Nghiên cứu khả năng xử lý kim loại trong nước bằng polyme sinh học (biopolymer) tách từ bùn thải sinh học_2

Header Page of 128 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 Footer Page of 128 Header Page of 128 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 Footer Page of 128 Header Page of 128 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 Footer Page of 128 Header Page of 128 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 Footer Page of 128 Header Page of 128 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 Footer Page of 128 Header Page of 128 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 Footer Page of 128 Header Page of 128 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 Phòng Giải pháp Cơng nghệ Cải thiện Mơi trường – Viện Công nghệ Môi trường – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, nơi em cơng tác trực tiếp tham gia nghiên cứu, hồn 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 Footer Page of 128 Header Page of 128 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 q trình nghiên cứu thân tơi phòng thí nghiệm – Phòng Giải pháp Cơng nghệ Cải thiện Mơi trường – Viện Công nghệ Môi trường Những kết luận kiến nghị đưa sau trình nghiên cứu không chép tác giả Cuối tơi xin cam đoan luận văn hồn tồn trung thực, xác khoa học Hà Nội, tháng năm 1018 Sinh viên Lê Thị Chung Footer Page of 128 Header Page of 128 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 công 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) Footer Page of 128 Header Page 10 of 128 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 q 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 Footer Page 10 of 128 Header Page 45 of 128 3.3 Hiệu xử lý Cu2+ EPS tách phương pháp khác Hình 3.6 Thể hiệu xử lý kim loại Cu2+ EPS thô EPS tinh tách phương pháp khác Từ trước đến nay, người ta coi phương pháp tách tốt phương pháp có hiệu suất tách EPS cao gây ảnh hưởng tới tế bào vi sinh vật (hạn chế trình phân hủy nội bào, đánh giá qua hàm lượng axit nucleic có EPS) Tuy nhiên, ảnh hưởng phương pháp tách tới hiệu xử lý kim loại EPS chưa đề cập tới Trong nội dung phần này, ảnh hưởng phương pháp tách tới hiệu suất xử lý Cu2+ EPS đánh giá chi tiết với EPS dạng thô EPS dạng tinh 37 Footer Page 45 of 128 Header Page 46 of 128 Kết phân tích Hình 3.6 cho thấy hiệu xử lý kim loại Cu2+ EPS tách phụ thuộc vào phương pháp tách nhiều, dao động từ 21,1 mg Cu/g EPS (EPS tách phương pháp ly tâm) đến 158,2 mg Cu/g EPS (EPS tách phương pháp NaOH) EPS dạng tinh, EPS dạng thô dao động từ 116 mg Cu/g EPS ( EPS tách phương pháp ly tâm) đến 513 mg Cu/g EPS (EPS tách phương pháp NaOH) Hiệu xuất xử lý EPS dạng tinh tách tất phương pháp cho kết 10%, đó, hiệu lớn đạt 9% 8% tương ứng với phương pháp NaOH phương pháp HCHO + NaOH (giảm tương ứng với 152,6 mg Cu/g EPS 185,2 mg Cu/g EPS), phương pháp lại cho kết thấp 5% (khơng có khả xử lý kim loại Cu2+) Đối với EPS dạng thô, hiệu xử lý kim loại Cu2+ đạt kết 10% (phương pháp ly tâm, phương pháp nhiệt, phương pháp HCl phương pháp EDTA), hiệu 10% (phương pháp H2SO4, phương pháp NaOH phương pháp HCHO + NaOH) Trong đó, phương pháp cho hiệu xử