khảo sát khả năng hấp thụ kim loại đồng

khảo sát khả năng hấp thụ kim loại đồng

TÓM TẮT

Kim loại nặng là một trong những tác nhân gây ô nhiễm môi trường nước nghiêmtrọng nhất hiện nay, việc loại bỏ các kim loại này ra khỏi môi trường nước bằng cácbiện pháp thông thường như hóa học, vật lý, hóa lý không mang lại hiệu quả cao Tuy

nhiên, có thể sử dụng tảo Spirulina platensis để loại bỏ kim loại nặng ra khỏi môi

trường nước một cách triệt để Khảo sát trên môi trường nước có nồng độ tảo 0.2, 0.4,0.6g/l và nồng độ kim loại nặng (Cu2+) 160, 320, 640mg/l trên hai loại sinh khối tảo(sống và chết) trong thời gian 4 giờ để tìm ra nồng độ tối ưu để đạt được tỷ lệ loại bỏ

cao nhất, và ảnh hưởng của các yếu tố lên khả năng hấp thụ của tảo Spirulina platensis.

MỤC LỤC

TÓM TẮT i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC HÌNH vi

MỞ ĐẦU viii

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1

1.1 Ô nhiễm môi trường 1

1.1.1 Ô nhiễm môi trường đất 1

1.1.2 Ô nhiễm không khí 1

1.1.3 Ô nhiễm môi trường nước 2

1.2 Tình hình ô nhiễm môi trường nước 4

1.2.1 Trên thế giới 4

1.2.2 Tại Việt Nam 5

1.2.3 Các biện pháp khắc phục, xử lý 7

1.3 Ô nhiễm kim loại nặng trong nước 9

1.3.1 Giới thiệu chung về kim loại nặng 9

1.3.2 Nguyên nhân gây ô nhiễm kim loại nặng trong nước 10

1.3.3 Xử lý kim loại nặng bằng chất hấp thụ sinh học 11

1.4 Giới thiệu về tảo spirulina 13

1.4.1 Phân loại 13

1.4.2 Hình thái 14

1.4.3 Cấu tạo 14

1.4.4 Đặc điểm sinh sản 15

1.4.5 Ứng dụng của tảo Spirulina trong xử lý môi trường 16

CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 19

2.1.1 Chủng giống nghiên cứu 19

2.1.2 Môi trường sử dụng 19

2.2 Tiến trình thí nghiệm 19

2.2.1 Nội dung thí nghiệm 19

2.2.2 Bố trí thí nghiệm 20

2.3 Cách thực hiện thí nghiệm 20

2.3.1 Nhân giống tảo Spirulina platensis 20

2.3.2 Thu sinh khối khô 20

2.3.3 Phương pháp khảo sát khả năng hấp thụ kim loại Cu 2+ : 21

3.1 Thời gian đạt tỷ lệ hấp thụ tối đa 23

3.1.1 Tảo chết 23

3.1.2 Tảo sống 25

3.2 Hiệu suất hấp thụ đồng cực đại và nồng độ sinh khối tảo tối ưu để đạt được hiệu suất hấp thụ cực đại 27

3.2.1 Khảo sát nồng độ tảo và hiệu suất hấp thụ đồng 27

3.2.2 Nồng độ kim loại 32

3.3 So sánh khả năng hấp thụ kim loại đồng của sinh khối tảo chết và sinh khối tảo sống 34

3.3.1 Nồng độ Cu 2+ 160mg/l 34

3.3.2 Nồng độ Cu2+ 320mg/l 35

CHƯƠNG IV BÀN LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 38

CHƯƠNG V KẾT LUẬN 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO 43

PHỤ LỤC 48

DANH MỤC BẢN

Bảng 1 1 Nguyên nhân gây ô nhiễm trên các loại môi trường khác nhau và hậu quả

của nó 2

Bảng 1 2 Các phương pháp xử lý ô nhiễm môi trường nước 7Y Bảng 2 1 Giá trị OD tương ứng với các nồng độ tảo 2 Bảng 3 1 Hiệu suất hấp phụ theo thời gian – Tảo chết 0.4g/l – Cu2+ 160mg/l 24

Bảng 3 2 Hiệu suất hấp phụ theo thời gian – Tảo chết 0.2g/l – Cu2+ 320mg/l 24

Bảng 3 3 Hiệu suất hấp thụ theo thời gian – Tảo sống 0.4g/l – Cu2+ 160mg/l 26

Bảng 3 4 Hiệu suất hấp thụ theo thời gian – Tảo sống 0.4g/l – Cu2+ 320mg/l 27

Bảng 3 5 Hiệu suất hấp phụ đồng của tảo chết – Cu2+ 160mg/l 29

Bảng 3 6 Hiệu suất hấp phụ đồng của tảo chết – Cu2+ 320mg/l 29

Bảng 3 7 Hiệu suất hấp thụ đồng của tảo sống – Cu2+ 160mg/l 31

Bảng 3 8 Hiệu suất hấp thụ đồng của tảo sống – Cu2+ 320mg/l 31

Bảng 3 9 Hiệu suất hấp thụ theo thời gian tại nồng độ 0.6g/l – Cu2+ 640mg/l 32

Hình 1 5 Hình thái tảo Spirulina platensis quan sát dưới kính hiển vi 14Y

Hình 3 1 Đồ thị biểu diễn tỷ lệ Cu2+ bị hấp phụ (%) theo thời gian (phút) tại nồng độtảo chết 0.4g/l và nồng độ Cu2+ 160mg/l 23Hình 3 2 Đồ thị biểu diễn tỷ lệ Cu2+ bị hấp phụ (%) theo thời gian (phút) tại nồng độtảo chết 0.2g/l và nồng độ Cu2+ 320mg/l 24Hình 3 3 Đồ thị biểu diễn tỷ lệ Cu2+ bị hấp thụ (%) theo thời gian (phút) tại nồng độtảo sống 0.4g/l và nồng độ Cu2+ 160mg/l 25Hình 3 4 Đồ thị biểu diễn tỷ lệ Cu2+ bị hấp thụ (%) theo thời gian (phút) tại nồng độtảo sống 0.4g/l và nồng độ Cu2+ 320mg/l 26Hình 3 5 Đồ thị so sánh khả năng hấp phụ tại nồng độ Cu2+ 160mg/l tại các nồng độtảo chết khác nhau 28Hình 3 6 Đồ thị so sánh khả năng hấp phụ tại nồng độ Cu2+ 320mg/l tại các nồng độtảo chết khác nhau 28Hình 3 7 Đồ thị so sánh khả năng hấp thụ tại nồng độ Cu2+ 160mg/l tại các nồng độtảo sống khác nhau 30Hình 3 8 Đồ thị so sánh khả năng hấp thụ tại nồng độ Cu2+ 320mg/l tại các nồng độtảo sống khác nhau 30Hình 3 9 Đồ thị so sánh khả năng hấp phụ tại nồng độ tảo chết 0.6g/l trên nhiều nồng

độ Cu2+ khác nhau 33Hình 3 10 Đồ thị so sánh khả năng hấp thụ tại nồng độ tảo sống 0.6g/l trên nhiều nồng

độ Cu2+ khác nhau 33Hình 3 11 Đồ thị so sánh tỷ lệ hấp thụ Cu2+ tại nồng độ tảo 0.2g/l – Cu2+ 160mg/l giữahai loại tảo sống và chết 34

hai loại tảo sống và chết 35Hình 3 13 Đồ thị so sánh tỷ lệ hấp thụ Cu2+ tại nồng độ tảo 0.6g/l – Cu2+ 160mg/l giữahai loại tảo sống và chết 35Hình 3 14 Đồ thị so sánh tỷ lệ hấp thụ Cu2+ tại nồng độ tảo 0.2g/l – Cu2+ 320mg/l giữahai loại tảo sống và chết 36Hình 3 15 Đồ thị so sánh tỷ lệ hấp thụ Cu2+ tại nồng độ tảo 0.2g/l – Cu2+ 320mg/l giữahai loại tảo sống và chết 36Hình 3 16 Đồ thị so sánh tỷ lệ hấp thụ Cu2+ tại nồng độ tảo 0.2g/l – Cu2+ 320mg/l giữahai loại tảo sống và chết 37

