4. Bố cục luận văn
3.1.Ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý Cr của vi tảo C.vulgaris
Qua kết quả thí nghiệm đánh giá sự ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý Cr của vi tảo C.vulgaris thông qua hiệu suất xử lý (bảng 3.1) cho thấy rằng có sự khác biệt có ý nghĩa về mặt thống kê ở các mức pH khác nhau trong việc xử lý kim loại Cr của vi tảo C.vulgaris với p-value= 0,000060 < 0,01. Hơn nữa, đánh giá thông qua phân tích ANOVA 2 yếu tố (bảng 3.2) với α=0,01 cũng cho thấy cả 2 yếu tố là thời gian và pH đều có sự ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý kim loại nặng Cr trong vi tảo C.vulgaris.
Bảng 3.1. Hiệu suất xử lý Cr ở các mức pH khác nhau
Thời gian (h) Hiệu suất xử lý Cr (%) pH= 5 pH= 6 pH= 7 p-value 24 34,13 ± 1,48 47,77 ± 1,67 8,12 ± 5,61 0,000079< 0,01 48 43,40 ± 1,53 59,63 ± 1,33 25,03 ± 3,10 0,000011< 0,01 72 49,24 ± 2,50 72,98 ± 2,69 43,30 ± 2,58 0,000060< 0,01 96 9,29 ± 2,73 40,81 ± 4,60 36,31 ± 5,03 0,000613< 0,01 120 3,24 ± 2,25 29,81 ± 2,13 17,94 ± 4,43 0,000442< 0,01
Bảng 3.2. Kết quả phân tích ANOVA hai yếu tố (pH, thời gian) đối với hiệu suất
xử lý Cr trong vi tảo Chlorella vulgaris
Source of Variation SS df MS F P-value F crit
pH 5467,277 8 683,4096 6,225583 7,37x10-05 3,126746 Time 7677,792 4 1919,448 17,48539 1,06x10-07 3,969477 Error 3512,781 32 109,7744
Total 16657,85 44
Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng yếu tố pH và thời gian đều có sự ảnh hưởng đối với hiệu suất xử lý Cr của vi tảo C. vulgaris thông qua mô hình đáp ứng bề mặt (hình 3.1), mô hình có ý nghĩa thống kê (p-value= 0,33x10-14 <0,01, R2= 0,8341)
Nhìn chung, hiệu suất xử lý của tất cả các mức pH tăng dần đến 72h xử lý và đạt cực đại tại thời điểm 72h với hiệu suất đối với pH=5, pH=6, pH=7 lần lượt là 49,24%, 72,98%, 43,30%. Sau 72h, khả năng hấp thụ đạt trạng thái bão hòa, hiệu suất hấp thụ không còn đáng kể và có xu hướng giảm xuống ở tất cả các mức pH, chỉ còn
3,24% (pH=5), 29,81% (pH=6), 17,94% (pH=7) tại mốc thời gian 120h. Qua đó cho thấy 72h là khoảng thời gian tối ưu để vi tảo C.vulgaris hấp thụ Cr kể cả trong các điều kiện pH khác nhau.
Hình 3.1. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý Cr vi tảo C.vulgaris
Tại thời điểm 72h, kết quả cho thấy pH 6 cho hiệu suất xử lý cao nhất (72,98%) so với các mức pH còn lại (43,3% - 49,24%).
Kết quả sự ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý Cr của vi tảo C.vulgaris
thông qua hiệu quả hấp phụ bề mặt (bảng 3.3) cho thấy có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê đối với các mức pH tại các khoảng thời gian xử lý khác nhau với p-value 6,67x10-5<0,01.
Bảng 3.3. Khối lượng Crom được hấp phụ trên 1dm2 bề mặt tảo ở các môi trường pH khác nhau
Thời gian (h)
Khối lượng Crom được hấp phụ trên 1dm2 bề mặt tảo (mg/dm2)
pH= 5 pH= 6 pH= 7 p-value 24 7,38 ± 0,32 7,29 ± 0,25 1,18 ± 0,82 3,24x10-5 < 0,01 48 9,38 ± 0,33 9,1 ± 0,2 3,63 ± 0,45 4,53x10-6< 0,01 72 10,64 ± 0,54 11,13 ± 0,41 6,29 ± 0,38 6,67x10-5< 0,01 96 2,01 ± 0,6 6,23 ± 0,7 5,27 ± 0,49 0.00187< 0,01 120 0,7 ± 0,49 4,55 ± 0,32 2,60 ± 0,64 0,796x10-3< 0,01
Thông qua mô hình đáp ứng bề mặt được xây dựng dựa trên sự ảnh hưởng của hai yếu tố thời gian và pH đến hiệu quả hấp phụ Cr trên bề mặt tảo cho thấy pH và thời gian đều có ảnh hưởng đến hiệu quả hấp phụ Cr của vi tảo C.vulgaris. mô hình có ý nghĩa thống kê với p-value =0,18x10-11<0,01;R2= 0,836 (hình 3.2).
