Nghiên cứu loại bỏ Ni2+, Cr3+ và Zn2+ trong nước thải mạ điện bằng vật liệu hấp thụ sinh học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT



PHAN HOÀNG MINH HUY

Nghiên cứu loại bỏ Ni2+, Cr3+ và Zn2+
trong nước thải mạ điện bằng vật
liệu hấp thụ sinh học

LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC

ÑAØ LAÏT – 2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT



PHAN HOÀNG MINH HUY

2+

3+

Nghiên cứu loại bỏ Ni , Cr và
2+
Zn trong nước thải mạ điện bằng
vật liệu hấp thụ sinh học

Chuyên ngành: SINH THÁI HỌC
Mã số: 60.42.60

LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC

Người hướng dẫn khoa học
TS. LÂM NGỌC TUẤN

ĐÀ LẠT – 2010


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công tr ình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết
quả trong luận án là trung thực và chưa từng được người khác công bố.
Đà Lạt, ngày 22 tháng 02 năm 2010
Tác giả

Phan Hoàng Minh Huy


ii

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với TS. Lâm Ngọc Tuấn vì những
hướng dẫn khoa học và những chỉ bảo tận tình trong suốt quá trình thực hiện luận
văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh đạo cùng các thầy giáo, cô giáo Khoa
Sinh học trường Đại học Đà Lạt đã hỗ trợ trang thiết bị và tạo điều kiện cho tôi

được thực hành tại phòng thí nghiệm trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu này.
Xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Ban Chủ nhiệm Khoa Khoa học Môi
trường Trường Đại học Yersin Đà Lạt đã tạo điều kiện cho tôi có thời gian học tập.
Xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Thị Kim Phượng vì đã hỗ trợ cho tôi
trong quá trình phân tích mẫu.
Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với ông bà, bố mẹ, các em, những người
thân và bạn bè vì đã động viên và ủng hộ về mọi mặt cho tôi trong thời gian vừa
qua.
Đà Lạt, ngày 22 tháng 2 năm 2010
Phan Hoàng Minh Huy


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN

i

LỜI CẢM ƠN

ii

MỤC LỤC

iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

v

DANH MỤC CÁC BẢNG

vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ

vii

MỞ ĐẦU

1

Phần thứ nhất. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

3

1.1 Kim loại nặng và các vấn đề về môi trường

3

1.1.1 Các nguồn phát thải kim loại nặng

4

1.1.2 Hậu quả của quá trình ô nhiễm kim loại nặng

5

1.2 Vài nét giới thiệu về chrome, nickel và kẽm

8

1.2.1 Chrome

8

1.2.2 Nickel

9

1.2.3 Kẽm
1.3 Các phương pháp loại bỏ kim loại nặng

11
12

1.3.1 Loại bỏ kim loại nặng bằng các phương pháp hóa lí

12

1.3.2 Khái quát về việc loại bỏ kim loại nặng bằng phương pháp sinh học

15

1.3.3 Hấp phụ sinh học kim loại nặng

17

1.4 Vài nét về nước thải mạ điện

30

1.4.1 Tính chất của nước thải mạ điện

30

1.4.2 Kim loại nặng trong nước thải mạ điện

31

1.5 Vài nét về các loài rong biển dùng trong nghiên cứu

32

1.5.1 Rong lá mơ mcclurei ( Sargassum mcclurei)

32

1.5.2 Rong lục võng(Ulva reticulata)

33

1.5.3 Rong lá mơ lá dày ( Sargassum crassifolium)

33

Phần thứ hai. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C ỨU

35

iv

2.1 Đối tượng nghiên cứu
2.2.1 Các loài rong biển dùng trong nghiên cứu
2.2 Phương pháp nghiên c ứu

35
35
35

2.2.1 Phương pháp xử lý sinh khối

35

2.2.2 Phương pháp khảo sát cân bằng hấp phụ

36

2.2.3 Phương pháp xác định thời gian bão hòa hấp phụ

38

2.2.4 Phương pháp xác định ảnh hưởng của pH đến dung lượng hấp phụ

38

2.2.5 Phương pháp giải hấp vật liệu hấp phụ đã bão hòa kim loại

39

2.2.6 Phương pháp đánh giá khả năng hấp phụ trong điều kiện đa ion

39

2.3 Phương pháp tính toán và x ử lý số liệu
Phần thứ ba. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

39
41

3.1 Đánh giá đặc tính của các loại vật liệu hấp phụ

41

3.2 Xác định các tham số của phương trình đẳng nhiệt hấp phụ

41

3.3 Đường đẳng nhiệt hấp phụ các ion kim loại riêng rẽ của các loại VLHP

43

3.4 Xác định ngưỡng nồng độ loại bỏ hiệu quả ion kim loại của các loại VLHP 45
3.5 Xác định thời gian bão hòa hấp phụ của các loại VLHP

48

3.6 Ảnh hưởng của pH dung dịch tới hiệu quả hấp phụ của các loại VLHP

50

3.7 Đặc trưng hấp phụ của các loại VLHP trong điều kiện đa ion

53

3.8 Đánh giá khả năng giải hấp và tái sử dụng của các loại VLHP

55

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

57

4.1 Kết luận

57

4.2 Đề nghị

57

TÀI LIỆU THAM KHẢO

58

Tiếng Việt

58

Tiếng Anh

59

PHỤ LỤC

62


v

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT
C

Nồng độ kim loại (mg/L)

Ceq

Nồng độ ion kim loại còn lại sau khi dung dịch đạt trạng thái cân
bằng (mg/L)

Ci

Nồng độ ion kim loại ban đầu (mg/L)

K

Hằng số cân bằng hấp phụ

m

Khối lượng sinh khối (g)

ppb

Một phần tỷ

ppm

Một phần triệu

ppt

Một phần nghìn tỷ

q

Lượng kim loại bị hấp phụ lên trên bề mặt sinh khối (mg/g hay
mmol/g)

qmax

Lượng kim loại hấp phụ cực đại lên trên bề mặt sinh khối ( mg/g
hay mmol/g)

r2

Hệ số tương quan

SC

Sargassum crassifolium

SM

Sargassum mcclurei

TDT

Trích dẫn theo

UR

Ulva reticulata

V

Thể tích dung dịch hấp phụ(lít)

VLHP

Vật liệu hấp phụ


vi

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Những nguồn thải gây ra ô nhiễm kim loại nặng

