Nghiên cứu khả năng hấp phụ kim loại nặng (ion Ni2+ và Cu2+) trong nước của vi sinh vật và xác định các thông số ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình hấp phụ

Hiện nay, vấn đề ô nhiễm KLN đang ngày càng cùng với sự phát triển của nền công nghiệp hiện đại, đặc biệt là trong nước ô nhiễm. Các phương pháp xử lý KLN bằng biện pháp hoá lý thường có chi phí cao và không xử lý hiệu quả khi nồng độ các ion KLN ô nhiễm ở mức thấp. Đề tài này sẽ góp phần xây dựng nên một loại vật liệu hấp 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 được một 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+. ·Ơ nồng độ 10 mg/l, pH hiệu quả, hiệu quả của quá trình hấp phụ đạt trên 90% đối với ion Cu2+ và 80% ion Ni2+. Khi nồng độ ion Ni2+ và Cu2+ càng cao thì 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 1 lớp và 87% đối với biofilm 2 lớp, ở nồng độ 50mg/l), tốc độ lọc đạt được là 0.133 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 CM ƠN i TĨM TẮT LUẬN VĂN . ii MỤC LỤC iii DANH SCH BẢNG xii DANH SCH HÌNH xiii KÝ HIỆU VIẾT TẮT xv PHẦN 1 : GIỚI THIỆU Chương 1 : MỞ ĐẦU 1 1.1 Mục tiu nghin cứu . 2 1.2 Phạm vi nghin cứu . 2 1.3 Đối tượng nghin cứu . 2 1.4 Nội dung nghin cứu . 2 PHẦN 2 : TỔNG QUAN Chương 2 : KIM LOẠI NẶNG 4 2.1 Khi niệm . 4 2.1.1 Tính chất hố lý của đồng (Cu) . 4 2.1.2 Tính chất hố lý của nikel (Ni) 6 2.2 Nguồn gốc gy ơ nhiễm KLN . 6 2.2.1 Từ cc hoạt động cơng nghiệp . 6 2.2.2 Từ cc hoạt động cơng nghiệp khai thc kim loại 7 2.2.2.1 Chu trình kim loại cơng nghiệp . 7 2.2.2.2 Ơ nhiễm KLN từ chất thải khai thc mỏ . 7 2.2.2.3 Cc lị nấu kim loại 8 2.2.3 Từ cc chất trừ su vơ cơ 8 2.2.4 Từ bn cống rnh . 9 2.3 Cc tc động của việc ơ nhiễm KLN 9 2.3.1 Tc hại của đồng (Cu) . 10 2.3.2 Tc hại của nikel (Ni) 10 2.3.3 Tc hại của một số KLN quan trọng khc như thuỷ ngn, cadimi, asen, chì, crơm 10 Chương 3 : CC PHƯƠNG PHP XỬ LÝ KLN 12 3.1 Cc phương php hố lý . 12 3.1.1 Phương php hấp phụ . 12 3.1.2 Trao đổi ion . 13 3.1.3 Cc qu trình tch bằng mng 14 3.1.3.1 Thẩm thấu ngược (mng RO) . 14 3.1.3.2 Điện thẩm tch . 14 3.1.4 Phương php kết tủa hĩa học 15 3.2 Cc phương php 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 bo nấm mốc 21 4.1.1 Mng bảo vệ (cell wall) . 22 4.1.2 Mng sinh chất (cell membrane) 23 4.1.2.1 Lớp lipid kp 23 4.1.2.2 Cc protein của mng sinh chất 25 4.1.2.3 Carbonhydrat của mng . 27 4.1.2.4 Tính khơng đối xứng của mng sinh chất . 27 4.1.3 Bo tương (cytoplasm) 28 4.1.4 Nhn tế bo (nucleus) . 28 4.2 Tổng quan một số giống nấm mốc . 29 4.2.1 Aspergillus spp. . 29 4.2.1.1 Phn 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 Phn 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 Phn 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 Phn 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 5.2.1.1 Đặc điểm chung 38 5.2.1.2 Tính thấm của màng sinh chất 40 a. Tính thấm của lớp lipid kép40 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

doc102 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 11/01/2013 | Lượt xem: 2107 | Lượt tải: 6download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Nghiên cứu khả năng hấp phụ kim loại nặng (ion Ni2+ và Cu2+) trong nước của vi sinh vật và xác định các thông số ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình hấp phụ, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
LÔØI CAÛM ÔN Ñeå hoaøn thaønh toát luaän vaên naøy toâi ñaõ ñöôïc söï giuùp ñôõ cuûa moïi ngöôøi. Tröôùc tieân con xin caûm ôn boá meï, ngöôøi luoân luoân giuùp ñôõ vaø taïo moïi ñieàu kieän toát nhaát ñeå con hoaøn thaønh toát vieäc hoïc taäp treân giaûng ñöôøng ñaïi hoïc. Ngöôøi luoân ñoäng vieân, an uûi, luoân beân con khi con caàn lôøi khuyeân hay khi con vaáp ngaõ. Em xin caûm ôn taát caû caùc Thaày Coâ trong khoa Moâi Tröôøng - Tröôøng Ñaïi Hoïc Baùch Khoa ñaõ taän tình chæ daïy, cho em nhöõng kieán thöùc boå ích trong suoát thôøi gian hoïc taäp. Ñaëc bieät, em xin chaân thaønh caûm ôn Th.S Ñaëng Vuõ Bích Haïnh ñaõ höôùng daãn em taän tình trong suoát quaù trình thöïc hieän luaän vaên naøy. Em xin caûm ôn quyù Thaày Coâ phaûn bieän ñaõ daønh thôøi gian quan taâm ñeán luaän vaên naøy. Xin caûm ôn taäp theå lôùp Kyõ thuaät Moâi tröôøng khoùa 2002 ñaõ cho toâi nhöõng ngaøy khoù queân. Ñaëc bieät, caùc baïn sinh vieân cuøng laøm vieäc trong Phoøng thí nghieäm Khoa Moâi tröôøng ñaõ giuùp ñôõ toâi raát nhieàu . TOÙM TAÉT LUAÄN VAÊN Hieän nay, vaán ñeà oâ nhieãm KLN ñang ngaøy caøng cuøng vôùi söï phaùt trieån cuûa neàn coâng nghieäp hieän ñaïi, ñaëc bieät laø trong nöôùc oâ nhieãm. Caùc phöông phaùp xöû lyù KLN baèng bieän phaùp hoaù lyù thöôøng coù chi phí cao vaø khoâng xöû lyù hieäu quaû khi noàng ñoä caùc ion KLN oâ nhieãm ôû möùc thaáp. Ñeà taøi naøy seõ goùp phaàn xaây döïng neân moät loaïi vaät lieäu haáp phuï sinh hoïc môùi vaø reû tieàn, öùng duïng ñeå xöû lyù KLN trong nöôùc, ñoù laø naám moác. Vôùi ñoái töôïng nghieân cöùu laø ion Ni2+ vaø Cu2+, luaän vaên naøy ñaõ nghieân cöùu ñöôïc moät soá keát quaû sau : Thôøi gian thu sinh khoái naám moác hieäu quaû laø 7 ngaøy vaø sinh khoái Aspergillus spp. coù löôïng sinh khoái taêng tröôûng cao nhaát. Gioáng naám moác coù khaû naêng haáp phuï ion Ni2+ vaø Cu2+ cao nhaát trong 5 gioáng Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Mucor hiemalis, Penicillium citrium, Trichoderma lignorum laø gioáng Aspergillus niger. Phöông phaùp xöû lyù sinh khoái baèng boät giaët laøm gia taêng ñaùng keå hieäu quaû haáp phuï vaø baát hoaït sinh khoái Asp.niger. Quaù trình haáp phuï ñaït ñöôïc hieäu quaû cao nhaát taïi möùc pH = 5 ñoái vôùi ion Ni2+ vaø pH = 6 ñoái vôùi ion Cu2+. Ôû noàng ñoä 10 mg/l, pH hieäu quaû, hieäu quaû cuûa quaù trình haáp phuï ñaït treân 90% ñoái vôùi ion Cu2+ vaø 80% ion Ni2+. Khi noàng ñoä ion Ni2+ vaø Cu2+ caøng cao thì hieäu quaû haáp phuï caøng thaáp vaø khi noàng ñoä töø ion Ni2+ vaø Cu2+ töø 200 mg/l trôû leân thì hieäu quaû haáp phuï seõ thaáp hôn 10%. Biofilm Asp.niger dai vaø loïc ñöôïc ion Ni2+ hieäu quaû (59% ñoái vôùi biofilm 1 lôùp vaø 87% ñoái vôùi biofilm 2 lôùp, ôû noàng ñoä 50mg/l), toác ñoä loïc ñaït ñöôïc laø 0.133 ml/s öùng vôùi dieän tích beà maët laø 9.62cm2. Asp.niger coù theå söû duïng keát hôïp vôùi rôm ñeå gia taêng hieäu quaû haáp phuï vaø ñoàng thôøi söû duïng rôm laøm giaù theå loïc. MUÏC LUÏC LÔØI CAÙM ÔN i TOÙM TAÉT LUAÄN VAÊN ii MUÏC LUÏC iii DANH SAÙCH BAÛNG xii DANH SAÙCH HÌNH xiii KYÙ HIEÄU VIEÁT TAÉT xv PHAÀN 1 : GIÔÙI THIEÄU Chöông 1 : MÔÛ ÑAÀU 1 1.1 Muïc tieâu nghieân cöùu 2 1.2 Phaïm vi nghieân cöùu 2 1.3 Ñoái töôïng nghieân cöùu 2 1.4 Noäi dung nghieân cöùu 2 PHAÀN 2 : TOÅNG QUAN Chöông 2 : KIM LOAÏI NAËNG 4 2.1 Khaùi