Vi sinh vật thường được sử dụng trong xử lí ô nhiễm môi trường đất và nước:

- Nhờ khả năng trao đổi chất đặc biệt, vi sinh vật có thể chuyển hóa trạng thái của kim loại giúp làm giảm độc tính, kết tủa kim loại hoặc phân hủy các chất hữu cơ khó phân hủy như PAH,… làm giảm ô nhiễm môi trường.

- Trong điều kiện kị khí hoặc hiếu khí, vi sinh vật phân hủy các hợp chất hữu cơ gây ô nhiễm để tạo thành các chất hữu ích cho con người như biogas, các acid hữu cơ, cồn hoặc phân bón hữu cơ.

Chuyển đổi mục đích sử dụng vùng đất ô nhiễm thành bãi xe hay sân bóng đem lại hiệu quả sử dụng đất nhưng không phải là biện pháp xử lí ô nhiễm đất hiệu quả. Bởi vì các chất độc hại trong đất vẫn chưa được xử lí đồng thời việc chuyển đổi này cũng chỉ có hiệu quả trong phạm vi nhỏ hẹp.

Những nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước: Do nước thải công nghiệp, nước thải sinh hoạt, nước thải y tế,… không qua xử lí, thải trực tiếp ra sông, suối, biển gây ô nhiễm làm ảnh hưởng xấu tới các sinh vật thủy sinh, thậm chí gây chết hàng loạt.

Trong quá trình xử lí ô nhiễm nước bằng vi sinh vật, cần kết hợp phương pháp xử lí vi sinh vật với phương pháp vật lí (lọc nước qua lưới chắn rác, phương pháp lắng,…), hóa học (nhiều nước thải có chứa acid vô cơ hoặc kiềm cần được trung hòa,…). Tuy nhiên, không phải trường hợp nào cũng có thể áp dụng các biện pháp vật lý, hóa học mà chỉ có thể sử dụng biện pháp sinh học để xử lí, cải tạo môi trường.

Ưu điểm của phương pháp cố định vi sinh vật trong xử lí nước ô nhiễm:

- Vi sinh vật được bổ sung vào nước bị ô nhiễm sẽ làm giảm độc của chất gây ô nhiễm bằng các cơ chế: phân giải hiếu khí hoặc kị khí hợp chất hữu cơ thành CO₂ và nước làm giảm nồng độ chất hữu cơ trong nước; vi sinh vật hấp thụ, liên kết hoặc chuyển hóa kim loại nhằm khử độc, tích tụ và tập trung kim loại, thuận lợi cho quá trình kết tủa kim loại, lắng và tách kim loại khỏi môi trường nước.

- Sự cố định các vi sinh vật cho phép kiểm soát được các yếu tố tác động tới quá trình xử lí như tốc độ sục khí, tốc độ dòng chảy tương ứng với mật độ chất hữu cơ có trong nước thải.

Khí sinh học (biogas) là hỗn hợp khí thu được từ quá trình ứng dụng vi sinh vật trong xử lí môi trường. Hỗn hợp khí này gồm 58 – 75% methane, 25 – 42% carbon dioxide, một lượng nhỏ các khí khác (H₂S, NH₃, H₂) và hơi nước.

Khí sinh học có thể được hình thành trong điều kiện vi sinh vật biến đổi các chất hữu cơ trong điều kiện kị khí.

Ví dụ về vi sinh vật có khả năng tạo khí sinh học: Các vi sinh vật có thể sinh trưởng và sinh sản được trong điều kiện kị khí như các chi Methanobacterium, Methanococcus,…

Ưu điểm của công nghệ tạo khí sinh học bởi vi sinh vật:

- Tạo ra khí sinh học giá rẻ phục vụ nhu cầu sử dụng của con người (dùng làm chất đốt hoặc chuyển hóa thành điện năng).

- Sản xuất khí sinh học từ vi sinh vật không gây ô nhiễm môi trường mà còn góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường do sử dụng nguyên liệu là các chất thải hữu cơ.

- Sản phẩm phụ từ quá trình sản xuất khí sinh học có thể được sử dụng làm phân bón hữu cơ, có lợi ích về kinh tế, tăng giá trị sản xuất nông nghiệp.

Để ứng dụng vi sinh vật trong phân hủy rác thải sinh hoạt, trước hết cần phân loại rác thải vô cơ và hữu cơ vì rác thải vô cơ và hữu cơ đòi hỏi các biện pháp khác nhau. Việc phân loại rác thải giúp nâng cao hiệu quả xử lí.

Một số sản phẩm từ quá trình xử lí rác thải hữu cơ rắn bằng công nghệ vi sinh vật: Phân bón sinh học, khí biogas,…

Trong quá trình ủ phân hữu cơ, nhiệt độ có thể lên tới trên 60^oC nhưng vẫn còn nhiều vi sinh vật sinh trưởng và sinh sản vì: Trong quá trình ủ phân hữu cơ, nhiệt độ sẽ thay đổi theo thời gian, ở mỗi khoảng nhiệt sẽ có các nhóm vi sinh vật khác nhau phát triển. Khi nhiệt độ đống ủ trên 60^oC, nhóm vi sinh vật ưa nhiệt sẽ phát triển.

Các vi sinh vật có khả năng xử lí nước và đất bị nhiễm dầu là những vi sinh vật có khả năng phân hủy dầu. Một số vi sinh vật có khả năng xử lí sự cố tràn dầu: Pseudomonas putida, Chryseobacterium defluvii, Candida tropicalis, Chryseobacterium gleum,…

Trong quá trình xử lí ô nhiễm môi trường đất bằng vi sinh vật, người ta thường bổ sung thêm một số nguồn dinh dưỡng N, C, P, O₂,… với mục đích cung cấp dinh dưỡng cho vi sinh vật sinh trưởng, tăng số lượng tế bào giúp quá trình phân giải diễn ra nhanh hơn, O₂ được cung cấp cho các vi sinh vật hiếu khí hoạt động hiệu quả.

Một số vi sinh vật có khả năng phân hủy dư lượng thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ trong nước thải nông nghiệp: Agrobacterium radiobacter, Pseudomonas, Alcaligenes, Streptomyces,…

Các lợi ích từ việc ứng dụng công nghệ vi sinh vật trong sản xuất khí sinh học:

- Tạo ra khí sinh học phục vụ nhu cầu sử dụng của con người như dùng làm khí đốt hoặc chuyển hóa thành điện năng.

- Các sản phẩm phụ từ quá trình sản xuất khí sinh học có thể được dùng làm phân bón hữu cơ, giúp gia tăng giá trị nông nghiệp.

- Góp phần làm giảm thiểu ô nhiễm môi trường do chất thải hữu cơ.

• Ưu điểm của quá trình xử lí hiếu khí chất hữu cơ:

- Dễ thực hiện.

- Giảm lượng rác thải hữu cơ, góp phần hạn chế ô nhiễm môi trường.

- Tạo ra phân bón hữu cơ, có ý nghĩa về mặt kinh tế.

• Nhược điểm của quá trình xử lí hiếu khí chất hữu cơ:

+ Thời gian xử lí lâu.

+ Cần phải thường xuyên kiểm tra và có biện pháp điều chỉnh phù hợp các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm, pH,… đặc biệt là nhiệt độ.