Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion kim loại nặng Cu2+ và Ni2+ của các giống Aspergillus niger...

LÔØI CAÛM ÔN

Ñeå hoaøn thaønh toát luaän vaên naøy toâi ñaõ ñöôïc söï giuùp ñôõ cuûa moïi ngöôøi.

Tröôùc tieân con xin caûm ôn boá meï, ngöôøi luoân luoân giuùp ñôõ vaø taïo moïi ñieàu kieän toát nhaát ñeå con hoaøn thaønh toát vieäc hoïc taäp treân giaûng ñöôøng ñaïi hoïc. Ngöôøi luoân ñoäng vieân, an uûi, luoân beân con khi con caàn lôøi khuyeân hay khi con vaáp ngaõ.

Em xin caûm ôn taát caû caùc Thaày Coâ trong khoa Moâi Tröôøng - Tröôøng Ñaïi Hoïc Baùch Khoa ñaõ taän tình chæ daïy, cho em nhöõng kieán thöùc boå ích trong suoát thôøi gian hoïc taäp. Ñaëc bieät, em xin chaân thaønh caûm ôn Th.S Ñaëng Vuõ Bích Haïnh ñaõ höôùng daãn em taän tình trong suoát quaù trình thöïc hieän luaän vaên naøy.

Em xin caûm ôn quyù Thaày Coâ phaûn bieän ñaõ daønh thôøi gian quan taâm ñeán luaän vaên naøy.

Xin caûm ôn taäp theå lôùp Kyõ thuaät Moâi tröôøng khoùa 2002 ñaõ cho toâi nhöõng ngaøy khoù queân. Ñaëc bieät, caùc baïn sinh vieân cuøng laøm vieäc trong Phoøng thí nghieäm Khoa Moâi tröôøng ñaõ giuùp ñôõ toâi raát nhieàu .

i

TOÙM TAÉT LUAÄN VAÊN Hieän nay, vaán ñeà oâ nhieãm KLN ñang ngaøy caøng cuøng vôùi söï phaùt trieån cuûa neàn coâng nghieäp hieän ñaïi, ñaëc bieät laø trong nöôùc oâ nhieãm. Caùc phöông phaùp xöû lyù KLN baèng bieän phaùp hoaù lyù thöôøng coù chi phí cao vaø khoâng xöû lyù hieäu quaû khi noàng ñoä caùc ion KLN oâ nhieãm ôû möùc thaáp. Ñeà taøi naøy seõ goùp phaàn xaây döïng neân moät loaïi vaät lieäu haáp phuï sinh hoïc môùi vaø reû tieàn, öùng duïng ñeå xöû lyù KLN trong nöôùc, ñoù laø naám moác.

Vôùi ñoái töôïng nghieân cöùu laø ion Ni2+ vaø Cu2+, luaän vaên naøy ñaõ nghieân cöùu ñöôïc moät soá keát quaû sau : • Thôøi gian thu sinh khoái naám moác hieäu quaû laø 7 ngaøy vaø sinh khoái Aspergillus spp. coù löôïng sinh khoái taêng tröôûng cao nhaát.

• Gioáng naám moác coù khaû naêng haáp phuï ion Ni2+ vaø Cu2+ cao nhaát trong 5 gioáng Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Mucor hiemalis, Penicillium citrium, Trichoderma lignorum laø gioáng Aspergillus niger.

• Phöông phaùp xöû lyù sinh khoái baèng boät giaët laøm gia taêng ñaùng keå hieäu quaû haáp phuï vaø baát hoaït sinh khoái Asp.niger.

• Quaù trình haáp phuï ñaït ñöôïc hieäu quaû cao nhaát taïi möùc pH = 5 ñoái vôùi ion Ni2+ vaø pH = 6 ñoái vôùi ion Cu2+.

• Ôû noàng ñoä 10 mg/l, pH hieäu quaû, hieäu quaû cuûa quaù trình haáp phuï ñaït treân 90% ñoái vôùi ion Cu2+ vaø 80% ion Ni2+. Khi noàng ñoä ion Ni2+ vaø Cu2+ caøng cao thì hieäu quaû haáp phuï caøng thaáp vaø khi noàng ñoä töø ion Ni2+ vaø Cu2+ töø 200 mg/l trôû leân thì hieäu quaû haáp phuï seõ thaáp hôn 10%.

• Biofilm Asp.niger dai vaø loïc ñöôïc ion Ni2+ hieäu quaû (59% ñoái vôùi biofilm 1 lôùp vaø 87% ñoái vôùi biofilm 2 lôùp, ôû noàng ñoä 50mg/l), toác ñoä loïc ñaït ñöôïc laø 0.133 ml/s öùng vôùi dieän tích beà maët laø 9.62cm2.

• Asp.niger coù theå söû duïng keát hôïp vôùi rôm ñeå gia taêng hieäu quaû haáp phuï vaø ñoàng thôøi söû duïng rôm laøm giaù theå loïc.

ii

MUÏC LUÏC

LÔØI CAÙM ÔN ...................................................................................................... i TOÙM TAÉT LUAÄN VAÊN ..................................................................................... ii MUÏC LUÏC ......................................................................................................... iii DANH SAÙCH BAÛNG ....................................................................................... xii DANH SAÙCH HÌNH ....................................................................................... xiii KYÙ HIEÄU VIEÁT TAÉT ...................................................................................... xv

PHAÀN 1 : GIÔÙI THIEÄU Chöông 1 : MÔÛ ÑAÀU ......................................................................................... 1 1.1 Muïc tieâu nghieân cöùu ...............................................................................................2 1.2 Phaïm vi nghieân cöùu ................................................................................................2 1.3 Ñoái töôïng nghieân cöùu .............................................................................................2 1.4 Noäi dung nghieân cöùu ..............................................................................................2

PHAÀN 2 : TOÅNG QUAN Chöông 2 : KIM LOAÏI NAËNG .....................................................................................4 2.1 Khaùi nieäm ...............................................................................................................4 2.1.1 Tính chaát hoaù lyù cuûa ñoàng (Cu) .....................................................................4 2.1.2 Tính chaát hoaù lyù cuûa nikel (Ni) .......................................................................6

iii

2.2 Nguoàn goác gaây oâ nhieãm KLN ................................................................................6 2.2.1 Töø caùc hoaït ñoäng coâng nghieäp .......................................................................6 2.2.2 Töø caùc hoaït ñoäng coâng nghieäp khai thaùc kim loaïi ................................... 7 2.2.2.1 Chu trình kim loaïi coâng nghieäp ..............................................................7 2.2.2.2 OÂ nhieãm KLN töø chaát thaûi khai thaùc moû ...............................................7

2.2.2.3 Caùc loø naáu kim loaïi .................................................................... 8 2.2.3 Töø caùc chaát tröø saâu voâ cô ................................................................................8 2.2.4 Töø buøn coáng raõnh ............................................................................................9 2.3 Caùc taùc ñoäng cuûa vieäc oâ nhieãm KLN .....................................................................9 2.3.1 Taùc haïi cuûa ñoàng (Cu) ................................................................................10 2.3.2 Taùc haïi cuûa nikel (Ni) ..................................................................................10 2.3.3 Taùc haïi cuûa moät soá KLN quan troïng khaùc nhö thuyû ngaân, cadimi, asen, chì, croâm .............................................................................................................................10

Chöông 3 : CAÙC PHÖÔNG PHAÙP XÖÛ LYÙ KLN........................................... 12 3.1 Caùc phöông phaùp hoaù lyù .......................................................................................12 3.1.1 Phöông phaùp haáp phuï ...................................................................................12 3.1.2 Trao ñoåi ion ..................................................................................................13 3.1.3 Caùc quaù trình taùch baèng maøng .....................................................................14 3.1.3.1 Thaåm thaáu ngöôïc (maøng RO) ..............................................................14 3.1.3.2 Ñieän thaåm taùch ....................................................................................14 3.1.4 Phöông phaùp keát tuûa hoùa hoïc ........................................................................15 iv

3.2 Caùc phöông phaùp sinh hoïc ....................................................................................15 3.2.1. ÖÙng duïng thöïc vaät trong xöû lyù KLN trong nöôùc ..........................................16 3.2.2 ÖÙng duïng vi sinh vaät trong xöû lyù KLN trong nöôùc .......................................17 3.2.2.1 Taûo........................................................................................................17 3.2.2.2 Naám moác .............................................................................................17

Chöông 4 : NAÁM MOÁC .................................................................................... 21 4.1 Caáu taïo teá baøo naám moác ......................................................................................21 4.1.1 Maøng baûo veä (cell wall) ...............................................................................22 4.1.2 Maøng sinh chaát (cell membrane) .................................................................23 4.1.2.1 Lôùp lipid keùp .......................................................................................23 4.1.2.2 Caùc protein cuûa maøng sinh chaát ..........................................................25 4.1.2.3 Carbonhydrat cuûa maøng ......................................................................27 4.1.2.4 Tính khoâng ñoái xöùng cuûa maøng sinh chaát ............................................27 4.1.3 Baøo töông (cytoplasm) .................................................................................28 4.1.4 Nhaân teá baøo (nucleus) ..................................................................................28 4.2 Toång quan moät soá gioáng naám moác .......................................................................29 4.2.1 Aspergillus spp. .............................................................................................29 4.2.1.1 Phaân loaïi ..............................................................................................29 4.2.1.2 Hình thöùc sinh saûn ...............................................................................30 4.2.1.3 Ñaëc ñieåm caáu taïo cuûa Aspergillus niger ..............................................31

v

4.2.1.4 Ñaëc ñieåm caáu taïo cuûa Aspergillus oryzae .............................................31 4.2.2 Mucor spp. .....................................................................................................31 4.2.2.1 Phaân loaïi ..............................................................................................31 4.2.2.2 Hình thöùc sinh saûn ................................................................................32 4.2.2.3 Ñaëc ñieåm caáu taïo cuûa Mucor hiemalis .................................................32 4.2.3 Penicillium spp. .............................................................................................33 4.2.3.1 Phaân loaïi ..............................................................................................33 4.2.3.2 Hình thöùc sinh saûn ................................................................................33 4.2.3.3 Ñaëc ñieåm caáu taïo cuûa Penicillium citrium ............................................34 4.2.4 Trichoderma spp. ...........................................................................................34 4.2.4.1 Phaân loaïi ..............................................................................................34 4.2.4.2 Hình thöùc sinh saûn ................................................................................35 4.2.4.3 Ñaëc ñieåm caáu taïo cuûa Trichoderma lignorum ......................................35

Chöông 5 : CÔ SÔÛ LYÙ THUYEÁT CUÛA QUAÙ TRÌNH XÖÛ LYÙ KLN BAÈNG PHÖÔNG PHAÙP SINH HOÏC .......................................................................... 36 5.1 Cô cheá thuï ñoäng ..................................................................................................36 5.1.1 Quùa trình trao ñoåi ion ...................................................................................36 5.1.2 Quùa trình haáp phuï ....................................................................................37 5.2 Cô cheá chuû ñoäng ...................................................................................................38 5.2.1 Cô cheá vaän chuyeån vaät chaát qua maøng teá baøo .............................................38 5.2.1.1 Ñaëc ñieåm chung ...................................................................................38 vi

5.2.1.2 Tính thaám cuûa maøng sinh chaát .............................................................40 a. Tính thaám cuûa lôùp lipid keùp ..................................................................40 b. Caùc phaân töû protein vaän chuyeån ...........................................................40 5.2.1.2 Söï vaän chuyeån caùc phaân töû nhoû qua maøng sinh chaát ...........................42 a. Khueách taùn ñôn thuaàn ...........................................................................42 b. Khueách taùn trung gian ...........................................................................43 c. Vaän chuyeån tích cöïc ...............................................................................44 5.2.2 Moät soá quaù trình khaùc ..................................................................................46 5.2.2.1 Quùa trình keát tuûa ..................................................................................46 5.2.2.2 Quùa trình oxi hoaù ..................................................................................47

Phaàn 3 :VAÄT LIEÄU – PHÖÔNG PHAÙP NGHIEÂN CÖÙU Chöông 6 :VAÄT LIEÄU ..................................................................................... 48 6.1 Gioáng naám moác nghieân cöùu .................................................................................48 6.2 Kim loaïi naëng .......................................................................................................48 6.3 Vaät lieäu laøm moâ hình biofilm ................................................................................48 6.4 Vaät lieäu laøm giaù theå .............................................................................................48

Chöông 7 : PHÖÔNG PHAÙP NGHIEÂN CÖÙU ................................................ 49 7.1 Phöông phaùp nuoâi caáy naám moác .........................................................................49 7.1.1 Nuoâi caáy naám moác ôû treân thaïch nghieâng .....................................................49 7.1.2 Nuoâi caáy naám moác treân moâi tröôøng loûng .....................................................49

vii

7.2 Xaùc ñònh ñöôøng cong taêng tröôûng .........................................................................49 7.2.1 Muïc tieâu .......................................................................................................49 7.2.2 Hoaù chaát vaø thieát bò ......................................................................................50 7.2.3 Phöông phaùp .................................................................................................50 7.3 Nghieân cöùu choïn loïc gioáng naám moác coù khaû naêng haáp phuï ion Cu2+ vaø Ni2+ toát .51 7.3.1 Ñoái vôùi sinh khoái naám moác soáng ..................................................................51 7.3.1.1 Muïc tieâu ...............................................................................................51 7.3.1.2 Hoaù chaát vaø thieát bò .............................................................................51 7.3.1.3 Phöông phaùp ........................................................................................51 7.3.2 Ñoái vôùi sinh khoái naám moác ñaõ ñöôïc xöû lyù ...................................................52 7.3.2.1 Muïc tieâu ...............................................................................................52 7.3.2.2 Hoaù chaát vaø thieát bò .............................................................................52 7.3.2.3 Phöông phaùp xöû lyù sinh khoái ...............................................................52 7.3.2.4 Phöông phaùp nghieân cöùu hieäu quaû haáp phuï .........................................53 7.4 Nghieân cöùu aûnh höôûng cuûa caùc yeáu toá ñeán quaù trình haáp phuï ion Ni2+ vaø Cu2+ ..53 7.4.1 Yeáu toá pH theo thôøi gian...............................................................................53 7.4.1.1 Muïc tieâu ..............................................................................................53 7.4.1.2 Hoaù chaát vaø thieát bò .............................................................................54 7.4.1.3 Phöông phaùp .........................................................................................54 7.4.2 Yeáu toá noàng ñoä theo thôøi gian ......................................................................55

viii

7.4.2.1 Muïc tieâu ..............................................................................................55 7.4.2.2 Hoaù chaát vaø thieát bò .............................................................................55 7.4.2.3 Phöông phaùp ........................................................................................55 7.5 Khaûo saùt söï hình thaønh biofilm Aspergillus spp. ...................................................56 7.5.1 Phöông phaùp nuoâi caáy taïo biofilm Aspergillus spp. ......................................56 7.5.2 Phöông phaùp nghieân cöùu ..............................................................................56 7.6 Khaûo saùt khaû naêng phaùt trieån cuûa Aspergillus spp. treân vaät lieäu laøm giaù theå cuûa biofilter .........................................................................................................................57 7.6.1 Rôm .............................................................................................................57 7.6.2 OÁng nhöïa ......................................................................................................57

Phaàn 4 : KEÁT QUAÛ – BAØN LUAÄN Chöông 8 : KEÁT QUAÛ – BAØN LUAÄN ............................................................ 58 8.1 Ñöôøng toác ñoä taêng tröôûng cuûa naám moác ...............................................................58 8.1.1 Keát quaû .........................................................................................................58 8.2 Nghieân cöùu hieäu quaû haáp phuï cuûa caùc phöông phaùp xöû lyù cuûa 5 gioáng naám moác 59 8.2.1 Keát quaû cuûa ion Ni2+ .....................................................................................59 8.2.2 Keát quaû cuûa ion Cu2+.....................................................................................60 8.3 Xaùc ñònh caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán hieäu quaû haáp phuï cuûa Asp.niger .................61 8.3.1 pH..................................................................................................................61 8.3.1.1 Keát quaû cuûa ion Ni2+ .............................................................................61 8.3.1.2 Keát quaû cuûa ion Cu2+ ............................................................................62 ix

8.3.2 Noàng ñoä ........................................................................................................63 8.3.2.1 Keát quaû cuûa ion Ni2+ ..............................................................................63 8.3.2.2 Keát quaû cuûa ion Cu2+ ............................................................................64 8.4 Khaûo saùt hieäu quaû xöû lyù cuûa biofilm Asp.niger ñoái vôùi ion Ni2+ ..........................65 8.5 Khaûo saùt khaû naêng phaùt trieån cuûa Asp.niger treân vaät lieäu biofilter .......................65 8.5.1 Ñoái vôùi rôm ...................................................................................................65 8.5.1 Ñoái vôùi oáng nhöïa ..........................................................................................65 8.6 Baøn luaän keát quaû ...................................................................................................66 8.6.1 Keát quaû nghieân cöùu toác ñoä taêng tröôûng cuûa 5 gioáng naám moác .....................66 8.6.2 Keát quaû nghieân cöùu hieäu quaû haáp phuï cuûa caùc phöông phaùp xöû lyù cuûa 5 gioáng naám moác .......................................................................................................................66 8.6.3 Keát quaû nghieân cöùu caùc thoâng soá aûnh höôûng ñeán hieäu quaû haáp phuï ............66 8.6.4 Keát quaû khaûo saùt biofilm Asp.niger ..............................................................67 8.6.5 Keát quaû khaûo saùt khaû naêng phaùt trieån cuûa Asp.niger treân vaät lieäu biofilter..67

Phaàn 5 : KEÁT LUAÄN – KIEÁN NGHÒ Chöông 9 : KEÁT LUAÄN – KIEÁN NGHÒ ......................................................... 68 9.1 Keát luaän ................................................................................................................68 9.2 Kieán nghò ...............................................................................................................68

TAØI LIEÄU THAM KHAÛO .............................................................................. 69 PHUÏ LUÏC ......................................................................................................... 73

x

Phuï luïc 1 : Keát quaû nghieân cöùu ñöôøng cong taêng tröôûng........................................73 Phuï luïc 2 : Keát quaû nghieân cöùu hieäu quaû haáp phuï cuûa caùc phöông phaùp xöû lyù cuûa 5 gioáng naám moác .............................................................................................................74 Phuï luïc 3 : Keát quaû nghieân cöùu caùc thoâng soá aûnh höôûng ñeán hieäu quaû haáp phuï....75 Phuï luïc 4 : Keát quaû khaûo saùt biofilm Asp.niger ......................................................77 Phuï luïc 5 : Tieâu chuaån Vieät Nam, TCVN 5945 – 1995 ..........................................77 Phuï luïc 6 : Hình aûnh söû duïng trong luaän vaên ..........................................................80

xi

DANH SAÙCH BAÛNG

Baûng 3.1 Caùc keát quaû nghieân cöùu veà khaû naêng haáp phuï KLN cuûa moät soá gioáng naám moác ............................................................................................................................... 18 Baûng 4.1 Phaân loaïi cuûa Aspergillus spp. ..................................................................... 29 Baûng 4.2 Phaân loaïi cuûa Mucor spp. ............................................................................. 31 Baûng 4.3 Phaân loaïi cuûa Penicillium spp. ..................................................................... 33 Baûng 4.4 Phaân loaïi cuûa Trichoderma spp. ................................................................... 34 Baûng 5.1 So saùnh noàng ñoä moät soá ion trong vaø ngoaøi teá baøo ..................................... 39 Baûng p.1 : Baûng giaù trò giôùi haïn caùc thoâng soá vaø noàng ñoä caùc chaát oâ nhieãm trong nöôùc thaûi coâng nghieäp ........................................................................................................... 78

xii

DANH SAÙCH HÌNH

Hình 4.1 Caáu taïo teá baøo Eukaryote .............................................................................22 Hình 4.2 Phaân töû Phospholipid ....................................................................................25 Hình 4.3 Phaân töû Cholesterol ......................................................................................25 Hình 4.4 Caáu truùc phaân töû maøng sinh chaát ..................................................................26 Hình 5.1 Quang phoå SEM cuûa teá baøo naám moác ban ñaàu. ...........................................37 Hình 5.2 Quang phoå SEM cuûa teá baøo naám moác sau khi trao ñoåi ion vôùi Pb ...............37 Hình 5.3 Coâng thöùc caáu taïo cuûa chitin ........................................................................38 Hình 5.4 Caùc hình thöùc hoaït ñoäng cuûa protein taûi .......................................................41 Hình 5.5 Sô ñoà caùc cô cheá vaän chuyeån phaân töû nhoû qua maøng sinh chaát ...................42 Hình 5.6 Sô ñoà cô cheá ñoùng môû cöûa keânh cuûa caùc protein keânh xuyeân maøng ...........43 Hình 5.7 Sô ñoà cô cheá hoaït ñoäng cuûa protein taûi ........................................................44 Hình 5.8 Sô ñoà cô cheá hoaït ñoäng cuûa Na+K+ATPase. .................................................46 Hình 5.9 Cô cheá cuûa nhöõng phaûn öùng giöõa KL vaø teá baøo ...........................................47 Hình 8.1 Ñoà thò toác ñoä taêng tröôûng cuûa 5 chuûng naám moác ..........................................58 Hình 8.2 Ñoà thò hieäu quaû haáp phuï cuûa caùc phöông phaùp xöû lyù cuûa 5 gioáng naám moác ñoái vôùi ion Ni2+, ôû pH = 5, NÑ ban ñaàu = 50 mg/l, thôøi gian = 180phuùt .....................59 Hình 8.3 Ñoà thò hieäu quaû haáp phuï cuûa caùc phöông phaùp xöû lyù cuûa 5 gioáng naám moác ñoái vôùi ion Cu2+ ôû pH = 5, NÑ ban ñaàu = 50 mg/l, thôøi gian = 180phuùt ............................60 Hình 8.4 Ñoà thò bieán thieân hieäu quaû haáp phuï ôû caùc möùc pH khaùc nhau cuûa Asp.niger ñoái vôùi ion Ni2+, NÑ ban ñaàu = 50ml/l .........................................................................61

xiii

Hình 8.5 Ñoà thò bieán thieân hieäu quaû haáp phuï ôû caùc möùc pH khaùc nhau cuûa Asp.niger ñoái vôùi ion Cu2+, NÑ ban ñaàu = 50ml/l ...............................................................................62 Hình 8.6 Ñoà thò bieán thieân hieäu quaû haáp phuï ôû caùc möùc noàng ñoä khaùc nhau cuûa Asp.niger ñoái vôùi ion Ni2+, pH = 5 ................................................................................63 Hình 8.7 Ñoà thò bieán thieân hieäu quaû haáp phuï ôû caùc möùc noàng ñoä khaùc nhau cuûa Asp.niger ñoái vôùi ion Cu2+, pH = 6 ...............................................................................64 Hình 8.8 Ñoà thò bieåu hieän hieäu quaû xöû lyù ion Ni2+ cuûa biofilm Asp.niger ôû noàng ñoä 50 mg/l, pH = 5, thôøi gian laø 2 phuùt...................................................................................65 Hình p.6.1 : Moâ hình nghieân cöùu treân Erlen.................................................................80 Hình p.6.2 : SK Asp.oryzae ...........................................................................................81 Hình p.6.3 : SK Asp.niger .............................................................................................81 Hình p.6.4 : Asp. niger. phaùt trieån treân rôm ...............................................................82 Hình p.6.5 Ñoä daøy cuûa biofilm Asp.niger .....................................................................82 Hình p.6.6 : Biofilm cuûa Asp.oryzae ............................................................................83 Hình p.6.7 : Biofilm Asp.niger sau khi ñöôïc xöû lyù baèng boät giaët..................................83 Hình p.6.8 : Moâ hình khaûo saùt hieäu quaû xöû lyù cuûa biofilm Asp.niger ...........................84

xiv

KYÙ HIEÄU VIEÁT TAÉT

Asp.niger

Aspergillus niger

Asp.oryzae

Aspergillus oryzae

Dd

Dung dòch

KL

Kim loaïi

KLN

Kim loaïi naëng

M.hiemalis

Mucor hiemalis

P.citrium

Penicillium citrium

SEM

Scanning electronic microscopy

SK

Sinh khoái

T.lignorum

Trichoderma lignorum

xv

Chöông 1 : MÔÛ ÑAÀU

Hieän nay, vaán ñeà oâ nhieãm kim loaïi naëng treân theá giôùi noùi chung vaø ôû nöôùc ta noùi rieâng ñang ngaøy caøng gia taêng cuøng vôùi söï phaùt trieån cuûa nhieàu ngaønh coâng nghieäp saûn xuaát, gaây ra nhöõng haäu quaû nghieâm troïng cho moâi tröôøng vaø con ngöôøi. Vì vaäy vieäc loaïi boû caùc thaønh phaàn kim loaïi naëng ra khoûi caùc nguoàn oâ nhieãm, ñaëc bieät laø trong nöôùc thaûi coâng nghieäp laø moät trong nhöõng vaán ñeà quan troïng caàn phaûi giaûi quyeát hieän nay.

