Luận văn thạc sĩ Công nghệ sinh học: Nghiên cứu thân lục bình khô để tạo chất hấp phụ kim loại nặng trong xử lý môi trường

Luc bình là một loại thực vật thủysinh có khả năng hấp phụ kim loại nặng đã được nghiên cứu và ứng dụng rất nhiều.Trong luận văn nay, chúng tôi đã tiền hành những thí nghiệm bước dau trê

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

VŨ NGỌC LINH

CHUYEN NGANH: CONG NGHE SINH HOCMA SO NGANH: 60 42 80

LUAN VAN THAC SI

TP HO CHI MINH, thang 06 nam 2014

Công trình được hoàn thành tại Trường Dai Học Bách Khoa —- ĐHỌG-HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYÊN ĐỨC LƯỢNG

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS NGUYEN TIEN THANG

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS HUỲNH NGỌC OANH

Luan văn thạc sĩ được bảo vệ tai Trường Đại học Bách Khoa, DHQG Tp HCM ngày14 tháng 08 năm 2014.

Thanh phan Hội đồng đánh giá luận van thạc sĩ gồm:

1 Chủ tịch: PGS.TS NGUYEN THUY HUONG

2 Phan bién 1: PGS.TS NGUYEN TIEN THANG

3 Phan bién 2: TS HUYNH NGOC OANH

4 Ủy viên: PGS.TS NGUYEN DUC LƯỢNG

5 Thư ký: TS VÕ ĐÌNH LỆ TÂM

Chú tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIEM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: VŨ NGỌC LINH - MSHV: 12310737

Ngày, tháng, năm sinh: 08/07/1989 « «<< <s52 Nơi sinh: TP HCM

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Mã số : 60 42 80

I TÊN ĐÈ TÀI:NGHIÊN CỨU THAN LUC BINH KHÔ ĐỀ TẠO CHAT HAP PHU KIM LOẠINANG TRONG XU LY MOI TRUONG

Il NHIEM VỤ VA NOI DUNG:Phan 1: Nghiên cứu khả nang hấp phụ nướca Nghiên cứu kích thước lục bình sau khi cắt nhỏ đến kha năng hap phụ nướcb Nghiên cứu xử lý lục bình bằng phương pháp hóa học dùng NaOH

c Nghiên cứu xử lý lục bình bang hỗn hop enzyme cellulase từ nam sợi Trichoderma

Ill NGÀY GIAO NHIỆM VU: 20/01/2014

IV NGAY HOAN THANH NHIEM VU: 20/06/2014Vv CÁN BO HƯỚNG DAN: PGS TS NGUYEN ĐỨC LUGNG

Tp HCM, ngày thẳng NAM

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

LỜI CÁM ƠN

Con xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS TS Nguyễn Đức Lượng đãtận tình truyền đạt kiến thức và những kinh nghiệm quý báu Thầy đã gợi mở cho conhướng nghiên cứu cũng như đã quan tâm hướng dẫn, hỗ trợ giúp con hoàn thành tốt

luận văn này.

Em xin cảm ơn tat cả quý thầy cô trong Bộ môn Công Nghệ Sinh Học —Trường Đại học Bách Khoa TP HCM đã tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức quý

báu cho em trong quá trình học tập tại trường Đặc biệt em xin cảm ơn cô PGS TS

Nguyễn Thúy Hương và cô ThS Tran Thị Minh Tâm đã quan tâm giúp đỡ em trongsuốt thời gian thực hiện dé tài tại phòng thí nghiệm của bộ môn

Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các anh chị em trong phòng thí nghiệm: chị

Sương, chị Hương, anh Tuấn, Hoàng Anh, Hiền, Tuyên, Nhi, Linh đã cùng găn bó,chia sẻ và nhiệt tình giúp đỡ cho em trong thời gian thực hiện luận văn Em cảm ơn anh

Thanh đã giúp em phần phân tích các kết quả thí nghiệm trong nghiên cứu

Cuối cùng con xin cảm ơn cha mẹ và gia đình đã luôn ở bên cạnh động viên

Cảm ơn người chồng yêu quý đã chia sẻ và hỗ trợ cũng như cảm ơn các anh chị emđồng nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận văn này

Với nguồn kiến thức và kinh nghiệm hạn chế, luận văn không tránh khỏi nhữngsai sót Em rat mong nhận được sự thông cam và đóng góp ý kiến của quý thay cô vàcác bạn dé nghiên cứu được tốt hơn

Chân thành cảm ơn tât cả mọi người

Vũ Ngọc Linh

TOM TATÔ nhiễm môi trường là vấn nạn lớn toàn cầu, trong đó có ô nhiễm kim loại nặng.Có nhiều phương pháp xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong đó phương pháp sinh học sửdụng thực vật để xử lý ô nhiễm đang được quan tam Luc bình là một loại thực vật thủysinh có khả năng hấp phụ kim loại nặng đã được nghiên cứu và ứng dụng rất nhiều.

Trong luận văn nay, chúng tôi đã tiền hành những thí nghiệm bước dau trên thânlục bình khô dé nghiên cứu chế tạo chất hap phụ kim loại nặng trong xử lý môi trường,cụ thé là xử lý sat (IID) và crom (VI) Những thí nghiệm đầu tiên về khả năng hap phụnước cho thấy thân lục bình khô với kích thước dài 0.3 em hấp phụ nước tối ưu trong22 giờ, đạt 1203% (mức tương đối cao với thời gian ngăn, nếu tiếp tục ngâm thì hấpphụ chậm, đến gần 46 giờ thì bão hòa ở mức 1616%) Lục bình 0,3 em được xử lýbang dung dịch NaOH 0,1 N trong 30 phút thì hap phụ nước đạt 1068%; bang cellulasetừ giống Trichoderma reesei với tỉ lệ giỗng là 5% trong 24 giờ thì hấp phụ nước đạt

1325%.

Thí nghiệm nghiên cứu về kha năng hap phụ sat cho thấy đối với dung dịch cónông độ sat (IIT) là 198,8 mg/l thì lục bình đạt hiệu suất xử lý 10,51% và dung lượnghap phụ sắt trên | g lục bình là 2,090 mg/g; tương ứng lục bình đã qua xử lý NaOH là16,40% va 3,238 mg/g Với dung dịch sắt CHT) 305,5 mg/l, lục bình đạt 3,54% và 1,080

mg/g; lục bình đã qua xử lý Trichoderma reesei là 6,58% và 2,010 mg/g Thí nghiệm

hấp phụ crom cho thay trong dung dịch có nong độ crom (VI) là 197,9 mg/I thì lục bìnhđạt hiệu suất xử lý 7,63% và dung lượng hấp phụ crom trên | g lục bình là 1,510 mg/g;

tương ứng lục bình đã qua xử ly NaOH là 46,29% và 9,284 mg/g; lục bình đã qua xử lý

Trichoderma reesei là 10,16% va 2,010 mg/g Khi thử nghiệm hấp phụ crom trong

dung dịch nước thai chứa crom (VI) với nông độ 2230 mg/l của nhà máy sản xuất phụtùng VP Components thì lục bình đạt 20,63% va 46,0 mg/g; lục bình đã qua xử lýNaOH là 53,41% và 120,7 mg/g; lục bình đã qua xử lý Trichoderma reesei là 51,17%và 114,1 mg/g.

Water hyacinth, a kind of aquatic plants, is able to adsorb heavy metals that hasbeen studied and applied numerously In this study, we conducted initial experimentson dry body of water hyacinth to research and make the adsorbent of heavy metals inenvironmental remediation, namely iron (II and chromium (VI).

The first experiments on the water adsorption capacity of water hyacinthshowed that dry body length of 0.3 cm size adsorbed water optimally for 22 hourimmersion, reaching 1203% (relatively high level for the short time, with continuedimmersion, the adsorption was very slowly, nearly to 46 hours reaching of 1616%saturation) The 0.3 cm body were treated by NaOH 0.1 N for 30 minutes, the wateradsorption reached 1068%; by cellulase from fungi Trichoderma reesei with rate 5%for 24 hours, the water adsorption reached 1325%.

The experiments on iron adsorption capacity showed that the body wasimmersed in iron (III) solution of 198.8 mg/l concentration reaching 10.51% efficiencyand iron adsorption capacity of | gram of these body was 2.090 mg/g; similarly withthe body treated by NaOH was 16.40% and 3.238 mg/g In iron (II) solution of 305.5mg/l concentration, the body was 3.54% and 1.080 mg/g; the body treated byTrichoderma reesei was 6.58% and 2.010 mg/g The chromium adsorption experimentsshowed in chromium (VI) solution of 197.9 mg/l concentration, the body was 7.63%and 1.510 mg/g; the body treated by NaOH was 46.29% and 9.284 mg/g; the bodytreated by Trichoderma reesei was 10.16% and 2.010 mg/g.

At the end of the study, we tried remedying for aqueous waste containingchromium (VI) at the concentration of 2230 mg/I (from the VP components company).The results showed the body was 20.63% and 46.0 mg/g; the body treated by NaOHwas 53.41% and 120.7 mg/g; the body treated by Trichoderma reesei was 51.17% and

114.1 mg/g.

