Giáo trình Vi sinh vật học môi trường - Lã Xuân Phương (Đại học Bách khoa, 2005)

• Tác giả: Lã Xuân Phường
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Vi sinh vật học môi trường
• Đề tài: Vi sinh - Các quá trình sinh học trong công nghệ môi trường
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2005

Tóm tắt

I. Tổng quan về giáo trình vi sinh các quá trình sinh học trong công nghệ môi trường

Giáo trình vi sinh các quá trình sinh học trong công nghệ môi trường là tài liệu học thuật quan trọng do tác giả Lã Xuân Phương biên soạn năm 2005 tại Trường Đại học Bách Khoa. Giáo trình cung cấp kiến thức nền tảng về vi sinh vật học môi trường, bao gồm hai phần chính: đại cương về vi sinh vật học môi trường và ứng dụng trong xử lý ô nhiễm. Nội dung đề cập đến hình thái, cấu tạo, đặc tính cơ bản của vi sinh vật. Đồng thời phân tích sinh lý, dinh dưỡng và khả năng chuyển hóa chất của vi sinh vật trong môi trường tự nhiên. Giáo trình còn trình bày sự phân bố của vi sinh vật trong đất, nước và không khí. Phần ứng dụng tập trung vào cơ sở sinh học của quá trình xử lý ô nhiễm môi trường. Tài liệu này phục vụ đào tạo kỹ sư môi trường, giúp người học hiểu rõ vai trò của vi sinh vật trong công nghệ xử lý ô nhiễm.

1.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của giáo trình

Giáo trình hướng đến sinh viên chuyên ngành kỹ thuật môi trường và các ngành liên quan. Phạm vi nghiên cứu bao gồm toàn bộ thế giới vi sinh vật từ vi khuẩn, nấm men đến tảo và virus. Nội dung trải rộng từ kiến thức cơ bản về hình thái, cấu tạo tế bào đến ứng dụng thực tế trong xử lý ô nhiễm. Giáo trình đề cập đến ba môi trường chính: đất, nước và không khí. Người học được trang bị kiến thức về quá trình chuyển hóa các hợp chất cacbon, nitơ, phốt pho và lưu huỳnh. Đây là nền tảng quan trọng để hiểu cơ chế xử lý sinh học trong công nghệ môi trường hiện đại.

1.2. Vai trò của vi sinh vật trong hệ sinh thái môi trường

Vi sinh vật đóng vai trò không thể thiếu trong chu trình tuần hoàn chất trong hệ sinh thái. Chúng phân bố khắp mọi nơi: trong đất, nước, không khí, thậm chí ở độ sâu tăm tối của đại dương. Vi sinh vật tham gia phân giải chất hữu cơ, chuyển hóa các hợp chất vô cơ và duy trì cân bằng sinh thái. Trong đất, vi sinh vật giúp khoáng hóa chất hữu cơ, cố định đạm và phân giải lân. Trong nước, chúng tham gia quá trình tự làm sạch nguồn nước. Khả năng thích nghi cao với mọi điều kiện môi trường khiến vi sinh vật trở thành tác nhân quan trọng trong xử lý ô nhiễm môi trường.

II. Phân loại vi sinh vật và đặc điểm sinh lý trong công nghệ môi trường

Vi sinh vật được phân loại thành nhiều nhóm dựa trên hình thái và đặc điểm sinh học. Các nhóm chính bao gồm vi khuẩn, nấm, tảo và virus. Vi khuẩn có cấu trúc tế bào nhân sơ, kích thước nhỏ từ 0.5 đến vài micromet. Dựa trên hình dạng, vi khuẩn được chia thành cầu khuẩn, trực khuẩn và xoắn khuẩn. Cầu khuẩn có nhiều dạng liên kết: song cầu (Diplococcus), chuỗi (Streptococcus), chùm nho (Staphylococcus), khối bao (Sarcina). Sinh lý vi sinh vật bao gồm các quá trình dinh dưỡng, trao đổi chất và trao đổi năng lượng. Vi sinh vật sử dụng nhiều nguồn carbon và năng lượng khác nhau. Một số là tự dưỡng, một số là dị dưỡng. Hiểu rõ đặc điểm sinh lý giúp lựa chọn vi sinh vật phù hợp cho quá trình xử lý ô nhiễm môi trường.

