Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng tới sự sinh trưởng của hỗn hợp chủng vi khuẩn khử sulfate nhằm ứng dụng xử lý nước thải ô nhiễm chì ở việt nam

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT
----------

TRẦN KIM GIANG

ĐÁNH GIÁ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI SINH TRƯỞNG
CỦA HỖN HỢP CHỦNG VI KHUẨN KHỬ SULFATE NHẰM
ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI Ô NHIỄM CHÌ Ở VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội, tháng 12 năm 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT
----------

TRẦN KIM GIANG

ĐÁNH GIÁ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI SINH TRƯỞNG
CỦA HỖN HỢP CHỦNG VI KHUẨN KHỬ SULFATE NHẰM
ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI Ô NHIỄM CHÌ Ở VIỆT NAM
Chuyên ngành : Vi sinh vật
Mã số

: 60420103

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn: TS. Kiều Thị Quỳnh Hoa

Hà Nội, tháng 12 năm 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




LỜI CAM ĐOAN
Để đảm bảo tính trung thực của luận văn, tôi xin cam đoan:
Luận văn “Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng tới sự sinh trưởng của hỗn
hợp chủng vi khuẩn khử sulfate nhằm ứng dụng xử lý nước thải ô nhiễm chì
ở Việt Nam” là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi, thực hiện dưới sự hướng
dẫn của TS. Kiều Thị Quỳnh Hoa. Các kết quả trình bày trong luận văn là trung
thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào trước đây.
Hà Nội, ngày 12/ 12/ 2014
Học viên

Trần Kim Giang

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

LỜI CẢM ƠN !
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầ y giáo, cô giáo Viện sinh thái và Tài
nguyên sinh vật, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tận tình
truyề n đạt kiế n thức và tạo mọi điều kiện cho tôi được học tập, rèn luyê ̣n và tu
dưỡng đạo đức trong 2 năm học tập. Kiế n thức tiế p thu được trong quá trình
học tập giúp tôi hoàn thành tốt luận văn này.
Tôi xin tỏ lòng biết ơn 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, đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá
trình nghiên cứu để hoàn thành tố t luận văn này. Em xin cảm ơn các cán bộ
Phòng Vi sinh vật dầu mỏ, Viện Công nghệ Sinh học đã khuyến khích và tạo
điều kiện thuận lợi cho tôi thực tập tại đây.
Tôi xin tỏ lòng biết ơn tới gia đình và bạn bè, những người thân yêu nhất
đã luôn bên cạnh động viên, chia sẻ và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong
cuộc sống và học tập.
Hà Nội, ngày 12 tháng 12 năm 2014
Học viên
Trần Kim Giang

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 1
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN ........................................................................... 3
1.1. Ô nhiễm kim loại nặng ......................................................................... 3
1.1.1. Nguồn thải của kim loại nặng .......................................................... 3
1.1.2. Tính độc của kim loại nặng .............................................................. 3

1.1.3. Ô nhiễm chì ..................................................................................... 7
1.2. Các phương pháp xử lý kim loại nặng ................................................ 12
1.2.1. Phương pháp hóa học ....................................................................... 13
1.2.2. Phương pháp hóa lý ......................................................................... 14
1.2.3. Phương pháp sinh học ..................................................................... 14
1.3. Xử lý kim loại nặng bằng vi khuẩn khử sulfate (KSF)....................... 16
1.3.1. Đặc điểm của vi khuẩn khử sulfate .................................................. 16
1.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới sinh trưởng của vi khuẩn khử sulfate ....... 18
1.3.3. Nguyên lý của phương pháp loại chì bằng vi khuẩn khử sulfate ....... 21
1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ......................................... 21
1.4.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ................................................... 21
1.4.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam .................................................... 22
CHƯƠNG II: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............... 25
2.1.Vật liệu ................................................................................................... 25
2.1.1.Vi khuẩn khử sulfate ......................................................................... 25
2.1.2.Môi trường và điều kiện nuôi cấy vi khuẩn KSF ............................... 25
2.1.3.Hóa chất ............................................................................................ 26
2.1.4.Máy móc thiết bị ............................................................................... 27
2.2. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................... 27
2.2.1. Xác định số lượng vi khuẩn KSF trong mẫu bằng phương pháp pha
loãng tới hạn ......................................................................................................27