MỞ ĐẦU

Xã hội loài người đang tiến gần hơn đến sự phát triển bền vững Đó là việc vừaphát triển kinh tế hiện đại song song với bảo vệ môi trường sinh thái Tuy nhiên, tìnhtrạng ô nhiễm môi trường vẫn đang hoành hành ở khắp mọi nơi trên hành tinh xanh mànguyên nhân chủ yếu của ô nhiễm môi trường chính là do ý thức của con người Trongvài thập kỷ gần đây, mặc dù con người đã nhìn thấy được những tác động của ô nhiễmmôi trường và đã có những chiến lược và biện pháp cụ thể để bảo vệ môi trường,nhưng do tốc độ công nghiệp hóa – hiện đại hóa, kéo theo quá trình đô thị hóa với tốc

độ chóng mặt, đồng thời ý thức bảo vệ môi trường của một bộ phận lớn con người trênthế giới còn thấp nên hiện tượng ô nhiễm môi trường vẫn chưa được kiểm soát và ngănchặn, mà còn có dấu hiệu ngày càng nghiêm trọng hơn

Vấn đề đặt ra hiện nay cho toàn thế giới là vừa phải xử lý môi trường đã ô nhiễmmột cách nhanh chóng, rộng khắp và hiệu quả nhất; đồng thời phải kiểm soát quá trìnhtái ô nhiễm môi trường Quá trình ngăn chặn tái ô nhiễm môi trường phụ thuộc rất lớnvào cơ cấu quản lý của các quốc gia trên thế giới và các tổ chức quốc tế, đồng thờiphải có biện pháp nâng cao ý thức của người dân về hành động bảo vệ môi trường Để

xử lý môi trường đã ô nhiễm, có rất nhiều biện pháp vật lý, hóa học, sinh học… đãđược đưa ra bởi các nhà chuyên gia môi trường nhằm xử lý một cách dễ dàng và hiệuquả Trong đó, phương pháp sử dụng các loại tảo (Algae) để hấp thụ các kim loại nặngđộc hại (Cu, Cd, Zn, Mn…) có trong môi trường nước đã được chứng minh là có hiệuquả cao, dễ thực hiện và có thể thực hiện rộng khắp trên toàn thế giới

Đề tài nghiên cứu này sẽ khái quát một cách đầy đủ các khía cạnh của phương

pháp “Khảo sát khả năng hấp thụ kim loại Đồng trên tảo Spirulina platensis” từ

nguyên liệu, đối tượng áp dụng cho đến cách thức tiến hành cũng như kết quả thínghiệm, từ đó có thể đưa ra một số nhận xét và thông tin chủ quan về cách thức vàhiệu quả của phương pháp này

CHƯƠNG I TỔNG QUAN

1.1 Ô nhiễm môi trường

Ô nhiễm môi trường đã trở thành một vấn đề nhức nhối của toàn xã hội Hiện naymặc dù đã có nhiều biện pháp xử lý nhưng tình hình ô nhiễm môi trường vẫn đang ảnhhưởng trực tiếp đến đời sống con người và sinh vật theo các hướng chủ yếu sau:

1.1.1 Ô nhiễm môi trường đất

Đất là một tài nguyên vô cùng quý giá đối với mỗi quốc gia, là điều kiện tồn tại

và phát triển của con người và các sinh vật khác trên trái đất

Nhưng hiện nay diện tích đất canh tác ngày càng bị thu hẹp, thay vào đó là cáckhu công nghiệp, khu dân cư đông đúc, hàng ngày thải vào đất hàng trăm tấn rác thảicủa quá trình công nghiệp hóa – hiện đại hóa và đô thị hóa Dẫn đến chất lượng đấtngày càng bị suy thoái, kéo theo những ảnh hưởng không tốt đến các quần thể sinh vật

và con người

1.1.2 Ô nhiễm không khí

Ô nhiễm không khí là sự có mặt của một chất lạ hoặc một sự biến đổi quan trọngtrong thành phần không khí, làm cho không khí không sạch hoặc gây ra sự tỏa mùi, cómùi khó chịu giảm tầm nhìn xa (do bụi) Không khí là yếu tố quan trọng nhất, khôngthể thiếu đối với đời sống của con người cũng như các loài sinh vật Do đó, ô nhiễmkhông khí sẽ gây ra hậu quả nghiêm trọng nhất Hàng năm con người khai thác và sửdụng hàng tỉ tấn than đá, khí đốt, dầu mỏ để sử dụng trong công nghiệp, vận tải, sinhhoạt… kéo theo hàng triệu tấn khí thải được thải thẳng vào môi trường không qua xử

lý Hàm lượng các loại khí độc trong không khí vượt qua mức cho phép hàng chục đếnhàng trăm lần ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của con người Một loạt hiện tượngnhư thủng tầng ozon, hiệu ứng nhà kính, mưa axit… là những minh chứng rõ rệt chomôi trường không khí bị ô nhiễm nặng nề

1.1.3 Ô nhiễm môi trường nước

Ô nhiễm nước là sự thay đổi theo chiều xấu đi các tính chất vật lý – hoá học –sinh học của nước, với sự xuất hiện các chất lạ ở thể lỏng, rắn làm cho nguồn nước trởnên độc hại với con người và sinh vật Xét về tốc độ lan truyền và quy mô ảnh hưởngthì ô nhiễm nước là vấn đề đáng lo ngại hơn ô nhiễm đất

Bảng 1 1 Nguyên nhân gây ô nhiễm trên các loại môi trường khác nhau và hậu quảcủa nó

Loại môi trường ô

Môi trường nước

Do nhiễm bẩn từ nước thải khucông nghiệp, khu đô thị… Bệnh truyền nhiễm

Do kim loại nặng

(As), (Cd) Gây ung thưhuyết áp cao, đau thậnphá huỷ các mô và tế bàomáu; Pb rất độc ảnhhưởng tới thận và thầnkinh, Hg gây vô sinhCác chất thải độc hại như thuốc

trừ sâu, thuốc diệt cỏ, diệtchuột, các chất tẩy rửa…

Nước có mùi khó chịu,màu không tự nhiên…

Môi trường không khí

Do núi lửa, bão bụi, cháy rừng,động đất, quá trình phân hủyxác động thực vật Gây bụi, giảm tầm nhìn,

gây các bệnh về đường hô

hấp…

Do chất thải công nghiệp, đốtcháy nhiên liệu hóa thạch và dohoạt động của các phương tiện

giao thông

Môi trường đất Chất thải công nghiệp, nông

nghiệp, chất thải phóng xạ…

Ảnh hưởng đến hoạt độngcủa vi sinh vật trong đất,

cản trở sự sinh trưởng của

bộ rễ thực vật,

Chứa các chất độc có thể tồn tại

trong đất lâu dài

Tham gia vào chuỗi thức

ăn gây độc cho sinh vật

lý trong môi trường nước

1.2 Tình hình ô nhiễm môi trường nước

1.2.1 Trên thế giới

Ô nhiễm nước là một vấn đề lớn trong bối cảnh toàn cầu Người ta cho rằng đây

là nguyên nhân chính của tử vong và bệnh tật trên toàn cầu và nó là gây ra cái chết củahơn 14.000 người mỗi ngày

