nghien cuu kha nang hap phu kim loai nang ion ni2 va cu2 tro

LÔØI CAÙM ÔNiTOÙM TAÉT LUAÄN VAÊNiiMUÏC LUÏCiiiDANH SAÙCH BAÛNGxiiDANH SAÙCH HÌNHxiiiKYÙ HIEÄU VIEÁT TAÉTxvPHAÀN 1 : GIÔÙI THIEÄU Chöông 1 : MÔÛ ÑAÀU11.1 Muïc tieâu nghieân cöùu 21.2 Phaïm vi nghieân cöùu 21.3 Ñoái töôïng nghieân cöùu 21.4 Noäi dung nghieân cöùu 2PHAÀN 2 : TOÅNG QUANChöông 2 : KIM LOAÏI NAËNG42.1 Khaùi nieäm 42.1.1 Tính chaát hoaù lyù cuûa ñoàng (Cu) 42.1.2 Tính chaát hoaù lyù cuûa nikel (Ni)62.2 Nguoàn goác gaây oâ nhieãm KLN 62.2.1 Töø caùc hoaït ñoäng coâng nghieäp 62.2.2 Töø caùc hoaït ñoäng coâng nghieäp khai thaùc kim loaïi 72.2.2.1 Chu trình kim loaïi coâng nghieäp72.2.2.2 OÂ nhieãm KLN töø chaát thaûi khai thaùc moû72.2.2.3 Caùc loø naáu kim loaïi 82.2.3 Töø caùc chaát tröø saâu voâ cô82.2.4 Töø buøn coáng raõnh92.3 Caùc taùc ñoäng cuûa vieäc oâ nhieãm KLN 92.3.1 Taùc haïi cuûa ñoàng (Cu) 102.3.2 Taùc haïi cuûa nikel (Ni) 102.3.3 Taùc haïi cuûa moät soá KLN quan troïng khaùc nhö thuyû ngaân, cadimi, asen, chì, croâm 10Chöông 3 : CAÙC PHÖÔNG PHAÙP XÖÛ LYÙ KLN123.1 Caùc phöông phaùp hoaù lyù 123.1.1 Phöông phaùp haáp phuï 123.1.2 Trao ñoåi ion 133.1.3 Caùc quaù trình taùch baèng maøng 143.1.3.1 Thaåm thaáu ngöôïc (maøng RO) 143.1.3.2 Ñieän thaåm taùch 143.1.4 Phöông phaùp keát tuûa hoùa hoïc153.2 Caùc phöông phaùp sinh hoïc 153.2.1. ÖÙng duïng thöïc vaät trong xöû lyù KLN trong nöôùc163.2.2 ÖÙng duïng vi sinh vaät trong xöû lyù KLN trong nöôùc173.2.2.1 Taûo173.2.2.2 Naám moác 17Chöông 4 : NAÁM MOÁC214.1 Caáu taïo teá baøo naám moác 214.1.1 Maøng baûo veä (cell wall) 224.1.2 Maøng sinh chaát (cell membrane) 234.1.2.1 Lôùp lipid keùp 234.1.2.2 Caùc protein cuûa maøng sinh chaát 254.1.2.3 Carbonhydrat cuûa maøng 274.1.2.4 Tính khoâng ñoái xöùng cuûa maøng sinh chaát 274.1.3 Baøo töông (cytoplasm) 284.1.4 Nhaân teá baøo (nucleus) 284.2 Toång quan moät soá gioáng naám moác 294.2.1 Aspergillus spp.294.2.1.1 Phaân loaïi 294.2.1.2 Hình thöùc sinh saûn 304.2.1.3 Ñaëc ñieåm caáu taïo cuûa Aspergillus niger 314.2.1.4 Ñaëc ñieåm caáu taïo cuûa Aspergillus oryzae314.2.2 Mucor spp.314.2.2.1 Phaân loaïi 314.2.2.2 Hình thöùc sinh saûn324.2.2.3 Ñaëc ñieåm caáu taïo cuûa Mucor hiemalis324.2.3 Penicillium spp.334.2.3.1 Phaân loaïi 334.2.3.2 Hình thöùc sinh saûn334.2.3.3 Ñaëc ñieåm caáu taïo cuûa Penicillium citrium344.2.4 Trichoderma spp.344.2.4.1 Phaân loaïi 344.2.4.2 Hình thöùc sinh saûn354.2.4.3 Ñaëc ñieåm caáu taïo cuûa Trichoderma lignorum35Chöông 5 : CÔ SÔÛ LYÙ THUYEÁT CUÛA QUAÙ TRÌNH XÖÛ LYÙ KLN BAÈNG PHÖÔNG PHAÙP SINH HOÏC36

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành tốt luận văn này tôi đã được sự giúp đỡ của mọi người

Trước tiên con xin cảm ơn bố mẹ, người luôn luôn giúp đỡ và tạo mọi điều kiệntốt nhất để con hoàn thành tốt việc học tập trên giảng đường đại học Người luôn độngviên, an ủi, luôn bên con khi con cần lời khuyên hay khi con vấp ngã

Em xin cảm ơn tất cả các Thầy Cô trong khoa Môi Trường - Trường Đại Học Bách Khoa đã tận tình chỉ dạy, cho em những kiến thức bổ ích trong suốt thời gian học tập Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn Th.S Đặng Vũ Bích Hạnh đã hướng dẫn em

tận tình trong suốt quá trình thực hiện luận văn này

Em xin cảm ơn quý Thầy Cô phản biện đã dành thời gian quan tâm đến luận vănnày

Xin cảm ơn tập thể lớp Kỹ thuật Môi trường khóa 2002 đã cho tôi những ngàykhó quên Đặc biệt, các bạn sinh viên cùng làm việc trong Phòng thí nghiệm Khoa Môitrường đã giúp đỡ tôi rất nhiều

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Hiện nay, vấn đề ô nhiễm KLN đang ngày càng cùng với sự phát triển của nềncông nghiệp hiện đại, đặc biệt là trong nước ô nhiễm Các phương pháp xử lý KLNbằng biện pháp hoá lý thường có chi phí cao và không xử lý hiệu quả khi nồng độ cácion KLN ô nhiễm ở mức thấp Đề tài này sẽ góp phần xây dựng nên một loại vật liệuhấp phụ sinh học mới và rẻ tiền, ứng dụng để xử lý KLN trong nước, đó là nấm mốc

Với đối tượng nghiên cứu là ion Ni2+ và Cu2+, luận văn này đã nghiên cứu đượcmột số kết quả sau :

 Thời gian thu sinh khối nấm mốc hiệu quả là 7 ngày và sinh khối Aspergillus

spp có lượng sinh khối tăng trưởng cao nhất.

 Giống nấm mốc có khả năng hấp phụ ion Ni2+ và Cu2+ cao nhất trong 5 giống

Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Mucor hiemalis, Penicillium citrium, Trichoderma lignorum là giống Aspergillus niger.

 Phương pháp xử lý sinh khối bằng bột giặt làm gia tăng đáng kể hiệu quả

hấp phụ và bất hoạt sinh khối Asp.niger.

 Quá trình hấp phụ đạt được hiệu quả cao nhất tại mức pH = 5 đối với ion

Ni2+ và pH = 6 đối với ion Cu2+

 Ơû nồng độ 10 mg/l, pH hiệu quả, hiệu quả của quá trình hấp phụ đạt trên90% đối với ion Cu2+ và 80% ion Ni2+ Khi nồng độ ion Ni2+ và Cu2+ càng caothì hiệu quả hấp phụ càng thấp và khi nồng độ từ ion Ni2+ và Cu2+ từ 200 mg/

l trở lên thì hiệu quả hấp phụ sẽ thấp hơn 10%

 Biofilm Asp.niger dai và lọc được ion Ni2+ hiệu quả (59% đối với biofilm 1lớp và 87% đối với biofilm 2 lớp, ở nồng độ 50mg/l), tốc độ lọc đạt được là0.133 ml/s ứng với diện tích bề mặt là 9.62cm2

