Đánh giá khả năng xử lý crom bằng vi tảo chlorella vulgaris

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM NGUYỄN THỊ THƢƠNG ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ Crom BẰNG VI TẢO Chlorella vulgaris KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đà Nẵng - Năm 2020 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM NGUYỄN THỊ THƢƠNG ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ Crom BẰNG VI TẢO Chlorella vulgaris Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên Môi trƣờng Mã số: 315032161140 NGƢỜI HƢỚNG DẪN: ThS TRẦN NGỌC SƠN Đà Nẵng - Năm 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu khóa luận trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Đà Nẵng, ngày 14 tháng năm 2020 Tác giả Nguyễn Thị Thƣơng LỜI CẢM ƠN Lời xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy ThS Trần Ngọc Sơn trực tiếp hƣớng dẫn giúp đỡ tơi q trình làm khóa luận Tôi xin đƣợc tri ấn đến thầy thời gian dạy dỗ, tận tình truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm, hƣớng dẫn nhiệt tình, tận tâm nhƣ động viên, giúp đỡ để tơi hồn thành khóa luận Thứ hai, xin cảm ơn đến TS Trịnh Đăng Mậu, Khoa Sinh – Môi trƣờng, trƣờng Đại học Sƣ phạm Đà Nẵng không ngại thời gian bảo truyền đạt thêm kiến thức tơi cịn thiếu giúp đỡ tơi q trình làm khóa luận Thứ ba, xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo, cán Khoa Sinh – Môi trƣờng, trƣờng Đại học Sƣ phạm Đà Nẵng tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tơi suốt q trình học tập hồn thành khóa luận Lời cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè ngƣời thân bên tơi, tạo điều kiện vật chất lẫn tinh thần suốt q trình học tập động lực để tơi phấn đấu hồn thành tốt khóa luận Tơi xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, ngày 14 tháng năm 2020 Nguyễn Thị Thƣơng MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu đề tài 2.1 Mục tiêu tổng quát 2.2 Mục tiêu cụ thể Ý nghĩa thực tiễn đề tài 3.1 Ý nghĩa khoa học 3.2 Ý nghĩa thực tiễn CHƢƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan kim loại nặng 1.2 Tình hình nhiễm kim loại nặng Thế giới Việt Nam 1.2.1 Tình hình nhiễm kim loại nặng giới 1.2.2 Tình hình nhiễm kim loại nặng Việt Nam 1.3 Nghiên cứu ứng dụng vi tảo xử lý kim loại nặng 1.3.1 Tình hình nghiên cứu sử dụng vi tảo xử lý kim loại nặng giới 1.3.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng vi tảo xử lý kim loại nặng Việt Nam 1.4 Đặc điểm sinh học tảo Chlorella vulgaris 1.5 Cơ chế loại bỏ kim loại nặng vi tảo 1.6 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình xử lý kim loại nặng 1.6.1 Các yếu tố sinh học ảnh hƣởng đến việc loại bỏ kim loại nặng 1.6.2 Các yếu tố môi trƣờng ảnh hƣởng đến việc loại bỏ kim loại nặng 10 CHƢƠNG ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 12 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 12 2.2 Nội dung nghiên cứu 12 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 12 2.3.1 Phƣơng pháp xác định mật độ tế bào vi tảo buồng đếm Neubauer 12 2.3.3 Phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử Atomic Absorbtion Spectrometric (AAS) 13 2.3.4 Phƣơng pháp xử lý số liệu 13 2.3.5 Bố trí thí nghiệm 13 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 15 3.1 Ảnh hƣởng pH đến khả xử lý Cr vi tảo Chlorella vulgaris 15 3.2 Ảnh hƣởng mật độ đến khả xử lý Cr vi tảo Chlorella vulgaris 16 3.3 Ảnh hƣởng nồng độ đến khả xử lý Cr vi tảo Chlorella vulgaris 18 3.4 Đánh giá khả xử lý Cr vi tảo Chlorella vulgaris nƣớc thải nhuộm chiếu 19 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 20 Kết luận 20 Kiến nghị 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO 21 DANH MỤC BẢNG Số hiệu bảng 3.1 3.2 3.3 Tên bảng Trang Hiệu suất xử lý Cr pH khác Hiệu suất xử lý Cr mật độ tế bào vi tảo Chlorella vulgaris khác Hiệu suất xử lý Cr mật nồng độ ban đầu khác 15 16 18 DANH MỤC HÌNH ẢNH Số hiệu Tên hình ảnh hình ảnh Trang 1.1 Vi tảo Chlorella vulgaris dƣới kính hiển vi 1.2 Quá trình sinh sản vi tảo Chlorella vulgaris 2.1 Buồng đếm hồng cầu Neubauer 13 3.1 Ảnh hƣởng pH đến khả xử lý Cr C vulgaris 15 Ảnh hƣởng mật độ tế bào vi tảo C vulgaris đến khả 17 3.2 3.3 3.4 xử lý Cr Ảnh hƣởng nồng độ Cr ban đầu đến khả xử lý 18 vi tảo C vulgaris Khả xử lý nƣớc thải vi tảo C vulgaris thời điểm 72h 