2.1. Phân loại và hình thái các nhóm vi sinh vật chính

Vi sinh vật được phân loại thành nhiều nhóm đa dạng. Vi khuẩn là nhóm phổ biến nhất, gồm cầu khuẩn (Coccus), trực khuẩn (Bacillus) và xoắn khuẩn (Spirillum). Cầu khuẩn liên kết thành nhiều hình dạng đặc trưng: Micrococcus sống riêng lẻ, Diplococcus thành đôi, Tetracoccus thành nhóm bốn, Streptococcus thành chuỗi. Sarcina tạo khối 8-16 tế bào, Staphylococcus liên kết như chùm nho. Nấm men có cấu trúc tế bào nhân thực, hình bầu dục hoặc hình que. Chúng sinh sản bằng nảy chồi hoặc phân đôi. Một số nấm men tạo bào tử túi và bào tử bắn. Tảo là vi sinh vật quang dưỡng, có khả năng quang hợp. Virus là tác nhân ký sinh bắt buộc, không có cấu trúc tế bào hoàn chỉnh.

2.2. Sinh lý và dinh dưỡng của vi sinh vật trong xử lý ô nhiễm

Sinh lý vi sinh vật bao gồm ba quá trình cơ bản: dinh dưỡng, trao đổi chất và trao đổi năng lượng. Vi sinh vật cần các nguyên tố C, N, P, S và các nguyên tố vi lượng để phát triển. Dựa vào nguồn carbon, vi sinh vật chia thành tự dưỡng (dùng CO2) và dị dưỡng (dùng chất hữu cơ). Dựa vào nguồn năng lượng, có quang dưỡng và hóa dưỡng. Quá trình hô hấp hiếu khí và kị khí tạo năng lượng ATP cho tế bào. Trong xử lý ô nhiễm, vi sinh vật hiếu khí oxy hóa chất hữu cơ thành CO2 và nước. Vi sinh vật kị khí lên men tạo methane. Hiểu rõ nhu cầu dinh dưỡng giúp tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy vi sinh vật trong các công trình xử lý nước thải và chất thải rắn.

III. Ứng dụng vi sinh vật trong xử lý ô nhiễm môi trường nước và chất thải

Vi sinh vật đóng vai trò trung tâm trong các công nghệ xử lý ô nhiễm môi trường. Trong xử lý nước thải, vi sinh vật tham gia quá trình hiếu khí và kị khí để phân hủy chất hữu cơ. Hệ thống bùn hoạt tính sử dụng quần thể vi sinh vật đa dạng để xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp. Quá trình nitrat hóa chuyển ammonia thành nitrat, khử nitrat chuyển nitrat thành khí nitrogen. Trong xử lý chất thải rắn, vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ thành compost. Quá trình ủ kị khí tạo khí methane phục vụ sản xuất năng lượng. Giáo trình cũng đề cập đến xử lý khí thải bằng phương pháp sinh học. Vi sinh vật oxy hóa các hợp chất khí độc hại như H2S, NH3 và VOC. Công nghệ sinh học môi trường ngày càng phát triển với nhiều phương pháp tiên tiến, hiệu quả cao và chi phí thấp hơn so với phương pháp hóa lý truyền thống.

3.1. Vi sinh vật trong xử lý ô nhiễm môi trường nước

Xử lý ô nhiễm nước là ứng dụng quan trọng nhất của vi sinh vật trong công nghệ môi trường. Giáo trình trình bày nguyên lý cơ bản của quá trình xử lý sinh học nước thải. Vi sinh vật gây bệnh trong nước cấp là mối đe dọa sức khỏe cộng đồng, cần được kiểm soát nghiêm ngặt. Quá trình tự làm sạch ở sông, hồ diễn ra nhờ hoạt động của vi sinh vật hiếu khí. Các công trình xử lý nước thiên nhiên sử dụng bãi lọc, hồ ổn định. Hệ thống bùn hoạt tính là phương pháp phổ biến nhất. Vi sinh vật bám dính trên vật liệu mang tạo thành màng sinh học. Quá trình hiếu khí oxy hóa chất hữu cơ thành CO2 và nước. Quá trình kị khí phân hủy chất hữu cơ phức tạp thành acid béo bay hơi, sau đó chuyển hóa thành methane.