lý cao gồm phương pháp NaOH HCHO + NaOH 18% 23% (tương đương giảm 406,0 mg Cu/g EPS 513,6 mg Cu/g EPS) Kết Hình 3.6 cho thấy EPS dạng thô cho hiệu suất xử lý cao so với EPS dạng tinh Nguyên nhân trình kết tủa EPS ethanol lạnh chưa triệt để yếu tố pH ảnh hưởng tới hiệu suất kết tủa protein polysaccharide Protein polysaccharide kết tủa ethanol với hiệu suất cao pH từ 5,6 – 6, pH phương pháp NaOH, NaOH kết hợp HCHO nằm khoảng 8-9 không nằm khoảng tối ưu nên hiệu suất kết tủa polysacharide, protein thấp Muốn có EPS dạng tinh phải trải qua công đoạn phức tạp phải để khoảng thời gian dài nên ảnh hưởng tới tế bào vi sinh vật (xảy trình phân hủy nội bào) Do thành phần hóa học EPS dạng tinh tách thấp so với EPS dạng thô Kết thử nghiệm nêu cho thấy sau xử lý hóa chất, EPS thơ sử dụng trực tiếp để hấp phụ Cu2+ Đây ưu điểm thuận lợi cho việc áp 38 Footer Page 46 of 128 Header Page 47 of 128 dụng EPS để xử lý kim loại quy mơ thực tế EPS sử dụng trực tiếp không cần qua bước tinh 3.4 Thử nghiệm đánh giá khả xử lý ion kim loại Cu2+ EPS 3.4.1 Ảnh hưởng pH đến hiệu xử lý Cho 0,11g EPS hấp phụ với 100 ml dung dịch Cu2+ có nồng độ ban đầu 250 mg/L Hỗn hợp tiến hành hấp phụ với tốc độ khấy 120 vòng/phút khơng đổi pH dung dịch hấp phụ thay đổi từ pH = 1-5,5 Kết thúc trình hấp phụ, tiến hành lọc xác định nồng độ Cu2+ lại dung dịch phương pháp hấp phụ nguyên tử AAS Từ xác định ảnh hưởng pH đến lượng hấp phụ EPS Tiến hành khảo sát ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ Cu(II) vật liệu thu kết Bảng 3.3 Bảng 3.3 Kết khảo sát ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ Cu(II) STT Cu(II) ban đầu (mg/L) pH Cu(II) sau hấp phụ Hiệu suất hấp phụ (mg/L) (%) 250 1.21 200 20 250 2.39 200 20 250 3.3 170 32 250 4.24 12 50 250 5.5 11.5 43 39 Footer Page 47 of 128 Header Page 48 of 128 Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ Cu(II) EPS Từ bảng 3.3 hình 3.7 cho thấy dung lượng hấp phụ tốt EPS đạt cao pH = 4.5 – 5.5 Ở pH thấp, nhóm chức EPS bị proton hóa tích điện dương dẫn đến giảm hiệu hấp phụ đồng Khi pH tăng lên, mật độ điện tích (-) tăng làm tăng hiệu xử lý Thí nghiệm khơng thực pH cao 5.5 pH cao, Cu bị kết tủa khó đánh giá hiệu trình hấp phụ trình kết tủa Kết thu cho thấy pH = 4.5 EPS tách phương pháp NaOH kết hợp với HCHO có khả hấp phụ Cu (II) tốt nhất, đạt tới 50% 3.4.2 Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến hiệu xử lý Thời gian hấp phụ trao đổi Cu2+ khảo sát cách lấy 0,1g vật liệu EPS cho vào 100 ml dung dịch Cu2+ có nồng độ ban đầu 250 mg/L Thực trình hấp phụ trao đổi khoảng thời gian khuấy khác 10 phút, 20 phút, 30 phút, 60 phút, 120 phút 180 phút với tốc độ khuấy cố định 120 vòng/phút Kết thúc q trình hấp phụ, tiến hành lọc xác định cố định nồng độ Cu2+ lại dung dịch tính dung lượng hấp phụ vật liệu Bảng 3.4 40 Footer Page 48 of 128 Header Page 49 of 128 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ Cu(II) EPS tách phương pháp EPS thể Bảng 3.4 Bảng 3.4 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ Cu(II) EPS Cu(II) ban đầu Thời gian (mg/L) (phút) (mg/L) (%) 250 10 250 250 20 134,39 48,31 250 30 132.01 49,56 250 60 123,03 52,68 250 90 126,31 51,42 250 