19 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Ag : Bạc As : Asen Cd : Cadimium Co : Coban Cr : Crom Cu : Cu EC50 : Liều gây chết trung bình Fe: Sắt Hg : Thủy ngân KCN : Khu công nghiệp KLN : Kim loại nặng Mg : Magie Mn : Mangan Mo : Molypden Ni : Niken QCVN: Quy chuẩn Việt Nam Sn: Thiếc Tl : Thallium MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Ơ nhiễm kim loại nặng nƣớc xuất phát từ trình tự nhiên làm cho kim loại nặng đƣợc giải phóng vào mơi trƣờng nƣớc từ hoạt động núi lửa q trình phong hóa Tuy nhiên, nguyên nhân gây ô nhiễm kim loại nặng chủ yếu hoạt động ngƣời, kim loại nặng từ nƣớc thải trình khai thác, chế biến quặng, chế biến kim loại, đánh bóng kim loại, làm sạch, dệt nhuộm, sản xuất sơn sản xuất pin nguyên nhân làm tăng lƣợng kim loại nặng nƣớc (Flyer & Page, 2016) Kim loại nặng gây độc hại tất sinh vật Một số kim loại nặng, nhƣ Cu, Ni, Zn nguyên tố vi lƣợng, chúng đóng vai trị quan trọng q trình trao đổi chất diễn tế bào sống (Gadd, 1993) Tuy nhiên, mức độ cao ion kim loại độc hại ngƣời sinh vật Các KLN khác nhƣ Hg, Cd, As, Cr, Tl, Pb … gây độc dù nồng độ thấp (Koller & Saleh, 2018; Loney & Tabatabaie, 2015) Một số kim loại khác ví dụ nhƣ Tl ảnh hƣởng đến thần kinh thay đổi hành vi, đặc biệt trẻ em, tổn thƣơng hệ thần kinh trung ƣơng (Hg, Pb, Tl, Mn Sn), tổn thƣơng tủy xƣơng loãng xƣơng (Cd); gây độc gan gây độc cho thận (Cd, Hg, Mn); gây rối loạn nhịp tim (Tl); ảnh hƣởng tiêu cực đến hệ thống miễn dịch nhƣ Pb (Tchounwou et al., n.d.) Hiện nay, trình loại bỏ ion kim loại khỏi nƣớc thải nhà máy xử lý thƣờng sử dụng kỹ thuật nhƣ phƣơng pháp kết tủa hóa học, phƣơng pháp trao đổi ion, điện hóa… Tuy nhiên, phƣơng pháp thƣờng đắt tiền, chi phí vận hành cao (Gưksungur et al., 2005a) Do đó, việc phát triển phƣơng pháp với hiệu xử lý cao, tiết kiệm chi phí không ảnh hƣởng đến môi trƣờng vấn đề cần đƣợc quan tâm Phƣơng pháp sinh học sử dụng loài thực vật, nấm, tảo để loại bỏ thu hồi kim loại độc hại khỏi môi trƣờng đƣợc quan tâm giá thành thấp, hiệu cao thời gian xử lý ngắn Trong đó, vi tảo Chlorella vulgaris (C vulgaris) lồi có tiềm việc xử lý LKN khỏi môi trƣờng nƣớc Trong nghiên cứu gần cho thấy, khả hấp thụ KLN vi tảo C vulgaris 33,4 28,5 mg/g Cu Zn, đƣợc loại bỏ sau 6h hấp thụ (Wan Maznah et al., 2012) Một nghiên cứu khác Mostafa M El-Sheekh cộng phát vi tảo C vulgaris loại bỏ đƣợc Zn, Cu Cr, Ni với hiệu suất lần lƣợt 64,96%; 98,64%; 21,74%; 90.95% (El-Sheekh et al., 2016) Tuy nhiên, Việt Nam việc sử dụng vi tảo để xử lý kim loại nặng chƣa đƣợc quan tâm đầu tƣ mức Vì vậy, tơi định chọn đề tài “Đánh giá khả xử lý Cr vi tảo Chlorella vulgaris” Nồng độ kim loại nặng ban đầu ảnh hƣởng đáng kể đến khả hấp thụ vi tảo C vulgaris Nồng độ kim loại ban đầu tăng dần lƣợng ion kim loại hấp thụ tăng (Çetinkaya Dưnmez et al., 1999; la Rocca et al., 2009) Theo nghiên cứu Çetinkaya Dưnmez cộng sự, tăng nồng độ kim loại Cu từ 25 đến 250 mg/l khả xử lý vi tảo C vulgaris tăng dần từ 31,2 đến 46,8 mg/l (Çetinkaya Dưnmez et al., 1999) Tuy nhiên, nồng độ kim loại cao hiệu suất xử lý vi tảo C vulgaris giảm xuống hàm lƣợng kim loại đạt trạng thái bão hòa, ion Cr liên kết với bề mặt vi tảo (Monteiro et al., 2012) Màng tế bào trao đổi hấp thu dinh dƣỡng từ môi trƣờng, dẫn đến vi tảo chết hàng loạt, ion Cr giải phóng trở lại mơi trƣờng (Çetinkaya Dưnmez et al., 1999) 3.4 Đánh giá khả xử lý Cr vi tảo Chlorella vulgaris nƣớc thải nhuộm chiếu Nƣớc thải nhuộm chiếu đƣợc thu từ làng nghề với nồng độ Cr ban đầu 70 mg/l đƣợc pha môi trƣờng BBM Hiệu suất xử lý (%) 105 100 95 90 85 80 72h Hình 3.4 Khả xử lý nƣớc thải vi tảo C vulgaris thời điểm 72h Kết hình 3.4 cho thấy khả loại bỏ Cr khỏi môi trƣờng nƣớc thải đạt 100% thời điểm 72h với nồng độ Cr nƣớc thải 70 mg/l Sau thời điểm 72h hiệu suất xử lý giảm dần, lúc 120h hiệu suất giảm 32,22% 19 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ Kết luận Nghiên cứu ảnh hƣởng pH đến khả loại bỏ Cr vi tảo Chlorella vulgaris cho thấy pH 4.0 hiệu suất hấp phụ tốt với hiệu suất đạt 60,68% Nghiên cứu mật độ tế bào vi tảo Chlorella vulgaris đến khả loại bỏ Cr cho thấy mật độ 4,5x106 tế bào/ml hiệu suất xử lý tốt 71.18% Vi tảo Chlorella vulgaris loại bỏ kim loại Cr nồng độ ban đầu 100 mg/l đạt hiệu cao 76,27% Khả xử lý nƣớc thải nhuộm chiếu đạt hiệu