Theo ước tính hiện nay, có khoảng 700 triệu người Ấn Độ không được sử dụngnhà vệ sinh đủ tiêu chuẩn, và hơn 1000 trẻ em ở Ấn Độ chết vì bệnh tiêu chảy mỗingày Khoảng 90% các thành phố ở Trung Quốc bị ô nhiễm nước theo nhiều mức độkhác nhau, và gần 500 triệu người thiếu nước sạch để uống Ngoài các vấn đề ô nhiễm

ở các nước đang phát triển, các nước công nghiệp cũng phải liên tục đấu tranh chốnglại vấn đề ô nhiễm Trong báo cáo quốc gia gần đây nhất về chất lượng nước tại Hoa

Kỳ, 45% diện tích sông suối, 47% diện tích các hồ và 32% các vịnh, cửa sông đượcxếp vào loại ô nhiễm [40]

Ở Anh Quốc: Đầu thế kỷ 19, nước sông Thames rất sạch Nó trở thành ống cống

lộ thiên vào giữa thế kỷ này Các sông khác cũng có tình trạng tương tự trước khi

người ta đưa ra các biện pháp xử lý và bảo vệ nghiêm ngặt Nước Pháp: kỹ nghệ phân

tán và nhiều sông lớn nhưng vấn đề cũng không khác bao nhiêu Dân Paris còn uốngnước sông Seine đến cuối thế kỷ 18 Từ đó vấn đề đổi khác: các sông lớn và nướcngầm nhiều nơi không còn dùng làm nước sinh hoạt được nữa, 5000 km sông củaPháp bị ô nhiễm mãn tính Sông Rhin chảy qua vùng kỹ nghệ hóa mạnh, khu vực cóhơn 40 triệu người, là nạn nhân của nhiều tai nạn thêm vào các nguồn ô nhiễm thường

xuyên Ở Hoa Kỳ, tình trạng thảm thương ở bờ phía đông cũng như nhiều vùng khác.

Vùng Đại Hồ bị ô nhiễm nặng, trong đó hồ Erie, Ontario đặc biệt nghiêm trọng [40]

1.2.2 Tại Việt Nam

Hiện nay ở Việt Nam, mặc dù các cấp, các ngành đã có nhiều cố gắng trong việcthực hiện chính sách và pháp luật về bảo vệ môi trường, nhưng tình trạng ô nhiễmnước là vấn đề rất đáng lo ngại

Tốc độ công nghiệp hoá và đô thị hoá khá nhanh và sự gia tăng dân số gây áp lựcngày càng nặng nề dối với tài nguyên nước trong vùng lãnh thổ Môi trường nước ởnhiều đô thị, khu công nghiệp và làng nghề ngày càng bị ô nhiễm bởi nước thải, khíthải và chất thải rắn ở các thành phố lớn, hàng trăm cơ sở sản xuất công nghiệp đanggây ô nhiễm môi trường nước do không có công trình và thiết bị xử lý chất thải Ônhiễm nước do sản xuất công nghiệp là rất nặng Ví dụ: ở ngành công nghiệp dệt may,ngành công nghiệp giấy và bột giấy, nước thải thường có độ pH trung bình từ 9-11; chỉ

số nhu cầu ô xy sinh hoá (BOD), nhu cầu ô xy hoá học (COD) có thể lên đến 700mg/1

và 2.500mg/1; hàm lượng chất rắn lơ lửng cao gấp nhiều lần giới hạn cho phép Hàmlượng nước thải của các ngành này có chứa xyanua (CN-) vượt đến 84 lần, H2S vượt4,2 lần, hàm lượng NH3 vượt 84 lần tiêu chuẩn cho phép nên đã gây ô nhiễm nặng nềcác nguồn nước mặt trong vùng dân cư

Mức độ ô nhiễm nước ở các khu công nghiệp, khu chế xuất, cụm công nghiệp tậptrung là rất lớn Tại cụm công nghiệp Tham Lương, thành phố Hồ Chí Minh, nguồn nước bị nhiễm bẩn bởi nước thải công nghiệp với tổng lượng nước thải ước tính

500.000 m3/ngày từ các nhà máy giấy, bột giặt, nhuộm, dệt ở thành phố Thái Nguyên, nước thải công nghiệp thải ra từ các cơ sở sản xuất giấy, luyện gang thép, luyện kim màu, khai thác than; về mùa cạn tổng lượng nước thải khu vực thành phố Thái Nguyênchiếm khoảng 15% lưu lượng sông Cầu; nước thải từ sản xuất giấy có pH từ 8,4-9 và hàm lượng NH4 là 4mg/1, hàm lượng chất hữu cơ cao, nước thải có màu nâu, mùi khó chịu… Khảo sát một số làng nghề sắt thép, đúc đồng, nhôm, chì, giấy, dệt nhuộm ở Bắc Ninh cho thấy có lượng nước thải hàng ngàn m3/ ngày không qua xử lý, gây ô nhiễm nguồn nước và môi trường trong khu vực Tình trạng ô nhiễm nước ở các đô thịthấy rõ nhất là ở thành phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh Ở các thành phố này, nước thải sinh hoạt không có hệ thống xử lý tập trung mà trực tiếp xả ra nguồn tiếp nhận (sông, hồ, kênh, mương) Mặt khác, còn rất nhiều cơ sở sản xuất không xử lý nước thải, phần lớn các bệnh viện và cơ sở y tế lớn chưa có hệ thống xử lý nước thải; một lượng rác thải rắn lớn trong thành phố không thu gom hết được… là những nguồn quan trọng gây ra ô nhiễm nước Hiện nay, mức độ ô nhiễm trong các kênh, sông, hồ ởcác thành phố lớn là rất nghiêm trọng và đáng báo động [41]

Ở thành phố Hà Nội, tổng lượng nước thải của thành phố lên tới 300.000 400.000 m3/ngày; hiện mới chỉ có 5/31 bệnh viện có hệ thống xử lý nước thải, chiếm25% lượng nước thải bệnh viện; 36/400 cơ sở sản xuất có xử lý nước thải; lượng rácthải sinh hoại chưa được thu gom khoảng 1.200m3/ngày đang xả vào các khu đất vencác hồ, kênh, mương trong nội thành; chỉ số BOD, oxy hoà tan, các chất NH4, NO2,

-NO3 ở các sông, hồ, mương nội thành đều vượt quá quy định cho phép Ở thành phố

Hồ Chí Minh thì lượng rác thải lên tới gần 4.000 tấn/ngày; chỉ có 24/142 cơ sở y tế lớn

là có xử lý nước thải; khoảng 3.000 cơ sở sản xuất gây ô nhiễm thuộc diện phải di dời Không chỉ ở Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh mà ở các đô thị khác như HảiPhòng, Huế, Đà Nẵng, Nam Định, Hải Dương… nước thải sinh hoạt cũng không được

xử lý độ ô nhiễm nguồn nước nơi tiếp nhận nước thải đều vượt quá tiểu chuẩn chophép (TCCP), các thông số chất lơ lửng (SS), BOD; COD; oxy hoà tan (DO) đều vượt

từ 5-10 lần, thậm chí 20 lần TCCP

Về tình trạng ô nhiễm nước ở nông thôn và khu vực sản xuất nông nghiệp, hiệnnay Việt Nam có gần 76% dân số đang sinh sống ở nông thôn là nơi cơ sở hạ tầng cònlạc hậu, phần lớn các chất thải của con người và gia súc không được xử lý nên thấmxuống đất hoặc bị rửa trôi, làm cho tình trạng ô nhiễm nguồn nước về mặt hữu cơ và visinh vật ngày càng cao Theo báo cáo của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, số

vi khuẩn Fecacoliform trung bình biến đổi từ 1.500-3.500 MNP/100ml ở các vùng ven

sông Tiền và sông Hậu, tăng lên tới 3800-12.500 MNP/100ML ở các kênh tưới tiêu.Trong sản xuất nông nghiệp, do lạm dụng các loại thuốc bảo vệ thực vật, các nguồnnước ở sông, hồ, kênh, mương bị ô nhiễm, ảnh hưởng lớn đến môi trường nước và sứckhoẻ nhân dân