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




2.2.2. Sàng lọc và lựa chọn hỗn hợp chủng vi khuẩn KSF có khả năng chống
chịu chì cao................................................................................................ 28
2.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH tới sinh trưởng và hiệu quả loại chì

của hỗn hợp chủng vi khuẩn KSF lựa chọn ................................................ 28
2.2.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ tới sự sinh trưởng của hỗn hợp
chủng vi khuẩn KSF lựa chọn .................................................................... 28
2.2.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn carbon tới sinh trưởng của hỗn hợp
chủng vi khuẩn KSF lựa chọn .................................................................... 29
2.2.6. Nghiên cứu ảnh hưởng của chì tới sinh trưởng của hỗn hợp chủng vi
khuẩn KSF lựa chọn .................................................................................. 29
2.2.7. Các phương pháp phân tích. ............................................................. 30
CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................... 32
3.1. Nuôi cấy làm giàu các hỗn hợp chủng vi khuẩn KSF từ các mẫu bùn
và nước nhiễm chì ....................................................................................... 32
3.2. Sàng lọc và lựa chọn hỗn hợp chủng vi khuẩn KSF có khả năng
chống chịu chì cao ....................................................................................... 32
3.3. Hình thái tế bào hỗn hợp chủng vi khuẩn DM10 dưới kính hiển vi
điện tử quét.................................................................................................. 35
3.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH tới sự sinh trưởng của hỗn hợp chủng
DM10 ........................................................................................................... 35
3.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ tới sinh trưởng của hỗn hợp
chủng DM10 ................................................................................................ 37
3.6. Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn carbon tới sự sinh trưởng của hỗn
hợp chủng DM10 ......................................................................................... 38
3.6.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ ethanol/SO42- tới sinh trưởng của hỗn hợp chủng
DM10 ........................................................................................................ 38
3.6.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ lactate/SO42- tới sự sinh trưởng của hỗn hợp
chủng DM10 .............................................................................................. 40

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

3.6.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ acetate/SO42- tới sinh trưởng của hỗn hợp chủng
DM10 ........................................................................................................ 41
3.6.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ benzoate/SO42- tới sinh trưởng của hỗn hợp
chủng DM10 .............................................................................................. 43
3.6.5. Ảnh hưởng của tỷ lệ methanol/SO42- tới sinh trưởng của hỗn hợp
chủng DM10 .............................................................................................. 44
3.6.6. Ảnh hưởng của tỷ lệ glucose/SO42- tới sinh trưởng của hỗn hợp chủng
DM10 ........................................................................................................ 45
3.6.7. Ảnh hưởng của tỷ lệ citrate/SO42- tới sinh trưởng của hỗn hợp chủng
DM10 ........................................................................................................ 46
3.7. Nghiên cứu ảnh hưởng của chì tới sinh trưởng của hỗn hợp chủng
DM10 ........................................................................................................... 47
KẾT LUẬN ..................................................................................................... 50
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................. 51

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Tên đầy đủ

KSF

Khử sulfate

PB

Postgate B (Môi trường B)

PC

Postgate C (Môi trường B)

OD

Optical density (Mật độ quang)

AAS

Atomic Absorption Spectrophotometer (Quang phổ hấp thụ
nguyên tử)

SEM

Scanning Electron Microscope (Kính hiển vi điện tử quét)

PBS

Phosphate Buffer Saline (Dung dịch rửa PBS)

UASB

Upflow Anaerobic Sludge Blanket (Dòng chảy ngược kị
khí)

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

CFU

Colony-Forming Unit (Đơn vị khuẩn lạc)

v/v

volume/volume (Thể tích/thể tích)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Tác hại của một số kim loại nặng đến sức khỏe con người .............. 4
Bảng 1.2. Mức độ tác động của các kim loại nặng đến các sinh vật ................ 6
Bảng 1.3. Tác động của kim loại nặng đến các bộ phận của cơ thể người ....... 6
Bảng 1.4. Phương pháp hóa học .................................................................... 13
Bảng 1.5. Phương pháp hóa lý ...................................................................... 14
Bảng 1.6. Phương pháp sinh học ................................................................... 15
Bảng 1.7. Khả năng sử dụng các nguồn cơ chất khác nhau của vi khuẩn KSF 21
Bảng 2.1: Môi trường nuôi cấy làm giàu và thí nghiệm................................. 25
Bảng 3.1. Khả năng chống chịu chì của 17 hỗn hợp chủng vi khuẩn KSF sau 7
ngày thí nghiệm ............................................................................................ 33
Bảng 3.2. Hiệu quả loại chì sau 12 ngày thí nghiệm ...................................... 49