MỤC LỤC

MỤC LUC HH HH re i

DANH MỤC BẢÁNG 5-5521 1 22 1112101211111 01112151101 0101111111111 vi

DANH MỤC HÌNH, SƠ ĐỎ VÀ BIEU ĐỎ -G- St skerererkerrred vii

DANH SÁCH CAC KI HIỆU TRONG BANG SO) LIEU ix

Chương 1: MO ĐẦU 5-52 S621 E2 E1 1 1115151111 11211511 1111111111111 rk l

1.1 Tính Cấp Thiết Của Dé 'Tài - ¿5c 522223 3S 191212151311 211111 111111111 |

1.2 Các Nghiên Cứu Trong Và Ngoài NƯỚC LH re, 2

1.2.1 Các nghiên cứu trên thé giới ¿- + 2252 2+E+E£E£EvEEErEerererrererered 2

1.2.2 Các nghiên cứu ở Việt Nam - - << ng 31.3 Mục Tiêu NghiÊn C ỨU - œ0 0 nọ re 51.4 Nội Dung Nghiên C Ứu - G0 nọ re 5

1.5 Ý Nghĩa Khoa Học Và Thực Tiễn Của ĐỀ Tầii cv ng ree 6

1.5.1 Y nghĩa khoa hoc - + 2 6566292 SESEEEEE9 5 1231121151115 111111111 xe, 6

1.5.2 Y nghĩa thực tiỄn 5-52 S621 1 1E 1 1115151511 11111111111 11111111111 6

Chương 2: TONG QUAN TÀI LIỆU 2-5 2552 +S£££E+E££EzEezEeErxersred 7

2.1 Bèo Luc Bình Và Các Ứng Dụng Hiện Nay 525255 ccccccecrsrrerree 7

2.1.1 Giới thiệu Chung - << <0 0 nà 72.1.2 Các ứng dụng của bèo lục bìnhh - «cà 8

2.2 O Nhiễm Kim Loai Nang Va Mot Số Biện Pháp Xử Lý « 10

2.2.1 Ô nhiễm môi trường nưỚC +2 5256k EE£E#ESEE£EEEEEEEEEEErErkrkerrred 10

2.2.2 Anh huong cua su 6 nhiém kim loai nặng tới sức khoẻ con người 11

2.2.3 Một số biện pháp xử lý nước nhiễm kim loại nặng - 11

2.2.3.1 Phương pháp kết tủa cccccccccccscsesescscscsssscsescscssesesessessssssseseseens 12

2.2.3.2 Phương pháp trao đổi ion + + 256 2s x+EEEE£EEEEeEEErkrkrrrree 12

2.2.3.3 Phương pháp điện hóa - - - 5G SH ngờ 132.2.3.4 Phương pháp oxy hoá - Khử -Ăc SH ng 13

2.2.3.5 Xử lý nước thải có chứa kim loại nặng băng phương pháp tạo pherit14

2.2.3.6 Phương pháp sinh hỌc - (<< + 119300 11 g1 ngờ 14

2.2.3.7 Phương pháp hấp phụ ¿-¿- - + 252 SE2E+E+E2EEEE£EEEeEeEEErkrkrerree 15

2.2.4 Sắt và ảnh hưởng của Sat 5c St St 221 1211111 15

2.2.5 Crom và ảnh hưởng CỦa CTOIM <5 56 199910511 1993 1 n1 re 16

2.3 Hiện Tượng Hap Phu c.cccccccccccscsccsescscscsscscscscsssscscssscsssscsescscsssssscsesssssssseseess 18

2.3.1 Định ng hÍa - - (<< 99900010 18

2.3.2 Các kiểu hấp phụ - 556213 St v3 121911 11211111 1111101111111 re 19

2.3.2.1 Hấp phụ vật lý ¿5c t2 12t 3 212191211 2121111 2111111101111 rk 19

2.3.2.2 Hap phụ hóa học -¿-¿- - + 2562223 3S 2E 1211151151111 7111 15151 x xe 20

2.3.3 Hap phụ trong môi trường nước - + 5s + s+x+xzezxerezscsee 21

2.3.4 Động học hấp Phu ccccccccccccccscsssscescscsssscsescssssssssescssssssessscsesssessseeseens 22

2.3.5 Cân băng hấp phụ - ¿56252222321 19111121511212111 11212111111 22

2.3.6 Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu trong dung dich 23

2.3.7 Vật liệu hấp phụ - + 2 2E E2 2 E23 1515 52123111111 1111 11111111111 24

2.4 Natri Hydroxide Và Ứng Dụng Xử Lý Sinh Khối Thực Vật 25

2.4.1 Giới thiệu CHUNG ¿2 525622 E‡E#EEEEEEEEEEEEEEEEErkrkrrrkrrerrree 25

2.4.2 Ứng dụng - 6 St S33 2121 12112111111 211111 111111111111 11 110111111 re 25

lil

-2.4.3 Ví dụ ứng dụng NaOH trong sản xuất giấy từ rom ra của Công Ty CổPhần Giấy An Bình - ¿5222.233 121211 11211111111111111111 01111111 26

2.5 Enzyme Cellulase Va Ứng Dụng Xử Lý Sinh Khối Thực Vật 27

2.5.1 Giới thiệu Chung - - - << 000 27

2.5.2 Tính chất của enzyme cellulase ¿5-5 2 52s 22£+x+££s+xeezscsee 27

2.5.3 Phân loại enzyme celÏUlaS€ - - - << 555 330010111 9999311 1 kg ng 28

2.5.4 Cơ chế tác dụng của enzyme Cellulase - 2 2 s5s+s++s+s+zscs2 28

2.5.5 Các yếu tô ảnh hưởng đến hoạt lực của enzyme cellulase 30

2.5.6 Ứng dụng của nhóm enzyme cellulase -. - 2 2 s+s+s++s+s+sscs2 31

2.5.7 Ví dụ ứng dụng NaOH va enzyme cellulase trong sản xuất ethanol sinh

NOC CU TOM 1 <1 la 32

Chương 3: VAT LIEU VÀ PHƯƠNG PHAP NGHIÊN CỨU 34

3.1 Địa Điểm Và Thời Gian Nghiên Cứu - ¿2 + 2 s+x+E+x+teErkrrerererrees 34

3.2 Vật Liệu Nghiên CỨu - - + 2S 115 E1 111515151111 11 1111110111111 11 11x 34

3.2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ¿5+5 2 s+s+ccevxerreesee 34

3.2.2 Thiết bị và dụng CU - + S21 1 E2 1 121 15121111 2111111 1111111111 tk 34

3.2.3 Hóa chất - c1 1 S1 3 1115111111 1111511 111101111511 01 1111101011101 1x1 rk 35

3.3 NGi Dung Nghién Cuu 0157 35

3.4 Sơ Đồ Nghiên Cứu Tổng Quat ccccccccecccscscssesescsssesesescssssssssescsssssessseseens 36

3.5.3 Bồ trí hệ thống thí nghiệm 3: Khao sát anh hưởng của nồng độ NaOHxử lý lục bình đến kha năng hấp phụ nước - ¿+5 2 s+x+x+e+x+xererxersred 38

3.5.4 Bồ trí hệ thống thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian xử lýlục bình với NaOH đến khả năng hap phụ nước - +22 255+s+c+cs£szxzce2 39

3.5.5 Bố trí hệ thống thí nghiệm 5: Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ giốngTrichoderma reesei xử lý lục bình đến khả năng hap phụ nước - 40

3.5.6 Bồ trí hệ thống thí nghiệm 6: Đánh giá hiệu quả xử lý của lục bình, lụcbình đã xử lý với NaOH và lục bình đã xử lý với Trichoderma reesei đỗi với dungdịch muối sắt (IÏÏ) - tt 6E E3 9391191 E 131121 1E 9111112111 11g19 ve Al

3.5.7 Bồ trí hệ thong thí nghiệm 7: Đánh giá hiệu qua xử lý của lục bình, lụcbình đã xử lý với NaOH và lục bình đã xử lý với Trichoderma reesei đỗi với dungdịch muối crom ((VÍ) - c-kccsk 511121111 511191 113 511101 1111 1101011110 111291 ng 42

3.5.8 Bồ trí hệ thống thí nghiệm 8: Đánh giá hiệu qua xử lý của lục bình, lục

bình đã xử lý với NaOH và lục bình đã xử lý với Trichoderma reesei đôi với nước

thai của nhà máy sản xuất phụ tùng VP Components có chứa crom (VỊ]) 43

3.6 Phương Pháp Thực Hiện - 0101011010111 1 1 1 1 1 1 1 11180 2111111 kg 41

3.6.1 Phương pháp hoạt hóa nắm Trichoderma reesei - 2 s2 cscs+scse: 44

3.6.2 Phuong pháp phân tích khả năng hap phụ nước - 225552 45

3.6.3 Phương pháp pha dung dich kim loại trong thí nghiệm 453.6.4 Phương pháp phân tích hàm lượng kim loại nặng trong nước và khả

năng hấp phụ kim loại nặng của lục bình .- - «s99 1111 ke see 46

3.6.5 Phương pháp xử lý số liệu . - 2 255 + E2 EESE£ESESEEEEEEEEeErrkrrrkred 46

Chương 4: KET QUÁ VÀ THẢO LUẬN 2-52 5<ccckcEerkererkrrerkee 47

4.1 Ảnh hưởng của kích thước lục bình đến khả năng hap phụ nước 47

4.2 Ảnh hưởng của thời gian ngâm lục bình với nước đến kha năng hap phụ nước49

4.3 Ảnh hưởng của nồng độ NaOH xử lý lục bình đến khả năng hấp phụ nuoc 51

4.4 Ảnh hưởng của thời gian xử lý lục bình bằng NaOH đến khả năng hấp phụ

4.5 Ảnh hưởng của tỉ lệ giống Trichoderma reesei xử lý lục bình đến kha nănghấp phụ "ƯỚC ¿6 5£ SE2E9EEE E93 121911112111 11211111 1111111111111 11111111111 c 54