Theo thống kê của Bộ Thuỷ sản, tổng diện tích mặt nước sử dụng cho nuôi trồngthuỷ sản đến năm 2001 của cả nước là 751.999 ha Do nuôi trồng thuỷ sản ồ ạt, thiếuquy hoạch, không tuân theo quy trình kỹ thuật nên đã gây nhiều tác động tiêu cực tớimôi trường nước Cùng với việc sử dụng nhiều và không đúng cách các loại hoá chấttrong nuôi trồng thuỷ sản, thì các thức ăn dư lắng xuống đáy ao, hồ, lòng sông làm chomôi trường nước bị ô nhiễm các chất hữu cơ, làm phát triển một số loài sinh vật gây

bệnh và xuất hiện một số tảo độc; thậm chí đã có dấu hiệu xuất hiện thuỷ triều đỏ ởmột số vùng ven biển Việt Nam [42].

1.2.3 Các biện pháp khắc phục, xử lý

Trong thành phần nước ô nhiễm có chứa nhiều loại tạp chất nhiễm bẩn có tínhchất khác nhau: từ các loại chất không tan, đến các chất ít tan và những hợp chất tantrong nước Xử lý nước ô nhiễm là loại bỏ các tạp chất đó, làm sạch nước và có thểđưa nước đổ vào nguồn hoặc đưa vào tái sử dụng Để đạt được những mục đích đóchúng ta thường dựa vào đặc điểm của từng loại tạp chất để lựa chọn phương pháp xử

Bảng 1 2 Các phương pháp xử lý ô nhiễm môi trường nước

các chất hòa tan trong hệ thống cấp nướckhép kín

Chi phí cao, là phương pháp

hỗ trợ cho phương pháp sinh học

Sử dụng các tác nhân hóa học để xử lí bằng các phản ứng trung hòa, oxy hóa, khử,

…

Loại bỏ các chất hữu cơ, vô

cơ khó phân huỷ, các chất hóa học không mong muốn (kim loại nặng…)

hơn các phương pháp khác

Có thể tự động

Phạm vi áp dụng tương đốihẹp, khó áp dụng trên quy

Lọc, đông tụ, keo tụ, tuyển nổi, hấp phụ, thẩm thấu ngược, siêu

Loại ra khỏi nước thải các hạt phân tán lơ lửng (rắn và lỏng), các khí

hóaLoại bỏ được các chất hữu cơkhông bị oxy hóa

Chi phí thấp

điện thẩm tách…

tan, chất vô cơ

và hữu cơ hòa tan, độ màu, độđục, COD, BOD của nước thải

dễ thực hiện, thân thiện với môi trường

Sử dụng ao sinh học hiếu khí, cánh đồng tưới, lọc sinh học, Aerotank, mương oxy hóa, UASB, kỵkhí tiếp xúc…

Làm sạch nước

có chứa các chất hữu cơ hòa tan hoặc các chất phân tán nhỏ, keo Khử các hợp chất sunfit, muối amoni nitrat

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học gồm các phương pháp được trìnhbày trong hình 1.3

Tùy điều kiện cụ thể như địa hình, tính chất và khối lượng nước thải, khí hậu,mặt bằng nơi cần xử lý, kinh phí cho phép với công nghệ thích hợp, người ta sẽ chọnmột trong những phương pháp trên hay kết hợp với nhau để xử lý ô nhiễm

Hình 1 3 Sơ đồ các phương pháp sinh học xử lý ô nhiễm môi trường

1.3 Ô nhiễm kim loại nặng trong nước

1.3.1 Giới thiệu chung về kim loại nặng

Kim loại nặng là những kim loại có phân tử lượng lớn hơn 52(g) bao gồm một sốloại như As, Cd, Cr, Cu2+, Pb, Hg, Se, Zn… chúng có nguồn gốc từ các nguồn nướcthải trong công nghiệp, nông nghiệp cũng như trong tự nhiên [43] Ví dụ: Cd có nguồngốc từ chất thải công nghiệp, trong chất thải khi khai thác quặng; Cr có trong nước thải

mạ kim loại của sản phẩm gốc crôm; Pb trong công nghiệp than, dầu mỏ; Hg có trongchất thải công nghiệp khai thác khoáng sản, thuốc trừ sâu

Các kim loại nặng này đều có những tác hại nhất định như As có thể gây ung thư,

Cd có thể gây ra huyết áp cao, đau thận phá huỷ các mô và tế bào máu; chì rất độc ảnhhưởng tới thận và thần kinh hay thủy ngân là một kim loại rất độc

Các kim loại này khi thải vào nước làm cho nước bị nhiễm bẩn và mất đi một sốtính chất hoá lý đặc biệt cũng như những tính chất và thành phần thay đổi làm ảnhhưởng xấu đến môi trường sinh thái và sức khoẻ con người Việc nhận biết nước bị ônhiễm có thể căn cứ vào trạng thái hoá học, vật lý, hoá lý, sinh học của nước

Hình 1 4 Các tác hại của kim loại nặng

Số lượng ngày càng tăng của kim loại nặng trong môi trường là nguyên nhân gâynhiễm độc đối với đất, không khí và nước Việc loại trừ các thành phần chứa kim loạinặng độc ra khỏi các nguồn nước, đặc biệt là nước thải công nghiệp là mục tiêu môitrường quan trọng bậc nhất phải giải quyết hiện nay

1.3.2 Nguyên nhân gây ô nhiễm kim loại nặng trong nước

Sự tập trung công nghiệp và đô thị hoá cao độ gây tác động lớn đối với môitrường, trong đó có môi trường nước Các dòng xả nước thải gây ô nhiễm môi trườngnước mặt, nước ngầm, gây ô nhiễm đất Các nguồn nước thải chính ở các đô thị và khucông nghiệp hiện nay là:

Nước thải từ các cơ sở công nghiệp, thủ công nghiệp, đều chưa qua xử lý hoặcchỉ xử lý sơ bộ Các chất ô nhiễm trong nước thải công nghiệp rất đa dạng, có cả chấthữu cơ, dầu mỡ, kim loại nặng, Nồng độ COD, BOD, DO, tổng coliform đều khôngđảm bảo tiêu chuẩn cho phép đối với nước thải xả ra nguồn Nước mưa chảy tràn, đặcbiệt là nước mưa đợt đầu

Tình trạng ô nhiễm nước rõ ràng nhất là ở Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh,Hải Phòng, Đà Nẵng, Huế, Nam Định, Hải Dương và các thành phố, thị xã lớn Tại HàNội, hầu như các chất thải sinh hoạt và công nghiệp đều không được xử lý

Trong số 82 khu công nghiệp mới, chỉ khoảng 20 khu công nghiệp có trạm xử lýnước thải tập trung Đó là các trạm xử lý nước thải tại Khu Công nghiệp Bắc ThăngLong, Khu Công nghiệp Nội Bài ở Hà Nội; Khu Công nghiệp Nomura ở Hải Phòng,

Khu Công nghiệp Việt Nam - Xingapo ở Bình Dương, Số khu công nghiệp còn lạivẫn chưa có trạm xử lý nước thải tập trung Trong số các doanh nghiệp đã khảo sát,năm 2002, có tới 90% số doanh nghiệp không đạt yêu cầu về tiêu chuẩn chất lượngdòng xả nước thải xả ra môi trường 73% số doanh nghiệp xả nước thải không đạt tiêuchuẩn, do không có các công trình và thiết bị xử lý nước thải Có 60% số công trình xử

lý nước thải hoạt động vận hành không đạt yêu cầu Nước thải hiện thời chưa đượcphân loại [41]