nieäm 4 2.1.1 Tính chaát hoaù lyù cuûa ñoàng (Cu) 4 2.1.2 Tính chaát hoaù lyù cuûa nikel (Ni) 6 2.2 Nguoàn goác gaây oâ nhieãm KLN 6 2.2.1 Töø caùc hoaït ñoäng coâng nghieäp 6 2.2.2 Töø caùc hoaït ñoäng coâng nghieäp khai thaùc kim loaïi 7 2.2.2.1 Chu trình kim loaïi coâng nghieäp 7 2.2.2.2 OÂ nhieãm KLN töø chaát thaûi khai thaùc moû 7 2.2.2.3 Caùc loø naáu kim loaïi 8 2.2.3 Töø caùc chaát tröø saâu voâ cô 8 2.2.4 Töø buøn coáng raõnh 9 2.3 Caùc taùc ñoäng cuûa vieäc oâ nhieãm KLN 9 2.3.1 Taùc haïi cuûa ñoàng (Cu) 10 2.3.2 Taùc haïi cuûa nikel (Ni) 10 2.3.3 Taùc haïi cuûa moät soá KLN quan troïng khaùc nhö thuyû ngaân, cadimi, asen, chì, croâm 10 Chöông 3 : CAÙC PHÖÔNG PHAÙP XÖÛ LYÙ KLN 12 3.1 Caùc phöông phaùp hoaù lyù 12 3.1.1 Phöông phaùp haáp phuï 12 3.1.2 Trao ñoåi ion 13 3.1.3 Caùc quaù trình taùch baèng maøng 14 3.1.3.1 Thaåm thaáu ngöôïc (maøng RO) 14 3.1.3.2 Ñieän thaåm taùch 14 3.1.4 Phöông phaùp keát tuûa hoùa hoïc 15 3.2 Caùc phöông phaùp sinh hoïc 15 3.2.1. ÖÙng duïng thöïc vaät trong xöû lyù KLN trong nöôùc 16 3.2.2 ÖÙng duïng vi sinh vaät trong xöû lyù KLN trong nöôùc 17 3.2.2.1 Taûo 17 3.2.2.2 Naám moác 17 Chöông 4 : NAÁM MOÁC 21 4.1 Caáu taïo teá baøo naám moác 21 4.1.1 Maøng baûo veä (cell wall) 22 4.1.2 Maøng sinh chaát (cell membrane) 23 4.1.2.1 Lôùp lipid keùp 23 4.1.2.2 Caùc protein cuûa maøng sinh chaát 25 4.1.2.3 Carbonhydrat cuûa maøng 27 4.1.2.4 Tính khoâng ñoái xöùng cuûa maøng sinh chaát 27 4.1.3 Baøo töông (cytoplasm) 28 4.1.4 Nhaân teá baøo (nucleus) 28 4.2 Toång quan moät soá gioáng naám moác 29 4.2.1 Aspergillus spp. 29 4.2.1.1 Phaân loaïi 29 4.2.1.2 Hình thöùc sinh saûn 30 4.2.1.3 Ñaëc ñieåm caáu taïo cuûa Aspergillus niger 31 4.2.1.4 Ñaëc ñieåm caáu taïo cuûa Aspergillus oryzae 31 4.2.2 Mucor spp. 31 4.2.2.1 Phaân loaïi 31 4.2.2.2 Hình thöùc sinh saûn 32 4.2.2.3 Ñaëc ñieåm caáu taïo cuûa Mucor hiemalis 32 4.2.3 Penicillium spp. 33 4.2.3.1 Phaân loaïi 33 4.2.3.2 Hình thöùc sinh saûn 33 4.2.3.3 Ñaëc ñieåm caáu taïo cuûa Penicillium citrium 34 4.2.4 Trichoderma spp. 34 4.2.4.1 Phaân loaïi 34 4.2.4.2 Hình thöùc sinh saûn 35 4.2.4.3 Ñaëc ñieåm caáu taïo cuûa Trichoderma lignorum 35 Chöông 5 : CÔ SÔÛ LYÙ THUYEÁT CUÛA QUAÙ TRÌNH XÖÛ LYÙ KLN BAÈNG PHÖÔNG PHAÙP SINH HOÏC 36 5.1 Cô cheá thuï ñoäng 36 5.1.1 Quùa trình trao ñoåi ion 36 5.1.2 Quùa trình haáp phuï 37 5.2 Cô cheá chuû ñoäng 38 5.2.1 Cô cheá vaän chuyeån vaät chaát qua maøng teá baøo 38 5.2.1.1 Ñaëc ñieåm chung 38 5.2.1.2 Tính thaám cuûa maøng sinh chaát 40 a. Tính thaám cuûa lôùp lipid keùp 40 b. Caùc phaân töû protein vaän chuyeån 40 5.2.1.2 Söï vaän chuyeån caùc phaân töû nhoû qua maøng sinh chaát 42 a. Khueách taùn ñôn thuaàn 42 b. Khueách taùn trung gian 43 c. Vaän chuyeån tích cöïc 44 5.2.2 Moät soá quaù trình khaùc 46 5.2.2.1 Quùa trình keát tuûa 46 5.2.2.2 Quùa trình oxi hoaù 47 Phaàn 3 :VAÄT LIEÄU – PHÖÔNG PHAÙP NGHIEÂN CÖÙU Chöông 6 :VAÄT LIEÄU 48 6.1 Gioáng naám moác nghieân cöùu 48 6.2 Kim loaïi naëng 48 6.3 Vaät lieäu laøm moâ hình biofilm 48 6.4 Vaät lieäu laøm giaù theå 48 Chöông 7 : PHÖÔNG PHAÙP NGHIEÂN CÖÙU 49 7.1 Phöông phaùp nuoâi caáy naám moác 49 7.1.1 Nuoâi caáy naám moác ôû treân thaïch nghieâng 49 7.1.2 Nuoâi caáy naám moác treân moâi tröôøng loûng 49 7.2 Xaùc ñònh ñöôøng cong taêng tröôûng 49 7.2.1 Muïc tieâu 49 7.2.2 Hoaù chaát vaø thieát bò 50 7.2.3 Phöông phaùp 50 7.3 Nghieân cöùu choïn loïc gioáng naám moác coù khaû naêng haáp phuï ion Cu2+ vaø Ni2+ toát 51 7.3.1 Ñoái vôùi sinh khoái naám moác soáng 51 7.3.1.1 Muïc tieâu 51 7.3.1.2 Hoaù chaát vaø thieát bò 51 7.3.1.3 Phöông phaùp 51 7.3.2 Ñoái vôùi sinh khoái naám moác ñaõ ñöôïc xöû lyù 52 7.3.2.1 Muïc tieâu 52 7.3.2.2 Hoaù chaát vaø thieát bò 52 7.3.2.3 Phöông phaùp xöû lyù sinh khoái 52 7.3.2.4 Phöông phaùp nghieân cöùu hieäu quaû haáp phuï 53 7.4 Nghieân cöùu aûnh höôûng cuûa caùc yeáu toá ñeán quaù trình haáp phuï ion Ni2+ vaø Cu2+ 53 7.4.1 Yeáu toá pH theo thôøi gian 53 7.4.1.1 Muïc tieâu 53 7.4.1.2 Hoaù chaát vaø thieát bò 54 7.4.1.3 Phöông phaùp 54 7.4.2 Yeáu toá noàng ñoä theo thôøi gian 55 7.4.2.1 Muïc tieâu 55 7.4.2.2 Hoaù chaát vaø thieát bò 55 7.4.2.3 Phöông phaùp 55 7.5 Khaûo saùt söï hình thaønh biofilm Aspergillus spp. 56 7.5.1 Phöông phaùp nuoâi caáy taïo biofilm Aspergillus spp. 56 7.5.2 Phöông phaùp nghieân cöùu 56 7.6 Khaûo saùt khaû naêng phaùt trieån cuûa Aspergillus spp. treân vaät lieäu laøm giaù theå cuûa biofilter 57 7.6.1 Rôm 57 7.6.2 OÁng nhöïa 57 Phaàn 4 : KEÁT QUAÛ – BAØN LUAÄN Chöông 8 : KEÁT QUAÛ – BAØN LUAÄN 58 Ñöôøng toác ñoä taêng tröôûng cuûa naám moác 58 8.1.1 Keát quaû 58 8.2 Nghieân cöùu hieäu quaû haáp phuï cuûa caùc phöông phaùp xöû lyù cuûa 5 gioáng naám moác 59 8.2.1 Keát quaû cuûa ion Ni2+ 59 8.2.2 Keát quaû cuûa ion Cu2+ 60 8.3 Xaùc ñònh caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán hieäu quaû haáp phuï cuûa Asp.niger 61 8.3.1 pH 61 8.3.1.1 Keát quaû cuûa ion Ni2+ 61 8.3.1.2 Keát quaû cuûa ion Cu2+ 62 8.3.2 Noàng ñoä 63 8.3.2.1 Keát quaû cuûa ion Ni2+ 63 8.3.2.2 Keát quaû cuûa ion Cu2+ 64 8.4 Khaûo saùt hieäu quaû xöû lyù cuûa biofilm Asp.niger ñoái vôùi ion Ni2+ 65 8.5 Khaûo saùt khaû naêng phaùt trieån cuûa Asp.niger treân vaät lieäu biofilter 65 8.5.1 Ñoái vôùi rôm 65 8.5.1 Ñoái vôùi oáng nhöïa 65 8.6 Baøn luaän keát quaû 66 8.6.1 Keát quaû nghieân cöùu toác ñoä taêng tröôûng cuûa 5 gioáng naám moác 66 8.6.2 Keát quaû nghieân cöùu hieäu quaû haáp phuï cuûa caùc phöông phaùp xöû lyù cuûa 5 gioáng naám moác 66 8.6.3 Keát quaû nghieân cöùu caùc thoâng soá aûnh höôûng ñeán hieäu quaû haáp phuï 66 8.6.4 Keát quaû khaûo saùt biofilm Asp.niger 67 8.6.5 Keát quaû khaûo saùt khaû naêng phaùt trieån cuûa Asp.niger treân vaät lieäu biofilter 67 Phaàn 5 : KEÁT LUAÄN – KIEÁN NGHÒ Chöông 9 : KEÁT LUAÄN – KIEÁN NGHÒ 68 9.1 Keát luaän 68 9.2 Kieán nghò 68 TAØI LIEÄU THAM KHAÛO 69 PHUÏ LUÏC 73 Phuï luïc 1 : Keát quaû nghieân cöùu ñöôøng cong taêng tröôûng 73 Phuï luïc 2 : Keát quaû nghieân cöùu hieäu quaû haáp phuï cuûa caùc phöông phaùp xöû lyù cuûa 5 gioáng naám moác 74 Phuï luïc 3 : Keát quaû nghieân cöùu caùc thoâng soá aûnh höôûng ñeán hieäu quaû haáp phuï 75 Phuï luïc 4 : Keát quaû khaûo saùt biofilm Asp.niger 77 Phuï luïc 5 : Tieâu chuaån Vieät Nam, TCVN 5945 – 1995 77 Phuï luïc 6 : Hình aûnh söû duïng trong luaän vaên 80 DANH SAÙCH BAÛNG Baûng 3.1 Caùc keát quaû nghieân cöùu veà khaû naêng haáp phuï KLN cuûa moät soá gioáng naám moác 18 Baûng 4.1 Phaân loaïi cuûa Aspergillus spp. 29 Baûng 4.2 Phaân loaïi cuûa Mucor spp. 31 Baûng 4.3 Phaân loaïi cuûa Penicillium spp. 33 Baûng 4.4 Phaân loaïi cuûa Trichoderma spp. 34 Baûng 5.1 So saùnh noàng ñoä moät soá ion trong vaø ngoaøi teá baøo 39 Baûng p.1 : Baûng giaù trò giôùi haïn caùc thoâng soá vaø noàng ñoä caùc chaát oâ nhieãm trong nöôùc thaûi coâng nghieäp 78 DANH SAÙCH HÌNH Hình 4.1 Caáu taïo teá baøo Eukaryote 22 Hình 4.2 Phaân töû Phospholipid 25 Hình 4.3 Phaân töû Cholesterol 25 Hình 4.4 Caáu truùc phaân töû maøng sinh chaát 26 Hình 5.1 Quang phoå SEM cuûa teá baøo naám moác ban ñaàu. 37 Hình 5.2 Quang phoå SEM cuûa teá baøo naám moác sau khi trao ñoåi ion vôùi Pb 37 Hình 5.3 Coâng thöùc caáu taïo cuûa chitin 38 Hình 5.4 Caùc hình thöùc hoaït ñoäng cuûa protein taûi 41 Hình 5.5 Sô ñoà caùc cô cheá vaän chuyeån phaân töû nhoû qua maøng sinh chaát 42 Hình 5.6 Sô ñoà cô cheá ñoùng môû cöûa keânh cuûa caùc protein keânh xuyeân maøng 43 Hình 5.7 Sô ñoà cô cheá hoaït ñoäng cuûa protein taûi 44 Hình 5.8 Sô ñoà cô cheá hoaït ñoäng cuûa Na+K+ATPase. 