i
LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cám ơn Khoa Công Nghệ Hóa Học, trường Đại Học Bách
Khoa TpHCM đã tạo điều kiện tốt cho em thực hiện tốt luận văn tốt nghiệp này.
Em xin chân thành cám ơn Cô Hoàng Mỹ Dung đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em
trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Em xin chân thành cám ơn quý Thầy Cô trong Khoa đã tận tình giảng dạy, trang bị
cho em những kiến thức quý báu trong những năm học vừa qua.
Con xin nói lên lòng biết ơn sâu sắc đối với Cha Mẹ, Anh Chị đã chăm sóc nuôi
dạy con nên người.
Xin chân thành cám ơn các anh chị và bạn bè đã ủng hộ, giúp đỡ và động viên em
trong thời gian học tập và nghiên cứu.
Mặc dù em đã cố gắng hoàn thành luận văn trong phạm vi và khả năng cho phép
nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Em kính mong nhận được sự cảm
thông và tận tình chỉ bảo của quý Thầy Cô và các bạn.
iii

MỤC LỤC
CHƢƠNG I : TỔNG QUAN v
1. Ô nhiễm môi trƣờng nƣớc 1
1.1. Khái niệm ô nhiễm nƣớc 1
1.2. Nguồn gốc, các tác nhân gây ô nhiễm nƣớc 1
2. Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng 4
2.1. Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng trên thế giới 4
2.2. Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng ở nƣớc ta 5
3. Hậu quả ô nhiễm kim loại nặng 7
3.1. Ảnh hƣởng tới môi trƣờng 7
3.2. Ảnh hƣởng tới con ngƣời 7
4. Các biện pháp xử lí 8
4.1. Xử lý nƣớc thải chứa kim loại nặng bằng phƣơng pháp hóa lý 8
4.2. Xử lý nƣớc thải chứa kim loại nặng bằng phƣơng pháp sinh học 9
5. Tình hình nghiên cứu sử dụng vi tảo để xử lý kim loại nặng ở Việt Nam và
trên thế giới 11
CHƢƠNG II. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14
1. Nguyên liệu và hóa chất 14
1.1. Nguyên liệu 14
1.2. Hóa chất 14
2. Môi trƣờng nuôi cấy 14
3. Phƣơng pháp thí nghiệm 14

v

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Các loại nƣớc thải chủ yếu 6
Bảng 1.2. Nồng độ tối đa cho phép của một số kim loại nặng trong các loại nƣớc
theo tiêu chuẩn Việt Nam về môi trƣờng. 8
Bảng 1.3. Tiêu chuẩn bộ y tế về giới hạn hàm lƣợng kim loại nặng trong nƣớc ăn
uống. 12
Bảng 1.4. pH thích hợp cho việc kết tủa các kim loại 14
Bảng 1.5. Một số loài thực vật có khả năng tích lũy kim loại nặng cao 15
Bảng 3.1. Lƣợng Cu
2+
hấp thụ mg/mL tảo sống đạt cao nhất ở các nồng độ tảo khác
nhau. 28
Bảng 3.2. Lƣợng Cu
2+
hấp phụ g/g tảo khô đạt cao nhất ở các nồng độ tảo khác
nhau 33

theo thời gian
35
Hình 3.11. Ảnh hƣởng của nồng độ tảo đến khả năng hấp thụ Cu
2+
theo thời gian
36
Hình 3.12. Ảnh hƣởng của nồng độ tảo đến khả năng hấp thụ Cu
2+
theo thời gian
37
Hình 3.13. Ảnh hƣởng của nồng độ tảo đến khả năng hấp thụ Cu
2+
theo thời gian
38
Hình 3.14. Ảnh hƣởng của nồng độ tảo đến khả năng hấp thụ Cu
2+
theo thời gian
39
Hình 3.15. Ảnh hƣởng của nồng độ tảo đến khả năng hấp thụ Cu
2+
theo thời gian
40
Hình 3.16. Ảnh hƣởng của nồng độ tảo đến khả năng hấp phụ Cu
2+
theo thời gian
41

vii
Hình 3.16. Ảnh hƣởng của nồng độ tảo đến khả năng hấp phụ Cu
2+

của sinh khối khô và tảo sống 49
Hình 3.24. Khả năng hấp thụ Cu
2+
của sinh khối khô và tảo sống 50
Hình 3.25. Hiệu suất hấp thụ Cu
2+
trong nƣớc thải 51