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Hoạt động nấu tái chế chì tại thôn Đông Mai .................................... 10
Hình 3.1. Vi khuẩn KSF thu được từ các mẫu bùn và nước nhiễm chì.............. 32
Hình 3.2. Sinh trưởng của hỗn hợp chủng DM10 trên môi trường bổ sung chì
với hàm lượng khác nhau sau 7 ngày thí nghiệm .............................................. 33
Hình 3.3. Hàm lượng sulfide tạo ra từ 17 hỗn hợp chủng vi khuẩn KSF sau 7
ngày nuôi cấy ................................................................................................... 34
Hình 3.4. Ảnh hưởng của chì tới hình thái tế bào hỗn hợp chủng DM10 .......... 35
Hình 3.5. Ảnh hưởng của pH lên khả năng tạo sulfide của hỗn hợp chủng DM10 36
Hình 3.6. Ảnh hưởng của pH lên khả năng khử sulfate của hỗn hợp chủng
DM10 ............................................................................................................... 36
Hình 3.7. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng tạo sulfide của hỗn hợp chủng
DM10 ............................................................................................................... 37
Hình 3.8. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng khử sulfate của hỗn hợp chủng
DM10 ............................................................................................................... 38
Hình 3.9. Hỗn hợp chủng DM10 trên môi trường với tỷ lệ ethanol/SO 42- ......... 39
khác nhau sau 12 ngày...................................................................................... 39
Hình 3.10. Ảnh hưởng của tỷ lệ ethanol/SO42- tới khả năng tạo sulfide ............ 39
của hỗn hợp chủng DM10 ................................................................................ 39
Hình 3.11. Ảnh hưởng của tỷ lệ ethanol/SO 42- tới khả năng khử sulfate ........... 40
của hỗn hợp chủng DM10 ................................................................................ 40
Hình 3.12. Ảnh hưởng của tỷ lệ lactate/SO42- tới khả năng tạo sulfide của hỗn
hợp chủng DM10 ............................................................................................. 41
Hình 3.13. Ảnh hưởng của tỷ lệ lactate/SO42- tới khả năng khử sulfate của hỗn
hợp chủng DM10 ............................................................................................. 41

Hình 3.14. Ảnh hưởng của tỷ lệ acetate/SO 42- tới khả năng tạo sulfide của hỗn
hợp chủng DM10 ............................................................................................. 42

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Hình 3.15. Ảnh hưởng của tỷ lệ acetate/SO 42- tới khả năng khử sulfate ............ 42
của hỗn hợp chủng DM10 ................................................................................ 42
Hình 3.16. Ảnh hưởng của tỷ lệ benzoate/SO 42- tới khả năng tạo sulfide .......... 43
của hỗn hợp chủng DM10 ................................................................................ 43
Hình 3.17. Ảnh hưởng của tỷ lệ benzoate/SO 42- tới khả năng khử sulfate ......... 43
của hỗn hợp chủng DM10 ................................................................................ 43
Hình 3.18. Ảnh hưởng của tỷ lệ methanol/SO42- tới khả năng tạo sulfide ......... 44
của hỗn hợp chủng DM10 ................................................................................ 44
Hình 3.19. Ảnh hưởng của tỷ lệ methanol/SO42- tới khả năng khử sulfate ........ 44
của hỗn hợp chủng DM10 ................................................................................ 44
Hình 3.20. Ảnh hưởng của tỷ lệ glucose/SO 42- tới khả năng tạo sulfide ............ 45
của hỗn hợp chủng DM10 ................................................................................ 45
Hình 3.21. Ảnh hưởng của tỷ lệ glucose/SO 42- tới khả năng khử sulfate .......... 45
của hỗn hợp chủng DM10 ................................................................................ 45
Hình 3.22. Ảnh hưởng của tỷ lệ citrate/SO 42- tới khả năng tạo sulfide .............. 46
của hỗn hợp chủng DM10 ................................................................................ 46
Hình 3.23. Ảnh hưởng của tỷ lệ citrate/SO 42- tới khả năng khử sulfate ............. 46
của hỗn hợp chủng DM10 ................................................................................ 46
Hình 3.24: Ảnh hưởng của hàm lượng chì lên khả năng tạo sulfide của hỗn hợp
chủng DM10 .................................................................................................... 48
Hình 3.25: Ảnh hưởng của hàm lượng chì lên khả năng khử sulfate của hỗn hợp
chủng DM10 .................................................................................................... 48

