Báo cáo chuyên đề: Ứng dụng của vi sinh vật trong tuyển khoáng

Chia sẻ: Nguyễn Thị Mỹ Hạnh | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:29

Thêm vào BST

Báo xấu

251
lượt xem 38
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sự tham gia của vi sinh vật vào việc tuyển khoáng đã được nhiều tác giả chứng minh. Đây là những vi sinh vật hóa dưỡng vô cơ bắt buộc hay tùy tiện, hoặc vi sinh vật dị dưỡng, chúng có thể thuộc về nhóm trung hay ưa nhiệt có khả năng oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ cũng như các loại lưu huỳnh dạng khử thành acid sulfuric hoặc sulfade kim loại.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo chuyên đề: Ứng dụng của vi sinh vật trong tuyển khoáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ: ỨNG DỤNG CỦA VI SINH VẬT TRONG TUYỂN KHOÁNG GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: NGUYỄN NGỌC TÂM HUYÊN NHÓM: 1. ĐẶNG VĨNH QUÍ 2. PHÙNG NGỌC NHƯ Ý 3. NGUYỄN THỊ LIÊN 4. VÕ CHÂU VIỆT KHUÊ 5. KIỀU THỊ HOÀNG TÙNG 6. NGUYỄN NGỌC BẢO TRÂM 1
MỤC LỤC I. PHẦN MỞ ĐẦU II. SƠ LƯỢC VỀ KHAI KHOÁNG III. CÁC VI SINH VẬT THAM GIA VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG IV. QUÁ TRÌNH NGÂM CHIẾT SINH HỌC V. CƠ CHẾ TÍCH LŨY KIM LOẠI VI. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ VII. TÀI LIỆU THAM KHẢO 2
I PHẦN MỞ ĐẦU Ít ai biết rằng nhờ vào vi sinh vật, những sinh vật nhỏ bé nhất hành tinh này mà con người chúng ta có thể tồn tại trên hành tinh này. Chúng tham gia và có vai trò rất lớn trong nhiều lĩnh vực. trong số đó có sự tham gia vào quá trình mà chúng ta sắp đề cập tới đây, đó là: ỨNG DỤNG CỦA VI SINH VẬT TRONG TUYỂN KHOÁNG. Sự tham gia của vi sinh vật vào việc tuyển khoáng đã được nhiều tác giả chứng minh. Đây là những vi sinh vật hóa dưỡng vô cơ bắt buộc hay tùy tiện, hoặc vi sinh vật dị dưỡng, chúng có thể thuộc về nhóm trung hay ưa nhiệt có khả năng oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ cũng như các loại lưu huỳnh dạng khử thành acid sulfuric hoặc sulfade kim loại. Ngoài ra, hàng loạt các vi sinh vật khác như nấm, tảo, và động vật nguyên sinh cũng có mặt trong sự sinh trưởng cộng sinh trong các dung dịch ngâm chiết tồn tại trong tự nhiên, trong các mỏ quặng tham gia vào quá trình tích lũy kim loại. Thực tế con người đã sử dụng vi sinh vật khai khoáng từ rất lâu mà không hề hay biết. 3
II. SƠ LƯỢC VỀ TUYỂN KHOÁNG NHỜ VI SINH VẬT Tuyển khoáng là quá trình tổ hợp cùa các khâu gia công và phân tách khoáng vật để từ quặng nguyên khai ban đầu ta thu được 1 hoặc nhiều sản phẩm có giá trị sử dụng trên thị trường. Các sản phẩm có giá trị sử dụng sau quá trình tuyển khoáng được gọi là quặng tinh(than sạch) các sản phẩm vô ích không có giá trị sử dụng gọi là quặng thải ( đuôi thải). Đặc điểm: + Quá trình tuyển khoáng mang lại giá