4.6 Hiệu quả xử lý của lục bình, lục bình đã xử lý với NaOH và lục bình đã xử lý

với Trichoderma reesei đối với dung dịch muối sắt (IÏÏ) 5s scsszxzscs¿ 55

4.7 Hiệu quả xử lý của lục bình, lục bình đã xử lý với NaOH và lục bình đã xử lý

với Trichoderma reesei đối với dung dịch muối crom ((VÌ) c-scscscsssecee 59

4.8 Hiệu quả xử lý của lục bình, lục bình đã xử lý với NaOH va lục bình đã xử lý

với Trichoderma reesei đối với nước thải của nhà máy sản xuất phụ tùng VP

Components có chứa Crom (VÌ)) - - H99 kh 61

4.9 Tổng hop kết quả nghiên cứu về kha năng hap phụ nước va hap phụ kim loại

nặng của lục bình, lục bình đã xử lý với NaOH và lục bình đã xử lý với(#1⁄/12//24///8/22120 2n aaa (1+1 63

Chương 5: KET LUẬN VA DE NGHỊ, - 2-5-5 S2 2 SE2Ectsrsrrxrerree 65

5.1 KẾt Luận G11 1S 1119111111 1101010110 1H11 11111 1H11 Tung ng 65

»",Š› 0:1 66

TÀI LIEU THAM KHÁO - - 2 2 SE+ESE*E9EE£EEEEEEEEEEEE 711111 Eecke, 67

PHU LUC ieccecccccccsccsseccssescssescsseccsseccssscessvcesuvessusessuscssesessecessecssasessueessavesseessneessaves 71

DANH MỤC BANG

Bảng 4.1: Ảnh hưởng của kích thước lục bình đến kha năng hap phụ nước 47

Bảng 4.2: Ảnh hưởng của thời gian ngâm lục bình với nước đến khả năng hấp phụ

Bảng 4.4: Ảnh hưởng của thời gian xử lý lục bình với NaOH 0,1 N đến khả nănghấp phụ "ƯỚC ¿6 5£ SE2E9EEE E93 121911112111 11211111 1111111111111 11111111111 c 52

Bang 4.5: Ảnh hưởng của tỉ lệ giỗng Trichoderma reesei xử lý lục bình đến khải11 :):8J1 i01 2172777 -‹-‹-1 54

Bảng 4.6: Hiệu quả xử lý của lục bình va lục bình đã xử lý với NaOH đối vớidung dịch muối sắt (LID) - ¿+ 2£ E+EE£EEEE£E£E£EEEEEE£E£E£EEEEEEEEEEEEEEEEErkrkrree 55

Bang 4.7: Hiệu quả xử lý của lục bình và lục bình đã xử lý với Trichoderma

reesei đỗi với dung dich muối sắt (IID) - + 2 255 +22 £E£E£E+EzEzEErkrerrevee 57

Bảng 4.8: Hiệu quả xử lý của lục bình, lục bình đã xử lý với NaOH và lục bình đã

xử lý với Trichoderma reesei đối với dung dịch muỗi crom (VÌ) «-: 59

Bang 4.9: Hiệu quả xử lý nước thai có chứa crom (VI) của 3 loại vật liệu xử lý 61

Bảng 4.10: Tổng hợp kết quả nghiên cứu về khả năng hấp phụ nước và hấp phụ

kim loại nặng của 3 loại vật liệu XỬ Ìý < << «S99 ke 63

Vii

-DANH MỤC HÌNH, SO DO VA BIEU DO

HINH

Hình 2.2: Cơ chế hoạt động của exoglucanase c.ccccssssesessssessssssessssesesessesesesseseseees 28

Hình 2.3: Cơ chế hoạt động của endoglucanase + 5 + + 5s+x+xezezxersce¿ 29

Hình 2.4: Cơ chế hoạt động của B-glucosidase ¿5-2552 5e2c+ccscrsrsceo 29

Hình 2.5: Quá trình phân giải cellulose của hỗn hợp enzyme cellulase 29

SƠ DO

Sơ đồ 3.1: Quy trình nghiên cứu tổng quát - ¿5 + 2 55+SS£2*+xscezxvxerecxee 36

BIEU DO

Biéu đỗ 4.1: Anh hưởng của kích thước lục bình đến khả năng hap phụ nước 48

Biểu đồ 4.2: Đường biểu diễn tương quan hồi quy thé hiện ảnh hưởng của thờigian ngâm lục bình với nước đến kha năng hap phụ nước -s 50

Biéu đồ 4.3: Anh hưởng của nông độ NaOH xử ly lục bình đến khả năng hấp phụ

Biểu đồ 4.4: Ảnh hưởng của thời gian xử lý lục bình với NaOH 0,1 N đến khai11 :):8J1 i01 2172777 -‹-‹-1 53

Biểu đồ 4.5: Anh hưởng của tỉ lệ giống Trichoderma reesei xt lý lục bình đến khải11 :):8J1 i01 2172777 -‹-‹-1 54

Biểu đồ 4.6: Hiệu suất xử lý dung dịch muối sat (III) của lục bình và lục bình đã

XU lý VOI Na(OH cọ kh 56

Vili

-Biểu đồ 4.7: Dung lượng sắt hap phụ của lục bình và lục bình đã xử lý với NaOH56

Biểu đồ 4.8: Hiệu suất xử lý dung dịch muối sắt (III) của lục bình và lục bình đã

XỬ lý VỚI TrIChOdGFITNQ F€S|, QQ 2S S0 nọ kh 58

Biểu đồ 4.9: Dung lượng sắt hấp phụ của lục bình va luc bình đã xử lý với

(#1⁄/12//24///8/22120 2n aaa (1+1 58

Biểu đồ 4.10: Hiệu suất xử lý dung dịch muối crom (VI) của lục bình, lục bình đã

xử lý với NaOH và lục bình đã xử lý với Trichoderma re€$el -s«<«<+ 60

Biểu đồ 4.11: Dung lượng crom hấp phụ của lục bình, lục bình đã xử lý với

NaOH và lục bình đã xử lý với Trichoderma re@sel << St 60

Biểu đồ 4.12: Hiệu suất xử lý nước thải chứa crom (VI) của lục bình, lục bình đã

xử lý với NaOH và lục bình đã xử lý với Trichoderma re€$el -s«<«<+ 62

Biểu đồ 4.13: Dung lượng crom hấp phụ của lục bình, lục bình đã xử lý với

NaOH và lục bình đã xử lý với Trichoderma re@sel << St 62

C đầu

DANH SÁCH CAC KI HIỆU TRONG BANG SO LIEU: Nông độ kim loại nặng trong dung dich lúc đầu (chưa xử lý) (mg/l)

C 22h : Nong độ kim loại nặng trong dung dịch sau thời gian xử lý 22 giờ (mg/l)

H : Hiệu suất xử lý kim loại nặng trong dung dịch (%)m đầu : Khối lượng lục bình dùng để hấp phụ kim loại nặng (ø)

Mild:M2d:Mlo:

M20:

MlsM2s

q tb

Khối lượng lục bình ban dau dùng dé hap phụ nước của lần lặp lại thứ 1 (g)

Khối lượng lục bình ban đầu dùng để hấp phụ nước của lần lặp lại thứ 2 (g)

Khối lượng lục bình sau khi xử lý (NaOH/Trichoderma) va say khô dùng dé hap

phụ nước của lần lặp lại thứ | (g)

Khối lượng lục bình sau khi xử lý (NaOH/Trichoderma) va say khô dùng dé happhụ nước của lần lặp lại thứ 2 (g)

: Khối lượng lục bình sau thí nghiệm hấp phụ nước của lần lặp lại thứ 1 (g): Khối lượng lục bình sau thí nghiệm hấp phụ nước của lần lặp lại thứ 2 (g): Khối lượng lục bình sau thời gian hấp phụ nước khảo sát của lần lặp lại thứ 1 (g): Khối lượng lục bình sau thời gian hấp phụ nước khảo sát của lần lặp lại thứ 2 (g): Khối lượng lục bình sau thời gian hấp phụ nước khảo sát của lần lặp lại thứ 3 (g)

: Dung lượng nước hấp phụ được của lục bình sau thí nghiệm trong lần lặp lại thứI (g/g)

: Dung lượng nước hấp phụ được của lục bình sau thí nghiệm trong lần lặp lại thứ2 (g/g)

: Dung lượng nước hấp phụ được của lục bình sau thí nghiệm trong lần lặp lại thứ3 (g/g)

: Dung lượng nước hap phụ trung bình của lục bình giữa các lần lặp lại (g/g): Dung lượng kim loại nặng hấp phụ được của lục bình sau khi ngâm 22 giờ trong

dung dịch muối kim loại nang hay nước thai (mg/g)

Chương 1

MỞ ĐẦU

1.1 Tính Cấp Thiết Của Đề Tài

Song song với sự phát triển của nên kinh tế là sự suy thoái nghiêm trọng củamôi trường Khi mà trình độ hiểu biết được nâng lên, chúng ta nhận thức rằng càng gầngũi với thiên nhiên chúng ta càng có lợi Ngoài việc phát triển các phương thức sản

xuât thân thiện với môi trường, trước mat cân chú trọng xử lý ô nhiễm hiện tại.