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




MỞ ĐẦU
Ô nhiễm kim loại nặng nói chung và ô nhiễm chì nói riêng từ quá trình khai
thác mỏ, cơ sở sản xuất, tái chế pin, ắc quy, chất dẻo tổng hợp, sơn, thuốc nổ,
mực in, bột màu, cơ sở mạ điện...gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sinh vật sống
và con người. Chì xâm nhập vào cơ thể người chủ yếu qua đường hô hấp, tiêu
hóa, gây ức chế một số enzyme quan trọng, làm rối loạn quá trình tạo huyết ở
tủy, phá vỡ quá trình tạo hồng cầu, gây hại đến hệ thần kinh, nhất là hệ thần kinh
của trẻ sơ sinh. Vì vậy, việc tìm kiếm các giải pháp an toàn và hiệu quả để xử lý
nước thải nhiễm chì đang được các nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm
nghiên cứu.
Hiện nay có nhiều phương pháp được áp dụng để xử lý nước thải nhiễm kim
loại nặng nói chung và chì nói riêng như hóa học, hóa lý và sinh học. Mặc dù xử
lý nước thải nhiễm kim loại nặng bằng các phương pháp hóa học và hóa lý (kết
tủa hóa học, oxy hóa - khử, trao đổi ion, xử lý điện hóa, sử dụng màng…) đạt
tiêu chuẩn môi trường cho phép nhưng các phương pháp này đều có chi phí xử
lý cao do sử dụng hóa chất, vật liệu đắt tiền, đồng thời tạo ra lượng cặn lớn từ
kết tủa kim loại và hóa chất tồn dư gây ô nhiễm thứ cấp cho môi trường. Hơn
nữa, các phương pháp này không loại bỏ được các chất bẩn hữu cơ hòa tan trong
nước. Vì vâ ̣y, việc lựa cho ̣n phương pháp sinh ho ̣c, đặc biệt là loại chì từ nước
thải ô nhiễm qua quá trình khử các ion chì từ dạng hòa tan độc hại (Pb 2+) sang
dạng muối sulfide chì bền vững (PbS↓), không độc hại bằng vi khuẩn khử
sulfate (KSF) đang thu hút được sự quan tâm của các nhà khoa học trên thế giới
bởi ưu điểm là hiệu quả xử lý cao, giá thành xử lý phù hợp, không tạo hóa chấ t
tồ n dư gây ô nhiễm thứ cấ p, lượng cặn tạo ra từ kết tủa sulfide bền vững trong

khoảng pH rộng dễ thu hồi và tái chế.
Để khắc phục tình trạng ô nhiễm nước thải ở làng nghề, khu cụm công
nghiệpsản xuất tái chế kim loại nói chung và chì nói riêng, cùng với nhu cầu
đưa ra các giải pháp hiệu quả xử lý nước thải ô nhiễm chì phù hợp với điều kiện
1


Việt Nam, chúng tôi tiến hành nghiên cứu: “Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng tới
sự sinh trưởng của hỗn hợp chủng vi khuẩn khử sulfate nhằm ứng dụng xử
lý nước thải ô nhiễm chì ở Việt Nam”.
* Mục tiêu của luận văn
- Lựa chọn hỗn hợp chủng vi khuẩn KSF có khả năng chống chịu chì cao.
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới sự sinh trưởng và khả năng loại chì của
hỗn hợp chủng vi khuẩn KSF lựa chọn nhằm ứng dụng xử lý nước thải ô nhiễm
chì ở Việt Nam.
* Nội dung luận văn
- Nuôi cấ y là m giàu các hỗn hợp chủng vi khuẩ n KSF từ các mẫu bùn và nước
nhiễm chì
- Sàng lọc và tuyển chọn hỗn hợp chủng vi khuẩn KSF có khả năng chống chịu
chì cao
-Nghiên cứu ảnh hưởng của pH tới sinh trưởng của hỗn hợp chủng vi khuẩn
KSF lựa chọn
- Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ tới sự sinh trưởng của hỗn hợp chủng vi
khuẩn KSF lựa chọn
- Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn carbon tới sinh trưởng của hỗn hợp chủng vi
khuẩn KSF lựa chọn
- Nghiên cứu ảnh hưởng của chì tới sinh trưởng của hỗn hợp chủng vi khuẩn
KSF lựa chọn

2

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN
1.1. Ô nhiễm kim loại nặng
1.1.1. Nguồn thải của kim loại nặng
Nguồn thải của kim loại được chia thành 2 nhóm chính là nguồn tự nhiên và
nhân tạo:
* Nguồn tự nhiên:
- Kim loại trong đất đá, xâm nhập vào thủy vực qua quá trình tự nhiên, phong
hóa xói mòn.
- Sự rửa trôi từ nơi khai khoáng và những bãi chứa chất thải rắn.
- Khi khí quyển bị ô nhiễm sẽ trở thành nguồn chính dẫn vào đất theo con đường
lắng đọng: các sol khí của các kim loại trong khí quyển được khuyếch tán, các
phần tử kim loại tỷ trọng lớn sẽ rơi xuống đất dưới dạng kết tủa khô hay kết tủa
ướt khi mưa.
* Nguồn nhân tạo
- Quá trình khai thác mỏ
- Hoạt động công nghiệp (dệt nhuộm, chất dẻo tổng hợp, sơn, thuốc nổ, mực in,
bột màu, cơ sở mạ điện, thuộc da, công nghiệp giấy...)
- Hoạt động nông nghiệp (phân bón, thuốc trừ sâu...)
- Làng nghề sản xuất, tái chế đồ dùng bằng kim loại (tái chế chì, mạ, luyện thép,
đúc đồng....)
1.1.2. Tính độc của kim loại nặng
Kim loại nặng là những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5g/cm3 [30].
Chúng tồn tại trong khí quyển (dạng hơi), thủy quyển (các muối hòa tan), địa
quyển (dạng rắn không tan, khoáng, quặng...) và sinh quyển (trong cơ thể con
người, động thực vật). Trong số 70 kim loại tồn tại trong tự nhiên, chỉ có một số
nguyên tố là cần thiết cho sinh vật ở một ngưỡng nào đấy, chúng là các nguyên
tố vi lượng như: Cu, Zn, Mn, B, Mo... Đa số các kim loại nặng như Pb, Hg, Cd,
3