Trong tương lai gần, hệ thống thoát nước của các thành phố sẽ được cải tạo nhiềuhơn và việc sử dụng lại hệ thống thoát chung là điều không tránh khỏi Rất cần thiếtnghiên cứu, cụ thể hóa các phương án cải tạo các hệ thống chung trở thành các hệthống thoát nước nửa riêng, chọn ra các phương án cải tạo, chia tách nước thải hợp lýnhất

1.3.3 Xử lý kim loại nặng bằng chất hấp thụ sinh học

Các kim loại nặng như chì, đồng, kẽm, cadmium và niken nằm trong số các chất

ô nhiễm độc hại độc nhất hiện nay trong nước biển, đất và nước thải công nghiệp.Ngoài tác dụng độc tính ngay cả ở nồng độ thấp, các kim loại nặng còn có thể tích lũytrong chuỗi thực phẩm dẫn đến các mối nguy hiểm về sinh thái và sức khỏe của conngười ví dụ như đồng, một mặt cần thiết cho đời sống và sức khỏe của con người, tuynhiên mặt khác lại có tác động xấu đến môi trường và chính sức khỏe con người Ởngười, kim loại đồng có thể gây ra các bệnh nghiêm trọng như suy dạ dày đường ruột,thiếu máu và suy thận [4,5] Các nguồn gây ô nhiễm đồng trong nước thải bao gồmcông nghiệp mạ, làm sạch kim loại, khai thác khoáng sản, sản xuất phân bón, giấy vàcác ngành công nghiệp dầu khí Nồng độ đồng trong nước thải có thể đạt giá trị là

1000 mg/l [6] Ngoài ra, đồng có thể được tìm thấy như là một chất gây ô nhiễm trongthực phẩm, đặc biệt ở nấm, quả hạch, chocolate [7]

Để giảm thiểu những tác động bất lợi của các kim loại nặng, nhiều chính phủ vàcác cơ quan môi trường trên thế giới đã đưa ra những tiêu chuẩn nghiêm ngặt về nồng

độ kim loại nặng tối đa cho phép trong nước thải xả vào môi trường nước Điều nàycũng đồng thời khuyến khích các nhà nghiên cứu không ngừng tìm kiếm và đưa ra các

công nghệ một mặt làm giảm nồng độ kim loại nặng trong nước thải đến mức tối đa,đồng thời phải thân thiện với môi trường Các phương pháp thông thường để xử lýnước thải có chứa kim loại nặng bao gồm kết tủa hóa học, trao đổi ion, chiết dung môi,thẩm thấu ngược, hấp thụ… Tuy nhiên, hầu hết các phương pháp này đều có chungnhược điểm là chi phí thực hiện cao, tạo ra bùn đỏ độc hại, nhu cầu hóa chất ban đầuliên tục, nước sau khi xử lý vẫn có hàm lượng kim loại nặng cao hơn mức cho phép[8].

Hấp thụ sinh học, trong đó sử dụng các loại sinh khối khác nhau hay các hợp chất

có nguồn gốc tự nhiên đóng vai trò là chất hấp thụ, được xem là một phương pháp thaythế hấp dẫn cho các phương pháp hóa lý truyền thống nhằm loại bỏ kim loại nặng từmôi trường đất và môi trường nước [9,10,11,12,13,14] Loại bỏ kim loại bằng chất hấpthụ sinh học có thể xem là một phương pháp tương đối mới, nó có thể được áp dụng để

xử lý trong các khu vực nước cạn (1-5m) và có nồng độ kim loại thấp (1-20mg/l) [15].Một số nguyên liệu sinh học đã cho thấy khả năng loại bỏ kim loại nặng rất hiệu quả,nhưng chi phí lại thấp so với công suất đạt được và có thể được áp dụng trên một quy

mô rộng lớn và toàn diện [16,17]

Nhiều loại sinh khối chết cho hiệu suất hấp thu kim loại rất cao, trong đó có vikhuẩn [18], tảo [19], nấm men [20] và nấm mốc [21] Trong số này, sinh khối tảo được

sử dụng như một nguyên liệu hấp thụ vì nhiều lý do: tảo có sẵn với số lượng lớn, đặcbiệt là tảo biển, tảo được trồng trên toàn thế giới, và giá thành tương đối rẻ

Các nghiên cứu gần đây về hấp thụ sinh học kim loại trên tảo biển cho thấy một

tiềm năng hấp thụ thú vị của một số loại tảo như Ascophyllum nodosum, Sargassum bacularia [22,23,24], Ecklonia radiata [25], Scenedesmus abundans [26], Sargassum fluitans [27] Thành tế bào của các chất hấp thụ sinh học bao gồm chất béo,

polysaccharide và protein Các polyme sinh học được cấu tạo từ những nhóm chứckhác nhau như –COOH, -OH, -CO3, -PO4, phenol, imidazol… có thể tạo thành cácphức chất kết hợp với các ion kim loại [11,12,13,14,28] , khả năng kết hợp phụ thuộcvào số lượng các phối tử, sự phân bố các nhóm chức trên thành tế bào và ái lực củachúng đối với các ion kim loại.Đặc điểm của thành tế bào các loài vi tảo là xốp và chophép các phân tử và ion kim loại tự do có thể bám vào Các thành phần của tế bào còn

cung cấp các nhóm chức có khả năng liên kết trực tiếp với ion kim loại nặng Những tếbào này có thể được sử dụng ở trạng thái sống hoặc chết [11] Tuy nhiên, trong ứngdụng thực tế, việc sử dụng sinh khối chết tỏ ra thuận tiện hơn sinh khối sống vì khi sửdụng sinh khối sống đòi hỏi phải có quá trình bổ sung các điều kiện tối ưu cho vi tảonên sẽ làm tăng nhu cầu oxy sinh học (BOD) hoặc nhu cầu oxy hóa học (COD) trongnước thải [10] Ngoài ra sinh khối chết còn không bị ảnh hưởng bởi độc tính của cáckim loại, chúng có thể được huấn luyện trong điều kiện hóa học và vật lý để có thểnâng cao hiệu suất hấp thụ, và các kim loại sau khi được hấp thụ có thể dễ dàng thuhồi từ sinh khôi thông qua các phương pháp hóa học và vật lý, từ đó có thể sử dụngsinh khối vi tảo chết nhiều lần, làm giảm chi phí thực hiện [11,12,13,14,28,29]

Tuy nhiên, chỉ có một số rất ít các nghiên cứu đã được thực hiện bằng cách sử

dụng sinh khối của giống vi tảo phổ biến nhất hiện nay, Spirulina, như một chất hấp

thụ sinh học [30,31,32], tập trung nhấn mạnh vào việc loại bỏ kim loại đồng [33]

1.4 Giới thiệu về tảo spirulina

Do hình dạng “lò xo xoắn” dưới kính hiển vi nên được gọi là Spirulina với tên

khoa học là tảo Spirulina platensis (bắt nguồn từ chữ spire, spiral có nghĩa là “xoắn

ốc”) và trước đây được coi là thuộc chi Spirulina

Thực ra đây không phải là sinh vật thuộc tảo (algae) vì tảo thuộc sinh vật có nhânthật (Eukaryota) Spirulina thuộc vi khuẩn lam (Cyanobacteria) nên chúng thuộc sinhvật nhân sơ hay nhân nguyên thủy (Prokaryote).

