ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG tạo CHẤT HOẠT hóa bề mặt SINH học của VI KHUẨN, ỨNG DỤNG xử lý môi TRƯỜNG NHIỄM KIM LOẠI NẶNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

NGUYỄN THỊ THU HÀ

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TẠO CHẤT HOẠT HÓA BỀ MẶT
SINH HỌC CỦA VI KHUẨN, ỨNG DỤNG XỬ LÝ
MÔI TRƢỜNG NHIỄM KIM LOẠI NẶNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2014


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

NGUYỄN THỊ THU HÀ

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TẠO CHẤT HOẠT HÓA BỀ MẶT
SINH HỌC CỦA VI KHUẨN, ỨNG DỤNG XỬ LÝ
MÔI TRƢỜNG NHIỄM KIM LOẠI NẶNG

Chuyên ngành: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
Mã số

: 60 44 03 01
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. KIỀU THỊ QUỲNH HOA
TS. TRẦN THỊ HUYỀN NGA

Hà Nội – Năm 2014


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới TS. Kiều Thi ̣ Quỳnh
Hoa, phó Trưởng phòng Phòng Vi Sinh Vật Dầu Mỏ, Viện Công nghệ Sinh học, Viện
Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, đồng hướng dẫn TS. Trần Thị Huyền Nga Giảng viên Khoa Môi trường, đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt những kiến thức, kinh
nghiệm quý báu cho tôi trong suốt quá trình thực tập và làm luận văn tốt nghiệp.
Để hoàn thành luận văn này, tôi xin cảm ơn các cán bộ, học viên, sinh viên thuộc
Phòng Vi Sinh Vâ ̣t Dầ u Mỏ , Viện Công nghệ Sinh học đã hỗ trợ và tạo điều kiện thuận
lợi cho tôi trong quá trình làm thực nghiệm.
Đồng thời, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến tập thể thầy cô giáo Khoa
Môi trường, Trường Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội đã truyền thụ
những kiến thức quý báu cho tôi trong suốt quá trình học tập.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè, những người đã quan tâm giúp đỡ,
động viên và khuyến khích tôi trong suốt thời gian qua để tôi hoàn thành luận văn được
tốt hơn.
Tuy đã có những cố gắng nhất định nhưng do thời gian và trình độ có hạn nên
chắc chắn luận văn này có nhiều thiếu sót và hạn chế nhất định. Kính mong nhận được sự
góp ý của thầy cô và các bạn.

Hà Nội, tháng 12 năm 2014
Học viên cao học

Nguyễn Thị Thu Hà

CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

KLN

Kim loại nặng

CHHBMSH

Chất hoạt hóa bề mặt sinh học

CHHBM

Chất hoạt hóa bề mặt

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

CMC

Nồng độ mixen tối thiểu

HC

Hydrocacbon

WHO

Tổ chức sức khỏe thế giới

EEC

Cộng đồng kinh tế Châu Âu

DNA

Deoxyribonucleoic Acid

BTNMT

Bộ tài nguyên môi trường

HKTS

Hiếu khí tổng số

DO

Diesel Oil


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Hàm lượng KLN trong chất thải của một số mỏ vàng điển hình tại Úc…….5
Bảng 1.2. Phân loại CHHBMSH tạo ra từ vi sinh vật…………………………….…..14
Bảng 1.3. Một số loài vi sinh vật có khả năng tạo CHHBMSH………………….…..19
Bảng 3.1. Đặc điểm hình thái khuẩn lạc và tế bào của 24 chủng vi khuẩn nghiên
cứu...................................................................................................................................38
Bảng 3.2. Khả năng sinh trưởng và tạo CHHBMSH của các chủng vi khuẩn
nghiên cứu…………………………………………………………………………….40
Bảng 3.3. Khả năng loại Cd và Pb của CHHBMSH ta ̣o ra từ chủng CB5a…………..55

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Mối quan hệ giữa nồng độ CHHBMSH và sự hình thành các mixen,
sức căng bề mặt……………………………………………………………………….26
Hình 1.2. Cơ chế loại kim loại nặng từ đất của CHHBMSH…………………………..27
Hình 3.1. Hình thái khuẩn lạc của chủng vi khuẩn CB5a…………………………….42
Hình 3.2. Hình thái tế bào của chủng CB5a dưới kính hiển vi điện tử quét ……….42
Hình 3.3. Ảnh hưởng của các nguồn carbon khác nhau đến sinh trưởng và tạo
CHHHBMSH của chủng CB5a……………………………………………………….44
Hình 3.4. Khả năng tạo CHHBMSH của chủng CB5a ở các nguồn carbon khác
nhau………………………………………………………………………………..….44
Hình 3.5. Ảnh hưởng của nồng độ glycerol đến sinh trưởng và tạo CHHBMSH của
chủng CB5a………………………………………………………………………........46
Hình 3.6. Khả năng tạo CHHBMSH của chủng CB5a ở các hàm lượng glycerol
nuôi cấy khác nhau…………………………………………………………………….47
Hình 3.7. Ảnh hưởng của các nguồn nitơ khác nhau đến quá trình sinh trưởng và tạo
CHHBMSH của chủng CB5a………………………………………………………….48
Hình 3.8. Khả năng tạo CHHBMSH của chủng CB5a ở các nguồn nitơ khác nhau….48
Hình 3.9. Ảnh hưởng của hàm lượng Urea đến sinh trưởng và tạo CHHBMSH của
chủng CB5a……………………………………………………………………………50
Hình 3.10. Khả năng sinh trưởng và tạo CHHBMSH của chủng CB5a ở các hàm lượng
Urea khác nhau…………………………………………………………………………50
Hình 3.11. Ảnh ưởng của nhiệt độ đến khả năng sinh trưởng và tạo CHHBMSH của
chủng CB5a…………………………………………………………………………….51
Hình 3.12. Khả năng tạo CHHBMSH của chủng CB5a ở các nhiệt độ khác nhau…....52
Hình 3.13. Ảnh hưởng của pH đến khả năng sinh trưởng và tạo CHHBMSH của chủng
CB5a……………………………………………………………………………………53
Hình 3.14. Khả năng tạo CHHBMSH của chủng CB5a ở các điều kiện pH môi trường
khác nhau………………………………………………………………………………54