46 Hình 5.9 Cô cheá cuûa nhöõng phaûn öùng giöõa KL vaø teá baøo 47 Hình 8.1 Ñoà thò toác ñoä taêng tröôûng cuûa 5 chuûng naám moác 58 Hình 8.2 Ñoà thò hieäu quaû haáp phuï cuûa caùc phöông phaùp xöû lyù cuûa 5 gioáng naám moác ñoái vôùi ion Ni2+, ôû pH = 5, NÑ ban ñaàu = 50 mg/l, thôøi gian = 180phuùt 59 Hình 8.3 Ñoà thò hieäu quaû haáp phuï cuûa caùc phöông phaùp xöû lyù cuûa 5 gioáng naám moác ñoái vôùi ion Cu2+ ôû pH = 5, NÑ ban ñaàu = 50 mg/l, thôøi gian = 180phuùt 60 Hình 8.4 Ñoà thò bieán thieân hieäu quaû haáp phuï ôû caùc möùc pH khaùc nhau cuûa Asp.niger ñoái vôùi ion Ni2+, NÑ ban ñaàu = 50ml/l 61 Hình 8.5 Ñoà thò bieán thieân hieäu quaû haáp phuï ôû caùc möùc pH khaùc nhau cuûa Asp.niger ñoái vôùi ion Cu2+, NÑ ban ñaàu = 50ml/l 62 Hình 8.6 Ñoà thò bieán thieân hieäu quaû haáp phuï ôû caùc möùc noàng ñoä khaùc nhau cuûa Asp.niger ñoái vôùi ion Ni2+, pH = 5 63 Hình 8.7 Ñoà thò bieán thieân hieäu quaû haáp phuï ôû caùc möùc noàng ñoä khaùc nhau cuûa Asp.niger ñoái vôùi ion Cu2+, pH = 6 64 Hình 8.8 Ñoà thò bieåu hieän hieäu quaû xöû lyù ion Ni2+ cuûa biofilm Asp.niger ôû noàng ñoä 50 mg/l, pH = 5, thôøi gian laø 2 phuùt 65 Hình p.6.1 : Moâ hình nghieân cöùu treân Erlen 80 Hình p.6.2 : SK Asp.oryzae 81 Hình p.6.3 : SK Asp.niger 81 Hình p.6.4 : Asp. niger. phaùt trieån treân rôm 82 Hình p.6.5 Ñoä daøy cuûa biofilm Asp.niger 82 Hình p.6.6 : Biofilm cuûa Asp.oryzae 83 Hình p.6.7 : Biofilm Asp.niger sau khi ñöôïc xöû lyù baèng boät giaët 83 Hình p.6.8 : Moâ hình khaûo saùt hieäu quaû xöû lyù cuûa biofilm Asp.niger 84 KYÙ HIEÄU VIEÁT TAÉT Asp.niger Aspergillus niger Asp.oryzae Aspergillus oryzae Dd Dung dòch KL Kim loaïi KLN Kim loaïi naëng M.hiemalis Mucor hiemalis P.citrium Penicillium citrium SEM Scanning electronic microscopy SK Sinh khoái T.lignorum Trichoderma lignorum Chöông 1 : MÔÛ ÑAÀU Hieän nay, vaán ñeà oâ nhieãm kim loaïi naëng treân theá giôùi noùi chung vaø ôû nöôùc ta noùi rieâng ñang ngaøy caøng gia taêng cuøng vôùi söï phaùt trieån cuûa nhieàu ngaønh coâng nghieäp saûn xuaát, gaây ra nhöõng haäu quaû nghieâm troïng cho moâi tröôøng vaø con ngöôøi. Vì vaäy vieäc loaïi boû caùc thaønh phaàn kim loaïi naëng ra khoûi caùc nguoàn oâ nhieãm, ñaëc bieät laø trong nöôùc thaûi coâng nghieäp laø moät trong nhöõng vaán ñeà quan troïng caàn phaûi giaûi quyeát hieän nay. Nhöõng phöông phaùp hoaù lyù duøng ñeå loaïi boû KLN ra khoûi nöôùc thaûi nhö keát tuûa, ñoâng tuï, trao ñoåi ion, caùc quaù trình loïc maøng vaø haáp phuï. Caùc coâng ngheä xöû lyù thoâng thöôøng nhö keát tuûa vaø ñoâng tuï thì taïo ra hieäu quaû thaáp vaø chi phí cao khi noàng ñoä kim loaïi naèm trong khoaûng töø 1 – 100 mg/l. Chi phí cao, quaù trình vaän haønh phöùc taïp vaø hieäu quaû loaïi boû thaáp cuûa caùc quaù trình loïc maøng laø söï giôùi haïn khi söû duïng noù ñeå loaïi boû KLN. Haáp phuï treân carbon hoaït tính cuõng laø moät phöông phaùp duøng ñeå loaïi boû KLN töø nöôùc thaûi, nhöng chi phí cao cuûa than hoaït tính laø moät trong nhöõng nhöôïc ñieåm cuûa noù. Nghieân cöùu veà caùc chaát haáp phuï reû tieàn vaø coù theå tìm kieám deã daøng ñang ñöôïc öu tieân trong quaù trình khaûo saùt moät soá chaát coù nguoàn töø noâng nghieäp vaø sinh hoïc, caùc saûn phaåm phuï trong coâng nghieäp, laø nhöõng chaát haáp phuï coù tieàm naêng. Caùc chaát haáp phuï ñoù bao goàm than ñaù Girdish, voû döøa ñöôïc nghieàn nhoû, than buøn, voû caây, rôm, loáp cao su thaûi ra vaø toùc con ngöôøi. Cuøng vôùi nhöõng phaùt trieån trong lónh vöïc coâng ngheä sinh hoïc moâi tröôøng gaàn ñaây, caùc nhaø khoa hoïc cuõng ñaõ nghieân cöùu veà caùc chaát haáp phuï kim loaïi naëng baèng vi sinh vaät [12]. Vi khuaån, naám moác, naám men vaø taûo ñeàu coù theå loaïi boû caùc KLN trong nöôùc thaûi [20, 21, 24]. Quaù trình taùch KLN ra khoûi dung dòch baèng sinh khoái coù theå ñöôïc thöïc hieän bôûi cô cheá chuû ñoäng (phuï thuoäc vaøo hoaït ñoäng trao ñoåi chaát) ñöôïc bieát ñeán nhö quaù trình tích luyõ sinh hoïc hay bôûi cô cheá thuï ñoäng (khoâng phuï thuoäc vaøo hoaït ñoäng trao ñoåi chaát) ñöôïc bieát ñeán nhö quaù trình haáp phuï sinh hoïc [12, 24]. Naám moác laø moät trong soá loaøi vi sinh vaät coù tieàm naêng ñöôïc söû duïng laøm chaát haáp phuï vì khaû naêng haáp phuï kim loaïi cao [23]. Trong soá caùc gioáng naám moác thì gioáng Aspergillus spp. ñöôïc xem laø moät gioáng lôùn coù nhieàu öùng duïng trong coâng nghieäp vaø quan troïng laø coù khaû naêng haáp phuï kim loaïi cao. Vì vaäy nghieân cöùu cuûa ñeà taøi naøy seõ goùp phaàn taïo ra moät öùng duïng môùi cuûa Aspergillus spp. trong lónh vöïc moâi tröôøng laø xöû lyù caùc ion kim loaïi naëng trong nöôùc thaûi. Muïc tieâu nghieân cöùu Nghieân cöùu khaû naêng haáp phuï kim loaïi naëng trong nöôùc cuûa vi sinh vaät vaø xaùc ñònh caùc thoâng soá aûnh höôûng ñeán hieäu quaû cuûa quaù trình haáp phuï . Phaïm vi nghieân cöùu Trong phaïm vi caùc gioáng naám moác Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Mucor hiemalis, Penicillium citrium, Trichoderma lignorum. Nghieân cöùu trong phaïm vi moâ hình phoøng thí nghieäm. Ñoái töôïng nghieân cöùu Ñoái töôïng nghieân cöùu cuûa ñeà taøi laø nöôùc giaû thaûi cuûa ion kim loaïi naëng Cu2+ vaø Ni2+. Noäi dung nghieân cöùu - Toång hôïp taøi lieäu veà nghieân cöùu khaû naêng loaïi boû KLN cuûa vi sinh vaät. - Nghieân cöùu ñöôøng cong taêng tröôûng cuûa caùc gioáng naám moác Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Mucor hiemalis, Penicillium citrium, Trichoderma lignorum ñeå choïn thôøi gian thu sinh khoái hieäu quaû. - Nghieân cöùu khaû naêng haáp phuï ion kim loaïi naëng Cu2+ vaø Ni2+ cuûa caùc gioáng Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Mucor hiemalis, Penicillium citrium, Trichoderma lignorum ñeå choïn löïa chuûng coù tieàm naêng öùng duïng laøm chaát haáp phuï sinh hoïc trong xöû