 Asp.niger có thể sử dụng kết hợp với rơm để gia tăng hiệu quả hấp phụ và

đồng thời sử dụng rơm làm giá thể lọc

MỤC LỤC

LỜI CÁM ƠN i

TÓM TẮT LUẬN VĂN ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH BẢNG xii

DANH SÁCH HÌNH xiii

KÝ HIỆU VIẾT TẮT xv

PHẦN 1 : GIỚI THIỆU Chương 1 : MỞ ĐẦU 1

1.1 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.2 Phạm vi nghiên cứu 2

1.3 Đối tượng nghiên cứu 2

1.4 Nội dung nghiên cứu 2

PHẦN 2 : TỔNG QUAN Chương 2 : KIM LOẠI NẶNG 4

2.1 Khái niệm 4

2.1.1 Tính chất hoá lý của đồng (Cu) 4

2.1.2 Tính chất hoá lý của nikel (Ni) 6

2.2 Nguồn gốc gây ô nhiễm KLN 6

2.2.1 Từ các hoạt động công nghiệp 6

2.2.2 Từ các hoạt động công nghiệp khai thác kim loại 7

2.2.2.1 Chu trình kim loại công nghiệp 7

2.2.2.2 Ô nhiễm KLN từ chất thải khai thác mỏ 7

2.2.2.3 Các lò nấu kim loại 8

2.2.3 Từ các chất trừ sâu vô cơ 8

2.2.4 Từ bùn cống rãnh 9

2.3 Các tác động của việc ô nhiễm KLN 9

2.3.1 Tác hại của đồng (Cu) 10

2.3.2 Tác hại của nikel (Ni) 10

2.3.3 Tác hại của một số KLN quan trọng khác như thuỷ ngân, cadimi, asen, chì, crôm 10

Chương 3 : CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KLN 12

3.1 Các phương pháp hoá lý 12

3.1.1 Phương pháp hấp phụ 12

3.1.2 Trao đổi ion 13

3.1.3 Các quá trình tách bằng màng 14

3.1.3.1 Thẩm thấu ngược (màng RO) 14

3.1.3.2 Điện thẩm tách 14

3.2 Các phương pháp sinh học 15

3.2.1 Ứng dụng thực vật trong xử lý KLN trong nước 16

3.2.2 Ứng dụng vi sinh vật trong xử lý KLN trong nước 17

3.2.2.1 Tảo 17

3.2.2.2 Nấm mốc 17

Chương 4 : NẤM MỐC 21

4.1 Cấu tạo tế bào nấm mốc 21

4.1.1 Màng bảo vệ (cell wall) 22

4.1.2 Màng sinh chất (cell membrane) 23

4.1.2.1 Lớp lipid kép 23

4.1.2.2 Các protein của màng sinh chất 25

4.1.2.3 Carbonhydrat của màng 27

4.1.2.4 Tính không đối xứng của màng sinh chất 27

4.1.3 Bào tương (cytoplasm) 28

4.1.4 Nhân tế bào (nucleus) 28

4.2 Tổng quan một số giống nấm mốc 29

4.2.1 Aspergillus spp 29

4.2.1.1 Phân loại 29

4.2.1.2 Hình thức sinh sản 30

4.2.1.3 Đặc điểm cấu tạo của Aspergillus niger 31

4.2.1.4 Đặc điểm cấu tạo của Aspergillus oryzae 31

4.2.2 Mucor spp 31

4.2.2.1 Phân loại 31

4.2.2.2 Hình thức sinh sản 32

4.2.2.3 Đặc điểm cấu tạo của Mucor hiemalis 32

4.2.3 Penicillium spp 33

4.2.3.1 Phân loại 33

4.2.3.2 Hình thức sinh sản 33

4.2.3.3 Đặc điểm cấu tạo của Penicillium citrium 34

4.2.4 Trichoderma spp 34

4.2.4.1 Phân loại 34

4.2.4.2 Hình thức sinh sản 35

4.2.4.3 Đặc điểm cấu tạo của Trichoderma lignorum 35

Chương 5 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH XỬ LÝ KLN BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC 36

5.1 Cơ chế thụ động .36

5.1.1 Qúa trình trao đổi ion 36

5.1.2 Qúa trình hấp phụ 37

5.2 Cơ chế chủ động 38

5.2.1 Cơ chế vận chuyển vật chất qua màng tế bào 38

5.2.1.2 Tính thấm của màng sinh chất 40

a Tính thấm của lớp lipid kép 40

b Các phân tử protein vận chuyển 40

5.2.1.2 Sự vận chuyển các phân tử nhỏ qua màng sinh chất 42

a Khuếch tán đơn thuần 42

b Khuếch tán trung gian 43

c Vận chuyển tích cực 44

5.2.2 Một số quá trình khác 46

5.2.2.1 Qúa trình kết tủa 46

5.2.2.2 Qúa trình oxi hoá 47

Phần 3 :VẬT LIỆU – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Chương 6 :VẬT LIỆU 48

6.1 Giống nấm mốc nghiên cứu 48

6.2 Kim loại nặng 48

6.3 Vật liệu làm mô hình biofilm 48

6.4 Vật liệu làm giá thể 48

Chương 7 : PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 49

7.1 Phương pháp nuôi cấy nấm mốc 49

7.1.1 Nuôi cấy nấm mốc ở trên thạch nghiêng 49

7.1.2 Nuôi cấy nấm mốc trên môi trường lỏng 49

7.2 Xác định đường cong tăng trưởng 49

7.2.1 Mục tiêu 49

7.2.2 Hoá chất và thiết bị 50

7.2.3 Phương pháp 50

7.3 Nghiên cứu chọn lọc giống nấm mốc có khả năng hấp phụ ion Cu2+ và Ni2+ tốt 51

7.3.1 Đối với sinh khối nấm mốc sống 51

7.3.1.1 Mục tiêu 51

7.3.1.2 Hoá chất và thiết bị 51

7.3.1.3 Phương pháp 51

7.3.2 Đối với sinh khối nấm mốc đã được xử lý 52

7.3.2.1 Mục tiêu 52

7.3.2.2 Hoá chất và thiết bị 52

7.3.2.3 Phương pháp xử lý sinh khối 52

7.3.2.4 Phương pháp nghiên cứu hiệu quả hấp phụ 53

7.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình hấp phụ ion Ni2+ và Cu2+ 53

7.4.1 Yếu tố pH theo thời gian 53

7.4.1.1 Mục tiêu 53

7.4.1.2 Hoá chất và thiết bị 54

7.4.1.3 Phương pháp 54

7.4.2 Yếu tố nồng độ theo thời gian 55

7.4.2.1 Mục tiêu 55

7.4.2.2 Hoá chất và thiết bị 55

7.4.2.3 Phương pháp 55

7.5 Khảo sát sự hình thành biofilm Aspergillus spp 56

7.5.1 Phương pháp nuôi cấy tạo biofilm Aspergillus spp 56

7.5.2 Phương pháp nghiên cứu 56

7.6 Khảo sát khả năng phát triển của Aspergillus spp trên vật liệu làm giá thể của biofilter 57

7.6.1 Rơm 57

7.6.2 Ống nhựa 57

Phần 4 : KẾT QUẢ – BÀN LUẬN Chương 8 : KẾT QUẢ – BÀN LUẬN 58

8.1 Đường tốc độ tăng trưởng của nấm mốc 58

8.1.1 Kết quả 58

8.2 Nghiên cứu hiệu quả hấp phụ của các phương pháp xử lý của 5 giống nấm mốc 59 8.2.1 Kết quả của ion Ni2+ 59

8.2.2 Kết quả của ion Cu2+ 60

8.3 Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả hấp phụ của Asp.niger 61

8.3.1 pH 61

8.3.1.1 Kết quả của ion Ni2+ 61

8.3.1.2 Kết quả của ion Cu2+ 62

8.3.2 Nồng độ 63

8.3.2.1 Kết quả của ion Ni2+ 63

8.3.2.2 Kết quả của ion Cu2+ 64

8.4 Khảo sát hiệu quả xử lý của biofilm Asp.niger đối với ion Ni2+ 65

8.5 Khảo sát khả năng phát triển của Asp.niger trên vật liệu biofilter 65

8.5.1 Đối với rơm 65

8.5.1 Đối với ống nhựa 65

8.6 Bàn luận kết quả 66

8.6.1 Kết quả nghiên cứu tốc độ tăng trưởng của 5 giống nấm mốc 66

8.6.2 Kết quả nghiên cứu hiệu quả hấp phụ của các phương pháp xử lý của 5 giống nấm mốc 66

8.6.3 Kết quả nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến hiệu quả hấp phụ 66

8.6.4 Kết quả khảo sát biofilm Asp.niger 67

8.6.5 Kết quả khảo sát khả năng phát triển của Asp.niger trên vật liệu biofilter 67

Phần 5 : KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ Chương 9 : KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 68

9.1 Kết luận 68

9.2 Kiến nghị 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

PHỤ LỤC 73

Phụ lục 1 : Kết quả nghiên cứu đường cong tăng trưởng 73Phụ lục 2 : Kết quả nghiên cứu hiệu quả hấp phụ của các phương pháp xử lý của 5 giống nấm mốc 74 Phụ lục 3 : Kết quả nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến hiệu quả hấp phụ 75

Phụ lục 4 : Kết quả khảo sát biofilm Asp.niger 77

Phụ lục 5 : Tiêu chuẩn Việt Nam, TCVN 5945 – 1995 77Phụ lục 6 : Hình ảnh sử dụng trong luận văn 80

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 3.1 Các kết quả nghiên cứu về khả năng hấp phụ KLN của một số giống nấm

mốc 18

Bảng 4.1 Phân loại của Aspergillus spp 29

Bảng 4.2 Phân loại của Mucor spp 31

Bảng 4.3 Phân loại của Penicillium spp 33

Bảng 4.4 Phân loại của Trichoderma spp 34

Bảng 5.1 So sánh nồng độ một số ion trong và ngoài tế bào 39

Bảng p.1 : Bảng giá trị giới hạn các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải công nghiệp 78