Nhöõng phöông phaùp hoaù lyù duøng ñeå loaïi boû KLN ra khoûi nöôùc thaûi nhö keát tuûa, ñoâng tuï, trao ñoåi ion, caùc quaù trình loïc maøng vaø haáp phuï. Caùc coâng ngheä xöû lyù thoâng thöôøng nhö keát tuûa vaø ñoâng tuï thì taïo ra hieäu quaû thaáp vaø chi phí cao khi noàng ñoä kim loaïi naèm trong khoaûng töø 1 – 100 mg/l. Chi phí cao, quaù trình vaän haønh phöùc taïp vaø hieäu quaû loaïi boû thaáp cuûa caùc quaù trình loïc maøng laø söï giôùi haïn khi söû duïng noù ñeå loaïi boû KLN. Haáp phuï treân carbon hoaït tính cuõng laø moät phöông phaùp duøng ñeå loaïi boû KLN töø nöôùc thaûi, nhöng chi phí cao cuûa than hoaït tính laø moät trong nhöõng nhöôïc ñieåm cuûa noù. Nghieân cöùu veà caùc chaát haáp phuï reû tieàn vaø coù theå tìm kieám deã daøng ñang ñöôïc öu tieân trong quaù trình khaûo saùt moät soá chaát coù nguoàn töø noâng nghieäp vaø sinh hoïc, caùc saûn phaåm phuï trong coâng nghieäp, laø nhöõng chaát haáp phuï coù tieàm naêng.

Caùc chaát haáp phuï ñoù bao goàm than ñaù Girdish, voû döøa ñöôïc nghieàn nhoû, than buøn, voû caây, rôm, loáp cao su thaûi ra vaø toùc con ngöôøi. Cuøng vôùi nhöõng phaùt trieån trong lónh vöïc coâng ngheä sinh hoïc moâi tröôøng gaàn ñaây, caùc nhaø khoa hoïc cuõng ñaõ nghieân cöùu veà caùc chaát haáp phuï kim loaïi naëng baèng vi sinh vaät [12].

Vi khuaån, naám moác, naám men vaø taûo ñeàu coù theå loaïi boû caùc KLN trong nöôùc thaûi [20, 21, 24]. Quaù trình taùch KLN ra khoûi dung dòch baèng sinh khoái coù theå ñöôïc thöïc hieän bôûi cô cheá chuû ñoäng (phuï thuoäc vaøo hoaït ñoäng trao ñoåi chaát) ñöôïc bieát ñeán nhö quaù trình tích luyõ sinh hoïc hay bôûi cô cheá thuï ñoäng (khoâng phuï thuoäc vaøo hoaït ñoäng trao ñoåi chaát) ñöôïc bieát ñeán nhö quaù trình haáp phuï sinh hoïc [12, 24].

1

Naám moác laø moät trong soá loaøi vi sinh vaät coù tieàm naêng ñöôïc söû duïng laøm chaát haáp phuï vì khaû naêng haáp phuï kim loaïi cao [23]. Trong soá caùc gioáng naám moác thì gioáng Aspergillus spp. ñöôïc xem laø moät gioáng lôùn coù nhieàu öùng duïng trong coâng nghieäp vaø quan troïng laø coù khaû naêng haáp phuï kim loaïi cao. Vì vaäy nghieân cöùu cuûa ñeà taøi naøy seõ goùp phaàn taïo ra moät öùng duïng môùi cuûa Aspergillus spp. trong lónh vöïc moâi tröôøng laø xöû lyù caùc ion kim loaïi naëng trong nöôùc thaûi.

1.1 Muïc tieâu nghieân cöùu Nghieân cöùu khaû naêng haáp phuï kim loaïi naëng trong nöôùc cuûa vi sinh vaät vaø xaùc ñònh caùc thoâng soá aûnh höôûng ñeán hieäu quaû cuûa quaù trình haáp phuï .

1.2 Phaïm vi nghieân cöùu Trong phaïm vi caùc gioáng naám moác Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Mucor hiemalis, Penicillium citrium, Trichoderma lignorum. Nghieân cöùu trong phaïm vi moâ hình phoøng thí nghieäm.

1.3 Ñoái töôïng nghieân cöùu Ñoái töôïng nghieân cöùu cuûa ñeà taøi laø nöôùc giaû thaûi cuûa ion kim loaïi naëng Cu2+ vaø Ni2+.

1.4 Noäi dung nghieân cöùu - Toång hôïp taøi lieäu veà nghieân cöùu khaû naêng loaïi boû KLN cuûa vi sinh vaät.

- Nghieân cöùu ñöôøng cong taêng tröôûng cuûa caùc gioáng naám moác Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Mucor hiemalis, Penicillium citrium, Trichoderma lignorum ñeå choïn thôøi gian thu sinh khoái hieäu quaû.

- Nghieân cöùu khaû naêng haáp phuï ion kim loaïi naëng Cu2+ vaø Ni2+ cuûa caùc gioáng Aspergillus

niger,

Aspergillus

oryzae,

Mucor

2

hiemalis,

Penicillium

citrium,

Trichoderma lignorum ñeå choïn löïa chuûng coù tieàm naêng öùng duïng laøm chaát haáp phuï sinh hoïc trong xöû lyù ion Cu2+ vaø Ni2+ trong nöôùc.

- Nghieân cöùu hieäu quaû cuûa vieäc xöû lyù teá baøo naám moác tröôùc khi söû duïng ñeå loaïi boû ion Cu2+ vaø Ni2+ nhaèm gia taêng khaû naêng xöû lyù cuûa teá baøo.

- Nghieân cöùu caùc thoâng soá aûnh höôûng ñeán quaù trình haáp phuï ion Cu2+ vaø Ni2+ trong nöôùc cuûa Aspergillus spp.

- Khaûo saùt khaû naêng öùng duïng biofilm cuûa Aspergillus spp.

- Khaûo saùt khaû naêng phaùt trieån cuûa Aspergillus spp. treân vaät lieäu biofilter.

3

Chöông 2 : KIM LOAÏI NAËNG

2.1 Khaùi nieäm [19] KLN laø nhöõng kim loaïi coù tyû troïng (so vôùi nöôùc) lôùn hôn 5g/cm3, vì vaäy nhöõng nguyeân toá chuyeån tieáp töø V (nhöng tröø Sc vaø Ti) ñeán aù kim As, töø Zr (tröø Y) ñeán Sb, töø La ñeán Po, caùc nguyeân toá trong hoï latan vaø caùc nguyeân toá trong hoï actin coù theå ñöôïc xem laø caùc KLN. Trong 90 nguyeân toá tìm thaáy trong töï nhieân coù 21 nguyeân toá khoâng phaûi laøkim loaïi, 16 nguyeân toá laø kim loaïi nheï, 53 nguyeân toá coøn laïi (bao goàm caû As) laø caùc KLN. Phaàn lôùn nhöõng KLN laø nhöõng nguyeân toá chuyeån tieáp vôùi caùc orbitan d chöa ñöôïc ñaày (chöa ñuû 16e) . Caùc orbitan d ñoù laøm cho nhöõng cation KLN khaû naêng veà hình daïng caùc hôïp chaát phöùc taïp coù theå coù hoaëc khoâng coù hoaït ñoäng oxy hoaù khöû. Vì vaäy, nhöõng cation KLN giöõ moät vai troø quan troïng nhö “nhöõng nguyeân toá daïng veát” trong caùc phaûn öùng sinh hoaù phöùc taïp. Tuy nhieân, ôû haøm löôïng cao hôn, nhöõng ion KLN khoâng ñaëc tröng cho caùc hôïp chaát phöùc taïp trong teá baøo thì gaây ra ñoäc tính. Moät vaøi cation KLN nhö Hg2+, Cd2+, vaø Ag+ coù ñoäc tính raát maïnh neân gaây ra nguy hieåm ñoái vôùi baát kì caáu truùc sinh lyù hoïc naøo. Maëc duø nhöõng nguyeân toá raát caàn thieát khi ôû daïng veát nhö Zn2+ hoaëc Ni2+ vaø ñaëc bieät laø Cu2+ nhöng laïi gaây ñoäc khi ôû haøm löôïng cao hôn. Vì vaäy, haøm löôïng caùc ion KLN trong teá baøo phaûi ñöôïc kieåm soaùt chaët cheõ, vaø khaû naêng chòu ñöïng KLN ôû nhöõng tröôøng hôïp ñaëc tröng cuûa nhu caàu thoâng thöôøng cuûa moïi teá baøo soáng ñoái vôùi moät vaøi heä thoáng oån ñònh KLN. 2.1.1 Tính chaát hoaù lyù cuûa ñoàng (Cu) [4] Ñoàng laø moät chaát quan troïng , laø nguyeân toá vi löôïng caàn thieát cho caây troàng vaø ñoäng vaât. ÔÛ traïng thaùi kim loaïi, ñoàng coù maøu hôi ñoû, saùng boùng aùnh kim, meàm deã daùt moûng vaø laø moät chaát daãn nhieät, daãn ñieän toát. Coâng duïng chuû yeáu cuûa ñoàng laø ñeå saûn xuaát daây kim loaïi vaø hôïp kim cuûa noù, ñoàng thau vaø ñoàng thieác. Trong thieân nhieân, ñoàng ôû nhieàu daïng: sulfides, chaát sulfate, muoái sulfate, carbonate, hôïp chaát khaùc vaø coøn tìm thaáy ñoàng trong moâi tröôøng nhö laø kim loaïi töï nhieân. Möùc trung bình cho söï dö thöøa cuûa 4

Cu trong sinh quyeån laø 70 mg/kg, trong khi nhöõng ñaùnh giaù giaùn tieáp cho voû traùi ñaát coù khoaûng 25 - 35 mg/kg. Ñaát cuûa theá giôùi, theo taøi lieäu cuõ, giaù trò cuûa ñoàng laø 20mg/kg, coù bò thay ñoåi gaàn ñaây vaø ñöôïc ghi laïi laø 30mg/kg. Ñoàng coù lieân keát vôùi chaát höõu cô trong ñaát nhö oxyt Fe vaø Mn, ñaát seùt silicate vaø chaát voâ cô khaùc.

Cu (II) ñöôïc saép ñaët vôùi 4 phaân töû nöôùc trong maët phaúng XY vaø 2 oxy silicate, ñoái xöùng theo truïc Z thaúng goùc vôùi moät lôùp silicate. Neáu coù nhieàu lôùp cuûa phaân töû nöôùc cuûa maøng thuûy hoùa chieám xen keõ vôùi khu vöïc cuûa Cu hectorite, [Cu(H2O)6]2+ trong dung dòch H2O, töø ñoù, Cu2+ seõ qui thaønh ion [Cu(H2O)6]2+ vaø Cu seõ ñöôïc söû duïng trong söï nghieân cöùu “yeáu toá ngoaøi” cuûa traïng thaùi hoùa trò. Trong moâi tröôøng ñaát, chuùng ta caàn quan taâm ñeán noàng ñoä thaáp cuûa Cu, vôùi xaáp xæ trung bình 24 - 25 mg/kg trong phaàn voû traùi ñaát vaø 20 – 30 mg/kg Cu toång coäng trong ñaát, Cu2+ ñöôïc coi nhö laø loaïi Cu töï do trong ñaát. Hôïp chaát höõu cô trong ñaát gaén lieàn vôùi ñoàng, nhoùm COO- coù maët trong caû hai pha raén vaø loûng ôû hình thöùc lieân keát chaët vôùi Cu. Söï hình thaønh pha raén ñöôïc xem nhö nguyeân nhaân gaây söï thieáu huït Cu, ñoù laø do chaát höõu cô ñaát ñaõ taïo phöùc vôùi Cu laøm löôïng ñoàng töï do giaûm xuoáng. Theâm vaøo ñoù, than buøn coù tính ñoäc ñoái vôùi caây troàng vaø caùc nguoàn khaùc cuûa chaát lieäu höõu cô töø chaát neàn coù Cu cao.

Vôùi soá nguyeân töû 29, Cu laø nguyeân toá ñaàu tieân cuûa phaân nhoùm 13 cuûa baûng tuaàn hoaøn. Caáu truùc electron cuûa nguyeân toá Cu laø 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1. Coù 4 electron ñôn ôû ngoaøi, lôùp voû 3d ñaõ ñaày ñuû, vì theá beàn chaët hôn. Gioáng nhö taát caû caùc nguyeân toá ñaàu tieân khi chuyeån tieáp sang moät chuoãi (Cr, Mn, Fe, Co, Ni) vaø khoâng gioáng Li, Na, K vaø Pb cuûa daõy thöù nhaát, hai ñieän töû ñaõ deã daøng di chuyeån lieân quan ñeán nguyeân töû Cu[3]. Trong khi Cu2+ haàu heát ñeàu beàn neân vöõng. Lôùp ion thöù hai cuûa Cu ñieän theá cao hôn lôùp thöù nhaát cho Cu(I) beàn vöõng toàn taïi trong moâi tröôøng. Cu beàn vöõng trong dung dòch nöôùc vôùi soá ion ôû möùc cao khoâng ñoåi, ion aceton, ion pyridine hay ion cyanide…

Theo Parker, löôïng Cu trong ñaát giaøu ñoä aåm laø 10-6 – 10-7 M, ví duï nhö Cu coù theå toàn taïi ôû 1.10-7 M vaø Cu2+ ôû 3.10-7M .Moái lieân heä naøy coù ñöôïc ñoái vôùi noàng ñoä ion [Cu+] trong phaûn öùng maø ion Cu+ thieáu caân ñoái.

2Cu+(aq) → Cu2+(aq) + Cu(s)

K= 106M-1 ôû 250C

Noàng ñoä Cu trong dung dòch hoøa tan laø 10-2 – 10-3 M, coù raát ít ion Cu+ . Sau ñoù, trong cuoäc thaûo luaän veà tính chaát vaät lyù vaø hoùa hoïc cuûa Cu trong nhöõng moâi tröôøng

5

khaùc nhau, duøng naêng löôïng tuï do cuûa caùc ion ñôn lan truyeàn trong caùc dung moâi khaùc nhau, Parker keát luaän raèng, ion Cu2+ , [Cu(H2O)6]2+ laø loaïi Cu thích hôïp nhaát cho caùc nghieân cöùu veà ñaát. Tuy nhieân, ôû vuøng ñaát bò ngaäp luït coù theå taïo ion Cu+ vaø trong moät soá tröôøng hôïp Cu0 coù theá nhieät ñoäng hôn laø Cu2+. Chalcopyrite coù soá löôïng nhieàu hôn chaát khoaùng Cu, noù ñöôïc tìm thaáy nhieàu trong ñaù vaø taäp trung thaønh moät löôïng Cu lôùn nhaát ôû caùc chaát laéng cuûa noù. Theâm vaøo ñoù, trong caùc chaát voâ cô töï nhieân, Cu ñöôïc tìm thaáy ôû daïng phaân taùn trong caùc loaïi ñaù traàm tích.

2.1.2 Tính chaát hoaù lyù cuûa nikel (Ni) [4] Nikel laø moät kim loaïi thuoäc nhoùm VIII cuûa baûng tuaàn hoaøn. Soá nguyeân töû laø 28 vaø khoái löôïng nguyeân töû 58.71. Trong soá baûy ñoàng vò phoùng xaï bieát

63

Ni (chu kyø baùn

phaân raõ laø 92 naêm) ñöôïc duøng nhieàu nhaát trong caùc nghieân cöùu ñaát caây troàng. Ni coù theå xuaát hieän trong moät soá traïng thaùi oxi hoùa nhöng chæ coù nikel(II) beàn vöõng treân daõy pH roäng vaø ñieàu kieän oxy hoùa – khöû trong moâi tröôøng ñaát. Baùn kính ion cuûa Ni (II) laø 0.065nm (gaàn vôùi baùn kính ion cuûa Fe, Mg, Cu vaø Zn). Nikel coù theå thay theá caùc kim loaïi thieát yeáu trong caùc enzym kim loaïi vaø gaây ra söï ñöùt gaõy caùc ñöôøng trao ñoåi chaát. Ñaëc tính cô hoïc: cöùng, deã daùt moûng vaø deã uoán, deã keùo sôïi. Trong töï nhieân, nikel xuaát hieän ôû daïng hôïp chaát vôùi löu huønh trong khoùng chaát millerit, vôùi asenic trong khoùng chaát niccolit, vaø vôùi asenic cuøng löu huyønh trong quaëng nikel. ÔÛ ñieàu kieän bình thöôøng, noù oån ñònh trong khoâng khí vaø trô vôùi oâxi neân thöôøng ñöôïc duøng laøm tieàn xu nhoû, baûng kim loaïi, ñoàng thau, v.v.., cho caùc thieát bò hoùa hoïc, vaø trong moät soá hôïp kim, nhö baïc Ñöùc. Nikel coù töø tính, vaø noù thöôøng ñöôïc duøng chung vôùi Co, caû hai ñeàu tìm thaáy trong saét töø sao baêng. Noù laø thaønh phaàn chuû yeáu coù giaù trò cho hôïp kim noù taïo neân. Nikel laø moät trong naêm nguyeân toá saét töø.

2.2 Nguoàn goác gaây oâ nhieãm KLN [4] OÂ nhieãm laø söï phoùng thích cuûa caùc chaát hoaù hoïc, vaät lyù, sinh hoïc vaø chaát phoùng xaï ngoaøi moâi tröôøng. Hieän nay vaán ñeà oâ nhieãm moâi tröôøng ñang laø moái quan taâm haøng ñaàu cuûa toaøn nhaân loaïi. OÂ nhieãm moâi tröôøng coù theå laø haäu quaû cuûa caùc hoaït ñoäng töï nhieân nhö hoaït ñoäng nuùi löûa, thieân tai luõ luït,… hoaëc caùc hoaït ñoäng do con ngöôøi thöïc

6

hieän trong coâng nghieäp, giao thoâng vaø trong sinh hoaït, moät trong nhöõng taùc nhaân gaây oâ nhieãm moâi tröôøng ñang ñöôïc chuù yù laø caùc kim loaïi naëng.

2.2.1 Töø caùc hoaït ñoäng coâng nghieäp Trong caùc nguoàn gaây oâ nhieãm kim loaïi naëng thì hoaït ñoäng coâng nghieäp laø nguoàn gaây oâ nhieãm nhieàu nhaát. Coù theå keå ñeán moät vaøi ngaønh coâng nghieäp tieâu bieåu nhö: coâng nghieäp thuoäc da, saønh söù, hoùa chaát, thuoác tröø saâu, luyeän kim gaây oâ nhieãm asen; coâng nghieäp luyeän kim, loïc daàu, khai khoaùng, maï kim loaïi, oáng daãn nöôùc gaây oâ nhieãm cadimi; coâng nghieäp nhuoäm len, maï, thuoäc da, saûn xuaát ñoà goám, saûn xuaát chaát noå gaây oâ nhieãm croâm; coâng nghieäp moû, than ñaù, saûn xuaát aéc quy, xaêng, ñieän töû gaây oâ nhieãm chì; coâng nghieäp saûn xuaát pin, ñeøn huyøng quang, nhieät keá gaây oâ nhieãm thuûy ngaân... Chính ñieàu naøy laøm cho moâi tröôøng gaàn caùc khu coâng nghieäp coù haøm löôïng kim loaïi naëng töông ñoái cao. Theo keát quaû quan traéc vaø phaân tích moâi tröôøng, haøm löôïng ñoàng, chì, cadimic vaø coban ôû trong nguoàn nöôùc gaàn caùc thò traán vaø trung taâm coâng nghieäp lôùn nhieàu hôn so vôùi möùc bình thöôøng.

2.2.2 Töø caùc hoaït ñoäng coâng nghieäp khai thaùc kim loaïi 2.2.2.1 Chu trình kim loaïi coâng nghieäp OÂ nhieãm KLN cuõng coù nguoàn goác töø saûn xuaát coâng nghieäp vaø khai thaùc moû.

Quaëng ñöôïc ñöa leân moät saøng, ñöôïc nghieàn vaø taùch caùc thaønh phaàn nhoû, taïo thaønh moät saûn phaûm giaøu KLN ( quaù trình laøm giaøu), coäng vôùi moät soá löôïng lôùn trong chaát thaûi .Caùc chaát thaûi thöôøng ñöôïc thaûi ra döôùi daïng buøn than xuoáng moät ñaàm, thöôøng laø caùc loøng chaûo töï nhieân hay moät hoà. Quaëng sau khi saøng ñöôïc ñöa ñeán moät loø naáu chính.

Chaát thaûi loø bao goàm chaát thaûi noùng chaûy goïi laø xæ, ñöôïc phaân taùn trong ñaát, keøm theo söï phoùng thích SO2, caùc khí khaùc vaø kim loaïi öùng vôùi quaëng ñoù. Thaønh phaàn töø caùc loø luyeän chaûy ñöôïc ñöa ñeán caùc loø luyeän tinh ñeå saûn xuaát caùc kim loaïi tinh khieát keøm theo söï phoùng thích moät laàn nöõa cuûa khí vaø kim loaïi töông öùng ra khí quyeån. Kim loaïi tinh ñaõ ñöôïc luyeän tinh ñöôïc duøng trong nhieàu ngaønh coâng nghieäp khaùc nhau. Töø ñaây, noù coù theå taïo ra söï oâ nhieãm moät laàn nöõa vaøo ñaát, nöôùc vaø khoâng khí. Sau moät thôøi gian höõu duïng, caùc saûn phaåm coù theå ñöôïc taùi sinh baèng caùch aáy vaø luyeän tinh laïi laàn 2 coù theå bò

7

thaûi hoài thaønh raùc thaûi hay, ñaùng tieác hôn, noù coù theå taäp trung vaøo caùc ñoáng raùc ôû caùc vuøng ñaát toát . Taác caû caùc quaù trình treân ñeàu gaây ra oâ nhieãm moâi tröôøng.

2.2.2.2 OÂ nhieãm KLN töø chaát thaûi khai thaùc moû Söï oâ nhieãm quanh caùc khu vöïc moû laø do caùc ñoáng chaát thaûi trong quaù trình khai moû, caùc raùc taäp trung thaønh hoá… Do haøm löôïng ñoäc chaát KLN lôùn, söï phaùt trieån cuûa thöïc vaät treân caùc chaát thaûi coù theå bò haïn cheá vaø chuyeån thaønh moät lôùp coû chuyeån tieáp – moät quaàn theå caây thaân thaûo.

2.2.2.3 Caùc loø naáu kim loaïi Moät soâ nghieân cöùu chi tieát cho thaáy moâi tröôøng xung quanh caùc loø naáu kim loaïi thöôøng bò oâ nhieãm. Moät soá tröôøng hôïp ñöôïc bieát roõ laø caùc loø naáu nickel – ñoàng ôû Subury (Whitby vaø Hutchinson, 1974…) , xöôûng ñuùc ñoàng ôû Gusum, Thuïy Ñieån (Tyler ,1984) vaø loø naáu chì – keõm ôû Avenmouth, Anh (Hutton, 1984).