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 [7]. 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 enzym, gây cản trở sự chuyển hóa của các chất qua
màng tế bào của người và sinh vật. Hơn nữa, kim loại nặng có xu hướng tạo kết
tủa với các muối hoặc làm xúc tác trong một số quá trình phân hủy các protein
có nhóm axít cacboxyl (COOH) và nhóm amin (NH2). Đây là những nhóm liên
kết với các kim loại nặng. Các kim loại như Cd, Cu, Pb, Hg liên kết với màng tế
bào ngăn cản quá trình vận chuyển chất qua màng, gây ảnh hưởng đến quá trình
trao đổi chất. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng kim loại nặng có thể:
- Gây rối loạn hành vi của con người do tác động trực tiếp đến chức năng tư duy
và thần kinh
- Gây độc cho các cơ quan trong cơ thể như máu, gan, thận, cơ quan sản xuất
hoocmon, cơ quan sinh sản, hệ thần kinh
- Gây rối loạn chức năng sinh hóa trong cơ thể làm tăng khả năng dị ứng
gây biến đổi gen [3].
Khả năng gây độc của kim loại nặng phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau
như hàm lượng, con đường xâm nhập, dạng tồn tại và thời gian gây ra mức độ
nhiễm độc khác nhau.
Bảng 1.1. Tác hại của một số kim loại nặng đến sức khỏe con người[40]
STT Nguyên tố
1

As

Nguồn thải

Tác hại

Thuốc trừ sâu, chất thải hóa Rất độc, gây ung thư
học

2

Cd

Chất thải công nghiệp, chất Đảo ngược vai trò hóa sinh
thải trong khai thác quặng, của enzyme, gây cao huyết
mạ kim loại ống dẫn nước
4

áp, hỏng thận, phá hủy


cácmô và hồng cầu, có tính
độc với động vật
3

Be

Than đá, năng lượng hạt nhân Độc tính mạnh và bền, gây
và công nghiệp vũ trụ

4

B

ung thư

Than đá, sản xuất chất tẩy Độc với một số loại cây
rửa, chất thải công nghiệp

5

Cr

6

F(ion)

Mạ kim loại

Cr(VI) rất độc, gây ung thư

Các nguồn địa chất tự nhiên, Phá hủy xương, gây vết ở
chất thải công nghiệp, chất bổ răng
sung

7

Pb

Mỏ quặng chì, sản xuât pin, Gây

thiếu

máu,

tổn

ắc quy, chất dẻo tổng hợp, thương, thận, rối loạn thần
sơn, thuốc nổ, mực in, bột kinh, sẩy thai
màu, bút chì, xăng pha chì
8

Mn

Chất thải công nghiệp mỏ

Tổn thương hệ thần kinh
trung ương, thận và phổi

9

Hg

Chất thải công nghiệp mỏ, Thủy ngân dễ bay hơi ở
thuốc trừ sâu, than đá

nhiệt độ thường nếu hít phải
sẽ rất độc đến hệ thần kinh,
hệ tiêu hóa, phổi, thận có thể
gây tử vong

10

Zn

Chất thải công nghiệp, mạ Gây đau bụng, kích ứng da,
kim loại, hệ thống ống dẫn

5

buồn nôn, thiếu máu


Tính độc hại của các kim loại nặng đối với các sinh vật khác nhau là
không giống nhau [6].
Bảng 1.2. Mức độ tác động của các kim loại nặng đến các sinh vật
Sinh vật

Tính độc hại

Động vật nguyên sinh

Hg >Pb> Ag > Cu > Cd > Ni

Giun đốt

Hg > Cu > Zn >Pb> Cd

Động vật có xương sống

Ag > Hg > Cu >Pb > Cd > Zn > Cr

Vi khuẩn Nitrat hóa

Ag > Hg > Cu > Cd >Pb > Cr > Zn

Tảo

Hg > Cu > Cd > Fe > Cr > Zn > Ni > Co > Mn

Nấm

Ag > Hg > Cu > Cd > Cr > Ni >Pb> Co > Zn

Thực vật bậc cao

Hg >Pb> Cu > Cd > Cr > Ni > Zn

Nhìn chung các nguyên tố như Hg, Cu, As, Cd, Zn, Cr đều có tính độc khá
cao đối với sức khỏe của con người, mức độ độc của từng nguyên tố được trình
bày trong bảng 1.3 [6].
Bảng 1.3. Tác động của kim loại nặng đến các bộ phận của cơ thể người
Bộ phận vùng
Hệ thần kinh trung ương