5

Bảng 1.2 Những tác hại của kim loại nặng đối với sức khỏe

8

Bảng 1.3 Các chỉ số ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải mạ điện

30

Bảng 2.1 Dải nồng độ của các ion kim loại trong thí nghiệm cân bằng hấp phụ

37

Bảng 3.1 Các thông số phản ánh đặc tính của vật liệu hấp phụ

41

Bảng 3.2 Các tham số của phương trình đẳng nhiệt Langmuir đối với quá trình hấp
phụ Ni2+ bằng các loại vật liệu hấp phụ khác nhau

42

Bảng 3.3 Các tham số của phương trình đẳng nhiệt Langmuir đối với quá trình hấp
phụ Cr3+ bằng các loại vật liệu hấp phụ khác nhau

42

Bảng 3.4 Các tham số của phương trình đẳng nhiệt Langmuir đối với quá trình hấp
phụ Zn2+ bằng các loại vật liệu hấp phụ khác nhau

43

Bảng 3.5 Khả năng hấp phụ của vật liệu SM trong điều kiện đa ion

53

Bảng 3.6 Khả năng hấp phụ của vật liệu UR trong điều kiện đa ion

54

Bảng 3.7 Khả năng hấp phụ của hỗn hợp vật liệu SM và UR trong điều kiện đa ion
54


vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Các ví dụ xác định đường đẳng nhiệt hấp phụ thực nghiệm với uran

22

Hình 2.1 Rong biển S. mcclurei (a), S. crassifolium (b) và Ulva reticulata (c)

35

Hình 2.2 Qui trình bố trí thực nghiệm khảo sát cân bằng hấp phụ

36

Hình 2.3 Các bình hấp phụ trên máy vòng

37

Hình 3.1 Đường đẳng nhiệt hấp phụ của các loại vật liệu hấp phụ với ion Ni2+

43

Hình 3.2 Đường đẳng nhiệt hấp phụ của các loại vật liệu hấp phụ với ion Cr3+

44

Hình 3.3 Đường đẳng nhiệt hấp phụ của các loại vật liệu hấp phụ với ion Zn2+

45

Hình 3.4 Hiệu quả loại bỏ Ni2+ của vật liệu SM ở các nồng độ kim loại khác nhau 46
Hình 3.5 Hiệu quả loại bỏ Zn2+ của vật liệu UR ở các nồng độ kim loại khác nhau 46
Hình 3.6 Hiệu quả loại bỏ Cr3+ của vật liệu UR ở các nồng độ kim loại khác nhau 47
Hình 3.7 Thời gian bão hòa hấp phụ của vật liệu SM đối với ion Ni2+

48

Hình 3.8 Thời gian bão hòa hấp phụ của vật liệu UR đối với ion Cr3+

49

Hình 3.9 Thời gian bão hòa hấp phụ của vật liệu UR đối với ion Zn2+

50

Hình 3.10 Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả hấp phụ Ni2+ của vật liệu SM

51

3+

Hình 3.11 Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả hấp phụ ion Cr của vật liệu UR

52

Hình 3.12 Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả hấp phụ Zn2+ của vật liệu UR

52

Hình 3.13 Hiệu quả giải hấp các loại vật liệu hấp phụ bằng dung dịch HCl 0,1N 55
Hình 3.14 Khả năng tái hấp phụ của vật liệu đã qua giải hấp

56


1

MỞ ĐẦU
Mạ điện là một ngành có mức độ gây ô nhiễm môi trường cao. Nước thải mạ
điện chứa nhiều chất độc, có pH cực đoan và chứa nhiều kim loại nặng như chrome
(Cr), nickel (Ni) và kẽm (Zn). Các kim loại nặng này có độc tính cao, có thể gây ra
những ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người cũng như cho môi trường.
Người ta đã sử dụng các phương pháp hóa l ý khác nhau để loại bỏ ion kim loại
trong nước thải mạ điện như: khử dung dịch chromate bằng dung dịch FeSO 4,

NaHSO3; kết tủa bằng hydroxide kim loại... Tuy nhiên, khi nồng độ kim loại thấp
hơn 100mg/L thì các phương pháp này thường kém hiệu quả và đòi hỏi chi phí cao.
Do đó các nhà nghiên cứu vẫn đang tiếp tục tìm kiếm và phát triển các phương
pháp mới để loại bỏ hoặc thu hồi các kim loại từ nước thải mạ điện, có khả năng
làm giảm nồng độ ion kim loại trong nước thải xuống những ngưỡng chấp nhận
được về mặt môi trường với chi phí thấp. Loại bỏ kim loại nặng bằng phương pháp
sinh học (bioremoval) có triển vọng sẽ thực hiện được những mục tiêu này.
Người ta đã phát hiện thấy nhiều loại sinh khối rong biển có thể hấp phụ kim
loại nặng và có thể sử dụng chúng để thu hồi kim loại nặng, nhiên liệu hạt nhân hay
các nguyên tố phóng xạ. Vật liệu hấp phụ có nguồn gốc từ tảo biển thường rẻ tiền
và có tính chọn lọc cao, có thể tái sử dụng nhiều lần, cạnh tranh được với nhựa trao
đổi ion và than hoạt tính.
Nhiều nghiên cứu đã cho biết rằng sinh khối rong mơ (Sargassum), rong cải
biển (Ulva) có khả năng hấp phụ một số loại ion kim loại nặng trong nước. Ở bờ
biển Miền Trung nước ta, các loại rong biển này có trữ lượng rất lớn, có thể là một
nguồn nguyên liệu dồi dào để tạo nên vật liệu hấp phụ sinh học kim loại nặng.
Nhằm góp phần tìm ra một biện pháp loại bỏ kim loại nặng trong nước thải mạ
điện hiệu quả và thân thiện với môi trường, chúng tôi đã chọn thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu loại bỏ Ni2+, Cr3+ và Zn2+ trong nước thải mạ điện bằng vật liệu
hấp phụ sinh học”.
Nội dung chính của nghiên cứu này bao gồm:


2

1. Tiến hành xử lý sinh khối một số loại rong biển thu được từ biển Nha Trang
thành vật liệu hấp phụ sinh học và khảo sát các tính chất cơ bản của chúng;
2. Xác định đặc trưng hấp phụ các ion Ni 2+, Cr3+ và Zn2+ của các loại vật liệu
đã tạo ra trong điều kiện đơn ion và đa ion nhằm chọn ra loại vật liệu phù hợp nhất;
3. Xác định ngưỡng nồng độ loại bỏ hiệu quả ion kim loại, thời gian bão hòa

hấp phụ, ảnh hưởng của pH dung dịch tới hiệu quả hấp phụ, khả năng giải hấp, tái
sử dụng của các loại vật liệu hấp phụ.
Nghiên cứu được tiến hành với nước thải giả định có thành phần xác định với
nồng độ các ion kim loại nặng tương tự như trong nước thải mạ điện thực đã được
các tác giả khác công bố.
Do sự hạn hẹp về thời gian, nguồn lực cũng như hiểu biết của tác giả nên
những thiếu sót là khó tránh khỏi. Rất mong nhận được sự nhận xét và đóng góp ý
kiến của tất cả những ai quan tâm.
Tác giả


3

PHẦN THỨ NHẤT

TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1 Kim loại nặng và các vấn đề về môi trường
Kim loại nặng là các kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5g/cm 3 như sắt,
mangan, chì, đồng, kẽm, thủy ngân, bạc, barium, selenium, nickel…
Môi trường bị ô nhiễm bởi các kim loại nặng độc hại là một hiện tượng quan
trọng có qui mô toàn cầu. Với nền công nghiệp ngày càng phát triển rộng lớn như
hiện nay, môi trường thế giới đang đứng trước một thảm họa diệt vong do chính con
người gây ra.
Một điều đáng lo lắng đó là những sản phẩm của nền văn minh hiện đại như
chất dẻo, các phụ gia thực phẩm, dung môi hữu cơ, kim loại nặng… được thải ra từ
các ngành công nghiệp khác nhau đã gây ô nhiễm môi trường và mang lại nhiều
thảm họa cho con người như: bệnh ung thư, sinh ra các d ạng quái thai, trẻ em đần
độn hoặc khủng khiếp hơn nữa là dẫn đến tử vong [10].
Quá trình ô nhiễm kim loại nặng là một quá trình ô nhiễm lâu dài, bởi kim loại
nặng tồn tại trong môi trường thường không bị phân hủy theo con đường sinh học

như một vài loại ô nhiễm hữu cơ khác. Các kim loại nặng này sẽ tích tụ trong môi
trường thông qua các chu trình tu ần hoàn vật chất trong tự nhiên, làm ảnh hưởng
đến các dạng môi sinh. Thông qua chu ỗi và lưới thức ăn, mắt xích cuối cùng cho
kim loại nặng tồn tại đó là cơ thể người [16], [19].
Loài người đang tiếp xúc lâu dài với các kim loại độc hại tồn tại trong môi
trường với liều lượng khác nhau. Tùy thuộc vào cơ địa của mỗi cá nhân mà cơ thể
có những phản ứng khác nhau đối với các loại kim loại.
Sự nhận thức về việc các kim loại nặng có thể gây ra các hiệu ứng độc ngay từ
những nồng độ rất thấp đã dẫn đến sự hình thành các qui tắc nhằm giảm thiểu sự có
mặt của kim loại nặng trong môi trường (tới mức ppb hoặc thậm chí còn thấp hơn
nữa). Vì thế mà nhiều công trình nghiên cứu loại bỏ kim loại nặng bằng các biện
pháp khác nhau đã hình thành và phát triển [16].


4

1.1.1 Các nguồn phát thải kim loại nặng
Ô nhiễm do hoạt động của con người có thể dễ dàng tạo ra sự tập trung cao
của kim loại, có thể đưa đến những tác hại nghiêm trọng lên động vật và người. Sự
khai thác các nguồn khoáng sản trên thế giới và các hoạt động công nghệ của con
người bao gồm việc đào lên, tách chiết, và phân tán các nguyên t ố hóa học, trong đó
cách thức thứ ba là đáng kể nhất và bằng cách đó các nguyên tố kim loại nhất định
đang được thải vào môi trường với số lượng, với tốc độ cực nhanh và nồng độ cao
chưa từng thấy.
Ngành công nghiệp chủ yếu tham gia vào việc làm nhiễm bẩn kim loại nặng
vào nước đó là công nghiệp luyện thép. Các chất ô nhiễm chính từ sản xuất thép là
kẽm và chì. Sản xuất thép bằng lò hồ quang điện dùng nước trong những tháp làm
mát. Công nghệ này sản sinh ra từ 9 –18 kg bụi chứa chì và cadmium cho mỗi tấn
thép được sản xuất ra. Một số trong các kim loại này có thể đi vào nước làm mát
theo cách riêng của chúng. Các công đoạn tạo hình và hoàn thiện sản phẩm kim loại

tạo ra bùn nước thải có thể chứa cadmium, chrome, chì và kẽm. Nếu thép được sản
xuất có chứa mangan thì một lượng nhất định mangan cũng có thể bị hòa tan vào
nước thải.
Một ngành công nghiệp gây ô nhiễm nước đáng kể khác là sản xuất phân bón.
Vanadium có thể bị phóng thích vào dòng th ải trong quá trình sản xuất. Urê được
sản xuất thông qua sự kết hợp của amoniac và CO 2. Carbon dioxide được thu nhận
từ quá trình hấp phụ/khử, hấp phụ dùng xúc tác chứa hợp chất của vanadium.
Vanadium từ chất xúc tác có thể bị hòa tan và bị thải vào nước thải. Lượng
vanadium thải ra nói chung là thấp nhưng có thể có vấn đề khi những quá trình này
không hiệu quả [10].
Khi mà các hoạt động công nghiệp vẫn tiếp tục phát triển thì chúng vẫn cứ
tiềm tàng nguy cơ gây ô nhi ễm. Công nghiệp điện tử và computer tuy mới ra đời
nhưng với sự tăng trưởng ồ ạt của các ngành công nghiệp non trẻ này thì chúng
đang tiềm tàng nguy cơ làm ô nhi ễm kim loại nặng rất lớn, ví dụ như công nghiệp
sản xuất chất bán dẫn tạo ra chrome, chì và thủy ngân như là các sản phẩm phụ.