lyù ion Cu2+ vaø Ni2+ trong nöôùc. - Nghieân cöùu hieäu quaû cuûa vieäc xöû lyù teá baøo naám moác tröôùc khi söû duïng ñeå loaïi boû ion Cu2+ vaø Ni2+ nhaèm gia taêng khaû naêng xöû lyù cuûa teá baøo. - Nghieân cöùu caùc thoâng soá aûnh höôûng ñeán quaù trình haáp phuï ion Cu2+ vaø Ni2+ trong nöôùc cuûa Aspergillus spp. - Khaûo saùt khaû naêng öùng duïng biofilm cuûa Aspergillus spp. - Khaûo saùt khaû naêng phaùt trieån cuûa Aspergillus spp. treân vaät lieäu biofilter. Chöông 2 : KIM LOAÏI NAËNG 2.1 Khaùi nieäm [19] KLN laø nhöõng kim loaïi coù tyû troïng (so vôùi nöôùc) lôùn hôn 5g/cm3, vì vaäy nhöõng nguyeân toá chuyeån tieáp töø V (nhöng tröø Sc vaø Ti) ñeán aù kim As, töø Zr (tröø Y) ñeán Sb, töø La ñeán Po, caùc nguyeân toá trong hoï latan vaø caùc nguyeân toá trong hoï actin coù theå ñöôïc xem laø caùc KLN. Trong 90 nguyeân toá tìm thaáy trong töï nhieân coù 21 nguyeân toá khoâng phaûi laøkim loaïi, 16 nguyeân toá laø kim loaïi nheï, 53 nguyeân toá coøn laïi (bao goàm caû As) laø caùc KLN. Phaàn lôùn nhöõng KLN laø nhöõng nguyeân toá chuyeån tieáp vôùi caùc orbitan d chöa ñöôïc ñaày (chöa ñuû 16e) . Caùc orbitan d ñoù laøm cho nhöõng cation KLN khaû naêng veà hình daïng caùc hôïp chaát phöùc taïp coù theå coù hoaëc khoâng coù hoaït ñoäng oxy hoaù khöû. Vì vaäy, nhöõng cation KLN giöõ moät vai troø quan troïng nhö “nhöõng nguyeân toá daïng veát” trong caùc phaûn öùng sinh hoaù phöùc taïp. Tuy nhieân, ôû haøm löôïng cao hôn, nhöõng ion KLN khoâng ñaëc tröng cho caùc hôïp chaát phöùc taïp trong teá baøo thì gaây ra ñoäc tính. Moät vaøi cation KLN nhö Hg2+, Cd2+, vaø Ag+ coù ñoäc tính raát maïnh neân gaây ra nguy hieåm ñoái vôùi baát kì caáu truùc sinh lyù hoïc naøo. Maëc duø nhöõng nguyeân toá raát caàn thieát khi ôû daïng veát nhö Zn2+ hoaëc Ni2+ vaø ñaëc bieät laø Cu2+ nhöng laïi gaây ñoäc khi ôû haøm löôïng cao hôn. Vì vaäy, haøm löôïng caùc ion KLN trong teá baøo phaûi ñöôïc kieåm soaùt chaët cheõ, vaø khaû naêng chòu ñöïng KLN ôû nhöõng tröôøng hôïp ñaëc tröng cuûa nhu caàu thoâng thöôøng cuûa moïi teá baøo soáng ñoái vôùi moät vaøi heä thoáng oån ñònh KLN. 2.1.1 Tính chaát hoaù lyù cuûa ñoàng (Cu) [4] Ñoàng laø moät chaát quan troïng , laø nguyeân toá vi löôïng caàn thieát cho caây troàng vaø ñoäng vaât. ÔÛ traïng thaùi kim loaïi, ñoàng coù maøu hôi ñoû, saùng boùng aùnh kim, meàm deã daùt moûng vaø laø moät chaát daãn nhieät, daãn ñieän toát. Coâng duïng chuû yeáu cuûa ñoàng laø ñeå saûn xuaát daây kim loaïi vaø hôïp kim cuûa noù, ñoàng thau vaø ñoàng thieác. Trong thieân nhieân, ñoàng ôû nhieàu daïng: sulfides, chaát sulfate, muoái sulfate, carbonate, hôïp chaát khaùc vaø coøn tìm thaáy ñoàng trong moâi tröôøng nhö laø kim loaïi töï nhieân. Möùc trung bình cho söï dö thöøa cuûa Cu trong sinh quyeån laø 70 mg/kg, trong khi nhöõng ñaùnh giaù giaùn tieáp cho voû traùi ñaát coù khoaûng 25 - 35 mg/kg. Ñaát cuûa theá giôùi, theo taøi lieäu cuõ, giaù trò cuûa ñoàng laø 20mg/kg, coù bò thay ñoåi gaàn ñaây vaø ñöôïc ghi laïi laø 30mg/kg. Ñoàng coù lieân keát vôùi chaát höõu cô trong ñaát nhö oxyt Fe vaø Mn, ñaát seùt silicate vaø chaát voâ cô khaùc. Cu (II) ñöôïc saép ñaët vôùi 4 phaân töû nöôùc trong maët phaúng XY vaø 2 oxy silicate, ñoái xöùng theo truïc Z thaúng goùc vôùi moät lôùp silicate. Neáu coù nhieàu lôùp cuûa phaân töû nöôùc cuûa maøng thuûy hoùa chieám xen keõ vôùi khu vöïc cuûa Cu hectorite, [Cu(H2O)6]2+ trong dung dòch H2O, töø ñoù, Cu2+ seõ qui thaønh ion [Cu(H2O)6]2+ vaø Cu seõ ñöôïc söû duïng trong söï nghieân cöùu “yeáu toá ngoaøi” cuûa traïng thaùi hoùa trò. Trong moâi tröôøng ñaát, chuùng ta caàn quan taâm ñeán noàng ñoä thaáp cuûa Cu, vôùi xaáp xæ trung bình 24 - 25 mg/kg trong phaàn voû traùi ñaát vaø 20 – 30 mg/kg Cu toång coäng trong ñaát, Cu2+ ñöôïc coi nhö laø loaïi Cu töï do trong ñaát. Hôïp chaát höõu cô trong ñaát gaén lieàn vôùi ñoàng, nhoùm COO- coù maët trong caû hai pha raén vaø loûng ôû hình thöùc lieân keát chaët vôùi Cu. Söï hình thaønh pha raén ñöôïc xem nhö nguyeân nhaân gaây söï thieáu huït Cu, ñoù laø do chaát höõu cô ñaát ñaõ taïo phöùc vôùi Cu laøm löôïng ñoàng töï do giaûm xuoáng. Theâm vaøo ñoù, than buøn coù tính ñoäc ñoái vôùi caây troàng vaø caùc nguoàn khaùc cuûa chaát lieäu höõu cô töø chaát neàn coù Cu cao. Vôùi soá nguyeân töû 29, Cu laø nguyeân toá ñaàu tieân cuûa phaân nhoùm 13 cuûa baûng tuaàn hoaøn. Caáu truùc electron cuûa nguyeân toá Cu laø 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1. Coù 4 electron ñôn ôû ngoaøi, lôùp voû 3d ñaõ ñaày ñuû, vì theá beàn chaët hôn. Gioáng nhö taát caû caùc nguyeân toá ñaàu tieân khi chuyeån tieáp sang moät chuoãi (Cr, Mn, Fe, Co, Ni) vaø khoâng gioáng Li, Na, K vaø Pb cuûa daõy thöù nhaát, hai ñieän töû ñaõ deã daøng di chuyeån lieân quan ñeán nguyeân töû Cu[3]. Trong khi Cu2+ haàu heát ñeàu beàn neân vöõng. Lôùp ion thöù hai cuûa Cu ñieän theá cao hôn lôùp thöù nhaát cho Cu(I) beàn vöõng toàn taïi trong moâi tröôøng. Cu beàn vöõng trong dung dòch nöôùc vôùi soá ion ôû möùc cao khoâng ñoåi, ion aceton, ion pyridine hay ion cyanide… Theo Parker, löôïng Cu trong ñaát giaøu ñoä aåm laø 10-6 – 10-7 M, ví duï nhö Cu coù theå toàn taïi ôû 1.10-7 M vaø Cu2+ ôû 3.10-7M .Moái lieân heä naøy coù ñöôïc ñoái vôùi noàng ñoä ion [Cu+] trong phaûn öùng maø ion Cu+ thieáu caân ñoái. 2Cu+(aq) ( Cu2+(aq) + Cu(s) K= 106M-1 ôû 250C Noàng ñoä Cu trong dung dòch hoøa tan laø 10-2 – 10-3 M, coù raát ít ion Cu+ . Sau ñoù, trong cuoäc thaûo luaän veà tính chaát vaät lyù vaø hoùa hoïc cuûa Cu trong nhöõng moâi tröôøng khaùc nhau, duøng naêng löôïng tuï do cuûa caùc ion ñôn lan truyeàn trong caùc dung moâi khaùc nhau, Parker keát luaän raèng, ion Cu2+ , [Cu(H2O)6]2+ laø loaïi Cu thích hôïp nhaát cho caùc nghieân cöùu veà ñaát. Tuy nhieân, ôû vuøng ñaát bò ngaäp luït coù theå taïo ion Cu+ vaø trong moät soá tröôøng hôïp Cu0 coù theá nhieät ñoäng hôn laø Cu2+. Chalcopyrite coù soá löôïng nhieàu hôn chaát khoaùng Cu, noù ñöôïc tìm thaáy nhieàu trong ñaù vaø taäp trung thaønh moät löôïng Cu lôùn nhaát ôû caùc chaát laéng cuûa noù. Theâm vaøo ñoù, trong caùc chaát voâ cô töï nhieân, Cu ñöôïc tìm thaáy ôû daïng phaân taùn trong caùc loaïi ñaù traàm tích. 2.1.2 Tính chaát hoaù lyù cuûa nikel (Ni) [4] Nikel laø moät kim loaïi thuoäc nhoùm VIII cuûa baûng tuaàn hoaøn. Soá nguyeân töû laø 28 vaø khoái löôïng nguyeân töû 58.71. Trong soá baûy ñoàng vò phoùng xaï bieát 63Ni (chu kyø baùn phaân raõ laø 92 naêm) ñöôïc duøng nhieàu nhaát trong caùc nghieân cöùu ñaát caây troàng. Ni coù theå xuaát hieän trong moät soá traïng thaùi oxi hoùa nhöng chæ coù nikel(II) beàn vöõng treân daõy pH roäng vaø ñieàu kieän oxy hoùa – khöû