Hình 3.2. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả hấp phụ Cr trên bề mặt vi tảo
C.vulgaris
Từ kết quả nghiên cứu có thể thấy hiệu quả hấp phụ Cr trên bề mặt vi tảo
C.vulgaris có kết quả khá tương đồng với hiệu suất xử lý. Khả năng hấp thụ trên bề mặt tăng dần và đạt cao nhất ở 72h tại các mức pH 5, pH6, pH7 lần lượt là 10,64 mg/dm2; 11,13 mg/dm2; 6,29 mg/dm2. Sau 72h khối lượng Cr được hấp phụ giảm dần còn 0,7 mg/dm2 (pH 5); 4,55 mg/dm2 (pH 6); 2,6 mg/dm2 (pH 7) tại mốc thời gian 120h. Từ đó có thể thấy trong môi trường pH=6 hiệu quả hấp phụ Cr trên bề mặt vi tảo
C.vulgaris là tốt nhất và đạt hiệu quả cao nhất vào khoảng thời gian 72h xử lý.
Các đánh giá trên có thể được giải thích bởi khả năng hấp phụ Cr6+ của vi tảo
C.vulgaris phụ thuộc vào nồng độ H+ có trong môi trường. Ở pH thấp các nhóm chức liên kết với các ion H+ (vì ion H+ linh động hơn so với các cation Cr6+) do đó làm cản trở các cation Cr6+ liên kết. Mặt khác, khi pH thấp thành tế bào liên kết chặt chẽ với các ion H3O+ tạo ra lực đẩy làm hạn chế sự liên kết của các cation Cr6+. Còn khi pH tăng lên các nhóm chức như carboxyl, phosphate, imidazole, amino,… những nhóm này tích điện âm sẽ hút các cation Cr6+ thông qua quá trình hấp phụ sinh học trên bề
mặt tế bào [25], [38]. Tuy nhiên nếu pH tăng lên cao, môi trường có tính bazo nhiều hơn, các ion OH- có mặt nhiều làm cản trở quá trình khuếch tán của ion Cr6+ vào môi trường từ đó làm giảm hiệu quả hấp thụ và các ion kim loại phản ứng với ion OH- dẫn đến kết tủa làm mất đi lượng kim loại tự do khiến cho tảo không hấp thụ được[39]. Hiệu suất xử lý Cr giảm sau 72h là vì lúc này các cation Cr6+ liên kết với vi tảo trong quá trình hấp phụ sẽ gây độc làm chết các tế bào, dẫn đến giải phóng các cation Cr6+
trở lại môi trường.
So sánh với nghiên cứu của Bishnoi (2004) trên vi tảo Spirogyra ở mức pH từ 1.0 đến 10.0. Cho thấy sự gia tăng hiệu suất loại bỏ kim loại khi giá trị pH tăng từ 31% đến 86% [73]. Hơn nữa, khi pH tăng thì sẽ nâng cao khả năng liên kết của KLN (Cu, Cd, Zn) của vi tảo Chroococcus paris [37].
3.2. Ảnh hưởng của mật độ tế bào vi tảo C.vulgaris đến khả năng xử lý Cr (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đối với thí nghiệm về mật độ tế bào vi tảo C.vulgaris được tiến hành trên 03 mật độ khác nhau là 5x106 tb/ml, 10x106 tb/ml và 15x106 tb/ml. Kết quả cho thấy có sự khác biệt có ý nghĩa về mặt thống kê của vi tảo C.vulgaris ở các mật độ khác nhau trong quá trình hấp phụ Cr với p-value = 1,06x10-6< 0,05 (bảng 3.4).
