Untitled BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ KIM LOẠI TRONG NƯỚC BẰNG POLYME SINH HỌC (BIOPOLYMER) TÁCH TỪ[.]
BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ KIM LOẠI TRONG NƯỚC BẰNG POLYME SINH HỌC (BIOPOLYMER) TÁCH TỪ BÙN THẢI SINH HỌC CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG LÊ THỊ CHUNG Hà Nội, Năm 2018 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ KIM LOẠI TRONG NƯỚC BẰNG POLYME SINH HỌC (BIOPOLYMER) TÁCH TỪ BÙN THẢI SINH HỌC LÊ THỊ CHUNG CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG MÃ SỐ: 60440301 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN VIẾT HOÀNG Hà Nội, Năm 2018 MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Kim loại – nguồn gốc phát sinh mức độ ảnh hưởng 1.1.1 Nguồn gốc phát sinh kim loại 1.1.2 Mức độ ảnh hưởng kim loại 1.2 Vài nét kim loại đồng 1.2.1 Giới thiệu chung kim loại đồng 1.2.2 Nguồn gốc phát sinh 1.2.3 Các phương pháp xử lý kim loại đồng 1.3 Tổng quan EPS 11 1.3.1 Khái niệm chung EPS 11 1.3.2 Đặc điểm thành phần hóa học EPS 11 1.3.3 Một số tính chất EPS 12 1.3.4 Các phương pháp tách EPS 14 1.3.5 Ứng dụng EPS xử lý kim loại 18 CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU20 2.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 20 2.2 Vật liệu thí nghiệm 20 2.2.1 Bùn thải 20 2.2.2 Nước thải 20 2.3 Thực nghiệm 20 2.3.1 Quy trình vận hành thiết bị pilot xử lý nước thải sinh hoạt để lấy sinh khối tách EPS 20 2.3.2 Phương pháp tách thu EPS từ bùn thải sinh học nuôi cấy 21 2.4 Đánh giá yếu tố ảnh hưởng tới hiệu xử lý ion kim loại Cu2+ polymer ngoại bào 24 2.4.1 Đánh giá ảnh hưởng pH 24 2.4.3 Đánh giá ảnh hưởng nồng độ EPS 25 2.5 Phương pháp phân tích 25 2.5.1 Xác định khối lượng EPS thu 25 2.5.2 Phân tích hàm lượng protein, polysaccharide acid nucleic polymer ngoại bào 26 2.5.3 Đo phổ hồng ngoại 26 2.5.4 Phân tích xác định Cu2+ phương pháp phổ hấp phụ nguyên tử AAS theo TCVN 6193: 1996 26 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27 3.1 Thành phần, đặc tính EPS tách từ bùn thải phương pháp khác 27 3.1.1 Hàm lượng EPS 27 3.1.2 Thành phần hóa học EPS thu 29 3.2 Kết phân tích phổ hồng ngoại 34 3.3 Hiệu xử lý Cu2+ EPS tách phương pháp khác 37 3.4 Thử nghiệm đánh giá khả xử lý ion kim loại Cu2+ EPS 39 3.4.1 Ảnh hưởng pH đến hiệu xử lý 39 3.4.2 Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến hiệu xử lý 40 3.4.3 Ảnh hưởng nồng độ EPS tới hiệu xử lý 42 3.5 Kết thử nghiệm xử lý ion kim loại Cu2+ EPS mẫu nước thải thực tế 43 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46 Kết luận 46 Kiến nghị 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1 Quy trình tách EPS theo phương pháp khác 22 Hình 3.1 So sánh thành phần hóa học EPS tách phương pháp khác (PN, PS AN hàm lượng protein, polysaccharide acid nucleic) 31 Hình 3.2 Mối quan hệ hiệu suất xử lý kim loại với hàm lượng Protein 33 Hình 3.3 Mối quan hệ hiệu suất xử lý kim loại với hàm lượng Polysaccharide 34 Hình 3.4 Mối quan hệ hiệu suất xử lý kim loại với hàm lượng Nucleic acid 34 Hình 3.5 Phổ IR EPS tách phương pháp khác 36 Hình 3.6 Thể hiệu xử lý kim loại Cu2+ EPS thô EPS tinh tách phương pháp khác 37 Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ Cu(II) EPS 40 Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ Cu(II) EPS 41 Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ EPS đến khả hấp phụ Cu(II) 43 Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ EPS đến khả hấp phụ Cu(II) 44 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Hàm lượng số kim loại nặng nước thải số làng nghề tái chế Bảng 1.2 Thành phần hóa học EPS 12 Bảng 1.3 Các phương pháp tách EPS 16 Bảng 3.1 Kết phân tích khối lượng, thành phần hóa học EPS tách phương pháp khác 27 Bảng 3.2 So sánh kết khối lượng EPS tách với nghiên cứu khác 29 Bảng 3.3 Kết khảo sát ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ Cu(II) 39 Bảng 3.4 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ Cu(II) EPS 41 LỜI CẢM ƠN Trong khoảng thời gian tham gia nghiên cứu chuyên đề: tiếp xúc với phương pháp với giúp em củng cố nâng cao kiến thức, kỹ nghề nghiệp làm hành trang cho em bước đường tương lai Qua em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến: Ban giám hiệu trường thầy cô khoa Môi trường – Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội tạo cho em môi trường học tập tích cực, giảng dạy truyền đạt cho em hành trang kiến thức vô quý báu Phịng Giải pháp Cơng nghệ Cải thiện Mơi trường – Viện Công nghệ Môi trường – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, nơi em công tác trực tiếp tham gia nghiên cứu, hoàn thiện luận văn tốt nghiệp TS Nguyễn Viết Hồng người tận tình hưỡng dẫn, bảo giúp đỡ em trình thực luận văn tốt nghiệp Kính chúc TS Nguyễn Viết Hồng cơng tác tốt, dồi sức khỏe tiếp tục thực sứ mệnh cao đẹp truyền đạt kiên thức cho hệ mai sau TS Mai Văn Tiến – giảng viên môn Công nghệ Môi trường – Khoa Môi trường – Trường Đại học Tài Nguyên Môi trường Hà Nội, người dành nhiều công sức, thời gian với tâm huyết để giúp đỡ em hoàn thiện luận văn tốt nghiệp Sau em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình ln động viên chỗ dựa vững cho em suốt trình học tập làm việc Hà Nội, tháng năm 1018 Sinh viên Lê Thị Chung LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thành thân suốt thời gian làm luận văn vừa qua Các tài liệu, số liệu, kết sử dụng luận văn xác, khoa học với trình nghiên cứu thân tơi phịng thí nghiệm – Phịng Giải pháp Công nghệ Cải thiện Môi trường – Viện Công nghệ Môi trường Những kết luận kiến nghị đưa sau q trình nghiên cứu khơng chép tác giả Cuối xin cam đoan luận văn hoàn toàn trung thực, xác khoa học Hà Nội, tháng năm 1018 Sinh viên Lê Thị Chung MỞ ĐẦU Môi trường ô nhiễm môi trường vấn đề giới quan tâm Bên cạnh phát triển mạnh mẽ công nghiệp, nông nghiệp, du lịch có tác động tích cực cho phát triển kinh tế - xã hội, phát triển ngun nhân làm cho mơi trường xung quanh ngày trở nên ô nhiễm nặng Ơ nhiễm kim loại nặng nói chung nhiễm đồng nói riêng vào nguồn nước chủ yếu nước thải từ hoạt động nhà máy khai thác khoáng sản, nhà máy mạ điện, nhà máy khí, nhà máy sản xuất pin, ắc quy gốm sứ,… chưa qua xử lý xử lý chưa triệt để thải mơi trường Ơ nhiễm kim loại nặng nước nguyên nhân gây phá vỡ nhiều q trình chuyển hóa cân sinh thái độc tính khả tích lũy chúng Khác với hầu hết chất gây ô nhiễm khác, đồng không phân hủy sinh học không trải qua chu kỳ sinh thái, sinh