1
CHƢƠNG I : TỔNG QUAN
1. Ô nhiễm môi trƣờng nƣớc
1.1. Khái niệm ô nhiễm nƣớc
Ô nhiễm nước là sự thay đổi theo chiều xấu đi các tính chất vật lý – hoá học – sinh
học của nước, với sự xuất hiện các chất lạ ở thể lỏng, rắn làm cho nguồn nước trở nên
độc hại với con người và sinh vật. Làm giảm độ đa dạng sinh vật trong nước. Xét về tốc
độ lan truyền và quy mô ảnh hưởng thì ô nhiễm nước là vấn đề đáng lo ngại hơn ô nhiễm
đất.
Ô nhiễm nước xảy ra khi nước bề mặt chảy qua rác thải sinh hoạt, nước rác công
nghiệp, các chất ô nhiễm trên mặt đất, rồi thấm xuống nước ngầm.
1.2. Nguồn gốc, các tác nhân gây ô nhiễm nƣớc
1.2.1. Nguồn gốc

học…
Chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học
(cacbohydrat, protein, dầu mỡ), chất
dinh dưỡng (photpho, nitơ), chất rắn
và vi trùng…
Nước thải đô thị
nước thải vệ sinh, nước thải
cơ sở thương mại, công
nghiệp nhỏ
hoá chất, rác, …
Nước thải công
nghiệp
Cơ sở sản xuất công
nghiệp, tiểu thủ công
nghiệp, giao thông vận tải
Tùy thuộc vào ngành sản xuất công
nghiệp cụ thể: chất hữu cơ, kim loại
nặng…
Nước thải y tế
Nước thải bệnh viện
Phế phẩm thuốc, các chất khử trùng,
các dung môi hóa học, dư lượng
thuốc kháng sinh, các đồng vị phóng
xạ, vi khuẩn gây bệnh…
Nước thải nông
nghiệp
Hoạt động chăn nuôi gia
súc, trồng trọt…
Phân, nước tiểu gia súc, thức ăn,
thuốc trừ sâu, phân bón…

chuẩn cho phép.
1.2.2. Các tác nhân gây ô nhiễm nƣớc:
Một trong những tác nhân gây ô nhiễm nước đang được quan tâm nhiều nhất hiện
nay là các kim loại nặng.

4
Bảng 1.2. Nồng độ tối đa cho phép của một số kim loại nặng trong các loại
nƣớc theo tiêu chuẩn Việt Nam về môi trƣờng.

( Nguồn: Bài báo cáo khoa học: Ô nhiễm nước và hậu quả của nó)

2. Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng
Kim loại nặng là khái niệm để chỉ các kim loại có nguyên tử lượng cao và thường
có độc tính đối với sự sống. Kim loại nặng thường liên quan đến vấn đề ô nhiễm môi
trường. Nguồn gốc phát thải của kim loại nặng có thể là tự nhiên (như asen-As), hoặc từ
hoạt động của con người, chủ yếu là từ công nghiệp (các chất thải công nghiệp) và từ
nông nghiệp, hàng hải (các chế phẩm phục vụ nông nghiệp, hàng hải ).
2.1. Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng trên thế giới
Itai itai: Itai-itai là kết quả của việc ngộ độc cadmium lâu dài do các sản phẩm phụ
của quá trình khai thác mỏ được thải xuống ở thượng nguồn sông Jinzu.
Vào 1953-1960, một nhà máy hóa chất ở Nhật đã thải chất thải thủy ngân vào vịnh
Minamata gây ra hậu quả nặng nề.
Chứng bệnh Minamata là một dạng ngộ độc thủy ngân. Thủy ngân tấn công hệ thần
kinh trung ương và hệ nội tiết và ảnh hưởng tới miệng, các cơ quai hàm và răng. Sự phơi
nhiễm kéo dài gây ra các tổn thương não và gây tử vong. Nó có thể gây ra các rủi ro hay
khuyết tật đối với các thai nhi.