suất 100% sau 72h xử lý Kiến nghị Đề tài dừng lại việc đánh giá khả xử lý Cr vi tảo Chlorella vulgaris Do đó, cần có thêm nghiên cứu khả xử lý KLN khác nhƣ As, Pb, Cd, Fe,… 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Hà, H N (2018) Ô nhiễm kim loại nặng từ bãi chôn lấp rác thải đến môi trƣờng đất : Bãi chôn lấp Kiêu Kỵ - Gia Lâm - Hà Nội 2, 86–94 Minh, V V., Khánh, N V., Kính, K T., & Anh, V T P (2014) Hàm lƣợng Cd, Pb, Cr Hg trầm tích lồi hến ( Corbicula subsulcata ) số cửa sông khu vực miền Trung, Việt Nam 36(3), 378–384 Nguyễn Mạnh Hà (2016) Đánh giá phân bố xu hƣớng ô nhiễm kim loại nặng trầm tích số địa điểm thuộc vùng biển từ Nghệ An đến Quảng Trị, Việt Nam Tạp Chí Khoa Học Đại Học Quốc Gia Hà Nội: Khoa Học Tự Nhiên Công Nghệ, 32(4), 184–191 Nguyễn Viết Thành (2012) Nghiên cứu hàm lƣợng số kim loại nặng đất nông nghiệp ảnh hƣởng nƣớc tƣới sông Nhuệ 1–42 Tiếng Anh Ahmad, A., Bhat, A H., & Buang, A (2018) Biosorption of transition metals by freely suspended and Ca-alginate immobilised with Chlorella vulgaris: Kinetic and equilibrium modeling Journal of Cleaner Production, 171, 1361–1375 https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.09.252 Aksu, Z., & Dönmez, G (2006) Binary biosorption of cadmium(II) and nickel(II) onto dried Chlorella vulgaris: Co-ion effect on mono-component isotherm parameters Process Biochemistry, 41(4), 860–868 https://doi.org/10.1016/j.procbio.2005.10.025 Bexfield, L M., & Plummer, L N (2005) Occurrence of arsenic in ground water of the Middle Rio Grande Basin, central New Mexico Arsenic in Ground Water, 295–327 https://doi.org/10.1007/0-306-47956-7_11 Bishnoi, N R., Pant, A., & Garima (2004) Biosorption of copper from aqueous solution using algal biomass Journal of Scientific and Industrial Research, 63(10), 813–816 Buschmann, J., Berg, M., Stengel, C., Winkel, L., Sampson, M L., Trang, P T K., & Viet, P H (2008) Contamination of drinking water resources in the Mekong delta floodplains: Arsenic and other trace metals pose serious health risks to population Environment International, 34(6), 756–764 https://doi.org/10.1016/j.envint.2007.12.025 Çetinkaya Dưnmez, G., Aksu, Z., Ưztürk, A., & Kutsal, T (1999) A comparative study on heavy metal biosorption characteristics of some algae Process Biochemistry, 34(9), 885–892 https://doi.org/10.1016/S0032-9592(99)00005-9 Chen, Y., Jiang, X., Wang, Y., & Zhuang, D (2018) Spatial characteristics of heavy metal pollution and the potential ecological risk of a typical mining area: A case study in China Process Safety and Environmental Protection, 113, 204–219 https://doi.org/10.1016/j.psep.2017.10.008 21 Cho, D Y., Chung, A S., Lee, S T., & Park, S W (1994) Studies on the biosorption of heavy metals onto chlorella vulgaris Journal of Environmental Science and Health Part A: Environmental Science and Engineering and Toxicology, 29(2), 389–409 https://doi.org/10.1080/10934529409376043 Chojnacka, K., Chojnacki, A., & Górecka, H (2005) Biosorption of Cr3+, Cd2+ and Cu2+ ions by blue-green algae Spirulina sp.: Kinetics, equilibrium and the mechanism of the process Chemosphere, 59(1), 75–84 https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2004.10.005 Cieślak-Golonka, M (1996) Toxic and mutagenic effects of chromium(VI) A review Polyhedron, 15(21), 3667–3689 https://doi.org/10.1016/0277-5387(96)00141-6 Costa, M (2003) Potential hazards of hexavalent chromate in our drinking water Toxicology and Applied Pharmacology, 188(1), 1–5 https://doi.org/10.1016/S0041-008X(03)00011-5 Deng, L., Su, Y., Su, H., Wang, X., & Zhu, X (2007) Sorption and desorption of lead (II) from wastewater by green algae Cladophora fascicularis Journal of Hazardous Materials, 143(1–2), 220–225 https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2006.09.009 Dzoma, B M., Moralo, R A., Motsei, L E., Ndou, R V., & Bakunzi, F R (2010) Preliminary findings on the levels of five heavy metals in water, sediments, grass and various specimens from cattle grazing and watering in potentially heavy metal polluted areas of the North West province of South Africa Journal of Animal and Veterinary Advances, 9(24), 3026–3033 https://doi.org/10.3923/javaa.2010.3026.3033 Edris, G., Alhamed, Y., & Alzahrani, A (2014) Biosorption of