Caùc baùo caùo naøy cuõng keát luaän raèng, toång löôïng buïi chöùa kim loaïi thaûi ra ngoaøi khí quyeån töø nhöõng loø naáu kim loaïi gaàn Sudbury trung bình laø 1,89x104 taán/naêm vaøo giöõa nhöõng naêm 1973 vaø 1981, bao goàm 4.2x103 taán/naêm buïi saét, 6.7x102/naêm vuïi ñoàng; 5.0x102 taán/naêm buïi nickel; 2.0x102 taán/naêm buïi chì vaø khoaûng 50% löôïng buïi arsenic (Chan vaø Lusis, 1985). Nhìn chung, coù khoaûng 50% löôïng buïi phaùt taùn töø caùc loø naáu kim loaïi khoâng ñi xa ñöôïc (Chan vaø Lusis, 1985). Tæ leä laéng ñoïng ñaëc bieät lôùn ôû nhöõng nôi gaàn nguoàn chính vaø chuùng cuõng giaûm theo caáp soá muõ, theo khoaûng caùch taêng.

Möùc ñoä laéng ñoïng trong khí quyeån song song vôùi möùc ñoä oâ nhieãm moâi tröôøng ñaát. Ñieàu naøy ñöôïc minh chöùng baèng haøm löôïng nickel vaø ñoàng ôû nhöõng vuøng ñaát röøng caét ngang loø naáu kim loaïi Cu ôû Cliff. Haøm löôïng nickel vaø ñoàng lôùn ñeán 4900 ppm moãi chaát, hieän dieän ôû ñaát röøng ngay saùt loø naáu, cuøng vôùi nhieàu hôn 370 ppm Ni vaø 260 ppm Cu trong taùn laù caây ( Freedman vaø Hutchinson, 1980). Khaû naêng lieân keát kim loaïi lôn cuûa ñaát höõu cô röøng laø caùc kim loaïi laéng saâu xuoáng ñaát. Noâng ñoä kim loaïi trong ñaát khoâng bò oâ nhieãm nhoû hôn nhieàu, bôûi vì khaû naêng chöùa cation trao ñoåi cuûa ñaát bò giôùi haïn.

8

2.2.3 Töø caùc chaát tröø saâu voâ cô Thuoác tröø saâu voâ cô laø raát caàn thieát cho caây troàng. Caùc hoùa chaát nhö arsenic, calci arsenate vaø ñoàng sulfate ñöôïc söû duïng ñeå tröø caùc naám gaây beänh vaø caùc loaøi ñoäng vaät chaân ñoát hôn moät theá kyû nay (ngaøy nay ñaõ ñöôïc thay theá bôûi caùc thuoác tröø saâu höõu cô toång hôïp). Löôïng thuoác phun thoâng thöôøng lôùn, ñeán 8.7 kg/ha/naêm; 2.7 vôùi arsenic; 7.5 vôùi keõm vaø 3.5 vôùi ñoàng; tuøy vaøo loaïi haït gioáng, vaøo beänh gaây haïi vaø vaøo coâng thöùc thuoác. Tuøy thuoäc vaøo chaát neàn cuûa thuoác tröø saâu söû duïng maø taát caû caùc nguyeân toá naøy coù theå ñoïng laïi treân ñoàng ruoäng , trong caây vaø trong heä sinh thaùi.

Do caùc nguyeân toá naøy bò lieân keát taïo phöùc bôûi caùc chaát höõu cô trong ñaát vaø bôûi caùc beà maët trao ñoåi ion khaùc vôùi haït keo ñaát, chuùng raát hieám khi hoøa tan vaø coù xu höôùng tích tuï laïi trong nöôùc. Chaúng haïn, noàng ñoä chì lôùn ñeán 890 ppm vaø 126 ppm arsenic ñöôïc tìm thaáy trong ñaát beà maët cuûa vöôøn taùo ôû Ontario, so vôùi möùc neàn cuûa nguyeân toá naøy töông öùng laø <25 ppm vaø <10 ppm (Frant et al, 1976). Söï tích tuï naøy do hôn 70 naêm söû duïng chì arsenate laøm thuoác tröø saâu, ñaëc bieät laø choáng laïi böôùm tuyeát (laspreyresia pomonella) gaây neân beänh taùo saâu .

2.2.4 Töø buøn coáng raõnh Vieäc söû duïng buøn coáng coù chöùa kim loaïi coù theå gaây ra söï oâ nhieãm ñaát noâng nghieäp vaø haït gioáng. Buøn coáng raõnh laø moät saûn phaåm phuï cuûa quaù trình xöû lyù nöôùc thaûi ñoâ thò. Buøn coáng raõnh laø thöù ñaát ñöôïc öa chuoäng do nhieàu chaáy höõu cô vaø chöùa haøm löôïng ñaùng keå döôõng chaát ña löôïng nhö nitrogen vaø phosphorus. Chaúng haïn, 5.6x106 taán/naêm saûn phaåm buøn coáng ôû Myõ, khoaûng 42% ñöôïc duøng cho ñaát traïi; 5.9x106 taán/naêm saûn phaåm buøn coáng ôû Taây AÂu (Brown vaø Jacobson, 1970). Buøn coáng ñöôïc duøng ôû haàu heát caùc nöôùc coâng nghieäp, nôi vieäc xöû lyù chaát thaûi laø thöôøng xuyeân.

Khoâng may laø buøn thaûi töø coâng nghieäp coù chöùa löôïng lôùn caùc chaát ñoäc. Noàng ñoä cuûa caùc nguyeân toá trong nöôùc coáng ôû nhieàu nöôùc coâng nghieäp chöùng toû raèng haøm löôïng kim loaïi trong nöôùc coáng thay ñoåi khuûng khieáp. Söï thay ñoåi to lôùn naøy phaûn aùnh söï khaùc bieät veà baûn chaát cuûa caùc nguoàn thaûi coâng nghieäp vôùi caùc heä thoáng nöôùc thaûi rieâng bieät. Söï ña daïng cuûa caùc nguyeân toá cadimi, ñoàng, nickel vaø keõm laø nguyeân nhaân chaéc chaén gaây neân ñoäc tính vaät lyù khi buøn coáng ñöôïc duøng cho ñaát canh taùc.

9

2.3 Caùc taùc ñoäng cuûa vieäc oâ nhieãm KLN Söï oâ nhieãm KLN seõ gaây aûnh höôûng xaáu ñeán moâi tröôøng sinh thaùi vaø con ngöôøi.

Vôùi noàng ñoä cao, nhaát laø nhöõng KLN coù ñoäc tính maïnh nhö ñoàng, chì, cadimi, thuyû ngaân, asen, croâm, niken…seõ gaây töû vong cho ngöôøi vaø ñoäng thöïc vaät, laøm cheát heä vi sinh vaät trong ñaát, nöôùc daãn ñeán vieäc laøm giaûm khaû naêng phaân huyû cuûa ñaát, nöôùc gaây oâ nhieãm nghieâm troïng hôn. Ñaëc bieät laø ôû ngöôøi, KLN seõ xaâm nhaäp vaøo cô theå con ngöôøi qua nhieàu ñöôøng nhö qua da, maét, hoâ haáp vaø nhieàu nhaát laø baèng caùch tích luyõ trong chuoãi thöùc aên roài ñi vaøo cô theå con ngöôøi. Tuyø vaøo töøng loaïi kim loaïi, töøng noàng ñoä khaùc nhau maø chuùng coù theå gaây ra ngoä ñoäc caáp tính hay tích luyõ trong cô theå vaø gaây ngoä ñoäc maõn tính cho con ngöôøi cuõng nhö cho sinh vaät [4] 2.3.1 Taùc haïi cuûa ñoàng (Cu) Ñoàng laø moät chaát quan troïng, laø nguyeân toá vi löôïng caàn thieát cho caây troàng vaø ñoäng vaät. Ôû traïng thaùi kim loaïi, ñoàng coù maøu hôi ñoû, saùng boùng aùnh kim, meàm deã daùt moûng vaø laø moät chaát daãn nhieät daãn ñieän toát. Trong töï nhieân, ñoàng toàn taïi ôû nhieàu sulfides, muoái sulfate, carbonate. Trong nöôùc thaûi, ñoàng toàn taïi chuû yeáu döôùi daïng ion Cu2+ [4]. Ñoàng coù theå xaâm nhaäp vaøo cô theå chuùng ta qua da, maét, hoâ haáp hay qua aên uoáng. Khi ñoàng xaâm nhaäp vaøo cô theå con ngöôøi vôùi lieàu löôïng cao coù theå gaây ra caùc phaûn öùng laïi nhö ñoû hay söng taáy caùc vuøng tieáp nhaän nhö da, maét, muõi, mieäng, vaø noù coù theå daãn ñeán nhöùc ñaàu, ñau buïng, choùng maët, noân möûa, tieâu chaûy. Neáu xaâm nhaäp vaøo cô theå vôùi noàng ñoä cao hôn thì coù theå bò toån haïi gan vaø thaän hoaëc coù theå daãn ñeán cheát ngöôøi [35]. Chöùng nhieãm ñoàng di truyeàn trong con ngöôøi ñaõ ñöôïc Wilson bieát ñeán nhö laø moät beänh taät vaøo naêm 1912. Trong caên beänh Wilson’s laø do nguyeân nhaân ñoàng ñaõ ñöôïc tích luyõ trong gan, khi noù baét ñaàu nhieãm saâu seõ xuaát hieän daá hieäu baát lôïi cho moâ haïch [4].

2.3.2 Taùc haïi cuûa nikel (Ni) Nikel xaâm nhaäp vaøo cô theå con ngöôøi qua ñöôøng aên uoáng, da, maét, vaø hoâ haáp.

Taùc haïi cuûa vieäc nhieãm ñoäc bôûi nikel coù theå gaây ra caùc trieäu chöùng nhö nhöùc ñaàu,

10

choaùng vaùng, dò öùng treân da. Neáu tích luyõ nikel trong cô theå vôùi noàng ñoä cao coù theå daãn ñeán ung thö gan, ung thö tuyeán tieàn lieät, roái loaïn tim maïch, nhöõng khieám khuyeát khi sinh con…[35].

2.3.3 Taùc haïi cuûa moät soá KLN quan troïng khaùc nhö thuyû ngaân, cadimi, asen, chì, croâm Thuyû ngaân laø moät trong soá caùc nguyeân toá ñoäc nhaát ñoái vôùi con ngöôøi vaø nhieàu ñoäng vaät baäc cao, nhaát laø toàn taïi döôùi daïng ion. Moät trong nhöõng tröôøng hôïp gaây ra bôûi ñoäc chaát cuûa metyl thuyû ngaân tieâu bieåu laø beänh Minamata ôû Nhaät Baûn vaøo naêm 1950, gaây toån thaát raát naëng neà veà con ngöôøi vaø moâi tröôøng taïi Minamata. Taïi Ñöùc cuõng coù tröôøng hôïp ngoä ñoäc cuûa caùc loaøi thuù hoang do aên phaûi laù caây coù chöùa metyl thuyû ngaân [4].

Cadimi cuõng laø moät KLN coù ñoäc tính cao vôùi khaû naêng tích tuï maõn tính trong cô theå con ngöôøi nhaát. Söï tích luyõ cadimi ôû thaän daãn ñeán phaù huyû chöùc naêng loïc cuûa thaän.

Cadimi cuõng ñöôïc tích luyõ ôû gan vaø phaù huyû gan aûnh höôûng ñeán khaû naêng baøi tieát protein vaø ñöôøng dö thöøa trong cô theå con ngöôøi. Ngoaøi ra noù coøn gaây ra moät soá beänh nguy hieåm khi xaâm nhaäp vaøo cô theå nhö : toån haïi heä thaàn kinh trung öông, aûnh höôûng heä mieãn dòch, gaây roái loaïn cô theå, coù theå gaây aûnh höôûng ñeán DNA vaø gaây ung thö [35].

Vieäc nhieãm ñoäc chì cuõng coù theå daãn ñeán caùc aûnh höôûng nhö : gaây ra beänh thieáu maùu, tuït huyeát aùp, toån haïi gan, naõo, gaây voâ sinh ôû nam, laøm giaûm khaû naêng tieáp thu ôû treû…[35].

Noùi chung, moät soá KLN khi ôû daïng veát thì raát caàn thieát cho teá baøo nhöng khi ôû noàng ñoä cao thì seõ gaây ñoäc ñoái vôùi con ngöôøi vaø moâi tröôøng. Tuyø vaøo töøng loaïi kim loaïi vaø töøng noàng ñoä khaùc nhau seõ gaây möùc ñoä taùc haïi khaùc nhau. Vì vaäy chuùng caàn ñöôïc loaïi boû khoûi ñaït möùc tieâu chuaån nhaèm haïn cheá söï aûnh höôûng ñeán moâi tröôøng heä sinh thaùi.

11

Chöông 3 : CAÙC PHÖÔNG PHAÙP XÖÛ LYÙ KLN

3.1 Caùc phöông phaùp hoaù lyù 3.1.1 Phöông phaùp haáp phuï [3] Haáp phuï caùc ion kim loaïi naëng hoaø tan laø keát quaû cuûa söï di chuyeån phaân töû cuûa nhöõng chaát ñoù töø nöôùc vaøo beà maët chaát haáp phuï döôùi taùc duïng cuûa tröôøng löïc beà maët.

Quùa trình haáp phuï laø moät quaù trình thuaän nghòch. Nghóa laø sau khi nhöõng ion kim loaïi naëng ñaõ ñöôïc haáp phuï treân beà maët chaát haáp phuï ñeán khi bò baõo hoaø roài thì coù theå di chuyeån ngöôïc laïi töø beà maët chaát haáp phuï vaøo dung dòch. Hieän töôïng naøy goïi laø khöû haáp phuï hay laø hieän töôïng nhaû haáp.

Coù 2 kieåu haáp phuï laø haáp phuï trong ñieàu kieän tónh vaø haáp phuï trong ñieàu kieän ñoäng.

Haáp phuï trong ñieàu kieän tónh laø khoâng cho söï dòch chuyeån töông ñoái cuûa phaân töû nöôùc so vôùi phaân töû chaát haáp phuï, maø chuùng cuøng chuyeån ñoäng vôùi nhau. Bieän phaùp thöïc hieän laø cho chaát haáp phuï vaøo nöôùc oâ nhieãm kim loaïi naëng vaø khuaáy troän trong moät thôøi gian ñuû ñeå ñaït ñöôïc traïng thaùi caân baèng noàng ñoä.

Haáp phuï trong ñieàu kieän ñoäng laø coù söï di chuyeån töông ñoái cuûa phaân töû nöôùc so vôùi phaân töû chaát haáp phuï.

12

Nhöõng chaát haáp phuï coù theå laø : than hoaït tính, nhöïa toång hôïp coù khaû naêng trao ñoåi ion, than naâu, than buøn, than coác, ñoâloâmit…Boâng caën cuûa nhöõng chaát keo tuï (hydroxyt cuûa kim loaïi) vaø buøn hoaït tính töø beå aeroten cuõng coù khaû naêng haáp phuï.

Than hoaït tính laø chaát haáp phuï thoâng duïng ñeå xöû lyù caùc ion kim loaïi vaø caùc chaát baån trong nöôùc nhöng chi phí hoaøn nguyeân ñaét tieàn nhöng löôïng than sau khi hoaøn nguyeân taùi söû duïng khoâng cho hieäu quaû cao, do ñoù taïo neân chi phí xöû lyù ñaét tieàn.

3.1.2 Trao ñoåi ion [3] Phöông phaùp naøy ñöôïc öùng duïng ñeå xöû lyù nöôùc thaûi khoûi caùc ion kim loaïi naëng nhö : Zn, Cu, Ni, Cr, Pb, Hg, Cd, Mn…cuõng nhö caùc hôïp chaát cuûa asen photpho, xyanua vaø caùc chaát phoùng xaï…Ngoaøi ra phöông phaùp naøy coøn cho pheùp thu hoài caùc kim loaïi coù giaù trò.

Trao ñoåi ion laø moät quaù trình trong ñoù caùc ion treân beà maët tieáp xuùc cuûa chaát raén trao ñoåi vôùi ion coù cuøng ñieän tích trong dung dòch khi tieáp xuùc vôùi nhau. Caùc chaát naøy goïi laø caùc ionit (chaát trao ñoåi ion), chuùng hoaøn toaøn khoâng tan trong nöôùc. Caùc chaát coù khaû naêng huùt caùc ion döông töø dung dòch ñieän ly goïi laø caùc cationit, mang tính acid. Caùc chaát coù khaû naêng huùt caùc ion aâm goïi laø anionit, mang tính kieàm. Neáu nhö caùc chaát naøo ñoù trao ñoåi ñöôïc vôùi caû cation vaø anion thì ñöôïc goïi laø ionit löôõng tính.

Caùc chaát trao ñoåi ion : caùc chaát trao ñoåi ion coù theå laø caùc chaát voâ cô hoaëc höõu cô, coù nguoàn goác töï nhieân hay toång hôïp nhaân taïo.

- Nhoùm caùc chaát trao ñoåi ion voâ cô töï nhieân goàm coù caùc zeolic, kim loaïi khoaùng chaát, ñaát seùt, fenspat, chaát mica khaùc nhau…Caùc chaát coù tính chaát trao ñoåi cation laø caùc chaát chöùa nhoâm silicat loaïi : Na2O.Al2O3.nSiO2.mH2O. Caùc chaát trao ñoåi ion coù nguoàn goác caùc chaát voâ cô toång hôïp goàm silicagel, permutit (chaát laøm meàm nöôùc)...

- Caùc chaát trao ñoåi ion höõu cô coù nguoàn goác töï nhieân goàm acid humic cuûa ñaát vaø than ñaù, chuùng mang tính acid yeáu. Ñeå taêng tính acid vaø dung löôïng trao ñoåi, ngöôøi ta nghieàn nhoû than vaø löu hoaù ôû ñieàu kieän dö oleum. Than sunfo laø caùc chaât ñieän ly cao phaân öû, reû vaø chöùa caû nhoùm acid maïnh vaø acid yeáu. Caùc chaát trao ñoåi ion naøy coù nhöôïc

13

ñieåm laø ñoä beàn hoaù hoïc vaø cô hoïc thaáp, dung löôïng theå tích khoâng lôùn, ñaëc bieät trong moâi tröôøng trung tính.

- Caùc chaát trao ñoåi ion höõu cô toång hôïp laø caùc nhöïa trao ñoåi (resin) coù beà maët rieâng lôùn, chuùng laø nhöõng hôïp chaát cao phaân töû. Caùc goác hydrocarbon cuûa chuùng taïo neân löôùi khoâng gian vôùi caùc nhoùm chöùc naêng trao ñoåi ion coá ñònh. Caùc ion kim loaïi ñöôïc laáy ra khoûi nöôùc thaûi nhôø trao ñoåi vôùi caùc ion Na+ hay H+ cuûa nhöïa cation acid maïnh. Ñaây laø loaïi chaát trao ñoåi ion ñöôïc söû suïng roäng raõi vaø phoå bieán vì coù dung löôïng trao ñoåi lôùn vaø khaéc phuïc ñöôïc caùc nhöôïc ñieåm cuûa chaát trao ñoåi coù nguoàn goác töï nhieân.

Hieäu quaû cuûa quaù trình trao ñoåi ion coøn phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä vaø pH cuûa nöôùc thaûi. Khi nhieät ñoä nöôùc thaûi cao coù theå laøm vôõ caùc haït nhöïa cuûa chuùng, taùch rôøi caùc nhoùm hoaït ñoäng ra daãn ñeán giaûm dung löôïng. Moãi moät nhöïa trao ñoåi coù giôùi haïn nhieät ñoä cuûa chuùng, vöôït quaù giôùi han ñoù thì khoâng theå söû duïng ñöôïc. Veà ñaïi löôïng pH cuûa nöôùc thaûi ñeå tieán haønh trao ñoåi ion phuï thuoäc vaøo haèng soá phaân ly caùc nhoùm trao ñoåi ion cuûa nhöïa. Caùc loaïi nhöïa cation acid maïnh cho pheùp tieán haønh quaù trình trong baát cöù moâi tröôøng naøo, coøn caùc cation acid yeáu thì chæ tieán haønh trao ñoåi trong moâi tröôøng kieàm vaø trung tính.

Phöông phaùp naøy coù öu ñieåm laø coù theå thu hoài laïi ñöôïc caùc kim loaïi. Nhöng coù khuyeát ñieåm laø chi phí cao, vaän haønh toán keùm do phaûi toán chi phí hoaù chaát ñeå hoaøn nguyeân caùc ion trôû laïi cho nhöïa trao ñoåi.

3.1.3 Caùc quaù trình taùch baèng maøng [3] 3.1.3.1 Thaåm thaáu ngöôïc (maøng RO) Thaåm thaáu ngöôïc laø quaù trình di chuyeån cuûa caùc phaân töû nöôùc töø dung dòch ñaäm ñaëc qua maøng baùn thaám sang dung dòch loaõng, döôùi taùc duïng cuûa aùp löïc lôùn hôn söï cheânh leäch aùp suaát thaåm thaáu cuûa hai dung dòch ñoù. Maøng baùn thaám naøy chæ cho caùc phaân töû nöôùc ñi qua, giöõ laïi caùc ion kim loaïi vaø caùc chaát khaùc coù kích thöôùc lôùn hôn kích thöôùc cuûa phaân töû nöôùc. Nhôø vaäy, caùc ion kim loaïi ñöôïc taùch ra khoûi nguoàn nöôùc oâ nhieãm kim loaïi.

14

Nhöôïc ñieåm cuûa phöông phaùp söû duïng maøng RO : - Quùa trình tieán haønh ôû aùp suaát cao ñoøi hoûi phaûi coù boä phaän laøm kín ñaëc bieät.

- Phaùt sinh hieän töôïng phaân cöïc noàng ñoä do söï taêng noàng ñoä ôû beà maët maøng, daãn ñeán giaûm naêng suaát, giaûm möùc ñoä phaân taùch caùc caáu töû vaø giaûm tuoåi thoï cuûa maøng. Do ñoù caàn phaûi thay maøng thöôøng xuyeân neân chi phí xöû lyù cao.

3.1.3.2 Ñieän thaåm taùch Ñieän thaåm taùch ñöôïc thöïc hieän baèng caùch ñaët caùc maøng coù tính choïn loïc vôùi cation vaø anion luaân phieân nhau doïc theo doøng ñieän. Khi ñöa doøng ñieän vaøo, ñieän theá giöõa hai ñieän cöïc taïo ra söï di chuyeån cuûa cation vaø anion höôùng veà caùc ñieän cöïc. Döôùi söï taùc ñoäng cuûa doøng ñieän, caùc ion kim loaïi seõ ñi qua maøng choïn loïc ion.

Nhöôïc ñieåm cuûa phöông phaùp naøy cuõng töông töï nhö treân laø caùc maøng choïn loïc ion deã bò taéc ngheõn vaø caàn phaûi thay maøng ñònh kyø.

3.1.4 Phöông phaùp keát tuûa hoùa hoïc Phöông phaùp keát tuûa thöôøng ñöôïc öùng duïng cho xöû lyù nöôùc thaûi chöùa ion kim loaïi naëng. Caùc ion kim loaïi naëng thöôøng keát tuûa ôû daïng hydroxide, vì vaäy khi cho caùc chaát kieàm hoaù nhö voâi, NaOH, Na2CO3… vaøo nöôùc coù chöùa ion kim loaïi naëng ñeå ñaït ñeán giaù trò pH töông öùng vôùi ñoä hoaø tan nhoû nhaát. Giaù trò pH naøy thay ñoåi tuyø theo töøng kim loaïi, nhö ñoä hoaø tan nhoû nhaát cuûa croâm laø ôû pH 7.5, keõm laø 10.2 vaø nikel laø 11.5 [8].