DANH SÁCH HÌNH

Hình 4.1 Cấu tạo tế bào Eukaryote 22

Hình 4.2 Phân tử Phospholipid 25

Hình 4.3 Phân tử Cholesterol 25

Hình 4.4 Cấu trúc phân tử màng sinh chất 26

Hình 5.1 Quang phổ SEM của tế bào nấm mốc ban đầu 37

Hình 5.2 Quang phổ SEM của tế bào nấm mốc sau khi trao đổi ion với Pb 37

Hình 5.3 Công thức cấu tạo của chitin 38

Hình 5.4 Các hình thức hoạt động của protein tải 41

Hình 5.5 Sơ đồ các cơ chế vận chuyển phân tử nhỏ qua màng sinh chất 42

Hình 5.6 Sơ đồ cơ chế đóng mở cửa kênh của các protein kênh xuyên màng 43

Hình 5.7 Sơ đồ cơ chế hoạt động của protein tải 44

Hình 5.8 Sơ đồ cơ chế hoạt động của Na+K+ATPase 46

Hình 5.9 Cơ chế của những phản ứng giữa KL và tế bào 47

Hình 8.1 Đồ thị tốc độ tăng trưởng của 5 chủng nấm mốc 58

Hình 8.2 Đồ thị hiệu quả hấp phụ của các phương pháp xử lý của 5 giống nấm mốc đối với ion Ni2+, ở pH = 5, NĐ ban đầu = 50 mg/l, thời gian = 180phút 59

Hình 8.3 Đồ thị hiệu quả hấp phụ của các phương pháp xử lý của 5 giống nấm mốc đối với ion Cu2+ ở pH = 5, NĐ ban đầu = 50 mg/l, thời gian = 180phút 60

Hình 8.4 Đồ thị biến thiên hiệu quả hấp phụ ở các mức pH khác nhau của Asp.niger đối với ion Ni2+, NĐ ban đầu = 50ml/l 61

Hình 8.5 Đồ thị biến thiên hiệu quả hấp phụ ở các mức pH khác nhau của Asp.niger đối

với ion Cu2+, NĐ ban đầu = 50ml/l 62

Hình 8.6 Đồ thị biến thiên hiệu quả hấp phụ ở các mức nồng độ khác nhau của Asp.niger đối với ion Ni2+, pH = 5 63

Hình 8.7 Đồ thị biến thiên hiệu quả hấp phụ ở các mức nồng độ khác nhau của Asp.niger đối với ion Cu2+, pH = 6 64

Hình 8.8 Đồ thị biểu hiện hiệu quả xử lý ion Ni2+ của biofilm Asp.niger ở nồng độ 50 mg/l, pH = 5, thời gian là 2 phút 65

Hình p.6.1 : Mô hình nghiên cứu trên Erlen 80

Hình p.6.2 : SK Asp.oryzae 81

Hình p.6.3 : SK Asp.niger 81

Hình p.6.4 : Asp niger phát triển trên rơm 82

Hình p.6.5 Độ dày của biofilm Asp.niger 82

Hình p.6.6 : Biofilm của Asp.oryzae 83

Hình p.6.7 : Biofilm Asp.niger sau khi được xử lý bằng bột giặt 83

Hình p.6.8 : Mô hình khảo sát hiệu quả xử lý của biofilm Asp.niger 84

KYÙ HIEÄU VIEÁT TAÉT

Asp.oryzae Aspergillus oryzae

SEM Scanning electronic microscopy

Chương 1 : MỞ ĐẦU

Hiện nay, vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trên thế giới nói chung và ở nước tanói riêng đang ngày càng gia tăng cùng với sự phát triển của nhiều ngành côngnghiệp sản xuất, gây ra những hậu quả nghiêm trọng cho môi trường và con người Vìvậy việc loại bỏ các thành phần kim loại nặng ra khỏi các nguồn ô nhiễm, đặc biệt làtrong nước thải công nghiệp là một trong những vấn đề quan trọng cần phải giải quyếthiện nay

Những phương pháp hoá lý dùng để loại bỏ KLN ra khỏi nước thải như kết tủa,đông tụ, trao đổi ion, các quá trình lọc màng và hấp phụ Các công nghệ xử lý thôngthường như kết tủa và đông tụ thì tạo ra hiệu quả thấp và chi phí cao khi nồng độ kimloại nằm trong khoảng từ 1 – 100 mg/l Chi phí cao, quá trình vận hành phức tạp vàhiệu quả loại bỏ thấp của các quá trình lọc màng là sự giới hạn khi sử dụng nó để loạibỏ KLN Hấp phụ trên carbon hoạt tính cũng là một phương pháp dùng để loại bỏKLN từ nước thải, nhưng chi phí cao của than hoạt tính là một trong những nhượcđiểm của nó Nghiên cứu về các chất hấp phụ rẻ tiền và có thể tìm kiếm dễ dàngđang được ưu tiên trong quá trình khảo sát một số chất có nguồn từ nông nghiệp vàsinh học, các sản phẩm phụ trong công nghiệp, là những chất hấp phụ có tiềm năng.Các chất hấp phụ đó bao gồm than đá Girdish, vỏ dừa được nghiền nhỏ, than bùn, vỏcây, rơm, lốp cao su thải ra và tóc con người Cùng với những phát triển trong lĩnh vựccông nghệ sinh học môi trường gần đây, các nhà khoa học cũng đã nghiên cứu về cácchất hấp phụ kim loại nặng bằng vi sinh vật [12]

Vi khuẩn, nấm mốc, nấm men và tảo đều có thể loại bỏ các KLN trong nướcthải [20, 21, 24] Quá trình tách KLN ra khỏi dung dịch bằng sinh khối có thể đượcthực hiện bởi cơ chế chủ động (phụ thuộc vào hoạt động trao đổi chất) được biết đếnnhư quá trình tích luỹ sinh học hay bởi cơ chế thụ động (không phụ thuộc vào hoạtđộng trao đổi chất) được biết đến như quá trình hấp phụ sinh học [12, 24]

Nấm mốc là một trong số loài vi sinh vật có tiềm năng được sử dụng làm chấthấp phụ vì khả năng hấp phụ kim loại cao [23] Trong số các giống nấm mốc thì

giống Aspergillus spp được xem là một giống lớn có nhiều ứng dụng trong công

nghiệp và quan trọng là có khả năng hấp phụ kim loại cao Vì vậy nghiên cứu của đề

tài này sẽ góp phần tạo ra một ứng dụng mới của Aspergillus spp trong lĩnh vực môi

trường là xử lý các ion kim loại nặng trong nước thải

1.1 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu khả năng hấp phụ kim loại nặng trong nước của vi sinh vật và xác định các thông số ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình hấp phụ

1.2 Phạm vi nghiên cứu

Trong phạm vi các giống nấm mốc Aspergillus niger, Aspergillus oryzae,

Mucor hiemalis, Penicillium citrium, Trichoderma lignorum Nghiên cứu trong phạm vi

mô hình phòng thí nghiệm

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là nước giả thải của ion kim loại nặng Cu2+ và

Ni2+

1.4 Nội dung nghiên cứu

- Tổng hợp tài liệu về nghiên cứu khả năng loại bỏ KLN của vi sinh vật

- Nghiên cứu đường cong tăng trưởng của các giống nấm mốc Aspergillus

niger, Aspergillus oryzae, Mucor hiemalis, Penicillium citrium, Trichoderma lignorum

để chọn thời gian thu sinh khối hiệu quả

- Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion kim loại nặng Cu2+ và Ni2+ của các giống

Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Mucor hiemalis, Penicillium citrium,

Trichoderma lignorum để chọn lựa chủng có tiềm năng ứng dụng làm chất hấp phụ

sinh học trong xử lý ion Cu2+ và Ni2+ trong nước

- Nghiên cứu hiệu quả của việc xử lý tế bào nấm mốc trước khi sử dụng để loạibỏ ion Cu2+ và Ni2+ nhằm gia tăng khả năng xử lý của tế bào

- Nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ ion Cu2+ và Ni2+

trong nước của Aspergillus spp.

- Khảo sát khả năng ứng dụng biofilm của Aspergillus spp.

- Khảo sát khả năng phát triển của Aspergillus spp trên vật liệu biofilter.

Chương 2 : KIM LOẠI NẶNG

2.1 Khái niệm [19]

KLN là những kim loại có tỷ trọng (so với nước) lớn hơn 5g/cm3, vì vậy nhữngnguyên tố chuyển tiếp từ V (nhưng trừ Sc và Ti) đến á kim As, từ Zr (trừ Y) đến Sb, từ

La đến Po, các nguyên tố trong họ latan và các nguyên tố trong họ actin có thể được

xem là các KLN Trong 90 nguyên tố tìm thấy trong tự nhiên có 21 nguyên tố khôngphải làkim loại, 16 nguyên tố là kim loại nhẹ, 53 nguyên tố còn lại (bao gồm cả As) làcác KLN

Phần lớn những KLN là những nguyên tố chuyển tiếp với các orbitan d chưađược đầy (chưa đủ 16e) Các orbitan d đó làm cho những cation KLN khả năng về hìnhdạng các hợp chất phức tạp có thể có hoặc không có hoạt động oxy hoá khử Vì vậy,những cation KLN giữ một vai trò quan trọng như “những nguyên tố dạng vết” trongcác phản ứng sinh hoá phức tạp Tuy nhiên, ở hàm lượng cao hơn, những ion KLNkhông đặc trưng cho các hợp chất phức tạp trong tế bào thì gây ra độc tính Một vàication KLN như Hg2+, Cd2+, và Ag+ có độc tính rất mạnh nên gây ra nguy hiểm đối vớibất kì cấu trúc sinh lý học nào Mặc dù những nguyên tố rất cần thiết khi ở dạng vếtnhư Zn2+ hoặc Ni2+ và đặc biệt là Cu2+ nhưng lại gây độc khi ở hàm lượng cao hơn Vìvậy, hàm lượng các ion KLN trong tế bào phải được kiểm soát chặt chẽ, và khả năngchịu đựng KLN ở những trường hợp đặc trưng của nhu cầu thông thường của mọi tế bàosống đối với một vài hệ thống ổn định KLN