Cadmium and Lead from Aqueous Solutions by Chlorella vulgaris Biomass: Equilibrium and Kinetic Study Arabian Journal for Science and Engineering, 39(1), 87–93 https://doi.org/10.1007/s13369-013-0820-x El-Sheekh, M M., Farghl, A A., Galal, H R., & Bayoumi, H S (2016) Bioremediation of different types of polluted water using microalgae Rendiconti Lincei, 27(2), 401–410 https://doi.org/10.1007/s12210-015-0495-1 Flyer, J., & Page, S T (2016) Journal of Industrial Pollution Control Indexed In : 3– Fraile, A., Penche, S., González, F., Blázquez, M L., Muñoz, J A., & Ballester, A (2005) Biosorption of copper, zinc, cadmium and nickel by Chlorella vulgaris Chemistry and Ecology, 21(1), 61–75 https://doi.org/10.1080/02757540512331334933 Gadd, G M (1993) Microbial formation and transformation of organometallic and organometalloid compounds FEMS Microbiology Reviews, 11(4), 297–316 https://doi.org/10.1111/j.1574-6976.1993.tb00003.x Garnham, G W., Codd, G A., & Gadd, G M (1992) Kinetics of uptake and 22 intracellular location of cobalt , manganese and zinc in the estuarine green alga ChlGarnham, G W., Codd, G A., & Gadd, G M (1992) A /, p M ’ u : robiology Biotechnology Kinetics of uptake Applied Microbiologie and Biotechnologie, 37, 270–276 Gokhale, S V., Jyoti, K K., & Lele, S S (2008) Kinetic and equilibrium modeling of chromium (VI) biosorption on fresh and spent Spirulina platensis/Chlorella vulgaris biomass Bioresource Technology, 99(9), 3600–3608 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2007.07.039 Göksungur, Y., Üren, S., & Gỹvenỗ, U (2005a) Biosorption of cadmium and lead ions by ethanol treated waste baker’s yeast biomass Bioresource Technology, 96(1), 103109 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2003.04.002 Gửksungur, Y., ĩren, S., & Gỹvenỗ, U (2005b) Biosorption of cadmium and lead ions by ethanol treated waste baker’s yeast biomass Bioresource Technology, 96(1), 103–109 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2003.04.002 Gounot, A M (1994) of Groundwaters Groundwater Ecology, I, 189–215 https://doi.org/10.1016/B978-0-08-050762-0.50014-0 Griffiths, D J (1963) The effect of glucose on cell division in Chlorella vulgaris, Beijerinck (emerson strain) Annals of Botany, 27(3), 493–504 https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.aob.a083865 Gupta, V K., & Rastogi, A (2008) Equilibrium and kinetic modelling of cadmium(II) biosorption by nonliving algal biomass Oedogonium sp from aqueous phase Journal of Hazardous Materials, 153(1–2), 759–766 https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2007.09.021 Hà, H N (2018) Ô nhiễm kim loại nặng từ bãi chôn lấp rác thải đến môi trường đất : Bãi chôn lấp Kiêu Kỵ - Gia Lâm - Hà Nội 2, 86–94 Hamdy, A A (2000) Biosorption of heavy metals by marine algae Current Microbiology, 41(4), 232–238 https://doi.org/10.1007/s002840010126 Jennette, K W (1979) Chromate metabolism in liver microsomes Biological Trace Element Research, 1(1), 55–62 https://doi.org/10.1007/BF02783843 Kabata-Pendias, A., & Pendias, H (2001) Biogeochemistry of trace elements In Trace Elements in Soils and Plants, Third Edition (Vol 2nd, Issue 2) https://doi.org/10.1201/b10158-25 Khan, M., Rao, R., & Ajmal, M (2008) Heavy metal pollution and its control through nonconventional adsorbents (1998-2007): a review Journal of International Environmental Application and Science, 3(2), 101–141 Koller, M., & Saleh, H M (2018) Introductory Chapter: Introducing Heavy Metals Heavy Metals, 3–12 https://doi.org/10.5772/intechopen.74783 la Rocca, N., Andreoli, C., Giacometti, G M., Rascio, N., & Moro, I (2009) Responses of the Antarctic microalga Koliella antarctica (Trebouxiophyceae, 23 Chlorophyta) to cadmium contamination Photosynthetica, 47(3), 471–479 https://doi.org/10.1007/s11099-009-0071-y Landrigan, P J., Schechter, C B., Lipton, J M., Fahs, M C., & Schwartz, J (2002) C HILDREN ’ S H EALTH Environmental Pollutants and Disease in American Children : Estimates of Environmental Health Perspectives, 110(7), 721–728 Lau, P S., Lee, H Y., Tsang, C C K., Tam, N F Y., & Wong, Y S (1999) Effect of metal interference, ph and temperature on cu and ni biosorption by chlorella vulgaris and chlorella miniata Environmental Technology (United