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

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM NGUYỄN THỊ NHƢ Ý ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ ĐỒNG BẰNG VI TẢO CHLORELLA VULGARIS KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đà Nẵng – Năm 2020 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM NGUYỄN THỊ NHƢ Ý ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ ĐỒNG BẰNG VI TẢO CHLORELLA VULGARIS Chuyên ngành: Quản lý tài nguyên môi trường Mã số: 315032161153 NGƯỜI HƯỚNG DẪN ThS Trần Ngọc Sơn Đà Nẵng – Năm 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu khóa luận trung thực chưa công bố cơng trình khác Đà Nẵng, ngày 21 tháng 04 năm 2020 Tác giả Nguyễn Thị Nhƣ Ý LỜI CẢM ƠN Để hồn thành khóa luận tơi nhận giúp đỡ, hướng dẫn, động viên thầy giáo, gia đình bạn bè Đầu tiên, xin cảm ơn sâu sắc đến ThS Trần Ngọc Sơn, Khoa Sinh – Môi trường, trường Đại học Sư phạm – ĐH Đà Nẵng tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện tốt cho suốt trình thực đề tài Thầy người trực tiếp hướng dẫn tơi hồn thành khóa luận tận tình truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm q báu cho tơi suốt q trình hồn thành khóa luận Thứ hai, Tơi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Sư phạm, Ban chủ nhiệm khoa Sinh – Môi trường quý Thầy giáo, Cô giáo tham gia giảng dạy lớp 16CTM – Trường Đại học Sư phạm - Đại học Đà Nẵng giảng dạy tạo điều kiện học tập cho bốn năm học vừa qua Cho gửi lời chúc sức khỏe đến Thầy cô tập thể lớp 16CTM Lời cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè người thân bên tôi, tạo điều kiện vật chất lẫn tinh thần suốt trình học tập động lực để tơi phấn đấu hồn thành tốt khóa luận Tơi xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, ngày 21 tháng 04 năm 2020 Nguyễn Thị Nhƣ Ý 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 khoa học thực tiễn đề tài 3.1 Ý nghĩa khoa học 3.2 Ý nghĩa thực tiễn CHƢƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan độc chất kim nặng 1.1.1 Độc chất Đồng 2.1 Tình hình nhiễm kim loại nặng giới Việt Nam 2.1.1 Tình hình nhiễm kim loại nặng giới 2.1.2 Tình hình nhiễm kim loại nặng Việt Nam 2.2 Nghiên cứu ứng dụng dụng vi tảo xử lý kim loại nặng 2.2.1 Tình hình nghiên cứu sử dụng vi tảo xử lý kim loại nặng giới 2.2.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng vi tảo xử lý kim loại nặng Việt Nam 2.3 Đặc điểm sinh học tảo Chlorella vulgaris 2.4 Cơ chế loại bỏ kim loại nặng vi tảo 2.5 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình xử lý kim loại nặng 2.5.1 Các yếu tố sinh học ảnh hƣởng đến việc loại bỏ kim loại nặng 2.5.2 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 Bố Trí thí nghiệm 12 2.3.2 Phƣơng pháp thu sinh khối khô tảo C.vulgaris 14 2.3.3 Phƣơng pháp xác định hiệu suất xử lý KLN 14 2.3.4 Phƣơng pháp xác định dung lƣợng hấp phụ 15 2.3.5 Phƣơng pháp hấp phụ đẳng nhiệt 15 2.3.6 Phƣơng pháp phân tích tiêu nhiễm 16 2.3.7 Phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử Atomic Absorbtion Spectrometric (AAS) 17 2.3.8 Kỹ thuật SEM - Scanning Electron Microscope 17 2.3.9 Phƣơng pháp xử lý số liệu 17 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 18 3.1 Ảnh hƣởng sinh khối khô vi tảo C.vulgaris tới hiệu suất xử lý Cu2+ 18 3.2 Ảnh hƣởng pH tới hiệu suất xử lý Cu2+ sinh khối khô vi tảo C.vulgaris 19 3.3 Ảnh hƣởng nồng độ đến khả xử lý Cu2+ sinh khối khô vi tảo C.vulgaris 21 3.4 Hình thái bề mặt vi tảo C.vulgaris 23 3.5 Đánh giá đẳng nhiệt hấp phụ sinh khối khô vi tảo C.vulgaris 24 3.6 Đánh giá khả xử lý KLN Cu2+ vi tảo C.vulgaris nƣớc thải làng nghề đúc đồng 26 CHƢƠNG KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 28 4.1 Kết luận 28 4.2 Kiến nghị 28 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 29 PHỤ LỤC 33 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Ag Al As Ca Cd Co Cr Cu Fe Hg K KLN Mn Mo Ni Pb Se Sn Sn V Zn TCVN IAEA C.vulgaris : Bạc : Nhôm : Asen : Canxi : Cadimi : Coban : Crom : Đồng : Sắt : Thủy ngân : Kali : Kim loại nặng : Mangan : Molypden : Niken : Chì : Selen : Thiếc : Stronti : Vanadi : Kẽm : Tiêu chuẩn Việt Nam : Cơ quan lượng nguyên tử quốc tế : Chlorella vulgaris DANH MỤC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang Bảng 2.1 Mức độ phù hợp mơ hình Langmuir dựa giá trị tham số RL 15 Bảng 2.2 Mức độ phù hợp mơ hình Freundlich dựa giá trị tham số n 16 Bảng 2.3 Phương pháp phân tích tiêu nhiễm 16 Bảng 3.1 Hiệu suất xử lý Cu khối lượng vi tảo C.vulgaris khác 18 Bảng 3.2 Hiệu suất xử lý Cu pH khác 20 Bảng 3.3 Hiệu suất xử lý Cu nồng độ ban đầu khác 21 Bảng 3.4 Giá trị tham số RL trình hấp phụ ion kim loại Cu2+ tảo C.vulgaris nồng độ ban đầu 25 Bảng 3.5 Thông số động học vi tảo C.vulgaris hấp phụ Cu2+ theo Langmui Freundlich 26 Bảng 3.6 phân tích thành phần nước thải làng nghề đúc đồng Phước Kiều 27 DANH MỤC HÌNH ẢNH Số hiệu hình ảnh Tên hình ảnh Trang Hình 1.1 Vi tảo C.vulgaris kính hiển vi Hình 3.1 Ảnh hưởng khối lượng vi tảo C.vulgaris đến khả xử lý Cu2+ 18 Hình 3.2 Ảnh hưởng pH đến khả xử lý Cu2+ vi tảo C.vulgaris 20 Hình 3.3 Ảnh hưởng nồng độ Cu ban đầu đến khả xử lý vi tảo C.vulgaris 22 Hình 3.4 SEM vi tảo C.vulgaris sau hấp phụ ion Cu2+ 23 Hình 3.5 Phân tích ngun tố vi tảo C.vulgaris sau trình xử lý 23 Hình 3.6 Đồ thị đẳng nhiệt hấp phụ Cu2+ theo mơ hình Langmuir 24 Hình 3.7 Đồ thị đẳng nhiệt hấp phụ Cu2+ theo mơ hình Freundlich 25 Hình 3.8 Khả xử lý Cu nước thải làng nghề đúc đồng Phước Kiều vi tảo C.vulgaris 27 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Cùng với phát triển mạnh mẽ khu công nghiệp tăng nhanh hàm lượng kim loại nặng nguồn nước thải làm ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe người hệ sinh thái Cũng tất kim loại nặng, đồng ion kim loại độc hại nồng độ cao Trong thể, chúng không bị chuyển hóa, mà chuyển từ phận sang phận khác, bị đào thải qua đường tiết tích tụ lại số quan với hàm lượng tăng dần theo thời gian tiếp xúc [1] Do đó, vấn đề loại bỏ kim loại nặng