5
Năm 1972 ở Irac có tới 450 nông dân đã chết sau khi ăn loại lúa mạch đã nhiễm độc
thuỷ ngân do thuốc trừ sâu.

thành phố lớn và khu vực khai thác khoáng sản. Ô nhiễm kim loại nặng biểu hiện ở nồng
độ cao của các kim loại nặng trong nước. Trong một số trường hợp, xuất hiện hiện tượng
chết hàng loạt cá và thuỷ sinh vật.
Nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm kim loại nặng là quá trình đổ vào môi trường
nước nước thải công nghiệp và nước thải độc hại không xử lý hoặc xử lý không đạt yêu
cầu. Các nguồn chính thải ra các kim loại nặng này là từ các nhà máy cơ khí, nhà máy
luyện kim, nhà máy mạ và các nhà máy hóa chất Tác động của kim loại nặng tới môi
trường sống là rất lớn, tuy nhiên hiện nay ở Việt Nam việc xử lý các nguồn nước thải
chứa kim loại nặng từ các nhà máy vẫn chưa có sự quan tâm đúng mức. Bởi các nhà máy
ở Việt Nam thường là có quy mô sản xuất vừa và nhỏ do vậy khả năng đầu tư vào các hệ
thống xử lý nước thải là hạn chế. Hầu hết các nhà máy chưa có hệ thống xử lý hoặc hệ
thống xử lý quá sơ sài do vậy nồng độ kim loại nặng của các nhà máy thải ra môi trường
thường là các hệ thống sông, hồ đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép. Theo đánh giá của
một số các công trình nghiên cứu hầu hết các sông, hồ ở hai thành phố lớn là Hà Nội,
Thành phố Hồ Chí Minh, và một số thành phố có các khu công nghiệp lớn như Bình
Dương nồng độ kim loại nặng của các sông ở các khu vực này đều vượt quá tiêu chuẩn
cho phép từ 3 đến 4 lần. Có thể kể đến các sông ở Hà Nội như sông Tô lịch, sông Nhuệ
(nơi có nhiều nhà máy công nghiệp), ở thành phố Hồ Chí Minh là sông Sài Gòn và kênh
Nhiêu Lộc, kênh Sài Gòn
Ô nhiễm nước bởi kim loại nặng có tác động tiêu cực tới môi trường sống của sinh
vật và con người. Kim loại nặng tích luỹ theo chuỗi thức ăn thâm nhập và cơ thể người.

7
Nước mặt bị ô nhiễm sẽ lan truyền các chất ô nhiễm vào nước ngầm, vào đất và các thành
phần môi trường liên quan khác. Để hạn chế ô nhiễm nước, cần phải tăng cường biện
pháp xử lý nước thải công nghiệp, quản lý tốt vật nuôi trong môi trường có nguy cơ bị ô
nhiễm như nuôi cá, trồng rau bằng nguồn nước thải
3. Hậu quả ô nhiễm kim loại nặng
3.1. Ảnh hƣởng tới môi trƣờng
Tác động của kim loại nặng tới môi trường nước có thể theo các hướng sau:

độ kim loại nặng chỉ còn một nửa so với trước đó, ví dụ với thuỷ ngân chu kỳ này vào
khoảng 80 ngày, với cadimi là hơn 10 năm. Điều này cho thấy cadimi tồn tại rất lâu trong
cơ thể nếu bị nhiễm phải.
Tóm lại cơ chế nhiễm độc của các kim loại nặng rất đa dạng và phức tạp và hiện
nay vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu cả về lĩnh vực bệnh học và điều trị.
4. Các biện pháp xử lí
4.1. Xử lý nƣớc thải chứa kim loại nặng bằng phƣơng pháp hóa lý
Bằng con đường xử lý hóa học người ta có thể loại trừ kim loại nặng ra khỏi nước
thải. Với các nguồn nước thải công nghiệp có nồng độ kim loại nặng cao và pH cực đoan
thì việc xử lý chúng bằng các phương pháp hóa lý là rất ưu thế.
 Phương pháp kết tủa
Chuyển các chất thải dạng hòa tan sang dạng không hòa tan sau đó loại khỏi dung
dịch bằng quá trình lắng, lọc.
pH là một nhân tố quan trọng cho quá trình kết tủa. Bảng dưới đây đưa ra độ pH
thích hợp cho quá trình kết tủa các kim loại nặng. 9
Bảng 1.4. pH thích hợp cho việc kết tủa các kim loại ( Nguồn : www.ctu.edu.vn)

 Phương pháp trao đổi ion
 Phương pháp keo tụ
 Phương pháp hấp phụ bằng than hoạt tính
 Kỹ thuật màng.
 Phương pháp điện hóa
4.2. Xử lý nƣớc thải chứa kim loại nặng bằng phƣơng pháp sinh học
Cơ sở của phương pháp này là hiện tượng nhiều loài sinh vật (thực vật thủy sinh,
tảo, nấm, vi khuẩn ) có khả năng giữ lại trên bề mặt hoặc thu nhận vào bên trong các tế
bào của cơ thể chúng các kim loại nặng tồn tại trong đất và nước (hiện tượng hấp thu sinh
học-biosorption)

hành, phù hợp với các điều kiện hóa lý khác nhau nên giá thành thấp (chỉ bằng khoảng
1/10 giá thành của phương pháp trao đổi ion).
 Trong hoạt động quang hợp của mình, vi tảo còn thu nhận một lượng lớn
khí CO2, các muối dinh dưỡng, có tác dụng làm giảm hiệu ứng nhà kính, ngăn ngừa và
khắc phục tình trạng phì dưỡng (eutrophication) của môi trường nước.