1.4.2 Hình thái

Spirulina tồn tại dưới dạng thể đa bào, dạng sợi Dưới kính hiển vi Spirulina là

những sợi màu xanh lục hay xanh lam, tế bào dạng trụ tròn không phân nhánh, không

dị bào, xoắn kiểu lò xo và không đều nhau, ở hai đầu xoắn thường hẹp Những sợi tảo

di chuyển bằng cách trượt dài dọc theo trục

Tùy thuộc vào từng sợi tảo, hoặc từng giai đoạn phát triển mà có kích thước khác

nhau Đối với Spirulina platensis thì kích thước sợi tảo là 60µm/1 vòng xoắn, chiều

rộng của sợi là 6 – 8µm Trong điều kiện nuôi cấy tối ưu tảo có thể dài đến 20mm

Hình 1 5 Hình thái tảo Spirulina platensis quan sát dưới kính hiển vi

 Lớp thứ III: được tạo thành từ những sợi protein bao quanh cơ thể

 Lớp thứ II: chứa peptidoglycan, được xếp gấp lại hướng vào trong của sợi tảo

 Lớp thứ I: nằm sát vào lớp thứ II

Vách tế bào được ví như cái đĩa mỏng, bao lấy phân bên trong cơ thể và đượccấu tạo chủ yếu bằng peptidoglycan nên nhạy cảm với lysozyme và dễ dàng tiêu hóa

trong ống tiêu hóa của người và động vật Nhưng khi phân tích các hoạt chất muốnchiết xuất thì nhất thiết phải phá vỡ màng tế bào.

Tế bào có dạng hình trụ, liên kết lại thành chuỗi Giữa các tế bào có vách ngăn,những vách ở đầu sợi thường dày hơn Vì vậy, đây là cơ thể đa bào, mỗi sợi có khoảng

1.4.4 Đặc điểm sinh sản

Spirulina sinh sản vô tính, từ những sợi trưởng thành bị gãy thành một số đoạn,mỗi đoạn mang một số vòng xoắn (hormogonia), trải qua giai đoạn hình thành cácnecridia từ sợi mẹ Trong giai đoạn này tế bào bị lõm hai mặt và tạo nên sự phân cắt,tách khỏi sợi mẹ thành các đoạn hormogonia Trong quá trình phát triển các đầu sợihormogonia trở nên tròn, khi đó vách tế bào có chiều dày không đổi và các đĩa lõmđược tách rời Dần dần, các đoạn hormogonia dài ra, xoắn lại, rồi trưởng thành vàvòng đời của Spirulina được khép lại Trong giai đoạn sinh sản, lượng sắc tố ít hơnbình thường nên tế bào có màu nhạt hơn

Trong môi trường tối ưu (nuôi phòng thí nghiệm), vòng đời của Spirulina làkhoảng 1 ngày Ở điều kiện không thuận lợi (phụ thuộc vào điều kiện thời tiết) thìvòng đời kéo dài từ 3 – 5 ngày

1.4.5 Ứng dụng của tảo Spirulina trong xử lý môi trường

Nhiều nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu khả năng xử lý nước thải bằng vitảo, và kết quả thu được rất khả quan Vi tảo không những loại bỏ hiệu quả các hợpchất của N, P mà còn có khả năng hấp thu tốt các kim loại nặng độc hại có trong nướcthải Đáng chú ý hơn là hiệu quả loại bỏ kim loại nặng trong các thí nghiệm này rất

cao, từ 70% trở lên Việc xử lý nước bằng vi tảo vừa có hiệu quả cao, vừa giảm chi phíthực hiện và không ảnh hưởng đến môi trường.

Hiện nay, nhiều nhà khoa học trên thế giới đã và đang nghiên cứu và thử nghiệmcác loại vi tảo khác nhau nhằm loại bỏ kim loại nặng trong nước Kết quả họ thu đượccũng rất khả quan, mở ra một triển vọng to lớn trong công nghệ xử lý môi trườngnước Năm 2004, Solicio và cộng sự đã thử nghiệm hấp thụ kim loại đồng trên sinh

khối khô và sinh khối tái ngậm nước của tảo Spirulina platensis, kết quả là lượng đồng

bị loại bỏ tối đa lên đến 95% trong thời gian từ 4h Ở một thí nghiệm khác, Solicio vàcác cộng sự (2007) đã thay kim loại đồng bằng một kim loại khác độc hại hơn làCadmium, hiệu quả loại bỏ Cadmium ra khỏi nước lên đến 98% Ngoài ra, nhiều nhà

khoa học khác cũng tiến hành thí nghiệm trên nhiều loại tảo khác nhau như Spirogyra insignis, Chondrus crispus, Codium vermilara, Ascophyllum nodosum, Aaparagopsis armata, Chlorella vulgaris [35], Scenedesmus abundans [26], Chlamydomonas reinhardtii [34]… kết hợp với nhiều kim loại nặng khác nhau như Cd, Zn, Cu2+, Ni,

Pb Và khả năng hấp thụ của các loại tảo này đều không ít hơn 60%, đây thực sự lànhững kết quả triển vọng để có thể áp dụng phương pháp này rộng khắp trên toàn thếgiới

Tóm lại, kim loại nặng là một mối nguy lớn có trong nước Tác hại của kim loạinặng không chỉ làm mất đi một số tính chất hóa lý đặc biệt, gây nhiễm độc đối vớinước mà còn có thể gây nhiều bệnh tật lên con người và sinh vật tiếp xúc với nguồnnước đó Hiện nay, ở nhiều nơi trên thế giới và ngay tại Việt nam, người dân vẫn chưa

có nước sạch để sinh hoạt hàng ngày, trong khi đó một lượng nước lớn vẫn bị nhiễmđộc và lãng phí Do đó, việc loại bỏ kim loại nặng ra khỏi nước là một vấn đề hết sứccấp thiết và đầy ý nghĩa hiện nay

Hầu hết các kim loại nặng như Pb, Hg, Cd, As, Cu2+, Zn, Fe, Cr, Co, Mn, Se,Mo tồn tại trong nước ở dạng ion với kích thước rất nhỏ, với số lượng rất lớn Chúngphát sinh từ nhiều nguồn khác nhau, trong đó chủ yếu là từ các hoạt động công nghiệp.Khác với các chất thải hữu cơ có thể tự phân hủy trong đa số trường hợp, các kim loạinặng khi đã phóng thích vào môi trường thì sẽ tồn tại lâu dài và không phân hủy.Chúng tích tụ vào các mô sống qua chuỗi thức ăn mà ở đó con người là mắt xích cuối

cùng Nước sau khi được xử lý bằng các phương pháp hóa lý hay hóa học vẫn còn lạimột lượng kim loại nhất định và có thể tích tụ theo thời gian Do vậy không thể sửdụng các phương pháp này để loại bỏ kim loại nặng.