Công nghệ sinh thái đang được áp dụng phố biến trong xử lý ô nhiễm và phòngngừa tai bién môi trường Đây là công nghệ có chi phí hợp lý, an toàn và thân thiện vớimôi trường Nhờ những hiểu biết về cơ chế hấp thụ, chuyển hoá, chống chịu và loại bỏkim loại nặng của một số loài thực vật, người ta đã bắt đầu chú ý đến khả năng sử dụngthực vật để xử lý môi trường đất và nước bị ô nhiễm bởi các kim loại nặng, các hợp

chât hữu cơ, thuôc súng và các chât phóng xạ

Thủy sinh thực vật là các loài thực vật sinh trưởng trong môi trường nước.

Chúng có nhiều giá trị trong việc xử lý ô nhiễm nhờ khả năng đồng hoá các chất phú

dưỡng trong nước Mishra va Tripathi (2008) đã khảo sát 3 loại thực vật thủy sinh

Pistia stratiotes L (rau diép nước), Spirodela polyrrhiza W Koch (bèo tam) vàEichhormia crassipes (Mart.) Solms (bèo lục bình) về khả năng loại bỏ 5 kim loại nặng(Fe, Zn, Cu, Cr và Cd) Kết quả cho thay chúng déu có khả năng này và bèo lục bình làhiệu quả nhất dé loại bỏ các kim loại nặng [28]

O nước ta bèo lục bình mọc phô biên ở khap các ao, hô, kênh, rạch, sông

Nhân dân thường dùng làm giá thê trong nam rơm, làm vật liệu chèn lót chiêt cảnh,làm phân bón hữu cơ, có thê trộn với các nguyên liệu khác làm thức ăn hôn hợp nuôi

gia súc hoặc dùng làm thuốc Thân lục bình phơi khô với đặc tính mềm mại, đẻo dai

được dùng trong sản xuất thủ công mỹ nghệ ra các sản phẩm rất được ưa chuộng.Ngoài ra lục bình còn được nghiên cứu dé chế tạo bột giấy, cung cấp năng lượng bằngcách dùng vi khuẩn lên men Khả năng xử lý ô nhiễm nước, đặc biệt là hấp thụ kim loạinặng của lục bình cũng được nghiên cứu nhiều Chúng tôi nhận thấy thân lục bình rấtcó khả năng phát triển cho ứng dụng này Do đó, chúng tôi lựa chon và tiến hành đề tài“Nghiên cứu thân lục bình khô Eichhornia crassipes để tạo chất hấp phụ kim loại nặngtrong xử lý môi trường” đáp ứng yêu cầu cấp thiết xử lý tình trạng ô nhiễm hiện nay.

1.2 Các Nghiên Cứu Trong Và Ngoài Nước

Hon 20 năm trước đây, nhiều người đã gọi bèo lục bình với những cánh lá trònxanh láng và chùm hoa tím điểm đốm vàng nồi trên mặt nước là “bệnh dịch hạch màuxanh” Bởi bèo lục bình là một trong những giống thảo mộc phát triển nhanh nhất trên

hành tinh Trong tự nhiên, loài co dai này lan tran mau chóng phủ kín mặt nước thành

thảm dày đặc, gây can trở cho lưu thông tàu thuyén Khi bắt đầu để ý chúng, các nhàkhoa học nhận thay rang bèo lục bình có sức hút loc nước rất mạnh Các nghiên cứu vềkhả năng xử lý ô nhiễm của bèo lục bình khá nhiều, cả trên thế giới và ở Việt Nam

1.2.1 Các nghiên cứu trên thế giới

Hiệu quả của hệ thống đọng thông thường để xử ly nước thải công nghiệp có théđược cải thiện rất nhiều bang cách sử dung thực vat thủy sinh như bèo lục bìnhEichhornia crassipes và bèo cai Pistia Vi kha năng đặc biệt chịu được va hấp phụcác chất ô nhiễm độc hại từ môi trường nước, bèo lục bình đã được nghiên cứu rộng rãitrên toàn thế giới, trong đó có Sri Lanka để xử lý nước thải nhà máy dệt [30]

Tabbada và cộng sự (1990) đã nghiên cứu sự hấp thu thủy ngân và ảnh hưởngcủa thủy ngân lên sự tăng trưởng của bèo lục bình trong điều kiện thực địa và các aonuôi Kết qua cho thay sự hap thu thủy ngân gia tăng theo nông độ của thủy ngân trongmôi trường nước và sự tích lũy thủy ngân ở rễ của bèo lục bình nhiều hơn ở lá [32]

Theo Low va Lee (1990), nghiên cứu vé kha nang tich tu sinh hoc asen trongdung dich loãng của bèo lục bình Kết qua cho thay bèo lục bình có khả năng loại bỏđến 90% asen trong nước sau 24 giờ Sau đó cân băng dường như được thiết lập vàkhông có sự hap thu đáng kế được ghi nhận [26].

Saltabas và Akcin (1994) đã nghiên cứu kha năng loại bỏ crom, đồng và nikentrong nước của bèo lục bình, kết quả thử nghiệm là dương tính và họ nhận định rằngbèo lục bình có thé được dùng dé xử lý nước thải công nghiệp ở Thổ Nhĩ Ky [31]

Liao và Chang (2004) nghiên cứu khả năng hap thụ cadmi (Cd), chi (Pb), đồng(Cu), kẽm (Zn), và niken (Ni) của bèo lục bình ở vùng đất ngập nước Erh-Chung Khanăng hap thụ của bèo lục bình ước tính khoảng 0,24 kg/ha đối với Cd; 5,42 kg/ha đốivới Pb; 21,62 kg/ha đối với Cu; 26,17 kg/ha đối với Zn va 13,46 kg/ha đối với Ni [25]

Theo Mahmood và cộng sự (2005), bèo lục bình có tiềm năng to lớn để hấp thụ

kim loại nặng trong nước thai công nghiệp dệt nhuộm, nó làm giảm 94,78% crom,

96,88% kẽm và 94,44% dong [27]

Ndimele và Jimoh (2011) qua nghiên cứu sử dụng bèo lục bình (Eichhornia

crassipes (Mart.) Solms.) để xử lý kim loại nặng trong nước 6 nhiễm ở đầm Ologe,Lagos, Nigeria từ tháng 04/2007 đến tháng 03/2008 đã cho thấy răng bèo lục bình cóthé tích lũy kim loại nặng ngay ca với nồng độ thấp và dé nghị rang có thé dùng bèolục bình để xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong hệ sinh thái thủy vực [29]

1.2.2 Các nghiên cứu ở Việt Nam

Tại Việt Nam, vẫn dé ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường đất, nước cũngngày càng được quan tâm do ảnh hưởng trực tiếp đến hệ sinh thái và sức khỏe conngười Việc lựa chọn phương pháp xử lý ô nhiễm hiệu quả, đạt tiêu chuẩn môi trường

là một bài toán nan giải.

Đề tài cấp Nhà nước KC08.04/06-10 “Nghiên cứu sử dụng thực vật để cải tạođất bị ô nhiễm kim loại nặng tại các vùng khai thác khoáng sản” tiễn hành trong 3 năm

(01/2007 — 01/2010) có ý nghĩa lý luận và thực tiễn rất rõ ràng Thành công của dé tàiđã góp một phần quan trọng vào lĩnh vực phát triển bộ môn khoa học sử dụng thực vậtđể xử lý ô nhiễm (Phytoremediation) mới được triển khai mạnh trên thé gidi va còn

khá mới mẻ ở Việt Nam GS TS Dang Dinh Kim, Viện Công nghệ môi trường, Viện

Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam — Chủ nhiệm dé tài KC08.04/06-10 quathời gian nghiên cứu nhận định rang, các cây như dương xi, cỏ man trầu, cải xanh,nghề nước thích hợp cho việc “giai cứu” đất ô nhiễm kim loại nang [4]

Trương Thị Nga va Võ Thị Kim Hang (Dai hoc Can Tho) đã thực hiện dé tàinghiên cứu “Hiệu quả xử ly nước thải chăn nuôi bang cây rau ngô (Enydra fluctuansLour) và cây lục bình (Eichhoria crassipes)”, được đăng trên Tap chí Khoa học Đất số34/2010 Nghiên cứu được thực hiện tại tỉnh Hậu Giang, trong thời gian 9 tháng, nhằmkhảo sát diễn biến độ đục, hàm lượng COD, nito tong, phosphat tông trong nước thảichăn nuôi và đánh giá hiệu quả xử lý nước thai của rau ng6 và lục bình Kết qua chothay, hiệu suất xử lý nước thải của lục bình đối với độ đục là 97,79%; COD là 66,10%;nitơ tong là 64,36%; phosphat tong là 42,54% [7] Phân tích hàm lượng kim loại nặngnước ao thí nghiệm và bùn cho thay đồng, kẽm, cadmi, crom trong nước thải xả ra môitrường đạt tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5942:1995 Chất lượng nước — Tiêu chuẩn chất

lượng nước mặt.