3.2. Vi sinh vật trong xử lý chất thải và khí thải

Chất thải được phân loại thành chất thải rắn sinh hoạt, chất thải công nghiệp và chất thải nguy hại. Xử lý chất thải bằng phương pháp sinh học dựa vào khả năng phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật. Quá trình ủ compost chuyển hóa chất hữu cơ thành phân bón hữu cơ. Hệ thống ủ kị khí (biogas) phân hủy chất thải trong điều kiện không có oxy, tạo khí methane làm nhiên liệu. Xử lý khí thải bằng phương pháp sinh học sử dụng hệ thống biofilter. Vi sinh vật trên vật liệu lọc hấp phụ và phân hủy các hợp chất khí độc hại. Hệ thống bioscrubber kết hợp hấp thụ và phân hủy sinh học. Phương pháp sinh học có ưu điểm chi phí thấp, thân thiện môi trường và không tạo chất thải thứ cấp.

IV. Ô nhiễm vi sinh vật và tầm quan trọng của giáo trình trong đào tạo

Ô nhiễm vi sinh vật là vấn đề nghiêm trọng ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng và hệ sinh thái. Nguyên nhân ô nhiễm vi sinh vật bao gồm nước thải sinh hoạt chưa xử lý, chất thải y tế và nước thải công nghiệp. Nhiễm trùng xảy ra khi vi sinh vật gây bệnh xâm nhập cơ thể qua đường tiêu hóa, hô hấp hoặc vết thương. Giáo trình đề cập đến các vi sinh vật gây bệnh chính như Salmonella, E.coli, Vibrio cholerae và vi khuẩn lao. Vi sinh vật chỉ thị ô nhiễm như coliform tổng và E.coli được sử dụng để đánh giá mức độ ô nhiễm nước. Giáo trình vi sinh các quá trình sinh học trong công nghệ môi trường cung cấp kiến thức toàn diện từ lý thuyết đến ứng dụng thực tế. Đây là tài liệu không thể thiếu cho sinh viên kỹ thuật môi trường. Nội dung giáo trình giúp người học hiểu rõ cơ sở sinh học của các công nghệ xử lý ô nhiễm hiện đại.

4.1. Ô nhiễm vi sinh vật và các yếu tố ảnh hưởng

Ô nhiễm vi sinh vật gây ra nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng cho cộng đồng. Các vi sinh vật gây bệnh lây truyền qua nguồn nước ô nhiễm bao gồm vi khuẩn, virus và ký sinh trùng. Nhiễm trùng xảy ra khi hệ miễn dịch cơ thể không chống đỡ được sự tấn công của vi sinh vật gây bệnh. Các yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến hoạt động vi sinh vật bao gồm nhiệt độ, pH, độ ẩm và nồng độ oxy. Giáo trình phân tích ảnh hưởng của từng yếu tố đến tốc độ sinh trưởng và chuyển hóa chất. Vi sinh vật chỉ thị ô nhiễm như coliform đóng vai trò quan trọng trong giám sát chất lượng nước. Việc hiểu rõ nguyên nhân và cơ chế ô nhiễm vi sinh vật giúp xây dựng giải pháp phòng ngừa và xử lý hiệu quả.