học chung [2] Việc sử dụng nguồn nước có chứa đồng hợp chất gây ảnh hưởng tới tồn quan hệ quan người Nhiễm độc kim loại nặng thường gây tổn thương đặc biệt hệ thống tạo máu, hệ tim mạch, hệ thần kinh hệ tiêu hóa Đặc biệt trẻ em với hàm lượng kim loại nặng nhỏ ảnh hưởng đến sức khỏe, dẫn đến rối loạn phát triển trí tuệ thể lực, rối loạn thần kinh tâm lý, giảm tổng hợp hemen thiếu máu, giảm vitamin D máu tăng ngưỡng tiếp nhận âm Nghiên cứu tìm giải pháp kết hợp với cơng tác quản lý nhằm giảm thiểu ô nhiễm kim loại nặng đặc biệt nguồn nước việc làm cần thiết thu hút quan tâm nhiều nhà khoa học nước quốc tế Hiện có nhiều phương pháp để xử lý ion kim loại phương pháp kết tủa hóa học; phương pháp trao đổi ion; phương pháp đông tụ, keo tụ hấp thụ Đáng lưu ý phương pháp hấp phụ trao đổi ion: biện pháp hiệu xử lý nước so sánh với phương pháp xử lý khác lợi dễ thực hiện, không phát sinh chất độc hại suốt trình xử lý gần loại bỏ tất chất ô nhiễm nước Bùn thải sinh học (BTSH) hệ thống xử lý nước thải (XLNT) có chứa lượng lớn hợp chất polymer sinh học (EPS - Extracellular polymeric substances) EPS liên kết với tế bào vi sinh vật (VSV) thông qua tương tác phức tạp để tạo thành cấu trúc mạng lưới rộng lớn EPS chất có phân tử lượng lớn sinh tổng hợp VSV [2] Các cơng trình nghiên cứu gần cho thấy EPS vật liệu tiềm để xử lý kim loại nước thải xi mạ [70] Khả hấp phụ sinh học EPS (chủ yếu heteropolysaccharides lipids) cho EPS có khối lượng phân tử cao chứa nhiều nhóm chức khác (ví dụ amino, carboxyl, hydroxyl, phosphate v.v…) EPS đạt hiệu cao việc xử lý ion kim loại Cu2+ Xuất phát từ lý trên, đề tài “Nghiên cứu khả xử lý kim loại nước polyme sinh học (biopolymer) tách từ bùn thải sinh học” thực nhằm mục đích tách phần polymer sinh học có bùn thải sử dụng chúng với vai trò làm vật liệu để hấp phụ, xử lý kim loại Cu nước thải Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu xây dựng quy trình tách bio-polymer từ bùn thải sinh học - Đánh giá khả ứng dụng xử lý ion kim loại Cu2+ nước thải xi mạ bio-polymer tách Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu lựa chọn xây dựng quy trình tách bio-polymer từ bùn thải sinh học - Phân tích đặc trưng cấu trúc tính chất bio-polymer thu tách - Thử nghiệm đánh giá khả xử lý ion kim loại Cu2+ nước nghiên cứu số yếu tố ảnh hưởng tới trình xử lý Những đóng góp đề tài Kết đề tài nghiên cứu nhằm xác định phương pháp tách phù hợp để tách polymer sinh học có bùn thải cho hiệu xử lý Cu tốt Kết tạo bước đầu để tái sử dụng phần vật chất có ích bùn thải (dạng chất thải phải đưa xử lý) đưa loại vật liệu hấp phụ kim loại có tính thân thiện mơi trường ... việc xử lý ion kim loại Cu2+ Xuất phát từ lý trên, đề tài ? ?Nghiên cứu khả xử lý kim loại nước polyme sinh học (biopolymer) tách từ bùn thải sinh học? ?? thực nhằm mục đích tách phần polymer sinh học. .. TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ KIM LOẠI TRONG NƯỚC BẰNG POLYME SINH HỌC (BIOPOLYMER) TÁCH TỪ BÙN THẢI SINH HỌC LÊ THỊ CHUNG... có bùn thải sử dụng chúng với vai trò làm vật liệu để hấp phụ, xử lý kim loại Cu nước thải Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu xây dựng quy trình tách bio-polymer từ bùn thải sinh học - Đánh giá khả