Nguyên tố

Các tác động

CH3Hg; Hg, Hư hại não: giảm chức năng sinh lý
của nơtron

Pb2+

Hệ thần kinh ngoại vi

CH3Hg; Hg Đi lại phản xạ không bình thường
Tác động tới nơtron ngoại vi

Pb2+

Bệnh thần kinh ngoại vi

As
Hệ bài tiết

Gan

Bệnh thận, bệnh đường tiết niệu

Hg2+
As

Rối loạn đường tiết niệu

As

Bệnh sơ gan
6


Hệ thống máu

Miệng, tóc, đường hô

hấp

Xương
Hệ thống tim mạch
Hệ thống sinh sản

Pb

Kìm hãm sinh tổng hợp máu

Cd

Thiếu máu nhẹ

As

Thiếu máu
Viêm miệng

Hg2+
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
Mỡ tim

Cd, As

CH3Hg, As, Sảy thai
Pb

Ung thư

Phổi, da, tuyến tiết niệu

Cd, As

1.1.3. Ô nhiễm chì
Chì (tên Latinh 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 1,725oC; khối lượng riêng
bằng 11,34g/cm3.
Chì là kim loại màu xám nhạt, không mùi, không vị, không hòa tan trong
nước, không cháy. Chì rất mềm và nặng nhất trong tất cả các kim loại thông
thường. Do mềm nên chì rất dễ gia công (có thể dùng dao cắt) và nghiền thành

bột. Tuy nhiên, chỉ cần bổ sung một lượng nhỏ các nguyên tố như antimony,
bismuth, asen, đồng hay kim loại kiềm thổ là có thể tăng độ cứng của chì lên
đáng kể. Vì vậy, trong công nghiệp chế tạo máy, chì thường được dùng dưới
dạng hợp kim [1].

7


1.3.1.1. Nguồn ô nhiễm
Chì được thải ra từ mỏ quặng chì, cơ sở sản xuất pin, ắc quy, chất dẻo tổng
hợp, sơn, thuốc nổ, mực in, bột màu…Chì tích đọng trong xương và hồng cầu
gây rối loạn tủy xương, đau khớp, viêm thận, liệt, thần kinh…Nhiễm độc chì có
thể gây tử vong cho người thậm chí với liều lượng nhỏ.
Trong tự nhiên, chì là nguyên tố vi lượng có trong thành phần của vỏ trái
đất. Hàm lượng chì trong vỏ trái đất khoảng 13,0 µg/g [10]. Chì tồn tại trong
khoảng 84 khoáng chất, điển hình là galen PbS, ngoài ra còn có cemsute PbCO 3,
cunglesite PbSO4…Quá trình phong hóa đá cũng gây nên một lượng chì nhỏ
xâm nhập vào đất đặc biệt là các loại đá trầm tích có chứa lưu huỳnh; đá phiến
sét. Do vậy đất hình thành trên các loại đá này thường có hàm lượng chì giàu
hơn đất khác. Tuy nhiên, nguồn phát sinh tự nhiên này chỉ gây ô nhiễm một
lượng không đáng kể. Chính các hoạt động nhân tạo của con người mới là
những nguồn chủ yếu nhất phát thải chì ra ngoài môi trường, gây tình trạng ô
nhiễm và nhiễm độc chì. Trong tổng lượng chì phát sinh ra ngoài môi trường,
chì từ các hoạt động nhân tạo chiếm tới 95%.
Chì được sử dụng hầu như ở mọi lĩnh vực trong đời sống con người, do đó
nguồn gây ô nhiễm chì xảy ra trên diện rộng ở hầu hết loại hình sản xuất và sinh
hoạt của xã hội. Sau đây là một số nguồn chính gây ô nhiễm chì [1].
 Trong công nghiệp
Công nghiệp khai khoáng và luyện kim là nguồn phát thải chì lớn nhất.
Không chỉ riêng ngành khai thác và tinh chế chì mà cả ngành khai thác và tinh

chế nhiều kim loại cũng phát sinh các chất thải chứa chì. Những dòng thải chứa
chì trong loại hình công nghiệp này bao gồm:
- Chất thải rắn từ các khu khai thác và tuyển quặng
- Nước thải ở các khu vực mỏ, khu tuyển quặng, luyện quặng
- Nước thải tại các lò luyện quặng