4.2. Giá trị đào tạo và ứng dụng thực tiễn của giáo trình

Giáo trình vi sinh các quá trình sinh học trong công nghệ môi trường có giá trị đào tạo to lớn. Nội dung giáo trình được xây dựng hệ thống từ lý thuyết cơ bản đến ứng dụng thực tế. Sinh viên được trang bị kiến thức về hình thái, sinh lý và phân loại vi sinh vật. Phần ứng dụng tập trung vào cơ sở sinh học của quá trình xử lý ô nhiễm nước, chất thải và khí thải. Giáo trình giúp người học hiểu nguyên lý hoạt động của các công trình xử lý nước thải hiện đại. Kiến thức về vi sinh vật chỉ thị ô nhiễm phục vụ công tác giám sát môi trường. Đây là nền tảng quan trọng để kỹ sư môi trường thiết kế và vận hành hệ thống xử lý ô nhiễm hiệu quả. Giáo trình cũng mở ra hướng nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật trong công nghệ môi trường tiên tiến.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ÂAIÛ HOC Ü ÂAÌ NÀN Ô G TRÆÅÌNG ÂAÛI HOÜC BAÏCH KHOA \\\\ \\\\ LÃ XUÁN PHÆÅNG VI SINH - CAÏC QUÏA TRÇNH SINH HOÜC TRONG CÄNG NGHÃÛ MÄI TRÆÅÌNG Nàm 2005 MUÛC LUÛC PHẦN I : ĐẠI CƯƠNG VỀ VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG .1 CHƯƠNG 1 : HÌNH THÁI, CẤU TẠO VÀ CÁC ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA VSV .1 Đặc điểm chung của vi sinh vật .2 Các nhóm vi sinh vật chính .5 CHƯƠNG 2 : SINH LÝ ĐẠI CƯƠNG VI SINH VẬT .1 Dinh dưỡng của vi sinh vật .2 Trao đổi chất và trao đổi năng lượng của vi sinh vật .3 Ảnh hưởng các yếu tố bên ngoài đến hoạt động của vi sinh vật .94 CHƯƠNG 3 : SỰ PHÂN BỐ CỦA VI SINH VẬT TRONG MÔI TRƯỜNG .1 Môi trường đất và sự phân bổ của vi sinh vật trong đất .2 Môi trường nước và sự phân bổ của vi sinh vật trong nước .3 Môi trường không khí và sự phân bổ của vi sinh vật trong không khí . 122 CHƯƠNG 4 : KHẢ NĂNG CHUYỂN HOÁ VẬT CHẤT CỦA VI SINH VẬT TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN .1 Khả năng chuyển hoá các hợp chất cacbon trong môi trường tự nhiên .2 Khả năng chuyển hoá các hợp chất nitơ trong môi trường tự nhiên của VSV .3 K/năng chuyển hoá các hợp chất phốt pho trong môi trường tự nhiên của VSV .4 K/năng chuyển hoá các hợp chất lưu huỳnh trong môi trường tự nhiên của VSV . 158 CHƯƠNG 5 : Ô NHIỄM VI SINH VẬT .1 Nguyên nhân của vấn đề ô nhiễm vi sinh .2 Nhiễm trùng và khả năng chống đỡ của cơ thể .3 Một số vi sinh vật gây bệnh chính .4 Một số vi khuẩn gây bệnh khác.5 Vi sinh vật chỉ thị ô nhiễm . 192 PHẦN II : ĐẠI CƯƠNG VỀ VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG . 195 CHƯƠNG VI : CƠ SỞ SINH HỌC CỦA QUÁ TRÌNH XỬ LÝ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG .1 Tình hình ô nhiễm môi trường hiện nay .2 Nguyễn lý cơ bản của các quá trình .3 Một số loại vi sinh vật sử dụng trong xử lý ô nhiễm môi trường . 199 CHƯƠNG 7: TÁC NHÂN VI SINH VẬT TRONG QUÁ TRÌNH XỬ LÝ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC .1 Vi sinh vật gây bệnh và chỉ tiêu vệ sinh vềvi sinh vật trong nước cấp sinh hoạt .2 Sự nhiễm bẫn nguồn nước, quá trình tự làm sạch của nước nguồn (sông, hồ) .3 Các quá trình vi sinhv ật vật trong các công trình xử lý nước thiên nhiên 238 7.4 Các hiện tượng bất lợi do sự phát triển vi sinh vật, sinh vật trong ống dẫn, công trình và thiết bị cấp nước, biện pháp khắc phục .5 Vi sinh vật với quá trình xử lý ô nhiễm môi trường nước . 247 CHƯƠNG 8: TÁC NHÂN VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ CHẤT THẢI .1 Khái niệm về chất thải .2 Phân loại chất thải .3 Khái niệm về xử lý chất thải . 