổi nhiệt độ, độ pH và các yếu tố hóa học khác (như Chlorine và Chloramines).

3. Lí do không làm sản phẩm Nitrosomonas spp. và Nitrobacter spp. dưới dạng bột

Do các đặc điểm sinh học của Nitrosomonas spp. và Nitrobacter spp. nên các nhà sản xuất thường không làm 2 sản phẩm này dưới dạng bột. Cụ thể:

Tính nhạy cảm với môi trường:

Nitrosomonas spp. và Nitrobacter spp. là các vi sinh vật sống cần môi trường thích hợp để tồn tại.
Khi ở dạng bột, việc duy trì độ ẩm và các yếu tố môi trường cần thiết sẽ trở nên khó khăn, dẫn đến giảm khả năng sống sót của vi khuẩn.

Nhạy cảm với nhiệt độ:

Nitrosomonas spp. và Nitrobacter spp. phát triển tốt nhất ở nhiệt độ 25 – 30°C. Nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp đều làm giảm hiệu suất hoạt động và có thể dẫn đến sự suy thoái của quần thể vi khuẩn.
Quy trình sản xuất dạng bột thường bao gồm việc làm khô ở nhiệt độ cao (sấy), có thể làm chết các vi khuẩn này.

Yêu cầu đặc biệt về dinh dưỡng:

Vi sinh vật tự dưỡng như Nitrosomonas spp. và Nitrobacter spp. cần nguồn dinh dưỡng cụ thể (ví dụ: amoniac, nitrit) để tồn tại.
Dạng bột không thể cung cấp đầy đủ các chất này, làm giảm hiệu quả của sản phẩm.

Khả năng phục hồi sau khi làm khô:

Hạn chế về tái hoạt động: Ngay cả khi được sấy khô ở nhiệt độ thấp, vi khuẩn này vẫn khó tái hoạt động hiệu quả khi đưa trở lại môi trường nước.
Giảm hiệu quả sinh học: Các vi khuẩn nitrat hóa cần thời gian dài để thích nghi lại, dẫn đến giảm hiệu quả xử lý nước trong giai đoạn đầu.

Giải pháp thay thế dạng bột:

Dạng lỏng: sản phẩm chứa Nitrosomonas spp. và Nitrobacter spp. thường ở dạng lỏng, vì môi trường lỏng giúp bảo vệ vi khuẩn và cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết.
Viên nén sinh học: Một số nhà sản xuất sử dụng dạng viên nén sinh học hoặc gel để duy trì sự sống của vi khuẩn mà không cần phụ thuộc vào môi trường lỏng.

Về mặt lí thuyết, có thể dùng phương pháp sấy đông khô (công nghệ đông khô vi sinh) để làm sản phẩm chứa Nitrosomonas spp. và Nitrobacter spp. ở dạng bột mà không làm ảnh hưởng quá nhiều đến 2 chủng vi sinh này.

Cơ chế của phương pháp này là sẽ dùng công nghệ sấy đông khô (sấy thăng hoa) để đưa Nitrosomonas spp. và Nitrobacter spp. về trạng thái ngủ để chúng không bị tổn thương bởi các biến động về môi trường xung quanh, sau đó chúng sẽ được kích hoạt khi gặp các điều kiện thuận lợi.

Tuy nhiên, phương pháp này cũng có nhiều nhược điểm:

Phương pháp sấy đông khô (sấy thăng hoa) vi sinh, đặc biệt là hai chủng vi sinh cực kì nhạy cảm như Nitrosomonas spp. và Nitrobacter spp. sẽ đội chi phí sản xuất lên rất nhiều, dẫn đến giá thành sản phẩm đến tay người nông dân sẽ rất cao.
Như đã giải thích ở trên, ngay cả khi được sấy khô ở nhiệt độ thấp, vi khuẩn này vẫn khó tái hoạt động hiệu quả khi đưa trở lại môi trường nước.

Kết luận

Nitrosomonas spp. và Nitrobacter spp. đóng vai trò quan trọng trong xử lý môi trường nước và hệ thống nuôi thủy sản bền vững. Tuy nhiên, tính chất sinh học đặc biệt của chúng khiến sản phẩm chứa chúng không thể tồn tại ở dạng bột.

Việc sử dụng các dạng sản phẩm như lỏng hoặc viên nén giúp đảm bảo vi khuẩn sống và phát huy hiệu quả tối đa. Trong tương lai, công nghệ bảo quản vi sinh vật tiên tiến có thể mang đến các giải pháp mới, nâng cao hiệu quả ứng dụng trong ngành thủy sản và môi trường.

Thông tin chi tiết vui lòng liên hệ:

Hotline/Zalo: 08888 3 15 17 | Email: labvn.net@gmail.com

LabVN - Chuyên vật tư, dịch vụ và vi sinh thủy sản