Khảo sát khả năng hấp thụ kim loại Đồng trên tảo Spirulina platensis

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

TÓM TẮT Kim loại nặng là một trong những tác nhân gây ô nhiễm môi trường nước nghiêm trọng nhất hiện nay, việc loại bỏ các kim loại này ra khỏi môi trường nước bằng các biện pháp thông thường như hóa học, vật lý, hóa lý không mang lại hiệu quả cao. Tuy nhiên, có thể sử dụng tảo Spirulina platensis để loại bỏ kim loại nặng ra khỏi môi trường nước một cách triệt để. Khảo sát trên môi trường nước có nồng độ tảo 0.2, 0.4, 0.6g/l và nồng độ kim loại nặng (Cu2+) 160, 320, 640mg/l trên hai loại sinh khối tảo (sống và chết) trong thời gian 4 giờ để tìm ra nồng độ tối ưu để đạt được tỷ lệ loại bỏ cao nhất, và ảnh hưởng của các yếu tố lên khả năng hấp thụ của tảo Spirulina platensis. 1 MỤC LỤC 2 DANH MỤC BẢNG 3 DANH MỤC HÌNH 4 MỞ ĐẦU Xã hội loài người đang tiến gần hơn đến sự phát triển bền vững. Đó là việc vừa phát triển kinh tế hiện đại song song với bảo vệ môi trường sinh thái. Tuy nhiên, tình trạng ô nhiễm môi trường vẫn đang hoành hành ở khắp mọi nơi trên hành tinh xanh mà nguyên nhân chủ yếu của ô nhiễm môi trường chính là do ý thức của con người. Trong vài thập kỷ gần đây, mặc dù con người đã nhìn thấy được những tác động của ô nhiễm môi trường và đã có những chiến lược và biện pháp cụ thể để bảo vệ môi trường, nhưng do tốc độ công nghiệp hóa – hiện đại hóa, kéo theo quá trình đô thị hóa với tốc độ chóng mặt, đồng thời ý thức bảo vệ môi trường của một bộ phận lớn con người trên thế giới còn thấp nên hiện tượng ô nhiễm môi trường vẫn chưa được kiểm soát và ngăn chặn, mà còn có dấu hiệu ngày càng nghiêm trọng hơn. Vấn đề đặt ra hiện nay cho toàn thế giới là vừa phải xử lý môi trường đã ô nhiễm một cách nhanh chóng, rộng khắp và hiệu quả nhất; đồng thời phải kiểm soát quá trình tái ô nhiễm môi trường. Quá trình ngăn chặn tái ô nhiễm môi trường phụ thuộc rất lớn vào cơ cấu quản lý của các quốc gia trên thế giới và các tổ chức quốc tế, đồng thời phải có biện pháp nâng cao ý thức của người dân về hành động bảo vệ môi trường. Để xử lý môi trường đã ô nhiễm, có rất nhiều biện pháp vật lý, hóa học, sinh học… đã được đưa ra bởi các nhà chuyên gia môi trường nhằm xử lý một cách dễ dàng và hiệu quả. Trong đó, phương pháp sử dụng các loại tảo (Algae) để hấp thụ các kim loại nặng độc hại (Cu, Cd, Zn, Mn…) có trong môi trường nước đã được chứng minh là có hiệu quả cao, dễ thực hiện và có thể thực hiện rộng khắp trên toàn thế giới. Đề tài nghiên cứu này sẽ khái quát một cách đầy đủ các khía cạnh của phương pháp “Khảo sát khả năng hấp thụ kim loại Đồng trên tảo Spirulina platensis” từ nguyên liệu, đối tượng áp dụng cho đến cách thức tiến hành cũng như kết quả thí nghiệm, từ đó có thể đưa ra một số nhận xét và thông tin chủ quan về cách thức và hiệu quả của phương pháp này. 5 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN CHƯƠNG I. TỔNG QUAN 1.1. Ô nhiễm môi trường Ô nhiễm môi trường đã trở thành một vấn đề nhức nhối của toàn xã hội. Hiện nay mặc dù đã có nhiều biện pháp xử lý nhưng tình hình ô nhiễm môi trường vẫn đang ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống con người và sinh vật theo các hướng chủ yếu sau: 1.1.1. Ô