trong moâi tröôøng ñaát. Baùn kính ion cuûa Ni (II) laø 0.065nm (gaàn vôùi baùn kính ion cuûa Fe, Mg, Cu vaø Zn). Nikel coù theå thay theá caùc kim loaïi thieát yeáu trong caùc enzym kim loaïi vaø gaây ra söï ñöùt gaõy caùc ñöôøng trao ñoåi chaát. Ñaëc tính cô hoïc: cöùng, deã daùt moûng vaø deã uoán, deã keùo sôïi. Trong töï nhieân, nikel xuaát hieän ôû daïng hôïp chaát vôùi löu huønh trong khoùng chaát millerit, vôùi asenic trong khoùng chaát niccolit, vaø vôùi asenic cuøng löu huyønh trong quaëng nikel. ÔÛ ñieàu kieän bình thöôøng, noù oån ñònh trong khoâng khí vaø trô vôùi oâxi neân thöôøng ñöôïc duøng laøm tieàn xu nhoû, baûng kim loaïi, ñoàng thau, v.v.., cho caùc thieát bò hoùa hoïc, vaø trong moät soá hôïp kim, nhö baïc Ñöùc. Nikel coù töø tính, vaø noù thöôøng ñöôïc duøng chung vôùi Co, caû hai ñeàu tìm thaáy trong saét töø sao baêng. Noù laø thaønh phaàn chuû yeáu coù giaù trò cho hôïp kim noù taïo neân. Nikel laø moät trong naêm nguyeân toá saét töø. 2.2 Nguoàn goác gaây oâ nhieãm KLN [4] OÂ nhieãm laø söï phoùng thích cuûa caùc chaát hoaù hoïc, vaät lyù, sinh hoïc vaø chaát phoùng xaï ngoaøi moâi tröôøng. Hieän nay vaán ñeà oâ nhieãm moâi tröôøng ñang laø moái quan taâm haøng ñaàu cuûa toaøn nhaân loaïi. OÂ nhieãm moâi tröôøng coù theå laø haäu quaû cuûa caùc hoaït ñoäng töï nhieân nhö hoaït ñoäng nuùi löûa, thieân tai luõ luït,… hoaëc caùc hoaït ñoäng do con ngöôøi thöïc hieän trong coâng nghieäp, giao thoâng vaø trong sinh hoaït, moät trong nhöõng taùc nhaân gaây oâ nhieãm moâi tröôøng ñang ñöôïc chuù yù laø caùc kim loaïi naëng. 2.2.1 Töø caùc hoaït ñoäng coâng nghieäp Trong caùc nguoàn gaây oâ nhieãm kim loaïi naëng thì hoaït ñoäng coâng nghieäp laø nguoàn gaây oâ nhieãm nhieàu nhaát. Coù theå keå ñeán moät vaøi ngaønh coâng nghieäp tieâu bieåu nhö: coâng nghieäp thuoäc da, saønh söù, hoùa chaát, thuoác tröø saâu, luyeän kim gaây oâ nhieãm asen; coâng nghieäp luyeän kim, loïc daàu, khai khoaùng, maï kim loaïi, oáng daãn nöôùc gaây oâ nhieãm cadimi; coâng nghieäp nhuoäm len, maï, thuoäc da, saûn xuaát ñoà goám, saûn xuaát chaát noå gaây oâ nhieãm croâm; coâng nghieäp moû, than ñaù, saûn xuaát aéc quy, xaêng, ñieän töû gaây oâ nhieãm chì; coâng nghieäp saûn xuaát pin, ñeøn huyøng quang, nhieät keá gaây oâ nhieãm thuûy ngaân... Chính ñieàu naøy laøm cho moâi tröôøng gaàn caùc khu coâng nghieäp coù haøm löôïng kim loaïi naëng töông ñoái cao. Theo keát quaû quan traéc vaø phaân tích moâi tröôøng, haøm löôïng ñoàng, chì, cadimic vaø coban ôû trong nguoàn nöôùc gaàn caùc thò traán vaø trung taâm coâng nghieäp lôùn nhieàu hôn so vôùi möùc bình thöôøng. 2.2.2 Töø caùc hoaït ñoäng coâng nghieäp khai thaùc kim loaïi 2.2.2.1 Chu trình kim loaïi coâng nghieäp OÂ nhieãm KLN cuõng coù nguoàn goác töø saûn xuaát coâng nghieäp vaø khai thaùc moû. Quaëng ñöôïc ñöa leân moät saøng, ñöôïc nghieàn vaø taùch caùc thaønh phaàn nhoû, taïo thaønh moät saûn phaûm giaøu KLN ( quaù trình laøm giaøu), coäng vôùi moät soá löôïng lôùn trong chaát thaûi .Caùc chaát thaûi thöôøng ñöôïc thaûi ra döôùi daïng buøn than xuoáng moät ñaàm, thöôøng laø caùc loøng chaûo töï nhieân hay moät hoà. Quaëng sau khi saøng ñöôïc ñöa ñeán moät loø naáu chính. Chaát thaûi loø bao goàm chaát thaûi noùng chaûy goïi laø xæ, ñöôïc phaân taùn trong ñaát, keøm theo söï phoùng thích SO2, caùc khí khaùc vaø kim loaïi öùng vôùi quaëng ñoù. Thaønh phaàn töø caùc loø luyeän chaûy ñöôïc ñöa ñeán caùc loø luyeän tinh ñeå saûn xuaát caùc kim loaïi tinh khieát keøm theo söï phoùng thích moät laàn nöõa cuûa khí vaø kim loaïi töông öùng ra khí quyeån. Kim loaïi tinh ñaõ ñöôïc luyeän tinh ñöôïc duøng trong nhieàu ngaønh coâng nghieäp khaùc nhau. Töø ñaây, noù coù theå taïo ra söï oâ nhieãm moät laàn nöõa vaøo ñaát, nöôùc vaø khoâng khí. Sau moät thôøi gian höõu duïng, caùc saûn phaåm coù theå ñöôïc taùi sinh baèng caùch aáy vaø luyeän tinh laïi laàn 2 coù theå bò thaûi hoài thaønh raùc thaûi hay, ñaùng tieác hôn, noù coù theå taäp trung vaøo caùc ñoáng raùc ôû caùc vuøng ñaát toát . Taác caû caùc quaù trình treân ñeàu gaây ra oâ nhieãm moâi tröôøng. 2.2.2.2 OÂ nhieãm KLN töø chaát thaûi khai thaùc moû Söï oâ nhieãm quanh caùc khu vöïc moû laø do caùc ñoáng chaát thaûi trong quaù trình khai moû, caùc raùc taäp trung thaønh hoá… Do haøm löôïng ñoäc chaát KLN lôùn, söï phaùt trieån cuûa thöïc vaät treân caùc chaát thaûi coù theå bò haïn cheá vaø chuyeån thaønh moät lôùp coû chuyeån tieáp – moät quaàn theå caây thaân thaûo. 2.2.2.3 Caùc loø naáu kim loaïi Moät soâ nghieân cöùu chi tieát cho thaáy moâi tröôøng xung quanh caùc loø naáu kim loaïi thöôøng bò oâ nhieãm. Moät soá tröôøng hôïp ñöôïc bieát roõ laø caùc loø naáu nickel – ñoàng ôû Subury (Whitby vaø Hutchinson, 1974…) , xöôûng ñuùc ñoàng ôû Gusum, Thuïy Ñieån (Tyler ,1984) vaø loø naáu chì – keõm ôû Avenmouth, Anh (Hutton, 1984). Caùc baùo caùo naøy cuõng keát luaän raèng, toång löôïng buïi chöùa kim loaïi thaûi ra ngoaøi khí quyeån töø nhöõng loø naáu kim loaïi gaàn Sudbury trung bình laø 1,89x104 taán/naêm vaøo giöõa nhöõng naêm 1973 vaø 1981, bao goàm 4.2x103 taán/naêm buïi saét, 6.7x102/naêm vuïi ñoàng; 5.0x102 taán/naêm buïi nickel; 2.0x102 taán/naêm buïi chì vaø khoaûng 50% löôïng buïi arsenic (Chan vaø Lusis, 1985). Nhìn chung, coù khoaûng 50% löôïng buïi phaùt taùn töø caùc loø naáu kim loaïi khoâng ñi xa ñöôïc (Chan vaø Lusis, 1985). Tæ leä laéng ñoïng ñaëc bieät lôùn ôû nhöõng nôi gaàn nguoàn chính vaø chuùng cuõng giaûm theo caáp soá muõ, theo khoaûng caùch taêng. Möùc ñoä laéng ñoïng trong khí quyeån song song vôùi möùc ñoä oâ nhieãm moâi tröôøng ñaát. Ñieàu naøy ñöôïc minh chöùng baèng haøm löôïng nickel vaø ñoàng ôû nhöõng vuøng ñaát röøng caét ngang loø naáu kim loaïi Cu ôû Cliff. Haøm löôïng nickel vaø ñoàng lôùn ñeán 4900 ppm moãi chaát, hieän dieän ôû ñaát röøng ngay saùt loø naáu, cuøng vôùi nhieàu hôn 370 ppm Ni vaø 260 ppm Cu trong taùn laù caây ( Freedman vaø Hutchinson, 1980). Khaû naêng lieân keát kim loaïi lôn cuûa ñaát höõu cô röøng laø caùc kim loaïi laéng saâu xuoáng ñaát. Noâng ñoä kim loaïi trong ñaát khoâng bò oâ nhieãm nhoû hôn nhieàu, bôûi vì khaû naêng chöùa cation trao ñoåi cuûa ñaát bò giôùi haïn. 2.2.3 Töø caùc chaát tröø saâu voâ cô Thuoác tröø saâu voâ cô laø raát caàn thieát cho caây troàng. Caùc hoùa chaát nhö arsenic, calci arsenate vaø ñoàng sulfate ñöôïc söû duïng ñeå tröø caùc naám gaây beänh vaø caùc loaøi ñoäng vaät chaân ñoát hôn moät theá kyû nay (ngaøy nay ñaõ ñöôïc thay theá bôûi caùc thuoác tröø saâu höõu cô toång hôïp). Löôïng thuoác phun thoâng thöôøng lôùn, ñeán 8.7 kg/ha/naêm; 2.7 vôùi arsenic; 7.5 vôùi keõm vaø 3.5 vôùi ñoàng; tuøy vaøo loaïi haït gioáng, vaøo beänh gaây haïi vaø vaøo coâng thöùc thuoác. Tuøy thuoäc vaøo chaát neàn cuûa thuoác tröø saâu söû duïng maø taát caû caùc nguyeân toá naøy coù theå ñoïng laïi treân ñoàng ruoäng , trong caây vaø trong heä sinh thaùi. Do caùc nguyeân toá naøy bò lieân keát taïo phöùc bôûi caùc chaát höõu cô trong ñaát vaø bôûi caùc beà maët trao ñoåi ion khaùc vôùi haït keo ñaát, chuùng raát hieám khi hoøa tan vaø coù xu höôùng tích tuï laïi trong nöôùc. Chaúng haïn, noàng ñoä chì lôùn ñeán 890 ppm vaø 126 ppm arsenic ñöôïc tìm thaáy trong ñaát beà maët cuûa vöôøn taùo ôû Ontario, so vôùi möùc neàn cuûa nguyeân toá naøy töông öùng laø <25 ppm vaø <10 ppm (Frant et al, 1976). Söï tích tuï naøy do hôn 70 naêm söû duïng chì arsenate laøm thuoác tröø saâu, ñaëc bieät laø choáng laïi böôùm tuyeát (laspreyresia pomonella) gaây neân beänh taùo saâu . 