5

Việc đốt cháy các loại nhiên liệu hóa thạch không tránh khỏi phải phát thải
vào không khí khói và bụi chứa kim loại nặng. Theo nước mưa, các kim loại nặng
cuối cùng sẽ lưu giữ trong các loại thủy vực.
Mưa acid đã đẩy nhanh mức độ hòa tan của kim loại và vì thế nó cũng được
coi là một tác nhân làm gia tăng s ự ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường nước.
Bên cạnh những ngành công nghiệp đề cập ở trên còn có nhiều ngành công
nghiệp khác cũng có tiềm năng gây ô nhiễm kim loại nặng. Trong số đó phải kể đến
công nghiệp thuộc da và công nghiệp dệt, sản xuất sơn và gốm, công nghiệp luyện
kim màu. Danh sách này v ẫn còn được tiếp tục. Do đó không khó khăn gì để nhận
ra tính cần thiết phải có những phương pháp để loại bỏ kim loại nặng ra khỏi nước
[16].

Bảng 1.1 Những nguồn thải gây ra ô nhiễm kim loại nặng
Nguồn phát thải

Cd

Công nghiệp giấy

Cr

Cu

Hg

Pb

Ni

+

+

+

+

+

Sn

Zn

+

Công nghiệp hóa dầu

+

+

+

+

+

+

Công nghiệp tẩy nhuộm

+

+

+

+

+

+

SX và sử dụng phân bón

+

+

+

+

+

+

+

Công nghiệp chế biến dầu mỏ

+

+

+

+

+

+

Công nghiệp sản xuất thép

+

+

+

+

+

+

Công nghiệp kim loại màu

+

+

+

+

+

Công nghiệp ôtô, máy bay

+

+

+

+

+

Công nghiệp vật liệu xây
dựng

+

Công nghiệp dệt

+

Công nghiệp len, da

+

Nhà máy điện

+

Nham thạch trong các tầng đất
Nguồn
1.1.2 Hậu quả của quá trình ô nhiễm kim loại nặng

As

+

+
+

+

+

+
+


6

1.1.2.1 Tác động đối với hệ sinh thái
Quá trình công nghiệp hóa và đô thị hóa đã dẫn đến quá trình gia tăng nguồn ô
nhiễm kim loại trong môi trường sinh thái. Sự gia tăng hàm lượng kim loại nặng
trong môi trường đã trực tiếp làm ô nhiễm đến môi trường đất, nước và không khí.
Khác với các chất thải hữu cơ, trong đa số trường hợp chúng có thể bị phân
hủy, còn các loại kim loại nặng khi đã phóng thích vào môi trường thì sẽ tồn tại lâu
dài. Chúng chu chuyển và thông thường là tham gia vào chuỗi thức ăn. Quá trình
này bắt đầu với những nồng độ rất thấp của các kim loại nặng tồn tại trong nước
hoặc cặn lắng, rồi sau đó được các phù du thực vật và các thực vật thủy sinh khác
hấp thu (sinh vật sản xuất). Tiếp đến các kim loại nặng tích tụ trong các động vật
phiêu sinh và các sinh vật tiêu thụ các cấp, dẫn đến nồng độ các kim loại nặng được
tích lũy trong cơ thể sinh vật trở nên cao hơn.
Trong quá trình chu chuy ển theo chuỗi thứa ăn, các sinh vật bị nhiễm độc
khiến đời sống của chúng bị đe dọa, đồng thời chúng có thể là nguồn thực phẩm ô

nhiễm. Nhiều loại rau và thủy sản sinh trưởng trong các thủy vực có kim loại nặng
thường tích lũy một lượng kim loại lớn gấp nhiều lần tiêu chuẩn cho phép.
Con người, xét theo quan điểm sinh thái, thường có vị trí cuối cùng trong
chuỗi thức ăn, vì thế họ vừa là thủ phạm vừa là nạn nhân của ô nhiễm kim loại nặng
[16], [19], [34], [39].
Ví dụ: trong các thủy vực, ao hồ bị nhiễm thủy ngân, các vi sinh vật có thể
chuyển thủy ngân (Hg) thành hợp chất methyl thủy ngân Hg(CH 3)2, sau đó qua
động vật phù du, các loài nhuyễn thể, tôm, cá, …rồi đi vào cơ thể người theo chuỗi
thức ăn [44].
1.1.2.2 Tác động lên cơ thể sinh vật
• Đối với thực vật
Kim loại nặng vào cơ thể của thực vật có nguồn gốc từ đất bị ô nhiễm. Khi bị
nhiễm độc kim loại nặng, sự tăng trưởng của rễ và chồi của thực vật sẽ bị ức chế,
khiến khả năng hấp thu dinh dưỡng của thực vật và khả năng nội cân bằng của thực
vật bị ảnh hưởng.


7

Kim loại nặng có thể ảnh hưởng một cách trực tiếp đến đời sống thực vật như
gây ức chế quá trình tổng hợp chất diệp lục và khả năng quang hợp của cây trồng
(Padmaja và cs., 1990), ức chế và làm biến đổi tính chất của các enzyme (Sandalio
và cs., 2001) [25].
• Đối với động vật
Khi có sự hiện diện kim loại nặng trong môi trường nước, phôi hay ấu trùng
của cá bị tác động: tính thấm của trứng sẽ giảm, màng đệm bị cứng và trứng trở nên
lâu nở hơn hoặc bị ung. Trứng cá mới được thụ tinh mà bị nhiễm kim loại nặng sẽ
không nở được. Ví dụ: khi phôi của cá Fundulus heteroclitus vào giai đoạn phôi túi
bị nhiễm độc thủy ngân ở nồng độ 0,03mg/L thì tỷ lệ cá con nở ra bị dị dạng tăng
lên đáng kể.

Đối với động vật có vú, khi bị nhiễm độc bởi kim loại nặng thì các độc chất
này thường được tích tụ trong gan, thận và một số cơ quan khác. Độc tính của kim
loại nặng thường tác động đến hệ thần kinh, làm suy giảm chức năng của thận và
gây thiếu máu. Ở động vật có vú, tế bào ở đầu ống dẫn và các mô của thận thường
bị ảnh hưởng nghiêm trọng nhất [1], [29].
1.2.2.3 Tác động lên sức khỏe con người
Nhiều nguyên tố kim loại đóng vai trò quan trọng về chức năng đối với cơ thể
sống; chúng tham gia vào thành ph ần dinh dưỡng và thực hiện các chức năng sinh
lý. Tuy nhiên, sự dư thừa của các nguyên tố vi lượng cơ bản và nhất là sự thay thế
chúng bằng các nguyên tố không thiết yếu (như trường hợp của Cd, Ni và Ag) có
thể gây nên triệu chứng ngộ độc hoặc gây chết người [16].
Độc tính của kim loại nặng thường gây hại cho cơ thể khi mà nồng độ của nó
vượt quá giới hạn sinh học.
Khi con người bị nhiễm độc bởi các kim loại nặng trên nồng độ cho phép đều
có thể gây nên một số các bệnh tật nguy hiểm (Bảng 1.2) [16].
Ảnh hưởng của kim loại nặng đối với cơ thể người thường biểu hiện ở các
mức độ khác nhau: cấp tính, mãn tính hoặc phụ mãn tính. Ngoài những tác hại đã
được trình bày ở Bảng 1.2, ngộ độc kim loại nặng còn có thể dẫn đến tử vong.