nhiễm môi trường đất Đất là một tài nguyên vô cùng quý giá đối với mỗi quốc gia, là điều kiện tồn tại và phát triển của con người và các sinh vật khác trên trái đất. Nhưng hiện nay diện tích đất canh tác ngày càng bị thu hẹp, thay vào đó là các khu công nghiệp, khu dân cư đông đúc, hàng ngày thải vào đất hàng trăm tấn rác thải của quá trình công nghiệp hóa – hiện đại hóa và đô thị hóa. Dẫn đến chất lượng đất ngày càng bị suy thoái, kéo theo những ảnh hưởng không tốt đến các quần thể sinh vật và con người. 1.1.2. Ô nhiễm không khí Ô nhiễm không khí là sự có mặt của một chất lạ hoặc một sự biến đổi quan trọng trong thành phần không khí, làm cho không khí không sạch hoặc gây ra sự tỏa mùi, có mùi khó chịu giảm tầm nhìn xa (do bụi). Không khí là yếu tố quan trọng nhất, không thể thiếu đối với đời sống của con người cũng như các loài sinh vật. Do đó, ô nhiễm không khí sẽ gây ra hậu quả nghiêm trọng nhất. Hàng năm con người khai thác và sử dụng hàng tỉ tấn than đá, khí đốt, dầu mỏ để sử dụng trong công nghiệp, vận tải, sinh hoạt… kéo theo hàng triệu tấn khí thải được thải thẳng vào môi trường không qua xử lý. Hàm lượng các loại khí độc trong không khí vượt qua mức cho phép hàng chục đến hàng trăm lần ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của con người. Một loạt hiện tượng như thủng tầng ozon, hiệu ứng nhà kính, mưa axit… là những minh chứng rõ rệt cho môi trường không khí bị ô nhiễm nặng nề. 6 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN 1.1.3. Ô nhiễm môi trường nước Ô nhiễm nước là sự thay đổi theo chiều xấu đi các tính chất vật lý – hoá học – sinh học của nước, với sự xuất hiện các chất lạ ở thể lỏng, rắn làm cho nguồn nước trở nên độc hại với con người và sinh vật. Xét về tốc độ lan truyền và quy mô ảnh hưởng thì ô nhiễm nước là vấn đề đáng lo ngại hơn ô nhiễm đất. Bảng 1. Nguyên nhân gây ô nhiễm trên các loại môi trường khác nhau và hậu quả của nó Loại môi trường ô nhiễm Nguyên nhân Hậu quả Môi trường nước Do nhiễm bẩn từ nước thải khu công nghiệp, khu đô thị… Bệnh truyền nhiễm Do kim loại nặng (As), (Cd) Gây ung thư huyết áp cao, đau thận phá huỷ các mô và tế bào máu; Pb rất độc ảnh hưởng tới thận và thần kinh, Hg gây vô sinh Các chất thải độc hại như thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, diệt chuột, các chất tẩy rửa… Nước có mùi khó chịu, màu không tự nhiên… Môi trường không khí Do núi lửa, bão bụi, cháy rừng, động đất, quá trình phân hủy xác động thực vật. Gây bụi, giảm tầm nhìn, gây các bệnh về đường hô hấp… Do chất thải công nghiệp, đốt cháy nhiên liệu hóa thạch và do hoạt động của các phương tiện giao thông. Môi trường đất Chất thải công nghiệp, nông nghiệp, chất thải phóng xạ… Ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật trong đất, cản trở sự sinh trưởng của bộ rễ thực vật, Chứa các chất độc có thể tồn tại trong đất lâu dài Tham gia vào chuỗi thức ăn gây độc cho sinh vật tiêu thụ. 7 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN Hình 1. Các khí thải từ nhà máy điện ở New Mexico (Hoa Kỳ) có quá nhiều lượng khí lưu huỳnh [40] Hình 1. Không khí ô nhiễm từ sản xuất vũ khí chiến tranh thế giới II ở Alabama (Hoa Kỳ)[40] Trong đề tài báo cáo này, chỉ chú trọng vào ô nhiễm môi trường