Luận án tiến sĩ nghiên cứu sử dụng một số chủng chlorella để hấp thu cadmium trong nước thải

Tìm kiếm những chủng tảo Chlorella của Việt Nam có đặc tính phù hợp với mục tiêu loại bỏ cadmium trong nước thải, bảo đảm cho hiệu quả làm sạch cao và an toàn về mặt sinh thái.. Nghiên

LÂM NGỌC TUẤN

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG MỘT SỐ CHỦNG CHLORELLA

ĐỂ HẤP THU CADMIUM TRONG NƯỚC THẢI

Chuyên ngành: Công nghệ môi trường nước và nước thải

Mã số: 62.85.06.01

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI – 2008

Người hướng dẫn khoa học:

PGS TS Đinh Văn Sâm

GS TSKH Dương Đức Tiến

Phản biện 1: PGS TS Trần Đức Hạ GS TS Đặng Đình Kim

Trường Đại học Xây dựng Hà Nội hệ Việt Nam

Phản biện 2: GS TSKH Lê Huy Bá PGS TS Ngô Thị Nga

Trường Đại học Công Nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh

Phản biện 3: PGS TS Lê Bá Dũng PGS TS Đặng Xuyến Như

Trường Đại học Đà Lạt

Luận án đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp nhà nước họp tại Viện Đào tạo và Bồi dưỡng Sau đại học, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Vào hồi 9 giờ 00 ngày 18 tháng 11 năm 2008

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:

Thư viện Quốc gia Việt Nam

Thư viện Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Tình trạng nước thải ô nhiễm Cd ở Việt Nam đã được nhận diện

và cảnh báo trong những năm gần đây Những qui định nghiêm ngặt

về môi trường đòi hỏi phải phát triển các công nghệ mới có khả năng loại bỏ Cd một cách hiệu quả và với chi phí thấp

Nhiều kết quả nghiên cứu đã cho thấy khả năng tích lũy Cd của

tảo Chlorella đặc biệt cao Sử dụng vi tảo để xử lý nước thải chứa

kim loại nặng là một hướng công nghệ mới, có nhiều triển vọng Việc nghiên cứu xây dựng một phương pháp xử lý nguồn nước thải ô nhiễm Cd đạt hiệu quả làm sạch cao và an toàn về mặt sinh thái là hết sức cần thiết

2 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu này góp phần xây dựng một phương pháp xử lý phù hợp với điều kiện Việt Nam cho phép làm sạch một cách hiệu quả và

an toàn nguồn nước thải chứa cadmium ở nồng độ loãng

3 Đối tượng và nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện trên môi trường nước thải nhân tạo có thành phần xác định chứa cadmium ở nồng độ ban đầu không vượt

quá 50 µmol/l Đã sử dụng 34 chủng Chlorella do tác giả tự phân lập

từ nhiều khu vực khác nhau của Việt Nam Các khảo sát được tiến

hành trong điều kiện vô trùng với các tế bào tảo Chlorella đang sinh

trưởng

Nội dung nghiên cứu bao gồm:

1 Tìm kiếm những chủng tảo Chlorella của Việt Nam có đặc tính

phù hợp với mục tiêu loại bỏ cadmium trong nước thải, bảo đảm cho hiệu quả làm sạch cao và an toàn về mặt sinh thái

2 Tiến hành đánh giá ảnh hưởng của một số nhân tố ngoại cảnh

trong quá trình xử lý

3 Nghiên cứu động học hấp thu cadmium trong quá trình sinh

trưởng của tảo Chlorella nhằm phục vụ cho việc tính toán các ứng

dụng trên thực tế

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Vấn đề loại bỏ cadmium bằng tảo Chlorella sống đã được

nghiên cứu giải quyết tương đối hệ thống;

- Kết quả nghiên cứu của luận án này đã góp phần nâng cao hiểu biết về công nghệ xử lý nước thải ô nhiễm kim loại nặng bằng vi tảo;

- Nghiên cứu này cũng có thể dùng làm tài liệu tham khảo trong giáo trình giảng dạy của ngành công nghệ xử lý nước thải

- Đã có đóng góp đáng kể vào việc làm phong phú nguồn chủng

vi tảo Chlorella của Việt Nam;

- Đã tìm ra chủng tảo có khả năng loại bỏ cadmium trong nước thải nhân tạo một cách hiệu quả;

- Kết quả nghiên cứu về động học hấp thu cadmium ở các tế bào

vi tảo Chlorella sống đã góp phần ứng dụng trong ngành kỹ thuật xử

Chương này tập trung trình bày tổng quan các nội dung về ô nhiễm và độc tính của Cd; các phương pháp loại bỏ kim loại nặng; loại bỏ kim loại nặng bằng vi tảo; mô hình hóa quá trình loại bỏ kim loại nặng (LBKLN) bằng phương pháp sinh học (PPSH); tình hình nghiên cứu loại bỏ kim loại nặng bằng phương pháp sinh học ở Việt Nam Những thông tin hiện nay cho thấy:

- Đa phần nguồn giống tảo dùng trong các thực nghiệm là các chủng vốn được dùng để sản xuất sinh khối giàu dinh dưỡng

- Hấp thu kim loại nặng ở các tế bào tảo sống có thể chịu tác động của một số yếu tố ngoại cảnh, nhưng khuynh hướng ảnh hưởng là không thể đoán trước trong những trường hợp cụ thể

- Nhiều công trình về sự hấp thu các ion kim loại bởi tảo đã xuất bản nhưng rất hiếm những công bố mang tính định lượng liên quan tới khía cạnh động học của quá trình, mặc dù điều này rất cần để triển khai ứng dụng trong công nghiệp

- Quá trình LBKLN ở tế bào vi tảo sống gồm ban đầu là hấp phụ

bề mặt nhanh, thuận nghịch và sau đó là sự hấp thu nội bào chậm, không thuận nghịch và phụ thuộc trao đổi chất Trong hàng loạt mô hình động học đã được công bố thì chỉ có mô hình của Ting và cộng

sự là đề cập đến cả hai cơ chế này

- Các nghiên cứu về LBKLN bằng PPSH ở Việt Nam mới chỉ mang tính thăm dò, chủ yếu là với sinh khối chết

Chương 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Tảo Chlorella có xuất xứ từ Hà Nội, Hải Phòng, Nghệ An, Lâm