Khi xöû lyù nöôùc thaûi chöùa ion kim loaïi naëng baèng phöông phaùp naøy, caàn phaûi xöû lyù sô boä ñeå khöû ñi caùc chaát caûn trôû quaù trình keát tuûa. Ví duï nhö cyanide vaø ammonia hình thaønh phöùc vôùi nhieàu kim loaïi, laøm giaûm hieäu quaû quaù trình keát tuûa [8].

Trong xöû lyù nöôùc thaûi coâng nghieäp, kim loaïi coù theå ñöôïc loaïi boû baèng quaù trình keát tuûa hydroxide vôùi chaát kieàm hoaù, hoaëc daïng sulfide hay carbonat. Moät soá kim loaïi nhö arsenic hay cadmium ôû noàng ñoä thaáp… coù theå xöû lyù hieäu quaû khi cuøng keát tuûa vôùi pheøn nhoâm hoaëc pheøn saét [8].

15

Phöông phaùp naøy khoâng cho hieäu quaû cao ôû noàng ñoä oâ nhieãm KLN töø 1 – 100ppm, nhöng chi phí cho hoaù chaát keát tuûa vaø keo tuï hay loïc ñeå loaïi boû phaàn keát tuûa laïi cao [12].

3.2 Caùc phöông phaùp sinh hoïc Ñoái vôùi vieäc oâ nhieãm KLN trong nöôùc thaûi ñang laø vaán ñeà ñang ñöôïc quan taâm hieän nay, vì KLN oâ nhieãm trong nguoàn nöôùc seõ khoù bò phaân huyû deã daøng nhôø vaøo quaù trình laøm saïch töï nhieân. Caùc phöông phaùp xöû lyù KLN trong nöôùc thaûi baèng hoaù hoïc hay hoaù lyù nhö : keát tuûa hoaù hoïc, trao ñoåi ion, loïc maøng vaø haáp phuï ñeàu cho cho chi phí xöû lyù cao, quaù trình phöùc taïp, nhöng hieäu quaû xöû lyù khoâng trieät ñeå [12, 24]. Quùa trình haáp phuï treân carbon hoaït tính cuõng laø moät phöông phaùp ñöôïc ghi nhaän ñoái vôùi vieäc loaïi boû KLN trong nöôùc thaûi. Chi phí cuûa carbon hoat tính cao laø moät trong nhöõng giôùi haïn cho vieäc duøng noù laøm chaát haáp phuï [12, 24]. Vì vaäy vieäc söû duïng caùc chaát haáp phuï sinh hoïc seõ khaéc phuïc ñöôïc chi phí xöû lyù do nguoàn nguyeân lieäu doài daøo cuûa sinh khoái töø töï nhieân hay taùi söû duïng töø quaù trình saûn xuaát coâng nghieäp, ñoàng thôøi cuõng cho hieäu quaû xöû lyù cao ngay caû ôû noàng ñoä thaáp. Theo nhöõng nghieân cöùu gaàn ñaây, caùc chaát haáp phuï sinh hoïc coù khaû naêng loaïi boû KLN nhö caùc loaøi thöïc vaät, coû, beøo…vaø caùc loaïi vi sinh vaät nhö vi khuaån, taûo, naám moác vaø naám men [10 – 32].

3.2.1. ÖÙng duïng thöïc vaät trong xöû lyù KLN trong nöôùc Thöïc vaät coù nhieàu caùch phaûn öùng khaùc nhau ñoái vôùi söï coù maët cuûa caùc ion kim loaïi trong moâi tröôøng. Haàu heát, caùc loaøi thöïc vaät raát nhaïy caûm vôùi söï coù maët cuûa caùc ion kim loaïi, thaäm chí ôû noàng ñoä raát thaáp. Tuy nhieân, vaãn coù moät soá loaøi thöïc vaät khoâng chæ coù khaû naêng soáng ñöôïc trong moâi tröôøng bò oâ nhieãm bôûi caùc kim loaïi ñoäc haïi maø coøn coù khaû naêng haáp thuï vaø tích caùc kim loaïi naøy trong caùc boä phaän khaùc nhau cuûa chuùng[15].

Trong thöïc teá, coâng ngheä xöû lyù oâ nhieãm baèng thöïc vaät ñoøi hoûi phaûi ñaùp öùng moät soá ñieàu kieän cô baûn nhö deã troàng, coù khaû naêng vaän chuyeån caùc chaát oâ nhieãm töø ñaát leân thaân nhanh, choáng chòu ñöôïc vôùi noàng ñoä caùc chaát oâ nhieãm cao vaø cho sinh khoái nhanh [15]. Tuy nhieân, haàu heát caùc loaøi thöïc vaät coù khaû naêng tích luyõ KLN cao laø nhöõng loaøi

16

phaùt trieån chaäm vaø coù sinh khoái thaáp, trong khi caùc thöïc vaät cho sinh khoái nhanh thöôøng raát nhaïy caûm vôùi moâi tröôøng coù noàng ñoä kim loaïi cao.

Moät soá loaøi thöïc vaät thuyû sinh cuõng coù khaû naêng haáp thuï kim loaïi naëng raát toát.

Caùc thí nghieäm cuûa S.K.Jain, P.Vasudevan vaø N.K Jha (1987) ôû Aán Ñoä cho thaáy caùc loaøi beøo hoa daâu ñeàu coù khaû naêng laøm giaûm kim loaïi naëng ôû noàng ñoä thaáp raát toát. Ví duï nhö : hieäu quaû xöû lyù ñoàng cuûa beøo daâu Lemnaminor vaø Aspirodela polyrhiza laø khoaûng 80% ñoái vôùi noàng ñoä ñoàng ban ñaàu laø 1.0ppm, 75% ñoái vôùi noàng ñoä 4.0ppm vaø 65% ñoái vôùi noàng ñoä laø 8.0ppm. Khaû naêng xöû lyù ñoàng cuûa loaøi beøo hoa daâu Azolla pinata coøn cao hôn so vôùi hai loaøi treân. Ngoaøi ra caùc taùc giaû khaùc nhö H.H.Harger (1989), E.H.Livinger (1993), P.L.M.Veneman (1996), P.H. Templet (1998) cuõng ñaõ coâng boá nhöõng keát quaû nghieân cöùu veà khaû naêng haáp thuï caùc ion kim loaïi naëng bôûi caùc caây hoï saäy vaø caùc loaøi beøo taây [5].

Ngoaøi ra coøn coù moät vaøi loaïi thöïc vaät khaùc coù khaû naêng tích tuï KLN nhö loaøi coû Deschampsia caespitosa vaø Agostis gigantea coù khaû naêng tích tuï toát nikel vaø ñoàng; caây hoa moâi Becium homblei coù khaû naêng tích tuï ñoàng cao, soáng ñöôïc trong ñaát chöùa nhieàu hôn 1000ppm Cu (Cannon,1960); moät soá loaøi caây Astralagus conopsis, Stanleya vaø Xylorhisa coù khaû naêng tích luyõ moät löôïng lôùn selenium döôùi daïng selenate vaø hoãn hôïp Se höõu cô caây trong caùc moâ cuûa chuùng (103-104 mg Se/kg troïng löôïng khoâ) [4].

3.2.2 ÖÙng duïng vi sinh vaät trong xöû lyù KLN trong nöôùc 3.2.2.1 Taûo Taûo laø loaøi vi sinh vaät phoå bieán trong nöôùc keå caû nöôùc ngoït hay nöôùc maën. Taûo khaùc vôùi naám vaø vi khuaån ôû khaû naêng quang hôïp, söû duïng naêng löôïng aùnh saùng laøm naêng löôïng sinh toång hôïp. Moät soá loaøi taûo coù khaû naêng xöû lyù toát ion kim loaïi naëng vôùi noàng ñoä khoâng cao trong nöôùc. Moät soá nghieân cöùu cuûa veà khaû naêng loaïi boû ion kim loaïi naëng trong nöôùc cuûa moät soá loaøi taûo nhö loaøi taûo Chlorella vulgaris. Keát quaû nghieân cöùu cho thaáy Chlorella vulgaris coù theå xöû lyù nikel vaø ñoàng hieäu quaû ôû noàng ñoä thaáp, ñoái vôùi noàng ñoä 5ppm thì keát quaû xöû lyù ñaït treân 90% Cu vaø gaàn 70% Ni trong voøng 60phuùt.

Khi noàng ñoä caøng taêng thì hieäu quaû xöû lyù caøng giaûm, nhö ñeán noàng ñoä 50ppm thì hieäu quaû xöû lyù chæ coøn khoaûng töø 10 – 20% trong voøng 120phuùt [29]. Theo nghieân cöùu cuûa

17

Patricia A. Terry veà khaû naêng haáp phuï cadimi vaø ñoàng cuûa taûo Scenedesmus abundans ñaït ñöôïc treân 95% ôû noàng ñoä 10ppm, vôùi khoái löôïng taûo Scenedesmus abundans söû duïng laø 62mg/l trong khoaûng thôøi gian 36 giôø [27]ø. Ngoaøi ra coøn coù moät soá loaïi taûo khaùc cuõng coù khaû naêng xöû lyù kim loaïi naëng ôû noàng ñoä thaáp nhö Selenastrum capricornutum, Olisthodiscus luteus, Clamydomonas reinhardti…[5].

3.2.2.2 Naám moác Naám moác coù maët ôû khaép nôi, deã daøng phaùt trieån, coù nguoàn sinh khoái doài daøo töø caùc quaù trình öùng duïng cuûa moät vaøi gioáng naám moác trong saûn xuaát coâng nghieäp, hoaëc coù theå ñöôïc nhaân sinh khoái trong caùc moâi tröôøng reû tieàn, vaø raát coù tieàm naêng trong vieäc öùng duïng ñeå loaïi boû KLN trong nöôùc thaûi. Hieäu quaû xöû lyù KLN cuûa naám moác phuï thuoäc vaøo nhieàu yeáu toá nhö gioáng ñöôïc choïn ñeå haáp phuï, kim loaïi caàn xöû lyù, vieäc baát hoaït sinh khoái baèng phöông phaùp naøo ñeå khoâng gaây oâ nhieãm naám moác cho nguoàn nöôùc ñaàu ra vaø cho hieäu quaû xöû lyù cao…Ngoaøi nhöõng yeáu toá ñoù coøn coù caùc thoâng soá aûnh höôûng ñeán hieäu quaû haáp phuï nhö pH, noàng ñoä KLN, thôøi gian haáp phuï[11 – 14].

Baûng 3.1 Caùc keát quaû nghieân cöùu veà khaû naêng haáp phuï KLN cuûa moät soá gioáng naám moác.

Gioáng naám moác KL vaø chi tieát thí nghieäm

Khaû

Tham khaûo

naêng haáp phuï (mgKL/g SK) Asp. niger Cu, 35 mg/l, 1h

7.22

Rao et al. (1993)

Cd, 10 mg/l, 1h

3.74

Kurek et al. (1982)

Au, 10 – 1000 mg/l, 2h

170

Kuyuack & Volesky (1988)

18

Ag, 107 mg/l, 2h

22.3

Mullen et al. (1992)

Cu, 63.5mg/l, 2h

1.8

Mullen et al. (1992)

Zn, 200 mg/l

17.6

May (1984)

Cu, 6.35mg/l

13.8

Huang et al. (1991)

Cd, 1.1 mg/l, 3h

2.2

Huang et al. (1988)

SK cheát

Cd, 2.5mg/l, 2h

1.5

Tsezos & Volesky (1981)

SK soáng

Cd, 2.5mg/l, 12h

0.4

Tsezos & Volesky (1981)

SK cheát

Cu, 2.5 mg/l, 2h

2.4

Townsley & Ross (1986)

SK soáng

Cu, 2.5mg/l, 24h

3.6

Townsley & Ross (1986)

SK cheát

Zn, 2.5mg/l, 2h

1.3

Townsley & Ross (1986)

SK soáng

Zn, 2.5mg/l

0.2

Townsley et al. (1986)

Cu

80

Siegel et al. (1983)

Zn

23

Siegel et al. (1983)

Cd

5.0

Siegel et al. (1983)

Asp.oryzae

P.spinulosum

P.notatum

P.chrysogeum

19

Rizopus arrhizus Pb, 90mg/l, 24h

116

Niu et al. (1993)

Cr

31

Tobin et al (1984)

Mn

12

Tobin et al (1984)

Cu

16

Tobin et al (1984)

Zn

20

Tobin et al (1984)

Cd

30

Tobin et al (1984)

Hg

58

Tobin et al (1984)

Pb

104

Tobin et al (1984)

Ag

54

Tobin et al (1984)

Vaø cuõng coøn raát nhieàu gioáng naám moác khaùc ñöôïc söû duïng laøm chaát haáp phuï KLN nhö Asp.flavus [30], Rhizopus oryzae [17], Rhizopus nigricans [31], Mucor rouxii [32]…

Ngoaøi ra coøn moät soá VSV khaùc cuõng coù khaû naêng xöû lyù KLN nhö naám men coù Saccharomyces cerevisiae, vi khuaån coù Bacillus spp. [26], Pseudomans syringae [16], vi khuaån buøn hoaït tính [33]…

20

Chöông 4 : NAÁM MOÁC

Naám moác laø teân chung ñeå chæ caùc loaïi naám hieån vi coù caáu taïo sôïi, khoâng phaûi naám men cuõng khoâng phaûi caùc loaïi naám lôùn. Chuùng thuoäc loaïi thöïc vaät haï ñaúng coù baøo töû, khoâng coù dieäp luïc, khoâng coù khaû naêng toång hôïp caùc chaát höõu cô töø khí cacboânic maø söû duïng tröïc tieáp chaát höõu cô coù saün ñeå sinh soáng. Naám moác chæ moïc toát trong moâi tröôøng coù nhieàu khoâng khí. Vì vaäy chuùng thöôøng phaùt trieån treân beà maët cuûa cô chaát [6].

Naám moác coù khaû naêng phaân giaûi maïnh caùc hôïp chaát pectin, kitin, cellulose, protein, lipid… neân nhieàu loaøi ñöôïc söû duïng trong coâng nghieäp saûn xuaát caùc cheá phaåm enzime, caùc loaïi axit höõu cô, chaát khaùng sinh, vitamin…[9, 34].

Beân caïnh nhöõng lôïi ích veà nhieàu maët, naám moác cuõng gaây nhieàu thieät haïi trong vieäc baûo quaûn thöïc phaåm vaø laø nguyeân nhaân gaây nhieàu beänh phoå bieán cho ngöôøi vaø gia suùc [9, 34].

4.1 Caáu taïo teá baøo naám moác Döïa vaøo caáu truùc cuûa nhaân teá baøo, Chatton vaø Lwoff ñaõ chia caùc vi sinh vaät ra thaønh 2 nhoùm, ñoù laø nhoùm Procaryote vaø Eukaryote. Procaryote coù nhaân teá baøo chöa phaân hoaù hoaøn chænh, nhieãm saéc theå chöa coù maøng nhaân bao boïc, chöa hình thaønh tieåu haïch, coù ôû teá baøo vi khuaån, xaï khuaån, nieâm vi khuaån, xoaén theå, rickettsia, mycoplasma vaø taûo

21

lam. Eukaryote thì coù nhaân teá baøo ñaõ phaân hoaù hoaøn chænh, coù maøng nhaân vaø tieåu haïch.

Eukaryote goàm 2 nhoùm laø Eukaryote ñôn baøo, coù ôû naám men, taûo ñôn baøo, nguyeân sinh ñoäng vaät, vaø Eukaryote ña baøo, coù ôû naám moác, naám baäc cao, taûo ña baøo, ñoäng thöïc vaät baäc cao [9].

Caáu truùc teá baøo cuûa naám moác thuoäc loaïi teá baøo Eukaryote goàm coù 3 thaønh phaàn chính laø maøng teá baøo, baøo töông (teá baøo chaát) vaø nhaân [1]. Sau ñaây laø caáu taïo cuûa maøng teá baøo, nôi töông taùc ñaàu tieân ñoái vôùi taát caû caùc chaát khi tieáp xuùc vôùi teá baøo.

Hình 4.1 Caáu taïo teá baøo Eukaryote 4.1.1 Maøng baûo veä (cell wall) [1]

22

- Ôû moät soá teá baøo ñoäng vaät : ngoaøi maøng sinh chaát coøn coù moät lôùp daøy che phuû, coøn ñöôïc goïi laø maøng baûo veä hay thaønh teá baøo. Lôùp naøy coù thaønh phaàn goàm caùc chaát nhaày hoaëc kitin coù thaám muoái calci nhö moät soá ñôn baøo coù voû boïc hoaëc ôû teá baøo voû tieát tuùc.

- Teá baøo thöïc vaät : ngoaøi maøng sinh chaát coøn coù maøng cellulosoe daøy, maøng naøy phaùt trieån maïng ôû caùc moâ naâng ñôõ, phaùt trieån yeáu ôû caùc moâ phaân sinh.

- Maøng khoâng coù tính chaát cuûa maøng baùn thaám maø cho caû nöôùc vaø caùc chaát hoaø tan ñi qua moät caùch töï do. Maøng baûo veä laøm nhieäm vuï baûo veä vaø giöõ cho hình daïng teá baøo khoâng ñoåi.

4.1.2 Maøng sinh chaát (cell membrane) [1] Taát caû moïi teá baøo ñoäng vaät vaø thöïc vaät ñeàu ñöôïc bao boïc bôûi maøng sinh chaát.

Trong teá baøo, ngoaøi maøng sinh chaát coøn coù caùc maøng taïo neân caùc baøo quan, caáu truùc cô baûn töông töï nhau. ÔÛ moät soá teá baøo Eukaryote, heä thoáng maøng chieám treân 80% khoái löôïng khoâ cuûa teá baøo. Taát caû moïi maøng sinh chaát bao boïc teá baøo vaø caùc baøo quan ñeàu coù thaønh phaàn cô baûn gioáng nhau : caùc phaân töû lipid, caùc phaân töû protein vaø saccarid. Döôùi kính hieån vi ñieän töû, maøng sinh chaát laø moät maøng moûng töø 70 Ao ñeán 100 Ao , goàm hai lôùp saåm song song keïp giöõa laø moät lôùp nhaït. Moãi lôùp daøy khoaûng 20-30 Ao. Lôùp nhaït laø lôùp lipid keùp, coøn laïi hai lôùp saåm goàm caùc phaàn töû protein vaø caùc ñaàu töï do cuûa caùc phaân töû protein loä ra khoûi lôùp lipid.

4.1.2.1 Lôùp lipid keùp Maøng lipid keùp laø caáu truùc cô baûn cuûa maøng sinh chaát goàm hai daõy phaân töû lipid aùp saùt nhau. Caùc phaân töû lipid goàm 3 loaïi : phospholipid, cholesterol, vaø glycolipid. Caû ba loaïi ñeàu coù phaàn ñaàu öa nöôùc vaø phaàn ñuoâi kò nöôùc. Ñaàu öa nöôùc quay ra phía beà maët trong vaø beà maët ngoaøi teá baøo ñeå tieáp xuùc vôùi nöôùc. Ñaàu kî nöôùc quay vaøo nhau, nôi ranh giôùi cuûa hai daõy phaân töû lipid.

Tính chaát daáu ñaàu kî nöôùc laøm cho maøng luoân coù xu höôùng keát dính vôùi nhau vaø kheùp kín laïi. Nhôø vaäy maøng lipid coù tính linh ñoäng, taùi hôïp nhanh moãi khi bò môû ra, noù 23

coù theå tieáp nhaän moät boä phaän lipid môùi vaøo maøng, coù theå hôïp nhaát hai maøng teá baøo khi hai maøng teá baøo hoaø nhaäo vaøo nhau. Caùc phaân töû lipid trong maøng coù khaû naêng chuyeån ñoäng nghóa laø coù theå uoán cong hoaëc töï xoay xung quanh truïc daøi cuûa phaân töû hoaëc ï ñoåi choã vôùi phaân töû lipid keá caän trong cuøng moät daõy (ñoåi choã ngang) hoaëc ñoâi khi ñoåi choã vôùi phaân töû ôû daõy ñoái dieän.

- Caùc thaønh phaàn lipid trong maøng + Phospholipid : coù nhieàu loaïi phospholipid, chuùng laø thaønh phaàn nhieàu nhaát trong maøng sinh chaát.

Caùc phospholipid khaùc nhau veà phaàn ñaàu öa nöôùc, khaùc nhau veà kích thöôùc hình daïng vaø ñieän tích. Söï saép xeáp cuûa caùc phaàn töû mang ñieän tích taïo neân ñieän tích khaùc nhau treân hai beà maët trong vaø ngoaøi cuûa maøng teá baøo.

Caùc phospholipid coù chöùc naêng laøm dung moâi cuûa protein maøng hoaëc giuùp cho protein maøng coù hoaït ñoäng toái öu. Moät soá protein maøng chæ coù theå hoaït ñoäng döôùi söï coù maët cuûa nhoùm phospholipid ñaëc hieäu. + Cholesterol : cholesterol laø moät sterit do söï keát hôïp cuûa sterol vôùi axit beùo.

Maøng teá baøo Eukaryote chöù moät soá löôïng lôùn khaù nhieàu cholesterol cuøng nhieàu loaïi phospholipid.

Caùc phaân töû cholesterol naèm xen vôùi caùc phospholipid. Cholesterol coù taùc duïng ngaên caûn caùc chuoãi hydrocarbon lieân keát vôùi nhau vaø keát tinh duy trì tính loûng linh ñoäng cuûa maøng. Tính loûng cuûa maøng raát quan troïng, moät soá quaù trình vaän taûi chaát qua maøng vaø söï hoaït ñoäng men cuûa maøng bò ñình chæ neáu ñoä quaùnh cuûa maøng taêng leân quaù möùc.

Cholesterol coøn coù taùc duïng duy trì tính beàn cô hoïc cuûa maøng. Nhöõng doøng teá baøo ñoät nhieân maát khaû naêng toång hôïp cholesterol seõ bò tan ñi nhanh choùng vì maøng lipid khoâng toàn taïi ñöôïc. + Glycolipid : glycolipid laø caùc phaân töû lipid coù chöùa olisaccarid (caùc nhoùm coù ít pphaân töû ñöôøng 6 cacbon).

24

Glycolipid coù maët ôû taát caû caùc maøng teá baøo ñoäng vaät vaø chieám khoaûng 5% lipid ôû daõy ngoaøi cuûa lôùp lipid keùp. Glycolipid cuõng coù maët ôû maøng teá baøo thöïc vaät vaø vi khuaån. Caùc Glycolipid naèm xen keõ vôùi caùc phaân töû phaân töû phospholipid nhöng caùc nhoùm ñöôøng boäc loä ra beà maët teá baøo.

Chöùc naêng cuûa Glycolipid coøn trong giaû thuyeát. Coù leõ chuùng coù taùc duïng laø caùc phaân töû tieáp nhaän caùc tín hieäu giöõa caùc teá baøo.

Hình 4.2 Phaân töû Phospholipid

Hình 4.3 Phaân töû Cholesterol

4.1.2.2 Caùc protein cuûa maøng sinh chaát - Khoái löôïng : Lipid maøng ñaûm nhieäm phaàn caáu truùc cô baûn coøn caùc chöùc naêng ñaëc hieäu cuûa maøng phaàn lôùn do caùc phaân töû protein maøng. Protein maøng chieám khoaûng 50% khoái löôïng cuûa maøng sinh chaát, maøng myelin cuûa daây thaàn kinh chæ coù döôùi 25% khoái löôïng laø protein nhöng ôû maøng ti theå vaø luïc laïp coù tôùi 75% khoái löôïng laø protein.

Kích thöôùc cuûa protein lôùn hôn nhieàu so vôùi lipid cho neân tuy veà khoái löôïng protein laø 50% nhöng soá löôïng laïi ít hôn lipid, coù chöøng 1 phaân töû protein treân 50 phaân töû lipid.