2.2.4 Töø buøn coáng raõnh Vieäc söû duïng buøn coáng coù chöùa kim loaïi coù theå gaây ra söï oâ nhieãm ñaát noâng nghieäp vaø haït gioáng. Buøn coáng raõnh laø moät saûn phaåm phuï cuûa quaù trình xöû lyù nöôùc thaûi ñoâ thò. Buøn coáng raõnh laø thöù ñaát ñöôïc öa chuoäng do nhieàu chaáy höõu cô vaø chöùa haøm löôïng ñaùng keå döôõng chaát ña löôïng nhö nitrogen vaø phosphorus. Chaúng haïn, 5.6x106 taán/naêm saûn phaåm buøn coáng ôû Myõ, khoaûng 42% ñöôïc duøng cho ñaát traïi; 5.9x106 taán/naêm saûn phaåm buøn coáng ôû Taây AÂu (Brown vaø Jacobson, 1970). Buøn coáng ñöôïc duøng ôû haàu heát caùc nöôùc coâng nghieäp, nôi vieäc xöû lyù chaát thaûi laø thöôøng xuyeân. Khoâng may laø buøn thaûi töø coâng nghieäp coù chöùa löôïng lôùn caùc chaát ñoäc. Noàng ñoä cuûa caùc nguyeân toá trong nöôùc coáng ôû nhieàu nöôùc coâng nghieäp chöùng toû raèng haøm löôïng kim loaïi trong nöôùc coáng thay ñoåi khuûng khieáp. Söï thay ñoåi to lôùn naøy phaûn aùnh söï khaùc bieät veà baûn chaát cuûa caùc nguoàn thaûi coâng nghieäp vôùi caùc heä thoáng nöôùc thaûi rieâng bieät. Söï ña daïng cuûa caùc nguyeân toá cadimi, ñoàng, nickel vaø keõm laø nguyeân nhaân chaéc chaén gaây neân ñoäc tính vaät lyù khi buøn coáng ñöôïc duøng cho ñaát canh taùc. 2.3 Caùc taùc ñoäng cuûa vieäc oâ nhieãm KLN Söï oâ nhieãm KLN seõ gaây aûnh höôûng xaáu ñeán moâi tröôøng sinh thaùi vaø con ngöôøi. Vôùi noàng ñoä cao, nhaát laø nhöõng KLN coù ñoäc tính maïnh nhö ñoàng, chì, cadimi, thuyû ngaân, asen, croâm, niken…seõ gaây töû vong cho ngöôøi vaø ñoäng thöïc vaät, laøm cheát heä vi sinh vaät trong ñaát, nöôùc daãn ñeán vieäc laøm giaûm khaû naêng phaân huyû cuûa ñaát, nöôùc gaây oâ nhieãm nghieâm troïng hôn. Ñaëc bieät laø ôû ngöôøi, KLN seõ xaâm nhaäp vaøo cô theå con ngöôøi qua nhieàu ñöôøng nhö qua da, maét, hoâ haáp vaø nhieàu nhaát laø baèng caùch tích luyõ trong chuoãi thöùc aên roài ñi vaøo cô theå con ngöôøi. Tuyø vaøo töøng loaïi kim loaïi, töøng noàng ñoä khaùc nhau maø chuùng coù theå gaây ra ngoä ñoäc caáp tính hay tích luyõ trong cô theå vaø gaây ngoä ñoäc maõn tính cho con ngöôøi cuõng nhö cho sinh vaät [4] 2.3.1 Taùc haïi cuûa ñoàng (Cu) Ñoàng laø moät chaát quan troïng, laø nguyeân toá vi löôïng caàn thieát cho caây troàng vaø ñoäng vaät. Ôû traïng thaùi kim loaïi, ñoàng coù maøu hôi ñoû, saùng boùng aùnh kim, meàm deã daùt moûng vaø laø moät chaát daãn nhieät daãn ñieän toát. Trong töï nhieân, ñoàng toàn taïi ôû nhieàu sulfides, muoái sulfate, carbonate. Trong nöôùc thaûi, ñoàng toàn taïi chuû yeáu döôùi daïng ion Cu2+ [4]. Ñoàng coù theå xaâm nhaäp vaøo cô theå chuùng ta qua da, maét, hoâ haáp hay qua aên uoáng. Khi ñoàng xaâm nhaäp vaøo cô theå con ngöôøi vôùi lieàu löôïng cao coù theå gaây ra caùc phaûn öùng laïi nhö ñoû hay söng taáy caùc vuøng tieáp nhaän nhö da, maét, muõi, mieäng, vaø noù coù theå daãn ñeán nhöùc ñaàu, ñau buïng, choùng maët, noân möûa, tieâu chaûy. Neáu xaâm nhaäp vaøo cô theå vôùi noàng ñoä cao hôn thì coù theå bò toån haïi gan vaø thaän hoaëc coù theå daãn ñeán cheát ngöôøi [35]. Chöùng nhieãm ñoàng di truyeàn trong con ngöôøi ñaõ ñöôïc Wilson bieát ñeán nhö laø moät beänh taät vaøo naêm 1912. Trong caên beänh Wilson’s laø do nguyeân nhaân ñoàng ñaõ ñöôïc tích luyõ trong gan, khi noù baét ñaàu nhieãm saâu seõ xuaát hieän daá hieäu baát lôïi cho moâ haïch [4]. 2.3.2 Taùc haïi cuûa nikel (Ni) Nikel xaâm nhaäp vaøo cô theå con ngöôøi qua ñöôøng aên uoáng, da, maét, vaø hoâ haáp. Taùc haïi cuûa vieäc nhieãm ñoäc bôûi nikel coù theå gaây ra caùc trieäu chöùng nhö nhöùc ñaàu, choaùng vaùng, dò öùng treân da. Neáu tích luyõ nikel trong cô theå vôùi noàng ñoä cao coù theå daãn ñeán ung thö gan, ung thö tuyeán tieàn lieät, roái loaïn tim maïch, nhöõng khieám khuyeát khi sinh con…[35]. 2.3.3 Taùc haïi cuûa moät soá KLN quan troïng khaùc nhö thuyû ngaân, cadimi, asen, chì, croâm Thuyû ngaân laø moät trong soá caùc nguyeân toá ñoäc nhaát ñoái vôùi con ngöôøi vaø nhieàu ñoäng vaät baäc cao, nhaát laø toàn taïi döôùi daïng ion. Moät trong nhöõng tröôøng hôïp gaây ra bôûi ñoäc chaát cuûa metyl thuyû ngaân tieâu bieåu laø beänh Minamata ôû Nhaät Baûn vaøo naêm 1950, gaây toån thaát raát naëng neà veà con ngöôøi vaø moâi tröôøng taïi Minamata. Taïi Ñöùc cuõng coù tröôøng hôïp ngoä ñoäc cuûa caùc loaøi thuù hoang do aên phaûi laù caây coù chöùa metyl thuyû ngaân [4]. Cadimi cuõng laø moät KLN coù ñoäc tính cao vôùi khaû naêng tích tuï maõn tính trong cô theå con ngöôøi nhaát. Söï tích luyõ cadimi ôû thaän daãn ñeán phaù huyû chöùc naêng loïc cuûa thaän. Cadimi cuõng ñöôïc tích luyõ ôû gan vaø phaù huyû gan aûnh höôûng ñeán khaû naêng baøi tieát protein vaø ñöôøng dö thöøa trong cô theå con ngöôøi. Ngoaøi ra noù coøn gaây ra moät soá beänh nguy hieåm khi xaâm nhaäp vaøo cô theå nhö : toån haïi heä thaàn kinh trung öông, aûnh höôûng heä mieãn dòch, gaây roái loaïn cô theå, coù theå gaây aûnh höôûng ñeán DNA vaø gaây ung thö [35]. Vieäc nhieãm ñoäc chì cuõng coù theå daãn ñeán caùc aûnh höôûng nhö : gaây ra beänh thieáu maùu, tuït huyeát aùp, toån haïi gan, naõo, gaây voâ sinh ôû nam, laøm giaûm khaû naêng tieáp thu ôû treû…[35]. Noùi chung, moät soá KLN khi ôû daïng veát thì raát caàn thieát cho teá baøo nhöng khi ôû noàng ñoä cao thì seõ gaây ñoäc ñoái vôùi con ngöôøi vaø moâi tröôøng. Tuyø vaøo töøng loaïi kim loaïi vaø töøng noàng ñoä khaùc nhau seõ gaây möùc ñoä taùc haïi khaùc nhau. Vì vaäy chuùng caàn ñöôïc loaïi boû khoûi ñaït möùc tieâu chuaån nhaèm haïn cheá söï aûnh höôûng ñeán moâi tröôøng heä sinh thaùi. Chöông 3 : CAÙC PHÖÔNG PHAÙP XÖÛ LYÙ KLN 3.1 Caùc phöông phaùp hoaù lyù 3.1.1 Phöông phaùp haáp phuï [3] Haáp phuï caùc ion kim loaïi naëng hoaø tan laø keát quaû cuûa söï di chuyeån phaân töû cuûa nhöõng chaát ñoù töø nöôùc vaøo beà maët