120 126,57 51,32 250 180 126,75 51,25 STT Cu(II) sau hấp phụ Hiệu suất hấp phụ Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ Cu(II) EPS 41 Footer Page 49 of 128 Header Page 50 of 128 Từ bảng 3.4 hình 3.8 ta thấy tăng thời gian thực hấp phụ vật liệu từ 10 đến 60 phút dung lượng hấp phụ trao đổi vật liệu Cu2+ tăng lên từ mg/L đến 126,97 mg/L Kết cho thấy sau 60 phút khả hấp phụ Cu(II) EPS tách phương pháp NaOH kết hợp với HCHO gần bão hòa Ngun nhân q trình hấp phụ trao đổi EPS cần có thời gian định để ion Cu2+ có thời gian khuếch tán di chuyển sâu vào cấu trúc bên mao quản để thực thiện trình hấp phụ, đồng thời thời gian tương tác lâu, trình trung hòa axit số hợp chất kiềm cacbonate EPS làm tăng pH dung dịch dẫn đến giảm khả hòa tan ion kim loại Cu2+ Do tăng thời gian thực hấp phụ EPS dung lượng hấp phụ tăng lên Các kết cho thấy thời gian thực trình hấp phụ EPS 60 phút dung lượng hấp phụ EPS ion Cu2+ có chút giảm nhẹ chứng tỏ thời gian hấp phụ EPS 60 phút đạt tới trạng thái cân Như trình khảo sát ta lựa chọn pH = 4,5 thời gian hấp phụ 60 phút để nghiên cứu 3.4.3 Ảnh hưởng nồng độ EPS tới hiệu xử lý Hình 3.9 trình bày kết thử nghiệm tách chiết ion kim loại Cu2+ EPS thu tách nồng độ khác từ 0,02 g EPS đến 0,16 g EPS (thời gian tương tác 60 phút, pH = 4,5, tốc độ khuấy 120 vòng/phút) 42 Footer Page 50 of 128 Header Page 51 of 128 Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ EPS đến khả hấp phụ Cu(II) Kết nghiên cứu hình 3.9 cho thấy, hiệu suất loại bỏ kim loại đạt hiệu cao từ từ 104,2 mg Cu/g EPS đến 610 mg Cu/g EPS bổ sung thêm lượng EPS dao động từ 0,02 g EPS đến 0,16 g EPS Hiệu xử lý ion kim loại Cu2+ tăng theo bội số lượng EPS thêm vào thí nghiệm (từ 0,02 g EPS đến 0,09 g EPS) Trong đó, hiệu suất kim loại Cu2+ gần khơng có chênh lệch nhiều tăng nồng độ EPS từ 0,11 g đến 0,16 gam Như vậy, nồng độ tối ưu để xử lý ion kim loại Cu2+ bùn thải EPS 0,11 g EPS tương đương loại bỏ 568,5 mg Cu/g EPS 3.5 Kết thử nghiệm xử lý ion kim loại Cu2+ EPS mẫu nước thải thực tế * Mẫu môi trường:Nước thải lấy nhà máy mạ đồng Phú Thái Mẫu xử lý bảo quản cách axit đến pH ≤ lọc sau xử lý 43 Footer Page 51 of 128 Header Page 52 of 128 * Tiến hành: Cho 500 ml dung dịch mẫu có nồng độ ban đầu (155 mg/l) tiến hành chạy Jar-test EPS tách thu từ phương pháp NaOH kết hợp với HCHO Điều kiện tối ưu thủ nghiệm pH = 4,5; thời gian 60 phút; nồng độ EPS dao động từ 20,25 mg EPS/L đến 135 mg EPS/L Kết thúc tiến hành phân tích xác định lại nồng độ Cu2+ lại nước thải phương pháp hấp phụ ngun tử AAS Từ tính tốn xác định hiệu xử lý vật liệu mẫu nước thải thực tế * Kết quả: Căn vào kết phần 3.2, ta tiến hành thử nghiệm khả xử lý kim loại Cu2+ EPS tách phương pháp NaOH mẫu nước thải nhà mày mạ đồng Phú Thái (nồng độ ban đầu Co = 155 mg/L, pH ban đầu = 1,97) Thông số pH khống chế khoảng 4,5 để đảm bảo không xảy tượng kết tủa kim loại Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ EPS đến khả hấp phụ Cu(II) 44 Footer Page 52 of 128 Header Page 53 of 128 Kết Hình 3.10 cho thấy, điều kiện pH 4.5, hiệu xử lý kim loại Cu2+ EPS tách phương pháp NaOH kết hợp với HCHO tăng dần ta đồng thời tăng nồng độ EPS từ 0,02 g EPS lên 