Mặc dù phương pháp sinh học sử dụng thực vật thủy sinh hay vật liệu sinh họcvẫn có khả năng hấp thụ kim loại nặng thành công, nhưng hiệu quả khi sử dụng vi tảo

là vượt trội so với những nguyên liệu khác Một số ưu thế đặc biệt khi sử dụng vi tảo

so với tất cả các phương pháp khác:

 Nhiều loại vi tảo có khả năng thu nhận kim loại nặng ở mức độ cao, nồng độkim loại nặng tích lũy bên trong các cấu trúc tế bào của chúng có thể cao gấphàng nghìn lần nồng độ trong tự nhiên

 Diện tích bề mặt riêng của sinh khối vi tảo vô cùng lớn làm cho chúng rấthiệu quả trong việc loại trừ và tái thu hồi kim loại nặng trong nước

 Sự hấp thu sinh học các ion kim loại nhờ tảo tốt hơn so với sự kết tủa hóa học

ở khả năng thích nghi với sự thay đổi pH và nồng độ kim loại nặng; tốt hơnphương pháp trao đổi ion và thẩm thấu ngược ở khả năng nhạy cảm với sự hiệndiện của chất rắn lơ lửng, các chất hữu cơ, và sự hiện diện của các kim loại khác

 Có khả năng xử lý với một thể tích lớn nước thải với tốc độ nhanh

 Có tính chọn lọc cao nên nồng độ kim loại nặng còn lại sau xử lý sinh học cóthể chỉ còn thấp hơn 1ppm trong nhiều trường hợp

 Hệ thống xử lý sinh học không cần các thiết bị hóa chất đắt tiền, dễ vận hành,phù hợp với các điều kiện hóa lý khác nhau nên giá thành thấp (chỉ bằng khoảng1/10 giá thành của phương pháp trao đổi ion)

 Trong hoạt động quang hợp của mình, vi tảo còn thu nhận một lượng lớn khíCO2, các muối dinh dưỡng, có tác dụng làm giảm hiệu ứng nhà kính, ngăn ngừa

và khắc phục tình trạng phì dưỡng (eutrophication) của môi trường nước

 Tuy nhiên, khi sử dụng vi tảo vẫn còn gặp phải một số thách thức như:

 Việc thu hồi tảo từ môi trường xử lý khá khó khăn

 Một số loại nước cần xử lý có chứa các thành phần hóa học có thể gây độc vàbiến đổi cấu trúc của vi tảo.

 Khả năng hấp thu kim loại nặng của các loài tảo khác nhau là rất khác nhau.Trong số hàng ngàn loài vi tảo đã được phân loại thì mới chỉ có rất ít loài đượcnghiên cứu về khả năng thu nhận kim loại nặng của chúng Việc tìm kiếm, chọnlọc những chủng, loài tảo có khả năng hấp thu mạnh mẽ kim loại nặng là mộtnhiệm vụ to lớn của các nhà nghiên cứu hiện nay

Spirulina platensis là một trong những loại tảo có khả năng hấp thụ kim loại

nặng tốt nhất, đồng thời khả năng sinh sản của loại vi tảo này chính là những ưu điểm

khiến Spirulina platensis được chọn để thực hiện đề tài này.

Nhiệm vụ của báo cáo đề tài luận văn bao gồm:

 Trình bày rõ phương pháp xử lý (hấp thụ) kim loại nặng trong nước bằng

cách sử dụng vi tảo (Spirulina platensis)

 Khảo sát khả năng hấp thụ kim loại nặng (Cu2+) tại nhiều nồng độ khácnhau, ứng với các nồng độ tảo khác nhau So sánh khả năng hấp thụ của tảosống và tảo chết (đã sấy khô)

 Tìm ra nồng độ tối ưu của mỗi loại sinh khối mà tại đó hiệu suất hấp thụđạt mức tối đa

CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM2.1 Nguyên liệu

2.1.1 Chủng giống nghiên cứu

Giống vi sinh vật sử dụng trong đề tài nghiên cứu này là tảo Spirulina platensis,

được cung cấp bởi Bộ môn Công nghệ sinh học – Khoa Kỹ thuật Hóa học – TrườngĐại học Bách Khoa

2.1.2 Môi trường sử dụng

Tảo Spirulina platensis được nuôi trong hai loại môi trường khác nhau:

Môi trường 1: môi trường Zarrouk [2]

Môi trường 2: môi trường SSM (Synthentic Spirulina Medium)

Lý do sử dụng 2 môi trường nuôi tảo Spirulina platensis khác nhau: nhằm tìm được môi trường phát triển tối ưu của tảo Spirulina platensis và phù hợp với các bước

trong tiến trình thí nghiệm, từ đó có thể thu nhận sinh khối với số lượng lớn trong thờigian ngắn nhất, đồng thời có thể thực hiện các bước thí nghiệm theo cách dễ dàng vàhiệu quả nhất

2.2 Tiến trình thí nghiệm

2.2.1 Nội dung thí nghiệm

 Nuôi cấy và thu nhận sinh khối sống và chết (khô) của tảo Spirulina

platensis.

 Khảo sát và so sánh khả năng hấp thụ kim loại Cu2+ của hai loại tảo ở cùngnồng độ và điều kiện Hiệu suất hấp thụ tối đa cho từng loại sinh khối

 Khảo sát và tìm ra nồng độ tối ưu của hai loại sinh khối để hấp thụ được tối

đa kim loại Cu2+

 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ kim loại lên khả năng hấp thụ của tảo

Spirulina platensis

2.2.2 Bố trí thí nghiệm

Giai đoạn 1: Nhân giống tăng sinh khối tảo Spirulina platensis Thời gian nuôi tăng sinh khối tảo Spirulina platensis kéo dài khoảng 2 tháng thì thu

được lượng sinh khối thích hợp để tiến hành thí nghiệm

Giai đoạn 2: Thu sinh khối khô (chết) của tảo Spirulina platensis: lượngtảo sống được đem đi lọc (bằng giấy lọc) hoặc ly tâm để thu sinh khối, sau

đó tiến hành sấy và thu được sinh khối khô

Giai đoạn 3: Khảo sát khả năng hấp thụ kim loại đồng trên cả hai loại

sinh khối tảo Spirulina platensis tại một số nồng độ tảo và ion Cu2+ khácnhau Từ đó so sánh giữa hai loại sống và chết, xác định được nồng độ hấpthụ tối ưu và hiệu suất hấp thu tối đa cho từng loại sinh khối

2.3 Cách thực hiện thí nghiệm

2.3.1 Nhân giống tảo Spirulina platensis

Tảo Spirulina platensis được nuôi cấy trong các bình nước biển 500ml, sau đó

được nhân giống sang bình nhựa 5 lít Thời gian nhân giống có thể kéo dài từ 1 tuần

đến 2 tuần Tảo Spirulina platensis chỉ phát triển trên bề mặt môi trường, nơi có nhiều

ánh sáng để chúng phát triển Quan sát bề mặt môi trường trong bình, khi thấy khối

sinh khối tảo Spirulina platensis (vì cấu tạo dạng xoắn và di chuyển được) có màu

xanh lục đậm và phủ kín bề mặt trên cùng thí tiến hành nhân giống sang bình khác

2.3.2 Thu sinh khối khô

Tảo chết được thu từ cả hai môi trường nuôi cấy trên, và thu theo 2 phương pháp:

 Lọc bằng máy hút và giấy lọc Sau đó cạo tảo ra đĩa petri Sấy tảo qua đêm ở

50oC và thu được tảo chết

 Lọc bằng vợt lưới (vì tảo có dạng sợi) cho vào đĩa petri và sấy như trên

Qua quá trình ly tâm và cảm nhận bằng tay, nhận thấy độ nhớt của môi trường 2cao hơn nhiều so với môi trường 1: môi trường 2 tiến hành ly tâm 15ml trong vòng 40phút, tốc độ 6000 vòng/phút nhưng không có kết quả, trong khi đó môi trường 1 đã thuđược dung dịch sạch tảo khi ly tâm 6000 vòng, trong 5 phút Do đó chỉ tiến hành thunhận tảo nuôi bằng môi trường 1 bằng phương pháp ly tâm Đối với tảo nuôi bằng môitrường 2, đã thử thu nhận bằng phương pháp lọc sử dụng giấy lọc hoặc vợt lưới nhưngthời gian thực hiện lâu và hiệu suất thu nhận không cao (dịch sau lọc vẫn còn lẫn nhiềutảo).