Đồng, Đồng Nai và TP Hồ Chí Minh do tác giả tự phân lập theo

hấp thu theo Khoshmanesh (1997) và Ting (1989); Khảo sát động học hấp thu theo Ting (1989, 1990, 1991) trên photobioreactor do tác giả tự thiết kế, thi công và lắp đặt theo Ogbonna và Tanaka (1997) Phân tích kim loại bằng phương pháp Quang phổ hấp thụ nguyên

tử trên các thiết bị Chemito AA203, GBC 932AA và Perkin Elmer AA800; Tính toán động học bằng phần mềm Maple 10; Xử lý số liệu bằng phần mềm MS Excel 2003

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Tuyển chọn tảo cho mục tiêu loại bỏ Cd

3.1.1 Tìm kiếm các chủng tảo Chlorella ở Việt Nam

Đã phân lập được 34 chủng tảo Chlorella từ các mẫu nước khác

nhau ở Việt Nam Mã số và xuất xứ của chúng được nêu ở Bảng 3.1

Bảng 3.1 Danh sách các chủng tảo Chlorella đã phân lập

STT Ký hiệu Xuất xứ STT Ký hiệu Xuất xứ

09 HN2.2.2M Hà Nội 26 HP2/2A.1 Hải Phòng

10 HN3.2.2 Hà Nội 27 HP2/2A.2 Hải Phòng

11 HN3.4.1 Hà Nội 28 SC1.1 Nghệ An

12 HN5.1.1 Hà Nội 29 SC1.2 Nghệ An

13 HN6.2.1 Hà Nội 30 SC2.1 Nghệ An

17 HN8.1.2 Hà Nội 34 SG1.3 TP HCM

3.1.2 Khả năng chống chịu với Cd 2+ của các chủng Chlorella

Khả năng chống chịu của các chủng Chlorella với Cd đã được

đánh giá thông qua tỷ lệ sống sót của tảo trên môi trường BG11 bổ sung Cd ở các nồng độ khác nhau là 0; 44,48; 88,97; 133,45; 177,94

và 355,87 µmol/l Số liệu về tỷ lệ sống sót đã được sử dụng để tính giá trị EC50 Kết quả tính toán EC50 được trình bày ở Bảng 3.3

Bảng 3.3 EC 50 (µmol/l) của Cd với các chủng Chlorella đã phân lập

3.1.3 Đánh giá khả năng loại bỏ Cd của các chủng Chlorella 3.1.3.1 Hấp thu ngắn hạn Cd 2+ của các chủng Chlorella

Thử nghiệm hấp thu ngắn hạn (16 giờ) được tiến hành nhằm đánh giá khả năng liên kết Cd lên các tế bào tảo không sinh trưởng

thuộc các chủng Chlorella khác nhau Kết quả khảo sát được thể hiện

ở Bảng 3.4

Bảng 3.4 Hấp thu ngắn hạn Cd 2+ bởi các chủng Chlorella

STT Chủng tảo % loại bỏ (µmol/g)q STT Chủng tảo % loại bỏ (µmol/g)q

Cd nhất, tương ứng là 41,99% và 39,76% lượng Cd ban đầu Lượng

Cd trong sinh khối của CT4.2.1 và CT8.1.2 tương ứng là 189,86 và

này đã được so sánh với các kết quả công bố bởi các tác giả khác, thể hiện ở Bảng 3.5

Bảng 3.5 Khả năng liên kết Cd của sinh khối một số loài Chlorella Loài Chlorella Cd ban đầu

(µmol/l)

Sinh khối (mg/l)

q

(µmol/g)

Nguồn tài liệu

Chlorella CT4.2.1 44,48 97 189,95 Luận án này

Chlorella CT8.1.2 44,48 100 162,99 Luận án này

Số liệu ở Bảng 3.5 cho thấy rằng khả năng loại bỏ Cd của sinh

khối Chlorella CT4.2.1 và CT8.1.2 có thể cao gấp từ 4 – 8 lần so với các chủng Chlorella sử dụng trong nghiên cứu khác

3.1.3.2 Hấp thu dài hạn Cd 2+ của các chủng Chlorella có tính chống chịu cao

Kết quả loại bỏ Cd bởi các tế bào tảo đang sinh trưởng thuộc các

chủng Chlorella chống chịu được trình bày ở Bảng 3.6

Do lượng sinh khối tăng lên nên lượng Cd liên kết vào sinh khối cũng tăng theo khiến cho nồng độ Cd còn lại trong dung dịch sau 192 giờ nuôi cấy đã giảm cách đáng kể so với nồng độ ban đầu Lượng

chủng XH2.1.1 và HN8.2.1 Vì thế chủng CT8.1.2 đã được chọn để

tiến hành các nghiên cứu tiếp theo

Bảng 3.6 Hấp thu dài hạn Cd 2+ ở các chủng Chlorella chống chịu

Chủng tảo Sinh khối (mg/l) [Cd] còn lại (µmol/l) EC50

3.2 Xác định ảnh hưởng của một số yếu tố môi trường

3.2.1 Lựa chọn môi trường nuôi cấy tảo Chlorella CT8.1.2

Tảo Chlorella CT8.1.2 được nuôi cấy trên các môi trường BG11,

Bristol và Proteose để tìm ra môi trường dinh dưỡng thích hợp Kết

quả thực nghiệm được thể hiện ở Hình 3.2

trên cơ sở môi trường BG11

3.2.2 Ảnh hưởng của pH ban đầu

Mỗi loài tảo đều cần môi trường có giá trị pH nhất định để có thể sinh trưởng một cách tối ưu pH còn ảnh hưởng tới tính tan, khả năng phân ly của muối và của phức chất với kim loại nặng nên sẽ tác động lên sự vận chuyển kim loại nặng qua màng tế bào

3.2.2.1 Ảnh hưởng của pH đến sự sinh trưởng và chống chịu

Kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của pH ban đầu của nước thải

nhân tạo lên sinh trưởng và khả năng chống chịu của tảo Chlorella

CT8.1.2 đối với Cd được thể hiện ở Hình 3.3

Hình 3.3 Ảnh hưởng của pH lên sinh trưởng và chống chịu Cd 2+

Tảo CT8.1.2 sinh trưởng và chống chịu tốt với độc tính của Cd trong vùng pH từ 4 – 7 Khi pH > 7 tảo CT8.1.2 sinh trưởng kém dần

và độc tính của Cd đối với tảo cũng tăng lên đột ngột Ở pH 10 và trong điều kiện có Cd tảo CT8.1.2 hầu như không phát triển được