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU……………………………………………………………………….......................1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU…………………………………………………….3
1.1. Ô nhiễm kim loại nặng………………………………………………………………..3
1.1.1. Khái niệm kim loại nặng……………………………………………………………3
1.1.2. Tính độc hại của kim loại nặng………………………………………………..........4
1.1.3. Ô nhiễm Chì (Pb)……………………………………………………………………6
1.1.3.1. Sự phân bố - dạng tồn tại của chì trong môi trường………………………………6
1.1.3.2. Nguồn ô nhiễm…………………………………………………………………………7
1.1.3.3. Tính độc của Chì……………………………………………………………………...9
1.1.4. Ô nhiễm Cadimi (Cd)……………………………………………………………..10
1.1.4.1. Sự phân bố - dạng tồn tại của cadimi trong môi trường………………….........10
1.1.4.2. Nguồn ô nhiễm………………………………………………………………………..11
1.1.4.3. Tính độc của Cadimi……………………………………………...........................11
1.1.5. Hiện trạng ô nhiễm Chì và Cadimi ở Việt Nam………………………………….12
1.2. Chất hoạt hóa bề mặt sinh học (CHHBMSH)…………………………................13
1.2.1. Khái niệm chất hoạt hóa bề mặt sinh học……………………………………….13..
1.2.2. Phân loại chất hoạt hóa bề mặt sinh học…………………………………..…….13
1.2.3. Tính chất của chất hoạt hóa bề mặt sinh học……………………………….........16
1.2.3.1. Hoạt tính bề mặt………………………………………………………………........16
1.2.3.2. Khả năng chịu nhiệt, pH và chịu lực ion………………………………….….….17
1.2.3.3. Khả năng phân hủy sinh học và tính độc thấp…………………………….…….17
1.2.3.4. Sự hình thành nhũ hóa chủa CHHBMSH………………………………………..17
1.2.3.5. Đa dạng về cấu trúc hóa học………………………………………………….......18
1.2.4. Vi sinh vật có khả năng tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học…………………........18
1.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học……….....20
1.2.5.1. Ảnh hưởng của nguồn cacbon……………………………………………............20
1.2.5.2. Ảnh hưởng của nguồn nitơ………………………………………………………...21

1.2.5.3. Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường………………………………………..…..22


1.2.6. Ứng dụng của chất hoạt hóa bề mặt sinh học trong công nghiệp và xử lý ô nhiễm môi
trường…………………………………………………………………………………….22
1.3. Một số phƣơng pháp xử lý kim loại nặng…………………………………….......23
1.3.1. Xử lý bằng phương pháp hóa học……………………………………………….23
1.3.2. Xử lý bằng phương pháp hóa lý……………………………………………........23
1.3.3. Xử lý bằng phương pháp sinh học…………………………………………….....24
1.4. Xử lý kim loại nặng bằng chất hoạt hóa bề mặt sinh học………………………..25
1.4.1. Cở chế xử lý đất nhiễm kim loại nặng bằng CHHBMSH………………………..25
1.4.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam…………………………………27
CHƢƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU…………………………29
2.1. Vật liệu…………………………………………………………………………………29
2.1.1. Chủng giống………………………………………………………………………...29
2.1.2. Hóa chất……………………………………………………………………….........29
2.1.3. Thiết bị máy móc…………………………………………………………………...30
2.1.4. Môi trường nuôi cấy………………………………………………………………..30
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu……………………………………………………………..31
2.2.1. Phương pháp nghiên cứu đặc điểm hình thái của vi khuẩn………………………..31
2.2.2. Phương pháp xác định Gram của vi khuẩn………………………………………...32
2.2.3. Phương pháp quan sát hình thái tế bào dưới kính hiển vi quang học....................32
2.2.4. Phương pháp quan sát hình thái tế bào bằng kính hiển vi điện tử
quét (SEM - Scanning Electron Microscope)..................................................................32
2.2.5. Phương pháp phân lập vi khuẩn tạo CHHBSMH trên môi trường chọn lọc.........33
2.2.6. Phương pháp đánh giá khả năng sinh tổng hợp CHHBMSH của các
chủng vi khuẩn phân lập thông qua chỉ số nhũ hoá E24.......................................................33
2.2.7. Đánh giá khả năng sinh trưởng của vi khuẩn dựa vào phương pháp đo độ
đục của dung dịch nuôi cấy (OD).......................................................................................34
2.2.8. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện môi trường nuôi

cấy lên khả năng sinh trưởng và tạo CHHBMSH..............................................................34
2.2.9. Lên men, tách chiết và tinh sạch CHHBMSH......................................................35
2.2.10. Loại Cd và Pb từ đất ô nhiễm bằng CHHBMSH…………………………...…35
2.2.11. Phân tích trình tự gen 16S rDNA định tên đến loài chủng CB5a……………...36


CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.....................................................................38
3.1. Đặc điểm hình thái khuẩn lạc, đặc điểm gram các chủng vi khuẩn phân lập......38
3.2. Khả năng tạo CHHBMSH của các chủng vi khuẩn..................................................40
3.3. Đặc điểm hình thái khuẩn lạc, hình thái tế bào chủng vi khuẩn CB5a……………41
3.4. Định tên loài chủng CB5a…….…………………………………………………….43
3.5. Ảnh hƣởng các yếu tố môi trƣờng đến khả năng tạo CHHBMSH của chủng
vi khuẩn nghiên cứu………………………………………………………………………..43
3.5.1. Ảnh hưởng của nguồn cacbon lên quá trình sinh trưởng và tạo CHHBMSH
của chủng vi khuẩn nghiên cứu…………………………………………………………......43
3.5.2. Ảnh hưởng của nồng độ Glycerol………………………………………………..45
3.5.3. Ảnh hưởng của nguồn nitơ ……………………………………………………...47
3.5.4. Ảnh hưởng của nồng độ Urea đến quá trình sinh trưởng và tạo CHHBMSH
của chủng CB5a……………………………………………………………………………..49
3.5.5. Ảnh hưởng của nhiêt độ nuôi cấy………………………………………………..51
3.5.6. Ảnh hưởng của pH đến khả năng sinh trưởng và tạo CHHBMSH của
chủng CB5a………………………………………………………………………………….52
3.6. Nghiên cứu khả năng xử lý đất nhiễm Cd và Pb từ đất bằng CHHBMSH
tạo ra bởi chủng CB5a……………………………………………………………….............54
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………………………………………………………...56
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………………...57


MỞ ĐẦU
Ô nhiễm kim loại nặng đang là vấn đề môi trường được quan tâm ở Việt Nam

và trên thế giới. Ô nhiễm kim loại nặng gia tăng cùng với sự phát triển của quá trình
công nghiệp hóa cũng như các hoạt động khai thác khoáng sản. Kim loại nặng như Pb,
Cd, Cr, Cu, As, Zn, Hg và Ni... được xem là những nguyên tố chính gây ô nhiễm. Sự
tích tụ của những kim loại nặng độc hại này trong đất và nước gây ảnh hưởng tiêu cực
tới con người, sinh vật cũng như môi trường xung quanh. Đặc biệt, ở người, các bệnh
thường gặp ở những vùng ô nhiễm kim loại nặng là bệnh viêm đường hô hấp, quái thai,
gan, thận, ung thư, sẩy thai, thai chết lưu....
Các phương pháp thường được sử dụng để xử lý đất nhiễm kim loại nặng bao
gồm: kết tủa, hấp phụ, trao đổi ion, ổn định hóa, chôn lấp... Tuy nhiên, phương pháp
kết tủa, hấp phụ, trao đổi ion thường có giá thành cao, gây ô nhiễm thứ cấp do sử dụng
nhiều hóa chất, phương pháp ổn định hóa và chôn lấp lại đòi hỏi nhiều diện tích để xử
lý. Với những đặc tính như tính hòa tan, ổn định và tạo được phức bền với kim loại,
chất hoạt hóa bề mặt sinh học (CHHBMSH) tạo bởi vi sinh vật có tiềm năng xử lý hiệu
quả kim loại từ môi trường ô nhiễm. CHHBMSH là hợp chất sinh học do vi sinh vật (vi
khuẩn, nấm men, nấm mốc) tạo ra chứa cả hai nhóm chức ưa nước và kị nước trong
cùng một phân tử. Vì vâỵ, chúng có thể tập trung tác động tương hỗ với nhau làm giảm
sức căng bề mặt, đồng thời làm giảm lực hút tĩnh điện ở bề mặt tiếp giáp giữa hai pha
(lỏng –lỏng; lỏng – rắn) giúp CHHBMSH (tích điện âm) dễ dàng tiếp xúc và tạo phức
bền vững với kim loại nặng (tích điện dương). Ưu điểm của việc ứng dụng CHHBMSH
để xử lý kim loại nặng là tính tương hợp, khả năng phân hủy sinh học, an toàn với môi
trường, giá thành rẻ do có thể tận dụng được các chất thải làm nguồn carbon, nitơ,
không tạo nhiều cặn dư thừa gây ô nhiễm thứ cấp cho môi trường và chịu được các yếu
tố môi trường (pH, nhiệt độ, ...) khắc nghiệt. Do những ưu điểm vượt trội kể trên,
nghiên cứu xử lý kim loại nặng bằng CHHBMSH hiện thu hút được sự quan tâm của

1


nhiều nhà khoa học trên thế giới. Tuy nhiên, ở Việt Nam hướng nghiên cứu này vẫn
còn mới mẻ.

Từ thực trạng ô nhiễm kim loại nặng nói chung, cũng như cadimi (Cd) và chì
(Pb) nói riêng, cùng với nhu cầu tìm kiếm các giải pháp phù hợp để xử lý môi trường
nhiễm kim loại nặng hiệu quả ở Việt Nam, chúng tôi thực hiện đề tài luận văn “Đánh
giá khả năng tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học của vi khuẩn, ứng dụng xử lý môi
trường nhiễm kim loại nặng”.



MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU:

• Lựa chọn được một chủng vi khuẩn có khả năng tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh
học cao, cùng các điều kiện sinh trưởng và tạo CHHBMSH tối ưu.
• Đánh giá được khả năng loại chì (Pb) và cadimi (Cd) trong đất ô nhiễm bằng
CHHBMSH tạo bởi chủng vi khuẩn lựa chọn.
 Đưa ra các phương pháp tiếp cận mới nhằm xử lý đất ô nhiễm KLN.

•

KẾT QUẢ CHÍNH ĐÃ ĐẠT ĐƯỢC:
Lựa chọn được một chủng vi khuẩn CB5a có khả năng tạo chất hoạt hóa bề mặt
sinh học cao.

•

Phân tích trình tự 16S rDNA: chủng CB5a tương đồng 99,9% với loài
Pseudomonas aeruginosa.

•

Tìm được điều kiện tối ưu cho sinh tổng hợp CHHBMSH của chủng vi khuẩn

CB5a là 37oC, pH 7, 2% Glycerol, 2g urea/l với chỉ số nhũ hóa E24 đạt 60%.

•

Hiệu quả loại chì và cadimi trong đất bằng CHHBMSH tạo bởi chủng CB5a lần
lượt là 89 và 79% sau 3 ngày thí nghiệm.

2


Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Ô nhiễm kim loại nặng
1.1.1. Khái niệm kim loại nặng
Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều quan điểm về kim loại nặng, như:
- Quan điểm phân loại theo tỉ trọng: cho rằng kim loại nặng là các kim loại có tỉ
trọng (ký hiệu d) lớn hơn 5, bao gồm: Pb (d = 11,34), Cd ( d = 8,6), As (d = 5,72), Zn
(d = 7,10) Co (d = 8,9), Cu (d = 8,96), Cr (d = 7,1), Fe (d = 7,87), Mn ( d =
7,44)....Trong số các nguyên tố này có một số nguyên tố được coi là nguyên tố vi lượng
cần cho dinh dưỡng của con người, cây trồng và sinh vật ở liều lượng thấp, ví dụ: Mn,
Co, Cu, Zn, Fe….Tuy nhiên, với hàm lượng cao các nguyên tố này sẽ gây độc [53].
- Theo quan điểm độc học: kim loại nặng là các kim loại có nguy cơ gây nên các
vấn đề về môi trường, bao gồm: Cu, Zn, Pb, Cd, Hg, Ni, Cr, Co, Vn, Ti, Fe, Mn, Ag,
Sn, As, Se. Có 4 nguyên tố được quan tâm nhiều là Pb, Cd, As và Hg. Bốn nguyên tố
này gây độc cho sinh vật và con người kể cả ở liều lượng thấp [7].
Một định nghĩa khác cho rằng, kim loại nặng là những nguyên tố có đặc tính
kim loại và có số nguyên tử lớn hơn 20. Các nguyên tố này thường ở dạng vết trong
môi trường đất tự nhiên [43]. Các kim loại nặng phổ biến nhất là: Cd, Cr, Cu, Zn, Pb,
Hg. Các KLN nói chung ở nồng độ cao là yếu tố cực kì độc hại đối với quá trình trao
đổi chất của tế bào. Ô nhiễm KLN có thể dẫn đến mất cân bằng của các loài động, thực
vật bậc cao, đặc biệt trong môi trường đất chứa hàm lượng KLN cao thực vật phát triển

kém dẫn đến độ che phủ bề mặt thấp, hậu quả là các KLN từ đất sẽ xâm nhập vào
nguồn nước mặt và nước ngầm [43].

3


1.1.2. Tính độc hại của kim loại nặng
Trong số 70 kim loại nặng tồn tại trong tự nhiên, chỉ có một số nguyên tố là các
nguyên tố vi lượng (<10-4) như: Cu, Zn, Mn, B, Mo…Những nguyên tố này cần thiết
cho cơ thể ở lượng rất nhỏ, cần dùng trong các chức năng trao đổi chất quan trọng cho
cuộc sống. Đa số các kim loại nặng như Pb, Hg, Cd, As…không cần thiết cho sự sống,
với đặc tính bền vững trong môi trường, khả năng gây độc ở liều lượng thấp và tích lũy
lâu dài ở chuỗi thức ăn, những kim loại nặng này được xem như chất thải nguy hại tác
động tiêu cực đến môi trường sống của sinh vật và con người. Kim loại nặng xâm nhập
vào cơ thể người và sinh vật chủ yếu qua đường hô hấp, tiêu hóa và da. Chúng tác động
đến gốc sulfate làm vô hiệu hóa các enzyme, gây cản trở sự chuyển hóa của các chất
qua màng tế bào của người và sinh vật. Độ độc của kim loại nặng không chỉ phụ thuộc
vào bản thân kim loại mà nó còn liên quan đến hàm lượng trong đất, trong nước và các
yếu tố hoá học, vật lý cũng như sinh vật. Trong tự nhiên kim loại nặng thường tồn tại ở
dạng tự do, khi ở dạng tự do thì độc tính của nó yếu hơn so với dạng liên kết, ví dụ khi
Cu tồn tại ở dạng hỗn hợp Cu - Zn thì độc tính của nó tăng gấp 5 lần khi ở dạng tự do
[20].
Độc tính của KLN đối với sinh vật liên quan đến cơ chế oxy hóa và độc tính
gen. Tác hại của KLN đối với động vật và con người là làm giảm chức năng của hệ
thần kinh trung ương, giảm năng lượng sinh học, tổn hại đến cấu trúc của máu, phổi,
thận, gan, và các cơ quan khác. Tiếp xúc với KLN trong thời gian dài có thể ảnh hưởng
mãn tính đến thể chất, cơ và quá trình thoái hóa hệ thần kinh dẫn đến biểu hiện các
bệnh Parkinson, bệnh teo cơ, bệnh đa xơ cứng…Hơn nữa KLN còn làm tăng các tương
tác dị ứng và gây nên đột biến gen, cạnh tranh với các kim loại cần thiết trong cơ thể ở
các vị trí liên kết sinh hóa và phản ứng như các kháng sinh giới hạn rộng chống lại cả

vi khuẩn có lợi và có hại.