Theo Nguyễn Văn Thanh và Lê Tự Hải (2012) thực hiện đề tài “Nghiên cứubiến tính xơ dừa Tam Quan dé ứng dụng làm vật liệu hấp phụ một số hop chất hữu cơ

trong nước” tại Đại học Đà Nẵng, xơ dừa đã biến tính (băng cach dùng NaOH) trong

điều kiện tối ưu có khả năng hấp phụ tốt hơn nhiều so với khi chưa biến tính [14]

Qua việc tìm hiểu sơ bộ về các nghiên cứu của các nhà khoa học đi trước, chúngta có thể khang định rằng bèo lục bình rất có kha năng trong việc xử ly ô nhiễm kimloại nặng Việc trông bèo lục bình có quy hoạch trong xử lý ô nhiễm môi trường tựnhiên khá thuận lợi nếu ta có thé quản ly được nguồn 6 nhiễm Tuy nhiên, khi xử lý 6nhiễm trong công nghiệp, sẽ là khó khăn khi ta phải quản lý một lượng lớn sinh khối

sống Từ nhu cầu dinh dưỡng, điều kiện sống, diện tích nuôi trồng và xử lý cũng như

lượng thời gian cân thiết Bên cạnh đó việc phát tán sinh khối cùng lượng độc tố tíchtụ trong nó cũng là van dé đáng lo ngại Để khắc phục những khó khăn trên, qua dé tàinày, chúng tôi nghiên cứu khả năng hấp thụ kim loại nặng của bèo lục bình bằng xử lýkỹ thuật trên sinh khối khô dé có thé ứng dung và quản lý dé dàng hơn trong điều kiện

xử lý công nghiệp.

1.3 Mục Tiêu Nghiên Cứu

Được sự phân công và tạo điều kiện của Bộ môn Công Nghệ Sinh Học - KhoaKỹ Thuật Hóa Học — Trường Đại học Bách Khoa TP HCM chúng tôi tiến hành dé tài“Nghiên cứu thân lục bình khô Eichhornia crassipes để tạo chất hấp phụ kim loại nặngtrong xử lý môi trường” Đề tài được thực hiện nhằm nghiên cứu các điều kiện kỹ thuậtxử lý thân lục bình khô có khả năng hấp phụ một số kim loại nặng

1.4 Nội Dung Nghiên Cứu

Nội dung nghiên cứu gôm các van dé sau:

Phan 1: Nghiên cứu khả năng hap phụ nước

a Nghiên cứu kích thước lục bình sau khi cắt nhỏ đến kha năng hap phụ nước

b Nghiên cứu xử lý lục bình bằng phương pháp hóa học dùng NaOH

c Nghiên cứu xử lý lục bình bằng hỗn hop enzyme cellulase từ nam sợi

Trichoderma reesei

Phan 2: Nghiên cứu kha năng hap phụ kim loại nặng trong phòng thí nghiệm

a Nghiên cứu khả năng hấp phụ sắt

b Nghiên cứu khả năng hấp phụ crom

Phần 3: Thử nghiệm xử lý nước thải nhiễm crom từ nhà máy sản xuất phụ tùng VP

Chương 2

TỎNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Bèo Lục Bình Và Các Ứng Dụng Hiện Nay

2.1.1 Giới thiệu chung

Lục bình còn được gọi là lộc bình, bèo tây hay bèo Nhật Bản Theo hệ thống

phân loại:

CHỚI PlantaeNgành MagnoliophytaLớp Liliopsida

Lục bình sinh sản băng con đường vô tính Từ các nách lá, đâm ra những thânbò dài và mỗi đỉnh thân bò cho một cây mới, sớm tách khỏi cây mẹ để trở thành một cáthé độc lập Lục bình sinh sản rất nhanh, một cây mẹ có thé đẻ cây con, tăng số gấp đôimỗi 2 tuần Lục bình thường phát triển rất mạnh ở các ao hồ, ven sông, sống thànhquân thể sát bờ sông hoặc kênh rạch [18]

hoặc xào thịt heo hay lòng heo đều ngon.

Toàn cây lục bình phê liệu dùng lam giá thê trông nâm rom rat tốt, năng suâtcao gap bon lần trông trên rơm vì giữ được độ âm lâu, giảm công tưới, meo nam tôn ithơn, chat lượng nam ngon hon, giòn hơn so với trông trên rơm truyén thông, lại giàu

dinh dưỡng không độc tố

Trong lục bình có đến 16 chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng, lục bình cóthể được ủ làm phân hữu cơ để bón thăng cho cây, giúp đất ngày cảng tơi xốp, thuđược sản phẩm sạch, không có dư lượng hóa học Từ đó có thé giảm được 70% phan

hóa học, giảm chi phí san xuat, an toàn cho môi trường và người sử dung.

Rễ lục bình phơi khô làm vật liệu để chèn lót, chiết cành rất tốt, có sức đàn hồicao, chịu được các hóa chất thông thường và it bi nát vụn.

Lục bình chứa hầu hết các acid amin không thay thế, giàu vitamin, khoáng đalượng và vi lượng, có thể sử dụng làm thức ăn cho gia súc heo, bò, dê Nông dân tậndụng nguồn lục bình sẵn có va phụ phẩm của trông trọt như tấm, cám, kết hợp với thứcăn công nghiệp chất lượng cao dé tạo ra hỗn hợp thức ăn giá thành thấp có hiệu quả dénuôi gia súc, vừa tăng tính ngon miệng lại giảm chỉ phí Lục bình được sử dụng để làmthức ăn ở dạng tươi, nghiền thành bột lá hay ủ chua để nâng cao giá trị thức ăn

Trong sản xuất thủ công mỹ nghệ lục bình phơi khô với đặc tính mềm mại, dẻodai, dễ đan, giản dị nhưng rất tiện ích, đặc biệt là thích ứng với mọi nhiệt độ trongphòng, nóng không giòn, lạnh không xơ cứng thường được bện thành chiếu, dùng quanquanh các khung gỗ, sắt làm thảm, ban ghế, tủ kệ và một số sản phẩm khác dé trang trinội thất

Lục bình làm sạch nước nơi chúng mọc, có kha năng làm giảm bot 6 nhiễm môitrường Lục bình còn hấp phụ được các kim loại nặng độc hại như thuỷ ngân, chì,

2.2 Ô Nhiễm Kim Loại Nang Và Một Số Biện Pháp Xử Lý

2.2.1 Ô nhiễm môi trường nước

Hiện chương Chau Au đã định nghĩa: “O nhiễm nước là sự biên đôi nói chungdo con người đôi với chat lượng nước, lam nhiém ban nước và gây nguy hiểm cho conngười, cho công nghiệp, nông nghiệp, nuôi cá, nghỉ ngơi, giải trí, cho động vật nuôi vàcác loài hoang dã.”

- O nhiêm nước có nguôn gôc tự nhiên: do mưa, tuyết tan, gió bão, lũ lụt đưa vào môitrường nước các chat thai ban, các sinh vật có hại kê cả xác chêt của chúng.

- O nhiêm nước có nguôn gôc nhân tạo: quá trình thải các chat độc hại mà chủ yêudưới dạng lỏng như các chat thai sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vàomôi trường nước.

Theo ban chat của tác nhân gay 6 nhiêm, người ta phan ra các loại 6 nhiém: 6nhiêm vô co, 6 nhiêm hữu cơ, 6 nhiém hóa chat, ô nhiễm sinh học, 6 nhiễm bởi các tácnhân vật lý.

Thành phần lý hóa học của nước thải:

- Tinh chat vật lý của nước thải: dựa trên các chỉ tiêu: màu sac, mùi, nhiệt độ, lưulượng

Lá^

- Tính chất hóa học của nước thải: các thông số thể hiện tính chất hóa học thường là sốlượng các chất hữu cơ, vô cơ như độ kiềm, COD, BOD, các chất khí hòa tan, các hợp

chat nito, photpho, các chat ran khác.

Ngoài ra trong nước thai còn có thành phân các sinh vật như vi khuan, virus,nâm, tảo, nguyên sinh động vật, các loài động vật và thực vật bậc cao.

O nhiêm kim loại nặng biêu hiện ở nông độ cao của các kim loại nặng trongnước Các kim loại nặng như thủy ngân, cadmi, chì, asen, thiệc, crom, đồng, kẽm,mangan thường không tham gia hoặc ít tham gia vào quá trình sinh hóa của các sinh

vật và thường tích lũy trong cơ thé chúng Vì vậy, chúng là các nguyên tố độc hại với

sinh vật [21].