0,14 g EPS Nước thải nhà máy mạ đồng Phú Thái có nồng độ ban đầu C0 = 155 mg Cu/L, sau bổ sung 0,02 gam EPS hiệu suất xử lý kim loại Cu đạt 11,7% tức giảm 20,32 mg Cu/g EPS Tiếp tục tăng lượng EPS bổ sung vào nước thải, kết cho thấy hàm lượng ion kim loại Cu2+ bị loại bỏ tiếp tục tăng lên tới 118,2mg Cu/g EPS bổ sung 0,11g EPS Khi tăng lượng EPS cần bổ sung vào thí nghiệm lên 0,14g EPS, kết cho thấy thấy hàm lượng ion kim loại Cu2+ bị loại bỏ tăng nhẹ từ 118,2mg Cu/g EPS lên 125,6mg Cu/g EPS Điều cho thấy lượng EPS tối ưu tách phương pháp NaOH kết hợp HCHO 0,11gam với 100ml mẫu tương ứng đạt hiệu xử lý tốt nhất, giảm 118,2mg Cu/g EPS 45 Footer Page 53 of 128 Header Page 54 of 128 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Bẩy phương pháp tách chiết khác nghiên cứu để tách EPS từ bùn thải sinh học ni cấy phòng phòng thí nghiệm Viện Công nghệ Môi trường để lựa chọn phương pháp phù hợp để tách EPS phục vụ mục đích xử lý kim loại Cu2+ Các kết đạt luận văn cụ thể sau: Hàm lượng EPS tách dao động từ 0,045 mg/L đến 1,367 mg/L Các phương pháp hóa học cho hiệu suất tách EPS cao nhiều so với phương pháp vật lý Trong đó, NaOH HCHO kết hợp NaOH hai phương pháp tốt Hàm lượng protein, polysaccharide nuleic acid có EPS tách phương pháp NaOH kết hợp HCHO cao nhất, 69,5 mg protein/L, 28,6 mg polysaccharide/L 8,19 µg nucleic acid/L (tương ứng với 20,14%, 8,29% 3,9%) Thử nghiệm khả xử lý Cu cho thấy NaOH kết hợp HCHO phương pháp tách phù hợp EPS thơ tinh có khả xử lý kim loại Cu với hiệu suất cao Nghiên cứu chi tiết khả xử lý kim loại Cu2+ EPS tách HCHO-NaOH cho thấy: - EPS thể khả xử lý kim loại tốt khoảng pH axit (pH < 6) - Nồng độ EPS phù hợp để xử lý kim loại dao động từ 100-200 mg EPS/L Ở điều kiện tối ưu, hiệu suất xử lý kim loại Cu2+ đạt loại bỏ 568,5 mg Cu/g EPS với 0,11 g EPS sử dụng EPS tách phương pháp NaOH kết hợp HCHO Kiến nghị Do giới hạn thời gian nghiên cứu nên kết luận văn dừng lại kết luận Tuy nhiên, kết đạt cho thấy EPS tách từ bùn thải hướng nghiên cứu có nhiều tiềm cần tiếp tục nghiên cứu Từ trình nghiên cứu tổng quan tài liệu trình thực nghiệm, số nội dung nghiên cứu hướng nghiên cứu đề xuất, cụ thể sau: 46 Footer Page 54 of 128 Header Page 55 of 128 Nghiên cứu thử nghiệm trực tiếp khả áp dụng EPS nước thải nhiễm kim loại Cu2+ từ khu công nghiệp, nhà máy khác Nghiên cứu đánh giá thêm khả hấp phụ kim loại khác EPS, đặc biệt kim loại khó kết tủa điều kiện pH trung tính Tối ưu hóa phương pháp tách nhiều yếu tố để thu EPS chất lượng tốt nhất, đem lại hiệu kinh tế cao nồng độ NaOH, nồng độ HCHO, nhiệt độ, Xây dựng nghiên cứu sâu thành phần định tới khả hâp phụ kim loại EPS để từ tối ưu phương pháp tách phương pháp thu hồi EPS nhằm đạt dung lượng hấp phụ cao Nghiên cứu khả tuần hồn, tái sử dụng hóa chất tách để nâng cao khả áp dụng phương pháp Nghiên cứu khả thu hồi lượng kim loại đồng để không làm ảnh hưởng đến chất lượng môi trường sau loại bỏ từ nước thải ban đầu 47 Footer Page 55 of 128 Header Page 56 of 128 TÀI LIỆU THAM KHẢO Liu, Y and H.H Fang, Influences of extracellular polymeric substances (EPS) on flocculation, settling, and dewatering of activated sludge 2003 More, T., et al., Extracellular polymeric substances of bacteria and their potential environmental applications Journal of environmental management, 2014 144: p 1-25 Wingender, J., T.R Neu, and H.