trị sử dụng cho nguyên liệu khoáng s ản + Quá trình tuyển khoáng không làm thay đổi bản chất của vật liệu khoáng sản ( cấu trúc tinh thể , công thức hóa học) điểm này phân biệt giữa tuyển khoáng và luyện kim hay hóa chất + Về bản chất quá trình tuyển khoáng là quá trình phân tách khoáng vật, phân tách khoáng vật có ích và đất đá thải, giữa khoáng vật có ích và khoáng vật có hại,giữa khoáng vật có ích với nhau. Ứng dụng của vi sinh vật vào tuyển khoáng là sử dụng cá đặc tính có thể phân tách, tích lũy kim loại của vi sinh vật vào các quá trình tuyển khoáng. Từ trước công nguyên, người La Mã đã sử dụng VSV trong khai thác đồng từ dịch khoáng nhưng vẫn chưa biết đến sự tồn tại của nó. Đến năm 1901, kĩ sư Seiko (Liên Xô) lần đầu tiên phát hiện ra sự tồn tại của vi khuẩn trong các bẫy dầu ở vùng Bacu. Năm 1947 lần đầu tiên phân lập được vi khuẩn Thiobacillus ferrooxidans từ nước thải hầm mỏ. 4
III CÁC VI SINH VẬT THAM GIA VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG III.1 CÁC VI SINH VẬT THAM GIA Đối với từng phương pháp tuyển khoáng khác nhau lại có những vi sinh vật khác nhau tham gia vào quá trình tuyển khoáng. III.1.1 Ngâm chiết. Các vi sinh vật tham gia vào quá trình này bao gồm những vi sinh vật hóa dưỡng vô cơ bắt buộc hay tùy tiện hoặc vi sinh vật dị dưỡng .Các vi sinh vật này có thể thuộc nhóm trung sinh hay ưa nhiệt và chúng chủ yếu là vi khuẩn. Thiobacillus ferrooxidans là vi khuẩn thường được nghiên cứu nhiều nhất trong mối quan hệ với các biện pháp xử lí thủy luyện kim sinh học các quặng và tinh quặng chứa sulfur.Thiobacillus ferrooxidans là một vi khuẩn hình que, Gram âm, di động bằng tiêm mao, không hình thành bào tử. Đứng một mình hay đôi khi thành từng cặp. Vi khuẩn hóa dưỡng vô cơ này thu nhận năng lượng cần thiết cho sinh trưởng và đồng hóa CO2 từ sự oxy hóa Fe2+ và các hợp chất lưu huỳnh vô cơ có tính khử. Các vi khuẩn ngâm chiết khác bao gồm: + Leptospirillum ferroosidans lần đầu tiên được phân lập từ quặng sulfur vàng. Nó có thể ngâm chiết pirit, có khả năng sinh trưởng tự dưỡng trên ion Fe2+. + Thiobacillus acidophilus có khả năng đối với cả sinh trưởng hóa tự dưỡng lẫn sinh trưởng dị dưỡng.Vi khuẩn này oxy hóa lưu huỳnh nguyên tố, đường, acid amin và các axcid cacboxylic. + Thiobacillus thioporus có khả năng oxy hóa lưu huỳnh nguyên tố, tio sulfat và nhiều loại sulfur kể cả sulfur kẽm. + Penicillium simplicissimum, beijerinckia. + Hàng loạt các vi sinh vật khác như nấm , tảo, động vật nguyên sinh cũng có mặt trong sự sinh trưởng cộng sinh trong các dung dịch ngâm chiết tồn tại trong tự nhiên. 5