từ nước thải nước thải công nghiệp trở thành vấn đề quan trọng để trì chất lượng nước Hiện có nhiều phương pháp nghiên cứu để tách ion kim loại khỏi dung dịch nước như: kết tủa hoá học, chiết dung môi, trao đổi ion, thẩm thấu ngược, hấp phụ…[2], [3] Trong xử lý sinh học phương pháp áp dụng rộng rãi cho hiệu xử lý cao Trong số nhiều loại vi sinh vật sử dụng để loại bỏ kim loại nặng mơi trường nước, chủng tảo Chlorella vulgaris có tiềm cao [4], [5] Với ưu điểm giá thành thấp, hiệu cao thời gian xử lý ngắn mà tảo mang lại kết hợp với phương pháp xử lý sinh học áp dụng rộng rãi cho kết khả quan Trên giới có nhiều nghiên cứu sử dụng tảo khô cho vấn đề xử lý kim loại nặng đạt thành công định Bishnoi (2004) cho thấy hiệu suất xử lý kim loại Cu cao đạt 85% sử dụng 0,5g/l sinh khối vi tảo Tuy nhiên tăng khối lượng sinh khối vượt 0,5 g/l hiệu suất giảm từ 85% xuống 58% [6] Theo nghiên cứu Mehta (2001) hấp phụ tối đa Ni Cu xảy pH 5,5 3,5 tương ứng, tế bào khô cho thấy tiềm hấp thụ kim loại lớn tế bào tươi, loại bỏ tối đa Ni Cu, 93 96% nồng độ 2,5 mg/l Vì C.vulgaris có tiềm lớn để loại bỏ Ni Cu đặc biệt nồng độ kim loại mức thấp môi trường bên [7] Tại Việt Nam, việc nghiên cứu sử dụng sinh khối khô vi tảo C.vulgaris chưa áp dụng để xử lý KLN với tiềm xử lý cao mà vi tảo C.vlgaris mang lại hiệu để xử lý nhiễm KLN môi trường nước đặt biệt kim loại đồng Vì vậy, tơi định chọn đề tài “Đánh giá khả xử lý đồng vi tảo Chlorella vulgaris ” 21 Kết bảng 3.2 hình 3.2 cho thấy khác biệt có ý nghĩa mặt thống kê sinh khối khô vi tảo C.vulgaris pH khác trình xử lý cu2+ với giá trị P-Value= 0,000 < 0,01 Kết hình 3.2 cho thấy hiệu suất xử lý kim loại sinh khối tảo phụ thuộc vào pH Khi pH tăng nhanh từ đến 4,5 hiệu suất xử lý tăng đạt cân (100%) giá trị pH 4.5 đồng thời điểm pH 7,0 đạt 98,53 % pH 2,0 đạt 93,54% Tại giá trị pH thấp, nồng độ ion H+ dung dịch tương đối cao xảy cạnh tranh ion H+ Cu2+ trung tâm hấp phụ làm hạn chế tiếp cận cation lực tương tác đẩy làm giảm khả xử lý Cu2+ sinh khối tảo [47] Khi tăng pH đến 7,0 ion Cu2+ bắt đầu kết tủa dạng Cu(OH)2 góp phần làm tăng khả loại bỏ Cu2+ dung dịch so với pH 2,0 Mặc khác pH thấp thành tế bào liên kết chặt chẽ với ion H3O+ tạo lực đẩy làm hạn chế liên kết cation Cu2+ Khi pH tăng lên nhóm chức carboxyl, phosphate, imidazole, amino,… nhóm tích điện âm hút cation Cu2+ thơng qua q trình hấp phụ sinh học bề mặt tế bào [30], [48] 3.3 Ảnh hƣởng nồng độ đến khả xử lý Cu2+ sinh khối khô vi tảo C.vulgaris Để lựa chọn nồng độ tốt cho khả bỏ ion Cu2+ khảo sát tiến hành với nồng độ thay đổi từ 3, 15, 45 mg/l pH 4,5 lượng sinh khối tảo 1,6 g/l thời gian khảo sát từ 10 đến 120 phút Kết bảng 3.3 hình 3.3 cho thấy khác biệt có ý nghĩa mặt thống kê sinh khối khô vi tảo C.vulgaris nồng độ khác trình xử lý Cu2+ với giá trị P-Value = 0,000 < 0,01 Bảng 3.3 Hiệu suất xử lý Cu nồng độ ban đầu khác Thời Hiệu suất xử lý Cu (%) gian mg/L 15 mg/L 45 mg/L p-value 10 phút 93,31±0,554 87,88±0,104 94,92±0,611 0,000022