3.2.2.2 Ảnh hưởng của pH ban đầu đến khả năng loại bỏ Cd 2+

Kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của pH ban đầu lên khả năng

Hình 3.4 Ảnh hưởng của pH lên khả năng loại bỏ Cd2+ của CT8.1.2

Tỷ lệ loại bỏ Cd bởi tảo Chlorella CT8.1.2 đạt cực đại trong

khoảng pH 6 - 7 Tỷ lệ này giảm nhanh khi pH ban đầu của nước thải nhân tạo có giá trị lớn hơn 7

Hàm lượng Cd tích tụ trong sinh khối tảo CT8.1.2 ở những điều kiện pH ban đầu khác nhau được thể hiện trên Hình 3.5

Sinh khối (mg/l) q (μmol/g)

Hình 3.5 Ảnh hưởng của pH đến tích lũy Cd 2+ của CT8.1.2

Giá trị q đạt cao nhất trong điều kiện pH 6 - 7 Vì thế, các thực

nghiệm tiếp theo đều sẽ được tiến hành với pH từ 6,5 - 7,0 Giá trị

của q tăng nhanh trong khoảng pH từ 9 - 10 là do các ion Cd2+ trong

3.2.3 Ảnh hưởng của nguồn carbon

Đã tiến hành các thực nghiệm nhằm khảo sát ảnh hưởng của glucose, NaHCO 3 và CO 2 lên sinh trưởng, khả năng chống chịu và hấp thu Cd của tảo CT8.1.2

3.2.3.1 Ảnh hưởng của nguồn carbon lên sức chống chịu Cd 2+

Các nguồn carbon được sử dụng bao gồm glucose (I), saccharose (II), NaHCO 3 (III), CO 2 bổ sung vào khí sục (IV) và CO 2 có trong không khí (V) Kết quả khảo sát được thể hiện ở Hình 3.6

3.2.3.2 Ảnh hưởng của nguồn carbon lên khả năng loại bỏ Cd 2+

Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các nguồn carbon lên khả năng

loại bỏ Cd của tảo Chlorella CT8.1.2 được thể hiện ở Hình 3.7

3.2.4 Ảnh hưởng của một số cation kim loại

Trên thực tế, các ion kim loại nặng thường ít khi tồn tại một cách riêng rẽ trong môi trường nước tự nhiên cũng như nước thải Các cation Ca 2+ , Fe 3+ , Mn 2+ và Zn 2+ được quan tâm vì chúng có mặt trong hầu hết các môi trường sinh trưởng dùng cho tảo và thường hiện diện cùng với cadmium trong nước thải Dải nồng độ được sử dụng đối với các cation Ca 2+ , Fe 3+ , Mn 2+ và Zn 2+ là 0,25; 0,5; 1; và 2 lần nồng

độ của các cation này trong môi trường BG11

3.2.4.1 Ảnh hưởng của ion Ca 2+

Ảnh hưởng của nồng độ ion Ca 2+ lên sinh trưởng, khả năng chống chịu và loại bỏ Cd của tảo CT8.1.2 được thể hiện trên Hình 3.8 Trong khoảng nồng độ từ 0,25x - 1x, ion Ca 2+ có tác dụng tăng cường khả năng loại bỏ Cd của CT8.1.2 Khi nồng độ ion Ca 2+ gấp hai lần nồng độ chuẩn bắt đầu xuất hiện hiệu ứng ức chế hấp thu

Ca 2+

0 10 20 30

Hình 3.8 Ảnh hưởng của Ca 2+ lên sự chống chịu và loại bỏ Cd 2+

3.2.4.2 Ảnh hưởng của ion Fe 3+

Ảnh hưởng của nồng độ ion Fe 3+ lên sinh trưởng, khả năng chống chịu và loại bỏ Cd của tảo CT8.1.2 được thể hiện trên Hình 3.9

Cd còn lại Cd trong sinh khối

Hình 3.9 Ảnh hưởng của Fe 3+ lên sự chống chịu và loại bỏ Cd 2+

Nồng độ ion Fe 3+ trong môi trường tăng lên khiến sinh trưởng và tính chống chịu của tảo cũng tăng lên Khi nồng độ ion Fe 3+ cao gấp

2 lần (1,8 mg/l) nồng độ trong môi trường chuẩn thì tác dụng tăng

Fe trong môi trường làm tăng hiệu quả loại bỏ Cd

3.2.4.3 Ảnh hưởng của ion Zn 2+

Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ion Zn 2+ lên sinh trưởng, khả năng chống chịu và loại bỏ Cd của tảo CT8.1.2 được thể hiện trên Hình 3.10

Cd còn lại Cd trong sinh khối

Hình 3.10 Ảnh hưởng của Zn 2+ lên sự chống chịu và loại bỏ Cd 2+

Nồng độ kẽm tăng từ 0,0125- 0,05 mg/l làm sinh trưởng của tảo CT8.1.2 tăng nhẹ; khả năng chống chịu cũng thay đổi nhưng không đáng kể Ở nồng độ Zn 2+ cao gấp 2 lần nồng độ chuẩn, tỷ lệ ức chế sinh trưởng của tảo tăng chút ít Hấp thu Cd bởi tảo CT8.1.2 ít chịu ảnh hưởng của ion Zn 2+ trong khoảng nồng độ được khảo sát

3.2.4.4 Ảnh hưởng của ion Mn 2+

Ảnh hưởng của nồng độ ion Mn 2+ lên sinh trưởng, sự chống chịu

và loại bỏ Cd của tảo CT8.1.2 được thể hiện trên Hình 3.11

Ion Mn 2+ trong khoảng nồng độ từ 0,125- 0,5 mg/l không làm thay đổi khả năng hấp thu Cd 2+ của tảo Chlorella CT8.1.2 Chỉ khi

Cd còn lại Cd trong sinh khối

Hình 3.11 Ảnh hưởng của Mn 2+ lên sự chống chịu và loại bỏ Cd 2+

3.3 Khảo sát động học hấp thu cadmium

3.3.1 Đặc tính hấp thu Cd 2+ ở tế bào tảo không sinh trưởng

Hai chủng CT4.2.1 và CT8.1.2 có khả năng cao nhất trong việc loại bỏ Cd trong số 34 chủng tảo được thử nghiệm Kết quả khảo sát đặc tính hấp thu Cd 2+ của CT4.2.1 và CT8.1.2 không sinh trưởng được trình bày ở Hình 3.12

thu Cd vào bên trong tế bào chất Sinh khối tảo CT4.2.1 có thể được dùng như là một loại vật liệu hấp phụ sinh học để loại bỏ Cd trong nước thải