III.1.2 Tích lũy kim loại nhờ vi khuẩn và tảo. Các vi sinh vật bao gồm xạ khuẩn, vi khuẩn lam ,nấm sợi và nấm men có khả năng tích lũy các kim loại nặng và các nuclide phóng xạ từ môi trường ngoài. Đối với từng cơ chế tíchlũy khác nhau mà có sự tham gia của các chủng vi sinh vật khác nhau. Sự hấp phụ sinh học không phụ thuộc vào trao đổi chất: + Vi khuẩn và Vi khuẩn lam: được chia làm hai loại chính là các vi khuẩn Gram dương và Gram âm. + Thành tế bào của các vi khuẩn Gram dương là các chất hấp thu kim loại có hiệu quả dù phổ hấp thu của chúng có thể khá rộng. Các vi khuẩn Gram dương như Bacillus megaterium,Micrococcus lysodeikticus, streptococcus mutans, Bacillus subtilis, Bacillus licheniformis, Micrococcus luteus. + Phần vỏ của các vi khuẩn Gram âm có cấu trúc hóa học khác biệt rõ rệt với thành tế bào vi khuẩn Gram dương. Chúng chứa hai lớp màng (màng sinh chất và màng ngoài) khác nhau về bản chất hóa học và kẹp giữa chúng là một lớp peptidoglycan mỏng nằm trong vùng không gian ngoại vi. Các vi khuẩn loại này bao gồm : Bacillus subtilis,, Escherichia coli(E.coli). + Tảo:Ankistrodesmusbraunii, Chlorellavulgaris, Eremosphaeraviridis, Scenedesmusobliquus. Sự tích lũy nội bào phụ thuộc vào trao đổi chất. +Vi khuẩn và Vi khuẩn lam: Bacillus subtilis, Escherichia coli(E.coli),vi khuẩn lam Anabeana cylindrical,Anacystis nidulans,… +Tảo: Chlorella pyrenoidosa, Stichococcus bacillaris. III.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VI SINH VẬT TRONG QUÁ TRÌNH TUYỂN KHOÁNG Như chúng ta đã biết vi sinh vật có khả năng tồn tại với sự biến hóa của nồng độ chất dinh dưỡng, nhất là các chất dinh dưỡng hạn chế. Tuy nhiên sự sinh trưởng của vi sinh vật chịu ảnh hưởng rất lớn đối với các 6
nhân tố vật lý, hóa học của môi trường sống. Vi sinh vật tuyển khoáng có thể tồn tại trong mội trường nhiệt độ và áp suất cao ( điều kiện nhiệt độ, áp suất của các hầm mỏ nằm sâu trong lòng đất, chủ yếu là các vi sinh vật thiếu khí và kị khí. Mặc dù có thể tồn tại trong môi trường này nhưng muốn các vi sinh vật này tham gia vào quá trình tuyển khoáng cần một số điều kiện hóa-lý-sinh nhất định. III.2.1 Các điều kiện vật lý + Nhiệt độ: vi sinh vật tuyển khoáng có khả năng tồn tại và tham gia vào quá trình tuyển khoáng ở nhiệt độ cao ( có thể lên đến 105˚C). Tuy nhiên một số vi sinh vật giảm khá năng hoạt động ở nhiệt độ thấp. Vd: Chlorella pyrenoidosa bị giảm khả năng hấp thụ tích cực Cd2+ ở nhiệt độ khoãng 4˚C. + Ánh sáng: vi khuẩn và vi khuẩn lam có thể hoạt động ở mọi môi trường ánh sáng, ngược lại một số loài tảo bị ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ tích cực khi môi trường thiếu ánh sáng. III.2.2 Các điều kiện hóa học + Độ pH: ở vi khuẩn và khuẩn lam độ pH có thể hoạt động thường nhỏ hơn 5( môi trường có tính acid ). Ở một số vi khuẩn pH tối ưu khoãng 1,7 đền 2,5. + Nồng độ các chất: vi sinh vật tuyển khoáng thường giảm khả năng hoạt động tuyển khoáng khi nồng độ một số chất quá cao. Một số loài có khả năng kháng với một