25

- Vò trí caùc protein treân maøng sinh chaát : Ngaøy nay ngöôøi ta ñaõ xaùc ñònh khoâng phaûi protein phuû hai beân beà maët lôùp lipid keùp maø laø caùc phaân töû protein caøi tröïc tieáp vaøo lôùp lipid keùp. Caùc phaân töû protein naøy thöôøng coù moät phaàn kî nöôùc töông taùc vôùi ñuoâi kî nöôùc cuûa phaân töû lipid ôû trong maøng, phaàn öa nöôùc cuûa protein ñöôïc loä ra ôû 1 hoaëc 2 beân beà maët cuûa maøng. Moái lieân keát caùc choã kî nöôùc vôùi nhau giuùp giöõ chaët caùc phaân töû protein trong maøng lipid. Tuyø theo vò trí cuûa protein, coù theå chia laøm boán loaïi protein : protein xuyeân suoát qua maøng lipid vaø loä hai ñaàu öa nöôùc ra hai beân maøng. Caùc protein naøy goïi laø protein xuyeân maøng. Loaïi prtein naøy raát khoù taùch ra khoûi maøng; Protein caøi moät phaàn vaøo maøng vaø chæ loä ra ôû moät beân maøng; Protein khoâng caøi vaøo maøng lipid nhönglieân keát vôùi phaân töû proteâin xuyeân maøng taïi moät beân beà maët cuûa maøng; Protein naèm töï do treân beà maët cuûa maøng, loaïi naøy deã taùch ra khoûi maøng.

Ngöôøi ta ñaõ phaùt hieän ñöôïc treân 50 loaïi protein maøng khaùc nhau. Trong soá caùc protein cuûa maøng hoàng caàu, ngöôøi ta ñaõ phaùt hieän ñöôïc ba loaïi chính chieám 60% khoái löôïng protein cuûa maøng. Ba loaïi aáy laø : Spectrin, Glycophorin vaø Baêng III. + Spectrin laø moät protein hình sôïi goàm hai chuoãi pholypeptid raát daøi xeáp thaønh maøng löôùi taïi maët trong cuûa maøng hoàng caàu, laø boä xöông cuûa hoàng caàu, duy trì ñoä loõm cuûa hoàng caàu vaø cho pheùp hoàng caàu bieán daïng khi caàn xuyeân qua caùc vi maïch. + Glycophorin laø moät protein xuyeân maøng, phaàn ôû ngoaøi maøng teá baøo coù caùc nhaùnh oligosaccarid mang ñieän tích aâm. Ñuoâi cuûa glycophorin coù nhoùm cacboxyl öa nöôùc vaø quay vaøo trong baøo töông + Baêng III laø moät protein xuyeân maøng daïng gaáp khuùc nhieàu laàn ôû trong maøng, phaàn coù cacbonhydrat cuõng loä ra ngoaøi maøng teá baøo. Baêng III coù chöùc naêng vaän taûi O2 vaø CO2 ra vaøo teá baøo hoàng caàu.

26

Hình 4.4 Caáu truùc phaân töû maøng sinh chaát 4.1.2.3 Carbonhydrat cuûa maøng Carbonhydrat chieám khoaûng 2-10% khoái löôïng maøng döôùi daïng caùc chuoãi oligosaccarid, khi noù lieân keát vôùi protein taïo neân glycoprotein, lieân keát vôùi lipid taïo neân glycolipid. Moãi phaân töû glycolipid chæ mang moät chuoãi oligosaccarid. Moãi phaân töû glycoprotein coù theå mang nhieàu chuoãi oligosaccarid. Caùc chuoãi olisaccarid ñeàu naèm ôû maët ngoaøi cuûa maøng sinh chaát.

Chöùc naêng cuûa caùc chuoãi olisaccarid treân maøng sinh chaát chöa ñöôïc bieát roõ. Coù theå chuùng giuùp cho caùc glycoprotein baùm chaéc vaøo maøng lipid, laøm oån ñònh caùc caáu truùc gaáp khuùc cuûa glycoprtein. Chuùng coøn coù theå coù chöù naêng nhaän dieän giöõa caùc teá baøo.

4.1.2.4 Tính khoâng ñoái xöùng cuûa maøng sinh chaát Tính khoâng ñoái xöùng cuûa maøng sinh chaát theå hieän ôû söï saép xeáp caùc phaân töû lipid vaø caû caùc phaân töû protein.

27

Ba loaïi lipid saép xeáp khoâng gioáng nhau trong hai daõy lipid. Taïi moät vò trí coù theå moät beân laø phospholipid , coø beâ ñoái dieän laø glycolipid hoaëc cholesterol.

Vò trí caùc phaân töû protein cuõng khoâng ñoái xöùng nhau.

Chöùc naêng maøng sinh chaát - Maøng sinh chaát bao boïc teá baøo, phaân caùch teá baøo vôùi moâi tröôøng.

- Maøng coù tính choïn loïc trong quaù trình trao ñoåi chaát giöõa teá baøo vôùi moâi tröôøng, do ñoù duy trì noàng ñoä khaùc nhau veà caùc ion ôû trong vaø ôû ngoaøi teá baøo, cho pheùp thöùc aên ñi vaøo vaø chaát thaûi ñi ra.

- Maøng coù khaû naêng bieán hình ñeå teá baøo di ñoäng vaø ñeå thöïc baøo vaø aåm baøo.

- Maøng coù khaû naêng daãn truyeàn xung ñoäng thaàn kinh nhôø söï thay ñoåi dieän tích giöõa trong vaø ngoaøi maøng.

- Maøng coù khaû naêng nhaän dieän teá baøo ñoàng loaïi vaø khaùc loaïi.

- Maøng coù khaû naêng nhaän dieän caùc hormon hoaëc moät soá chaát laï nhôø nhöõng phaân töû protein hoaëc glycoprotein ñaëc hieäu goïi laø caùc phaân töû tieáp nhaän hay thuï theå, vaø coù theå daãn caùc phaân töû hormon hoaëc caùc chaát laï ñoù vaøo trong teá baøo.

- Maøng coù chöùc naêng mieãn dòch : moät soá teá baøo nhö ñaïi thöïc baøo, baïch caàu limpho coù theå nhaän dieän caùc khaùng nguyeân vaø saûn xuaát ra khaùng theå beà maët ñeå phaûn öùng vôùi khaùng nguyeân.

4.1.3 Baøo töông (cytoplasm) [1] Baøo töông coøn goïi laø teá baøo chaát, laø boä phaän cuûa teá baøo ôû quanh nhaân ra tôùi maøng sinh chaát, bao goàm dòch baøo töông, caùc theå vuøi vaø caùc baøo quan.

28

Dòch baøo töông chöùa caùc phaân töû nhö protein, caùc acid amin, caùc nucleotid, acid beùo, caùc phaân töû chaát höõu cô nhoû hôn, caùc ion. Ña soá caùc quaù trình chuyeån hoaù trung gian tieán haønh trong dòch baøo töông ñeå giaùng hoaù moät soá phaân töû nhoû hoaëc ñeå toång hôïp moät soá chaát tieàn thaân cho caùc ñaïi phaân töû. Ñeå thöïc hieän caùc quaù trình chuyeån hoaù trung gian ñoù, coù haøng nghìn men xuùc taùc caùc phaûn öùng ñöôøng phaân, caùc phaûn öùng toång hôïp caùc loaïi ñöôøng, acid amin, nucleotid, acid beùo.

Trong baøo töông coù caùc theå vuøi laø nhöõng ñieåm taäp trung caùc chaát döï tröõ cuûa teá baøo nhö haït mô, haït glycogen ôû teá baøo ñoäng vaät, caùc haït daàu, haït tinh boät, tinh theå muoái, tinh theå protein cuûa caùc teá baøo thöïc vaät.

Caùc boä phaän quan troïng nhaát cuûa baøo töông laø caùc baøo quan, moãi baøo quan ñaûm nhieäm moät vaøi chöùc naêng cuûa teá baøo.

4.1.4 Nhaân teá baøo (nucleus) [1] Nhaân teá baøo coù hình daïng khaùc nhau nhö : hình caàu, hình baàu duïc, hình haït ñaäu, hình nhieàu thuyø, hình chia nhaùnh…Hình daïng cuûa nhaân thöôøng phuï thuoäc vaøo hình daïng teá baøo, nhö teá baøo hình khoái vuoâng coù nhaân hình caàu, teá baøo hình truï thì nhaân hình baàu duïc. Tuy nhieân, hình daïng nhaân coù theå raát ñaëc bieät.

Kích thöôùc cuûa nhaân phuï thuoäc vaøo kích thöôùc teá baøo. Moãi teá baøo coù tyû leä veà kích thöôùc nhaát ñònh giöõa nhaân vaø baøo töông. Söï thay ñoåi tyû leä naøy daãn ñeán söï phaân baøo hay söï huyû hoaïi teá baøo.

Moãi teá baøo thöôøng coù moät nhaân coù caáu taïo goàm : voû nhaân, haïch nhaân, nhieãm saét theå.

4.2 Toång quan moät soá gioáng naám moác 4.2.1 Aspergillus spp.

4.2.1.1 Phaân loaïi [7] Baûng 4.1 Phaân loaïi cuûa Aspergillus spp.

29

Lôùp

Naám baát toaøn (fungi imperfecti) Boä

Moniliales Hoï

Moniliaceae Gioáng

Aspergillus Nhoùm

Asp.clavatus Asp.ornatus Asp.flavus Loaøi

Asp.oryzae Asp.glaucas Asp.nidulans Asp.restrictus Asp. fumigatus Asp.versicolor Asp.ustus Asp.sparsus

30

Asp.cremeus Asp.cervinus Asp.flavipes Asp.terreus Asp.candius Asp.niger Loaøi

Asp.niger Asp.ochraceus Asp.wentii

4.2.1.2 Hình thöùc sinh saûn Hình thöùc sinh saûn cuûa Aspergillus spp. chuû yeáu laø sinh saûn voâ tính baèng baøo töû ñính hay töø thaân. Töø baøo töû moïc ra sôïi naám hay töø baát kì moät ñoaïn sôïi naám naøo cuõng coù theå moïc ra nhieàu sôïi naám khaùc taïo thaønh heä sôïi naám roài sinh ra voâ soá baøo töû töông öùng treân caùc sôïi naám ñoù. Nhöõng teá baøo sinh conidi ñöôïc hình thaønh tröïc tieáp treân caùc sôïi naám bình thöôøng hoaëc treân caùc sôïi naám ñaëc bieät goïi laø cuoáng baøo töû ñính (conidiosphore). Cuoáng baøo töû coù theå phaùt trieån thaønh nhöõng hình daïng phöùc taïp tuyø vaøo loaøi naám moác [9].

4.2.1.3 Ñaëc ñieåm caáu taïo cuûa Aspergillus niger Ñaëc tröng cuûa loaøi naám Aspergillus spp. laø saûn xuaát ra nhöõng cuoáng baøo töû ñính khoâng coù vaùch ngaên. Asp.niger coù caáu taïo boïng (vesicle) hình caàu; theå bình (phialides)

31

2 taàng; lôùp thöù nhaát gaáp ñoâi lôùp thöù hai; cuoáng conidi khoâng daøi quaù 4mm chieàu daøi; conidi tröôûng thaønh coù hình caàu, phaàn lôùn coù ñöôøng kính töø 4.0 – 5.0 µm. Asp.niger coù maøu ñen laø do maøu cuûa conidi taïo neân. Thaân cuûa noù maøu traéng vaø moïc ñan xen chaèng chòt vaøo nhau [7, 34].

4.2.1.4 Ñaëc ñieåm caáu taïo cuûa Aspergillus oryzae Asp.oryzae coù caáu taïo boïng coù hình gaàn gioáng hình chuyø, theå bình hai taàng. Boâng maøu luïc – vaøng khi coøn non vaø maøu naâu nhaït khi giaø. Conidi lôùn, phaàn lôùn coù kích thöôùc khoaûng töø 4.5 – 7µm nhöng coù theå tôùi 8 hoaëc 10µm. Conidi môùi ñaàu hình elip, roài ñeán hình caàu hoaëc gaàn caàu, nhaün hoaëc xuø xì khoâng ñeàu [7, 34].

4.2.2 Mucor spp 4.2.2.1 Phaân loaïi [7] Baûng 4.2 Phaân loaïi cuûa Mucor spp.

Lôùp

Phycomycetes Boä

Mucorales Hoï

Mucoraceae Gioáng

Mucor Nhoùm

M.sphaerosporus M.racemosus M.fragilis

32

M.hiemalis Loaøi

M.hiemalis M.flavus M.mucedo

4.2.2.2 Hình thöùc sinh saûn Sinh saûn baèng baøo töû voâ tính ñieån hình ôû trong nhöõng boïc baøo töû hình caàu ñeán hình truï, coù tieáp hôïp töû (zygospore). Baøo töû kín ñöôïc hình thaønh töø caùc boïc ñaëc bieät goïi laø nang. Nang ñöôïc hình thaønh treân nhöõng sôïi naám lôùn hôn caùc khuaån ty, thöôøng goïi laø cuoáng nang hay cuoáng baøo töû. Cuoáng nang coù loaïi phaân nhaùnh coù loaïi khoâng phaân nhaùnh, thöôøng phaùt trieån saâu vaøo trong nang vaø laøm thaønh moät caùi loõi (columella) coù hình daïng khaùc nhau tuyø loaøi naám moác. Khi nang nôû, caùc baøo töû thoaùt ra ngoaøi, gaëp ñieàu kieän thuaän lôïi seõ naûy maàm taïo khuaån ty môùi [9].

4.2.2.3 Ñaëc ñieåm caáu taïo cuûa Mucor hiemalis Baøo töû boïc hình truï hôi daøi, coù ñöôøng kính döôùi 100µm. Thaûm sôïi giöõ maøu traéng, maøu vaøng hoaëc maøu xaùm, thöôøng cao khoâng tôùi 20mm [7].

4.2.3 Penicillium spp.

4.2.3.1 Phaân loaïi [7] Baûng 4.3 Phaân loaïi cuûa Penicillium spp.

33

Lôùp

Naám baát toaøn (fungi imperfecti) Boä

Moniliales Hoï

Moniliaceae Gioáng

Penicillium Nhoùm lôùn Monoverticillata Nhoùm lôùn Asymmetrica Nhoùm lôùn phuï Divaricata Nhoùm lôùn phuï Velutina nhoùm

P.citrium Loaøi

P.citrium Nhoùm lôùn phuï Lanata Nhoùm lôùn phuï Funiculosa Nhoùm lôùn phuï Fasciculata Nhoùm lôùn Biverticillata Nhoùm lôùn Polyverticillata

4.2.3.2 Hình thöùc sinh saûn

34

Penicillium spp. coù hình thöùc sinh saûn voâ tính chuû yeáu baèng baøo töû ñính hoaëc töø baát kì moät nhaùnh hay moät ñoaïn thaân naøo [9].

4.2.3.3 Ñaëc ñieåm caáu taïo cuûa Penicillium citrium Ngoïn phaân nhaùnh hình choåi, ít khi phaân nhaùnh döôùi möùc cuoáng theå bình ñaëc tröng, ít khi teû roäng, thöôøng daøy ñaëc, cuoáng theå bình coù tính phaân kì. Conidi maøu luïcxanh töôi, khoâng bò bao trong chaát nhaày. Conidi thaønh chuoãi, cuoáng conidi khoâng phình ra ôû ñaàu cuøng hoaëc chæ hôi phình, khoâng phaân hoaù teá baøo chaân [7].

4.2.4 Trichoderma spp.

4.2.4.1 Phaân loaïi [7]

Baûng 4.4 Phaân loaïi cuûa Trichoderma spp.

Lôùp

Naám baát toaøn (fungi imperfecti) Boä

Moniliales Hoï

Moniliaceae Gioáng

Trichoderma Loaøi

T.piluliferum T.polysporum

35

T.hamatum T.koningii T.aureoviride T.herzianum T.longibrachiatum T.psendokoningii T.virid

4.2.4.2 Hình thöùc sinh saûn Trichoderma spp. coù hình thöùc sinh saûn voâ tính chuû yeáu baèng baøo töû ñính hoaëc töø baát kì moät nhaùnh hay moät ñoaïn thaân naøo [9].

4.2.4.3 Ñaëc ñieåm caáu taïo cuûa Trichoderma lignorum Cuoáng conidi daøi vaø khaùc bieät roõ reät vôùi sôïi naám. Cuoáng conidi chæ phaân nhaùnh ôû ñaàu cuøng, thaønh boâng, khoâng coù chaát nhaày bao boïc [7].

36

Chöông 5 : CÔ SÔÛ LYÙ THUYEÁT CUÛA QUAÙ TRÌNH XÖÛ LYÙ KLN BAÈNG PHÖÔNG PHAÙP SINH HOÏC

Caùc ion kim loaïi ñöôïc gaén keát leân maøng teá baøo bôûi nhöõng cô cheá hoaù lyù khaùc nhau, phuï thuoäc vaøo traïng thaùi cuûa teá baøo VSV vaø caùc ñieàu kieän moâi tröôøng. Nhöõng cô cheá gaén keát caùc ion KL leân beà maët teá baøo moät caùch chaéc chaén bao goàm caùc löïc töông taùc tónh ñieän, löïc van der Waals, covalent bonding, nhöõng phaûn öùng oxi hoaù khöû, quaù trình keát tuûa ngoaïi baøo, hay moät vaøi söï phoái hôïp cuûa nhöõng quaù trình ñoù [21].

Cô cheá quaù trình loaïi boû caùc ion KL trong nöôùc thaûi cuûa teá baøo vi sinh vaät ñöôïc chia thaønh 2 quaù trình cô baûn laø : ñaàu tieân laø bôûi sinh khoái soáng, phuï thuoäc vaøo hoaït ñoäng trao ñoåi chaát cuûa teá baøo, coøn ñöôïc goïi laø cô cheá chuû ñoäng. Quaù trình thöù hai thì lieân quan ñeán söï loaïi boû KL bôûi teá baøo soáng vaø cheát nhö laø moät keát quaû hoaït ñoäng cuûa nhöõng nhoùm chöùc hoaù hoïc trong thaønh phaàn cuûa maøng teá baøo, coøn goïi laø cô cheá thuï ñoäng [12, 24, 32].

5.1 Cô cheá thuï ñoäng Cô cheá thuï ñoäng laø quaù trình keát gaén caùc ion KL leân beà maët teá baøo, khoâng phuï thuoäc vaøo quaù trình trao ñoåi chaát, do ñoù cuõng khoâng phuï thuoäc vaøo söï soáng cuûa teá baøo.

Quaù trình xaûy ra chuû yeáu cuûa cô cheá naøy laø quaù trình haáp phuï vaø trao ñoåi ion [24].

5.1.1 Quùa trình trao ñoåi ion Quaù trình trao ñoåi ion laø quaù trình caùc ion KL ñöôïc trao ñoåi vôùi caùc ion nhö K+ vaø Na+ treân beà maët teá baøo [24, 32].

37

Hình 5.1 Quang phoå SEM cuûa teá baøo naám moác ban ñaàu.

Hình 5.2 Quang phoå SEM cuûa teá baøo naám moác sau khi trao ñoåi ion vôùi Pb. 5.1.2 Quùa trình haáp phuï Quaù trình haáp phuï laø quaù trình gaén keát caùc ion KL treân beà maët teá baøo nhôø vaøo caùc thaønh phaàn hieän dieän ôû maøng teá baøo nhö polysaccharides, proteins vaø lipid. Trong caùc phaân töû naøy toàn taïi nhieàu nhoùm chöùc coù khaû naêng haáp phuï caùc ion KL nhö cacboxyl, amin, hydroxyl, sulfhydryl vaø phosphoryl. Ñaây laø nhöõng nhoùm chöùc khöû proton laøm cho beà maët teá baøo tích ñieän aâm, chính vì vaäy caùc nhoùm chöùc naøy coù theå haáp

38

phuï moät löôïng KL vaø caùc hôïp chaát höõu cô phaân cöïc vaø kî nöôùc [11]. Caùc nhoùm chöùc naøy coù möùc ñoä hoaït ñoäng gaén keát KL khaùc nhau. Möùc ñoä haáp phuï cuûa caùc nhoùm chöùc phuï thuoäc vaøo vaøo caùc yeáu toá nhö : soá löôïng nhoùm chöùc ñònh vò treân beà maët, traïng thaùi hoaù hoïc cuûa caùc nhoùm chöùc, vaø aùi löïc giöõa nhoùm chöùc vaø KL [24].

Ngoaøi ra ôû thaønh teá baøo naám moác coøn ñöôïc caáu taïo bôûi chaát chitin töø hôïp chaát chitosan – glucans [12]. Chitin laø moät trong nhöõng thaønh phaàn chính trong thaønh teá baøo cuûa naám moác, ñoù laø moät daïng bieán ñoåi cuûa cellulose, trong ñoù moät goác coù chöùa nitô ñöôïc theâm vaøo moãi ñôn vò glucoz. Noù laø moät polysaccharide, ñöôïc caáu truùc bôûi N – acetyl – D – glucos – 2 – amine (N – acetylglucosamine), coù aùi löïc cao ñoái vôùi caùc ion kim loaïi [36].

Hình 5.3 Coâng thöùc caáu taïo cuûa chitin 5.2 Cô cheá chuû ñoäng Cô cheá chuû ñoäng coù 2 giai ñoaïn. Ñaàu tieân, caùc ion KL ñöôïc gaén keát thuï ñoäng leân beà maët maøng teá baøo vi sinh vaät. Sau ñoù caùc ion KL ñöôïc chuyeån vaøo beân trong teá baøo nhôø heä thoáng naêng löôïng cuûa teá baøo, vì vaäy cô cheá naøy phuï thuoäc vaøo söï soáng cuûa teá baøo [24].

5.2.1 Cô cheá vaän chuyeån vaät chaát qua maøng teá baøo [1] 5.2.1.1 Ñaëc ñieåm chung

39

- Caùc teá baøo soáng luoân luoân phaûi trao ñoåi chaát vôùi moâi tröôøng beân ngoaøi vì nhu caàu haáp thu chaát dinh döôõng (glucose, axitamin, chaát khoùang…) thaûi nhöõng chaát caën baõ hoaëc caùc chaát tieát ra khoûi teá baøo.

- Teá baøo caàn phaûi duy trì noàng ñoä caùc ion K+, Na+, Cl-, Ca++…) ñaûm baûo cho moïi hoaït ñoäng soáng trong teá baøo vaø cô theå.

- Teá baøo caàn phaûi giöõ theå tích vaø hình daïng khoâng ñoåi baèng caùch giöõ moái töông quan thaåm thaáu giöõa teá baøo vôùi moâi tröôøng beân ngoaøi.

- Söï trao ñoåi chaát ñöôïc thöïc hieän qua maøng sinh chaát cuûa teá baøo vaø maøng cuûa caùc baøo quan.

- Maøng sinh chaát laø moät maøng lipid keùp, thöïc chaát noù khoâng phaûi thaám cho taát caû caùc phaân töû vaø ngaên caûn taát caû caùc phaân töû beân trong teá baøo thoaùt ra moâi tröôøng ngoaøi.

Noù laø moät maøng soáng raát linh hoaït vaø raát chuû ñoäng vaän chuyeån caùc chaát ra vaøo teá baøo.

Maøng coù tính thaám choïn loïc, chæ nhaän vaøo nhöõng chaát caàn thieát vaø thaûi ra nhöõng chaát khoâng caàn thieát duø caùc chaát naøy coù kích thöôùc lôùn hoaëc coù noàng ñoä khoâng theo höôùng cuûa gradient noàng ñoä.

Baûng 5.1 So saùnh noàng ñoä moät soá ion trong vaø ngoaøi teá baøo.

Thaønh phaàn

Noàng ñoä trong teá baøo

Noàng ñoä ngoaøi teá baøo

(mM)

(mM)

Na+

5 – 15

145

K+

140

5

Mg2+

30

1–2

Ca2+

1–2

2.5 – 5

Cation

40

H+

4 – 10

4 – 10

4

110

Anion Cl-

5.2.1.2 Tính thaám cuûa maøng sinh chaát a. Tính thaám cuûa lôùp lipid keùp - Caùc phaân töû caøng nhoû vaø hoaø tan ñöôïc trong caùc moâ môõ thì caøng deã thaám qua lôùp lipid keùp.