2.1.1 Tính chất hoá lý của đồng (Cu) [4]

Đồng là một chất quan trọng , là nguyên tố vi lượng cần thiết cho cây trồng vàđộng vât Ở trạng thái kim loại, đồng có màu hơi đỏ, sáng bóng ánh kim, mềm dễ dátmỏng và là một chất dẫn nhiệt, dẫn điện tốt Công dụng chủ yếu của đồng là để sảnxuất dây kim loại và hợp kim của nó, đồng thau và đồng thiếc Trong thiên nhiên, đồng

ở nhiều dạng: sulfides, chất sulfate, muối sulfate, carbonate, hợp chất khác và còn tìm

thấy đồng trong môi trường như là kim loại tự nhiên Mức trung bình cho sự dư thừa của

Cu trong sinh quyển là 70 mg/kg, trong khi những đánh giá gián tiếp cho vỏ trái đất cókhoảng 25 - 35 mg/kg Đất của thế giới, theo tài liệu cũ, giá trị của đồng là 20mg/kg, có

bị thay đổi gần đây và được ghi lại là 30mg/kg Đồng có liên kết với chất hữu cơ trongđất như oxyt Fe và Mn, đất sét silicate và chất vô cơ khác

Cu (II) được sắp đặt với 4 phân tử nước trong mặt phẳng XY và 2 oxy silicate,đối xứng theo trục Z thẳng góc với một lớp silicate Nếu có nhiều lớp của phân tử nướccủa màng thủy hóa chiếm xen kẽ với khu vực của Cu hectorite, [Cu(H2O)6]2+ trongdung dịch H2O, từ đó, Cu2+ sẽ qui thành ion [Cu(H2O)6]2+ và Cu sẽ được sử dụng trong sựnghiên cứu “yếu tố ngoài” của trạng thái hóa trị Trong môi trường đất, chúng ta cầnquan tâm đến nồng độ thấp của Cu, với xấp xỉ trung bình 24 - 25 mg/kg trong phần vỏtrái đất và 20 – 30 mg/kg Cu tổng cộng trong đất, Cu2+ được coi như là loại Cu tự dotrong đất Hợp chất hữu cơ trong đất gắn liền với đồng, nhóm COO- có mặt trong cả haipha rắn và lỏng ở hình thức liên kết chặt với Cu Sự hình thành pha rắn được xem nhưnguyên nhân gây sự thiếu hụt Cu, đó là do chất hữu cơ đất đã tạo phức với Cu làmlượng đồng tự do giảm xuống Thêm vào đó, than bùn có tính độc đối với cây trồng vàcác nguồn khác của chất liệu hữu cơ từ chất nền có Cu cao

Với số nguyên tử 29, Cu là nguyên tố đầu tiên của phân nhóm 13 của bảng tuầnhoàn Cấu trúc electron của nguyên tố Cu là 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1 Có 4 electronđơn ở ngoài, lớp vỏ 3d đã đầy đủ, vì thế bền chặt hơn Giống như tất cả các nguyên tốđầu tiên khi chuyển tiếp sang một chuỗi (Cr, Mn, Fe, Co, Ni) và không giống Li, Na, Kvà Pb của dãy thứ nhất, hai điện tử đã dễ dàng di chuyển liên quan đến nguyên tửCu[3] Trong khi Cu2+ hầu hết đều bền nên vững Lớp ion thứ hai của Cu điện thế caohơn lớp thứ nhất cho Cu(I) bền vững tồn tại trong môi trường Cu bền vững trong dungdịch nước với số ion ở mức cao không đổi, ion aceton, ion pyridine hay ion cyanide…Theo Parker, lượng Cu trong đất giàu độ ẩm là 10-6 – 10-7 M, ví dụ như Cu có thể tồn tại

ở 1.10-7 M và Cu2+ ở 3.10-7M Mối liên hệ này có được đối với nồng độ ion [Cu+] trongphản ứng mà ion Cu+ thiếu cân đối

2Cu+

(aq)  Cu2+

(aq) + Cu(s) K= 106M-1 ở 250C

Nồng độ Cu trong dung dịch hòa tan là 10-2 – 10-3 M, có rất ít ion Cu+ Sau đó,trong cuộc thảo luận về tính chất vật lý và hóa học của Cu trong những môi trườngkhác nhau, dùng năng lượng tụ do của các ion đơn lan truyền trong các dung môi khácnhau, Parker kết luận rằng, ion Cu2+ , [Cu(H2O)6]2+ là loại Cu thích hợp nhất cho cácnghiên cứu về đất Tuy nhiên, ở vùng đất bị ngập lụt có thể tạo ion Cu+ và trong một sốtrường hợp Cu0 có thế nhiệt động hơn là Cu2+ Chalcopyrite có số lượng nhiều hơn chấtkhoáng Cu, nó được tìm thấy nhiều trong đá và tập trung thành một lượng Cu lớn nhất ởcác chất lắng của nó Thêm vào đó, trong các chất vô cơ tự nhiên, Cu được tìm thấy ởdạng phân tán trong các loại đá trầm tích.

2.1.2 Tính chất hoá lý của nikel (Ni) [4]

Nikel là một kim loại thuộc nhóm VIII của bảng tuần hoàn Số nguyên tử là 28và khối lượng nguyên tử 58.71 Trong số bảy đồng vị phóng xạ biết 63Ni (chu kỳ bánphân rã là 92 năm) được dùng nhiều nhất trong các nghiên cứu đất cây trồng Ni có thểxuất hiện trong một số trạng thái oxi hóa nhưng chỉ có nikel(II) bền vững trên dãy pHrộng và điều kiện oxy hóa – khử trong môi trường đất Bán kính ion của Ni (II) là0.065nm (gần với bán kính ion của Fe, Mg, Cu và Zn) Nikel có thể thay thế các kimloại thiết yếu trong các enzym kim loại và gây ra sự đứt gãy các đường trao đổi chất

Đặc tính cơ học: cứng, dễ dát mỏng và dễ uốn, dễ kéo sợi Trong tự nhiên, nikelxuất hiện ở dạng hợp chất với lưu hùnh trong khóng chất millerit, với asenic trongkhóng chất niccolit, và với asenic cùng lưu huỳnh trong quặng nikel

Ở điều kiện bình thường, nó ổn định trong không khí và trơ với ôxi nên thườngđược dùng làm tiền xu nhỏ, bảng kim loại, đồng thau, v.v , cho các thiết bị hóa học, vàtrong một số hợp kim, như bạc Đức Nikel có từ tính, và nó thường được dùng chung với

Co, cả hai đều tìm thấy trong sắt từ sao băng Nó là thành phần chủ yếu có giá trị chohợp kim nó tạo nên Nikel là một trong năm nguyên tố sắt từ

2.2 Nguồn gốc gây ô nhiễm KLN [4]

Ô nhiễm là sự phóng thích của các chất hoá học, vật lý, sinh học và chất phóngxạ ngoài môi trường Hiện nay vấn đề ô nhiễm môi trường đang là mối quan tâm hàngđầu của toàn nhân loại Ô nhiễm môi trường có thể là hậu quả của các hoạt động tự

nhiên như hoạt động núi lửa, thiên tai lũ lụt,… hoặc các hoạt động do con người thựchiện trong công nghiệp, giao thông và trong sinh hoạt, một trong những tác nhân gây ônhiễm môi trường đang được chú ý là các kim loại nặng.

2.2.1 Từ các hoạt động công nghiệp

Trong các nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng thì hoạt động công nghiệp là nguồngây ô nhiễm nhiều nhất Có thể kể đến một vài ngành công nghiệp tiêu biểu như: côngnghiệp thuộc da, sành sứ, hóa chất, thuốc trừ sâu, luyện kim gây ô nhiễm asen; côngnghiệp luyện kim, lọc dầu, khai khoáng, mạ kim loại, ống dẫn nước gây ô nhiễmcadimi; công nghiệp nhuộm len, mạ, thuộc da, sản xuất đồ gốm, sản xuất chất nổ gây ônhiễm crôm; công nghiệp mỏ, than đá, sản xuất ắc quy, xăng, điện tử gây ô nhiễm chì;công nghiệp sản xuất pin, đèn huỳng quang, nhiệt kế gây ô nhiễm thủy ngân Chínhđiều này làm cho môi trường gần các khu công nghiệp có hàm lượng kim loại nặngtương đối cao Theo kết quả quan trắc và phân tích môi trường, hàm lượng đồng, chì,cadimic và coban ở trong nguồn nước gần các thị trấn và trung tâm công nghiệp lớnnhiều hơn so với mức bình thường