số độc tố thường là kim loại nặng tuy nhiên khi nồng độ độc tố quá cao, các vi sinh vật này có khả năng bất hoạt. III.2.3 Các điều kiện sinh học Vi sinh vật tuyển khoáng chỉ hoạt động tốt khi môi trường bị giới hạn dinh dưỡng. dù cả vi sinh vật sống lẫn vi sinh vật chết đều có khả năng tham gia tuyển khoáng nhưng khả năng hoạt động và cơ chế của chúng có nhiều điểm không tương đồng. IV.NGÂM CHIẾT SINH HỌC IV.1 Các vi khuẩn ngâm chiết Thiobacillus ferrooxidans là vi khuẩn thường được nghiên cứu nhiều nhất trong mối quan hệ với các biện pháp xử lý thủy luyện sinh học các loại quặng và tinh quặng chứa sulfur. Vi khuẩn hóa dưỡng vô cơ này thu nhận năng lượng cần thiết cho sinh trưởng và đồng hóa CO2 từ sự oxi hóa Fe2+ và các hợp chất lưu huỳnh vô cơ có tinh khử. 7
Thiobacillus ferrooxidans T.ferrooxidans giống với Thiobicacillus thiooxidans là loại vi khuẩn thường có mặt trong các loại nước khai mỏ có tính acid. Thiobacillus thiooxidans Leptospirillum ferrooxidans lần đầu tiên phân lập được quặng sunfua vàng. Nó có thể ngâm chiết pirit, có khả năng sinh trưởng tự dưỡng trên ion Fe2+ và mẫn cảm với sự kìm hãm bởi ion Fe3+. 8
Leptospirillum ferrooxidans Sunfobacillus acidocaldarius được phân lập từ các suối nước nóng có tính acid. Nó sinh trưởng hóa tự dưỡng với các cơ chất là lưu huỳnh, các hợp chất khử lưu huỳnh và Fe2+. Sunfobacillus acidocaldarius Thiobacillus kabobis và Thiobacillus organooprus oxy hóa lưu huỳnh nguyên tố và sinh trưởng ở pH 1,5-5,0. Thiobacillus kabobis 9
Thiobacillus thioporus oxy hóa lưu huỳnh nguyên tố, tio sulfat và nhiều loại sulfur kể cả sulfur kẽm. Thiobacillus acidophilus có khả năng đối với cả sinh trưởng hóa tự dưỡng lẫn sinh trưởng dị dưỡng. Nó được phân lập từ một môi trường nuôi T.ferrooxidans. Vi khuẩn này oxy hóa lưu huỳnh nguyên tố, đường, acid amin và các acid cacbocylide ở pH 3,0-3,5. IV.2 Cơ chế tác động của vi khuẩn: Sự chiết kim loại ra khỏi quặng chứa sulfur có thể đạt được nhờ các phương thức trao đổi chất trực tiếp hay gián tiếp của vi sinh vật. Cơ chế trực tiếp: Cơ chế trực tiếp có thể biểu diển bằng phương trình sau: Vi khuẩn MS + 2O2 MSO4 Trong đó M là kim loại hóa trị hai. Trong sự oxy hóa trực tiếp các sulfur kim loại, MS là sự hòa tan cơ chất trước khi xảy ra sự trao đổi chất. Điều này có thể đạt được nhờ sự phân ly của MS: MS + M2+ S2- Anion sulfur được giải phóng ra sau đó sẽ lập tức được liên kết với hệ thống enzim của vi khuẩn và bị oxy hóa thành sulfat: Vi khuẩn 2- S + 02 SO42- Vì vậy, anion sulfur bị loại khỏi phương trình và cân bằng sẽ chuyển về phía bên phải gây ra một sự hòa tan mạnh hơn. Về mặt lý thuyết quá trình này có thể tiếp tục đến khi toàn bộ cơ chất ( MS) được chuyển hóa thành sản phẩm (MSO4). Tuy nhiên, trong hệ thống không liên tục sự tích lũy các sản phẩm có thể đạt tới một nồng độ trở nên độc dối với vi sinh vật hoặc hidroxi sulfat Fe3+ sẽ kết tủa trên bề mặt của cơ chất làm cản trở hoạt động của vi khuẩn. Sơ đồ này giải thích tại sao vi sinh vật này lại ưa ở ngay sát bề mặt khoáng vật. Hơn nữa người ta phát 10