2.2.2 Anh hướng của sự ô nhiễm kim loại nặng tới sức khoẻ con người

Ở hàm lượng nhỏ một số kim loại nặng là các nguyên tố vi lượng cần thiết chocơ thé người và sinh vật phát triển bình thường, nhưng khi hiện diện ở hàm lượng lớn

chúng lại có độc tính cao.

Khi được thải ra môi trường, một SỐ hợp chất kim loại nặng bị tích tụ và đọnglại trong dat, song có một số hợp chất có thé hoà tan dưới tác động của nhiều yếu tổkhác nhau Điều này tạo điều kiện để các kim loại nặng có thể phát tán rộng vào nguồnnước ngầm, nước mặt và gây ô nhiễm Các kim loại nặng có mặt trong nước, đất qua

nhiêu giai đoạn khác nhau sẽ đi vào chuỗi thức ăn của con người.

Khi nhiễm vào cơ thể, kim loại nặng tích tụ trong các mô, tác động đến các quá

trình sinh hóa (các kim loại nặng thường có ái lực lớn với nhóm —SH, —SCH:ạ của

enzyme trong co thể, vì thé các enzyme bị mat hoạt tính, cản trở quá trình tổng hopprotein của cơ thể) Ở người, kim loại nặng có thé tích tụ vào nội tạng như gan, thận,xương khớp gây nhiều căn bệnh nguy hiểm như ung thư, thiếu máu, ngộ độc [1, 16]

2.2.3 Một số biện pháp xử lý nước nhiễm kim loại nặng [12, 15]

Kim loại nặng thường phát sinh ra từ các nguồn nhất định do vậy cách tốt nhấtlà xử lý ngay tại nguồn gây ô nhiễm Tại các nhà máy mà nước thải có chứa hàm lượngkim loại nặng vượt quá tiêu chuẩn cho phép thì có thể áp dụng các quá trình xử lý

nhăm loại bỏ kim loại nặng trước khi thải vào môi trường.

Có rất nhiều cách dé loại bỏ kim loại nặng ra khỏi nước như trao đồi ion, kết tủahoặc hấp phụ Trong đó phương pháp hấp phụ được áp dụng rộng rãi và có nhiều ưuđiểm so với các phương pháp khác, vì các vật liệu sử dụng làm chất hap phụ tương đốiphong phú, dễ điều chế, không đắt tiền, thân thiện với môi trường Trong đó vật liệuhap phụ có nguồn gốc tự nhiên, các phụ pham của nông nghiệp đang được quan tâm

2.2.3.1 Phương pháp kết tủa

Phương pháp này dựa trên phản ứng hóa học giữa chất đưa vào nước thải vớikim loại cần tách, ở độ pH thích hợp sẽ tạo thành hợp chất kết tủa và được tách khỏinước thải bằng phương pháp lắng — lọc Phương pháp thường được dùng là kết tủa kimloại dưới dạng hydroxide bằng cách trung hòa đơn giản các chất thải acid

Độ pH kết tủa cực đại của tất cả các kim loại không trùng nhau, ta tìm một vùngpH tối ưu, giá tri từ 7 — 10,5 tùy theo giá tri cực tiểu cần tìm để loại bỏ kim loại màkhông gây độc hại Nếu trong nước thải có nhiều kim loại nặng thì càng thuận tiện choquá trình kết tủa vì ở giá trị pH nhất định độ hòa tan của kim loại trong dung dịch cómặt các kim loại khác sẽ giảm, cơ sở có thé do một hay đồng thời cả 3 nguyên nhân

SaU:

- Tạo thành chất cùng kết tủa

- Hấp thụ các hydroxide khó kết tủa vào bề mặt của các bông hydroxide dễ kết tủa

- Tạo thành hệ nghèo năng lượng trong mạng hydroxide do chúng bị phá hủy mạnhbăng các ion kim loại.

Như vậy đối với phương pháp kết tủa kim loại thì pH đóng vai trò rất quantrọng Khi xử lý cần chọn tác nhân trung hòa và điều chỉnh pH phù hợp

+ Ưu điểm: Xử lý nước thải lưu lượng lớn, chi phí thấp, đơn giản, dé vận hành.+ Hạn chế: Hiệu quả xử lý không cao, phụ thuộc nhiều yếu tố (nhiệt độ, pH, bản

chất kim loại) Chất thải chuyên từ dạng này sang dạng khác, tao lượng bùn lớn

2.2.3.2 Phương pháp trao đổi ion

Trao đổi ion là quá trình trao đối diễn ra giữa các ion có trong dung dịch và cácion trong pha răn Vật liệu ionit là nhựa hữu cơ tổng hợp, các chất cao phân tử có gốchydrocarbon va các nhóm chức trao đổi ion Các ion dương hay âm cố định trên cácgốc này đây ion cùng dấu có trong dung dịch làm thay đổi số lượng tải toàn bộ có trong

chat lỏng trước khi trao doi Khi các vật liệu này đạt trạng thái bão hòa, ta tiễn hành táisinh hoặc thay thế chúng.

Đặc tính của trao đối ion:

- Sản phẩm không hòa tan trong điều kiện bình thường

- Sản phẩm được gia công hợp cách

- Sự thay đổi trạng thái của trao đôi ion không làm phân hủy cấu trúc vật liệu

+ Ưu điểm: Có thé áp dụng cho quy mô lớn, nhu cầu năng lượng thấp, tốn ítkhông gian Thích hợp với xử lý nước thải chứa nhiều ion kim loại, đồng thời cókha năng thu hồi các cấu tử có giá trị mà không tạo ra các chất thứ cấp

+ Hạn chế: Giá thành xử lý cao, yêu cầu vận hành chặt chẽ và phức tạp, khó táisinh vật liệu trao đối Hiệu quả đạt được cũng không cao, tốn nhiều thời gian

2.2.3.3 Phương pháp điện hóa

Tách kim loại băng cách nhúng các điện cực trong nước thải có chứa kim loạinặng cho dòng điện một chiều chạy qua Ứng dụng sự chênh lệch điện thế giữa hai điệncực kéo dai vào bình điện phan để tạo ra một điện trường định hướng, các Ion chuyểnđộng trong điện trường này Các cation chuyển dịch về catod, các anion về anod

+ Ưu điểm: Nhanh và tiện lợi, hiệu quả xử lý cao, ít độc.+ Nhược điểm: Tốn kém về điện năng

2.2.3.4 Phương pháp oxy hóa — khứ

Nguyên tắc của phương pháp là dựa trên sự chuyền từ dạng này sang dạng khácbăng sự có thêm electron (khử) hoặc mất electron (oxy hóa) Một cặp được tạo bởi mộtsự cho nhận electron được gọi là hệ thống oxy hóa - khử

Khả năng tương tác được đặc trưng bằng thế oxy hóa khử, phụ thuộc vào hoạt

tính của hai dạng bị oxy hóa và bị khử.

2.2.3.5 Xử lý nước thải có chứa kim loại nặng bang phương pháp tạo pherit

Xử lý nước thải có chứa kim loại nặng bằng phương pháp tạo pherit là quá trìnhtinh thé hóa, tạo tinh thé FezOx từ FeSOx Trong quá trình hình thành tinh thé, các ionkim loại nặng có trong dung dịch cũng bị kéo vào, tham gia vào mạng tinh thể ở vị trícác nút cation Quá trình này được gọi là nội kết tủa Phản ứng tao tinh thé được tiễnhành khi cung cấp oxy và nhiệt độ cho phản ứng thủy phân FeSO¿

Phan ứng thủy phân của FeSOx.7HaO

FeSOu.7H2O + HO = Fe(OH) + H,SO4 + 7H;O

Khi cung cấp thêm O, và tăng nhiệt độ sẽ xảy ra phan ứng tạo tinh thé pherit

FeSOx + O› + H;O = H;SŠO¿+ FezOx

Thực chất phản ứng trên diễn ra theo nhiều giai đoạn khác nhau:

+ Oxy hóa Fe(II) thành Fe(III): 4Fe”* + O, = Fe”? + 207

+ Hinh thanh tinh thé pherit:

2Fe”” + O; = 2FeO

4Fe** + 3O; = 2Fe.03

FeO + Fe,O3 = Fe3O,.

Cac ion kim loai tan trong dung dich sé bi kéo vao mang tinh thé

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hình thành tinh thé chủ yếu là pH, nhiệt độ,nồng độ các ion kim loại, bán kính các ion kim loại trong dung dich

2.2.3.6 Phương pháp sinh hoc

Phương pháp sinh học xử lý kim loại nặng hiện có các phương pháp chính: hấpthu sinh học, chuyền hóa sinh học và phương pháp xử lý bằng lau sậy

- Phương pháp hap thu sinh học

Cơ sở của phương pháp là sử dụng các sinh vật trong tự nhiên hoặc các loại vậtchat có nguôn gôc sinh học có khả năng giữ lại trên bê mặt hoặc thu nhận vào bêntrong các kim loại nặng khi đưa chúng vào môi trường nước thải chứa kim loại nặng.

- - Phương pháp chuyển hóa sinh học

Phương pháp có thể được thực hiện như sau:

+ Các vi sinh vật tiêt enzyme chuyên hóa các kim loại nặng ở dạng độc về dang it độchơn hoặc không độc.