8

Bảng 1.2 Những tác hại của kim loại nặng đối với sức khỏe
Kim loại

Những rủi ro đối với sức khỏe

Cadmium

Làm tổn thương các màng, gây ung thư, gây bu ồn nôn và nôn mửa ,

làm tổn thương phổi và thận

Đồng

Làm tổn thương các màng, gây ung thư, gây bu ồn nôn và nôn mửa

Chrome

Gây kích động, gây buồn nôn và nôn mửa, gây ung thư (Cr +6)

Thủy ngân

Gây kích động, làm tổn thương hệ thần kinh, thận và gan, gây buồn
nôn và nôn mửa

Kẽm

Gây buồn nôn và nôn mửa

Mangan

Gây rối loạn cảm giác, làm tổn thương não bộ, gây bất lực

Chì

Làm tổn thương hệ thần kinh, tổn thương hệ tuần hoàn và cơ quan
sinh máu, hệ sinh dục, tổn thương hành tá tràng, th ận

Cobalt

Gây kích động, gây bệnh “hardmetal”

Vanadium

Gây kích động, gây đột biến, có thể gây ung thư

Lịch sử nhân loại cũng đã từng xảy ra những vụ ô nhiễm kim loại nặng trầm
trọng. Điển hình là vụ ngộ độc cadmium xảy ra vào năm 1950 ở Tinstu Nalley
(Nhật) khi bệnh nhân hấp phụ một lượng cadmium khoảng 600µg/ngày. Sau đó
hàng trăm người đã chết vì bị teo xương do ngộ độc cadmium mãn tính, trường hợp
này đã đi vào lịch sử với tên bệnh là Itai – Itai. Tiếp đó là sự kiện ngộ độc thủy ngân
ở vịnh Minatama vào năm 1953 cũng tại Nhật Bản đã làm cho nhiều người chết, trẻ
sơ sinh bị khuyết tật. Nguyên nhân của thảm họa này là do người ta ăn hải sản khai
thác từ vịnh bị nhiễm thủy ngân. Tất cả những ký ức đau buồn này đều xuất phát từ
sự thiếu hiểu biết của con người đối với việc sử dụng và quản lý các hóa chất có
chứa các kim loại nặng độc hại [12], [22], [29], [31], [44].
1.2 Vài nét giới thiệu về chrome, nickel và kẽm
1.2.1 Chrome
Chrome là nguyên tố phân bố rộng trong vỏ trái đất (chiếm 0,02%), tồn tại ở
trạng thái hóa trị từ +2 và +6. Hàm lượng của chrome tổng số trong nước tự nhiên ít
khi vượt 2μg/L. Trong tự nhiên nó chỉ tồn tại ở dạng hợp chất: khoáng vật quan
trọng nhất là chromit (FeOCrO 3), trong đất chứa 5–l00mg/kg, trong các đá có tính


9

kiềm cao hàm lượng chrome có thể tới 3000mg/kg nhưng khả năng hòa tan kém.
Do một số nguồn nước thải công nghiệp mà hàm lượng chrome trong đất trong
vùng ảnh hưởng cũng có thể đạt tới giá trị trên. Trong nước biển hàm lượng chrome
trung bình là 0,5μg/L, trong các loại thức ăn hàm lượng của nó từ 20–600μg/kg [2],

[3].
Chrome được sử dụng trong các hợp kim như thép không gỉ, chất bọc kim khí
trong mạ điện; băng từ; chất màu cho sơn, xi măng, giấy; cao su, phụ gia cho xăng,
trong các chất tổng hợp dùng để lót sàn và một số loại vật liệu khác. Ở dạng hòa tan
nó được sử dụng để làm chất bảo quản gỗ [31], [42], [43], [47].
Một lượng lớn chrome được sử dụng để làm gạch chịu lửa lót trong các lò cao
(chiếm từ 11–14% trọng lượng gạch). Trong quá trình làm vi ệc, một phần gạch bị
mài mòn và bay ra ngoài theo khói lò. Sau m ột thời gian sử dụng, gạch được thải
bỏ. Khi còn trong gạch, chrome ở dạng Cr3+. Do phong hóa đặc biệt là hệ quả của
mưa acid, phần chrome này bị hòa tan và chuyển thành Cr 6+ và lan truyền trong
nước gây ô nhiễm [16].
Trong nước, chrome chỉ tồn tại ở hai dạng hóa trị là +3 là +6. Chrome hóa trị 3
là dạng cation trong hydroxide khó tan, chrome hóa trị 6 tồn tại trong các hợp chất
H2CrO4, HCrO 4ˉ hay bicromat có độ tan cao. Với nồng độ 0,1mg/L đã có tác dụng
xấu lên các vi sinh vật trong nước; trong khoảng nồng độ 0,03–0,32mg/L thì kìm
hãm sự phát triển của tảo [16], [42], [43], [46], [47].
Lượng chrome thâm nhập vào cơ thể người chủ yếu do thức ăn và khả năng
hấp thụ của cơ thể đối với Cr(VI) tốt hơn nhiều so với Cr(III) và tính độc của
Cr(VI) cao hơn Cr(III) g ấp khoảng l00 lần. Cr(III) là nguyên tố vi lượng cần thiết
cho cơ thể trong quá trình trao đổi chất (mỡ, đường). Cr(VI) gây độc đối với gan, hệ
thần kinh và tim. Hàm lượng chrome cho phép trong nư ớc uống phần lớn được qui
định là 0,05mg/L [16].
1.2.2 Nickel
Hàm lượng nickel trong vỏ trái đất chiếm khoảng 0,015%. Trong hợp chất nó
tồn tại ở trạng thái hóa trị 2. Nickel hay kết hợp với lưu huỳnh và tạo hợp chất với


