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

LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành tốt luận văn này tôi đã được sự giúp đỡ của mọi người.. Trước tiên con xin cảm ơn bố mẹ, người luôn luôn giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất để con hoàn thành

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành tốt luận văn này tôi đã được sự giúp đỡ của mọi người

Trước tiên con xin cảm ơn bố mẹ, người luôn luôn giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất để con hoàn thành tốt việc học tập trên giảng đường đại học Người luôn động viên, an ủi, luôn bên con khi con cần lời khuyên hay khi con vấp ngã

Em xin cảm ơn tất cả các Thẩy Cô trong khoa Môi Trường - Trường Đại Học Bách Khoa đã tận tình chỉ dạy, cho

em những kiến thức bổ ích trong suốt thời gian học tập Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn Th,s Đặng Vũ Bích Hạnh đã

hướng dẫn em tận tình trong suốt quá trình thực hiện luận văn này

Em xin cảm ơn quý Thầy Cô phản biện đã dành thời gian quan tâm đến luận văn

này

Xin cảm ơn tập thể lớp Kỹ thuật Môi trường khóa 2002 đã cho tôi những ngày khó quên Đặc biệt, các bạn sinh viên cùng làm việc trong Phòng thí nghiệm Khoa Môi trường đã giúp đỡ tôi rất nhiều

TÓM TẮT LUẬN VĂN

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 Ni 2+ và Cu 2+ 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/1, 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/1 trở lên thì hiệu quả hấp phụ sẽ thấp hơn 10%

• Biofilm Asp.niger dai và lọc được ion Ni2+ hiệu quả (59% đôi 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 CÁM ƠN i

TÓM TẮT LUẬN VĂN ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH BẢNG xii

DANH SÁCH HÌNH xiii

KÝ HIỆU VIẾT TẮT XV PHẦN 1: GIỚI THIỆU Chương 1: MỞ ĐAU 1

1.1 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.2 Phạm vi nghiên cứu 2

1.3 Đối tượng nghiên cứu 2

1.4 Nội dung nghiên cứu 2

PHẦN 2 : TỔNG QUAN Chương 2 : KIM LOẠI NẶNG 4

2.1 Khái niệm 4

2.1.1 Tí nh chất hoá lý của đồng (Cu) 4

2.1.2 Tí

nh chất hoá lý của nikel (Ni) 6

2.2 Nguồn gốc gây ô nhiễm KLN 6

2.2.1 Từ các hoạt động côngnghiệp 6

2.2.2 Từ các hoạt động côngnghiệp khai thác kim loại 7

2.2.2.1 Ch u trình kim loại công nghiệp 7

2.2.2.2 Ô nhiễm KLN từ chất thải khai thác mỏ 7

2.2.2.3 Các lò nấu kim loại 8

2.2.3 Từ các chất trừ sâu vô cơ 8

2.2.4 Từ bùn cống rãnh 9

2.3 Các tác động của việc ô nhiễm KLN 9

2.3.1 Tác hại của đồng (Cu) 10

2.3.2 Tác hại của nikel (Ni) 10

2.3.3 Tác hại của một số KLN quan trọng khác như thuỷ ngân, cadimi, asen, chì, crôm 10

Chương 3 : CÁC PHƯƠNG PHÁP xử LÝ KLN 12

3.1 Các phương pháp hoá lý 12

3.1.1 Phương pháp hấp phụ 12

3.1.2 Trao đổi ion 13

3.1.3 Các quá trình tách bằng màng 14

3.1.3.1 Thẩm thấu ngược (màng RO) 14

3.1.3.2 Điện thẩm tách 14

3.1.4 Phương pháp kết tủa hóa học 15

3.2 Các phương pháp sinh học 15

V

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 : NAM Mốc 21

4.1 Cấu tạo tế bào nấm mốc 21

4.1.1 Màng bảo vệ (cell wall) 22

4.1.2 Màng sinh chất (cell membrane) 23

4.1.2.1 Lớp lipid kép 23

4.1.2.2 Các protein của màng sinh chất 25

4.1.2.3 Carbonhydrat của màng 27

4.1.2.4 Tính không đối xứng của màng sinh chất 27

4.1.3 Bào tương (cytoplasm) 28

4.1.4 Nhân tế bào (nucleus) 28

4.2 Tổng quan một sô" giông nấm mốc 29

4.2.1 Aspergillus spp 29

4.2.1.1 Phân loại 29

4.2.1.2 Hình thức sinh sản 30

3.2 Các phương pháp sinh học 15

V

4.2.1.3 Đặc điểm câu 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 Phân 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 Pénicillium spp 33

4.2.3.1 Phân loại 33

4.2.3.2 Hình thức sinh sản 33

4.2.3.3 Đặc điểm cấu tạo của Pénicillium citrium 34

4.2.4 Trichoderma spp 34

4.2.4.1 Phân 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 THUYÊT CỦA QUÁ TRÌNH xử LÝ KLN BANG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC 36

5.1 Cơ chế thụ động 36

5.1.1 Qua 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 kép 40

b Các phân tử protein vận chuyển 40

5.2.1.2 S ự vận chuyển các phân tử nhỏ qua màng sinh chất 42

a K huếch tán đơn thuần 42

b K huếch 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 Q úa 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 Kìm loại nặng 48

6.3 V ật liệu làm mô hình bioíilm 48

7.2 Xác định đường cong tăng trưởng 49

6.4 V

ật 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

7.2.1 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 tô" đến quá trình hấp phụ ion Ni2+ và Cu2+ 53

7.4.1 Yếu tô" pH theo thời gian 53

7.4.1.1 M ục tiêu 53

7.4.1.2 Hoá chất và thiết bị 54

7.4.1.3 P hương pháp 54 7.4.2 Yếu tô" nồng độ theo thời gian 55

vỉỉỉ 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 Khả

o 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 : KET quả - BÀN LUẬN

Chương 8 : KET quả - BÀN LUẬN 58

8.1 Đườ

ng 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 giông 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 tô" 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