8


Chất thải, chủ yếu là nước thải của một số ngành công nghiệp khác như sản
xuất ac quy, sản xuất sơn, bột màu… cũng là nguồn phát thải rất đáng kể chì ra
môi trường.
 Trong nông nghiệp
Nguồn phát thải chì trong nông nghiệp chủ yếu là từ thuốc trừ sâu và từ khói
thải của các máy nông nghiệp chạy bằng nhiên liệu xăng pha chì. Qua quá trình
sa lắng ướt, chì sẽ xâm nhập vào nguồn nước ngầm, nước mặt…gây ô nhiễm.
 Trong hoạt động quân sự
Chì được sử dụng trong ngành chế tạo đạn dược phục vụ cho mục đích quân
sự chiếm một lượng không nhỏ tổng lượng chì được con người sử dụng. Ngoài
ra, chì còn được phát thải từ việc sử dụng xăng pha chì trong các động cơ, xe cộ
như xe tăng, máy bay…
 Làng nghề tái chế kim loại
Ở Việt Nam, ngoài các nguồn phát sinh chì kể trên, các làng nghề cơ khí,
sản xuất và tái chế kim loại thải ra môi trường lượng lớn kim loại nặng. Trong
đó, phải kể đến làng nghề nấu và tái chế chì thôn Đông Mai, huyện Văn Lâm,
tỉnh Hưng Yên. Tại đây có 61/529 hộ thu gom tái chế chì, số lao động tham gia
là trên 500 người. Cả làng có khoảng 2 cơ sở và nhiều hộ gia đình nấu chì, công
suất một ngày có thể nấu trên 10 tấn chì, nguồn nguyên liệu được người dân sử
dụng để tái chế chì là những bình acquy đã qua sử dụng. Do quy trình và công
cụ tái chế lạc hậu, nguyên liệu là phế liệu, các cơ sở sản xuất nằm xen kẽ các

khu dân cư dẫn đến việc xử lý nước thải gặp nhiều khó khăn, nước thải và phế
thải từ các quy trình tái chế này không qua xử lý đã đổ thẳng vào ao, hồ, sông
ngòi tưới tiêu. Cùng với ý thức bảo vệ môi trường của người dân chưa cao nên
môi trường ở đây đã và đang ngày càng ô nhiễm nghiêm trọng. Hàm lượng chì
trong nước mặt ở thôn Đông Mai đều vượt quá mức cho phép từ 7,7 đến 15 lần.
Hàm lượng chì trong nước tiểu của dân trung bình từ 0,24 đến 0,54 mg/lít, cao
gấp 2-4 lần mức cho phép. Ngoài ra, ở nơi ao hồ đãi và đổ xỉ, hàm lượng là
3,278mg/l, vượt quá tiêu chuẩn cho phép từ 32-65 lần...[2]. Điều này tác động
9


trực tiếp đến sức khỏe người dân trong vùng. Dưới đây là một vài hình ảnh về
hoạt động nấu tái chế chì ở Đông Mai, Văn Lâm, Hưng Yên (Hình 1.1).

Hình 1.1. Hoạt động nấu tái chế chì tại thôn Đông Mai

10


1.1.3.2. Tính độc của chì
Chì xâm nhập vào cơ thể người qua đường hô hấp, tiêu hóa gây ức chế một
số enzyme quan trọng, nhiễm độc chì . gây hại đến hệ thần kinh, nhất là hệ thần
kinh của trẻ sơ sinh, làm giảm lượng hồng cầu trong máu. Chì tác động đếnhệ
enzyme liên quan đến sự tạo máu và liên kết với sắt trong máu. Khi cơ thể bị
nhiễm độc chì gây thiếu máu trầm trọng đặc biệt là thiếu huyết cầu tố. Ở người
bị nhiễm chì lượng Hemoglobin < 5mg và da đen xạm thiếu máu xanh xao. Hàm
lượng chì trong máu mà đạt đến 135mg/l có thể gây chết người. Đối với phụ nữ
mang thai, khi tiếp xúc với chì ở mức cao có thể bị sẩy thai. Tiếp xúc lâu dài và
liên tục với chì làm giảm khả năng sinh sản ở nam giới [20].
 Nhiễm độc chì được chia làm 2 mức:

 Nhiễm độc cấp:
Trẻ em: nồng độ chì trong máu vượt quá 80 µg/100ml, thường kèm đau
bụng, kích thích sau đó li bì ngủ lịm, chán ăn, nhợt nhạt (do thiếu máu) mất máu
phối hợp với vận động, nói líu nhíu không rõ. Trẻ có thể lên cơn co giật mê man
gọi hỏi không biết gì và chết do não bị phù nề và suy thận trong những trường
hợp rất nặng.
Ở người trưởng thành, triệu chứng nhiễm độc thường xuất hiện khi nồng độ
chì vượt quá 80 µg/100ml máu trong thời gian một tuần và biểu hiện như đau
bụng, đau đầu, cáu gắt, đau các khớp, mệt mỏi, thiếu máu, viêm dây thần kinh
vận động ngoại biên, trí nhớ kém và mất khả năng tập trung tư tưởng.
 Nhiễm độc mãn:
Trẻ em có nồng độ chì trong máu từ 30 µg/100ml trở lên, người lớn nếu tiếp
xúc kéo dài và nồng độ chì trong máu thấp hơn, có khi từ 7-35 µg/100ml sẽ tác
hại đến cơ quan tạo máu.
 Hệ thần kinh: bệnh não do chì, thần kinh ngoại biên.
 Thận: tổn thương ống thận, xơ hóa kẽ lan tỏa quanh ống thận, bệnh thận
mãn tính không hồi phục.
 Tiêu hóa: cơn đau bụng chì.
11