2.2.2 Từ các hoạt động công nghiệp khai thác kim loại

2.2.2.1 Chu trình kim loại công nghiệp

Ô nhiễm KLN cũng có nguồn gốc từ sản xuất công nghiệp và khai thác mỏ.Quặng được đưa lên một sàng, được nghiền và tách các thành phần nhỏ, tạo thành mộtsản phảm giàu KLN ( quá trình làm giàu), cộng với một số lượng lớn trong chấtthải Các chất thải thường được thải ra dưới dạng bùn than xuống một đầm, thường làcác lòng chảo tự nhiên hay một hồ Quặng sau khi sàng được đưa đến một lò nấu chính.Chất thải lò bao gồm chất thải nóng chảy gọi là xỉ, được phân tán trong đất, kèm theosự phóng thích SO2, các khí khác và kim loại ứng với quặng đó Thành phần từ các lòluyện chảy được đưa đến các lò luyện tinh để sản xuất các kim loại tinh khiết kèm theosự phóng thích một lần nữa của khí và kim loại tương ứng ra khí quyển Kim loại tinhđã được luyện tinh được dùng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau Từ đây, nó cóthể tạo ra sự ô nhiễm một lần nữa vào đất, nước và không khí Sau một thời gian hữu

thải hồi thành rác thải hay, đáng tiếc hơn, nó có thể tập trung vào các đống rác ở cácvùng đất tốt Tấc cả các quá trình trên đều gây ra ô nhiễm môi trường

2.2.2.2 Ô nhiễm KLN từ chất thải khai thác mỏ

Sự ô nhiễm quanh các khu vực mỏ là do các đống chất thải trong quá trình khaimỏ, các rác tập trung thành hố… Do hàm lượng độc chất KLN lớn, sự phát triển củathực vật trên các chất thải có thể bị hạn chế và chuyển thành một lớp cỏ chuyển tiếp –một quần thể cây thân thảo

2.2.2.3 Các lò nấu kim loại

Một sô nghiên cứu chi tiết cho thấy môi trường xung quanh các lò nấu kim loạithường bị ô nhiễm Một số trường hợp được biết rõ là các lò nấu nickel – đồng ởSubury (Whitby và Hutchinson, 1974…) , xưởng đúc đồng ở Gusum, Thụy Điển(Tyler ,1984) và lò nấu chì – kẽm ở Avenmouth, Anh (Hutton, 1984)

Các báo cáo này cũng kết luận rằng, tổng lượng bụi chứa kim loại thải ra ngoàikhí quyển từ những lò nấu kim loại gần Sudbury trung bình là 1,89x104 tấn/năm vàogiữa những năm 1973 và 1981, bao gồm 4.2x103 tấn/năm bụi sắt, 6.7x102/năm vụiđồng; 5.0x102 tấn/năm bụi nickel; 2.0x102 tấn/năm bụi chì và khoảng 50% lượng bụiarsenic (Chan và Lusis, 1985) Nhìn chung, có khoảng 50% lượng bụi phát tán từ các lònấu kim loại không đi xa được (Chan và Lusis, 1985) Tỉ lệ lắng đọng đặc biệt lớn ởnhững nơi gần nguồn chính và chúng cũng giảm theo cấp số mũ, theo khoảng cáchtăng

Mức độ lắng đọng trong khí quyển song song với mức độ ô nhiễm môi trườngđất Điều này được minh chứng bằng hàm lượng nickel và đồng ở những vùng đất rừngcắt ngang lò nấu kim loại Cu ở Cliff Hàm lượng nickel và đồng lớn đến 4900 ppm mỗichất, hiện diện ở đất rừng ngay sát lò nấu, cùng với nhiều hơn 370 ppm Ni và 260 ppm

Cu trong tán lá cây ( Freedman và Hutchinson, 1980) Khả năng liên kết kim loại lơncủa đất hữu cơ rừng là các kim loại lắng sâu xuống đất Nông độ kim loại trong đấtkhông bị ô nhiễm nhỏ hơn nhiều, bởi vì khả năng chứa cation trao đổi của đất bị giớihạn

2.2.3 Từ các chất trừ sâu vô cơ

Thuốc trừ sâu vô cơ là rất cần thiết cho cây trồng Các hóa chất như arsenic,calci arsenate và đồng sulfate được sử dụng để trừ các nấm gây bệnh và các loài độngvật chân đốt hơn một thế kỷ nay (ngày nay đã được thay thế bởi các thuốc trừ sâu hữu

cơ tổng hợp) Lượng thuốc phun thông thường lớn, đến 8.7 kg/ha/năm; 2.7 với arsenic;7.5 với kẽm và 3.5 với đồng; tùy vào loại hạt giống, vào bệnh gây hại và vào công thứcthuốc Tùy thuộc vào chất nền của thuốc trừ sâu sử dụng mà tất cả các nguyên tố nàycó thể đọng lại trên đồng ruộng , trong cây và trong hệ sinh thái

Do các nguyên tố này bị liên kết tạo phức bởi các chất hữu cơ trong đất và bởicác bề mặt trao đổi ion khác với hạt keo đất, chúng rất hiếm khi hòa tan và có xuhướng tích tụ lại trong nước Chẳng hạn, nồng độ chì lớn đến 890 ppm và 126 ppmarsenic được tìm thấy trong đất bề mặt của vườn táo ở Ontario, so với mức nền củanguyên tố này tương ứng là <25 ppm và <10 ppm (Frant et al, 1976) Sự tích tụ này dohơn 70 năm sử dụng chì arsenate làm thuốc trừ sâu, đặc biệt là chống lại bướm tuyết

(laspreyresia pomonella) gây nên bệnh táo sâu

2.2.4 Từ bùn cống rãnh

Việc sử dụng bùn cống có chứa kim loại có thể gây ra sự ô nhiễm đất nôngnghiệp và hạt giống Bùn cống rãnh là một sản phẩm phụ của quá trình xử lý nước thảiđô thị Bùn cống rãnh là thứ đất được ưa chuộng do nhiều chấy hữu cơ và chứa hàmlượng đáng kể dưỡng chất đa lượng như nitrogen và phosphorus Chẳng hạn, 5.6x106

tấn/năm sản phẩm bùn cống ở Mỹ, khoảng 42% được dùng cho đất trại; 5.9x106

tấn/năm sản phẩm bùn cống ở Tây Âu (Brown và Jacobson, 1970) Bùn cống đượcdùng ở hầu hết các nước công nghiệp, nơi việc xử lý chất thải là thường xuyên

Không may là bùn thải từ công nghiệp có chứa lượng lớn các chất độc Nồng độcủa các nguyên tố trong nước cống ở nhiều nước công nghiệp chứng tỏ rằng hàm lượngkim loại trong nước cống thay đổi khủng khiếp Sự thay đổi to lớn này phản ánh sựkhác biệt về bản chất của các nguồn thải công nghiệp với các hệ thống nước thải riêngbiệt Sự đa dạng của các nguyên tố cadimi, đồng, nickel và kẽm là nguyên nhân chắc

2.3 Các tác động của việc ô nhiễm KLN

Sự ô nhiễm KLN sẽ gây ảnh hưởng xấu đến môi trường sinh thái và con người.Với nồng độ cao, nhất là những KLN có độc tính mạnh như đồng, chì, cadimi, thuỷngân, asen, crôm, niken…sẽ gây tử vong cho người và động thực vật, làm chết hệ visinh vật trong đất, nước dẫn đến việc làm giảm khả năng phân huỷ của đất, nước gây ônhiễm nghiêm trọng hơn Đặc biệt là ở người, KLN sẽ xâm nhập vào cơ thể con ngườiqua nhiều đường như qua da, mắt, hô hấp và nhiều nhất là bằng cách tích luỹ trongchuỗi thức ăn rồi đi vào cơ thể con người Tuỳ vào từng loại kim loại, từng nồng độkhác nhau mà chúng có thể gây ra ngộ độc cấp tính hay tích luỹ trong cơ thể và gâyngộ độc mãn tính cho con người cũng như cho sinh vật [4]

2.3.1 Tác hại của đồng (Cu)

Đồng là một chất quan trọng, là nguyên tố vi lượng cần thiết cho cây trồng vàđộng vật Ơû trạng thái kim loại, đồng có màu hơi đỏ, sáng bóng ánh kim, mềm dễ dátmỏng và là một chất dẫn nhiệt dẫn điện tốt Trong tự nhiên, đồng tồn tại ở nhiềusulfides, muối sulfate, carbonate Trong nước thải, đồng tồn tại chủ yếu dưới dạng ion

Cu2+[4]

Đồng có thể xâm nhập vào cơ thể chúng ta qua da, mắt, hô hấp hay qua ănuống Khi đồng xâm nhập vào cơ thể con người với liều lượng cao có thể gây ra cácphản ứng lại như đỏ hay sưng tấy các vùng tiếp nhận như da, mắt, mũi, miệng, và nó cóthể dẫn đến nhức đầu, đau bụng, chóng mặt, nôn mửa, tiêu chảy Nếu xâm nhập vào cơthể với nồng độ cao hơn thì có thể bị tổn hại gan và thận hoặc có thể dẫn đến chếtngười [35] Chứng nhiễm đồng di truyền trong con người đã được Wilson biết đến nhưlà một bệnh tật vào năm 1912 Trong căn bệnh Wilson’s là do nguyên nhân đồng đãđược tích luỹ trong gan, khi nó bắt đầu nhiễm sâu sẽ xuất hiện dấ hiệu bất lợi cho môhạch [4]

2.3.2 Tác hại của nikel (Ni)

Nikel xâm nhập vào cơ thể con người qua đường ăn uống, da, mắt, và hô hấp.Tác hại của việc nhiễm độc bởi nikel có thể gây ra các triệu chứng như nhức đầu,choáng váng, dị ứng trên da Nếu tích luỹ nikel trong cơ thể với nồng độ cao có thể dẫn

đến ung thư gan, ung thư tuyến tiền liệt, rối loạn tim mạch, những khiếm khuyết khisinh con…[35].