Kingdom), 20(9), 953–961 https://doi.org/10.1080/09593332008616890 Loney, N W., & Tabatabaie, M (2015) Mathematical modeling of heavy metals removal from bio-film coated cylindrical cement base waste forms Chemical Product and Process Modeling, 10(4), 229–236 https://doi.org/10.1515/cppm2015-0029 McClintock, T R., Chen, Y., Bundschuh, J., Oliver, J T., Navoni, J., Olmos, V., Lepori, E V., Ahsan, H., & Parvez, F (2012) Arsenic exposure in Latin America: Biomarkers, risk assessments and related health effects Science of the Total Environment, 429, 76–91 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2011.08.051 Minh, V V., Khánh, N V., Kính, K T., & Anh, V T P (2014) Hàm lượng Cd, Pb, Cr Hg trầm tích lồi hến ( Corbicula subsulcata ) số cửa sông khu vực miền Trung, Việt Nam 36(3), 378–384 Monteiro, C M., Castro, P M L., & Malcata, F X (2012) Metal uptake by microalgae: Underlying mechanisms and practical applications Biotechnology Progress, 28(2), 299–311 https://doi.org/10.1002/btpr.1504 Monteiro, C M., Fonseca, S C., Castro, P M L., & Malcata, F X (2011) Toxicity of cadmium and zinc on two microalgae, Scenedesmus obliquus and Desmodesmus pleiomorphus, from Northern Portugal Journal of Applied Phycology, 23(1), 97– 103 https://doi.org/10.1007/s10811-010-9542-6 Muñoz, R., Alvarez, M T., Muñoz, A., Terrazas, E., Guieysse, B., & Mattiasson, B (2006) Sequential removal of heavy metals ions and organic pollutants using an algal-bacterial consortium Chemosphere, 63(6), 903–911 https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2005.09.062 Nguyễn Mạnh Hà (2016) Đánh giá phân bố xu hƣớng ô nhiễm kim loại nặng trầm tích số địa điểm thuộc vùng biển từ Nghệ An đến Quảng Trị, Việt Nam Tạp Chí Khoa Học Đại Học Quốc Gia Hà Nội: Khoa Học Tự Nhiên Công Nghệ, 32(4), 184–191 https://books.google.com.vn/books?hl=vi&lr=&id=HSnRp1m3DI4C&oi=fnd&pg =PA1&dq=xiphasia+setifer+morphology&ots=FzV5sKOfPQ&sig=SjTHQyHdW bkVwc-F5tmqPBdRoac&redir_esc=y#v=onepage&q=xiphasia setifer&f=false Nguyễn Viết Thành (2012) Nghiên cứu hàm lượng số kim loại nặng đất nông nghiệp ảnh hưởng nước tưới sông Nhuệ 1–42 24 Pérez-Rama, M., Abalde Alonso, J., Herrero López, C., & Torres Vaamonde, E (2002) Cadmium removal by living cells of the marine microalga Tetraselmis suecica Bioresource Technology, 84(3), 265–270 https://doi.org/10.1016/S09608524(02)00045-7 Quantitative, M F O R., & Analysis, P (2010) Methods for Quantitative Safi, C., Zebib, B., Merah, O., Pontalier, P Y., & Vaca-Garcia, C (2014) Morphology, composition, production, processing and applications of Chlorella vulgaris: A review Renewable and Sustainable Energy Reviews, 35, 265–278 https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.04.007 Sari, A., Uluozlü, Ö D., & Tüzen, M (2011) Equilibrium, thermodynamic and kinetic investigations on biosorption of arsenic from aqueous solution by algae (Maugeotia genuflexa) biomass Chemical Engineering Journal, 167(1), 155–161 https://doi.org/10.1016/j.cej.2010.12.014 Services, H (2002) Toxicological Profile for Nickel ATSDR’s Toxicological Profiles, September https://doi.org/10.1201/9781420061888_ch123 Sharma, R K (2014) Biological effects of heavy metals : An overview Biological effects of heavy metals : An overview Journal of Environmental Biology, 26(July 2005), 301–313 https://doi.org/ISSN: 0254-8704 Sheno Merrin, J., Sheela, R., Saswathi, N., Prakasham, R S., & Ramakrishna, S V (1998) Biosorption of chromium VI using Rhizopus arrhizus Indian Journal of Experimental Biology, 36(10), 1052–1055 Sibi, G (2016) Biosorption of chromium from electroplating and galvanizing industrial effluents under extreme conditions using Chlorella vulgaris Green Energy and Environment, 1(2), 172–177 https://doi.org/10.1016/j.gee.2016.08.002 Suresh Kumar, K., Dahms, H U., Won, E J., Lee, J S., & Shin, K H (2015) Microalgae - A promising tool for heavy metal remediation Ecotoxicology and Environmental Safety, 113, 329–352 https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2014.12.019 Tam, N F Y., Wong, Y., & Simpson, C G (1998) Removal of Copper by Free and Immobilizea Microalga , Chlorella vulgaris Springer-Verlan and Landes Bioscience Tchounwou, P B., Yedjou, C G., Patlolla, A K., & Sutton, D J (n.d.) Heavy Metal