-C Flemming, What are bacterial extracellular polymeric substances?, in Microbial extracellular polymeric substances 1999, Springer p 1-19 Wingender, J., T.R Neu, and H.-C Flemming, Microbial extracellular polymeric substances: characterization, structure, and function 1999: Springer Science & Business Media Brown, M.J and J.N Lester, Comparison of bacterial extracellular polymer extraction methods Applied and Environmental Microbiology, 1980 40(2): p 179-185 Flemming, H.-C., et al., Physico-chemical properties of biofilms Biofilms: recent advances in their study and control Amsterdam: Harwood Academic Publishers, 2000: p 19-34 Donlan, R.M., Biofilms: microbial life on surfaces Emerg Infect Dis, 2002 8(9) Li, X and S Yang, Influence of loosely bound extracellular polymeric substances (EPS) on the flocculation, sedimentation and dewaterability of activated sludge Water Research, 2007 41(5): p 1022-1030 Sutherland, I.W., Structure-function relationships in microbial exopolysaccharides Biotechnology advances, 1994 12(2): p 393-448 10 Comte, S., G Guibaud, and M Baudu, Effect of extraction method on EPS from activated sludge: an HPSEC investigation Journal of hazardous materials, 2007 140(1): p 129-137 11 Cheremisinoff, N.P., Handbook of water and wastewater treatment technologies 2001: Butterworth-Heinemann 12 Flemming, H and A Leis, Sorption properties of biofilms Encyclopedia of environmental microbiology John Wiley & Sons, Inc., New York, NY doi, 2003 48 Footer Page 56 of 128 Header Page 57 of 128 10: p 0471263397 13 Liu, H and H.H Fang, Extraction of extracellular polymeric substances (EPS) of sludges Journal of Biotechnology, 2002 95(3): p 249-256 14 Zhang, J., et al., Characterization of a bioflocculant produced by the marine myxobacterium Nannocystis sp NU-2 Applied microbiology and biotechnology, 2006 59(4-5): p 517-522 15 Moon, P., P Carrott, and M.R Carrott, Application of different equations to adsorption isotherms of phenolic compounds on activated carbons prepared from cork Carbon, 2006 44(12): p 2422-2429 16 Zhang, J., et al., Production of an exopolysaccharide bioflocculant by Sorangium cellulosum Letters in applied microbiology, 2006 34(3): p 178-181 17 Comte, S., G Guibaud, and M Baudu, Relations between extraction protocols for activated sludge extracellular polymeric substances (EPS) and EPS complexation properties: Part I Comparison of the efficiency of eight EPS extraction methods Enzyme and Microbial Technology, 2006 38(1): p 237-245 18 Mayer, C., et al., The role of intermolecular interactions: studies on model systems for bacterial biofilms International journal of biological macromolecules, 1999 26(1): p 3-16 19 Frølund, B., et al., Extraction of extracellular polymers from activated sludge using a cation exchange resin Water research, 1996 30(8): p 1749-1758 20 Sheng, G.-P., H.-Q Yu, and X.