11
Chính vì thế vi tảo có thể là một lựa chọn đơn giản và hiệu quả để loại trừ kim loại nặng
trong nước thải công nghiệp.
Những thách thức
 Thách thức lớn nhất đối với việc sử dụng vi tảo để loại trừ kim loại nặng
trong nước thải là khả năng hấp thu kim loại nặng của các loài tảo khác nhau là rất khác
nhau. Trong số hàng ngàn loài vi tảo đã được phân loại thì mới chỉ có rất ít loài được
nghiên cứu về khả năng thu nhận kim loại nặng của chúng. Việc tìm kiếm, chọn lọc
những chủng, loài tảo có khả năng hấp thu mạnh mẽ kim loại nặng là một nhiệm vụ to
lớn của các nhà nghiên cứu hiện nay. Trạng thái của sinh khối tảo, cách thức tiền xử lý
sinh khối trước khi đem hấp thu kim loại nặng cũng có những ảnh hưởng quan trọng tới
năng lực hấp thu. Vì lý do thương mại, các chủng tảo có khả nãng hấp thu kim loại nặng
cao và phương pháp tiền xử lý sinh khối thường không được công bố.
 Do kích thức nhỏ nên việc thu hồi sinh khối vi tảo từ môi trường xử lý là
khá khó khăn. Hiện đây vẫn là một công đoạn tốn kém nhất. Giải pháp cho vấn đề này có
thể là sử dụng các tế bào vi tảo được cố định trong các chất mang như: silicagel,
polyacrylamide, polyvinyl, polyurethane, agar, alginat, carrageenan, chitosan Rất nhiều
nghiên cứu hiện đang triển khai theo hướng này.
 Các nguồn nước thải có chứa kim loại nặng trong nhiều trường hợp còn
chứa nhiều thành phần hóa học khác có độc tính cao với các sinh vật sống vì vậy cần phải
tiến hành xử lý sơ bộ trước khi đưa tảo vào để xử lý kim loại nặng. Có thể nói rằng vi tảo
chỉ thực hiện một số công đoạn trong quá trình xử lý nước thải, chủ yếu là tham gia vào
giai đoạn xử lý cấp II và cấp III. (Nguồn : Xử lý ô nhiễm một số kim loại nặng trong nước
thải công nghiệp bằng phương pháp sinh học. Đặng Đình Kim.)

Năm 2002, C-J. Tien đã nghiên cứu khả năng hấp thụ kim loại nặng của sinh hối tảo
sống Chlorella vulgaris. Kết quả thu được như sau: hiệu suất hấp thụ Cu
2+
tối đa đạt
được là 80% (nồng độ Cu
2+
là 0.4 mg/L). Hiệu suất hấp thụ Pb
2+
đạt tối đa là 87% (nồng
độ Pb
2+
là 200 mg/L). Tuy nhiên hiệu suất hấp thụ Cd
2+
thấp, chỉ đạt tối đa là 23% tại
nồng độ Cd
2+
là 2 mg/L.

13
Năm 2004, Solicio và cộng sự đã thí nghiệm khả năng hấp thụ Cu
2+
trên sinh khối
tảo sống và sinh khối tảo khô Spirulina platensis, kết quả là hiệu suất hấp thụ Cu
2+
tối đa
lên đến 95% trong thời gian từ 4 đến 6h.
Năm 2005, theo nghiên cứu của Abu Al-Rub và cộng sự, tảo Chlorella có khả năng
hấp thụ Cu và Zn trong môi trường nước thải tổng hợp. Hiệu quả loại bỏ Cu đạt 94-95%
sau 20 ngày và hiệu quả loại bỏ Zn đạt 97% sau 16 ngày.
Thử nghiệm cố định tế bào tảo Chlorella pyrenoidosa và Spirulina platensis trên