4


Bảng 1.1. Tác động của kim loại nặng đến các bộ phận của cơ thể người
Bộ phận vùng

Nguyên tố

Các tác động

+Hệ thần kinh trung ương

Hg2+

+Hư hại não: Giảm chức năng sinh lý

Pb2+

của nơtron

Hg2+

-Đi lại và phản xạ không bình thường

Pb2+

-Tác động đến nơtron ngoại vi

+Hệ thần kinh ngoại vi

As
+Hệ bài tiết

-Bệnh thần kinh ngoại vi

Hg2+

-Bệnh thận, bệnh đường tiết niệu

As

-Rối loạn đường tiết niệu

+Gan

As

-Bệnh sơ gan

+Hệ thống máu

Pb

-Kìm hãm sinh tổng hợp của máu

Cd

-Thiếu máu nhẹ

As

-Thiếu máu

+Miệng, tóc, đường hô
hấp

+Xương

Hg2+

-Viêm miệng

As

-Loét, lên nhọt, hói đầu

Hg

-Gây tác động đến cuống phổi

Se

-Sưng hoặc viêm đường hô hấp

Cd

-Nhuyễn xương

Se

-Mục răng

+Hệ thống tim mạch

Cd, As

-Mỡ tim

+Hệ thống sinh sản

Hg, As

-Sảy thai

+Phổi, da, tuyến tiết niệu

Cd, As

-Ung thư

5


1.1.3. Ô nhiễm chì (Pb)
Chì (tên Latin là Plumbum, gọi tắt là Pb) là nguyên tố hóa học nhóm IV trong
bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev; số thứ tự nguyên tử là 82; khối lượng nguyên tử
bằng 207,2; nóng chảy ở 327, 4oC; sôi ở 1725oC; khối lượng riêng bằng 11,34 g/cm3.
Chì là nguyên tố màu xám xanh, rất mềm, có thể cắt bằng dao. Là nguyên tố

KLN có khả năng linh động kém, có thời gian bán phân hủy trong đất từ 800-6000
năm. Chì là nguyên tố độc hại đối với con người và hầu hết các sinh vật. Sự có mặt của
chì làm giảm hoạt động của vi sinh vật đất, gây rối loạn quá trình tuần hoàn nitơ trong
đất [1, 4].
1.1.3.1. Sự phân bố - dạng tồn tại của chì trong môi trường
Sự phân bố - dạng tồn tại của chì trong đất
* Chì (Pb): là nguyên tố kim loại nặng có khả năng linh động kém, có thời gian
bán phân huỷ trong đất từ 800 - 6000 năm. Theo thống kê của nhiều tác giả hàm lượng
chì trong đất trung bình từ 15 – 25 ppm [13]. Chì thường nằm ở dạng phức chất bền
với các anion (CO32-; Cl¯; SO32-; PO43-) ở trong đất. Hàm lượng chì bị hấp phụ trao đổi
chiếm tỷ lệ nhỏ (< 5%) tổng hàm lượng chì có trong đất. Chì cũng có khả năng kết hợp
với các chất hữu cơ hình thành các chất dễ bay hơi như (CH3)4Pb. Trong đất chì có tính
độc cao, hạn chế hoạt động của các vi sinh vật và tồn tại khá bền vững dưới dạng phức
hệ với các chất hữu cơ [13].
Chì trong đất có khả năng thay thế ion K+ trong các phức hệ hấp phụ có nguồn
gốc hữu cơ hoặc khoáng sét. Khả năng hấp thu chì tăng dần theo thứ tự sau [13]:
Montmorillonit < Axit humic < Kaolinit < Allophane < Ôxyt Sắt
Theo các nhà khoa học Mỹ, chì trong đất được chia thành 10 dạng bao gồm: hòa
tan trong nước, trao đổi, có khả năng bị thay thế bởi bạc, cacbonat, dạng dễ khử, tạo
phức với chất hữu cơ, kết hợp với oxit Fe ở dạng vô định hình, kết hợp với oxit Fe ở

