Nghiên Cứu Loại Bỏ Ion Mangan (Mn) Bằng Tảo Chlorella Vulgaris

• Trang chủ
• CHUYÊN MỤC
• Nghiên cứu

Thứ Năm, ngày 12/12/2024

Nghiên cứu loại bỏ ion Mangan (Mn) bằng tảo Chlorella Vulgaris

05/08/2020

     TÓM TẮT

     Tảo Chlorella vulgaris (C.vulgaris) được xem là một trong những giải pháp sinh học mang lại hiệu quả cao trong việc loại bỏ kim loại nặng trong nước thải. Mangan(Mn) là một kim loại nặng phổ biến có thể gây ra vấn đề nghiêm trọng cho sức khỏe con người và hệ sinh thái. Do đó, nghiên cứu này đã được thực hiện để nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố môi trường khác nhau bao gồm mật độ tế bào ban đầu, nồng độ kim loại nặng ban đầu và pH đối với khả năng loại bỏ Mn của C.vulgaris. Kết quả thí nghiệm cho thấy, hiệu suất xử lý Mn của C. vulgaris  đạt cao nhất 80% được ghi nhận từ môi trường có mật độ tế bào ở mật độ 10,5 x 106 tế bào/ml, nồng độ ion Mn ban đầu 35 mg/l và pH = 6.

     Từ khóa: Vi tảo, Chlorella vulgaris, Mangan.

     Nhận bài: 23/6/2020; Sửa chữa:27/6/2020; Duyệt đăng: 29/6/2020

     1. Giới thiệu

     Mangan là một loại vi chất rất cần thiết cho cơ thể con người, tác động đến hệ hô hấp, phát triển hệ xương, ngăn chặn các gốc tự do và tác động đến việc hình thành một số loại enzyme quan trọng cho cơ thể. Tuy nhiên, nồng độ Mn cao trong nguồn nước và các thủy vực sẽ gây ra rủi ro cho sức khỏe của cộng đồng. Tổ chức y tế thế giới năm 2004 đã đưa ra khuyến cáo về mức Mn cho phép hàm lượng trong nước uống là không quá 0,2 mg/l. Nghiên cứu của Gerke và cộng sự đã chỉ ra việc hấp thụ một lượng lớn Mn sẽ gây độc cho cơ thể và ảnh hưởng đến sự phát triển tâm lý[1].

     Ô nhiễm kim loại Mn chủ yếu xuất phát từ hoạt động khai khác mỏ, luyện kim loại màu, sản xuất thép, vật liệu điện tử. Hàm lượng lớn Mn giải phóng  sẽ gây nguy hại cho hệ sinh thái và sức khỏe của con người.  Hiện nay, có nhiều phương pháp hóa  lý được sử dụng để loại bỏ kim loại ra khỏi môi trường nước, bao gồm điện hóa, trao đổi ion, kết tủa, hấp phụ bề mặt. Các phương phương pháp hóa lý thường có chi phí cao, không hiệu quả và tạo ra sản phẩm phụ gây ô nhiễm thứ cấp. Trong khi đó, các phương pháp sinh học như sử dụng thực vật, vi sinh vật và nấm thường được các nhà khoa học lựa chọn trong việc loại bỏ các ion kim loại vì chi phí thấp, thân thiện với môi trường và không tạo ra ô nhiễm thứ cấp[2].

     Xử lý kim loại nặng bằng vi tảođược xem là một trong những giải pháp sinh học mang lại hiệu quả cao trong bảo vệ môi trường nhờ khả năng hấp phụ ion kim loại trên bề mặt của tế bào[3]. Nhiều nghiên cứu trên thế giới kết luận rằng việc sử dụng vi tảo tách kim loại nặng trong nước thải, là biện pháp mang lại hiệu quả kinh tế, làm tăng chất lượng nước thải có thể tái sử dụng[2]. Nghiên cứu khả năng loại bỏ kim loại nặng (Cd, và Zn) được Travieso và cộng sự (1999) tiến hành trên hai chủng Chlorella vulgaris(C.vulgaris) và Scenedesmus acutus cho thấy hiệu quả xử lý lên đến 91%[4].

