Luận Văn Nghiên cứu khả năng hấp phụ kim loại nặng (ion Ni2+ và Cu2+) trong nước của vi sinh vật và xác định

Hiện nay, vấn đề ô nhiễm KLN đang ngày càng cùng với sự phát triển của nền công nghiệp hiện đại, đặc biệt là trong nước ô nhiễm. Các phương pháp xử lý KLN bằng biện pháp hoá lý thường có chi phí cao và không xử lý hiệu quả khi nồng độ các ion KLN ô nhiễm ở mức thấp. Đề tài này sẽ góp phần xây dựng nên một loại vật liệu hấp phụ sinh học mới và rẻ tiền, ứng dụng để xử lý KLN trong nước, đó là nấm mốc.
Với đối tượng nghiên cứu là ion Ni2+ và Cu2+, luận văn này đã nghiên cứu được một số kết quả sau :
·Thời gian thu sinh khối nấm mốc hiệu quả là 7 ngày và sinh khối Aspergillus spp. có lượng sinh khối tăng trưởng cao nhất.
·Giống nấm mốc có khả năng hấp phụ ion Ni2+ và Cu2+ cao nhất trong 5 giống Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Mucor hiemalis, Penicillium citrium, Trichoderma lignorum là giống Aspergillus niger.
·Phương pháp xử lý sinh khối bằng bột giặt làm gia tăng đáng kể hiệu quả hấp phụ và bất hoạt sinh khối Asp.niger.
·Quá trình hấp phụ đạt được hiệu quả cao nhất tại mức pH = 5 đối với ion Ni2+ và pH = 6 đối với ion Cu2+.
·Ơ nồng độ 10 mg/l, pH hiệu quả, hiệu quả của quá trình hấp phụ đạt trên 90% đối với ion Cu2+ và 80% ion Ni2+. Khi nồng độ ion Ni2+ và Cu2+ càng cao thì hiệu quả hấp phụ càng thấp và khi nồng độ từ ion Ni2+ và Cu2+ từ 200 mg/l trở lên thì hiệu quả hấp phụ sẽ thấp hơn 10%.
·Biofilm Asp.niger dai và lọc được ion Ni2+ hiệu quả (59% đối với biofilm 1 lớp và 87% đối với biofilm 2 lớp, ở nồng độ 50mg/l), tốc độ lọc đạt được là 0.133 ml/s ứng với diện tích bề mặt là 9.62cm2.
·Asp.niger có thể sử dụng kết hợp với rơm để gia tăng hiệu quả hấp phụ và đồng thời sử dụng rơm làm giá thể lọc.

MỤC LỤC​ LỜI CM ƠN i
TĨM TẮT LUẬN VĂN . ii
MỤC LỤC iii
DANH SCH BẢNG xii
DANH SCH HÌNH xiii
KÝ HIỆU VIẾT TẮT xv
PHẦN 1 : GIỚI THIỆU
Chương 1 : MỞ ĐẦU 1
1.1 Mục tiu nghin cứu . 2
1.2 Phạm vi nghin cứu . 2
1.3 Đối tượng nghin cứu . 2
1.4 Nội dung nghin cứu . 2
PHẦN 2 : TỔNG QUAN
Chương 2 : KIM LOẠI NẶNG 4
2.1 Khi niệm . 4
2.1.1 Tính chất hố lý của đồng (Cu) . 4
2.1.2 Tính chất hố lý của nikel (Ni) 6
2.2 Nguồn gốc gy ơ nhiễm KLN . 6
2.2.1 Từ cc hoạt động cơng nghiệp . 6
2.2.2 Từ cc hoạt động cơng nghiệp khai thc kim loại 7