nước bởi vì biện pháp sử dụng tảo Spirulina để hấp thụ kim loại Đồng (Cu 2+ ) chỉ áp dụng được khi xử lý trong môi trường nước. 1.2. Tình hình ô nhiễm môi trường nước 1.2.1. Trên thế giới Ô nhiễm nước là một vấn đề lớn trong bối cảnh toàn cầu. Người ta cho rằng đây là nguyên nhân chính của tử vong và bệnh tật trên toàn cầu và nó là gây ra cái chết của hơn 14.000 người mỗi ngày. Theo ước tính hiện nay, có khoảng 700 triệu người Ấn Độ không được sử dụng nhà vệ sinh đủ tiêu chuẩn, và hơn 1000 trẻ em ở Ấn Độ chết vì bệnh tiêu chảy mỗi ngày. Khoảng 90% các thành phố ở Trung Quốc bị ô nhiễm nước theo nhiều mức độ khác nhau, và gần 500 triệu người thiếu nước sạch để uống. Ngoài các vấn đề ô nhiễm ở các nước đang phát triển, các nước công nghiệp cũng phải liên tục đấu tranh chống lại vấn 8 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN đề ô nhiễm. Trong báo cáo quốc gia gần đây nhất về chất lượng nước tại Hoa Kỳ, 45% diện tích sông suối, 47% diện tích các hồ và 32% các vịnh, cửa sông được xếp vào loại ô nhiễm [40]. Ở Anh Quốc: Đầu thế kỷ 19, nước sông Thames rất sạch. Nó trở thành ống cống lộ thiên vào giữa thế kỷ này. Các sông khác cũng có tình trạng tương tự trước khi người ta đưa ra các biện pháp xử lý và bảo vệ nghiêm ngặt. Nước Pháp: kỹ nghệ phân tán và nhiều sông lớn nhưng vấn đề cũng không khác bao nhiêu. Dân Paris còn uống nước sông Seine đến cuối thế kỷ 18. Từ đó vấn đề đổi khác: các sông lớn và nước ngầm nhiều nơi không còn dùng làm nước sinh hoạt được nữa, 5000 km sông của Pháp bị ô nhiễm mãn tính. Sông Rhin chảy qua vùng kỹ nghệ hóa mạnh, khu vực có hơn 40 triệu người, là nạn nhân của nhiều tai nạn thêm vào các nguồn ô nhiễm thường xuyên. Ở Hoa Kỳ, tình trạng thảm thương ở bờ phía đông cũng như nhiều vùng khác. Vùng Đại Hồ bị ô nhiễm nặng, trong đó hồ Erie, Ontario đặc biệt nghiêm trọng [40]. 1.2.2. Tại Việt Nam Hiện nay ở Việt Nam, mặc dù các cấp, các ngành đã có nhiều cố gắng trong việc thực hiện chính sách và pháp luật về bảo vệ môi trường, nhưng tình trạng ô nhiễm nước là vấn đề rất đáng lo ngại. Tốc độ công nghiệp hoá và đô thị hoá khá nhanh và sự gia tăng dân số gây áp lực ngày càng nặng nề dối với tài nguyên nước trong vùng lãnh thổ. Môi trường nước ở nhiều đô thị, khu công nghiệp và làng nghề ngày càng bị ô nhiễm bởi nước thải, khí thải và chất thải rắn. ở các thành phố lớn, hàng trăm cơ sở sản xuất công nghiệp đang gây ô nhiễm môi trường nước do không có công trình và thiết bị xử lý chất thải. Ô nhiễm nước do sản xuất công nghiệp là rất nặng. Ví dụ: ở ngành công nghiệp dệt may, ngành công nghiệp giấy và bột giấy, nước thải thường có độ pH trung bình từ 9-11; chỉ số nhu cầu ô xy sinh hoá (BOD), nhu cầu ô xy hoá học (COD) có thể lên đến 700mg/1 và 2.500mg/1; hàm lượng chất rắn lơ lửng . cao gấp nhiều lần giới hạn cho phép. Hàm lượng nước thải của các ngành này có chứa xyanua (CN-) vượt đến 84 lần, H 2 S vượt 4,2 9 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN lần, hàm lượng NH 3 vượt 84 lần tiêu chuẩn cho phép nên đã gây ô nhiễm nặng nề các nguồn nước mặt trong vùng dân cư. Mức độ ô nhiễm nước ở các khu công nghiệp, khu chế xuất, cụm công nghiệp tập trung là rất lớn. Tại cụm công nghiệp Tham Lương, thành phố Hồ Chí