3.3.2 Động học hấp thu Cd 2+ với các tế bào tảo không sinh trưởng

Các kết quả thực nghiệm đã cho thấy quá trình loại bỏ Cd bởi các

tế bào tảo sống, bên cạnh cơ chế hấp phụ bề mặt còn có sự tham gia của cơ chế hấp thu nội bào Trong số các mô hình động học đã được công bố chỉ có mô hình của Ting đề cập đến cả hai cơ chế này Vì thế mô hình hấp phụ và vận chuyển qua màng của Ting đã được lựa

chọn để mô tả động học hấp thu Cd ở tảo Chlorella CT4.2.1 và

CT8.1.2 Trong mô hình của Ting, các phương trình chính là:

A = nồng độ kim loại tổng số (mmol/l),

C1 = nồng độ kim loại trên bề mặt tế bào (mmol/mg),

C2 = nồng độ kim loại bên trong tế bào (mmol/mg),

x = khối lượng khô của tế bào (mg/l),

R1 = là hằng số tốc độ chất mang (h -1 ),

R2 = là tỷ lệ của hằng số tốc độ,

t = thời gian (giờ)

động học của mô hình hấp phụ và vận chuyển qua màng với trường hợp tế bào không sinh trưởng Giá trị của các tham số này được nêu

ở Bảng 3.8

Bảng 3.8 Giá trị các tham số mô hình với tảo CT4.2.1 và CT8.1.2

CT4.1.2 211,64 0,02397 2,4840 0,000003846 0,067228 CT8.1.2 334,90 0,05629 0,9085 0,000006472 0,064082

Từ giá trị của các tham số ở Bảng 3.8 đã tính được sự biến thiên hàm lượng Cd hấp phụ trên bề mặt tế bào [C1] và hàm lượng Cd tích lũy nội bào [C2 ] ở CT4.2.1 và CT8.1.2 trên Hình 3.14

Hình 3.14 Hấp thu Cd 2+ bởi các tế bào tảo không sinh trưởng

Với cả hai chủng CT4.2.1 và CT8.1.2, lượng Cd hấp phụ lên bề mặt tế bào nhanh chóng bão hòa Lượng Cd hấp thu nội bào tăng dần theo thời gian tiếp xúc Có sự khác biệt rõ ràng về động học hấp thu

Cd giữa hai chủng CT4.2.1 và CT8.1.2

Thực nghiệm nghiên cứu động học được tiến hành trên photobioreactor (PBR) Biến thiên sinh khối tảo và nồng độ Cd còn lại trong nước thải nhân tạo theo thời gian được thể hiện ở Hình 3.15 Sau 192 giờ tiếp xúc với các tế bào tảo CT8.1.2 nồng độ Cd còn lại là 1,2 µmol/l, nghĩa là 97,6% Cd ban đầu đã được loại bỏ

Sinh khối Nồng độ Cd còn lại

Hình 3.15 Biến thiên sinh khối và nồng độ Cd2+ còn lại trong PBR

3.3.4.2 Đặc tính tích lũy Cd của sinh khối tảo theo thời gian

Số liệu về sự thay đổi tích lũy Cd trong sinh khối tảo CT8.1.2 theo thời gian được thể hiện trên Hình 3.17

kiện không tế bào sinh trưởng (213,32 µmol/g) Sự hấp thu nội bào khi tảo sinh trưởng ưu thế hơn hẳn sự hấp phụ bề mặt thuần túy

3.3.4.3 Xác định các tham số µ, K, R1 và R2

Từ các dữ liệu thực nghiệm đã xác định được giá trị của các tham

số mô hình trong trường hợp tảo CT8.1.2 sinh trưởng theo hàm mũ như sau: µ = 0,0132; K = 385,64; R1 = 0,0480 và R2 = 0,0516

3.3.4.4 Cơ cấu hấp thu Cd 2+ của tảo từ mô hình động học

Các giá trị của các tham số µ, K, R1 và R2 đã được dùng để giải phương trình động học theo phương pháp số trên phần mềm Maple

10 Kết quả tính toán được thể hiện trên Hình 3.18

Hình 3.18 Động học hấp thu Cd 2+ của tảo CT8.1.2 đang sinh trưởng Lượng Cd hấp phụ trên bề mặt tế bào tảo [C1 ] đã liên tục giảm Lượng Cd được hấp thu nội bào [C2] liên tục tăng cho đến 48 giờ và chỉ bắt đầu giảm sau 72 giờ Sự vận chuyển qua màng là động lực chính trong việc làm giảm nồng độ Cd trong hệ

3.3.5 Mô phỏng động học hấp thu Cd nội bào

Để hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động trong quá trình tích tụ kim

3.3.5.1 Động học hấp thu Cd với các giá trị µ khác nhau

Kết quả tính toán mô phỏng động học hấp thu Cd 2+ nội bào bởi tảo với các giá trị khác nhau của µ (từ 0,5 đến 2 lần giá trị thực

nghiệm) được thể hiện trên 3.19

Hình 3.19 Ảnh hưởng của μ lên hấp thu Cd2+ nội bào ở tảo

Mô hình rất nhạy cảm đối với sự thay đổi giá trị của µ Ở những

giá trị càng cao của µ thì mức độ hấp thu Cd nội bào càng giảm Sự

gia tăng hằng số tốc độ sinh trưởng µ có nghĩa là diện tích bề mặt tế

bào trong hệ tăng nhanh Khi đó, phần lớn lượng Cd bị loại bỏ là do

sự hấp phụ bề mặt

3.3.5.2 Động học hấp thu Cd 2+ với các giá trị K khác nhau

Kết quả tính toán mô phỏng động học hấp thu Cd 2+ nội bào bởi tảo với các giá trị khác nhau của K (từ 0,5 đến 2 lần giá trị thực

nghiệm) được thể hiện trên Hình 3.21

Mô hình cũng rất nhạy cảm đối với sự thay đổi giá trị của K Khi

cho K nhận giá trị càng cao thì [C2] càng thấp và thời điểm bão hòa tích lũy Cd nội bào càng đến chậm Khi K thấp, [C1] sẽ cao Như vậy, chủng tảo có hằng số hấp phụ K thấp là đặc tính đáng mong đợi