chaát haáp phuï döôùi taùc duïng cuûa tröôøng löïc beà maët. Quùa trình haáp phuï laø moät quaù trình thuaän nghòch. Nghóa laø sau khi nhöõng ion kim loaïi naëng ñaõ ñöôïc haáp phuï treân beà maët chaát haáp phuï ñeán khi bò baõo hoaø roài thì coù theå di chuyeån ngöôïc laïi töø beà maët chaát haáp phuï vaøo dung dòch. Hieän töôïng naøy goïi laø khöû haáp phuï hay laø hieän töôïng nhaû haáp. Coù 2 kieåu haáp phuï laø haáp phuï trong ñieàu kieän tónh vaø haáp phuï trong ñieàu kieän ñoäng. Haáp phuï trong ñieàu kieän tónh laø khoâng cho söï dòch chuyeån töông ñoái cuûa phaân töû nöôùc so vôùi phaân töû chaát haáp phuï, maø chuùng cuøng chuyeån ñoäng vôùi nhau. Bieän phaùp thöïc hieän laø cho chaát haáp phuï vaøo nöôùc oâ nhieãm kim loaïi naëng vaø khuaáy troän trong moät thôøi gian ñuû ñeå ñaït ñöôïc traïng thaùi caân baèng noàng ñoä. Haáp phuï trong ñieàu kieän ñoäng laø coù söï di chuyeån töông ñoái cuûa phaân töû nöôùc so vôùi phaân töû chaát haáp phuï. Nhöõng chaát haáp phuï coù theå laø : than hoaït tính, nhöïa toång hôïp coù khaû naêng trao ñoåi ion, than naâu, than buøn, than coác, ñoâloâmit…Boâng caën cuûa nhöõng chaát keo tuï (hydroxyt cuûa kim loaïi) vaø buøn hoaït tính töø beå aeroten cuõng coù khaû naêng haáp phuï. Than hoaït tính laø chaát haáp phuï thoâng duïng ñeå xöû lyù caùc ion kim loaïi vaø caùc chaát baån trong nöôùc nhöng chi phí hoaøn nguyeân ñaét tieàn nhöng löôïng than sau khi hoaøn nguyeân taùi söû duïng khoâng cho hieäu quaû cao, do ñoù taïo neân chi phí xöû lyù ñaét tieàn. 3.1.2 Trao ñoåi ion [3] Phöông phaùp naøy ñöôïc öùng duïng ñeå xöû lyù nöôùc thaûi khoûi caùc ion kim loaïi naëng nhö : Zn, Cu, Ni, Cr, Pb, Hg, Cd, Mn…cuõng nhö caùc hôïp chaát cuûa asen photpho, xyanua vaø caùc chaát phoùng xaï…Ngoaøi ra phöông phaùp naøy coøn cho pheùp thu hoài caùc kim loaïi coù giaù trò. Trao ñoåi ion laø moät quaù trình trong ñoù caùc ion treân beà maët tieáp xuùc cuûa chaát raén trao ñoåi vôùi ion coù cuøng ñieän tích trong dung dòch khi tieáp xuùc vôùi nhau. Caùc chaát naøy goïi laø caùc ionit (chaát trao ñoåi ion), chuùng hoaøn toaøn khoâng tan trong nöôùc. Caùc chaát coù khaû naêng huùt caùc ion döông töø dung dòch ñieän ly goïi laø caùc cationit, mang tính acid. Caùc chaát coù khaû naêng huùt caùc ion aâm goïi laø anionit, mang tính kieàm. Neáu nhö caùc chaát naøo ñoù trao ñoåi ñöôïc vôùi caû cation vaø anion thì ñöôïc goïi laø ionit löôõng tính. Caùc chaát trao ñoåi ion : caùc chaát trao ñoåi ion coù theå laø caùc chaát voâ cô hoaëc höõu cô, coù nguoàn goác töï nhieân hay toång hôïp nhaân taïo. - Nhoùm caùc chaát trao ñoåi ion voâ cô töï nhieân goàm coù caùc zeolic, kim loaïi khoaùng chaát, ñaát seùt, fenspat, chaát mica khaùc nhau…Caùc chaát coù tính chaát trao ñoåi cation laø caùc chaát chöùa nhoâm silicat loaïi : Na2O.Al2O3.nSiO2.mH2O. Caùc chaát trao ñoåi ion coù nguoàn goác caùc chaát voâ cô toång hôïp goàm silicagel, permutit (chaát laøm meàm nöôùc)... - Caùc chaát trao ñoåi ion höõu cô coù nguoàn goác töï nhieân goàm acid humic cuûa ñaát vaø than ñaù, chuùng mang tính acid yeáu. Ñeå taêng tính acid vaø dung löôïng trao ñoåi, ngöôøi ta nghieàn nhoû than vaø löu hoaù ôû ñieàu kieän dö oleum. Than sunfo laø caùc chaât ñieän ly cao phaân öû, reû vaø chöùa caû nhoùm acid maïnh vaø acid yeáu. Caùc chaát trao ñoåi ion naøy coù nhöôïc ñieåm laø ñoä beàn hoaù hoïc vaø cô hoïc thaáp, dung löôïng theå tích khoâng lôùn, ñaëc bieät trong moâi tröôøng trung tính. - Caùc chaát trao ñoåi ion höõu cô toång hôïp laø caùc nhöïa trao ñoåi (resin) coù beà maët rieâng lôùn, chuùng laø nhöõng hôïp chaát cao phaân töû. Caùc goác hydrocarbon cuûa chuùng taïo neân löôùi khoâng gian vôùi caùc nhoùm chöùc naêng trao ñoåi ion coá ñònh. Caùc ion kim loaïi ñöôïc laáy ra khoûi nöôùc thaûi nhôø trao ñoåi vôùi caùc ion Na+ hay H+ cuûa nhöïa cation acid maïnh. Ñaây laø loaïi chaát trao ñoåi ion ñöôïc söû suïng roäng raõi vaø phoå bieán vì coù dung löôïng trao ñoåi lôùn vaø khaéc phuïc ñöôïc caùc nhöôïc ñieåm cuûa chaát trao ñoåi coù nguoàn goác töï nhieân. Hieäu quaû cuûa quaù trình trao ñoåi ion coøn phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä vaø pH cuûa nöôùc thaûi. Khi nhieät ñoä nöôùc thaûi cao coù theå laøm vôõ caùc haït nhöïa cuûa chuùng, taùch rôøi caùc nhoùm hoaït ñoäng ra daãn ñeán giaûm dung löôïng. Moãi moät nhöïa trao ñoåi coù giôùi haïn nhieät ñoä cuûa chuùng, vöôït quaù giôùi han ñoù thì khoâng theå söû duïng ñöôïc. Veà ñaïi löôïng pH cuûa nöôùc thaûi ñeå tieán haønh trao ñoåi ion phuï thuoäc vaøo haèng soá phaân ly caùc nhoùm trao ñoåi ion cuûa nhöïa. Caùc loaïi nhöïa cation acid maïnh cho pheùp tieán haønh quaù trình trong baát cöù moâi tröôøng naøo, coøn caùc cation acid yeáu thì chæ tieán haønh trao ñoåi trong moâi tröôøng kieàm vaø trung tính. Phöông phaùp naøy coù öu ñieåm laø coù theå thu hoài laïi ñöôïc caùc kim loaïi. Nhöng coù khuyeát ñieåm laø chi phí cao, vaän haønh toán keùm do phaûi toán chi phí hoaù chaát ñeå hoaøn nguyeân caùc ion trôû laïi cho nhöïa trao ñoåi. 3.1.3 Caùc quaù trình taùch baèng maøng [3] 3.1.3.1 Thaåm thaáu ngöôïc (maøng RO) Thaåm thaáu ngöôïc laø quaù trình di chuyeån cuûa caùc phaân töû nöôùc töø dung dòch ñaäm ñaëc qua maøng baùn thaám sang dung dòch loaõng, döôùi taùc duïng cuûa aùp löïc lôùn hôn söï cheânh leäch aùp suaát thaåm thaáu cuûa hai dung dòch ñoù. Maøng baùn thaám naøy chæ cho caùc phaân töû nöôùc ñi qua, giöõ laïi caùc ion kim loaïi vaø caùc chaát khaùc coù kích thöôùc lôùn hôn kích thöôùc cuûa phaân töû nöôùc. Nhôø vaäy, caùc ion kim loaïi ñöôïc taùch ra khoûi nguoàn nöôùc oâ nhieãm kim loaïi. Nhöôïc ñieåm cuûa phöông phaùp söû duïng maøng RO : - Quùa trình tieán haønh ôû aùp suaát cao ñoøi hoûi phaûi coù boä phaän laøm kín ñaëc bieät. - Phaùt sinh hieän töôïng phaân cöïc noàng ñoä do söï taêng noàng ñoä ôû beà maët maøng, daãn ñeán giaûm naêng suaát, giaûm möùc ñoä phaân taùch caùc caáu töû vaø giaûm tuoåi thoï cuûa maøng. Do ñoù caàn phaûi thay maøng thöôøng xuyeân neân chi phí xöû lyù cao. 3.1.3.2 Ñieän thaåm taùch Ñieän thaåm taùch ñöôïc thöïc hieän baèng caùch ñaët caùc maøng coù tính choïn loïc vôùi cation vaø anion luaân phieân nhau doïc theo doøng ñieän. Khi ñöa doøng ñieän vaøo, ñieän theá giöõa hai ñieän cöïc taïo ra söï di chuyeån cuûa cation vaø anion höôùng veà caùc ñieän cöïc. Döôùi söï taùc ñoäng cuûa doøng ñieän, caùc ion kim loaïi seõ ñi qua maøng choïn loïc ion. Nhöôïc ñieåm cuûa phöông phaùp naøy cuõng töông töï nhö treân laø caùc maøng choïn loïc ion deã bò taéc ngheõn vaø caàn phaûi thay maøng ñònh kyø. 3.1.4 Phöông phaùp keát tuûa hoùa hoïc Phöông phaùp keát tuûa thöôøng ñöôïc öùng duïng cho xöû