Bảng 3.4. Hiệu suất xử lý Cr ở các mật độ tế bào vi tảo C.vulgaris khác nhau
Thời gian (h) Hiệu suất xử lý Cr (%) 5x106 (tb/ml) 10 x106 (tb/ml) 15 x106 (tb/ml) p-value 24 38,57 ± 0,39 34,82 ± 5,06 62,16 ± 0,51 0,000174 < 0,01 48 67,55 ± 4,99 69,20 ± 1,90 79,71 ± 4,47 0,045947 < 0,01 72 70,02 ± 1,42 76,81 ± 0,72 93,59 ± 0,70 1,06x10-06 < 0,01 96 17,00 ± 1,15 17,06 ± 3,08 37,97 ± 0,77 5,28x10-05 < 0,01 120 9,14 ± 1,23 11,08 ± 0,74 13,08 ± 1,02 0,023235 < 0,01
Cùng với đó, kết quả phân tích ANOVA đối với 2 yếu tố mật độ và thời gian với α=0,01( bảng 3.5) cũng cho thấy 2 yếu tố này đều có sự ảnh hưởng đối với hiệu xuất xử lý kim loại Cr của vi tảo C.vulgaris.
Bảng 3.5. Kết quả phân tích ANOVA hai yếu tố (mật độ, thời gian) đối với hiệu
suất xử lý kim loại nặng Cr trong vi tảo C.vulgaris
Source of
Variation SS df MS F P-value F crit
Density 2670,12 8 333,7649 11,03583 2,57x10-07 3,126746 Time 31951,81 4 7987,952 264,119 5,15x10-24 3,969477 Error 967,8005 32 30,24377
Kết quả nghiên cứu đã chứng minh rằng hai yếu tố thời gian và mật độ tảo
C.vulgaris có sự ảnh hưởng đến hiệu xuất xử lý Cr của vi tảo dựa vào mô hình đáp ứng bề mặt (hình 3.3)(với p-value = 0,000<0,01). Từ mô hình thấy được hiệu suất xử lý của tất cả các mật độ đều tăng dần đến 72h và đạt cực đại tại 72h. Tại thời điểm này hiệu suất cao nhất tại mật độ 15 triệu tế bào/ml (93,59%) tiếp đến là 10 triệu tế bào/ml (76,81%) và thấp nhất tại mật độ 5 triệu tế bào/ml (70,02%). Trong quá trình xử lý tại tất cả các khoảng thời gian, mật độ tảo 15 triệu tế bào/ml luôn cho hiệu suất cao hơn hẳn so với các mật độ còn lại, ở hai mật độ còn lại có hiệu suất gần xấp xỉ nhau ở các khoảng thời gian. Sau thời gian 72h hiệu suất hấp thụ tại tất cả các mật độ đều giảm nhanh chóng, đến 120h hiệu suất còn rất thấp: 9,14% đối với mật độ 5x106 tb/ml; 11,08% đối với mật độ 10x106tb/ml và 13,08% đối với mật độ 15x106 tb/ml. Từ đó cho thấy 72h là ngưỡng thời gian tối ưu cho quá trình xử lý ở tất cả các mật độ khác nhau.
Hình 3.3. Ảnh hưởng của mật độ tế bào vi tảo C.vulgaris
đến hiệu suất xử lý Crom
Đối với kết quả của sự ảnh hưởng của mật độ tảo đến hiệu quả hấp phụ Cr trên bề mặt của vi tảo cho thấy sự khác biệt có ý nghĩa với p-value= 1,72x10-8< 0,01 về hiệu quả hấp phụ bề mặt ở các mật độ tảo C.vulgaris khác nhau.