+ Chuyển hóa một chat phi kim loại khác về dạng có thé kết hợp với kim loại nặng détạo ra chất ít độc hơn hoặc dễ xử lý hơn

- Phuong pháp dùng lau say

Cơ chế của phương pháp rất phức tạp dựa trên sự tác động đồng thời của bộ rễ,thân cây và hệ sinh thái có trong đất Rễ cây cung cấp oxy cho vi sinh vật sống trongđất hoạt động và phân hủy các hợp chất hữu cơ và một phan kim loai nang

2.2.3.7 Phuong phap hap phu

Su dụng các vật liệu có khả nang hấp phụ kim loại nặng để loại bỏ ra khỏi môi

Đôi với nước ngâm, trong điêu kiện thiêu khí, sắt thường tôn tại ở dang ion Fe”

và hòa tan trong nước, kết hợp với các gốc bicarbonat, sulfat, clorua; đôi khi t6n tại

dưới dạng keo của acid humic hoặc keo silic Khi được làm thoáng, tiêp xúc với oxy

4 4 4 ^ „ ° 2 ~ bd „ ` bd 3 AR on ^ 4

hoặc các tac nhân oxy hóa, ion Fe~ sẽ bị oxy hóa thành ion Fe”, xuât hiện bông cặn

hydroxide Fe”” (Fe(OH); kết tủa) có màu vàng nâu đỏ, dé lắng

Nước mặt thường chứa sắt Fe”, ton tại ở dạng keo hữu cơ hoặc cặn huyền phù

Do ion sắt Fe“? dé bi oxy hóa thành hydroxide Fe”, tự kết tủa và lang nên sat it tôn tạitrong nguồn nước mặt Trong trường hợp nguồn nước có nhiều chất hữu cơ, sắt có thétồn tại ở dạng keo (phức hữu co) rất khó xử lý

Tiêu chuẩn nước uống và nước sạch đều quy định hàm lượng sat nhỏ hơn 0,5mg/l Sắt ít gây độc hại cho cơ thể Với hàm lượng sắt cao hơn 0,5mg/l, nước có mùitanh khó chịu, màu vàng: độ đục và độ màu tăng nên khó sử dụng, làm vàng quân ao

khi giat, lam hong san pham của các ngành dệt, giấy, phim ảnh, đồ hộp Các cặn sắt

kết tủa có thé làm tắc hoặc giảm khả năng vận chuyền của các ông dẫn nước Ngoài ra,khi nước có độ pH thấp sẽ gây hiện tượng ăn mòn đường ống và dụng cụ chứa, qua đólàm tăng hàm lượng sắt trong nước

Trong nước thiên nhiên, chủ yêu là nước ngâm, có thê chứa sắt với hàm lượng

đến 40 mg/l hoặc cao hơn [8]

2.2.5 Crom và ảnh hướng cúa crom

Crom là một kim loại cứng, màu xám thép với độ bóng cao và nhiệt độ nóngchảy cao, là chat không mùi, không vi va dê rèn Khoáng vật chính của crom là satcromit Fe(CrO)s›.

Hợp chất của crom được tìm thấy trong môi trường do sự xói mòn của crom vàtrong các loại đá, có thể xuất hiện do núi lửa phun trào Nong độ trong đất là khoảng từ1 — 3000 mg/kg, trong nước biến từ 5 — 800 g/l, trong các sông hé là 26 ug/1 đến 5,2mg/l Nó có thé dễ dàng ngắm sâu vào trong đất hoặc đưa lên bé mặt nhờ quá trìnhtrao đối chất của thực vật

Do crom có đặc tinh ly học bền ở nhiệt độ cao, khó oxy hóa, cứng và tạo màutốt nên được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, đặc biệt trong ngành công nghiệp

luyện kim.

Nước thải từ công nghiệp mạ điện, khai thác mỏ, nung đốt các nhiên liệu hóa

thạch san xuất đỗ gốm, thuộc da, dệt nhuộm là các nguồn gây 6 nhiễm crom Cr

(VI) có mặt chủ yếu trong các ngành công nghiệp như ngành luyện kim, chế biến kimloại, phóng xạ và trong chất nhuộm Cr (IID) có trong nước thải của các ngành công

nghiệp thuộc da, dệt may, trong nước thải công nghiệp mạ điện và mạ trang trí Ví dụ

trong công nghiệp thuộc da, crom được dùng làm chất tây và chất làm bền da.Cr.(SO4)3 được sử dụng với tư cách là một hóa chất chính, tương tác giữa Cr (III) vachất cullugen làm cho da bên và có kha năng chống co ngót ngay cả ở nhiệt độ cao

Trong nước crom tồn tại chủ yếu ở dang Cr CIID) (Cr”) và Cr (VD (CrO¿“ và

CrzOz”) Độc tính của crom đối với con người phụ thuộc vào trạng thái oxy hóa và

nồng độ của nó Tuy nhiên, quá trình khử Cr (VJ) tới Cr CIID) luôn xảy ra do trong nướcthải sinh hoạt chứa các chất hữu cơ dễ phân hủy tạo ra các chất khử mãn tính, vì vậydạng tôn tại chủ yếu trong nước thải sinh hoạt là Cr (II) Trong nước Cr (IID) được cholà không độc vì ở pH = 6 — 8, nó dễ kết tủa tạo thành hydroxide Nó còn dễ kết tủa vớiS*,CO;” [16]

Muối Cr (IIT) khá phố biến là CrCl;, Cro(SO,)3, Cr(NO3)3 Chúng khá bên, détan trong nước Cac dung dich Cr (III) có màu xanh tím Hợp chat Cr (III) khá bên, vớihàm lượng thích hợp nó có vai trò thiết yếu cho quá trình trao đối chất đường trong cơthể người Người ta đã tìm thay Cr (IID trong một số bộ phận của con người Sự thiếuhụt nó có thể sinh ra bệnh gọi là thiếu hụt crom, tuy nhiên khi vượt quá giới hạn chophép, cơ thé sẽ nhiễm độc ở mức độ cấp tính hay mãn tính

Muối Cr (VI) chứa các ion cromat CrOx” Khi tác dụng acid lên cromat sẽ tạothành các polycromat và giữa chúng có cân băng thuận nghịch

2 CrO,” (màu vàng) + 2 H* & CrạOz7 (màu cam) + HO

Cr (VI) rất độc hại và có thể gây đột biến gen khi hít phải Crom xâm nhập vàocơ thể qua ba con đường: qua da, hô hấp, tiêu hóa Cr (VI) gây nguy hiểm cho gan,thận và đường hô hap, gây ra các bệnh về rang, miệng, kích thích da đặc biệt là cóthể gây ung thư Nhiễm độc cấp tính có thé gây xuất huyết, viêm da tiếp xúc dị ứng, unhọt Với những tác hại nêu trên, crom được xếp vào loại chất độc nhóm 1 (có kha

năng gây ung thư cho người và vật nuôi) [1].

2.3 Hiện Tượng Hap Phụ [10, 17]

2.3.1 Định nghĩa

Hap phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (khí — rắn, lỏng — ran,

khí — lỏng, lỏng — lỏng).

- Chất hấp phụ: chất có bề mặt, trên đó xảy ra su hấp phụ

- Chất bị hấp phụ: chất được tích lũy trên bề mặt chất hấp phụ

Ngược với quá trình hấp phụ là quá trình giải hấp phụ Đó là quá trình đi ra củachất bị hấp phụ khỏi lớp bề mặt chất hấp phụ

Trong quá trình hấp phụ có tỏa ra một nhiệt lượng, gọi là nhiệt hấp phụ Bé mặtcàng lớn tức độ xốp của chất hấp phụ cảng cao thì nhiệt hấp phụ tỏa ra càng lớn

Khả năng hấp phụ của chất răn phụ thuộc vảo:

- Diện tích riêng của bề mặt vật liệu

- Ban chất mối liên kết giữa chất bị hap phụ va chất hap phụ

- Phời gian tiêp xúc giữa các pha Khi cân băng có sự trao đôi động lực giữa các phan

tử của pha hấp phụ và các phân tử ở lại trong dung dịch

2.3.2 Các kiểu hấp phụ

Hiện tượng hấp phụ xảy ra do lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấpphụ Tùy thuộc tính chất của bề mặt của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ điều kiện quátrình như nhiệt độ, áp suất

Tùy theo bản chất lực tương tác mà người ta phân biệt hai loại hấp phụ là hấpphụ vật lý và hap phụ hóa học

2.3.2.1 Hắp phụ vật lý

Các phân tử chất bị hấp phụ liên kết với những tiểu phân (nguyên tử, phân tử,các ion ) Ở bề mặt phân chia pha bởi các lực liên kết yếu như Van der Walls, lực

tương tác tĩnh điện, tán xạ, cảm ứng và lực định hướng

Trong hấp phụ vật lý, các phân tử của chất bị hap phụ và chất hap phụ không taothành hợp chất hóa học (không hình thành các liên kết hóa học) mà chất bị hấp phụ chỉbi ngưng tụ trên bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt chất hấp phụ

Sự hấp phụ vật lý đặc trưng nhất là hap phụ hơi nước trên bề mặt silicagen

Đặc trưng của hấp phụ vật lý

° Hap phụ vật lý không có sự chọn loc, tất cả bề mặt chất ran đều có tính chất này

¢ Thường xảy ra ở nhiệt độ thấp, dưới nhiệt độ tới hạn của chất bị hấp phụ Khinhiệt độ tăng thì lượng chất bị hap phụ giảm

e« Loại tương tác: Vương tác giữa các phân tử.