- Caùc phaân töû nhoû khoâng mang ñieän tích cuõng thaám qua lôùp lipid keùp deã daøng (H2O, khí, CO2, N2, etanol).

- Caùc ion tích ñieän ñieän vaø hydrat hoaù cao khoâng qua ñöôïc lôùp lipid keùp (H+, Na+, K+, Cl-, Ca2+…).

Tuy nhieân, nhieàu ion vaø caùc phaân töû khaùc (glucose, acid amin) vaãn thaám qua ñöôïc maøng sinh chaát vaø maøng laïi bao goàm caû protein vaø lipid. Ñieàu ñoù chöùng toû caùc phaân töû protein cuûa maøng sinh chaát coù vai troø quan troïng trong söï vaän chuyeån caùc chaát qua maøng sinh chaát. Caùc phaân töû protein naøy ñöôïc goïi laø protein vaän chuyeån. b. Caùc phaân töû protein vaän chuyeån Ñoù laø caùc protein xuyeân maøng, chuùng hình thaønh moät con ñöôøng lieân tuïc xuyeân qua lôùp lipid keùp.

Coù 3 loaïi khaùc nhau veà phöông thöùc hoaït ñoäng vaø caáu truùc. b.1 Protein keânh : laø protein taïo neân moät caùi oáng xuyeân qua maøng gioáng nhö con keânh, cho pheùp caùc chaát hoaø tan coù kích thöôùc vaø ñieän tích thích hôïp ñi qua maøng theo cô cheá khueách taùn ñôn thuaàn.

41

b.2 Protein taûi thuï ñoäng : protein naøy coù vò trí lieân keát ñaëc hieäu vôùi phaân töû caàn vaän chuyeån vaø ñöa phaân töû ñoù qua maøng theo quy luaät khueách taùn, nghóa laø theo gradient noàng ñoä. b.3 Protein taûi tích cöïc (chuû ñoäng) : protein naøy hoaït ñoäng nhö moät caùi bôm vaø cuõng coù vò trí lieân keát ñaëc hieäu vôùi phaân töû caàn vaän chuyeån, ñöa chaát ñoù ñi ngöôïc gradient noàng ñoä. Söï vaän chuyeån naøy caàn naêng löôïng cuûa teá baøo.

Trong söï hoaït ñoäng cuûa protein taûi coù caùc hình thöùc : - Vaän chuyeån ñôn : moãi laàn chæ vaän chuyeån moät loaïi phaân töû.

- Vaän chuyeån keùp : cuøng moät luùc seõ vaän chuyeån hai loaïi phaân töû. + Neáu hai loaïi phaân töû ñöôïc vaän chuyeån cuøng chieàu thì ñöôïc goïi laø ñoàng vaän chuyeån. + Neáu hai loaïi phaân töû ñöôïc vaän chuyeån ngöôïc chieàu thì ñöôïc goïi laø ñoái vaän chuyeån.

42

Hình 5.4 Caùc hình thöùc hoaït ñoäng cuûa protein taûi 5.2.1.2 Söï vaän chuyeån caùc phaân töû nhoû qua maøng sinh chaát

Hình 5.5 Sô ñoà caùc cô cheá vaän chuyeån phaân töû nhoû qua maøng sinh chaát Goàm 3 cô cheá : a. Khueách taùn ñôn thuaàn a.1 Ñaëc ñieåm - Phaân töû chaát hoaø tan khoâng bò bieán ñoåi hoaù hoïc vaø khoâng keát hôïp vôùi moät loaïi phaân töû naøo khaùc.

- Trong moïi tröôøng hôïp, quaù trình vaän chuyeån ñeàu phuï thuoäc vaøo noàng ñoä caùc chaát hoaø tan theo quy luaät khueách taùn : caùc chaát di chuyeån töø nôi coù noàng ñoä cao ñeán nôi coù noàng ñoä thaáp hôn (theo höôùng gradient noàng ñoä).

- Söï vaän chuyeån coù theå dieãn ra theo hai chieàu thuaän nghòch tuyø thuoäc vaøo noàng ñoä chaát hoaø tan ôû hai beân maøng.

43

- Söï vaän chuyeån khoâng tieâu toán naêng löôïng teá baøo. a.2 Caùc cô cheá - Khueách taùn ñôn thuaàn khoâng coù söï tham gia cuûa protein vaän chuyeån : Caùc phaân töû ñi qua maøng nhôø thaám qua ñöôïc lôùp lipid keùp maø khoâng caàn protein vaän chuyeån.

- Khueách taùn ñôn thuaàn coù söï tham gia cuûa protein vaän chuyeån : Caùc protein vaän chuyeån laø loaïi protein keânh seõ taïo ra moät con ñöôøng cho caùc chaát ñi qua maøng theo gradient noàng ñoä.

Coù 2 loaïi protein keânh : + Protein keânh môû lieân tuïc + Protein keânh môû khoâng lieân tuïc : protein naøy coù cô cheá ñoùng môû cuûa keânh taïm thôøi ñeå caùc phaân töû hoaø tan khueách taùn qua maøng. Thoâng thöôøng, coù caùc tín hieäu ñeå ñoùng môû keânh, ñoù laø caùc chaát gaén seõ keát hôïp vôùi protein keânh taïi vò trí ñaëc hieäu laøm cho keânh môû ra vaø phaân töû chaát hoaø tan loït vaøo ñöôïc.

Hình 5.6 Sô ñoà cô cheá ñoùng môû cöûa keânh cuûa caùc protein keânh xuyeân maøng b. Khueách taùn trung gian

44

b.1 Ñaëc ñieåm - Coù söï tham gia hoaït ñoäng cuûa protein vaän chuyeån laø protein taûi. Protein taûi coù vò trí ñaëc hieäu ñeå cô chaát baùm vaøo roài ñöa qua maøng.

- Coù bieåu hieän hieäu öùng baûo hoaø, nghóa laø heä thoáng vaän taûi khoâng tieáp nhaän cô chaát nöõa vì nhu caàu teá baøo ñaõ ñuû. Nhö vaäy, coù moät söï giôùi haïn cho möùc ñoä vaän chuyeån.

- Söï vaän chuyeån xaûy ra theo gradient noàng ñoä.

- Khoâng tieâu toán naêng löôïng cuûa teá baøo.

- Moät soá tröôøng hôïp, quaù trình vaän chuyeån coù theå xaûy ra theo hai chieàu thuaän nghòch tuyø thuoäc vaøo noàng ñoä töông ñoái cuûa cô chaát hai beân maøng. b.2 Cô cheá Protein taûi xoay trong maøng (xoay 1800) ñeå ñöa cô chaát töø beân naøy maøng sang beân kia maøng. Protein taûi thay ñoåi caáu hình ñeå tieáp nhaän cô chaát roài ñöa qua maøng.

(a) : Protein taûi môû ra ôû maët ngoaøi maøng ñeå tieáp nhaän phaân töû ñöôïc vaän chuyeån. (b) : Protein taûi môû ra ôû maët trong maøng ñöa phaân töû ñöôïc vaän chuyeån vaøo trong teá baøo.

Hình 5.7 Sô ñoà cô cheá hoaït ñoäng cuûa protein taûi

45

c. Vaän chuyeån tích cöïc Trong teá baøo soáng, söï vaän chuyeån caùc chaát khoâng phaûi bao giôø cuõng theo höôùng töø nôi coù noàng ñoä cao ñeán nôi coù noàng ñoä thaáp hôn, traùi laïi coù moät soá chaát ñi qua maøng ngöôïc vôùi gradient noàng ñoä. Keát quaû trong teá baøo giöõ ñöôïc moät soá chaát coù noàng ñoä cao hôn moâi tröôøng ngoaøi vaø moät soá chaát coù noàng ñoä thaáp hôn moâi tröôøng ngoaøi. Nguyeân nhaân cuûa hieän töôïng naøy laø vì maøng sinh chaát laø moät maøng soáng, coù tính thaám choïn loïc, maøng seõ choïn loïc nhöõng chaát phuø hôïp theo nhu caàu cuûa teá baøo ñeå thu vaøo hay thaûi ra.

Hieän töôïng vaän chuyeån caùc chaát moät caùch coù choïn loïc vaø ñi ngöôïc gradient noàng ñoä ñöôïc goïi laø vaän chuyeån tích cöïc. c.1 Ñaëc ñieåm - Gioáng nhö cô cheá khueách taùn trung gian, cuõng caàn coù söï hoaït ñoäng cuûa protein taûi, do ñoù coù bieåu hieän hieäu öùng baûo hoaø.

- Quùa trình vaän chuyeån ñi ngöôïc gradient noàng ñoä vaø caàn tieâu thuï naêng löôïng cuûa teá baøo.

- Cô chaát ñöôïc vaän chuyeån qua maøng theo moät höôùng nhaát ñònh ñoái vôùi moãi loaïi teá baøo. c.2 Moät soá heä vaän chuyeån tích cöïc - Heä vaän chuyeån tích cöïc Na+ - K+ - ATPase Ôû haàu heát caùc laoïi teá baøo, beân trong teá baøo coù noàng ñoä K+ cao hôn moâi tröôøng ngoaøi raát nhieàu laàn, vaø ngöôïc laïi noàng ñoä Na+ laïi thaáp hôn moâi tröôøng ngoaøi cuõng raát nhieàu laàn.

Caùc teá baøo giöõ noàng ñoä K+ töông ñoái cao laø vì K+ raát caàn cho qua trình sinh toång hôïp protein vaø caàn cho söï hoaït ñoäng cuûa nhieàu loaïi men. Trong khi ñoù, söï xaâm nhaäp moät löôïng lôùn Na+ seõ keùo theo söï thaåm thaáu nhieàu phaân töû nöôùc laøm teá baøo tröông phoàng leân vaø vôõ ra.

46

Thöïc teá khoâng xaûy ra hieän töôïng treân vì trong maøng sinh chaát coù moät heä vaän chuyeån tích cöïc ñeå giöõ vöõng noàng ñoä K+ vaø Na+, ñoù laø men Na+K+ATPase. Men Na+K+ATPase laø moät protein xuyeân maøng goàm hai ñôn vò döôùi. Ñôn vò lôùn coù vò trí baùm cho Na+, K+ vaø ATP (vò trí cho K+ ôû maët ngoaøi maøng, vò trí cho Na+ vaøa ATP ôû maët trong maøng). Ñôn vò döôùi nhoû laø moät glycoprotein coù chöùa acid sialic, glucose, glactose vaø moät soá ñöôøng 6C khaùc.

Men Na+K+ATPase hoaït ñoäng nhö moät caùi bôm, noù lieân keát taïm thôøi vôùi Na+ ôû maët trong maøng nhôø naêng löôïng thuyû phaân ATP. Na+K+ATPase seõ ñöôïc phosphoryl hoaù do nhoùm

cuû P a ATP gaén vaøo, noù xoay trong maøng sinh chaát 180 ñeå chuyeån vò trí Na ra maët ngoaøi maøng, Na+ seõ taùch khoûi men 0

+

Na+K+ATPase. Töông töï, ôû maët ngoaøi maøng K+ cuõng ñöôïc gaén vaøo vò trí ñaëc hieäu vaø ñöôïc Na+K+ATPase chuyeån vaøo beân trong roài taùch khoûi maøng ñeå vaøo baøo töông.

Hình 5.8 Sô ñoà cô cheá hoaït ñoäng cuûa Na+K+ATPase : bôm Na+ ra vaø K+ vaøo teá baøo ngöôïc gradient noàng ñoä.

5.2.2 Moät soá quaù trình khaùc 5.2.2.1 Quùa trình keát tuûa

47

Moät soá teá baøo vi sinh vaät coù khaû naêng tieát ra moät soá chaát coù khaû naêng laøm keát tuûa KL. Ví duï nhö trong moâi tröôøng kò khí, vi khuaån giaûm thieåu sulfate nhö Desulfovibrio vaø Desulfotomaculum saûn xuaát ra H2S laøm keát tuûa caùc ion KL döôùi daïng muoái sunfit [24].

5.2.2.2 Quùa trình oxi hoaù Coù nhieàu phaûn öùng oxi hoaù-khöû KL ñöôïc thöïc hieän moät caùch giaùn tieáp bôûi moät soá loaøi vi khuaån. Ví duï nhö Escherichia coli coù theå tieát ra nhöõng enzym coù khaû naêng chuyeån hoaù töø Cr6+ thaønh Cr3+ khoâng tan [24].

Hình 5.9 Cô cheá cuûa nhöõng phaûn öùng giöõa KL vaø teá baøo

Chöông 6 : VAÄT LIEÄU

48

6.1 Gioáng naám moác nghieân cöùu - Aspergillus niger : nguoàn töø khoa Moâi Tröôøng – tröôøng ÑH BK Tp.HCM. - Aspergillus oryzae : nguoàn töø khoa Moâi Tröôøng – tröôøng ÑH BK Tp.HCM. - Mucor hiemalis : nguoàn töø khoa Moâi Tröôøng – tröôøng ÑH BK Tp.HCM. - Penicillium citrium : nguoàn töø khoa Moâi Tröôøng – tröôøng ÑH BK Tp.HCM. - Trichoderma lignorum : nguoàn töø khoa Moâi Tröôøng – tröôøng ÑH BK Tp.HCM. 6.2 Kim loaïi naëng - Muoái Ni(NO3)2.6H2O do Merck saûn xuaát.

- Muoái Cu(NO3)2.3H2O do Merck saûn xuaát.

6.3 Vaät lieäu laøm moâ hình biofilm Huû nhöïa coù ñöôøng kính 4 cm, chieàu cao 8cm : saûn xuaát taïi Vieät Nam. 6.4 Vaät lieäu laøm giaù theå - Rôm : coù nguoàn töø aáp Mít naøi, huyeän Cuû Chi, TP.HCM - OÁng nhöïa (hay coøn goïi laø ruoät gaø) coù ñöôøng kính khoaûng 18mm : saûn xuaát taïi Vieät Nam.

Chöông 7 : PHÖÔNG PHAÙP NGHIEÂN CÖÙU

49

7.1 Phöông phaùp nuoâi caáy naám moác 7.1.1 Nuoâi caáy naám moác ôû treân thaïch nghieâng Trong quaù trình giöõ naám ñeå nghieân cöùu hoaëc baûo quaûn gioáng naám ñeàu phaûi caáy naám vaøo oáng thaïch nghieâng. Ta thöôøng duøng hai loaïi oáng: loaïi oáng nghieäm thoâng thöôøng 18×180mm vaø loaïi oáng nghieäm lôùn vôùi kích thöôùc 30×180mm. Khi caáy thì tay traùi caàm oáng, phaàn döôùi oáng nghieäm naèm trong loøng ngoùn vaø baøn tay. Moãi laàn caàm nhieàu nhaát laø 3 oáng trong ñoù coù moät oáng gioáng vaø hai oáng coù moâi tröôøng nhöng chöa caáy. Tay phaûi caàm que caáy, ñoát ñoû sôïi kim loaïi ñeå dieät truøng. Khi que caáy nguoäi thì duøng tay phaûi môû nuùt oáng baèng caùch keïp giöõa caùc ngoùn tay, roài hô mieäng oáng treân ngoïn löûa ñeøn coàn cho tôùi khi noùng boûng môùi thoâi. Ta dí ñaàu que caáy vaøo oáng thaïch voâ truøng ñeå cho nguoäi vaø thaám öôùt, sau ñoù ñöa vaøo oáng gioáng laáy moät ít baøo töû hoaëc moät ít sôïi naám ñem caáy leân oáng thaïch môùi. Ñoäng taùc caáy phaûi nhanh choùng nhöng khoâng ñöôïc ñeå que caáy coù gioáng chaïm vaøo thaønh oáng nghieäm coøn noùng. Khi hai oáng ñaõ caáy xong thì ta hô mieäng oáng qua ngoïn ñeøn coàn roài ñoùng nuùt boâng laïi.

7.1.2 Nuoâi caáy naám moác treân moâi tröôøng loûng Thao taùc nuoâi caáy naám ôû treân moâi tröôøng loûng cuõng gioáng nhö nuoâi caáy naám ôû treân thaïch nghieâng, nhöng trong quaù trình nuoâi caáy mieäng oáng caàn ñeå gaàn ngoïn ñeøn coàn, chuù yù khoâng ñeå chaát loûng leân tôùi phaàn oáng ñöôïc ñoát noùng. Vôùi caùch ñoù ta coù theå ngaên ngöøa nhöõng baøo töû naám taïp ôû trong khoâng khí khoâng rôi treân maët moâi tröôøng maø laïi rôi vaøo choã thuûy tinh ñaõ ñöôïc hô noùng do ñoù bò tieâu dieät.

7.2 Xaùc ñònh ñöôøng cong taêng tröôûng 7.2.1 Muïc tieâu Xaùc ñònh ñöôøng cong taêng tröôûng cuûa Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Mucor hiemalis, Penicillium citrium, Trichoderma lignorum nhaèm xaùc ñònh khoaûng thôøi

50

gian chuùng tröôûng thaønh vaø löôïng sinh khoái thu ñöôïc cao. Töø ñoù ta coù theå xaùc ñònh ñöôïc thôøi gian naøo thu sinh khoái ñeå söû duïng trong nghieân cöùu laø thích hôïp.

7.2.2 Hoaù chaát vaø thieát bò - Thaønh phaàn hoaù chaát cuûa moâi tröôøng Czapek loûng goàm : Saccharose

30g

NaNO3

3g

KH2PO4

1g

MgSO4

0.5g

FeSO4

0.01g

Nöôùc caát

1000ml

- Thieát bò goàm : tuû haáp voâ truøng, tuû caáy, tuû saáy, tuû aám.

7.2.3 Phöông phaùp - Caáy truyeàn caùc gioáng naám moác trong oáng gioáng ra caùc oáng nghieäm chöùa moâi tröôøng loûng.

- Pha moâi tröôøng Czapek loûng ñoå vaøo caùc thuyû tinh coù theå tích 500ml, moãi chai laø 150ml dd moâi tröôøng.

- Haáp voâ truøng ôû nhieät ñoä 1200C, aùp suaát 1at, trong voøng 30 phuùt.

- Caáy truyeàn cuøng moät löôïng töông ñoái baøo töû cuûa 5 gioáng treân töø caùc oáng nghieäm loûng vaøo caùc chai moâi tröôøng ñaõ ñöôïc chuaån bò saün baèng pipet töï ñoäng coù theå tích thu töø 1µl – 1000 µl.

- UÛ ôû nhieät ñoä 280C.

51

- Sau 3 ngaøy, baét ñaàu töø ngaøy thöù 4, moãi ngaøy ta thu SK 3 chai töông öùng vôùi moãi gioáng, ñem röûa saïch baøo töû baèng nöôùc caát roài loïc qua bình huùt chaân khoâng vôùi giaáy loïc (ñaõ saáy, huùt aåm vaø xaùc ñònh khoái löôïng). Sau ñoù ñem sinh khoái saáy ôû nhieät ñoä 600C qua ñeâm roài caân xaùc ñònh khoái löôïng SK cuûa moãi chai. Keát quaû cuoái cuøng laø keát quaû trung bình cuûa SK trong 3 chai.

7.3 Nghieân cöùu choïn loïc gioáng naám moác coù khaû naêng haáp phuï ion Cu2+ vaø Ni2+ toát 7.3.1 Ñoái vôùi sinh khoái naám moác soáng 7.3.1.1 Muïc tieâu Khaûo saùt khaû naêng haáp phuï ñoái vôùi ion Cu2+ vaø Ni2+ cuûa 5 gioáng naám moác : Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Mucor hiemalis, Penicillium citrium, Trichoderma lignorum döôùi daïng sinh khoái soáng nhaèm choïn löïa ñöôïc chuûng naám moác coù khaû naêng haáp phuï cao trong quaù trình xöû lyù ion Cu2+ vaø Ni2+ trong nöôùc.

7.3.1.2 Hoaù chaát vaø thieát bò - Muoái Ni(NO3)2.6H2O. - Muoái Cu(NO3)2.3H2O. - Dd HNO3 1% ñeå baûo quaûn maãu.

- Dd HNO3 0.01% vaø dd NaOH 0.01% ñeå ñieàu chænh pH. - Thieát bò : tuû haáp voâ truøng, tuû caáy, tuû aám, maùy laéc, maùy ly taâm sieâu toác 7.3.1.3 Phöông phaùp - SK cuûa 5 chuûng naám moác treân sau khi nuoâi 7 ngaøy baèng moâi tröôøng Czapek loûng trong caùc chai ñöôïc loïc ra giaáy loïc nhôø bình huùt chaân khoâng.

- Laáy SK soáng xeù thaønh nhöõng maûnh vuïn nhoû.

52

- Cho 50ml dd ion Ni2+ vaø Cu2+ coù noàng ñoä 50 mg/l, pH = 5.0 vaøo caùc Erlen coù theå tích 100ml.

- Caân 0.1g SK moãi Erlen.

- Laéc caùc Erlen chöùa hoãn dòch SK vaø ion KL baèng maùy laéc vôùi toác ñoä 100 voøng/phuùt trong voøng 180phuùt.

- Laáy 5ml hoãn dòch ñem ly taâm vôùi vaän toác 6000 voøng/phuùt trong voøng 10phuùt ñeå taùch SK. - Sau ñoù pha loaõng maãu baèng dd HNO3 1% roài tröõ laïnh.

- Ño keát quaû noàng ñoä coøn laïi trong dung dòch sau quaù trình haáp phuï baèng maùy haáp thu nguyeân töû (AAS).

7.3.2 Ñoái vôùi sinh khoái naám moác ñaõ ñöôïc xöû lyù 7.3.2.1 Muïc tieâu Khaûo saùt khaû naêng haáp phuï ñoái vôùi ion Cu2+ vaø Ni2+ cuûa 5 chuûng naám moác Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Mucor hiemalis, Penicillium citrium, Trichoderma lignorum döôùi daïng sinh khoái ñaõ ñöôïc xöû lyù, nhaèm choïn löïa ñöôïc chuûng naám moác vaø phöông phaùp xöû lyù sinh khoái toát, coù khaû naêng haáp phuï cao trong quaù trình xöû lyù ion Cu2+ vaø Ni2+ trong nöôùc.

7.3.2.2 Hoaù chaát vaø thieát bò - Muoái Ni(NO3)2.6H2O. - Muoái Cu(NO3)2.3H2O. - Dd HNO3 1% ñeå baûo quaûn maãu.

- Dd HNO3 0.01% vaø dd NaOH 0.01% ñeå ñieàu chænh pH.

53

- Boät giaët.

- Thieát bò : tuû haáp voâ truøng, tuû caáy, tuû saáy, tuû aám, maùy laéc, maùy ly taâm sieâu toác 7.3.2.3 Phöông phaùp xöû lyù sinh khoái a. Xöû lyù sinh khoái baèng nhieät ñoä Loïc SK ra giaáy loïc baèng bình huùt chaân khoâng. Sau ñoù ñem saáy khoâ ôû nhieät ñoä 60oC qua ñeâm. b. Xöû lyù sinh khoái baèng dung dòch boät giaët Ñun soâi SK trong 500ml nöôùc caát chöùa 2.5g boät giaët trong 15 phuùt. Laáy SK ra röûa saïch baèng nöôùc caát ñeán khi pH khoâng ñoåi trong khoaûng trung tính (khoaûng töø 6.5 - 7.5).

Sau ñoù loïc SK ra giaáy loïc baèng bình huùt chaân khoâng, roài ñem saáy khoâ ôû nhieät ñoä 60oC qua ñeâm.

7.3.2.4 Phöông phaùp nghieân cöùu hieäu quaû haáp phuï - SK cuûa 5 chuûng naám moác treân sau khi nuoâi 7 ngaøy baèng moâi tröôøng Czapek loûng trong caùc chai ñöôïc loïc ra giaáy loïc baèng bình huùt chaân khoâng. Sau ñoù ñem xöû lyù baèng nhieät ñoä vaø boät giaët.