2.2.2.1 Chu trình kim loại cơng nghiệp . 7

2.2.2.2 Ơ nhiễm KLN từ chất thải khai thc mỏ . 7

2.2.2.3 Cc lị nấu kim loại 8

2.2.3 Từ cc chất trừ su vơ cơ 8

2.2.4 Từ bn cống rnh . 9

2.3 Cc tc động của việc ơ nhiễm KLN 9
2.3.1 Tc hại của đồng (Cu) . 10
2.3.2 Tc hại của nikel (Ni) 10
2.3.3 Tc hại của một số KLN quan trọng khc như thuỷ ngn, cadimi, asen, chì, crơm 10
Chương 3 : CC PHƯƠNG PHP XỬ LÝ KLN 12
3.1 Cc phương php hố lý . 12
3.1.1 Phương php hấp phụ . 12
3.1.2 Trao đổi ion . 13
3.1.3 Cc qu trình tch bằng mng 14
3.1.3.1 Thẩm thấu ngược (mng RO) . 14
3.1.3.2 Điện thẩm tch . 14
3.1.4 Phương php kết tủa hĩa học 15
3.2 Cc phương php sinh học . 15
3.2.1. Ứng dụng thực vật trong xử lý KLN trong nước . 16

3.2.2 Ứng dụng vi sinh vật trong xử lý KLN trong nước . 17
3.2.2.1 Tảo 17
3.2.2.2 Nấm mốc . 17
Chương 4 : NẤM MỐC 21
4.1 Cấu tạo tế bo nấm mốc 21
4.1.1 Mng bảo vệ (cell wall) . 22
4.1.2 Mng sinh chất (cell membrane) 23
4.1.2.1 Lớp lipid kp 23
4.1.2.2 Cc protein của mng sinh chất 25
4.1.2.3 Carbonhydrat của mng . 27
4.1.2.4 Tính khơng đối xứng của mng sinh chất . 27
4.1.3 Bo tương (cytoplasm) 28
4.1.4 Nhn tế bo (nucleus) . 28
4.2 Tổng quan một số giống nấm mốc . 29
4.2.1 Aspergillus spp. . 29
4.2.1.1 Phn loại . 29
4.2.1.2 Hình thức sinh sản . 30
4.2.1.3 Đặc điểm cấu tạo của Aspergillus niger 31
4.2.1.4 Đặc điểm cấu tạo của Aspergillus oryzae . 31
4.2.2 Mucor spp. . 31
4.2.2.1 Phn loại . 31
4.2.2.2 Hình thức sinh sản 32
4.2.2.3 Đặc điểm cấu tạo của Mucor hiemalis . 32
4.2.3 Penicillium spp. . 33
4.2.3.1 Phn loại . 33
4.2.3.2 Hình thức sinh sản 33
4.2.3.3 Đặc điểm cấu tạo của Penicillium citrium 34
4.2.4 Trichoderma spp. 34
4.2.4.1 Phn loại . 34
4.2.4.2 Hình thức sinh sản 35
4.2.4.3 Đặc điểm cấu tạo của Trichoderma lignorum . 35