CHƢƠNG II. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1. Nguyên liệu và hóa chất
1.1. Nguyên liệu
Giống: tảo Nanochloropsis oculata do bộ môn công nghệ sinh học trường Bách
Khoa TP.HCM cung cấp, được bảo quản ở nhiệt độ 4
o
C.
1.2. Hóa chất
Các hóa chất được sử dụng trong nghiên cứu này có độ tinh khiết cao. Danh mục
các hóa chất tham khảo ở phần phụ lục.
2. Môi trƣờng nuôi cấy
Môi trƣờng : cũng giống như nhiều loài tảo khác, N.oculata cần nhiều chất cho sự
sinh trưởng như: Cacbon, Nitơ, Photpho,…Nhưng quan trọng hơn cả phải kể đến 2
nguyên tố Nitơ và Photpho. Hai nguyên tố này được hấp thu chủ yếu dưới dạng NH
4+
và
PO
4
3-
. Thành phần môi trường được chú thích ở phần phụ lục.
Máy móc và thiết bị nghiên cứu
Trong quá trình nghiên cứu, các thiết bị, máy móc đã được sử dụng có độ chính xác
cao tại phòng thí nghiệm Công nghệ sinh học bao gồm: kính hiển vi, cân kỹ thuật 2 số
và 4 số , máy đo pH, tủ sấy, nồi khử trùng, máy ly tâm, máy đồng hóa v.v…
3. Phƣơng pháp thí nghiệm
thu Cu
2+
đối với tảo chết

Sinh khối tảo sống
Sinh khối tảo khô
Khảo sát khả năng hấp
thu Cu
2+
đối với tảo sống16
Thu sinh khối tảo N.oculata bằng phương pháp ly tâm lạnh 4
o
C . Chú ý: do tảo
N.oculata phát triển dưới đáy bình nên để tiết kiệm lượng dịch tảo cần ly tâm thì trước đó
cần gạn bớt phần nước trong bên trên. Sau đó dich còn lại đem ly tâm 5000rpm trong 10
phút. Bỏ phần dịch trong thu phần bã, đem hòa tan trong nước cất. Sau đó, đếm số lượng
tế bào. Đếm 3 lần, lấy giá trị trung bình.
Đếm số lượng tế bào bằng buồng đếm hồng cầu. Mật độ vi sinh vật đơn bào có kích
thước lớn như tảo có thể xác định trực tiếp bằng buồng đếm trên kính hiển vi.
Buồng đếm hồng cầu thường là một phiến kính dày 2-3 mm có một vùng đĩa đếm
nằm giữa phiến kính và được bao quanh bởi một rãnh. Đĩa đếm thấp hơn bề mặt của
phiến kính khoảng 1/10 mm, có hình tròn vì thế khi được phủ lên bằng một lá kính thì độ
sâu của đĩa đếm sẽ đồng đều nhau. Vùng đĩa đếm có diện tích 1 mm
2
và được chia thành
16 ô vuông lớn có diện tích mỗi ô là 1/16 mm
2

n- là độ pha loãng mẫu

Hình 2.1. Cách đếm tế bào trong buồng đếm
Đối với sinh khối khô:
Đối với sinh khối khô cũng làm tương tự như trên. Dịch nuôi cấy cấp 2 đem ly tâm
5000 rpm trong 10 phút. Sau khi ly tâm, dịch nuôi cấy được tách thành 2 phần: phần dịch
trong và phần bã. Phần dịch trong bị gạn bỏ chỉ thu phần bã, sau đó đem sấy ở 50-60
o
C
trong 12h. Lượng tảo khô thu được có khối lượng 0.4g. toàn bộ lượng tảo khô thu được
đem hòa tan trong 1L nước cất thu được dung dịch tảo có nồng độ 0.4g/l.
Từ dung dịch tảo ở trên đem đếm số lượng tế bào bằng buồng đếm hồng cầu. Xác
định số tế bào tảo khô/mL.
Số lượng tế bào trong sinh khối tảo sống và khô phải bằng nhau. Do đó, dung dịch
sinh khối tảo khô hoặc tảo sống cần pha loãng theo tỉ lệ cần thiết.
3.3. Phƣơng pháp khảo sát khả năng hấp thụ Cu
2+
của sinh khối tảo sống
và tảo chết
Cần thực hiện ở các điều kiện giống nhau để so sánh khả năng hấp thụ Cu
2+
tối ưu
của sinh khối tảo chết và tảo sống.
Thực hiện: ở các nồng độ tảo khác nhau là 0.2 g/L, 0.4 g/L, 0.6 g/L, 0.8 g/L (chọn
các nồng độ như vậy vì một số bài báo khảo sát kết quả thu được ở nồng độ tảo là 0.4 g/L
cho hiệu quả hấp thụ cao nhất) ( Solicio và cộng sự, 2004. ). Chuẩn bị 4 ống nghiệm hút

18
5ml sinh khối tảo khô ( ướt) và 10mL dung dịch Cu
2+

Y
2-
-> CuY
2-
+ 2H
+

CuH
4
Ind
+
+ H
2
Y
2-
-> CuY
2-
+ H
4
Ind
Công thức tính:
Hình 2.2. Chuẩn độ Cu
2+
bằng phƣơng pháp EDTA