2.3.3 Tác hại của một số KLN quan trọng khác như thuỷ ngân, cadimi, asen, chì, crôm

Thuỷ ngân là một trong số các nguyên tố độc nhất đối với con người và nhiềuđộng vật bậc cao, nhất là tồn tại dưới dạng ion Một trong những trường hợp gây ra bởiđộc chất của metyl thuỷ ngân tiêu biểu là bệnh Minamata ở Nhật Bản vào năm 1950,gây tổn thất rất nặng nề về con người và môi trường tại Minamata Tại Đức cũng cótrường hợp ngộ độc của các loài thú hoang do ăn phải lá cây có chứa metyl thuỷ ngân

[4]

Cadimi cũng là một KLN có độc tính cao với khả năng tích tụ mãn tính trong cơthể con người nhất Sự tích luỹ cadimi ở thận dẫn đến phá huỷ chức năng lọc của thận.Cadimi cũng được tích luỹ ở gan và phá huỷ gan ảnh hưởng đến khả năng bài tiếtprotein và đường dư thừa trong cơ thể con người Ngoài ra nó còn gây ra một số bệnhnguy hiểm khi xâm nhập vào cơ thể như : tổn hại hệ thần kinh trung ương, ảnh hưởnghệ miễn dịch, gây rối loạn cơ thể, có thể gây ảnh hưởng đến DNA và gây ung thư [35].

Việc nhiễm độc chì cũng có thể dẫn đến các ảnh hưởng như : gây ra bệnh thiếumáu, tụt huyết áp, tổn hại gan, não, gây vô sinh ở nam, làm giảm khả năng tiếp thu ởtrẻ…[35]

Nói chung, một số KLN khi ở dạng vết thì rất cần thiết cho tế bào nhưng khi ởnồng độ cao thì sẽ gây độc đối với con người và môi trường Tuỳ vào từng loại kim loạivà từng nồng độ khác nhau sẽ gây mức độ tác hại khác nhau Vì vậy chúng cần đượcloại bỏ khỏi đạt mức tiêu chuẩn nhằm hạn chế sự ảnh hưởng đến môi trường hệ sinhthái

Chương 3 : CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KLN

3.1 Các phương pháp hoá lý

3.1.1 Phương pháp hấp phụ [3]

Hấp phụ các ion kim loại nặng hoà tan là kết quả của sự di chuyển phân tử củanhững chất đó từ nước vào bề mặt chất hấp phụ dưới tác dụng của trường lực bề mặt.Qúa trình hấp phụ là một quá trình thuận nghịch Nghĩa là sau khi những ion kim loạinặng đã được hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ đến khi bị bão hoà rồi thì có thể dichuyển ngược lại từ bề mặt chất hấp phụ vào dung dịch Hiện tượng này gọi là khử hấpphụ hay là hiện tượng nhả hấp

Có 2 kiểu hấp phụ là hấp phụ trong điều kiện tĩnh và hấp phụ trong điều kiện

động

Hấp phụ trong điều kiện tĩnh là không cho sự dịch chuyển tương đối của phân tử

nước so với phân tử chất hấp phụ, mà chúng cùng chuyển động với nhau Biện phápthực hiện là cho chất hấp phụ vào nước ô nhiễm kim loại nặng và khuấy trộn trong mộtthời gian đủ để đạt được trạng thái cân bằng nồng độ

Hấp phụ trong điều kiện động là có sự di chuyển tương đối của phân tử nước so

với phân tử chất hấp phụ

Những chất hấp phụ có thể là : than hoạt tính, nhựa tổng hợp có khả năng traođổi ion, than nâu, than bùn, than cốc, đôlômit…Bông cặn của những chất keo tụ(hydroxyt của kim loại) và bùn hoạt tính từ bể aeroten cũng có khả năng hấp phụ.

Than hoạt tính là chất hấp phụ thông dụng để xử lý các ion kim loại và các chấtbẩn trong nước nhưng chi phí hoàn nguyên đắt tiền nhưng lượng than sau khi hoànnguyên tái sử dụng không cho hiệu quả cao, do đó tạo nên chi phí xử lý đắt tiền

3.1.2 Trao đổi ion [3]

Phương pháp này được ứng dụng để xử lý nước thải khỏi các ion kim loại nặngnhư : Zn, Cu, Ni, Cr, Pb, Hg, Cd, Mn…cũng như các hợp chất của asen photpho, xyanuavà các chất phóng xạ…Ngoài ra phương pháp này còn cho phép thu hồi các kim loại cógiá trị

Trao đổi ion là một quá trình trong đó các ion trên bề mặt tiếp xúc của chất rắntrao đổi với ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau Các chất nàygọi là các ionit (chất trao đổi ion), chúng hoàn toàn không tan trong nước Các chất cókhả năng hút các ion dương từ dung dịch điện ly gọi là các cationit, mang tính acid Cácchất có khả năng hút các ion âm gọi là anionit, mang tính kiềm Nếu như các chất nàođó trao đổi được với cả cation và anion thì được gọi là ionit lưỡng tính

Các chất trao đổi ion : các chất trao đổi ion có thể là các chất vô cơ hoặc hữu cơ,có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp nhân tạo

- Nhóm các chất trao đổi ion vô cơ tự nhiên gồm có các zeolic, kim loại khoángchất, đất sét, fenspat, chất mica khác nhau…Các chất có tính chất trao đổi cation là cácchất chứa nhôm silicat loại : Na2O.Al2O3.nSiO2.mH2O Các chất trao đổi ion có nguồngốc các chất vô cơ tổng hợp gồm silicagel, permutit (chất làm mềm nước)

- Các chất trao đổi ion hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên gồm acid humic của đất vàthan đá, chúng mang tính acid yếu Để tăng tính acid và dung lượng trao đổi, người tanghiền nhỏ than và lưu hoá ở điều kiện dư oleum Than sunfo là các chât điện ly caophân ử, rẻ và chứa cả nhóm acid mạnh và acid yếu Các chất trao đổi ion này có nhược

điểm là độ bền hoá học và cơ học thấp, dung lượng thể tích không lớn, đặc biệt trongmôi trường trung tính.

- Các chất trao đổi ion hữu cơ tổng hợp là các nhựa trao đổi (resin) có bề mặtriêng lớn, chúng là những hợp chất cao phân tử Các gốc hydrocarbon của chúng tạonên lưới không gian với các nhóm chức năng trao đổi ion cố định Các ion kim loạiđược lấy ra khỏi nước thải nhờ trao đổi với các ion Na+ hay H+ của nhựa cation acidmạnh Đây là loại chất trao đổi ion được sử sụng rộng rãi và phổ biến vì có dung lượngtrao đổi lớn và khắc phục được các nhược điểm của chất trao đổi có nguồn gốc tựnhiên

Hiệu quả của quá trình trao đổi ion còn phụ thuộc vào nhiệt độ và pH của nướcthải Khi nhiệt độ nước thải cao có thể làm vỡ các hạt nhựa của chúng, tách rời cácnhóm hoạt động ra dẫn đến giảm dung lượng Mỗi một nhựa trao đổi có giới hạn nhiệtđộ của chúng, vượt quá giới han đó thì không thể sử dụng được Về đại lượng pH củanước thải để tiến hành trao đổi ion phụ thuộc vào hằng số phân ly các nhóm trao đổiion của nhựa Các loại nhựa cation acid mạnh cho phép tiến hành quá trình trong bất cứmôi trường nào, còn các cation acid yếu thì chỉ tiến hành trao đổi trong môi trườngkiềm và trung tính

Phương pháp này có ưu điểm là có thể thu hồi lại được các kim loại Nhưng cókhuyết điểm là chi phí cao, vận hành tốn kém do phải tốn chi phí hoá chất để hoànnguyên các ion trở lại cho nhựa trao đổi

3.1.3 Các quá trình tách bằng màng [3]

3.1.3.1 Thẩm thấu ngược (màng RO)

Thẩm thấu ngược là quá trình di chuyển của các phân tử nước từ dung dịch đậmđặc qua màng bán thấm sang dung dịch loãng, dưới tác dụng của áp lực lớn hơn sựchênh lệch áp suất thẩm thấu của hai dung dịch đó Màng bán thấm này chỉ cho cácphân tử nước đi qua, giữ lại các ion kim loại và các chất khác có kích thước lớn hơnkích thước của phân tử nước Nhờ vậy, các ion kim loại được tách ra khỏi nguồn nước ônhiễm kim loại

Nhược điểm của phương pháp sử dụng màng RO :

- Qúa trình tiến hành ở áp suất cao đòi hỏi phải có bộ phận làm kín đặc biệt

- Phát sinh hiện tượng phân cực nồng độ do sự tăng nồng độ ở bề mặt màng, dẫnđến giảm năng suất, giảm mức độ phân tách các cấu tử và giảm tuổi thọ của màng Dođó cần phải thay màng thường xuyên nên chi phí xử lý cao