Minh, nguồn nước bị nhiễm bẩn bởi nước thải công nghiệp với tổng lượng nước thải ước tính 500.000 m 3 /ngày từ các nhà máy giấy, bột giặt, nhuộm, dệt. ở thành phố Thái Nguyên, nước thải công nghiệp thải ra từ các cơ sở sản xuất giấy, luyện gang thép, luyện kim màu, khai thác than; về mùa cạn tổng lượng nước thải khu vực thành phố Thái Nguyên chiếm khoảng 15% lưu lượng sông Cầu; nước thải từ sản xuất giấy có pH từ 8,4-9 và hàm lượng NH 4 là 4mg/1, hàm lượng chất hữu cơ cao, nước thải có màu nâu, mùi khó chịu…. Khảo sát một số làng nghề sắt thép, đúc đồng, nhôm, chì, giấy, dệt nhuộm ở Bắc Ninh cho thấy có lượng nước thải hàng ngàn m 3 / ngày không qua xử lý, gây ô nhiễm nguồn nước và môi trường trong khu vực. Tình trạng ô nhiễm nước ở các đô thị thấy rõ nhất là ở thành phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh. Ở các thành phố này, nước thải sinh hoạt không có hệ thống xử lý tập trung mà trực tiếp xả ra nguồn tiếp nhận (sông, hồ, kênh, mương). Mặt khác, còn rất nhiều cơ sở sản xuất không xử lý nước thải, phần lớn các bệnh viện và cơ sở y tế lớn chưa có hệ thống xử lý nước thải; một lượng rác thải rắn lớn trong thành phố không thu gom hết được… là những nguồn quan trọng gây ra ô nhiễm nước. Hiện nay, mức độ ô nhiễm trong các kênh, sông, hồ ở các thành phố lớn là rất nghiêm trọng và đáng báo động [41]. Ở thành phố Hà Nội, tổng lượng nước thải của thành phố lên tới 300.000 - 400.000 m 3 /ngày; hiện mới chỉ có 5/31 bệnh viện có hệ thống xử lý nước thải, chiếm 25% lượng nước thải bệnh viện; 36/400 cơ sở sản xuất có xử lý nước thải; lượng rác thải sinh hoại chưa được thu gom khoảng 1.200m 3 /ngày đang xả vào các khu đất ven các hồ, kênh, mương trong nội thành; chỉ số BOD, oxy hoà tan, các chất NH 4 , NO 2 , NO 3 ở các sông, hồ, mương nội thành đều vượt quá quy định cho phép. Ở thành phố Hồ Chí Minh thì lượng rác thải lên tới gần 4.000 tấn/ngày; chỉ có 24/142 cơ sở y tế lớn là có xử lý nước thải; khoảng 3.000 cơ sở sản xuất gây ô nhiễm thuộc diện phải di dời. Không chỉ ở Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh mà ở các đô thị khác như Hải Phòng, Huế, Đà Nẵng, Nam Định, Hải Dương… nước thải sinh hoạt cũng không được xử lý độ ô nhiễm nguồn nước nơi tiếp nhận nước thải đều vượt quá tiểu chuẩn cho phép (TCCP), 10 [...]... trong những loại tảo có khả năng hấp thụ kim loại nặng tốt nhất, đồng thời khả năng sinh sản của loại vi tảo này chính là những ưu điểm khiến Spirulina platensis được chọn để thực hiện đề tài này Nhiệm vụ của báo cáo đề tài luận văn bao gồm:  Trình bày rõ phương pháp xử lý (hấp thụ) kim loại nặng trong nước bằng cách sử dụng vi tảo (Spirulina platensis)  Khảo sát khả năng hấp thụ kim loại nặng (Cu2+)... 0.6g/l trên nhiều nồng độ Cu2+ khác nhau Trong các nồng độ tảo đã khảo sát, thì 0.6g/l là nồng độ cho hiệu suất hấp thụ cao nhất cho cả tảo sống và tảo chết so với các nồng độ tảo còn lại Ngoài ra, khi khảo sát trên nồng độ tảo này, kết quả hấp thụ đạt giá trị cao nhất trong các thí nghiệm cho cả hai loại tảo khi hàm lượng Cu2+ là 320mg/l 3.3 So sánh khả năng hấp thụ kim loại đồng của sinh khối tảo chết... của tảo Spirulina platensis: lượng tảo sống được đem đi lọc (bằng giấy lọc) hoặc ly tâm để thu sinh khối, sau