268 CHƯƠNG 9: TÁC NHÂN VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ KHÁI THẢI NGUYÊN LÝ CỦA QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC KHÍ THẢI .1 Nguyên lý của quá trình xử lý sinh học khí thải .2 Các hệ thống làm sạch không khí bằng phương pháp sinh học . 293 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG PHẦN I ĐẠI CƯƠNG VỀ VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG CHƯƠNG I HÌNH THÁI, CẤU TẠO VÀ CÁC ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA VI SINH VẬT 1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA VI SINH VẬT Vi sinh vật là một thế giới sinh vật vô cùng nhỏ bé mà ta không thể quan sát thấy bằng mắt thường. Nó phân bố ở khắp mọi nơi, trong đất, trong nước, trong không khí, trong thực phẩm . Nó có mặt ở dưới những độ sâu tăm tối của đại dương. Bào tử của nó tung bay trên những tầng cao của bầu khí quyển, chu du theo những đám mây. Nó sống được trên kính, trên da, trên giấy, trên những thiết bị bằng kim loại . Vi sinh vật đóng vai trò vô cùng quan trọng trong thiên nhiên cũng như trong cuộc sống của con người. Nó biến đá mẹ thành đất trồng, nó làm giàu chất hữu cơ trong đất, nó tham gia vào tất cả các vòng tuần hoàn vật chất trong tự nhiên. Nó là các khâu quan trọng trong chuỗi thức ăn của các hệ sinh thái. Nó đóng vai trò quyết định trong quá trình tự làm sạch các môi trường tự nhiên. Từ xa xưa, con người đã biết sử dụng vi sinh vật trong đời sống hàng ngày. Các quá trình làm rượu, làm dấm, làm tương, muối chua thực phẩm . đều ứng dụng đặc tính sinh học của các nhóm vi sinh vật. Khi khoa học phát triển, biết rõ vai trò của vi sinh vật, thì việc ứng dụng nó trong sản xuất và đời sống ngày càng rộng rãi và có hiệu quả lớn. Ví dụ như việc chế vacxin phòng bệnh, sản xuất chất kháng sinh và các dược phẩm quan trọng khác . Đặc biệt trong bảo vệ môi trường, người ta đã sử dụng vi sinh vật làm sạch môi trường, xử lý các chất thải độc hại. Sử dụng vi sinh vật trong việc chế tạo phân bón sinh học, thuốc bảo vệ thực vật không gây độc hại cho môi trường, bảo vệ mối cân bằng sinh thái. Trong thiên nhiên ngoài những nhóm vi sinh vật có ích như trên, còn có những nhóm vi sinh vật gây hại. Ví dụ như các nhóm vi sinh vật gây bệnh cho người, động vật và thực vật, các nhóm vi sinh vật gây ô nhiễm thực phẩm, ô nhiễm các nguồn nước, đất và không khí . Nếu nắm vững cơ sở sinh học của tất cả các 1 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG quá trình có lợi hay có hại trên, ta sẽ đưa ra được những biện pháp khoa học để phát huy những mặt có lợi và hạn chế những mặt gây hại của vi sinh vật, đặc biệt là trong bảo vệ môi trường. Vi sinh vật (microorganisms) là tên gọi chung để chỉ tất cả các sinh vật có hình thể bé nhỏ, muốn thấy rõ được người ta phải sử dụng tới kính hiển vi. Virut chưa có cả cấu trúc tế bào. Các vi sinh vật khác thường là đơn bào hoặc đa bào nhưng có cấu trúc đơn giản và chưa phân hoá thành các cơ quan sinh dưỡng (vegetative organs). Vi sinh vật không phải là một nhóm riêng biệt trong sinh giới. Chúng thậm chí thuộc về nhiều giới (kingdom) sinh vật khác nhau. Giữa các nhóm có thể không có quan hệ mật thiết với nhau. Chúng có chung những đặc điểm sau đây: 1. Kích thước nhỏ bé Mắt con người khó thấy được rõ những vật nhỏ hơn 1mm. Vậy mà vi sinh vật thường được đo bằng micromet (µm, micrometre), virut thường được đo bằng nanomet (nm, nanometre). 