- Laáy SK ñaõ ñöôïc xöû lyù baèng nhieät ñoä vaø boät giaët xeù thaønh nhöõng maûnh vuïn nhoû.

- Cho 50ml dd ion Ni2+ vaø Cu2+ coù noàng ñoä 50 mg/l, pH = 5.0 vaøo caùc Erlen coù theå tích 100ml.

- Caân 0.1g SK cho vaøo moãi Erlen.

- Laéc caùc Erlen chöùa hoãn dòch SK vaø ion KL baèng maùy laéc vôùi toác ñoä 100 voøng/phuùt trong voøng 180phuùt.

- Laáy 5ml hoãn dòch ñem ly taâm vôùi vaän toác 6000 voøng/phuùt trong voøng 10phuùt ñeå taùch SK.

54

- Sau ñoù pha loaõng maãu baèng dd HNO3 1% roài tröõ laïnh.

- Ño keát quaû noàng ñoä coøn laïi trong dung dòch sau quaù trình haáp phuï baèng maùy haáp thu nguyeân töû (AAS).

7.4 Nghieân cöùu aûnh höôûng cuûa caùc yeáu toá ñeán quaù trình haáp phuï ion Ni2+ vaø Cu2+ 7.4.1 Yeáu toá pH theo thôøi gian 7.4.1.1 Muïc tieâu Khaûo saùt aûnh höôûng cuûa yeáu toá pH ñeán hieäu quaû haáp phuï ion Ni2+ vaø Cu2+ cuûa Aspergillus spp. nhaèm xaùc ñònh ñöôïc ôû möùc pH naøo thì quaù trình haáp phuï caùc ion ñoù dieãn ra hieäu quaû nhaát. Quùa trình khaûo saùt ñöôïc tieán haønh sau caùc khoaûng thôøi gian nhaèm xaùc ñònh thôøi gian naøo thì quaù trình haáp phuï dieãn ra toát ôû nhöõng möùc pH töông öùng cuûa noù.

7.4.1.2 Hoaù chaát vaø thieát bò - Muoái Ni(NO3)2.6H2O. - Muoái Cu(NO3)2.3H2O. - Dd HNO3 1% ñeå baûo quaûn maãu.

- Dd HNO3 0.01% vaø dd NaOH 0.01% ñeå ñieàu chænh pH. - Boät giaët.

- Thieát bò : tuû haáp voâ truøng, tuû caáy, tuû saáy, tuû aám, maùy laéc, maùy ly taâm sieâu toác.

7.4.1.3 Phöông phaùp - SK Aspergillus spp. sau khi nuoâi 7 ngaøy trong moâi tröôøng Czapek loûng, ñöôïc xöû lyù baèng phöông phaùp xöû lyù hieäu quaû.

- Laáy SK ñaõ ñöôïc xöû lyù ñem nghieàn ra thaønh nhöõng maûnh vuïn nhoû.

55

- Laáy 50ml dd ion Ni2+ vaø Cu2+ coù noàng ñoä 50 mg/l, coù pH = 3, 4, 5, 6, 7, vaøo moãi Erlen coù theå tích 100ml. Nhöng ñoái vôùi loaït nghieân cöùu daõy pH cuûa dd ion Cu2+ chæ döøng ôû pH = 6, vì ôû pH = 7 ion Cu2+ bò keát tuûa.

- Caân 0.1g SK cho vaøo caùc Erlen.

- Laéc caùc Erlen chöùa hoãn dòch SK vaø ion KL baèng maùy laéc vôùi toác ñoä 100 voøng/phuùt.

- Sau caùc khoaûng thôøi gian laáy maãu laø 0, 60, 90, 120, 150, 180 phuùt .Laáy 5ml hoãn dòch ñem ly taâm vôùi vaän toác 6000 voøng/phuùt trong voøng 10phuùt ñeå taùch SK. - Sau ñoù pha loaõng maãu baèng dd HNO3 1%, tröõ laïnh.

- Ño keát quaû noàng ñoä coøn laïi trong dung dòch sau quaù trình haáp phuï baèng maùy haáp thu nguyeân töû (AAS).

7.4.2 Yeáu toá noàng ñoä theo thôøi gian 7.4.2.1 Muïc tieâu Khaûo saùt aûnh höôûng cuûa yeáu toá noàng ñoä ñeán hieäu quaû haáp phuï ion Ni2+ vaø Cu2+ cuûa Aspergillus spp. nhaèm xaùc ñònh ñöôïc khaû naêng haáp phuï cuûa Aspergillus spp. taïi caùc noàng ñoä khaùc nhau ñeå thuaän lôïi cho vieäc ñònh höôùng quaù trình öùng duïng Aspergillus spp. trong xöû lyù caùc loaïi nöôùc thaûi oâ nhieãm Ni2+ vaø Cu2+ khaùc nhau veà sau. Quùa trình khaûo saùt ñöôïc tieán haønh sau caùc khoaûng thôøi gian nhaèm xaùc ñònh thôøi gian naøo thì quaù trình haáp phuï dieãn ra toát ôû nhöõng möùc noàng ñoä töông öùng cuûa noù.

7.4.2.2 Hoaù chaát vaø thieát bò - Muoái Ni(NO3)2.6H2O. - Muoái Cu(NO3)2.3H2O. - Dd HNO3 1% ñeå baûo quaûn maãu.

56

- Dd HNO3 0.01% vaø dd NaOH 0.01% ñeå ñieàu chænh pH. - Boät giaët.

- Thieát bò : tuû haáp voâ truøng, tuû caáy, tuû saáy, tuû aám, maùy laéc, maùy ly taâm sieâu toác.

7.4.2.3 Phöông phaùp - SK Aspergillus spp. sau khi nuoâi 7 ngaøy trong moâi tröôøng Czapek loûng, ñöôïc xöû lyù baèng phöông phaùp xöû lyù hieäu quaû.

- Laáy SK ñaõ ñöôïc xöû lyù ñem nghieàn ra thaønh nhöõng maûnh vuïn nhoû.

- Laáy 50ml dd ion Ni2+ vaø Cu2+ coù pH hieäu quaû töông öùng vôùi moãi ion, coù noàng ñoä thay laø 10, 50, 100, 150, 200 mg/l vaøo moãi Erlen coù theå tích 100ml.

- Caân 0.1g SK cho vaøo caùc Erlen.

- Laéc caùc Erlen chöùa hoãn dòch SK vaø ion KL baèng maùy laéc vôùi toác ñoä 100 voøng/phuùt.

- Sau caùc khoaûng thôøi gian laáy maãu laø 0, 60, 90, 120, 150, 180 phuùt .Laáy 5ml hoãn dòch ñem ly taâm vôùi vaän toác 6000 voøng/phuùt trong voøng 10phuùt ñeå taùch SK. - Sau ñoù pha loaõng maãu baèng dd HNO3 1%, tröõ laïnh.

- Ño keát quaû noàng ñoä coøn laïi trong dung dòch sau quaù trình haáp phuï baèng maùy haáp thu nguyeân töû (AAS).

7.5 Khaûo saùt khaû naêng öùng duïng biofilm Aspergillus spp.

7.5.1 Phöông phaùp nuoâi caáy taïo biofilm Aspergillus spp.

- Caáy naám moác vaøo 250ml moâi tröôøng Czapek loûng ñaõ voâ truøng trong chai thuyû tinh.

57

- Quan saùt söï hình thaønh biofilm cuûa naám moác treân beà maët moâi tröôøng Czapek loûng.

7.5.2 Phöông phaùp nghieân cöùu - Biofilm cuûa naám moác sau khoaûng 20 ngaøy seõ ñöôïc xöû lyù baèng dung dòch boät giaët.

- Gaén bioflim sau xöû lyù vaøo 2 moâ hình huõ nhöïa töông öùng moâ hình 1 lôùp bioflim vaø moâ hình 2 lôùp bioflim.

- Loïc saïch bioflim sau khi xöû lyù boät giaët baèng nöôùc caát roài ñeå khoâ nöôùc.

- Xaùc ñònh toác ñoä loïc cuûa biofilm, hieäu quaû haáp phuï ion Ni2+ cuûa 1 lôùp bioflim vaø 2 lôùp bioflim.

7.6 Khaûo saùt khaû naêng phaùt trieån cuûa Aspergillus spp. treân vaät lieäu laøm giaù theå cuûa biofilter 7.6.1 Rôm - Rôm ñöôïc phôi naéng khoaûng moät tuaàn, sau ñoù ñöôïc caét ra töøng ñoaïn khoaûng 2– 4cm.

- Röûa saïch baèng dd HNO3 10% 2 laàn.

- Röûa laïi baèng nöôùc caát ñeán khi pH khoâng ñoåi.

- Voâ truøng baèng tia cöïc tím trong 60 phuùt.

- Söû duïng laøm giaù theå cho naám moác.

7.6.2 OÁng nhöïa - OÁng nhöïa ñöôïc caét nhoû ra thaønh töøng ñoaïn khoaûng 2 – 3cm, roài röûa saïch baèng nöôùc caát.

58

- Voâ truøng baèng tia cöïc tím trong 60 phuùt.

- Söû duïng laøm giaù theå cho naám moác.

Chöông 8 : KEÁT QUAÛ – BAØN LUAÄN

8.1 Ñöôøng toác ñoä taêng tröôûng cuûa naám moác

Khoái löôï ng sinh khoái, g/150ml moâi tröôø ng

8.1.1 Keát quaû 0.25 0.2 Asp.niger

0.15

Asp.oryzae M.hiemalis

0.1

P.citrium T.lignorum

0.05 0 4

5

6

7

8

9

10 11 12 13 14 15

Thôø i gian, ngaøy

Hình 8.1 Ñoà thò toác ñoä taêng tröôûng cuûa 5 chuûng naám moác.

Nhaän xeùt : Caùc gioáng naám moác ñeàu coù thôøi gian thích nghi ban ñaàu khoaûng 2 – 3 ngaøy roài môùi baét ñaàu taêng tröôûng vaø sinh saûn nhanh. Nhöng sau 7 ngaøy thì möùc ñoä taêng

59

tröôûng cuûa chuùng ñaõ oån ñònh vaø taêng tröôûng raát chaäm, giai ñoaïn naøy dieãn ra khaù daøi so vôùi caùc loaøi vi sinh vaät khaùc (treân 15 ngaøy).

Trong soá 5 gioáng naám moác nghieân cöùu laø Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Mucor hiemalis, Penicillium citrium, Trichoderma lignorum, thì Aspergillus spp. coù toác ñoä maïnh nhaát vaø cho khoái löôïng SK cao nhaát so vôùi caùc gioáng khaùc, hôn M.hiemalis – gioáng taêng tröôûng yeáu nhaát khoaûng 36.5% khoái löôïng sinh khoái.

8.2 Nghieân cöùu hieäu quaû haáp phuï cuûa caùc phöông phaùp xöû lyù cuûa 5 gioáng naám moác 8.2.1 Keát quaû cuûa ion Ni2+

60 48.70

50 Hieäu quaû haáp phuï,%

43.33

40

41.62

37.60

34.81 30.63

30

41.63 37.68

33.40

31.12

SK song

27.72

XL SK bang To

25.82

24.35

XL SK bang bot giat

21.81

20

17.30

10 0 Asp.Oryzae

Asp.Niger

Tri.Lignorum

P.Citrium

M.Hiemalis

Caùc gioá ng naám moác

Hình 8.2 Ñoà thò hieäu quaû haáp phuï cuûa caùc phöông phaùp xöû lyù cuûa 5 gioáng naám moác ñoái vôùi ion Ni2+, ôû pH = 5, NÑ ban ñaàu = 50 mg/l, thôøi gian = 180phuùt.

Nhaän xeùt : Nhìn chung ta thaáy caùc phöông phaùp xöû lyù naám moác ñeàu laøm gia taêng khaû naêng haáp phuï ion Ni2+ cuûa chuùng. Phöông phaùp cho hieäu quaû xöû lyù cao nhaát laø phöông phaùp xöû lyù SK baèng boät giaët, cao hôn so vôùi SK soáng khoaûng töø 20 – 37% vaø cao hôn so vôùi SK ñöôïc xöû lyù baèng nhieät ñoä khoaûng töø 10 – 20%.

Trong caùc gioáng naám moác haáp phuï KLN treân thì Aspergillus spp. coù khaû naêng haáp phuï Ni2+ khaù cao so vôùi caùc gioáng khaùc, ñaëc bieät laø Asp.niger vôùi khaû naêng haáp phuï sau 60

khi ñöôïc xöû lyù baèng boät giaët ñaït ñöôïc 48.70% (töông öùng vôùi khoaûng 12.18 mgNi2+/gSK).

8.2.2 Keát quaû cuûa ion Cu2+ 50 45.526

45 40.7

Hieäu quaû haáp phuï ,%

40 35

38.15 34.4 33.90 31.3

30 25

28.893

26.18 24.33

23.22

24.50

20

SK song XK SK bang To

21.33 18.68

17.90 15.62

XL SK bang bot giat

15 10 5 0 Asp.Oryzae

Asp.Niger

Tri.Lignorum

P.citrium

M.Hiemalis

Caù c gioá ng naám moác

Hình 8.3 Ñoà thò hieäu quaû haáp phuï cuûa caùc phöông phaùp xöû lyù cuûa 5 gioáng naám moác ñoái vôùi ion Cu2+ ôû pH = 5, NÑ ban ñaàu = 50 mg/l, thôøi gian = 180phuùt.

Nhaän xeùt : Keát quaû haáp phuï ñoái vôùi ion Cu2+ cuõng cho thaáy phöông phaùp xöû lyù naám moác ñeàu laøm gia taêng khaû naêng haáp phuï cuûa chuùng. Phöông phaùp cho hieäu quaû xöû lyù cao nhaát laø phöông phaùp xöû lyù SK baèng boät giaët, cao hôn so vôùi SK soáng khoaûng töø 35 – 47% vaø cao hôn so vôùi SK ñöôïc xöû lyù baèng nhieät ñoä khoaûng töø 15 – 30%.

Trong caùc gioáng naám moác haáp phuï Cu2+ treân thì Aspergillus spp. coù khaû naêng haáp cao hôn so vôùi caùc gioáng khaùc vaø cao nhaát laø Asp.niger vôùi khaû naêng haáp phuï sau khi ñöôïc xöû lyù baèng boät giaët ñaït ñöôïc 45.53% (töông öùng vôùi khoaûng 10.97 mgCu2+/gSK).

61

8.3 Xaùc ñònh caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán hieäu quaû haáp phuï cuûa Asp.niger 8.3.1 pH 8.3.1.1 Keát quaû cuûa ion Ni2+ 60

Hieäu quaû haáp phuï,%

50 40

pH 3 pH 4

30

pH5 pH6 pH7

20 10 0 0

60

90

120

150

180

Thôøi gian, phuùt

Hình 8.4 Ñoà thò bieán thieân hieäu quaû haáp phuï ôû caùc möùc pH khaùc nhau cuûa Asp.niger ñoái vôùi ion Ni2+, NÑ ban ñaàu = 50ml/l.

Nhaän xeùt : ÔÛ noàng ñoä 50mg/l cuûa ion Ni2+, Asp.niger sau xöû lyù coù hieäu quaû haáp phuï cao nhaát ôû pH = 5, gaáp 1.5 laàn so vôùi khi haáp phuï ôû pH = 4, vaø gaáp ñoâi so vôùi pH = 3. Hieäu quaû haáp phuï dieãn ra maïnh meõ nhaát ôû 60 phuùt ñaàu tieân vaø cao nhaát ôû 120 phuùt.

62

8.3.1.2 Keát quaû cuûa ion Cu2+

90

Hieäu quaû haáp phuï,%

80 70 60 50

pH 3

40

pH 4 pH 5

30

pH 6

20 10 0 0

60

90

120

150

180

Thôø i gian, phuùt

Hình 8.5 Ñoà thò bieán thieân hieäu quaû haáp phuï ôû caùc möùc pH khaùc nhau cuûa Asp.niger ñoái vôùi ion Cu2+, NÑ ban ñaàu = 50ml/l.

Nhaän xeùt : ÔÛ noàng ñoä 50mg/l cuûa ion Cu2+, Asp.niger sau xöû lyù coù hieäu quaû haáp phuï cao nhaát ôû pH = 6, gaáp 1.7 laàn so vôùi khi haáp phuï ôû pH = 4, vaø gaáp 2.2 laàn so vôùi pH = 3. ÔÛ pH = 7 thì caùc ion Cu2+ bò keát tuûa. Hieäu quaû haáp phuï dieãn ra maïnh meõ nhaát ôû 60 phuùt ñaàu tieân vaø cao nhaát ôû 120 phuùt.

8.3.2 Noàng ñoä

63

8.3.2.1 Keát quaû cuûa ion Ni2+

90

Hieäu quaû haáp phuï, %

80 70 60 50

10mg/l

40

50mg/l 100mg/l

30

150mg/l

20

200mg/l

10 0 0

60

90

120

150

180

Thôøi gian, phuùt

Hình 8.6 Ñoà thò bieán thieân hieäu quaû haáp phuï ôû caùc möùc noàng ñoä khaùc nhau cuûa Asp.niger ñoái vôùi ion Ni2+, pH = 5.

Nhaän xeùt : Khi noàng ñoä caøng cao thì hieäu quaû haáp phuï caøng giaûm vaø khi noàng ñoä taêng ñeán 150 mg/l thì hieäu quaû haáp phuï cuûa Asp.niger raát thaáp ( khoaûng 12%). Hieäu quaû haáp phuï ion Ni2+ cuûa Asp.niger cao nhaát ôû NÑ 10mg/l, ñaït ñöôïc 80%, gaáp 1.7 laàn so vôùi ôû möùc NÑ 50 mg/l, vaø gaáp 2.5 laàn so vôùi ôû möùc NÑ 100mg/l. Hieäu quaû haáp phuï dieãn ra maïnh meõ nhaát ôû 60 phuùt ñaàu tieân vaø cao nhaát ôû 120 phuùt.

8.3.2.2 Keát quaû cuûa ion Cu2+

64

100

Hieäu quaû haáp phuï, %

90 80 70 10mg/l

60 50

50mg/l 100mg/l

40

150mg/l

30

200mg/l

20 10 0 0

60

90

120

150

180

Thôøi gian, phuùt

Hình 8.7 Ñoà thò bieán thieân hieäu quaû haáp phuï ôû caùc möùc noàng ñoä khaùc nhau cuûa Asp.niger ñoái vôùi ion Cu2+, pH = 6.

Nhaän xeùt : Ñoái vôùi ion Cu2+, khi noàng ñoä caøng cao thì hieäu quaû haáp phuï caøng giaûm vaø khi noàng ñoä taêng ñeán 200 mg/l thì hieäu quaû haáp phuï cuûa Asp.niger raát thaáp ( khoaûng 11.5%). Hieäu quaû haáp phuï ion Ni2+ cuûa Asp.niger cao nhaát ôû NÑ 10mg/l, ñaït ñöôïc khoaûng 93%, gaáp 1.2 laàn so vôùi ôû möùc NÑ 50 mg/l, vaø gaáp 3 laàn so vôùi ôû möùc NÑ 100mg/l. Hieäu quaû haáp phuï dieãn ra maïnh meõ nhaát ôû 60 phuùt ñaàu tieân vaø cao nhaát ôû 120 phuùt.

8.4 Khaûo saùt hieäu quaû xöû lyù cuûa biofilm Asp.niger ñoái vôùi ion Ni2+

65

100 87.20

90

Hieäu quaû xöû lyù, %

80 70 59.00

60 50 40 30 20 10 0

1

Soá lôùp biofilm

2

Hình 8.8 Ñoà thò bieåu hieän hieäu quaû xöû lyù ion Ni2+ cuûa biofilm Asp.niger ôû noàng ñoä 50 mg/l, pH = 5, thôøi gian laø 2 phuùt.

Nhaän xeùt : Biofilm Asp.niger dai vaø toát, cho hieäu quaû xöû lyù Ni2+ cao trong thôøi gian ngaén vì toác ñoä loïc nhanh (0.133 ml/s ñoái vôùi biofilm 1 lôùp vaø 0.088 ml/s ñoái vôùi biofilm 2 lôùp).

8.5 Khaûo saùt khaû naêng phaùt trieån cuûa Asp.niger treân vaät lieäu biofilter 8.5.1 Ñoái vôùi rôm Khaû naêng baùm dính cuûa Asp.niger treân rôm sau khi ñöôïc xöû lyù sô boä raát toát.

Chuùng khoâng bò taùch rôøi ra ngay caû sau khi ñöôïc ñun soâi trong dung dòch boät giaët.

8.5.1 Ñoái vôùi oáng nhöïa Asp.niger baùm ñöôïc treân beà maët oáng nhöïa nhöng ñoä baùm dính khoâng chaéc chaén.

66

8.6 Baøn luaän keát quaû 8.6.1 Keát quaû nghieân cöùu toác ñoä taêng tröôûng cuûa 5 gioáng naám moác - Trong 5 gioáng naám moác phaùt trieån treân moâi tröôøng Czapek loûng thì Aspergillus spp. coù löôïng sinh khoái taêng nhieàu nhaát vaø Mucor spp. coù löôïng sinh khoái thaáp nhaát.

Mucor spp. coù löôïng sinh khoái ít laø do söï hình thaønh baøo töû boïc cuûa Mucor laøm cho sinh khoái phoàng vaø xoáp, neân khoái löôïng sinh khoái nheï hôn so vôùi caùc gioáng kia.

8.6.2 Keát quaû nghieân cöùu hieäu quaû haáp phuï cuûa caùc phöông phaùp xöû lyù cuûa 5 gioáng naám moác - Trong 5 chuûng Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Mucor hiemalis, Penicillium citrium, Trichoderma lignorum thì Aspergillus spp. laø gioáng coù khaû naêng haáp phuï cao nhaát, vì soá nhoùm chöùc coù khaû naêng gaén keát KL treân beà maët cuûa teá baøo Aspergillus spp. nhieàu hôn so vôùi caùc gioáng kia, ñaëc bieät laø Asp.niger .

- Phöông phaùp xöû lyù SK baèng nhieät ñoä cho hieäu quaû cao hôn sinh khoái soáng moät phaàn laø do khoái löôïng khi saáy khoâ seõ chöùa nhieàu teá baøo hôn so vôùi khoái löôïng öôùt (treân cuøng 0.1g SK).

- Phöông phaùp xöû lyù SK baèng boät giaët cho hieäu quaû haáp phuï KLN cao nhaát vì khi ñun soâi trong dung dòch boät giaët thì boät giaët seõ laøm saïch beà maët teá baøo cuûa naám moác, vì vaäy laøm gia taêng hieäu quaû haáp phuï KLN leân beà maët teá baøo cuûa chuùng. Ñoàng thôøi SK sau khi ñöôïc ñun soâi trong boät giaët trong voøng 15 phuùt ñaõ bò cheát hoaøn toaøn, khoâng caàn toán theâm chi phí khöû truøng.

8.6.3 Keát quaû nghieân cöùu caùc thoâng soá aûnh höôûng ñeán hieäu quaû haáp phuï - Theo keát quaû nghieân cöùu thì hieäu quaû haáp phuï cuûa teá baøo Asp.niger thaáp khi ôû möùc pH thaáp vì coù söï caïnh tranh giöõa caùc nhoùm chöùc treân beà maët teá baøo. Nhöng khi pH taêng leân quaù cao thì hieäu quaû haáp phuï laïi giaûm laø do KLN baét ñaàu bò keát tuûa.

67

- Khi noàng ñoä caøng taêng thì hieäu quaû haáp phuï caøng giaûm laø do soá löôïng nhoùm chöùc coù khaû naêng gaén keát KL treân beà maët teá baøo laø coá ñònh ñoái vôùi töøng loaïi naám moác khaùc nhau.