Hình 3.21 Ảnh hưởng của K lên sự hấp thu Cd2+ nội bào

3.3.5.3 Động học hấp thu Cd 2+ với các giá trị R1 khác nhau

Kết quả tính toán mô phỏng động học hấp thu Cd 2+ nội bào với các giá trị khác nhau của R1 (từ 1 đến 100 lần giá trị thực nghiệm) được thể hiện trên Hình 3.22

tế bào tảo càng lớn (trong vòng 24 giờ) và nồng độ Cd còn lại trong dung dịch cũng sẽ càng thấp

Mức độ nhạy cảm của mô hình thay đổi tùy thuộc vào ngưỡng giá

tương tự nhau khi R1 lớn hơn 10 lần giá trị thực nghiệm

3.3.5.4 Động học hấp thu Cd 2+ với các giá trị R2 khác nhau

Kết quả tính toán mô phỏng động học hấp thu Cd 2+ nội bào với các giá trị khác nhau của R2 (từ 1 đến 100 lần giá trị thực nghiệm) được thể hiện trên Hình 3.23

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ KẾT LUẬN

Luận án đã đạt được những kết quả chủ yếu sau đây:

1 Xây dựng được một tập hợp gồm 34 chủng tảo Chlorella của

Việt Nam, là bộ sưu tập chủng Chlorella lớn nhất ở Việt Nam hiện

nay Đây là nguồn gen quí, có giá trị về nhiều mặt

2 Khả năng chống chịu và hấp thu cadmium của 34 chủng tảo

Chlorella đã phân lập ở Việt Nam rất khác nhau Không tìm thấy

3 Trong số 34 chủng tảo đã phân lập từ các địa điểm khác nhau ở Việt Nam, hai chủng CT4.2.1 và CT8.1.2 có khả năng loại bỏ cadmium cao nhất, gấp từ 4 đến 8 lần khả năng của các chủng

Chlorella thương mại Chủng tảo CT8.1.2 có triển vọng sử dụng

trong công nghiệp

4 Với chủng tảo Chlorella CT8.1.2, ở pH từ 6 đến 7 và sục khí

có bổ sung 1% CO 2 tảo phát triển nhanh và loại bỏ cadmium hiệu quả nhất Tảo thích ứng tốt với sự thay đổi nồng độ của ion Ca 2+ ,

Fe 3+ , Zn 2+ và Mn 2+ hiện diện trong nước thải

5 Mô hình hấp phụ và vận chuyển qua màng do Ting đề xuất có thể mô tả chính xác động học hấp thu cadmium ở tảo Chlorella

CT8.1.2 Kết quả tính toán từ mô hình này phù hợp tốt với các số liệu thực nghiệm Cách tiếp cận này đã mở ra khả năng tính toán thiết kế hệ thống xử lý công nghiệp

6 Tính toán mô phỏng từ mô hình cho thấy loại tảo ưu thế đối với việc hấp thu chủ động kim loại nặng từ dung dịch nước cần phải có

giá trị cao đối với hằng số tốc độ sinh trưởng µ và hằng số tỷ lệ chất

mang R1, có giá trị thấp đối với hằng số hấp phụ K và R2 (đo lường thất thoát ion kim loại từ tế bào ra bên ngoài)

các chất keo tụ sinh học (bioflocculant) có thể là một giải pháp mới

có nhiều triển vọng

3 Nghiên cứu mô hình xử lý kết hợp loại bỏ đồng thời kim loại nặng và khí thải chứa CO2 nhằm khắc phục một cách hiệu quả tình trạng ô nhiễm môi trường

4 Vận dụng những kết quả của luận án vào lĩnh vực thu hồi các nguyên tố quí hiếm từ các nguồn thải của các khai trường khai thác quặng

nhiễm kim loại nặng trong nước thải”, Tạp chí Bảo vệ Môi trường,

Số 5, tr 25-29 và 36

2 Lâm Ngọc Tuấn, Dương Đức Tiến và Đinh Văn Sâm (2004),

“Phân lập và tuyển chọn tảo Chlorella cho mục tiêu loại bỏ Cd trong

nước thải”, Tạp chí Di truyền học và Ứng dụng, Chuyên san Công nghệ Sinh học 2003-2004, tr 149-153

3 Lâm Ngọc Tuấn và Đinh Văn Sâm (2006), “Nghiên cứu động học hấp thu Cd bởi tảo Chlorella sp chủng CT8.1.2”, Tạp chí Khoa học

và Công nghệ, Tập 44/Số 3, tr 81-88

4 Lâm Ngọc Tuấn và Đinh Văn Sâm (2006), “Ảnh hưởng của một

số yếu tố môi trường lên sự hấp thụ dài hạn cadmium ở tảo Chlorella

sp CT8.1.2”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Tập 44/Số 4, tr

77-83

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu và kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được người khác công bố

Hà Nội, ngày 20 tháng 10 năm 2007

Tác giả

Lâm Ngọc Tuấn

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin bày lòng biết ơn sâu sắc đối với PGS.TS Đinh Văn Sâm và GS TSKH Dương Đức Tiến vì những chỉ dẫn khoa học và những đóng góp quí báu để luận án này được hoàn thành

Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh đạo cùng các thầy giáo, cô giáo Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, Ban Lãnh đạo và các cán bộ thuộc Trung tâm Đào tạo Sau đại học – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã dành cho tác giả sự giúp đỡ to lớn và liên tục trong suốt quá trình thực hiện luận án

Xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Đà Lạt, Ban Chủ nhiệm Khoa Sinh học đã tạo điều kiện cho tôi được học tập và nghiên cứu

Xin chân thành cảm ơn GS Bo Mattiasson và TS Benoit Guieysse thuộc Khoa Công nghệ Sinh học Trường Đại học Tổng hợp Lund (Thụy Điển) vì những

hỗ trợ to lớn cho tác giả trong thời gian làm việc tại đây

Xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Trung tâm Công nghệ Sinh học – Đại học Quốc gia Hà Nội đã cho phép tác giả thực hiện các nghiên cứu của mình tại đây Xin chân thành cảm ơn ThS Đặng Phước Huy, Ths Võ Tiến thuộc Khoa Toán Trường Đại học Đà Lạt, ThS Nguyễn Giằng thuộc Viện Nghiên cứu Hạt nhân