10

silic (SiO2), arsen và antimon. Khoáng v ật quan trọng của nickel là garnierit và

pendlanit. Trong than đá và m ột số trầm tích cũng có chứa một lượng nhỏ nickel
[2].
Trong đất, hàm lượng nickel có thể đạt 5–50mg/kg. Trong nước tự nhiên hàm
lượng nickel thường nhỏ hơn 0,02mg/L, trong nước sinh hoạt (nước máy) do quá
trình hòa tan từ các thiết bị hàm lượng nickel có thể đạt 1mg/L. Thức ăn hàng ngày
cũng có chứa nickel, lượng xâm nhập vào cơ thể từ 0,1– 0,3mg/ngày.
Khoảng 60–70% lượng nickel được dùng để phủ bề mặt kim loại khác hay chế
tạo hợp kim. Nickel kim loại được sử dụng làm chất xúc tác cho các phản ứng hóa
học, hợp chất nickel được sử dụng trong công nghệ mạ.
Nước thải của các quá trình công nghi ệp chứa hầu hết lượng thải nickel. Khí
thải của các cơ sở sử dụng nhiên liệu than đá chứa nickel và nó lắng đọng xuống đất
và nước làm mát. Độ hòa tan của muối nickel nhìn chung khá cao, kh ả năng thủy
phân thấp, độ hòa tan tối thiểu nằm trong vùng pH ≈ 9 [16], [42], [45].
Nickel là kim loại có tính linh động cao trong môi trường nước, có khả năng
tạo phức chất khá bền với các chất hữu cơ tự nhiên và tổng hợp. Nó được tích tụ
trong các chất sa lắng, trong cơ thể thực vật bậc cao và một số loại thủy sinh vật.
Độc tính của nickel cao đối với cá và phụ thuộc vào chất lượng nước ở đó. Nồng độ
nickel trên 30μg/L gây tác hại cho các cơ thể sống bậc thấp trong nước [16].
Đối với một số gia súc, thực vật, vi sinh vật, nickel được xem là nguyên tố vi
lượng còn đối với cơ thể người điều đó chưa rõ ràng. Nó có tác dụng hoạt hóa một
số enzyme. Người ta chưa quan sát thấy hiện tượng ngộ độc nickel qua đường
miệng từ thức ăn và nước uống. Tiếp xúc lâu dài với nickel gây hiện tượng viêm da
và có thể xuất hiện dị ứng ở một số người. Ngộ độc nickel qua đường hô hấp gây
khó chịu, buồn nôn, đau đầu và nếu lâu dài sẽ ảnh hưởng đến phổi, hệ thần kinh
trung ương, gan và thận [31].
Nickel dạng kim loại và vô cơ xâm nhập qua đường hô hấp có thể gây bệnh
mãn tính. Nickel carbonyl có độc tính cao và gây ung thư cho súc vật thí nghiệm.
Một số nghiên cứu cho thấy nickel gây nên ung thư ph ổi.

11

Nồng độ nickel cho phép trong nước uống được theo qui định là 20μg/L, một
số nước khác thấp hơn, ví dụ ở Đức là 1μ/L [31].
1.2.3 Kẽm
Lớp vỏ trái đất chứa khoảng 0,012% kẽm, tồn tại chủ yếu trong khoáng vật,
hợp chất với lưu huỳnh và tồn tại cùng với khoáng vật chì, cadmium, bạc. Hàm
lượng kẽm trong đất dao động từ 10–300mg/kg, nồng độ trung bình trong nước biển
và nước ngọt 1–10μ/L, trong nước ngầm ít khi vượt quá 50μg/L. Tuy nhiên trong
nước máy nồng độ của nó có thể cao hơn vì bị hòa tan từ các đường ống dẫn và
thiết bị [2], [3].
Kẽm được sử dụng chủ yếu để làm lớp phủ bảo vệ sắt, thép và chế tạo hợp
kim. Nó cũng được làm nguyên liệu sản xuất pin, tấm in, chất ăn mòn trong in vải,
chất khử trong tinh chế vàng, bạc. Một số hợp chất hữu cơ của kẽm được sử dụng
làm chất bảo vệ thực vật. Kẽm từ nước thải của quá trình sản xuất thâm nhập vào
nguồn nước mặt, nước thải sinh hoạt. Kẽm oxide, kẽm carbonat hầu như không tan
trong nước, trong khi kẽm chlorua rất dễ tan (3,67kg/L tại 20°C).
Trong nước kẽm tích tụ ở phần chất sa lắng, chiếm 45–60% nhưng nếu ở dạng
phức chất thì có thể tan trở lại và phân bố đều trong nước. Một số thực vật và động
vật có khả năng tích tụ kẽm. Nó gây độc đối với rong, tảo ở nồng độ rất thấp (l–
4μg/L).
Kẽm là nguyên tố vi lượng và là thành phần của trên 70 enzym trong cơ th ể
người. Nó có vai trò quan trọng trong quá trình tổng hợp protein, trong cấu tạo và
hoạt động của các màng sinh học cũng như hoạt động của các cơ quan cảm giác.
Kẽm có tác dụng tốt cho việc chữa lành vết thương, thiếu kẽm sự phát triển cơ thể
bị kìm hãm. Người ta chưa quan sát thấy sự gây độc do kẽm qua thức ăn và nước
uống. Tuy nhiên ngộ độc hơi kẽm có quan sát thấy (ví dụ hàn hay nấu kẽm). Liều
lượng kẽm lớn qua đường miệng gây hại dạ dày.
Liều lượng tối đa cho phép đối với người là 1mg/kg trọng lượng cơ thể. Mức
độ cho phép trong nước uống theo WHO là 3mg/L, ở EU là từ 0,1–5mg/L, ở Mỹ

5mg/L [16], [42].