 Tim mạch: động mạch thận biến đổi,xơ hóa, tăng huyết áp, viêm cơ tim.
 Sinh sản: đẻ non, chết yểu, giảm khả năng sinh sản ở nam giới.
 Nội tiết: suy giảm chức năng tuyến giáp, thượng thận.
 Phân bố chì trong cơ thể:
 Máu: chì tích chứa trong cả huyết tương và hồng cầu
 Thận: các muối chì tích chứa ở thận (nhiễm độc chì cấp tính)
 Tủy xương, lông tóc, móng: nhiễm độc mãn tính chì
1.1.3.3. Cơ chế gây độc của chì trong cơ thể người
Chì ức chế tổng hợp porphobilinogen synthase và ferrochelatase, chống lại

sự hình thành cả hai chất porphobilinogen và kết hợp với sắt tạo thành
protoporphyrin IX, giai đoạn cuối cùng trong sự tổng hợp heme. Quá trình này
làm cho sự tổng hợp heme không hiệu quả và sau đó làm microcytic [17]. Ở các
mức thấp hơn, nó có vai trò tương tự canxi, can thiệp vào các kênh ion trong quá
trình truyền dẫn thần kinh. Đây là một trong những cơ chế mà theo đó nó can
thiệp vào nhận thức.
1.2. Các phương pháp xử lý kim loại nặng
Các phương pháp thường được sử dụng xử lý nước thải nhiễm kim loại
nặng nói chung và chì nói riêng là phương pháp hóa học, hóa lý và sinh học [9,
10, 13, 15, 39].

12


1.2.1. Phương pháp hóa học
Phương pháp hóa học loại bỏ kim loại nặng theo nguyên lý chuyển các chất
tan trong nước thành chất không tan bằng cách thêm các tác nhân hóa học, sau
đó được tách dưới dạng kết tủa [14].
Bảng 1.4. Phương pháp hóa học
Phương pháp
Hấp phụ

Nguyên lý
Kim loại nặng được hấp phụ ở pha rắn bằng trao đổi
cation hặc hấp thụ hóa

Hấp thụ

Ion kim loại nặng được chuyển từ pha lỏng sang pha rắn
bởi các quá trình hấp phụ và kết tủa

Oxy hóa và thủy Kết tủa của kim loại như oxit, hydroxit, oxi hydroxit sử
ngân

dụng NaOH, NH4OH, CaO, Ca(OH)2

Kết tủa carbon

Kết tủa của kim loại với carbonat sử dụng CaCO 3,
NaHCO3 hoặc Na2CO3

Kết tủa sulfide

Kim loại nặng phản ứng với Na2S, NaHS, CaS hoặc H2S

Đồng kết tủa

Kim loại nặng như Cu, Ni, Zn, Mn… kết tủa trong oxit
kim loại hoặc Co, Fe, Ni và Zn kết tủa trong oxit mangan

13


1.2.2. Phương pháp hóa lý
Các phương pháp hóa lý phổ biến được ứng dụng để xử lý kim loại nặng
trong nước thải công nghiệp được đề cập ở bảng 1.5 [36].
Bảng 1.5. Phương pháp hóa lý
Phương pháp
Kết tủa hóa học

Nguyên lý
Sử dụng tác nhân tủa như vôi để chuyển kim loại nặng
từ dạng hòa tan độc hại thành dạng không hòa tan

Keo tụ

Sự lắng của các hạt keo bằng cách thêm vào một chất
làm đông tụ

Tuyển nổi

Sử dụng bọt khí và chất hoạt động bề mặt để làm giảm
mật độ của kim loại khi chúng nổi lên chất lỏng hoặc
bề mặt

Trao đổi ion

Trao đổi ion trong nước thải

Màng lọc

Loại bỏ kim loại nặng thông qua màng lọc

Điện phân qua màng

Sử dụng điện để vận chuyển ion qua màng

Hấp phụ

Sử dụng than hoạt tính để loại bỏ kim loại nặng

1.2.3. Phương pháp sinh học
Xử lý kim loại nặng bằng phương pháp sinh học hiện đang thu hút sự quan
tâm của các nhà nghiên cứu trên thế giới bởi ưu điểm vượt trội như xử lý hiệu
quả, chi phí đầu tư thấp, thân thiện và an toàn với môi trường. Sau đây là các
phương pháp sinh học thường được ứng dụng để xử lý nước thải nhiễm kim loại
nặng [16].

14