Đà Lạt về những đóng góp có giá trị trong quá trình thực hiện luận án

Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với gia đình, người thân và bạn bè vì đã động viên và ủng hộ về mọi mặt cho tác giả

Hà Nội, ngày 20 tháng 10 năm 2007

Lâm Ngọc Tuấn

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN IIMỤC LỤC IIIDANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT VIII

DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ XII

1.1.2.1 Độc tính của cadmium đối với người và động vật 6

1.2.1 Loại bỏ kim loại nặng bằng các phương pháp hóa lý 101.2.1.1 Phương pháp kết tủa hóa học 101.2.1.2 Phương pháp điện hóa 101.2.1.3 Phương pháp trao đổi ion 111.2.1.4 Phương pháp thẩm thấu ngược 111.2.1.5 Các phương pháp hóa lý khác 121.2.2 Loại bỏ kim loại nặng bằng phương pháp sinh học 121.2.2.1 Sử dụng sinh khối chết để loại bỏ kim loại nặng 131.2.2.2 Sử dụng các tế bào đang sinh trưởng để loại bỏ kim loại nặng 141.2.2.3 Khả năng loại bỏ kim loại nặng của thực vật bậc cao 161.2.2.4 Khả năng loại bỏ kim loại nặng của vi khuẩn 181.2.2.5 Khả năng loại bỏ kim loại nặng của vi tảo 18

1.3 TỔNG QUAN VỀ LOẠI BỎ KIM LOẠI NẶNG BẰNG VI TẢO 211.3.1 Chọn lọc chủng tảo cho mục tiêu loại bỏ kim loại nặng 211.3.2 Cơ chế chống chịu và loại bỏ kim loại nặng ở vi tảo 221.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hấp thu kim loại nặng ở vi tảo 251.3.3.1 Ảnh hưởng của ánh sáng và nhiệt độ 261.3.3.2 Ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng 281.3.3.3 Ảnh hưởng của pH 301.3.3.4 Ảnh hưởng của các ion kim loại 321.3.3.5 Ảnh hưởng của chế độ thủy động 331.3.3.6 Một số yếu tố ảnh hưởng khác 34

1.3.4 Tình hình nghiên cứu sử dụng tảo Chlorella để loại bỏ kim loại nặng 35 1.3.4.1 Vài nét về tảo Chlorella 35 1.3.4.2 Khả năng loại bỏ kim loại nặng của tảo Chlorella 37

1.4 MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH LOẠI BỎ KIM LOẠI NẶNG BẰNG

PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC 391.4.1 Các phương trình cân bằng hấp phụ sinh học kim loại nặng 401.4.2 Các phương trình động học hấp phụ sinh học kim loại nặng 421.4.3 Động học sinh trưởng của vi tảo 451.4.4 Mô hình hóa cơ chế hấp thu kim loại nặng của các tế bào sống 461.4.5 Mô hình hóa sự hấp thu kim loại nặng bởi các tế bào sống 481.5 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LBKLN BẰNG PPSH Ở VIỆT NAM 541.6 MỘT SỐ NHẬN ĐỊNH CHUNG 57

2.1 GIỐNG TẢO, THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT 59

2.1.1 Nguồn giống tảo Chlorella 59

2.1.2 Các thiết bị nghiên cứu chính 592.1.3 Các dụng cụ và hóa chất 622.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM 622.2.1 Môi trường dinh dưỡng và chế độ nuôi cấy 62

2.2.2 Phương pháp phân lập tảo Chlorella 63

2.2.3 Tương quan giữa mật độ quang, mật độ tế bào và sinh khối khô của tảo 632.2.4 Phương pháp đánh giá tính chống chịu của tảo 642.2.5 Phương pháp đánh giá khả năng hấp thu ngắn hạn 652.2.6 Phương pháp đánh giá ảnh hưởng của pH ban đầu 652.2.7 Phương pháp đánh giá ảnh hưởng của các nguồn carbon 652.2.8 Phương pháp đánh giá ảnh hưởng của các cation kim loại 662.2.9 Phương pháp khảo sát động học hấp thu 662.2.10 Phương pháp phân tích kim loại 672.3 MÔ HÌNH HÓA ĐỘNG HỌC HẤP THU 682.3.1 Ước lượng các tham số của mô hình 69

2.3.1.1 Ước lượng hằng số hấp phụ K 69

2.3.1.3 Ước lượng hằng số tốc độ sinh trưởng µ 71 2.3.2 Giải phương trình động học từ các tham số µ, K, R1, R2 72

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 75

3.1 TUYỂN CHỌN TẢO CHO MỤC TIÊU LOẠI BỎ CADMIUM 75

3.1.1 Tìm kiếm các chủng tảo Chlorella ở Việt Nam 75 3.1.2 Đánh giá khả năng chống chịu của các chủng Chlorella với Cd2+ 783.1.3 Đánh giá khả năng loại bỏ Cd2+ của các chủng Chlorella 82

3.1.3.1 Hấp thu ngắn hạn Cd2+ của các chủng Chlorella 83

3.1.3.2 Hấp thu dài hạn Cd2+ của các chủng Chlorella chống chịu 90

3.2 XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG 91

3.2.1 Lựa chọn môi trường nuôi cấy tảo Chlorella CT8.1.2 91

3.2.2 Ảnh hưởng của pH ban đầu 923.2.2.1 Ảnh hưởng của pH ban đầu lên sinh trưởng và khả năng chống chịu 933.2.2.2 Ảnh hưởng của pH ban đầu lên khả năng loại bỏ Cd2+ 943.2.3 Ảnh hưởng của nguồn carbon 97

3.2.3.1 Ảnh hưởng của nguồn carbon lên khả năng chống chịu Cd2+ 973.2.3.2 Ảnh hưởng của nguồn carbon lên khả năng loại bỏ Cd2+ 993.2.4 Ảnh hưởng của một số cation kim loại 101

3.2.4.5 Nhận định chung về ảnh hưởng của các nhân tố môi trường 1073.3 KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC HẤP THU CADMIUM 1073.3.1 Đặc tính hấp thu Cd2+ trong điều kiện tế bào không sinh trưởng 1083.3.2 Đẳng nhiệt hấp phụ Cd2+ với sinh khối tảo CT4.2.1 1103.3.3 Động học hấp thu Cd2+ với các tế bào tảo không sinh trưởng 1113.3.4 Động học hấp thu Cd2+ với các tế bào tảo CT8.1.2 đang sinh trưởng 1153.3.4.1 Biến thiên sinh khối tảo và nồng độ cadmium còn lại theo thời gian 1163.3.4.2 Đặc tính tích lũy cadmium của sinh khối tảo theo thời gian 119