12

1.3 Các phương pháp loại bỏ kim loại nặng
Việc loại bỏ kim loại nặng ra khỏi nước thải là vấn đề có tầm quan trọng đặc
biệt đối với công nghiệp vì có rất nhiều ngành công nghiệp nặng phải tiêu tốn hàng
triệu đô la mỗi năm liên quan đến vấn đề này.
Do giá trị cao của một số kim loại, cũng như sự nhận thức về hậu quả sinh thái
của các kim loại độc phóng thích vào môi trư ờng nên nhiều nghiên cứu về tích tụ
kim loại nhằm thu hồi cũng như loại bỏ khỏi dung dịch đã được thực hiện.
Người ta đã nghiên cứu và sử dụng nhiều phương pháp khác nhau đ ể loại bỏ
kim loại nặng ra khỏi dung dịch nước. Căn cứ vào cơ chế và nguồn gốc của vật liệu
sử dụng trong loại bỏ kim loại nặng người ta chia các phương pháp đó ra làm 2
nhóm: nhóm các phương pháp hóa l ý và nhóm các phương pháp sinh học.
1.3.1 Loại bỏ kim loại nặng bằng các phương pháp hóa lí
1.3.1.1 Phương pháp kết tủa hóa học
Trong số tất cả các phương pháp loại bỏ kim loại nặng ra khỏi dung dịch nước
thì kết tủa có lẽ là phương pháp phổ biến nhất. Lý do chính cho sự phổ biến này là
bởi tính đơn giản của nó. Phương pháp này dựa trên cơ sở là một số muối kim loại
nặng không tan trong nước. Nếu một loại ion chính xác được đưa vào dung dịch
chứa kim loại nặng thì muối của kim loại nặng được hình thành và tủa khỏi dung
dịch.
Các anion được thêm vào phổ biến nhất là carbonate (CO 32–), hydroxide
(OHˉ), và sulfide (S 2–). Hợp chất kim loại được hình thành với các anion này
thường không tan.
Hiệu quả kết tủa tùy thuộc vào hằng số tan của hợp chất chứa kim loại nặng,
nồng độ ion kim loại nặng trong dung dịch, pH của dung dịch, điện thế keo tụ của
kim loại nặng, sự hiện diện của các loại ion khác và các loại dung môi.

Phương pháp kết tủa có nhiều ưu điểm. Đây là phương pháp r ẻ tiền hơn các
phương pháp khác và không đ òi hỏi những khoản đầu tư lớn với những nhà máy
mới. Làm sạch đến mức ppm là hoàn toàn có thể trong những điều kiện chính xác.
Đồng thời, sự kết tủa có thể được dùng để loại bỏ trong một giới hạn rộng của các


13

kim loại nặng khỏi dung dịch. Cuối cùng, các tác nhân kết tủa (các anion) dùng
trong kết tủa là rất dễ tìm.
Tuy phương pháp kết tủa tỏ ra có nhiều ưu điểm nhưng cũng có những hạn
chế nhất định đối với phương pháp này. Hiệu quả kết tủa bị ảnh hưởng bởi tính
acid, bởi sự hiện diện của những muối (ion) khác và các loại dung môi. Việc dùng
sự kết tủa để loại bỏ kim loại dẫn đến sự hình thành loại bùn chứa nhiều nước cần
phải được lắng lọc. Công đoạn này là khá đắt. Cuối cùng, sự kết tủa đòi hỏi phải
đưa thêm các chất hóa học bổ sung vào dòng thải hay nước thải được xử lý [36].
1.3.1.2 Phương pháp trao đổi ion
Dựa trên nguyên tắc của phương pháp trao đ ổi ion, dùng ionit là nhựa hữu cơ
tổng hợp, các chất cao phân tử có gốc hydrocarbon và các nhóm chức trong quá
trình trao đổi ion.
Quá trình trao đổi ion được tiến hành trong các cột cation và anion. Dùng các
chất vật liệu hạt không hòa tan có trong c ấu trúc phân tử, các gốc acid hay bazơ có
thể thay thế được mà không thay đổi tính chất vật lí của chúng và cũng không làm
biến mất hoặc hòa tan [7], [14].
Trao đổi ion dựa trên sự tương tác hoá học giữa ion trong pha lỏng và ion
trong pha rắn. Đó là một quá trình gồm các phản ứng hoá học đổi chỗ (phản ứng
thế) giữa các ion trong pha lỏng và các ion trong pha rắn (là nhựa trao đổi). Phương
pháp này cho phép thu hồi các kim loại có giá trị và đạt được độ sạch cao nên được
đưa vào sử dụng rộng rãi để xử lý nước và nước thải công nghiệp.
Phương pháp loại bỏ kim loại nặng khỏi nước bằng trao đổi ion tỏ ra có một số

ưu điểm. Nếu so sánh với các phương pháp khác th ì phương pháp này không đắt
lắm. Nó được thử nghiệm và ứng dụng trong công nghiệp và tất cả các thành phần
cần thiết đều có bán trên thị trường. Một trong những lợi thế lôi cuốn nhất của trao
đổi ion là khả năng đạt được mức làm sạch tới ngưỡng ppb khi sử dụng cho một thể
tích tương đối lớn.
Cũng như mọi quá trình khác, phương pháp này cũng có một số hạn chế. Chất
nền có thể bị nhiễm bẩn bởi các chất hữu cơ trong nước hoặc các chất rắn khác.


14

Tương tự với phương pháp kết tủa, phương pháp này không s ử dụng được với dung
dịch có nồng độ kim loại cao. Phương pháp trao đ ổi ion nói chung ít chọn lọc và
nhạy cảm với mức pH của dung dịch. Cuối cùng, trong những điều kiện nhất định,
chất nền có thể bị phân hủy theo thời gian [15], [36].
1.3.1.3 Phương pháp điện hóa
Dựa trên cơ sở của quá trình oxy hóa khử để tách kim loại trên các điện cực
nhúng trong nước thải chứa kim loại nặng khi cho dòng điện một chiều chạy qua.
Bằng phương pháp này cho phép tách các ion kim lo ại ra khỏi nước, không phải bổ
sung hóa chất, song thích hợp với nước thải có nồng độ kim loại (> 1g/L), chi phí
cho điện năng khá lớn, không an toàn khi sử dụng điện thế cao, đòi hỏi phải có sự
giám sát liên tục [7], [15].
1.3.1.4 Phương pháp thẩm thấu ngược
Khi hai dung dịch có nồng độ chất tan khác nhau bị ngăn bởi một màng bán
thấm (chỉ cho dung môi đi qua) th ì nồng độ chất tan của dung dịch đặc sẽ bị giảm
do pha loãng với dung môi được vận chuyển qua màng từ phía dung dịch loãng.
Quá trình chỉ dừng lại khi nồng độ của hai dung dịch bằng nhau. Hiện tượng thẩm
thấu xảy ra tự động theo chiều thuận. Nếu áp đặt một áp suất ở phía dung dịch đặc
thì quá trình vận chuyển dung môi sẽ bị kìm hãm lại, tăng dần áp suất đó cho tới khi
bằng áp suất thẩm thấu thì quá trình vận chuyển dung môi sẽ dừng lại. Tiếp tục tăng