1 µm = 10-3 mm; 1 nm = 10-6 mm, 1A (angstrom) = 10-7 mm. Vì vi sinh vật có kích thước nhỏ bé cho nên diện tích bề mặt của một tập đoàn vi sinh vật hết sức lớn. Chẳng hạn số lượng cầu khuẩn chiếm thể tích 1 cm3 có diện tích bề mặt là 6m2. Hấp thu nhiều, chuyển hoá nhanh Vi sinh vật tuy nhỏ bé chất trong sinh giới nhưng năng lực hấp thu và chuyển hoá của chúng có thể vượt xa các sinh vật bậc cao. Chẳng hạn vi khuẩn lactic (Lactobacillus) trong 1 giờ có thể phân giải một lượng đường lactozơ nặng hơn 1000 - 10000 lần khối lượng của chúng. Nếu tính số µl O2 mà mỗi mg chất khô của cơ thể sinh vật tiêu hao trong 1 giờ (biểu thị là - QO2) thì ở mô lá hoặc mô rễ thực vật là 0,5 - 4, ở tổ chức gan và thận động vật là 10 - 20, còn ở nấm men rượu (Sacharomyces cerevisiae) là 110, ở vi khuẩn thuộc chi Pseudomonas là 1200, ở vi khuẩn thuộc chi Azotobacter là 2000. Năng lực chuyển hoá sinh hoá mạnh mẽ của vi sinh vật dẫn đến những tác dụng hết sức lớn lao của chúng trong thiên nhiên cũng như trong hoạt động sống của con người. 2 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG 3. Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh So với các sinh vật khác thì vi sinh vật có tốc độ sinh trưởng và sinh sôi nảy nở cực kỳ lớn. Vi khuẩn Escherichia coli trong các điều kiện thích hợp cứ khoảng 12 - 20 phút lại phân cắt một lần. Nếu lấy thời gian thế hệ (generation time) là 20 phút thì mỗi giờ phân cắt 3 lần, 24 giờ phân cắt 72 lần, từ một tế bào ban đầu sẽ sinh ra 4. Tất nhiên trong thực tế không thể tạo ra các điều kiện sinh trưởng lý tưởng như vậy được cho nên số lượng vi khuẩn thu được trong 1ml dịch nuôi cấy thường chỉ đạt tới mức độ 108 - 109 tế bào. Thời gian thế hệ của nấm men Saccharomyces cerevisiae là 120 phút. Khi nuôi cấy để thu nhận sinh khối (biomass) giàu protein phục vụ chăn nuôi người ta nhận thấy tốc độ sinh tổng hợp (biosynthesis) của nấm men này cao hơn của bò tới 100. Thời gian thế hệ của tảo Chlorella là 7 giờ, của vi khuẩn lam Nostoc là 23 giờ. Năng lực thích ứng mạnh và dễ phát sinh biến dị Năng lực thích ứng của vi sinh vật vượt rất xa so với động vật và thực vật. Trong quá trình tiến hoá lâu dài vi sinh vật đã tạo cho mình những cơ chế điều hoà trao đổi chất để thích ứng được với những điều kiện sống rất bất lợi. Người ta nhận thấy số lượng enzim thích ứng chiếm tới 10% lượng chứa protein trong tế bào vi sinh vật. Sự thích ứng của vi sinh vật nhiều khi vượt quá trí tưởng tượng của con người. Phần lớn vi sinh vật có thể giữ nguyên sức sống ở nhiệt độ của nitơ lỏng (-1960C), thậm chí ở nhiệt độ của hydro lỏng (- 2530C). Một số vi sinh vật có thể sinh trưởng ở nhiệt độ 2500C, thậm chí 3000C. Một số vi sinh vật có thể thích nghi với nồng độ 32% NaCl (muối ăn). Vi khuẩn Thiobacillus thioxidans có thể sinh trưởng ở pH = 0,5 trong khi vi khuẩn Thiobacillus denitrificans có thể sinh trưởng ở pH = 10,7. Vi khuẩn Micrococus radiodurans có thể chịu được cường độ bức xạ tới 750. Ở nơi sâu nhất trong đại dương (11034 m) nơi có áp lực tới 1103,4 atm vẫn thấy có vi sinh vật sinh sống. Nhiều vi sinh vật thích nghi với điều kiện sống hoàn toàn thiếu oxi (vi sinh vật kị khí bắt buộc - obligate anaerobes). Một số nấm sợi có thể phát triển thành váng dày ngay trong bể ngâm xác có nồng độ phenol rất cao. Vi sinh vật rất dễ phát sinh biến dị bởi vì thường là đơn bào, đơn bội, sinh sản nhanh, số lượng nhiều, tiếp xúc trực tiếp với môi trường sống. Tần số biến dị ở vi sinh vật thường là 10-5 - 10-10.