3.1.3.2 Điện thẩm tách

Điện thẩm tách được thực hiện bằng cách đặt các màng có tính chọn lọc vớication và anion luân phiên nhau dọc theo dòng điện Khi đưa dòng điện vào, điện thếgiữa hai điện cực tạo ra sự di chuyển của cation và anion hướng về các điện cực Dướisự tác động của dòng điện, các ion kim loại sẽ đi qua màng chọn lọc ion

Nhược điểm của phương pháp này cũng tương tự như trên là các màng chọn lọcion dễ bị tắc nghẽn và cần phải thay màng định kỳ

3.1.4 Phương pháp kết tủa hóa học

Phương pháp kết tủa thường được ứng dụng cho xử lý nước thải chứa ion kimloại nặng Các ion kim loại nặng thường kết tủa ở dạng hydroxide, vì vậy khi cho cácchất kiềm hoá như vôi, NaOH, Na2CO3… vào nước có chứa ion kim loại nặng để đạt đếngiá trị pH tương ứng với độ hoà tan nhỏ nhất Giá trị pH này thay đổi tuỳ theo từng kimloại, như độ hoà tan nhỏ nhất của crôm là ở pH 7.5, kẽm là 10.2 và nikel là 11.5 [8]

Khi xử lý nước thải chứa ion kim loại nặng bằng phương pháp này, cần phải xửlý sơ bộ để khử đi các chất cản trở quá trình kết tủa Ví dụ như cyanide và ammoniahình thành phức với nhiều kim loại, làm giảm hiệu quả quá trình kết tủa [8]

Trong xử lý nước thải công nghiệp, kim loại có thể được loại bỏ bằng quá trìnhkết tủa hydroxide với chất kiềm hoá, hoặc dạng sulfide hay carbonat Một số kim loạinhư arsenic hay cadmium ở nồng độ thấp… có thể xử lý hiệu quả khi cùng kết tủa vớiphèn nhôm hoặc phèn sắt [8]

Phương pháp này không cho hiệu quả cao ở nồng độ ô nhiễm KLN từ 1 –100ppm, nhưng chi phí cho hoá chất kết tủa và keo tụ hay lọc để loại bỏ phần kết tủalại cao [12].

3.2 Các phương pháp sinh học

Đối với việc ô nhiễm KLN trong nước thải đang là vấn đề đang được quan tâmhiện nay, vì KLN ô nhiễm trong nguồn nước sẽ khó bị phân huỷ dễ dàng nhờ vào quátrình làm sạch tự nhiên Các phương pháp xử lý KLN trong nước thải bằng hoá học hayhoá lý như : kết tủa hoá học, trao đổi ion, lọc màng và hấp phụ đều cho cho chi phí xửlý cao, quá trình phức tạp, nhưng hiệu quả xử lý không triệt để [12, 24] Qúa trình hấpphụ trên carbon hoạt tính cũng là một phương pháp được ghi nhận đối với việc loại bỏKLN trong nước thải Chi phí của carbon hoat tính cao là một trong những giới hạn choviệc dùng nó làm chất hấp phụ [12, 24] Vì vậy việc sử dụng các chất hấp phụ sinh họcsẽ khắc phục được chi phí xử lý do nguồn nguyên liệu dồi dào của sinh khối từ tự nhiênhay tái sử dụng từ quá trình sản xuất công nghiệp, đồng thời cũng cho hiệu quả xử lýcao ngay cả ở nồng độ thấp Theo những nghiên cứu gần đây, các chất hấp phụ sinhhọc có khả năng loại bỏ KLN như các loài thực vật, cỏ, bèo…và các loại vi sinh vật như

vi khuẩn, tảo, nấm mốc và nấm men [10 – 32]

3.2.1 Ứng dụng thực vật trong xử lý KLN trong nước

Thực vật có nhiều cách phản ứng khác nhau đối với sự có mặt của các ion kimloại trong môi trường Hầu hết, các loài thực vật rất nhạy cảm với sự có mặt của cácion kim loại, thậm chí ở nồng độ rất thấp Tuy nhiên, vẫn có một số loài thực vật khôngchỉ có khả năng sống được trong môi trường bị ô nhiễm bởi các kim loại độc hại màcòn có khả năng hấp thụ và tích các kim loại này trong các bộ phận khác nhau củachúng[15]

Trong thực tế, công nghệ xử lý ô nhiễm bằng thực vật đòi hỏi phải đáp ứng mộtsố điều kiện cơ bản như dễ trồng, có khả năng vận chuyển các chất ô nhiễm từ đất lênthân nhanh, chống chịu được với nồng độ các chất ô nhiễm cao và cho sinh khối nhanh[15] Tuy nhiên, hầu hết các loài thực vật có khả năng tích luỹ KLN cao là những loài

phát triển chậm và có sinh khối thấp, trong khi các thực vật cho sinh khối nhanh thườngrất nhạy cảm với môi trường có nồng độ kim loại cao.

Một số loài thực vật thuỷ sinh cũng có khả năng hấp thụ kim loại nặng rất tốt.Các thí nghiệm của S.K.Jain, P.Vasudevan và N.K Jha (1987) ở Aán Độ cho thấy cácloài bèo hoa dâu đều có khả năng làm giảm kim loại nặng ở nồng độ thấp rất tốt Ví dụ

như : hiệu quả xử lý đồng của bèo dâu Lemnaminor và Aspirodela polyrhiza là khoảng

80% đối với nồng độ đồng ban đầu là 1.0ppm, 75% đối với nồng độ 4.0ppm và 65% đối

với nồng độ là 8.0ppm Khả năng xử lý đồng của loài bèo hoa dâu Azolla pinata còn

cao hơn so với hai loài trên Ngoài ra các tác giả khác như H.H.Harger (1989),E.H.Livinger (1993), P.L.M.Veneman (1996), P.H Templet (1998) cũng đã công bốnhững kết quả nghiên cứu về khả năng hấp thụ các ion kim loại nặng bởi các cây họsậy và các loài bèo tây [5]

Ngoài ra còn có một vài loại thực vật khác có khả năng tích tụ KLN như loài cỏ

Deschampsia caespitosa và Agostis gigantea có khả năng tích tụ tốt nikel và đồng; cây

hoa môi Becium homblei có khả năng tích tụ đồng cao, sống được trong đất chứa nhiều hơn 1000ppm Cu (Cannon,1960); một số loài cây Astralagus conopsis, Stanleya và

Xylorhisa có khả năng tích luỹ một lượng lớn selenium dưới dạng selenate và hỗn hợp

Se hữu cơ cây trong các mô của chúng (103-104 mg Se/kg trọng lượng khô) [4]

3.2.2 Ứng dụng vi sinh vật trong xử lý KLN trong nước

3.2.2.1 Tảo

Tảo là loài vi sinh vật phổ biến trong nước kể cả nước ngọt hay nước mặn Tảokhác với nấm và vi khuẩn ở khả năng quang hợp, sử dụng năng lượng ánh sáng làmnăng lượng sinh tổng hợp Một số loài tảo có khả năng xử lý tốt ion kim loại nặng vớinồng độ không cao trong nước Một số nghiên cứu của về khả năng loại bỏ ion kim loại

nặng trong nước của một số loài tảo như loài tảo Chlorella vulgaris Kết quả nghiên cứu cho thấy Chlorella vulgaris có thể xử lý nikel và đồng hiệu quả ở nồng độ thấp, đối

với nồng độ 5ppm thì kết quả xử lý đạt trên 90% Cu và gần 70% Ni trong vòng 60phút.Khi nồng độ càng tăng thì hiệu quả xử lý càng giảm, như đến nồng độ 50ppm thì hiệu

Patricia A Terry về khả năng hấp phụ cadimi và đồng của tảo Scenedesmus abundans đạt được trên 95% ở nồng độ 10ppm, với khối lượng tảo Scenedesmus abundans sử dụng

là 62mg/l trong khoảng thời gian 36 giờ [27]ø Ngoài ra còn có một số loại tảo khác

cũng có khả năng xử lý kim loại nặng ở nồng độ thấp như Selenastrum capricornutum,

Olisthodiscus luteus, Clamydomonas reinhardti…[5]

3.2.2.2 Nấm mốc

Nấm mốc có mặt ở khắp nơi, dễ dàng phát triển, có nguồn sinh khối dồi dào từcác quá trình ứng dụng của một vài giống nấm mốc trong sản xuất công nghiệp, hoặccó thể được nhân sinh khối trong các môi trường rẻ tiền, và rất có tiềm năng trong việcứng dụng để loại bỏ KLN trong nước thải Hiệu quả xử lý KLN của nấm mốc phụ thuộcvào nhiều yếu tố như giống được chọn để hấp phụ, kim loại cần xử lý, việc bất hoạtsinh khối bằng phương pháp nào để không gây ô nhiễm nấm mốc cho nguồn nước đầu

ra và cho hiệu quả xử lý cao…Ngoài những yếu tố đó còn có các thông số ảnh hưởngđến hiệu quả hấp phụ như pH, nồng độ KLN, thời gian hấp phụ[11 – 14]

Bảng 3.1 Các kết quả nghiên cứu về khả năng hấp phụ KLN của một số giống nấm mốc.