áp suất sẽ xảy ra quá trình vận chuyển dung môi từ phía dung dịch đặc sang phía
dung dịch loãng, ngược với chiều áp suất thẩm thấu. Hiện tượng đó gọi là thẩm thấu
ngược và áp suất gây ra hiện tượng này được gọi là áp suất động lực. Để thẩm thấu
ngược xảy ra được, áp suất động lực phải cao hơn áp suất thẩm thấu, tốc độ vận
chuyển của dung môi qua màng tỉ lệ thuận với áp suất động lực .
Trong trường hợp xử lý kim loại nặng, nước chứa kim loại nặng được đặt
trong sự tiếp xúc với một màng bán thấm mịn. Một áp suất lớn được đặt lên màng ở
phía chứa nước thải bắt các phân tử nhỏ như nước phải đi qua màng trong khi gi ữ
lại các phức chất kim loại hòa tan. Nước nhiễm bẩn sẽ được lọc dần và kim loại


15

nặng được cô đặc dần trong một quá trình liên tục. Nước đã được thẩm thấu sau đó
có thể tái sử dụng và kim loại có thể được thu hồi.
Phương pháp này không sử dụng hóa chất, không phát sinh chất thải, hoạt
động trong một dải nồng độ rộng. Tuy nhiên chi phí cho vi ệc mua các thiết bị là rất
cao, màng dễ bị nhiễm bẩn [15], [36].
Ngoài những phương pháp xử lý kim loại nặng đã nêu trên đây người ta còn
sử dụng phương pháp khác như h ấp phụ, oxy hóa khử hóa học, thu hồi nhờ cho bốc
hơi (phương pháp nhiệt) để loại bỏ kim loại khỏi dung dịch. Phần lớn các công nghệ
nêu ở đây đều đã được thử nghiệm, một số phương pháp đã được sử dụng trong
công nghiệp. Tuy nhiên, các phương pháp này có th ể không hiệu quả hoặc quá đắt,
nhất là khi nồng độ kim loại hòa tan trong dung dịch khoảng từ 1–100mg/L [15],
[36].
1.3.2 Khái quát về việc loại bỏ kim loại nặng bằng phương pháp sinh học
Loại bỏ kim loại nặng bằng phương pháp sinh học (bioremoval) bao gồm việc
sử dụng các tác nhân sinh học (sinh khối) để thực hiện quá trình. Sự cô lập kim loại
khỏi môi trường nước thông qua hoạt động trao đổi chất của sinh vật (sinh khối
sống) được gọi là tích tụ sinh học (bioaccumulation), còn việc sử dụng sinh khối

không còn hoạt tính trao đổi chất (sinh khối chết) để thực hiện quá trình này được
gọi là hấp phụ sinh học (biosorption). Như vậy, có hai phương thức sử dụng tác
nhân sinh học là sử dụng hệ thống sống và hệ thống không sống vào việc loại bỏ
kim loại nặng ra khỏi nước thải.
Trong trường hợp sử dụng sinh khối sống, các tế bào thực hiện việc cô lập các
ion kim loại ra khỏi môi trường nước một cách chủ động thông qua các hoạt động
trao đổi chất của chúng. Nguồn tế bào sống được sử dụng rất đa dạng, thường là các
vi sinh vật như vi khuẩn, vi nấm, vi tảo…, có khi là cả các thực vật bậc cao, nhất là
thực vật thủy sinh.
Trong trường hợp hấp phụ sinh học thì người ta sử dụng các loại sinh khối đã
chết với các cơ chế cô lập kim loại mang bản chất hóa lý là chính. Nói cách khác,


16

Những dạng sinh khối chết có thể giữ lại số lượng ion kim loại tương đối cao nhờ
hấp phụ thụ động hay tạo phức.
Sự khác nhau trong việc sử dụng hiện tượng tích tụ sinh học và hấp phụ sinh
học của sinh khối (vi sinh vật) để cô lập kim loại trong nước thải là rất đáng kể. Sự
tích tụ sinh học và hấp phụ sinh học thường được kết hợp dưới cái tên chung là hấp
thu (uptake) kim loại bởi vì cơ chế nào chiếm ưu thế về hiệu quả vẫn còn chưa được
biết rõ ràng.
Sự tích tụ sinh học, thông thường hay được nghiên cứu bởi các nhà vi sinh vật
học do tầm quan trọng về độc tố học của nó. Muốn có một hệ thống thu hồi kim loại
dựa trên sự tích tụ sinh học (sử dụng các tế bào sống) thì điều trước tiên và quan
trọng nhất là phải chọn lọc được những sinh vật có thể tồn tại và phát triển được
trong những môi trường chứa các kim loại nặng độc (có tính chống chịu cao) và có
thể cô lập kim loại từ môi trường ngay cả ở nồng độ không cao, nghĩa là nồng độ
kim loại còn lại sau xử lý bằng hệ thống này sẽ đặc biệt thấp. Các nghiên cứu cho
thấy điều này là hoàn toàn có thể thực hiện được. Khi đã có những sinh vật đáp ứng

tốt các đòi hỏi trên thì quá trình áp dụng lại trở nên khá đơn giản và không đòi hỏi
những thiết bị đắt tiền. Phương pháp này có th ể áp dụng cho những nguồn nước thải
có thể tích lớn với nồng độ kim loại nặng không cao lắm. Vấn đề tồn tại chỉ là thu
hồi sinh khối chứa kim loại nặng từ dung dịch sao cho có chi phí thấp nhất.
Sinh khối không sống có thể là loại vật liệu hấp phụ rất có triển vọng trong
việc tập trung và thu hồi các kim loại nặng, nhiên liệu hạt nhân hay các nguyên t ố
phóng xạ. Chúng có thể được sử dụng như là những vật liệu hữu cơ theo kiểu nhựa
trao đổi ion. Chất hấp phụ sinh học này có thể tái sinh và sử dụng nhiều lần. Chúng
có thể có tính chọn lọc cao, hiệu quả và rẻ tiền, cạnh tranh được với nhựa trao đổi
ion truyền thống, với than hoạt tính.
Các biện pháp sinh học có triển vọng ứng dụng không chỉ trong lĩnh vực kiểm
soát môi trường mà còn có thể sử dụng để thu hồi các kim loại có giá trị [19], [35].