hiện một mối quan hệ trực tiếp giữa tốc độ chiết kim loại ( dM2+/dt) độ hòa tan sản phẩm của các khoáng vật sulfur (Ksp): dM2+/dtKsp = αKsp = α[M2+][S2-] trong đó α là hệ số tỷ lệ thuận. Theo công thức trên, tốc độ chiết kim loại là cao nhất khi độ hòa tan sản phẩm của khoáng vật sulfur của nó là cao nhất. Cơ chế gián tiếp: Fe được tạo thành bởi vi sinh vật sẽ đóng vai trò làm chất oxy hóa mạnh 3+ làm tan nhiều loại quặng khác nhau trong cơ chế gián tiếp. Ví dụ đối với quá trình ngâm chiết quặng Uranium: UO2 + Fe2(SO4)3 UO2SO4 + 2FeSO4 Fe được sinh ra trong phương trình kia sẽ được tái oxi hóa bởi các vi 2+ khuẩn thành Fe3+ theo phương trình sau: Vi khuẩn 2FeSO4 + H2SO4 + 0,5 O2 Fe2(SO4)3 + H2O Vì vậy, trong phương thức áp dụng gián tiếp của vi khuẩn, vai trò của vi khuẩn là cung cấp một cách liên tục chất oxy hóa, Fe2(SO4)3, một nhân tố oxy hóa mạnh. Fe2+ sẽ thu được từ sự oxy hóa sinh học pirit là chất luôn luôn kết hợp với các sulfur và quặng Uranium: Vi khuẩn 2FeS2 + H2O + 0,5 O2 Fe2(SO4)3 + H2SO4 11
Mô hình sử dụng Uranium. Trong đó vi sinh vật tham gia vào 3 giai đoạn: xử lý quặng, xử lý nhiên liệu bị phát xạ và xử lý phế liệu. IV.3 Ngâm chiết sinh học quặng đồng: Hiện tại, khoảng 25% toàn bộ sản lượng đồng ở miền Tây nước Mỹ được sản xuất nhờ vi khuẩn học các loại quặng nghèo. Ngày nay, tất cả các nước sản xuất đồng đều sử dụng phương pháp ngâm chiết chất đống liên hiệp hoặc ngâm chiết tại chỗ để bổ sung vào hoạt động khai mỏ và/hoặc chế biến quặng. 12
mỏ đồng Kennecott (Bingham canyon) nơi có hàm lượng đồng rất thấp (< 0,4%) và sử dụng công nghệ ngâm chiết sinh học Các loại quặng đồng: Các loại khoáng vật sulfur đồng khác là bocnit ( Cu5FeS4), cubanit (CuFe2S3), enacgit (Cu3AsS4). Tất cả các khoáng vật này đều được oxy hóa nhờ vi khuẩn. 13
Quy trình: Việc ngâm chiết công nghiệp theo kiểu chất đống thường được tiến hành ở gần các điểm khai thác để giảm tối đa giá thành vận chuyển. Quặng nghèo được vận chuyển bằng xe tải hoặc băng chuyền tới một vị trí không thấm rồi đổ thành các đống có dạng hình nón cụt. Đa số các đống quặng được tạo dựng dựa vào các địa hình tự nhiên. Các đống quặng lớn có thể hơn tới 200m, rộng khoáng 80m ở phía đỉnh và 250m ở phía đáy và sức chứa tới 50000 – 300000 tấn quặng. Dung dịch ngâm chiết được phun lên phần đỉnh của các đống. Nó thấm qua phần thân đống và tích lại ở chân đống. Đồng được thu hồi từ dung dịch nhờ xementit hóa với sắt ( trong quá trình này, đồng được kết tủa dưới dạng kim loại trong khi sắt được hòa tan : Cu2+ + Fe0 Cu + Fe ) hoặc bằng cách chiết chọn lọc thành một dung môi hữu cơ bằng 2+ acid Sulfuride loãng để tạo ra một dung dịch sulfade đồng đậm đặc và tinh khiết, từ đó nó được kết tủa nhờ điện phân. Các đống quặng 14