Bảng 3.6. Khối lượng Crom được hấp phụ trên 1dm2 bề mặt tảo tại các mật độ
tảo C.vulgaris khác nhau
Thời gian (h)
Khối lượng Crom được hấp phụ trên 1dm2 bề mặt tảo (mg/dm2) 5 triệu tb/ml 10 triệu tb/ml 15 triệu tb/ml p-value
24 17,2 ± 0,55 7,76 ± 0,64 9.24 ± 0,34 1,51x10-5< 0,01 48 30,12 ± 0,28 15,43 ± 0,25 11,85 ± 0,13 2,42x10-5< 0,01
72 31,22 ± 0,27 17,12 ± 0,21 13,9 ± 0,07 1,72x10-8< 0,01
96 7,58 ± 0,76 3,8 ± 0,73 5,64 ± 0,57 0,854x10-3< 0,01 120 4,08 ± 0,8 2,47 ± 0,79 1,94 ± 0,77 0,002< 0,01
Từ kết quả nghiên cứu có thể thấy rằng yếu tố thời gian và mật độ tảo có sự ảnh hưởng đến hiệu quả hấp phụ Cr trên bề mặt vi tảo C.vulgaris dựa trên mô hình đáp ứng bề mặt về hấp phụ Cr trên bề mặt tảo C.vulgaris dưới sự ảnh hưởng của yếu tố thời gian và mật độ (hình 3.3) có ý nghĩa thống kê (p-value= 0,000< 0,01; R2= 0,736). Tại thời điểm 72h xử lý hiệu quả hấp phụ là cao nhất cụ thể: 31,22mg/dm2 (5 triệu tb/ml); 17,12 mg/dm2 (10 triệu tb/ml); 13,9mg/dm2 (15 triệu tb/ml). Từ đó cho thấy tại mật độ 5 triệu tế bào/ml hiệu quả hấp phụ bề mặt cao hơn so hẳn so với mật độ 15 triệu tế bào/ml hay 10 triệu tế bào/ml.
Hình 3.4. Ảnh hưởng của mật độ tảo đến hiệu quả hấp phụ Crom trên bề mặt vi
Có thể thấy hiệu suất xử lý Cr được nâng cao khi tăng mật độ tế bào vi tảo
C.vulgaris từ 5x106 tế bào/ml đến 15x106 tế bào/ml. Nguyên nhân là do khi tăng mật độ tế bào sẽ làm tăng diện tích bề mặt hấp phụ các liên kết kim loại có sẵn trên tế bào. Tuy nhiên, hiệu suất xử lý tăng nhưng đối với hiệu quả hấp phụ Cr trên bề mặt của tảo sẽ giảm vì khi mật độ tảo nhiều đồng nghĩa với bề mặt liên kết cũng nhiều, các cation Cr6+ sẽ liên kết với bề mặt tảo nhưng với mật độ thưa hơn khiến cho khối lượng Cr trên một đơn vị diện tích bề mặt tảo giảm. Ngoài ra hiệu suất xử lý kim loại nặng Cr của vi tảo C.vulgaris sẽ giảm nếu mật độ tế bào tảo tăng lên quá cao. Điều này có thể giải thích là do khi mật độ tế bào quá cao làm giảm diện tích bề mặt cho sự hấp phụ là vì khoảng cách giữa các vị trí hấp phụ trên bề mặt vi tảo giảm trên cùng một đơn vị thể tích [23,] [70], [73].
So sánh với nghiên cứu của Bishnoi (2004) cho thấy hiệu suất xử lý kim loại Cu cao nhất đạt 85% khi sử dụng 0.5g/l sinh khối vi tảo. Tuy nhiên khi tăng khối lượng sinh khối vượt quá 0.5 g/l thì hiệu suất sẽ giảm từ 85% xuống 58% [73]. Vào năm 2003 Roy, Greenlaw và Shane trong nghiên cứu của mình đã chỉ ra rằng việc tăng sinh khối vi tảo Chlorella s.p dẫn đến giảm liên kết Cd trên mỗi đơn vị sinh khối tế bào. Kết quả cho thấy việc hấp thu Cd giảm 91% sau khi tăng sinh khối lên 12 lần [48]. Nghiên cứu của Gong (2005) cũng cho thấy hiệu suất loại bỏ Pb đạt từ 24% với sinh khối 0,1g g/l sẽ tăng đến 84% với sinh khối 2,0 g/l. Tuy nhiên khi sử dụng sinh khối vi tảo vượt quá 2,0 g/l để loại bỏ kim loại nặng thì hiệu suất xử lý bị giảm xuống [3].