8.6.4 Keát quaû khaûo saùt biofilm Asp.niger - Asp.niger coù khaû naêng taïo biofilm toát laø do heä khuaån ty cuûa naám moác khi phaùt trieån, ñan xen chaèng chòt vaøo nhau taïo neân moät lôùp biofilm toát, coù khaû naêng xöû lyù KLN cao. Moät trong nhöõng nguyeân nhaân laøm taêng hieäu quaû xöû lyù cuûa biofilm laø do caùc ion KLN ñöôïc tieáp xuùc vôùi löôïng SK nhieàu hôn.

8.6.5 Keát quaû khaûo saùt khaû naêng phaùt trieån cuûa Asp.niger treân vaät lieäu biofilter - Rôm sau khi ñöôïc xöû lyù baèng tia cöïc tím cuûa naéng maët trôøi vaø baèng acid HNO3 10% thì seõ ñöôïc laøm saïch beà maët, taïo ñieàu kieän thuaän lôïi cho heä khuaån ty cuûa Asp.niger coù theå phaùt trieån treân rôm, laøm cho khaû naêng baùm dính toát. Rôm cuõng laø moät vaät lieäu coù khaû naêng haáp phuï KLN, vì vaäy söï keát hôïp giöõa rôm vaø naám moác seõ laøm gia taêng hieäu quaû xöû lyù cuûa chuùng.

- Asp.niger baùm dính ñöôïc treân beà maët oáng nhöïa nhôø lôùp polysaccarid treân beà maët teá baøo cuûa naám moác, nhöng khoâng baùm dính ñöôïc chaéc chaén nhö treân rôm laø do chæ baùm dính treân beà maët nhöïa trô maø khoâng phaùt trieån caém saâu vaøo ñöôïc nhö treân rôm.

Chöông 9 : KEÁT LUAÄN – KIEÁN NGHÒ

9.1 Keát luaän - Trong caùc gioáng naám moác coù khaû naêng haáp phuï KLN thì Aspergillus niger laø moät gioáng coù tieàm naêng ñöôïc öùng duïng laøm chaát haáp phuï sinh hoïc vì coù khaû naêng haáp phuï cao ( 20.26mgCu2+/gSK ôû pH = 6, vaø 11.39 mgNi2+/gSK ôû pH = 5, sau 120phuùt).

68

Phöông phaùp xöû lyù naám moác baèng boät giaët laøm gia taêng hieäu quaû xöû lyù vaø ñoàng thôøi laøm cheát SK cuûa Asp.niger.

- SK sau khi ñöôïc xöû lyù baèng boät giaët seõ haáp phuï hieäu quaû ôû möùc pH = 5 ñoái vôùi 2+ ion Ni vaø pH = 6 ñoái vôùi ion Cu2+ vaø thôøi gian haáp phuï laø 120phuùt. ÔÛ noàng ñoä 10mg/l, hieäu quaû haáp phuï cuûa Asp.niger laø cao nhaát (79.6% ñoái vôùi ion Ni2+ vaø 92.9% ñoái vôùi ion Cu2+). ÔÛ noàng ñoä 50mg/l, hieäu quaû haáp phuï giaûm (81.4% ñoái vôùi ion Cu2+ vaø 47.2 ñoái vôùi ion Ni2+). Vaø khi noàng ñoä tieáp tuïc taêng leân thì hieäu quaû haáp phuï tieáp tuïc giaûm xuoáng, taêng ñeán noàng ñoä 200 mg/l thì teá baøo khoâng coøn xöû lyù hieäu quaû nöõa.

- Asp.niger coù khaû naêng phaùt trieån maïnh vaø hình thaønh biofilm treân beà maët moâi tröôøng loûng toát. Biofilm cuûa Asp.niger coù dieän tích beà maët phuï thuoäc vaøo dieän tích beà maët cuûa moâi tröôøng loûng, vaø beà daøy phuï thuoäc vaøo thôøi gian vaø chaát dinh döôõng trong moâi tröôøng. Theo khaûo saùt ban ñaàu thì toác ñoä loïc cuûa biofilm Asp.niger nhanh vaø hieäu quaû cao hôn so vôùi daïng lô löûng (ôû noàng ñoä 50 mg/l, pH = 5, hieäu quaû xöû lyù ñaït ñöôïc 59.0% ñoái vôùi biofilm 1 lôùp vaø 87.2% ñoái vôùi biofilm 2 lôùp trong 2 phuùt ñaàu tieân).

- Khaû naêng baùm dính cuûa Asp.niger treân rôm toát hôn so vôùi treân oáng nhöïa.

9.2 Kieán nghò Vôùi ñieàu kieän khí haäu cuûa nöôùc ta raát thuaän lôïi cho söï phaùt trieån cuûa naám moác, Asp.niger coù khaû naêng phaùt trieån toát trong caùc moâi tröôøng dinh döôõng reû tieàn hay coù theå taùi söû duïng SK töø caùc ngaønh saûn xuaát khaùc, coù khaû naêng haáp phuï KLN cao, deã daøng xöû lyù sau khi duøng ñeå haáp phuï KLN vì löôïng sinh khoái nhoû. Vì vaäy caàn phaûi phaùt trieån tieáp tuïc nghieân cöùu veà khaû naêng haáp phuï cuûa Asp.niger treân moät soá KLN khaùc cuõng nhö khaû naêng öùng duïng cuûa Asp.niger vaøo caùc moâ hình xöû lyù, vaø hieäu quaû tröïc tieáp treân nöôùc thaûi, nhaèm xaây döïng moät vaät lieäu haáp phuï sinh hoïc môùi reû tieàn vaø coù hieäu quaû xöû lyù toát ñeå öùng duïng vaøo xöû lyù KLN trong nöôùc bò oâ nhieãm.

69

TAØI LIEÄU THAM KHAÛO

TRONG NÖÔÙC [1] Boä moân sinh hoïc tröôøng ÑH Y Döôïc Tp.HCM, (1997). Sinh hoïc ñaïi cöông. Nhaø xuaát baûn noâng nghieäp Tp.HCM.

70

[2] Haø Huy Keá & Buøi Xuaân Ñoàng. Naám moác vaø phöông phaùp phoøng choáng. Nhaø xuaát baûn Khoa hoïc vaø Kyõ thuaät, TpHCM. [3] Hoaøng Vaên Nhueä, Traàn Ñöùc Haï, (2002). Thoaùt nöôùc – taäp 2 – Xöû lyù nöôùc thaûi.

Nhaø Xuaát Baûn Khoa Hoïc vaø Kyõ Thuaät Haø Noäi.

[4] Leâ Huy Baù, (2002). Ñoäc hoïc moâi tröôøng. Nhaø Xuaát Baûn Ñaïi Hoïc Quoác Gia Tp.HCM. [5] Nguyeãn Ñöùc Löôïng, Nguyeãn Thò Thuyø Döông, (2003). Coâng ngheä sinh hoïc moâi tröôøng – taäp 1 – Coâng ngheä xöû lyù nöôùc thaûi. Nhaø Xuaát Baûn Ñaïi Hoïc Quoác Gia Tp.HCM. [6] Nguyeãn Laân Duõng et al., (1978). Moät soá phöông phaùp nghieân cöùu vi sinh vaät hoïc – taäp 1. Nhaø Xuaát Baûn Khoa Hoïc vaø Kyõ Thuaät, Haø Noäi.

[7] Nguyeãn Laân Duõng et al., (1978). Moät soá phöông phaùp nghieân cöùu vi sinh vaät hoïc – taäp 2. Nhaø Xuaát Baûn Khoa Hoïc vaø Kyõ Thuaät, Haø Noäi.

[8] Nguyeãn Phöôùc Daân et al.,(2003). Nghieân cöùu thöïc nghieäm coâng ngheä xöû lyù nöôùc thaûi coâng nghieäp hoaù chaát vaø xi maï. CEFINEA, Tp.HCM. [9] Toâ Minh Chaâu et al., (1999). Vi sinh vaät hoïc ñaïi cöông. Tröôøng Ñaïi hoïc Noâng Laâm.

NÖÔÙC NGOAØI [10] A. Kapoor & T.Viraraghavan, (1998). Biosorption of heavy metals on Aspergillus niger : effect of pretreatment. Bioresourse Technology. 63, 109 – 113.

[11] A. Kapoor & T.Viraraghavan, (1997). Heavy metal biosorption sites in Aspergillus niger. Bioresourse Technology. 61, 221 – 227.

[12] A. Kapoor & T.Viraraghavan, (1995). Fungal biosorption – an alternative treatment option for heavy metal bearing wastewaters : a review. Bioresourse Technology. 53, 195 – 206.

71

[13] A. Kapoor, T.Viraraghavan & D. R. Cullimore, (1999). Removal of heavy metals using the fungus Aspergillus niger. Bioresourse Technology. 70, 95 – 104.

[14] A.Y. Dursun et al., (2003) Bioaccumulation of copper(II), lead(II) and chromium(VI) by growing Aspergillus niger. Process Biochemistry. 38, 1647 – 1651.

[15] Barceloù J., and Poschenrieder C.. Phytoremediation: principles and perspectives. Contributions to Science, institute d’Edtudis Catalans, Bacelona, pp 333 – 344, 2003.

[16] Cabral, J.P.S., (1992). Selective binding of metal ions to Pseudomonas syringae cells. Microbios. 71, 47 – 53.

[17] C. Huang & C.P. Huang, (1996). Applycation of Aspergillus oryzae and Rhizopus oryzae for Cu(II) removal. Water Res. 9, 1985 – 1990.

[18] C. Huang et al, (1990). The removal of Cu(II) from dilute aqueous solution by Saccharomyces cerevisae. Water Res. 24, 443 – 9.

[19] D.H.Nies, (1999). Microbial heavy metal resistance. Appl Microbiol Biotechnol.

51, 730 – 750.

[20] Gadd, G. M. (1988). Accumulation of metals by microorganisms and algae. In biotechnology: A complete Treatise, 33 – 401.

[21] Gadd, G. M. (1992). Biosorption. J. Chem. Technol. Biotechnol., 55, 4 – 302.

[22] Gary A. Payne et al., (2001) Aspergillus niger absorbs copper and zinc from swine wastewater. Bioresourse Technology. 77, 41 – 49.

[23] Jilek et al., Properties and development of cultivated biosorbent. Rudy, 23, 6 – 282.

[24] M. Gavrilescu, (2004). Removal of heavy metals from the environment by biosorption. Eng. Life Sci. 3, 219 – 232.

72

[25] M. M. Assadi & M. R. Jahangiri, (2001). Textile wastewater treatment by Aspergillus niger. Desalination. 141, 1 – 6.

[26] M. N. Norbakhsh et al, (2002). Biosorption of Cr6+, Pb2+ and Cu2+ ions in industril waste water on Bacillus spp. Chemical Engineering Journal. 85, 351 – 355.

[27] Patrica A. Terry & Wendy Stone, (2002). Biosorption of cadimium and copper contaminated water by Scenedesmus abundans. Chemosphere. 47, 249 – 255.

[28] Semra Ilhan et al, (2004). Effect of pretreatment on biosorption of heavy metals by fungal biomass. Trakya Univ J Sci. 5,11 – 17.

[29] S. K. Mehta & J. P. Gaur, (2001). Removal of Ni and Cu from single and binary metal solutions by free and immobilized Chlorella vulgaris. Europ. J. Protistol. 37, 261 – 271.

[30] Tamer Akar & Sibel Tunali, (2006). Biosorption characteristic of Aspergillus flavus biomass for removal of Pb(II) and Cu(II) ions from an aqueous solution.

Bioresourse Technology. 97, 1780 – 1787.

[31] Volesky, B., Removal of heavy metals by biosorption. In: M.R. Ladisch and A.Bose (Editors), Hamessing Biotechnology for the 21st Century. American Chemical Society, Washington, D.C. (1992).

[32] Waihung Lo at all, (1999). A comparative investigation on the biosorption of lead by filamentous fungal biomass. Chemosphere. 39, 2723 – 2736.

[33] Yu Liu et al., (2003). Biosorption kinetics of cadimium (II) on aerobic granular sludge. Process Biochemistry. 38, 997 – 1001.

[34] Z. Kozakiewicz, (1989). Aspergillus species on stored products. Mycological papers. C.A.B International, UK. TREÂN INTERNET

73

[35] http://www.lenntech.com/periodic-chart.htm [36] http://www.wikipedia.org

PHUÏ LUÏC Phuï luïc 1 : Keát quaû nghieân cöùu ñöôøng cong taêng tröôûng Khoái Khoái löôïng

Khoái löôïng

Khoái löôïng

Khoái löôïng

Ngaøy Asp.oryzae,g T.lignorum,g

P.citrium,g

M.hiemalis,g Asp.niger,g

4

0.0686

0.0514

0.0469

0.0307

0.0643

5

0.0957

0.0839

0.0749

0.0532

0.1053

6

0.148

0.1191

0.1264

0.0866

0.1408

7

0.2022

0.1814

0.172

0.1318

0.2076

8

0.2094

0.1841

0.1751

0.1354

0.2032

9

0.2022

0.1832

0.18

0.1372

0.2118

74

löôïng

10

0.2049

0.1895

0.1805

0.14

0.2107

11

0.2085

0.1877

0.1751

0.1354

0.2029

12

0.2085

0.1895

0.1787

0.1417

0.2129

13

0.21

0.1922

0.1801

0.1372

0.215

14

0.2076

0.195

0.1751

0.1363

0.2208

15

0.2094

0.1922

0.1787

0.1363

0.2193

Phuï luïc 2 : Keát quaû nghieân cöùu hieäu quaû haáp phuï cuûa caùc phöông phaùp xöû lyù cuûa 5 gioáng naám moác.

AO180Ni

AN180Ni

27.723

AO180Ni (To) 34.81

Tri180Ni 30.628

AN180Ni (To)

31.124

M180Ni 17.32

P180Ni (To) 21.805

33.4

M180Ni (To) 37.6

Tri180Ni AN180Ni (Pre)

43.325

Tri180Ni (To)

41.62

AO180Ni (Pre)

24.351

P180Ni

(Pre)

48.702

P180Ni (Pre) M180Ni (Pre)

37.681

75

25.822

41.634

AO180Cu

AN180Cu

23.225

AO180Cu (To)

Tri180Cu 26.18

AN180Cu (To)

33.9

17.907

Tri180Cu (To)

38.154

AN180Cu

Tri180Cu

(Pre)

(Pre)

(Pre) 45.526

M180Cu 15.62

P180Cu (To)

18.681

M180Cu (To)

24.326

21.333

AO180Cu

40.71

P180Cu

24.504

M180Cu P180Cu (Pre) 31.3

28.893

(Pre) 34.419

Phuï luïc 3 : Keát quaû nghieân cöùu caùc thoâng soá aûnh höôûng ñeán hieäu quaû haáp phuï - Yeáu toá pH theo thôøi gian Ni0AN3 4.308

Ni0AN4 6.413

Ni0AN5 6.478

Ni0AN6 6.349

Ni0AN7 6.002

Ni60AN3 20.921

Ni60AN4 32.049

Ni60AN5 48.633

Ni60AN6 25.724

Ni60AN7 23.229

Ni90AN3 24.632

Ni90AN4 34.622

Ni90AN5 50.562

Ni90AN6 28.32

Ni90AN7 27.154

76

Ni120AN3 23.209

Ni120AN4 35.435

Ni120AN5 49.143

Ni120AN6 28.728

Ni120AN7 26.526

Ni150AN3 21.854

Ni150AN4 34.42

Ni150AN5 49.425

Ni150AN6 27.741

Ni150AN7 26.223

Ni180AN3 21.262

Ni180AN4 33.016

Ni180AN5 47.294

Ni180AN6 24.626

Ni180AN7 23.71

Cu0AN3 10.523

Cu0AN4 19.532

Cu0AN5 24.717

Cu0AN6 52.339

Cu60AN3 32.235

Cu60AN4 37.316

Cu60AN5 46.191

Cu60AN6

Cu90AN3 34.126

Cu90AN4 40.566

Cu90AN5 48.643

Cu90AN6

79.168

82.2

Cu120AN3

Cu150AN3

37.705

Cu120AN4

35.15

Cu150AN4

42.753

Cu120AN5

42.308

Cu150AN5

49.521

Cu120AN6

47.27

Cu150AN6

80.594

78.63

Cu180AN3 32.044

Cu180AN4 39.529

Cu180AN5 46.95

Cu180AN6 76.06

- Yeáu toá noàng ñoä theo thôøi gian Cu0AN10 69.245

Cu0AN50 46.483

Cu60AN10 92.252

Cu60AN50 78.424

Cu90AN10

Cu120AN10

93.56

Cu90AN50

92.923

Cu120AN50

80.911

81.437

Cu150AN10 93.17

Cu150AN50 80.246

Cu180AN10 90.5

Cu180AN50 78.405

Cu0AN100 Cu60AN100 Cu90AN100 Cu120AN100 Cu150AN100 Cu180AN100

77

5.904

28.392

29.128

30.146

29.136

27.185

Cu0AN150 Cu60AN150 Cu90AN150 Cu120AN150 Cu150AN150 Cu180AN150 5.184

16.009

17.592

18.766

16.607

15.52

Cu0AN200 Cu60AN200 Cu90AN200 Cu120AN200 Cu150AN200 Cu180AN200 2.182

Ni0AN10

9.291

Ni60AN10

33.867

Ni0AN50

76.869

Ni60AN50

13.049

48.323

12.462

Ni90AN10

Ni120AN10

79.621

Ni90AN50

32.926

9.98

12.235

8.524

80.304

Ni150AN50

47.238

33.361

Toác ñoä loïc, ml/s

32.256

Ni120AN150 Ni150AN150

12.621

12.83

10.8

Ni120AN200 Ni150AN200

8.72

7.83

Phuï luïc 4 : Keát quaû khaûo saùt biofilm Asp.niger KH maãu

45.52

Ni120AN100 Ni150AN100

34.262

Ni0AN200 Ni60AN200 Ni90AN200 4.588

79.64

48.419

Ni0AN150 Ni60AN150 Ni90AN150

10.956

Ni150AN10

Ni120AN50

Ni0AN100 Ni60AN100 Ni90AN100 5.814

12.725

50B1 0.133333

78

50B2 0.088106

7.799

10.26

Ni180AN10 78.45

Ni180AN50 43.27

Ni180AN100 27.632

Ni180AN150 6.598

Ni180AN200 5.417

Hieäu quaû xöû lyù, % Dieän tích beà maët loïc, cm2.

0.277489

0.183363

9.6211

9.6211

Phuï luïc 5 : Tieâu chuaån Vieät Nam, TCVN 5945 – 1995 1. Phaïm vi öùng duïng: • Tieâu chuaån naøy quy ñònh giôùi haïn noàng ñoä caùc thoâng soá vaø noàng ñoä caùc chaát thaønh phaàn trong nöôùc cuûa caùc cô sôû saûn xuaát, cheá bieán, kinh doanh, dòch vuï….(goïi chung laø nöôùc thaûi coâng nghieäp).

• Tieâu chuaån naøy duøng ñeå kieåm soaùt chaát löôïng nöôùc thaûi coâng nghieäp tröôùc khi xaû vaøo nguoàn tieáp nhaän.

2. Giaù trò giôùi haïn •

Giaù trò giôùi haïn thoâng soá vaø noàng ñoä caùc thaønh phaàn cuûa nöôùc thaûi coâng nghieäp khi ñoå vaøo caùc vöïc nöôùc phaûi phuø hôïp vôùi quy ñònh trong baûng.

•

Ñoái vôùi nöôùc thaûi moät soá ngaønh coâng nghieäp ñaëc thuø, giaù trò caùc thoâng soá vaø caùc chaát thaønh phaàn ñöôïc quy ñònh trong tieâu chuaån rieâng.

•

Nöôùc thaûi coâng nghieäp coù caùc giaù trò thoâng soá vaø noàng ñoä caùc chaát thaønh phaàn hoaëc nhoû hôn giaù trò quy ñònh trong coät A coù theå ñoå vaøo vöïc nöôùc ñöôïc duøng laøm nguoàn cung caáp nöôùc sinh hoaït.

•

Nöôùc thaûi coâng nghieäp coù caùc giaù trò thoâng soá vaø noàng ñoä caùc chaát thaønh phaàn hoaëc nhoû hôn giaù trò quy ñònh trong coät B chæ ñöôïc ñoå vaøo caùc vöïc nöôùc duøng laøm muïc ñích giao thoâng thuûy, töôùi tieâu, bôi loäi, nuoâi thuûy saûn, troàng troït….

•

Nöôùc thaûi coâng nghieäp coù caùc giaù trò quy ñònh trong coät B nhöng khoâng vöôït qua giaù trò quy ñònh trong coät C chæ ñöôïc pheùp ñoå vaøo nôi qui ñònh.

79

•

Nöôùc thaûi coâng nghieäp coù caùc giaù trò thoâng soá vaø noàng ñoä caùc chaát thaønh phaàn lôùn hôn giaù trò quy ñònh trong coät C khoâng ñöôïc pheùp thaûi vaøo moâi tröôøng.

•

Phöông phaùp laáy maãu, phaân tích, tính toaùn, xaùc ñònh töøng thoâng soá vaø noàng ñoä cuï theå ñöôïc quy ñònh trong caùc tieâu chuaån Vieät Nam töông öùng.

Baûng p.1 : Baûng giaù trò giôùi haïn caùc thoâng soá vaø noàng ñoä caùc chaát oâ nhieãm trong nöôùc thaûi coâng nghieäp.

STT

Thoâng soá

Ñôn vò

Giaù trò giôùi haïn A

B

C

1

Nhieät ñoä

o

40

40

45

2

pH

-

6-9

4.5-9

5-9

3

BOD5 (20oC)

mg/l

20

50

100

4

COD

mg/l

50

100

400

5

Chaát lô löûng

mg/l

50

100

200

6

Asen

mg/l

0.05

0.1

0.5

7

Cadimi

mg/l

0.01

0.002

0.5

8

Chì

mg/l

0.1

0.5

1

9

Clo dö

mg/l

1

2

2

10

Crom ( Cr6+)

mg/l

0.05

0.1

0.5

11

Crom ( Cr3+)

mg/l

0.2

1

2

12

Daàu môõ khoaùng

mg/l

KPHÑ

1

5

13

Daàu ñoäng thöïc vaät

mg/l

5

10

30

14

Ñoàng

mg/l

0.2

1

5

15

Keõm

mg/l

1

2

5

16

Mangan

mg/l

0.2

1

5

C

80

17

Niken

mg/l

0.2

1

2

18

Photpho höõu cô

mg/l

0.2

0.5

1

19

Photpho toång soá

mg/l

4

6

8

20

Saét

mg/l

1

5

10

21

Tetracloetylen

mg/l

0.02

0.1

0.1

22

Thieác

mg/l

0.2

1

5

23

Thuyû ngaân

mg/l

0.005

0.005

0.01

24

Toång N

mg/l

3

6

60

25

Tricloetylen

mg/l

0.05

0.3

0.3

26

N-NH3

mg/l

0.1

1

10

27

Florua

mg/l

1

2

5

28

Phenol

mg/l

0.001

0.05

1

29

Sulfua

mg/l

0.2

0.5

1

30

Cianua

mg/l

0.05

0.1

0.1

31

Toång hoaït ñoäng

mg/l

0.1

0.1

-

mg/l

1

1

-

MPN/100 ml

5000

10000

-

phoùng xaï α 32

Toång hoaït ñoäng phoùng xaï β

33

Coliform

81

Phuï luïc 6 : Hình aûnh söû duïng trong luaän vaên

Hình p.6.1 : Moâ hình nghieân cöùu treân Erlen.

82

Hình p.6.2 : SK Asp.oryzae

Hình p.6.3 : SK Asp.niger

83

Hình p.6.4 : Asp.niger phaùt trieån treân rôm

Hình p.6.5 Ñoä daøy cuûa biofilm Asp.niger

84

Hình p.6.6 : Biofilm cuûa Asp.oryzae

Hình p.6.7 : Biofilm Asp.niger sau khi ñöôïc xöû lyù baèng boät giaët

85

Hình p.6.8 : Moâ hình khaûo saùt hieäu quaû xöû lyù cuûa biofilm Asp.niger

4