3.3.4.3 Xác định các tham số µ, K, R1 và R2 1213.3.4.4 Cơ cấu hấp thu Cd2+ của tảo từ mô hình động học 1223.3.5 Mô phỏng động học hấp thu cadmium nội bào 1243.3.5.1 Động học hấp thu Cd2+ với các giá trị µ khác nhau 125

3.3.5.2 Động học hấp thu Cd2+ với các giá trị K khác nhau 127

3.3.5.3 Động học hấp thu Cd2+ với các giá trị R1 khác nhau 1283.3.5.4 Động học hấp thu Cd2+ với các giá trị R2 khác nhau 129

3.3.6 Nhận định chung về động học hấp thu cadmium ở tảo Chlorella 130

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 131

KẾT LUẬN 131

ĐỀ NGHỊ 131CÁC CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN TỚI LUẬN ÁN 133TÀI LIỆU THAM KHẢO 134PHỤ LỤC 1 CÁC SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM 146

PHỤ LỤC 2 CÁC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN TỪ MÔ HÌNH 155PHỤ LỤC 3 CÁC LỆNH ĐÃ DÙNG TRONG MAPLE 10 160

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

A nồng độ kim loại tổng số trong hệ (mmol/l) (a)

a hằng số (mmol/l) (a), (b), (c)

b hằng số (b)

c0 nồng độ kim loại ban đầu trong tế bào (µg/mg) (e)

C1 nồng độ kim loại trên thành tế bào (mmol/mg hay µmol/mg) (a)

C2 nồng độ kim loại bên trong tế bào (mmol/mg hay µmol/mg) (a)

CE nồng độ phức kim loại - chất mang (mmol/l) (a)

Ce nồng độ kim loại trong dung dịch khi cân bằng (mg/l) (c)

E nồng độ chất mang tự do (mmol/l) (a)

Et nồng độ tổng số của chất mang (mmol/l) (a)

I nhân tử tính tích phân (không thứ nguyên) (a)

kL hệ số chuyển khối (cm/s) (e)

L năng suất tế bào (mg/l.h) (a)

m nồng độ kim loại trong dung dịch (mmol/l) (a)

M nồng độ sinh khối tảo (mg/l) (c)

m nồng độ kim loại trong dung dịch (mmol/l) (a)

m nồng độ kim loại trong dung dịch (µg/ml) (e)

m0 nồng độ kim loại ban đầu trong dung dịch (µg/ml) (e)

n hằng số (không thứ nguyên) (d)

p nồng độ chất mang bên trong tế bào (mmol/mg) (a)

q lượng kim loại liên kết lên tế bào (mmol/g) (a)

qeq lượng kim loại bị hấp phụ lên chất hấp phụ khi cân bằng (mg/g) (d)

qmax lượng kim loại tối đa liên kết lên tế bào (mg/g) (d)

qt lượng kim loại bị hấp phụ lên chất hấp phụ ở thời điểm t (mg/g) (d)

R tỷ lệ kim loại bị loại bỏ (%) (b)

R1 hằng số tốc độ chất mang (h¯1) (a)

R2 tỷ lệ của các hằng số tốc độ (không thứ nguyên) (a)

S diện tích bề mặt riêng của tế bào (cm2/mg) (e)

t thời gian (tính bằng giờ) (a)

t thời gian tiếp xúc (tính bằng phút) (b)

t thời gian (s) (e)

v vận tốc phản ứng (vận chuyển qua màng) (mmol/l.h)

x nồng độ sinh khối khô của tế bào (mg/l) (a)

x nồng độ sinh khối khô (mg/ml) (e)

x0 nồng độ sinh khối khô ban đầu (mg/ml) (e)

x0 nồng độ tế bào ban đầu (mg/l) (a)

Z1 hằng số (mg/mmol.h) (a)

Z2 hằng số (mg/mmol.h) (a)

β biến số (mmol/l) (a)

β hằng số (c)

µ hằng số tốc độ sinh trưởng riêng (h¯1) (a)

µ hằng số tốc độ sinh trưởng (s¯1) (e)

LBKLN loại bỏ kim loại nặng

PPSH phương pháp sinh học

GSH glutathione

TDT trích dẫn theo

Ghi chú: Các chỉ số (a) được dùng bởi Ting và cộng sự (1989) [130]; (b) được

dùng bởi Gupta và cộng sự (2001) [75]; (c) được dùng bởi Tang và cộng

sự (2002) [126]; (d) được dùng bởi Aksu (2001) [47]; (e) được dùng bởi Khummongkol và cộng sự (1982) [87]

Bảng 1.5 Tương tác giữa các kim loại trong LBKLN bằng vi tảo 33

Bảng 1.6 Thành phần hóa học (% khối lượng khô) của thành tế bào Chlorella 36 Bảng 1.7 Khả năng loại bỏ các kim loại nặng của một số loài tảo Chlorella 37

Bảng 1.8 Khả năng hấp phụ Cr, Ni và Pb của vài loại vật liệu hấp phụ sinh học 55 Bảng 2.1 Dải nồng độ của các cation được sử dụng trong môi trường nuôi cấy 66

Bảng 3.1 Danh sách các chủng tảo Chlorella đã phân lập 75 Bảng 3.2 Tỷ lệ sống sót của các chủng Chlorella ở các nồng độ Cd2+ khác nhau 78Bảng 3.3 Giá trị EC50 của cadmium với các chủng tảo Chlorella đã phân lập 80

Bảng 3.4 Hấp thu ngắn hạn Cd2+ bởi các chủng Chlorella 83

Bảng 3.5 Khả năng liên kết Cd2+ của sinh khối một số loài tảo Chlorella 87

Bảng 3.6 Hấp thu dài hạn Cd2+ ở các chủng Chlorella có tính chống chịu cao 90

Bảng 3.7 Biến thiên nồng độ Cd2+ còn lại sau xử lý với tảo CT4.2.1 và CT8.1.2 113Bảng 3.8 Giá trị các tham số của mô hình động học ở tảo CT4.2.1 và CT8.1.2 114