6


dạng tinh thể, dạng sulfit….Dạng không tan của Pb bao gồm: Pb(OH)2, PbCO3, PbS,
PbO, Pb3(PO4)2, Pb5(PO4)3OH, PbSO4, Pb4O(PO4)2 [2].
Phần lớn các hợp chất của chì đều ít tan. Các anion có ảnh hưởng nhiều nhất đến
tính tan của chì là CO32-, OH-, S2-, PO42- và SO42-. Ở môi trường đất trung tính hoặc
kiềm, chì dễ kết tủa ở dạng Pb(OH)2. Nếu trong đất có chứa photphat hòa tan thì
Pb(OH)2 sẽ dần dần chuyển thành Pb3(PO4)2 hay các photphat khó tan khác như

plumbogumit PbAl3H(OH)6(PO4)2. Các hợp chất này xác định trực tiếp mức nồng độ
linh động của Pb trong dung dịch đất [3].
Sự phân bố - dạng tồn tại của chì trong nước
Trong nước chì thường tồn tại ở 3 dạng là hoà tan, lơ lửng ở dạng keo và phức
chất. Tính năng của hợp chất chì được xác định chủ yếu thông qua độ tan . Tính tan của
chì phụ thuộc vào pH, khi pH tăng thì tính tan giảm. Ngoài ra tính tan của chì còn phụ
thuộc vào các yếu tố như hàm lượng các ion khác và điều kiện ôxy-hoá khử trong
nước. Chì thường tồn tại ở dạng keo trong nước mặt sử dụng cho sản xuất nông nghiệp
(pH 7) và ít tồn tại ở dạng keo trong nước sinh hoạt (pH 6). Nhờ tác dụng ngoại lực của
chất hữu cơ mà các phức keo của Pb ở dạng Pb(CH3)32+ ; Pb(CH3)4 và Pb(CH3)22+
thường lắng đọng ở bùn cặn đáy, Pb trong nước tự nhiên chủ yếu tồn tại dưới dạng hoá
trị +2 [7].

7


TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu tiếng việt:
1. Lê Huy Bá (2008), Độc học môi trường cơ bản, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia
thành phố Hồ Chí Minh, 2008.
2. Lê Đức ( 2009), Kim loại nặng trong đất ( Bài giảng chuyên đề), Đại học Khoa học
Tự nhiên, ĐHQGHN, 2009.
3. Lê Đức, Giáo trình Hóa học đất, Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN, 2006.
4. Lê Đức, Trần Thị tuyết Thu (2000), Bước đầu nghiên cứu khả năng hấp phụ và tích
lũy Pb trong bèo tây và rau muống trên nền bị ô nhiễm, Thông báo khoa
học của các trường đại học, Bộ giáo dục và Đào tạo, Hà Nội, 2000.
5. Lê Đức (2004), Nguyên tố vi lượng, Đại học Khoa học Tự nhiên, Hà Nội.
6. Phạm Quang Hà ( 2002), “ Nghiên cứu hàm lượng Cadmium và cảnh báo ô nhiễm
trong một số loại đất của Việt Nam”, Tạp chí Khoa học đất số 16/2002, tr.

32 - 38.
7. Phạm Thị Thu Hằng (2008), Nghiên cứu hàm lượng nitrat và kim loại nặng trong
đất, nước, rau và một số biện pháp nhằm hạn chế sự tích lũy của chúng
trong rau tại Thái Nguyên, Luận án tiến sĩ nông nghiệp, Trường Đại học
Thái Nguyên.
8. Lại Thúy Hiền, Nguyễn Thị Thu Huyền, Đỗ Thu Phương, Phạm Thị Hằng, Kiều
Quỳnh Hoa, Vương Thị Nga, Nguyễn Thị Yên, Hoàng Văn Thắng, Trần
Đình Mấn (2011), “Nghiên cứu đa dạng vi khuẩn biển tạo chất hoạt hóa bề
mặt sinh học nhằm ứng dụng trong công nghiệp và xử lý ô nhiễm môi
trường”, Hội nghị Khoa học và Công nghệ biển toàn quốc 5, tr. 297-305.

8


9. Lại Thúy Hiền, Nguyễn Thị Thu Huyền, Nguyễn Thị Yên, Phạm Thị Hằng, Phạm
Thị Bích Hợp, Trần Đình Mấn (2010), “Nghiên cứu sản xuất chất hoạt hóa
bề mặt sinh học từ vi khuẩn biển Rhodococcus 4C3, TD2 và Acinetobacter
6C1, QN15”, Tạp chí Công nghệ Sinh học, 8 (3B), tr. 1751-1759.
10. Lại Thúy Hiền, Kiều Quỳnh Hoa, Vương Thị Nga (2014), “Xử lý ô nhiễm dầu ven
biển bằng chế phẩm chất hoạt hóa bề mặt sinh học từ vi sinh vật biển”, Tạp
chí Sinh học, 12 (1), tr. 189-196
11. Nguyễn Đình Mạnh (2000), Hoá chất dùng trong nông nghiệp và ô nhiễm môi
trường, Giáo trình cao học, Nhà xuất bản nông nghiệp Hà Nội, 2000.
12. Maqsud M. M. (1998), "Ô nhiễm môi trường vùng nội ô và ngoại ô Thành phố
HCM nhận biết qua lượng KLN tích tụ trong nước và bùn các kênh rạch",
Tạp chí Khoa học Đất số 10/1998 , tr. 162-169.
13. Mai Trọng Nhuận (2001), Địa hoá môi trường, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia, Hà
Nội, 2001.
14. Trần Thị Phả, (2009), Bài giảng độc học môi trường, Trường đại học Nông Lâm,
Đại học Thái Nguyên.