Toxicity and the Environment https://doi.org/10.1007/978-3-7643-8340-4 Wan Maznah, W O., Al-Fawwaz, A T., & Surif, M (2012) Biosorption of copper and zinc by immobilised and free algal biomass, and the effects of metal biosorption on the growth and cellular structure of Chlorella sp and Chlamydomonas sp isolated from rivers in Penang, Malaysia Journal of Environmental Sciences (China), 24(8), 1386–1393 https://doi.org/10.1016/S1001-0742(11)60931-5 25 Wenxuan, H (n.d.) MECHANISM FOR THE REMOVAL OF CR ( VI ) AND CR ( III ) BY A MICROALGAL ISOLATE , Wong, J P K., Wong, Y S., & Tam, N F Y (2000) Nickel biosorption by two chlorella species, C Vulgaris (a commercial species) and C Miniata (a local isolate) Bioresource Technology, 73(2), 133–137 https://doi.org/10.1016/S09608524(99)00175-3 World Health Organization (1996) Trace elements in human nutrition and health World Health Organization World Health Organization, 1–360 https://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/37931/9241561734_eng.pdf Yamamoto, M., Fujishita, M., Hirata, A., & Kawano, S (2004) Regeneration and maturation of daughter cell walls in the autospore-forming green alga Chlorella vulgaris (Chlorophyta, Trebouxiophyceae) Journal of Plant Research, 117(4), 257–264 https://doi.org/10.1007/s10265-004-0154-6 Yamamoto, M., Kurihara, I., & Kawano, S (2005) Late type of daughter cell wall synthesis in one of the Chlorellaceae, Parachlorella kessleri (Chlorophyta, Trebouxiophyceae) Planta, 221(6), 766–775 https://doi.org/10.1007/s00425005-1486-8 Yu, F., Cangelosi, V M., Zastrow, M L., Tegoni, M., Plegaria, J S., Tebo, A G., Mocny, C S., Ruckthong, L., Qayyum, H., & Pecoraro, V L (2014) Protein design: Toward functional metalloenzymes Chemical Reviews, 114(7), 3495– 3578 https://doi.org/10.1021/cr400458x Zareba, G., Cernichiari, E., Hojo, R., Nitt, S M., Weiss, B., Mumtaz, M M., Jones, D E., Clarkson, T W., & Dennis (2007) Thimerosal distribution and metabolism in neonatal mice: Journal of Applied Toxicology, 27(July), 511–518 https://doi.org/10.1002/jat Zierold, K M., Knobeloch, L., & Anderson, H (2004) Prevalence of chronic diseases in adults exposed to arsenic-contaminated drinking water American Journal of Public Health, 94(11), 1936–1937 https://doi.org/10.2105/AJPH.94.11.1936 26 PHỤ LỤC MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRONG Q TRÌNH THỰC HIỆN KHĨA LUẬN Nhân giống vi tảo Chlorella vulgaris Bố trí nghiệm thức thí nghiệm Nước thải sau xử lý màu Một số ụng cụ q trình thí nghiệm TẠP CHÍ KHOA HỌC & GIÁO DỤC - SỐ X(XZ) - 2020 STUDY ON UPTAKE OF Cr (III) BY CHLORELLA VULGARIS NGHIÊN CỨU XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG Cr (III) BẰNG VI TẢO CHLORELLA VULGARIS Trần Ngọc Sơn, Nguyễn Thị Thƣơng, Trịnh Đăng Mậu, Trần Nguyễn Quỳnh Anh, Võ Văn Minh, Đinh Công Duy Hiệu, Lê Vũ Khánh Trang, Đàm Minh Anh ABSTRACT Chlorella vulgaris (C vulgaris) has been considered as a promising biosorbent material due to high sorption capacity and being ready availability in removal of heavy metals in wastewater Among toxic elements for the environment, chromium (Cr) is a common toxic chemical that could cause serious problems for human health and ecosystem Therefore, the present study was carried out to investigate effects of different environmental factors including pH, initial cell density and initial concentrations of heavy metal on the capacity of Cr (III) removal by C vulgaris The experimental results showed the highest proportion (76.27 %) of Cr removal was observed from aqueous solution with pH = 4.0, initial cell density of 4.5 x 10 cells/mL and initial Cr concentration of 100 mg/L Key Words: bioremoval; Chlorella vulgaris; Chromium; heavy metals TÓM TẮT Vi tảo Chlorella vulgaris xem giải pháp sinh học có hiệu cao việc loại bỏ kim loại nặng nước thải Trong số nguyên tố học học độc hại cho môi trường, Crom (Cr) hóa chất độc hại phổ biến gây vấn đề nghiêm trọng cho sức khỏe người hệ sinh thái Do đó, nghiên cứu thực để nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố môi trường khác bao gồm pH, mật độ tế bào ban đầu nồng độ kim loại nặng ban đầu khả loại bỏ Cr (III) C Vulgaris Kết thí nghiệm cho thấy hiệu suất cao (76,27%) Cr sinh học ghi nhận từ mơi trường có pH = 4.0, mật độ tế bào ban