Bảng 3.9 Giá trị các tham số của mô hình động học ở tảo Chlorella CT8.1.2 122 Bảng PL1.1 Thành phần của môi trường BG11 146Bảng PL1.2 Thành phần của môi trường Bristol 146Bảng PL1.3 Thành phần của môi trường Proteose 146Bảng PL1.4 Tương quan giữa mật độ tế bào tảo và nồng độ sinh khối khô 147

Bảng PL1.5 Mật độ tế bào tảo Chlorella ở các nồng độ Cd2+ khác nhau 150Bảng PL1.6 Sinh trưởng của tảo CT4.1.2 trong các môi trường khác nhau 151Bảng PL1.7 Sinh trưởng của tảo CT8.1.2 trong các môi trường khác nhau 152Bảng PL1.8 Nồng độ Cd2+ còn lại (mg/l ± SE) trong các mẫu hấp thu ngắn hạn 152Bảng PL1.9 Nồng độ Cd2+ còn lại (mg/l ± SE) trong các mẫu hấp thu dài hạn 153

Bảng PL1.10 Nồng độ Cd2+ còn lại (mg/l ± SE) ở các pH khác nhau 153

Bảng PL1.11 Nồng độ Cd2+ còn lại (mg/l ± SE) ở các nguồn carbon khác nhau 153

Bảng PL1.12 Nồng độ Cd2+ còn lại (mg/l ± SE) với các ion kim loại khác nhau 153

Bảng PL1.13 Nồng độ Cd2+ còn lại (mg/l ± SE) với tảo không sinh trưởng 154

Bảng PL1.14 Nồng độ Cd2+ còn lại (mg/l ± SE) với sinh khối CT4.2.1 154

Bảng PL2.1 Các tham số của mô hình với CT4.2.1 không sinh trưởng 155

Bảng PL2.2 Kết quả tính toán từ mô hình với CT4.2.1 không sinh trưởng 155

Bảng PL2.3 Các tham số của mô hình với CT8.1.2 không sinh trưởng 155

Bảng PL2.4 Kết quả tính toán từ mô hình với CT8.1.2 không sinh trưởng 155

Bảng PL2.5 Các tham số của mô hình với CT8.1.2 đang sinh trưởng 155

Bảng PL2.6 Kết quả tính toán từ mô hình với CT8.1.2 đang sinh trưởng 156

Bảng PL2.7 Kết quả tính toán mô phỏng động học với các giá trị µ khác nhau 156

Bảng PL2.8 Kết quả tính toán mô phỏng động học với các giá trị K khác nhau 157

Bảng PL2.9 Kết quả tính toán mô phỏng động học với các giá trị R1 khác nhau 158

Bảng PL2.10 Kết quả tính toán mô phỏng động học với các giá trị R2 khác nhau 158

DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Một số dạng tương tác của kim loại nặng với các tế bào sống 15

Hình 1.2 Loại bỏ kim loại nặng bằng thực vật bậc cao 17

Hình 1.3 Tương tác giữa tảo và vi khuẩn để loại bỏ chất ô nhiễm hữu cơ 20

Hình 1.4 Glutathione và sinh tổng hợp phytochelatin 23

Hình 1.5 Sơ đồ các bước mô hình hóa 40

Hình 1.6 Các pha sinh trưởng của vi tảo 46

Hình 1.7 Một mô hình khái quát hóa sự hấp thu kim loại ở các tế bào sống 47

Hình 1.8 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải bằng vi tảo 56 Hình 2.1 Một số thiết bị chính đã được dùng trong nghiên cứu 60

Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo của photobioreactor 61

Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống photobioreactor dùng để nghiên cứu động học hấp thu 61

Hình 2.4 Qui trình lấy mẫu trong thực nghiệm khảo sát động học 67

Hình 3.1 Một số chủng Chlorella đã được phân lập ở Việt Nam 77

Hình 3.2 Sinh trưởng của CT8.1.2 trên môi trường BG11, Bristol và Proteose 92

Hình 3.3 Ảnh hưởng của pH lên sinh trưởng và chống chịu Cd2+ của CT8.1.2 93

Hình 3.4 Ảnh hưởng của pH lên khả năng loại bỏ Cd2+ của CT8.1.2 94

Hình 3.5 Ảnh hưởng của pH đến tích lũy Cd2+ ở CT8.1.2 96

Hình 3.6 Ảnh hưởng của nguồn carbon lên sinh trưởng và tính chống chịu Cd2+ 98

Hình 3.7 Ảnh hưởng của nguồn carbon đến loại bỏ Cd2+ của tảo CT8.1.2 99

Hình 3.8 Ảnh hưởng của ion Ca2+ đến khả năng chống chịu và loại bỏ Cd2+ 102

Hình 3.9 Ảnh hưởng của ion Fe3+ đến khả năng chống chịu và loại bỏ Cd2+ 103

Hình 3.10 Ảnh hưởng của ion Zn2+ đến khả năng chống chịu và loại bỏ Cd2+ 104

Hình 3.11 Ảnh hưởng của ion Mn2+ đến khả năng chống chịu và loại bỏ Cd2+ 106

Hình 3.12 Hấp thu Cd2+ bởi các tế bào tảo Chlorella không sinh trưởng 109

Hình 3.13 Đẳng nhiệt hấp phụ Cd2+ bởi sinh khối tảo CT4.2.1 ở 25°C 110

Hình 3.14 Động học hấp thu Cd2+ bởi các tế bào tảo không sinh trưởng 114

Hình 3.15 Sự thay đổi mật độ sinh khối và nồng độ Cd2+ còn lại trong PBR 117

Hình 3.16 Biến thiên nồng độ Cd2+ còn lại trong PBR theo thời gian 118Hình 3.17 Sự thay đổi tích lũy Cd2+ trong sinh khối tảo CT8.1.2 theo thời gian 119Hình 3.18 Động học hấp thu Cd2+ của tảo CT8.1.2 đang sinh trưởng 123

Hình 3.19 Ảnh hưởng của μ lên hấp thu Cd2+ nội bào ở tảo 125

Hình 3.20 Sinh trưởng của tảo với các hằng số tốc độ μ khác nhau 126 Hình 3.21 Ảnh hưởng của K lên sự hấp thu Cd2+ nội bào 127

Hình 3.22 Ảnh hưởng của R1 lên sự hấp thu Cd2+ nội bào 128

Hình 3.23 Ảnh hưởng của R2 lên sự hấp thu Cd2+ nội bào 129