-Y Li, Extracellular polymeric substances (EPS) of microbial aggregates in biological wastewater treatment systems: a review Biotechnology Advances, 2010 28(6): p 882-894 21 Bezawada, J., et al., Production of extracellular polymeric substances (EPS) by Serratia sp using wastewater sludge as raw material and flocculation activity of the EPS produced Journal of environmental management, 2013 128: p 83-91 22 Späth, R., H.-C Flemming, and S Wuertz, Sorption properties of biofilms Water Science and Technology, 1998 37(4): p 207-210 23 Jorand, F., et al., Hydrophobic/hydrophilic properties of activated sludge 49 Footer Page 57 of 128 Header Page 58 of 128 exopolymeric substances Water Science and Technology, 1998 37(4): p 307-315 24 Sani, R.K and U.C Banerjee, Decolorization of triphenylmethane dyes and textile and dye-stuff effluent by Kurthia sp Enzyme and Microbial Technology, 1999 24(7): p 433-437 25 Delee, W., et al., Anaerobic treatment of textile effluents: a review Journal of chemical technology and biotechnology, 1998 73(4): p 323-335 26 Lee, M., et al., Design of carbon beds to remove humic substances Journal of Environmental Engineering, 1983 109(3): p 631-645 27 Wu, J.-Y and H.-F Ye, Characterization and flocculating properties of an extracellular biopolymer produced from a Bacillus subtilis DYU1 isolate Process Biochemistry, 2007 42(7): p 1114-1123 28 Carrott, P., et al., Separating surface and solvent effects and the notion of critical adsorption energy in the adsorption of phenolic compounds by activated carbons Langmuir, 2005 21(25): p 11863-11869 29 Mishra, A and M Bajpai, The flocculation performance of Tamarindus mucilage in relation to removal of vat and direct dyes Bioresource technology, 2006 97(8): p 1055-1059 30 Zheng, Y., et al., Production and characteristics of a bioflocculant produced by Bacillus sp F19 Bioresource Technology, 2008 99(16): p 7686-7691 31 Feng, D.L and S.H Xu, Characterization of bioflocculant MBF3-3 produced by an isolated Bacillus sp World Journal of Microbiology and Biotechnology, 2008 24(9): p 1627-1632 32 Yang, Q., et al., A novel bioflocculant produced by Klebsiella sp and its application to sludge dewatering Water and Environment Journal, 2012 26(4): p 560-566 33 Pan, X., et al., A comparison of five extraction methods for extracellular polymeric substances (EPS) from biofilm by using three-dimensional excitationemission matrix (3DEEM) fluorescence spectroscopy Water Sa, 2010 36(1): p 50 Footer Page 58 of 128 Header Page 59 of 128 34 Carrott, P., et al., Influence of surface ionization on the adsorption of aqueous zinc species by activated carbons Carbon, 1997 35(3): p 403-410 111-116 35 D’Abzac, P., et al., Extraction of extracellular polymeric substances (EPS) from anaerobic granular sludges: comparison of chemical and physical extraction protocols Applied microbiology and biotechnology, 2010 85(5): p 1589-1599 51 Footer Page 59 of 128 ... 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. .. PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu  Đối tượng nghiên cứu: - Bio-polymer tách từ bùn thải sinh học - Kim loại (ion Cu2+) nước thải - Bùn thải sinh học nuôi cấy từ hệ thống xử lý nước. .. 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