lyù nöôùc thaûi chöùa ion kim loaïi naëng. Caùc ion kim loaïi naëng thöôøng keát tuûa ôû daïng hydroxide, vì vaäy khi cho caùc chaát kieàm hoaù nhö voâi, NaOH, Na2CO3… vaøo nöôùc coù chöùa ion kim loaïi naëng ñeå ñaït ñeán giaù trò pH töông öùng vôùi ñoä hoaø tan nhoû nhaát. Giaù trò pH naøy thay ñoåi tuyø theo töøng kim loaïi, nhö ñoä hoaø tan nhoû nhaát cuûa croâm laø ôû pH 7.5, keõm laø 10.2 vaø nikel laø 11.5 [8]. Khi xöû lyù nöôùc thaûi chöùa ion kim loaïi naëng baèng phöông phaùp naøy, caàn phaûi xöû lyù sô boä ñeå khöû ñi caùc chaát caûn trôû quaù trình keát tuûa. Ví duï nhö cyanide vaø ammonia hình thaønh phöùc vôùi nhieàu kim loaïi, laøm giaûm hieäu quaû quaù trình keát tuûa [8]. Trong xöû lyù nöôùc thaûi coâng nghieäp, kim loaïi coù theå ñöôïc loaïi boû baèng quaù trình keát tuûa hydroxide vôùi chaát kieàm hoaù, hoaëc daïng sulfide hay carbonat. Moät soá kim loaïi nhö arsenic hay cadmium ôû noàng ñoä thaáp… coù theå xöû lyù hieäu quaû khi cuøng keát tuûa vôùi pheøn nhoâm hoaëc pheøn saét [8]. Phöông phaùp naøy khoâng cho hieäu quaû cao ôû noàng ñoä oâ nhieãm KLN töø 1 – 100ppm, nhöng chi phí cho hoaù chaát keát tuûa vaø keo tuï hay loïc ñeå loaïi boû phaàn keát tuûa laïi cao [12]. 3.2 Caùc phöông phaùp sinh hoïc Ñoái vôùi vieäc oâ nhieãm KLN trong nöôùc thaûi ñang laø vaán ñeà ñang ñöôïc quan taâm hieän nay, vì KLN oâ nhieãm trong nguoàn nöôùc seõ khoù bò phaân huyû deã daøng nhôø vaøo quaù trình laøm saïch töï nhieân. Caùc phöông phaùp xöû lyù KLN trong nöôùc thaûi baèng hoaù hoïc hay hoaù lyù nhö : keát tuûa hoaù hoïc, trao ñoåi ion, loïc maøng vaø haáp phuï ñeàu cho cho chi phí xöû lyù cao, quaù trình phöùc taïp, nhöng hieäu quaû xöû lyù khoâng trieät ñeå [12, 24]. Quùa trình haáp phuï treân carbon hoaït tính cuõng laø moät phöông phaùp ñöôïc ghi nhaän ñoái vôùi vieäc loaïi boû KLN trong nöôùc thaûi. Chi phí cuûa carbon hoat tính cao laø moät trong nhöõng giôùi haïn cho vieäc duøng noù laøm chaát haáp phuï [12, 24]. Vì vaäy vieäc söû duïng caùc chaát haáp phuï sinh hoïc seõ khaéc phuïc ñöôïc chi phí xöû lyù do nguoàn nguyeân lieäu doài daøo cuûa sinh khoái töø töï nhieân hay taùi söû duïng töø quaù trình saûn xuaát coâng nghieäp, ñoàng thôøi cuõng cho hieäu quaû xöû lyù cao ngay caû ôû noàng ñoä thaáp. Theo nhöõng nghieân cöùu gaàn ñaây, caùc chaát haáp phuï sinh hoïc coù khaû naêng loaïi boû KLN nhö caùc loaøi thöïc vaät, coû, beøo…vaø caùc loaïi vi sinh vaät nhö vi khuaån, taûo, naám moác vaø naám men [10 – 32]. 3.2.1. ÖÙng duïng thöïc vaät trong xöû lyù KLN trong nöôùc Thöïc vaät coù nhieàu caùch phaûn öùng khaùc nhau ñoái vôùi söï coù maët cuûa caùc ion kim loaïi trong moâi tröôøng. Haàu heát, caùc loaøi thöïc vaät raát nhaïy caûm vôùi söï coù maët cuûa caùc ion kim loaïi, thaäm chí ôû noàng ñoä raát thaáp. Tuy nhieân, vaãn coù moät soá loaøi thöïc vaät khoâng chæ coù khaû naêng soáng ñöôïc trong moâi tröôøng bò oâ nhieãm bôûi caùc kim loaïi ñoäc haïi maø coøn coù khaû naêng haáp thuï vaø tích caùc kim loaïi naøy trong caùc boä phaän khaùc nhau cuûa chuùng[15]. Trong thöïc teá, coâng ngheä xöû lyù oâ nhieãm baèng thöïc vaät ñoøi hoûi phaûi ñaùp öùng moät soá ñieàu kieän cô baûn nhö deã troàng, coù khaû naêng vaän chuyeån caùc chaát oâ nhieãm töø ñaát leân thaân nhanh, choáng chòu ñöôïc vôùi noàng ñoä caùc chaát oâ nhieãm cao vaø cho sinh khoái nhanh [15]. Tuy nhieân, haàu heát caùc loaøi thöïc vaät coù khaû naêng tích luyõ KLN cao laø nhöõng loaøi phaùt trieån chaäm vaø coù sinh khoái thaáp, trong khi caùc thöïc vaät cho sinh khoái nhanh thöôøng raát nhaïy caûm vôùi moâi tröôøng coù noàng ñoä kim loaïi cao. Moät soá loaøi thöïc vaät thuyû sinh cuõng coù khaû naêng haáp thuï kim loaïi naëng raát toát. Caùc thí nghieäm cuûa S.K.Jain, P.Vasudevan vaø N.K Jha (1987) ôû Aán Ñoä cho thaáy caùc loaøi beøo hoa daâu ñeàu coù khaû naêng laøm giaûm kim loaïi naëng ôû noàng ñoä thaáp raát toát. Ví duï nhö : hieäu quaû xöû lyù ñoàng cuûa beøo daâu Lemnaminor vaø Aspirodela polyrhiza laø khoaûng 80% ñoái vôùi noàng ñoä ñoàng ban ñaàu laø 1.0ppm, 75% ñoái vôùi noàng ñoä 4.0ppm vaø 65% ñoái vôùi noàng ñoä laø 8.0ppm. Khaû naêng xöû lyù ñoàng cuûa loaøi beøo hoa daâu Azolla pinata coøn cao hôn so vôùi hai loaøi treân. Ngoaøi ra caùc taùc giaû khaùc nhö H.H.Harger (1989), E.H.Livinger (1993), P.L.M.Veneman (1996), P.H. Templet (1998) cuõng ñaõ coâng boá nhöõng keát quaû nghieân cöùu veà khaû naêng haáp thuï caùc ion kim loaïi naëng bôûi caùc caây hoï saäy vaø caùc loaøi beøo taây [5]. Ngoaøi ra coøn coù moät vaøi loaïi thöïc vaät khaùc coù khaû naêng tích tuï KLN nhö loaøi coû Deschampsia caespitosa vaø Agostis gigantea coù khaû naêng tích tuï toát nikel vaø ñoàng; caây hoa moâi Becium homblei coù khaû naêng tích tuï ñoàng cao, soáng ñöôïc trong ñaát chöùa nhieàu hôn 1000ppm Cu (Cannon,1960); moät soá loaøi caây Astralagus conopsis, Stanleya vaø Xylorhisa coù khaû naêng tích luyõ moät löôïng lôùn selenium döôùi daïng selenate vaø hoãn hôïp Se höõu cô caây trong caùc moâ cuûa chuùng (103-104 mg Se/kg troïng löôïng khoâ) [4]. 3.2.2 ÖÙng duïng vi sinh vaät trong xöû lyù KLN trong nöôùc 3.2.2.1 Taûo Taûo laø loaøi vi sinh vaät phoå bieán trong nöôùc keå caû nöôùc ngoït hay nöôùc maën. Taûo khaùc vôùi naám vaø vi khuaån ôû khaû naêng quang hôïp, söû duïng naêng löôïng aùnh saùng laøm naêng löôïng sinh toång hôïp. Moät soá loaøi taûo coù khaû naêng xöû lyù toát ion kim loaïi naëng vôùi noàng ñoä khoâng cao trong nöôùc. Moät soá nghieân cöùu cuûa veà khaû naêng loaïi boû ion kim loaïi naëng trong nöôùc cuûa moät soá loaøi taûo nhö loaøi taûo Chlorella vulgaris. Keát quaû nghieân cöùu cho thaáy Chlorella vulgaris coù theå xöû lyù nikel vaø ñoàng hieäu quaû ôû noàng ñoä thaáp, ñoái vôùi noàng ñoä 5ppm thì keát quaû xöû lyù ñaït treân 90% Cu vaø gaàn 70% Ni trong voøng 60phuùt. Khi noàng ñoä caøng taêng thì hieäu quaû xöû lyù caøng giaûm, nhö ñeán noàng ñoä 50ppm thì hieäu quaû xöû lyù chæ coøn khoaûng töø 10 – 20% trong voøng 120phuùt [29]. Theo nghieân cöùu cuûa Patricia A. Terry veà khaû naêng haáp phuï cadimi vaø ñoàng cuûa taûo Scenedesmus abundans ñaït ñöôïc treân 95% ôû noàng ñoä 10ppm, vôùi khoái löôïng taûo Scenedesmus abundans söû duïng laø 62mg/l trong khoaûng thôøi gian 36 giôø [27]ø. Ngoaøi ra coøn coù moät soá loaïi taûo khaùc cuõng coù khaû naêng xöû lyù kim loaïi naëng ôû noàng ñoä thaáp nhö Selenastrum capricornutum, Olisthodiscus luteus, Clamydomonas r

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docNghiên cứu khả năng hấp phụ kim loại nặng (ion Ni2+ và Cu2+) trong nước của vi sinh vật và xác định các thông số ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình .doc