Giống nấm mốc KL và chi tiết thí nghiệm Khả

nănghấp phụ(mgKL/gSK)

Rao et al (1993) Kurek et al (1982)

Kuyuack & Volesky (1988)

1.817.613.82.2

1.50.42.43.61.30.2

80235.0

Mullen et al (1992)

Mullen et al (1992)

May (1984)

Huang et al (1991) Huang et al (1988)

Tsezos & Volesky (1981)Tsezos & Volesky (1981)Townsley & Ross (1986)Townsley & Ross (1986)Townsley & Ross (1986)Townsley et al (1986)

Siegel et al (1983) Siegel et al (1983) Siegel et al (1983)

Rizopus arrhizus

Pb, 90mg/l, 24h

CrMnCuZnCdHgPbAg

116

31121620305810454

Niu et al (1993)

Tobin et al (1984) Tobin et al (1984) Tobin et al (1984) Tobin et al (1984) Tobin et al (1984) Tobin et al (1984) Tobin et al (1984) Tobin et al (1984)

Và cũng còn rất nhiều giống nấm mốc khác được sử dụng làm chất hấp phụ

KLN như Asp.flavus [30], Rhizopus oryzae [17], Rhizopus nigricans [31], Mucor rouxii

[32]…

Ngoài ra còn một số VSV khác cũng có khả năng xử lý KLN như nấm men có

Saccharomyces cerevisiae, vi khuẩn có Bacillus spp [26], Pseudomans syringae [16], vi

khuẩn bùn hoạt tính [33]…

Chương 4 : NẤM MỐC

Nấm mốc là tên chung để chỉ các loại nấm hiển vi có cấu tạo sợi, không phảinấm men cũng không phải các loại nấm lớn Chúng thuộc loại thực vật hạ đẳng có bàotử, không có diệp lục, không có khả năng tổng hợp các chất hữu cơ từ khí cacbônic màsử dụng trực tiếp chất hữu cơ có sẵn để sinh sống Nấm mốc chỉ mọc tốt trong môitrường có nhiều không khí Vì vậy chúng thường phát triển trên bề mặt của cơ chất [6]

Nấm mốc có khả năng phân giải mạnh các hợp chất pectin, kitin, cellulose,protein, lipid… nên nhiều loài được sử dụng trong công nghiệp sản xuất các chế phẩmenzime, các loại axit hữu cơ, chất kháng sinh, vitamin…[9, 34]

Bên cạnh những lợi ích về nhiều mặt, nấm mốc cũng gây nhiều thiệt hại trongviệc bảo quản thực phẩm và là nguyên nhân gây nhiều bệnh phổ biến cho người và giasúc [9, 34]

4.1 Cấu tạo tế bào nấm mốc

Dựa vào cấu trúc của nhân tế bào, Chatton và Lwoff đã chia các vi sinh vật ra thành

2 nhóm, đó là nhóm Procaryote và Eukaryote Procaryote có nhân tế bào chưa phânhoá hoàn chỉnh, nhiễm sắc thể chưa có màng nhân bao bọc, chưa hình thành tiểu hạch,

lam Eukaryote thì có nhân tế bào đã phân hoá hoàn chỉnh, có màng nhân và tiểu hạch.Eukaryote gồm 2 nhóm là Eukaryote đơn bào, có ở nấm men, tảo đơn bào, nguyên sinhđộng vật, và Eukaryote đa bào, có ở nấm mốc, nấm bậc cao, tảo đa bào, động thực vậtbậc cao [9].

Cấu trúc tế bào của nấm mốc thuộc loại tế bào Eukaryote gồm có 3 thành phầnchính là màng tế bào, bào tương (tế bào chất) và nhân [1] Sau đây là cấu tạo của màngtế bào, nơi tương tác đầu tiên đối với tất cả các chất khi tiếp xúc với tế bào

Hình 4.1 Cấu tạo tế bào Eukaryote

4.1.1 Màng bảo vệ (cell wall) [1]

- Ơû một số tế bào động vật : ngoài màng sinh chất còn có một lớp dày che phủ,còn được gọi là màng bảo vệ hay thành tế bào Lớp này có thành phần gồm các chấtnhầy hoặc kitin có thấm muối calci như một số đơn bào có vỏ bọc hoặc ở tế bào vỏ tiếttúc.

- Tế bào thực vật : ngoài màng sinh chất còn có màng cellulosoe dày, màng nàyphát triển mạng ở các mô nâng đỡ, phát triển yếu ở các mô phân sinh

- Màng không có tính chất của màng bán thấm mà cho cả nước và các chất hoàtan đi qua một cách tự do Màng bảo vệ làm nhiệm vụ bảo vệ và giữ cho hình dạng tếbào không đổi

4.1.2 Màng sinh chất (cell membrane) [1]

Tất cả mọi tế bào động vật và thực vật đều được bao bọc bởi màng sinh chất

Trong tế bào, ngoài màng sinh chất còn có các màng tạo nên các bào quan, cấutrúc cơ bản tương tự nhau Ở một số tế bào Eukaryote, hệ thống màng chiếm trên 80%khối lượng khô của tế bào Tất cả mọi màng sinh chất bao bọc tế bào và các bào quanđều có thành phần cơ bản giống nhau : các phân tử lipid, các phân tử protein vàsaccarid Dưới kính hiển vi điện tử, màng sinh chất là một màng mỏng từ 70 Ao đến 100

Ao , gồm hai lớp sẩm song song kẹp giữa là một lớp nhạt Mỗi lớp dày khoảng 20-30

Ao Lớp nhạt là lớp lipid kép, còn lại hai lớp sẩm gồm các phần tử protein và các đầu tự

do của các phân tử protein lộ ra khỏi lớp lipid

4.1.2.1 Lớp lipid kép

Màng lipid kép là cấu trúc cơ bản của màng sinh chất gồm hai dãy phân tử lipidáp sát nhau Các phân tử lipid gồm 3 loại : phospholipid, cholesterol, và glycolipid Cả

ba loại đều có phần đầu ưa nước và phần đuôi kị nước Đầu ưa nước quay ra phía bềmặt trong và bề mặt ngoài tế bào để tiếp xúc với nước Đầu kỵ nước quay vào nhau,nơi ranh giới của hai dãy phân tử lipid

Tính chất dấu đầu kỵ nước làm cho màng luôn có xu hướng kết dính với nhau và

có thể tiếp nhận một bộ phận lipid mới vào màng, có thể hợp nhất hai màng tế bào khihai màng tế bào hoà nhậo vào nhau Các phân tử lipid trong màng có khả năng chuyểnđộng nghĩa là có thể uốn cong hoặc tự xoay xung quanh trục dài của phân tử hoặc ï đổichỗ với phân tử lipid kế cận trong cùng một dãy (đổi chỗ ngang) hoặc đôi khi đổi chỗvới phân tử ở dãy đối diện.

- Các thành phần lipid trong màng

+ Phospholipid : có nhiều loại phospholipid, chúng là thành phần nhiều nhấttrong màng sinh chất

Các phospholipid khác nhau về phần đầu ưa nước, khác nhau về kích thước hìnhdạng và điện tích Sự sắp xếp của các phần tử mang điện tích tạo nên điện tích khácnhau trên hai bề mặt trong và ngoài của màng tế bào

Các phospholipid có chức năng làm dung môi của protein màng hoặc giúp choprotein màng có hoạt động tối ưu Một số protein màng chỉ có thể hoạt động dưới sự cómặt của nhóm phospholipid đặc hiệu

+ Cholesterol : cholesterol là một sterit do sự kết hợp của sterol với axit béo.Màng tế bào Eukaryote chứ một số lượng lớn khá nhiều cholesterol cùng nhiều loạiphospholipid

Các phân tử cholesterol nằm xen với các phospholipid Cholesterol có tác dụngngăn cản các chuỗi hydrocarbon liên kết với nhau và kết tinh duy trì tính lỏng linh độngcủa màng Tính lỏng của màng rất quan trọng, một số quá trình vận tải chất qua màngvà sự hoạt động men của màng bị đình chỉ nếu độ quánh của màng tăng lên quá mức

Cholesterol còn có tác dụng duy trì tính bền cơ học của màng Những dòng tếbào đột nhiên mất khả năng tổng hợp cholesterol sẽ bị tan đi nhanh chóng vì màng lipidkhông tồn tại được

+ Glycolipid : glycolipid là các phân tử lipid có chứa olisaccarid (các nhómcó ít pphân tử đường 6 cacbon)

Glycolipid có mặt ở tất cả các màng tế bào động vật và chiếm khoảng 5% lipid

ở dãy ngoài của lớp lipid kép Glycolipid cũng có mặt ở màng tế bào thực vật và vikhuẩn Các Glycolipid nằm xen kẽ với các phân tử phân tử phospholipid nhưng cácnhóm đường bộc lộ ra bề mặt tế bào

Chức năng của Glycolipid còn trong giả thuyết Có lẽ chúng có tác dụng là cácphân tử tiếp nhận các tín hiệu giữa các tế bào

4.1.2.2 Các protein của màng sinh chất

- Khối lượng :

Lipid màng đảm nhiệm phần cấu trúc cơ bản còn các chức năng đặc hiệu củamàng phần lớn do các phân tử protein màng Protein màng chiếm khoảng 50% khốilượng của màng sinh chất, màng myelin của dây thần kinh chỉ có dưới 25% khối lượnglà protein nhưng ở màng ti thể và lục lạp có tới 75% khối lượng là protein

Kích thước của protein lớn hơn nhiều so với lipid cho nên tuy về khối lượngprotein là 50% nhưng số lượng lại ít hơn lipid, có chừng 1 phân tử protein trên 50 phântử lipid