Chương 5 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH XỬ LÝ KLN BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC 36
5.1 Cơ chế thụ động 36
5.1.1 Qúa trình trao đổi ion . 36
5.1.2 Qúa trình hấp phụ . 37
5.2 Cơ chế chủ động 38
5.2.1 Cơ chế vận chuyển vật chất qua màng tế bào 38
5.2.1.1 Đặc điểm chung 38
5.2.1.2 Tính thấm của màng sinh chất 40
a. Tính thấm của lớp lipid kép40
b. Các phân tử protein vận chuyển 40
5.2.1.2 Sự vận chuyển các phân tử nhỏ qua màng sinh chất . 42
a. Khuếch tán đơn thuần 42
b. Khuếch tán trung gian 43
c. Vận chuyển tích cực . 44
5.2.2 Một số quá trình khác 46
5.2.2.1 Qúa trình kết tủa 46
5.2.2.2 Qúa trình oxi hoá 47
Phần 3 :VẬT LIỆU – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Chương 6 :VẬT LIỆU 48
6.1 Giống nấm mốc nghiên cứu 48
6.2 Kim loại nặng . 48
6.3 Vật liệu làm mô hình biofilm . 48
6.4 Vật liệu làm giá thể 48
Chương 7 : PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 49
7.1 Phương pháp nuôi cấy nấm mốc . 49
7.1.1 Nuôi cấy nấm mốc ở trên thạch nghiêng 49
7.1.2 Nuôi cấy nấm mốc trên môi trường lỏng 49
7.2 Xác định đường cong tăng trưởng . 49
7.2.1 Mục tiêu . 49
7.2.2 Hoá chất và thiết bị . 50
7.2.3 Phương pháp . 50
7.3 Nghiên cứu chọn lọc giống nấm mốc có khả năng hấp phụ ion Cu2+ và Ni2+ tốt 51
7.3.1 Đối với sinh khối nấm mốc sống . 51
7.3.1.1 Mục tiêu . 51
7.3.1.2 Hoá chất và thiết bị 51
7.3.1.3 Phương pháp 51
7.3.2 Đối với sinh khối nấm mốc đã được xử lý 52
7.3.2.1 Mục tiêu . 52
7.3.2.2 Hoá chất và thiết bị 52
7.3.2.3 Phương pháp xử lý sinh khối 52
7.3.2.4 Phương pháp nghiên cứu hiệu quả hấp phụ 53
7.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình hấp phụ ion Ni2+ và Cu2+ 53
7.4.1 Yếu tố pH theo thời gian . 53
7.4.1.1 Mục tiêu 53
7.4.1.2 Hoá chất và thiết bị 54
7.4.1.3 Phương pháp . 54
7.4.2 Yếu tố nồng độ theo thời gian . 55
7.4.2.1 Mục tiêu 55
7.4.2.2 Hoá chất và thiết bị 55
7.4.2.3 Phương pháp 55
7.5 Khảo sát sự hình thành biofilm Aspergillus spp. 56
7.5.1 Phương pháp nuôi cấy tạo biofilm Aspergillus spp. 56
7.5.2 Phương pháp nghiên cứu . 56
7.6 Khảo sát khả năng phát triển của Aspergillus spp. trên vật liệu làm giá thể của biofilter 57
7.6.1 Rơm . 57
7.6.2 Ống nhựa . 57
Phần 4 : KẾT QUẢ – BÀN LUẬN
Chương 8 : KẾT QUẢ – BÀN LUẬN . 58
8.1 Đường tốc độ tăng trưởng của nấm mốc 58
8.1.1 Kết quả 58
8.2 Nghiên cứu hiệu quả hấp phụ của các phương pháp xử lý của 5 giống nấm mốc 59
8.2.1 Kết quả của ion Ni2+ . 59
8.2.2 Kết quả của ion Cu2+ . 60
8.3 Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả hấp phụ của Asp.niger 61
8.3.1 pH 61
8.3.1.1 Kết quả của ion Ni2+ 61
8.3.1.2 Kết quả của ion Cu2+ . 62
8.3.2 Nồng độ . 63
8.3.2.1 Kết quả của ion Ni2+ . 63
8.3.2.2 Kết quả của ion Cu2+ . 64
8.4 Khảo sát hiệu quả xử lý của biofilm Asp.niger đối với ion Ni2+ . 65
8.5 Khảo sát khả năng phát triển của Asp.niger trên vật liệu biofilter . 65
8.5.1 Đối với rơm . 65
8.5.1 Đối với ống nhựa 65
8.6 Bàn luận kết quả . 66
8.6.1 Kết quả nghiên cứu tốc độ tăng trưởng của 5 giống nấm mốc 66
8.6.2 Kết quả nghiên cứu hiệu quả hấp phụ của các phương pháp xử lý của 5 giống nấm mốc 66
8.6.3 Kết quả nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến hiệu quả hấp phụ 66
8.6.4 Kết quả khảo sát biofilm Asp.niger 67
8.6.5 Kết quả khảo sát khả năng phát triển của Asp.niger trên vật liệu biofilter 67
Phần 5 : KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ
Chương 9 : KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 68
9.1 Kết luận 68
9.2 Kiến nghị . 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO 69
PHỤ LỤC . 73