15. Nguyễn Thị Sánh, Nguyễn Phương Linh, Nghiêm Ngọc Minh, Đặng Thị Cẩm Hà
(2005). “Phân loại và nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng tới khả năng tạo
chất hoạt hóa bề mặt sinh học của chủng BT1 được phân lập từ bãi tắm Hạ
Long”. Tạp chí Công nghệ Sinh học, 3(4), tr. 517-528.
16. Trần Kông Tấu, Trần Kông Khánh (1998), "Hiện trạng môi trường đất Việt Nam
thông qua việc nghiên cứu các kim loại nặng", Tạp chí Khoa học đất, tr.152
– 161.
17. Trần Kông Tấu, Trần Kim Loan, Chu Thị Thu Hiền (2000), "Kim loại nặng trong
môi trường nước, một số kết quả phân tích kim loại nặng trong ao hồ khu

9


vực Hà Nội", Tuyển tập báo cáo khoa học tại Hội nghị phân tích Hoá lý và
Sinh học Việt Nam lần thứ nhất, Hà Nội 26/09/2000, tr. 219 - 223.
18. Trần Kông Tấu, Nguyễn Thế Đồng, Phan Đỗ Hùng, Nguyễn Hứu Trang (2004),
"Nghiên cứu hiện tượng nước bị ô nhiễm tại Huyện Đông Anh - Hà Nội và
tìm kếm biện pháp xử lý nước bị ô nhiễm", Tạp chí Khoa học Đất số
20/2004, tr. 124 - 131.
19. Trần Kông Tấu, Đặng Thị An, Đào Thị Khánh Hương (2005), "Một số kết quả
bước đầu trong việc tìm kiếm biện pháp xử lý đất bị ô nhiễm bằng thực vật",
Tạp chí khoa học đất số 23/2005, tr. 156 - 158.
20. Nguyễn Thị Thanh (2002), Bài giảng Độc tính của một số kim loại nặng, Trường
đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh, Tp. Hồ Chí Minh.
21. Trịnh Thị Thanh (2002), Độc học môi trường và sức khoẻ con người, Nhà xuất bản
Đại học Quốc gia Hà Nội, 2002.
22. Phạm Văn Ty, Vũ Nguyên Thành (2007), Công nghệ Sinh học Tập 5, Công nghệ
Vi sinh và môi trường, Nhà xuất bản Giáo dục, 2007.

Tài liệu tiếng anh:

23. Abdurrahim A. Elouzi, Abdulrhman A. Akasha, Ali M. Elgerbi, Mokhtar. ElBaseir, Bassam A. El Gammudi (2012), “ Removal of Heavy Metals
Contamination By Bio-Surfactants (Rhamnolipids)”, Journal of Chemical
and Pharmaceutical Research, 4(9), pp. 4337 – 4341.
24. Abu-Ruwaida A., Banat I. M., Haditirto S., and Khamis A. (1991). “Nutritional
Requirement and Growth Characteristics of Biosurfactant-producing

10


Rhodococcus

Bacterium”

World

Journal

of

Microbiology

and

Biotechnology, 7, pp. 53-61.
25. ANZ (1992), Australian and New Zealand Guidelines for the Assessment and
Management of Contaminated Sites, Australian and New Zealand
Ennvironment and Conservation Council, and National Health and Medical
Research Council, January 1992.
26. Banat I. M., Franzetti A., Gandolfi I., Bestetti G., Martinotti MG., Fracchia L.,
Smyth TJ., Marchant R. (2010), “Microbial biosurfactants production,

applications

and

future

potential”,

Applied

Microbiology

and

Biotechnology, 87(2), pp. 427-444.
27. Banat I. M., Rahman M. S. K., Rahman T.J. (2008), “Bioremediation of
hydrocacbon pollution using biosurfactant producing oil degrading
bacteria”, Third international conference on oil and hydrocarbon spills,
modelling, analysis and control (OIL SPILL), Rhodes, Greece, September
17-19, in Brebbia.
28. Banat I. M. (1993), “ The isolation of a thermophilic biosurfactant producing
Bacillus sp”, Biotechnol. Lett., 15, pp. 581 – 594.
29. Briuns M.R., Kapil S., ehme F.W. (2000), “Microbial resistance to metals in the
environment”, Ecotoxicol. Environ. Saf, 45, pp. 198 – 207.
30. Cooper D. G., Cavalero D. A. (2003). “The effect of medium composition on the
structure and physical state of sophorolipids produced by Candida
bombicola ATCC 22214”, J. Biotechnol., 103, pp. 31- 41.
31. Cooper D.G (1986), “Biosurfactant”, Microbiol.Sci., 3, pp. 145 – 149.

11

32. Dar Azna B., Mulligan C.N. (2004), “Extraction of copper from mining residues by
rhamnolipids”, Practice Periodical on Hazardous Toxic and Radioactive
Waste management, 8(3), pp. 166 – 172.
33. Das P., Mukherjee S., Sen R. (2009), “Biosurfactant of marine origin exhibiting
heavy metal remediation properties”, Bioresource Technology, 100, pp.
4887 – 4890.
34. Debnath M, Paul AK, Bisen PS (2007), “Natural bioactive compounds and
biotechnological potential of marine bacteria”, Current Pharma. Biotechnol,
8 (5), pp. 253 – 260.

35. Dehghan N.G., Moshafi M.H., Sharififar F., Masoumi M.A (2007) “Studies on
biosurfactant production by Acinetobacter calcoaceticus (PTCC 1318)”,
Journal of Natural Pharmaceutical Products, 2, pp. 116-123.
36. Desai J.D., and Banat I.M. (1997), “Microbial production of Surfactant and their
Commercial Potential”, Microbiology and Molecular Biology Reviews, 61,
pp. 47-64.
37. Ellis & A.Mellor, (1995), Soil and Environment, Printed and bound in Great Britain
by Biddles Ltd, Guildford and King’s Lynn.
38. Emilio E., Trueba A. (2007), “Application of marine biotechnology in the
production of natural biocides for testing on environmentally innocuous
antifouling coatings”, J. Coatings Technology and Research, 4 (2), pp. 191202.
39. Fraser L. (2000), Innovations: lipid lather removes metals, Environmental Health
Perspective 108, A320.