¢ Entanpi thấp: AH < 20 KJ/mol Nhiệt hấp phụ không lớn, thường nhỏ hơn so vớihấp phụ hóa học, gần băng nhiệt hóa lỏng hay bay hơi của chất bị hấp phụ ởđiều kiện hấp phụ

© Có thé xảy ra hấp phụ da lớp

e Nang lượng hoạt hóa thấp

¢ Trang thái và tính chất hóa lý của chất bị hấp phụ không thay đổi.

Bao giờ cũng là thuận nghịch, quá trình ở trạng thái cân băng động:

Hap phụ © Giải hap phụ

2.3.2.2 Hap phụ hóa học

Hap phụ hóa học xảy ra khi các phân tử chất hấp phụ tao hợp chất hóa học vớicác phân tử chất bị hấp phụ Lực hấp phụ hóa học khi đó là lực liên kết hóa học thôngthường (liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết phối trí )

Hấp phụ hóa học thường kèm theo sự hoạt hóa phân tử bị hấp phụ nên còn đượcgọi là hấp phụ hoạt hóa Hấp phụ hóa học là giai đoạn đầu của phản ứng xúc tác dị thê.Hap phụ hóa học về bản chất khác với hap phụ vật ly

Hap phụ hóa học xảy ra rất ít, không hơn một lớp trên bề mặt xúc tác (đơn lớp)

Năng lượng hoạt hóa cao, gần bang năng lượng hoạt hóa của phản ứng hóa học

Trạng thái của chất bị hap phụ thay đôi hoàn toàn

¢ Tinh chất thuận nghịch tùy theo đặc tinh mối nối liên kết hóa học của quá trìnhhấp phụ Có những quá trình hóa học khá bên vững, tạo thành các hop chất hóahọc Ví dụ như sự hấp phụ oxy lên kim loại tạo oxide kim loại.

Trong thực tế sự phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học chỉ là tương đối,vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt Trong một số quá trình hap phụ xảy ra đồng thờicả hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học

2.3.3 Hap phụ trong môi trường nước

Trong nước, tương tác giữa một chất hấp phụ và chất bị hấp phụ phức tạp hơnrất nhiều vì trong hệ có ít nhất là ba thành phần gây tương tác: nước, chất hấp phụ vàchat bị hap phụ

Do sự có mặt của dung môi nên trong hệ sẽ xảy ra quá trình hấp phụ cạnh tranhgiữa chất bị hấp phụ và dung môi trên bề mặt chất hấp phụ Cặp nào có tương tác mạnhthì hap phụ xảy ra cho cặp đó

Tính chọn lọc của cặp tương tác phụ thuộc vào các yếu tố:

- Độ tan của chat bị hap phụ trong nước

- Tính ưa hoặc kị nước của chất hấp phụ

- Mức độ kị nước của các chất bị hấp phụ trong môi trường nước

Trong nước, các ion kim loại bi bao boc bởi một lớp vỏ các phân tử nước tạo

nên các ion bị hydrat hoá Bán kính (độ lớn) của lớp vỏ hydrat ảnh hưởng nhiều đếnkhả năng hấp phụ của hệ do lớp vỏ hydrat là yếu tố cản trở tương tác tĩnh điện:

- Với các ion cùng điện tích thì ion có kích thước lớn sẽ hấp phụ tốt hơn do có độ phân

cực lớn hơn và lớp vỏ hydrat nhỏ hơn.

- Với các ion có điện tích khác nhau, khả năng hấp phụ của các ion có điện tích cao tốt

hơn nhiêu so với ion có điện tích thap.

Sự hap phụ trong môi trường nước chịu ảnh hưởng nhiều bởi pH Sự thay đổipH không chi dẫn đến sự thay đối về bản chất của chat bị hap phụ (các chất có tínhacid yếu, bazơ yếu hay trung tính phân ly khác nhau ở các giá trị pH khác nhau) màcòn làm ảnh hưởng đến các nhóm chức trên bề mặt chất hấp phụ.

Trong tất cả các giai đoạn đó, giai đoạn nào có tốc độ chậm nhất sẽ quyết định

hay khống chế chủ yếu toàn bộ quá trình hấp phụ

khi dat dén trang thai can bang, luong chat bi hap phụ là một ham của nhiệt độ, ap suất

Đường đắng nhiệt hấp phụ có thể được xây dựng trên cở sở lý thuyết, kinhnghiệm hoặc bán kinh nghiệm tùy thuộc vào tiền dé, giả thiết, ban chat và kinh nghiệmxử lý số liệu thực nghiệm

2.3.6 Khao sát kha năng hấp phụ của vật liệu trong dung dịch

Sau khi cho vật liệu hấp phụ trong dung dich, ta có thé tính kha năng hấp phụqua các thông số như hiệu suất hấp phụ H (%) và dung lượng hấp phụ q (mg/g) theo

+ H: hiệu suất hap phụ (%)

+ q: dung lượng hap phu tai thoi điểm cân bang (mg/g)

+ Co: nồng độ chat bị hap phụ ban dau (mg/l)

+ C¿: nồng độ chat bị hap phụ tại thời điểm hap phụ dat cân bang (mg/l)

+ V: thé tích dung dịch trong đó diễn ra quá trình hap phụ (1)

+m: khối lượng vật liệu hap phụ dùng trong quá trình hap phụ (g)

2.3.7 Vật liệu hấp phụ

Vật liệu làm chất hấp phụ là các vật liệu xốp với bề mặt trong lớn, được tạothành do tong hợp nhân tạo hay tự nhiên Cau trúc bên trong của các chất hap phụ côngnghiệp được đặc trưng bởi kích thước và hình dạng khác nhau của khoảng trong và lỗxốp Vật liệu hap phụ cần đáp ứng các yêu cau:

Một số vật liệu hấp phụ như: than hoạt tính, silicagel, nhựa tong hop co kha

năng trao đôi ion, carbon sulfur, than nâu, than bùn, than cdc, đôlomit, cao lanh, tro va

các dung dịch hấp phụ lỏng [3]

Ví dụ như than hoạt tính là một trong những chất hấp phụ thông dụng nhất

Than hoạt tính ran, xỗp, không phân cực và có bê mặt riêng rat lớn.

- Đặc tính: cấu tạo xốp, nhiều lỗ nhỏ không đồng đều và rất phức tạp, bề mặt ki nướchấp phụ các chất hữu cơ trong nước và không khí

- Ứng dụng: tách các chất ô nhiễm có gốc hữu cơ

- Ưu điểm: giá rẻ nhất dùng trong xử lý ô nhiễm môi trường

- Nhược điểm: khó tái sinh nếu bị đóng cặn, có thể bắt cháy khi tái sinh

2.4 Natri Hydroxide Va Ung Dung Xứ Lý Sinh Khối Thực Vật

2.4.1 Giới thiệu chung

Natri hydroxide hay hydroxide natri có công thức hóa học là NaOH Thuong

được gọi là xút NaOH tinh khiết là chất rắn có màu trắng ở dạng viên, vảy hoặc hạt

hoặc ở dạng dung dịch bão hòa 50%.

NaOH phản ứng mãnh liệt với nước tạo thành dung dịch kiềm mạnh và giải

phóng một lượng nhiệt lớn NaOH tan trong dung môi phân cực như ethanol và

methanol Nó cũng tan trong ete và các dung môi không phân cực khác, để lại màuvàng trên giấy và sợi [20]

2.4.2 Ứng dụng

NaOH được dùng trong các phòng thí nghiệm và nhiều ngành công nghiệp khác

như:

- Công nghiệp thực phẩm: NaOH loại bỏ các acid béo trong quá trình tỉnh chế dầu thực

vật và động vật trước khi dùng cho sản xuất thực phẩm Pha chế dung dịch rửa chai lọ,

thiết bị trong các nhà máy bia Pha chế dung dịch kiềm dé xử lý rau hoa quả trước khichế biến hoặc đóng hộp

- Công nghiệp hóa chat, dược: sản xuất các sản phẩm hoặc bán sản phẩm chứa gốcnatri (sodium) như sodium phenolate (trong thuốc aspirin), sodium hypochlorite(Javen) làm chat tay trang, khử trùng

- Công nghiệp giấy: NaOH làm hóa chất xử lý đối với gỗ, tre, nứa dé sản xuất giấy

theo phương pháp sulfat và soda.

- Sản xuất tơ sợi nhân tạo: dùng NaOH phân giải lignin là chất khó phân hủy thường đikèm với cellulose trong bột gỗ

- Công nghiệp dệt nhuộm: NaOH phân hủy pectin, sáp trong quá trình xử lý vải thô,

làm tăng độ bóng và hấp thụ màu cho vải nhuộm