Ngoài ra, đồng thời tiếp tục nuôi cấy tăng sinh khối tảo nhằm có đủ lượng tảosống đang trong thời kỳ tăng trưởng mạnh để tiến hành thí nghiệm

2.3.3 Phương pháp khảo sát khả năng hấp thụ kim loại Cu 2+ :

Để đảm bảo số lượng tế bào tảo sống và tảo chết trong mỗi thí nghiệm tương tựnhau, đầu tiên cân chính xác khối lượng của tảo khô (tảo chết) ứng với các nồng độxác định 0.2, 0.4, 0.6 g/l Sau đó, đặt dung dịch lên bếp khuấy từ, tiến hành khuấy từ 3đến 6 tiếng, sau khi khuấy dung dịch tảo có màu đồng nhất Tiếp theo, đem dung dịchtảo chết đi đo OD bước sóng 678nm, mẫu trắng chuẩn là môi trường 1 Ghi nhận cácgiá trị OD ứng với các nồng độ tảo khô (mỗi nồng độ của tảo chết tiến hành đo 3 lầnđộc lập rồi lấy giá trị trung bình) Sau đó pha loãng các dung dịch tảo sống sao cho giátrị OD đo được bằng với các giá trị OD của tảo chết, khi đó sẽ thu được các dung dịchtảo sống và chết có số lượng tế bào tương đương nhau

Bảng 2 1 Giá trị OD tương ứng với các nồng độ tảo

2.3.3.1 Thí nghiệm khảo sát khả năng hấp thụ đồng

Trong các thí nghiệm hấp thụ, dung dịch tảo vào khoảng 500ml được đặt trên bếp

(mg/l) cho vào dung dịch tảo, vẫn khuấy đều Cứ mỗi 10 phút trong 1h đầu tiên và 30phút trong mỗi giờ sau đó lấy ra 50 ml mẫu Chia đều vào 3 ống ly tâm, ly tâm ở 4oC,tốc độ 6000 v/p, thời gian 5 phút thu được dịch sạch tảo Hút 3 mẫu, mỗi mẫu 10mlvào erlen 250ml

2.3.3.2 Chuẩn độ bằng dung dịch EDTA với chất chỉ thị màu là Bromocresol lục và P.A.N.

Nguyên tắc: chỉ thị bromocresol lục khi tác dụng với Cu2+ sẽ tạo ra dung dịch cómàu tím Khi EDTA dư tác dụng với chỉ thị sẽ cho dung dịch màu vàng chanh Dựavào thời gian dung dịch đổi màu, ta có thể xác định được lượng Cu2+ còn lại trong mẫu[3]

Thực hiện: Bổ sung vào erlen nước cất, dung dịch đệm pH 5, 3 giọt chỉ thi

Bromocresol lục và 4 giọt chỉ thị P.A.N, rồi chuẩn độ bằng EDTA 0,01M Dịch mẫuban đầu có màu tím, khi chuẩn độ xong có màu vàng chanh Ghi nhận các thể tíchEDTA

CHƯƠNG III KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

Các số liệu được trình bày trong các bảng sau đây đều được lấy trung bình của 3lần thí nghiệm độc lập

3.1 Thời gian đạt tỷ lệ hấp thụ tối đa

Trong tất cả các thí nghiệm, tỷ lệ hấp thụ kim loại theo thời gian biến đổi tươngđối giống nhau, đồng thời số lượng thí nghiệm tương đối nhiều, do đó trong phần kếtluận này chỉ trình bày một số thí nghiệm tiêu biểu đại diện cho nhiều nồng độ tảo vàđồng khác nhau

3.1.1 Tảo chết

0 20 40 60 80 100

sự chênh lệch đáng kể giữa các lần lấy mẫu, cao nhất tại thời điểm 60 phút (50.83%)

và thấp nhất tại thời điểm 10 phút đầu tiên (45.00%) (Bảng 3.1) Trong giai đoạn đầucủa quá trình hấp phụ, tỷ lệ Cu2+ bị loại bỏ tăng dần trong khoảng 1 giờ đầu tiên (từ45.00% đến 50.83%) rồi sau đó, tỷ lệ này gần như không thay đổi theo thời gian, quátrình hấp phụ kết thúc

Bảng 3 1 Hiệu suất hấp phụ theo thời gian – Tảo chết 0.4g/l – Cu2+ 160mg/l

Tảo chết 0,4g/l – Cu2+ 160mg/lThời gian

Các thí nghiệm còn lại trong thí nghiệm với tảo chết như (tảo 0.2g/l – Cu2+160mg/l; tảo 0.6g/l – Cu2+ 160mg/l; tảo 0.4g/l – Cu2+ 320mg/l và tảo 0.6g/l – Cu2+

320mg/l) cũng cho kết quả giống với 2 thí nghiệm trên đây Quá trình hấp phụ xảy

ra trong khoảng 30 đến 60 phút thì kết thúc.

3.1.2 Tảo sống

0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00

Trong trường hợp tảo 0.4 g/l – Cu2+ 320mg/l (Hình 3.4), quá trình xảy ra có khácđôi chút so với thí nghiệm trên Trong giai đoạn đầu, tỷ lệ Cu2+ vẫn không ổn định vàthay đổi liên tục Điểm khác trong trường hợp này là sau thời điểm 60 phút, hàm lượngkim loại hấp thụ đã không còn ổn định Từ thời điểm 60 đến 120 phút, tỷ lệ hấp thụ

tăng (từ 37.08% lên đến 41.25%), nhưng sau thời điểm này, tỷ lệ hấp thụ lại giảm nhẹ(37.08% thời điểm 240 phút) (Bảng 3.4).

Bảng 3 3 Hiệu suất hấp thụ theo thời gian – Tảo sống 0.4g/l – Cu2+ 160mg/l

Tảo sống 0,4g/l – Cu2+ 160mg/lThời

so với tảo chết, nhưng tỷ lệ hấp thụ trong suốt quá trình vẫn khá tương đồng và khôngquá chênh lệch

Bảng 3 4 Hiệu suất hấp thụ theo thời gian – Tảo sống 0.4g/l – Cu2+ 320mg/l

Tảo sống 0,4g/l – Cu2+ 320mg/lThời

gian

(phút)

% Cu2+

bị hấp

thụ

Tóm lại, quá trình hấp thụ kim loại đồng trên tảo Spirulina platensis diễn ra trong

2 giai đoạn Giai đoạn đầu quá trình hấp thụ diễn ra, tỷ lệ hấp thụ hoặc tăng (tảo chết)hoặc tăng giảm (tảo sống) nhưng không đáng kể, thời gian của giai đoạn này vàokhoảng 30 đến 60 phút Giai đoạn thứ hai quá trình hấp thụ kết thúc, tỷ lệ Cu2+ bị loại

bỏ duy trì ổn định theo thời gian (rất ít thay đổi) Do đó, có thể kết luận rằng thời gian

để sinh khối tảo đạt mức hấp thụ tối đa vào khoảng 30 đến 60 phút

3.2 Hiệu suất hấp thụ đồng cực đại và nồng độ sinh khối tảo tối ưu để đạt được hiệu suất hấp thụ cực đại

3.2.1 Khảo sát nồng độ tảo và hiệu suất hấp thụ đồng

3.2.1.1 Tảo chết

Quan sát đồ thị ta có thể thấy, khả năng hấp phụ của tảo tăng tỷ lệ thuận với nồng

độ tảo có trong dung dịch Tại nồng độ Cu2+ 160mg/l (Hình 3.5), khả năng hấp phụ củadung dịch chứa nồng độ tảo 0.2g/l có giá trị thấp nhất trong 3 nồng độ khảo sát là xấp

xỉ 40%, tiếp theo tại nồng độ tảo 0.4g/l hiệu suất thu được vào khoảng gần 50%, còngiá trị tại nồng độ tảo 0.6g/l có giá trị cao nhất trong 3 nồng độ khảo sát đạt 65%(Bảng 3.5)