12


40. Gimeno – Garcia, V.Andreu & R.Boluda (1996), “Incidence of Heavy Metals in

the Application of Inorganic Fertilizers to Rice Faming Soils (Valecia,
Spain)”, Fertilizers and Environment, Kluwer Academic Publishers, pp. 449
– 452.
41. Han D. H., and Lee J. H, "Effects of liming on uptake of lead and cadmium by
Raphanus

sativa",

Archives

of

Environmental

contamination

and

Toxicology, Springer New York, 11/2004, pp. 488 - 493.
42.

Krishnaswamy

M.,

Subbuchettiar

G.(2008),

“Biosurfactants:

Properties,

commercial production and application”, Current science, 94(6), pp. 736746.
43. Lasat (2000), The use of plants for the removal of toxic metals from contaminated
soils: (SuDoc EP 1.2:2002011154): U.S Environmental Protection Agency.
44. Lee M., Woo SG., Ten LN. (2012), “Characterization of novel diesel-degrading
strains Acinetobacter haemolyticus MJ01 and Acinetobacter johnsonii MJ4
isolated from oil-contaminated soil ”, World Journal of Microbiology and
Biotechnology, Vol. 28 (5), pp. 2057 – 2067.
45. Magdalena P. P., Grażyna A. P., Zofia P. S., Swaranjit S. C. (2011),
“Environmental Applications of Biosurfactants: Recent Advances”,
International Journal of Molecular Sciences,12, pp. 633 – 654.
46. Maneerat S. (2005) “Biosurfactants from marine microorganisms”, Songklanakarin
J. Sci. Technol., 27 (6), pp. 1263-1272.
47. Mnif S., Chamkha M., Labat M., Sayadi S. (2011), “Simultaneous hydrocarbon
biodegradation and biosurfactant production by oilfield-selected bacteria”,
Journal of Applied Microbiology, 111 (3), pp. 525–536.

13


48. Mulligan C.N. (2005), “ Environmental applications for biosurfactants”,
Environmental pollution, 133, pp. 183-198.
49. Mulligan C.N., Gibbs B.F (2004), “ Types, production and applications of
biosurfactants”, Proc. Indian Nat. Sci. Acad, 1, pp. 31– 55.
50. Mulligan C.N., Yong R., Gibbs B., James S., Bennett H.P.J. (1999), “Metal
Removal from Contaminated Soil and Sediments by the Biosurfactant
Surfactin”, Environ. Sci. Technol., 33, pp. 3812 – 3820.
51. Neilson J. W., Artiola J.F., Maier R.M. (2003), “Characterization of lead removal

from contaminated soil by non-toxic soil-washing agents”, Journal of
Environmental Quality, 32, pp. 899 – 908.
52. Ochsner U.A., Hembach T., Fiechter A. (1995), “Production of Rhamnolipid
biosurfactants”, Advances in Biochemical Engineering Biotechnology, 53,
pp. 89 – 117.
53. Prasad M. N. V. (1974), Heavy Metal Streess in Plants from Biomolecules to
Ecosystems - Second Edition - Springer.
54. Palashpriya Das, Soumen Mukherjee, Ramkrishna Sen (2009), “ Biosurfactant of
marine origin exhibiting heavy metal remediation properties”, Bioresource
Technology, 100, pp. 4887– 4890.
55. Pattanathu K. S. M. Rahman, Godfrey Pasirayi, Vincent Auger, Zulfiqur Ali
(2010), “Production of rhamnolipid biosurfactants by Pseudomonas
aeruginosa DS10-129 in a microfluidic bioreactor”, Biotechnol. Appl.
Biochem., 55, 00–00 (Printed in Great Britain).
56. Salomons, Forstner Mader (Eds) (1995), Heavy metals – Problems and solutions,
Springer.

14


57. Singh P., Cameotra S.S (2004), “Enhancement of metal bioremediation by use of
microbial surfactants”, Biochem. Biophy. Res. Commun, 319, pp. 291–297.
58. Suiling Wang, Catherine N. Mulligan (2009), “ Rhamnolipid biosurfactantenhanced soil flushing for the removal of arsenic and heavy metals from
mine tailings”, Process Biochemistry, 44, pp. 296–301.
59. Whang L.M., Liu P.W.G., Ma C.C., Cheng S.S. (2008), “Application of
biosurfactant, rhamnolipid, and surfactin, for enhanced biodegradation of
diesel-contaminated water and soil”, J. Hazard. Mater., 151, pp. 155–163.
60. Willam Hartley, Robert, Edwards, Nicholas W.Lepp (2004), "Arsenic and heavy
metal mobility in iron oxide - amended contaminated soils as evaluated by
short-and long-term leaching tests", Environmental pollution, 131, pp. 495 504.

61. Zupan M., Hudnik V., Lobnik F., Kadunc (1997), “Accmulation of Pb, Cd and Zn
from contaminated soil to various plant and evaluation of soil remediation
with indicator plant (Plantago lanceolata L.)”, INRA, Paris, Les Colloques,
No85.

15