đầu 4,5 x 10 tế bào mL nồng độ Cr ban đầu 100 mg/L Từ khóa: Xử lý sinh học, Chlorella vulgaris, Crom, kim loại nặng Introduction Industrialization development has caused a significant increase in metal contamination of water environment Wastes containing heavy metals have been produced and released from various industries, such as mining, steel, energy and fuel production, fertilizer and pesticide industry, etc The heavy metals in the discharge of wastewater could be easily accumulated by living organisms throughout the food chain, thus they can pose a serious threat to aquatic life [1], [2] Water pollution by chromium is one of the most important concerns that has negative effects on human health and the environment Chromium compounds have been widely used in industries including electroplating, leather tanning, dyes and pigment manufacturing, wood preservation, production of steel, and alloys [3] The high level of chromium accumulated in the human body can lead to cancer in the digestive tract and lungs as well as serious disorders etc [4] There are three main methods consisting of physical, chemical and biological treatment to remove metal ions from aqueous solution [5] In recent year, the application of bioremediation technology for controlling and removing metal pollution has been received much attention because of potential efficiency Various natural materials of biological origin including bacteria, fungi, yeast or algae have been utilized for biosorption to decrease the concentration of heavy metal ions in wastewater Among these sources, the microalgae seem to be more attractive due to eco-friendly manner, low operating cost, least nutrient requirements, especially it has the large surface area to volume ratio which results in high adsorption capacity of TẠP CHÍ KHOA HỌC & GIÁO DỤC - SỐ X(XZ) - 2020 pollutants [6] In addition, the polysaccharide, lipid and protein present on the algae cell wall contain the functional groups such as hydroxyl, carboxyl, and amino that could be acted as binding sites for heavy metals [3] However, the removal capacity of microalgae is affected by some factors including the characteristic of metal ion, pH, temperature, contact time, the initial level of heavy metal, biomass concentration [7] Application of Chlorella vulgaris for removing heavy metals has been widely investigated It has been reported due to rapid uptake, economic, highly efficient dilution Previous studies have shown that this strain has been proven to remove different Cr ion with high proportion including Cr (III), Cr (VI) by dried biomass of this strain [4], [8]–[10] However, the biosorption capacity of Cr (III) using living biomass of C vulgaris has not been investigated Therefore, the aim of this study was to investigate the influence of pH, initial concentration of Cr ion and initial cell density of C vulgaris on heavy metals removal from the solution in the laboratory condition Materials and methods 2.1 Preparation of living biomass The freshwater C vulgaris was provided from Laboratory for Algae Research, The University of Danang – University of Science and Education For activating the microalgae, the cells were inoculated in 500mL Bold Basal Media (BBM) [11] at 25◦C, white LED lights under 12: 12 dark: light cycle until obtaining cell density of approximately 10 cells/ml To prepare living biomass for Cr (III) removal, the cells were harvested by centrifugation (Hettich, model EBA 20) at speed of 4000 rpm for 10 minutes 2.2 Batch experiments for Cr (III) removal To carry out batch experiments to remove Cr (III), the working volume of all culture (BBM) was 250 ml which need to be added solution Cr (NO3)3 (Merck company) Three factors including pH, initial cell density and initial concentration of Cr (NO3)3 were investigated The different pH including 2.0, 3.0 and 4.0 of the culture medium containing 100 mg/L of Cr (NO3)3 and 2.5 x 106 cells/ml was adjusted The selected pH from previous experiment and 100 mg/L of Cr (NO3)3 with various cells density including 0.5, 2.5 and 4.5 x 10 cells/ml was carried out to evaluate the suitable initial density of C vulgaris on Cr sorption To improve removal capacity Cr (III) of the microalgae, different initial concentrations of Cr (NO3)3 were carried out at 50, 100, and 150mg/L with selected pH and initial cell density 2.3 Quantitative analysis Efficiency of Cr (III) removal Samples were 2ml of the culture fermentation collected from each flask by the time, then centrifuged at 10000 rpm for 10 minutes to obtain supernatant which was diluted by 10 times The residual chromium level was determined by an atomic absorption spectrometer (Anlytik Jena, model ZEEnit 700P700P) The efficiency of Cr (III) removal was calculated using the following equation: Metal ion removal (%) = 100*(C0 – Ce)/C0 Where: C0: initial metal ion concention, mg/L Ce: ion concentration after treatment Data analysis All experiments were conducted in triplicates The descriptive statistic and Anova were calculated by using SPSS software ver.18 Results and discussions 3.1 Influence of pH on Cr (III) removal capatiy of C vulgaris The results of effect of pH on bioremoval of C vulgaris were observed in the Figure which showed that the removal yield TẠP CHÍ KHOA HỌC & GIÁO DỤC - SỐ X(XZ) - 2020 rose significantly rose by the time until 48 hours and then decreased dramatically to 120 hours There was significant difference between different pH, the Cr (III) biosorption of C vulgaris rose by increasing pH from 2.0 to 4.0 The highest yield of Cr (III) removal was recorded after 48 hours of exposure to Cr (III) with 60.69 mg/L (pH = 4), followed by 53.60 mg/L (pH = 3) and 31.26mg/L (pH = 2) respectively This can be explained that low pH would influence the active sites of the cell wall associated with protons, preventing the approach of metal cations Therefore, as the pH increases, algal cells would have a net negative charge due to the number of biochemical compounds on cell wall (structural polysaccharides, phosphate and amino groups of nucleic acids, amino and carboxyl groups of proteins and hydroxyl groups of polysaccharides) that are transferred by negative charges rises [6], [12] This leads to electrostatic attractions between positively charged cations chromium and negatively charged binding sites on the cell surface, hence the rapid increase binding efficiency from pH 2.0 to 4.0 However, figure also showed that a sudden decrease in the efficiency of C vulgaris cells after 48 hours of exposure to Cr (III) due to a high Cr concentration of 100ppm, which was considered toxic to C vulgaris cells The efficiency reduction could be a consequence of metal interference with metabolic processes associated with normal development, especially protein synthesis and various photosynthetic processes like chlorophyll biosynthesis, leading to the breakdown of photosynthesis [13], [14] On the 48 hours of exposure, deaths of algae were observed Figure 1: The efficiency of Cr (III) removal at different pH levels 3.2 Influence of initial cell density on Cr (III) removal capatiy of C vulgaris The cell density varying at 0.5, 2.5 and 4.5 x 106 cells/ml were used to study on the effect of initial cell density of the microalgae on the bioremoval capacity of Cr (III) The obtained results in Figure indicated that cethe percentage of Cr ion uptake increased significantly from 0.5 to 4.5 x 10 cells/mL, the highest amount of metal uptake was recorded after 48 hours contacting at 4.5, 2.5 and 0.5 (x 106) cells, making up 71.18 mg/mL, 64.01 mg/mL and 48.84 mg/ml, respectively After reaching the peak, the proportion of Cr ion removal decreased with increasing time contact to 120 hours This can be explained that the higher biomass would result in increasing binding sites from metal ions which leads tohigher metal removal Figure 2: The efficiency of Cr (III) removal at different cell density 3.3 Influence of initial concentration of Cr (III) on Cr (III) removal capatiy of C vulgaris The different initial Cr (III) ion concentrations remarkably influenced the metal removal efficiency of C vulgaris as shown in Figure which indicated that the initial Cr (III) level of 100 mg/mL was the most suitable for the microalgae TẠP CHÍ KHOA HỌC & GIÁO DỤC - SỐ X(XZ) - 2020 vulgaris cells were inhibited which results in decreased binding of cation [6], [14], [15] Conclusions Figure 3: The efficiency of Cr (III) removal at different initial Cr concentration There were significant differences (P