     Hiệu quả xử lý kim loại của các chủng tảo phụ thuộc khá nhiều vào các điều kiện môi trường. Nghiên cứu của Çetinkaya và cộng sự cho thấy có sự khác nhau về hiệu quả xử lý kim loại ở các pH khác nhau [5]. Bên cạnh đó, các yếu tố như mật độ tảo và nồng độ ion kim loại ban đầu có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả xử lý của một số loài vi tảo [6]. Nghiên cứu của Lau và cộng sự khi tiến hành xử lý nước thải với mật độ tế bào tảo từ 0,5 đến 10x 106tế bào/ml. Kết quả cho thấy, ở mật độ 10 x 106tế bào/ml cho hiệu quả xử lý nước thải tốt nhất[7]. Bên cạnh đó, nghiên cứu của Bishnoi cho thấy ở pH = 6  và nồng độ 40 mg/l thì vi tảo đạt hiệu quả tốt nhất trong xử lý kim loại nặng[8].

     Tại Việt Nam, nghiên cứu loại bỏ ion kim loại bằng vi tảo mới được bắt đầu chú ý trong những năm gần đây, với một số nghiên cứu đáng chú ý của tác giả Phạm Duy Thanh và Đào Thanh Sơn. Trong nghiên cứu này sử dụng chủng vi tảo C. vulgaris được phân lập ở ao nuôi tôm của công ty Trường Định, quận Liên Chiểu, TP. Đà Nẵng để đánh giá các yếu tố pH, mật độ vi tảo và nồng độ ion Mn ban đầu ảnh hưởng đến hiệu quả loại bỏ Mn của tảo C. vulgaris.

     2. Vật  liệu và phương pháp nghiên cứu

     2.1. Vật liệu nghiên cứu

     Vi tảo C. vulgaris được phân lập từ tại quận Liên chiểu, TP. Đà Nẵng và nhân giống tại phòng thí nghiệm công nghệ Tảo, khoa Sinh – Môi trường, Trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng. Tảo được nhân giống trong môi trường Bold Basal Media (BBM) [8]trong bình thủy tinh có dung tích 500ml ml, ở nhiệt độ 250C, cường độ ánh sáng 1000 lux với chu kỳ chiếu sáng là 12:12. Khi tảo C.vulgaris đạt đến mật độ khoảng 10 x 106 tế bào/ml sẽ được thu sinh khối bằng máy li tâm (Hettich, model EBA 20). Dung dịch Mn được chuẩn bị từ Mn(NO3)2.

     2.2. Phương pháp nghiên cứu

     - Mật độ tế bào vi tảo được xác định  băng buồng đếm Neubauer.

     - Hàm lượng kim loại Mn còn lại sẽ được xác định bằng phương pháp quang phổ hấp phụ nguyên tử AAS trên máy Analytik Jena 700P.

     - Hiệu quả loại bỏ kim loại được tính theo công thức:

     Trong đó: 

     R: là hiệu suất xử lý kim loại nặng (%)

     Co: Nồng độ kim loại nặng ban đầu (mg/l)

     Ct: Nồng độ kim loại nặng theo thời gian (mg/l) 

     - Xử lý số liệu: Tất cả thí nghiệm được lặp lại 03 lần. Số liệu thí nghiệm được phân tích thống kê mô tả và phân tích phương sai ANOVA với độ tin cậy 99% bằng phần mềm SPSS ver 18.

     3. Kết quả nghiên cứu

     3.1. Ảnh hưởng của mật độ ban đầu của vi tảo C. vulgaris đến khả năng xử lý Mn

     Nghiên cứu ảnh hưởng mật độ vi tảo C. vulgaris đến khả năng xử lý Mn được bố trí thí nghiệm ở nồng độ ion Mn ban đầu là 75 mg/l với pH cố định bằng 6 và mật độ tế bào được bố trí lần lượt là 6,5 x 106tế bào/ml,10,5 x 106tế bào/ml và 14,5 x 106tế bào/ml. Kết quả cho thấy, hiệu suất xử lý kim loại Mn tăng dần theo thời gian và đạt cao nhất tại 120 giờ và có sự khác biệt có ý nghĩa giữa 03 loại mật độ với p-value