3.3. Ảnh hưởng của nồng độ Cr ban đầu đến khả năng xử lý của vi tảo C.vulgaris C.vulgaris
Để đánh giá ảnh hưởng của nồng độ Cr ban đầu đến khả năng xử lý của vi tảo
C.vulgaris, thí nghiệm được tiến hành ở pH 6,0, mật độ tế bào ban đầu là 15x106 tế bào/ml. Nồng độ kim loại được sử dụng ở 03 mức là 50 mg/l, 60mg/l và 70 mg/l. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 3.7. Hiệu suất xử lý Cr ở các nồng độ ban đầu khác nhau
Thời gian (h) Hiệu suất xử lý Cr (%) 50 (mg/l) 60 (mg/l) 70 (mg/l) p-value 24 5,45 ± 1,21 57,39 ± 0,36 55,11 ± 5,61 9,22x10-09 < 0,01 48 6,61 ± 4,03 41,11 ± 3,70 43,10 ± 3,10 4,1x10-05 < 0,01 72 35,87 ± 2,42 70,56 ± 10,91 100 0,000186 < 0,01 96 32,21 ± 4,26 55,33 ± 0,58 54,98 ± 5,03 0,00026 < 0,01 120 0 35,87 ± 3,19 33,49 ± 4,43 3,26x10-06 < 0,01
Từ kết quả bảng 3.7 cho thấy có sự khác biệt có ý nghĩa về thống kê với p-value = 0,000186 < 0,01, khi đánh giá ảnh hưởng của các nồng độ kim loại nặng khác nhau đến khả năng xử lý của vi tảo C.vulgaris. Kết quả phân tích ANOVA với α=0,01 (bảng 3.8) cũng cho thấy 2 yếu tố là thời gian và nồng độ ban đầu Cr đều ảnh hưởng tới khả năng xử lý của vi tảo C.vulgaris.
Bảng 3.8. Kết quả phân tích ANOVA hai yếu tố (nồng độ, thời gian) đối với hiệu
suất xử lý kim loại nặng Cr trong vi tảo C.vulgaris
Source of
Variation SS df MS F P-value F crit
concentration 15219,11 8 1902,389 22,67797 4,01x10-11 3,126746 Time 11285,5 4 2821,375 33,63301 4,81x10-11 3,969477 Error 2684,387 32 83,88709
Total 29189 44
Một mô hình đáp ứng bề mặt được xây dựng tương tự đối với hiệu suất xử lý Cr của vi tảo C.vulgaris dựa trên sự thay đổi của của hai yếu tố là thời gian và nồng độ Cr đầu vào, mô hình có ý nghĩa với p-value= 0,99x10-9<0,001. Mô hình này cho thấy yếu tố thời gian và nồng độ Cr ban đầu đều có ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ Cr của tảo
C.vulgaris.
Hình 3. 5. Ảnh hưởng của nồng độ Cr ban đầu đến hiệu suất xử lý của vi tảo
Có thể thấy hiệu suất hấp phụ đạt giá trị cực đại ở nồng độ 70mg/l với 100% và giảm dần còn 70,56% ở nồng độ 60mg/l, thấp nhất 35,87% ở nồng độ 50mg/l. Đối với nồng độ 70 mg/l, hiệu suất hấp phụ sau 24h đạt tỉ lệ 55,11%, giảm xuống 43,1% sau 48h và đạt giá trị cực đại với 100% tại 72h, tại thời gian 96h thì khả năng xử lý của vi tảo C.vulgaris giảm dần xuống còn 54,98%. Tương tự, khi nồng độ Cr ban đầu 60mg/l và 50mg/l khả năng hấp phụ ở 24h đạt 57,39%, 5,45% đạt giá trị cực đại 70,56% và 35,87% ở 72h, sau đó hiệu suất giảm lần ở các mức thời gian tiếp theo. Đến 120h hiệu xuất hấp thụ giảm còn 33,49% ở nồng độ 70mg/L; 35,87% ở nồng độ 60mg/L và 0% tại nồng độ 50mg/L. Cũng cho kết quả tương tự, ngưỡng thời gian 72h là thời gian tối ưu cho thử nghiệm khả năng xử lý Cr của vi tảo C.vulgaris với sự thay đổi của nồng độ Cr đầu vào.
Đối với kết quả về đánh giá ảnh hưởng đồng thời của hai yếu tố là nồng độ ban đầu Cr và thời gian (bảng 3.9) cũng cho thấy sự khác biệt có ý nghĩa (p-value <0,01) về hiệu quả hấp thụ bề mặt ở các nồng độ Cr ban đầu khác nhau.
Bảng 3.9. Khối lượng Crom được hấp phụ trên 1dm2 bề mặt tảo tại các nồng độ Crom ban đầu khác nhau
Thời gian (h)
Khối lượng Crom được hấp thụ trên 1dm2 bề mặt tảo (mg/dm2)
70 mg/L 60 mg/L 50 mg/L p-value 24 9,06 ± 0,29 7,45 ± 0,05 0,61 ± 0,17 6,66x10-9< 0,01