đó tiến hành sấy và thu được sinh khối khô • Giai đoạn 3: Khảo sát khả năng hấp thụ kim loại đồng trên cả hai loại sinh khối tảo Spirulina platensis tại một số nồng độ tảo và ion Cu2+ khác nhau Từ đó so sánh giữa hai loại sống và chết, xác định được nồng độ hấp thụ tối ưu và hiệu suất hấp thu... Solicio chỉ thực hiện khảo sát ở những nồng độ đồng thấp (nồng độ cao nhất chỉ là 400mg/l Cu 2+), mà chưa khảo sát ở những nồng độ từ 640mg/l hoặc cao hơn Nguyên nhân thứ hai có thể là do nồng độ Cu2+ cao làm cho một lượng sinh khối tảo mất đi khả năng hấp thụ Như vậy, để có kết luận chính xác hơn về ảnh hưởng của nồng độ đồng lên khả năng hấp thụ của tảo Spirulina platensis, cần khảo sát thêm ở một số... hấp thụ cao nhất, và hiệu suất loại bỏ kim loại (ứng với mỗi loại tảo) đạt giá trị cao nhất đều thuộc thí nghiệm với nồng độ Cu2+ 320mg/l với các giá trị lần lượt là 71% cho tảo chết và 73% cho tảo sống 3.2.2 Nồng độ kim loại Nhận thấy tại nồng độ tảo 0.6g/l (sống và chêt) lượng kim loại bị hấp thụ cao hơn so với nồng độ 0.2 và 0.4g/l (theo 3.2.1), tiến hành khảo sát khả năng hấp thụ tại nồng độ tảo. .. từng loại sinh khối  Khảo sát và tìm ra nồng độ tối ưu của hai loại sinh khối để hấp thụ được tối đa kim loại Cu2+  Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ kim loại lên khả năng hấp thụ của tảo Spirulina platensis 2.2.2 Bố trí thí nghiệm • Giai đoạn 1: Nhân giống tăng sinh khối tảo Spirulina platensis Thời gian nuôi tăng sinh khối tảo Spirulina platensis kéo dài khoảng 2 tháng thì thu được lượng sinh khối... rằng thời gian để sinh khối tảo đạt mức hấp thụ tối đa vào khoảng 30 đến 60 phút 3.2 Hiệu suất hấp thụ đồng cực đại và nồng độ sinh khối tảo tối ưu để đạt được hiệu suất hấp thụ cực đại 3.2.1 Khảo sát nồng độ tảo và hiệu suất hấp thụ đồng 3.2.1.1 Tảo chết 28 CHƯƠNG III KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Quan sát đồ thị ta có thể thấy, khả năng hấp phụ của tảo tăng tỷ lệ thuận với nồng độ tảo có trong dung dịch Tại... tảo  Khả năng hấp thu kim loại nặng của các loài tảo khác nhau là rất khác nhau Trong số hàng ngàn loài vi tảo đã được phân loại thì mới chỉ có rất ít loài được nghiên cứu về khả năng thu nhận kim loại nặng của chúng Việc tìm kiếm, chọn lọc những chủng, loài tảo có khả năng hấp thu mạnh mẽ kim loại nặng là một nhiệm vụ to lớn của các nhà nghiên cứu hiện nay Spirulina platensis là một trong những loại. .. gian ngắn nhất, đồng thời có thể thực hiện các bước thí nghiệm theo cách dễ dàng và hiệu quả nhất 2.2 Tiến trình thí nghiệm 2.2.1 Nội dung thí nghiệm  Nuôi cấy và thu nhận sinh khối sống và chết (khô) của tảo Spirulina platensis  Khảo sát và so sánh khả năng hấp thụ kim loại Cu 2+ của hai loại tảo ở cùng nồng độ và điều kiện Hiệu suất hấp thụ tối đa cho từng loại sinh khối  Khảo sát và tìm ra nồng... quá 90% tại các nồng độ tảo 1, 2 và 4g/l Điều này chứng tỏ, tảo Spirulina platensis hấp thụ dựa trên các nhóm chức có trên bề mặt tảo, các nhóm chức này có thể tạo ra lực hút tĩnh điện liên kết với ion Cu 2+ Khi đó, nồng độ tảo càng cao sẽ làm cho diện tích tiếp xúc giữa tảo và các ion kim loại tăng lên, từ đó hiệu suất hấp thụ cũng tăng lên Do đó, để khảo sát được hiệu suất hấp thụ cao nhất cần thí nghiệm