Dung dịch ngâm chiết được phun lên phần đỉnh của các đống 15
H2SO4 H2SO4 Đống Quặng nghèo Dịch sau ngâm chiết quặng nghèo Ximentit hóa Chiết bằng dung môi Đồng ximentit Thu hồi nhờ điện (85%) Đồng catot (99,9%) Sơ đồ ngâm chiết quặng đồng Các đường chấm chấm được áp dụng trong trường hợp đồng được thu hồi từ dung dịch sau ngâm chiết nhờ xementit hóa với sắt phế liệu. Trong các xí nghiệp hiện đại, đồng được thu hồi nhờ phương pháp chiết nhờ dung môi và tách nhờ điện phân. Nói chung đồng xementit chứa khoảng 85% đồng, nó được trộn với tinh quặng tuyển nổi và được đưa vào nồi nấu kim loại trong bước thu hồi cuối cùng. Đồng thu được nhờ phương pháp tách chiết bằng dung môi - điện phân tinh khiết tới 99,9% và đầy đủ tiêu chuẩn để đưa ra thị trường. Các phương trình hóa học: Phản ứng tổng thể của sự ngâm chiết chancopirit diễn ra như sau: Vi khuẩn 16
2CuFeS2 + 8,5 O2 + H2SO4 2 CuSO4 + Fe2SO4 + H2O Phản ứng trên về bản chất mang tinh điện hóa và dựa trên sự oxi hóa anot chancopirit và sự khử catot oxi. Bằng cách sử dụng tinh quặng tuyển nổi, đã thu được một tốc độ tách đồng đạt tới 200-500 mg/dm3/giờ. Tuy nhiên trong trường hợp sử dụng tinh quặng tuyển nổi CuFeS2 bào mon người ta đã được trên 1600 mg/dm3/giờ. Đây là giá trị cao nhất đạt được cho đến nay đối với hoat động trao đổi chất của vi sinh vật. Chancopirit, một trong những quặng đồng sulfur quan trọng nhất, được hòa tan nhờ vi khuẩn theo phương trình: Vi khuẩn Cu2S + 2,5 O2 + H2SO4 2CuSO4 + H2O Tuy nhiên, phản ứng này diển ra trong hai bước: Bước 1: Vi khuẩn Cu2S + 0,5 O2 + H2SO4 CuS + CuSO4 + H2O Bước 2: Vi khuẩn CuS + 2 O2 CuSO4 Đồng được thu hồi từ dung dịch nhờ xementit hóa với sắt: CuSO4 + Fe Cu↓ + FeSO4 17
quá trình ngâm chiết KL quý V CƠ CHẾ TÍCH LŨY KIM LOẠI V.1 Tổng quan về sự tích lũy kim loại ở vi sinh vật Có nhiều loại vi sinh vật có khả năng biến đổi phân tách và tích lũy các kim loại nặng cũng như các nuclide phóng xạ ( đồng v ị phóng xạ ) t ừ môi trường ngoài. Các vi sinh vật này có thể là nấm men, nấm s ợi, x ạ khuẩn, khuẩn lam, tảo và một số loại vi khuẩn khác. Vi sinh v ật thông qua nhiều phản ứng khác nhau tạo thành nhiều loại trầm tích và các khoáng vật sa lắng. 18
Một số vi khuẩn có khả năng tích luỹ kim loại 1. B.megaterium; 2. Streptococcus mutans; 3. Micrococcus lysodeikticus Các cơ chế tham gia vào quá trình tích lũy kim loại này là nh ững mối tương quan lý-hóa như hấp phụ và kết tủa, các quá trình vận chuy ển và trao đổi chất của tế bào vi sinh vật. Cả tế bào sống lẫn tế bào ch ết đều có khả năng hấp thu và tích lũy kim lo ại do v ậy các s ản ph ẩm t ạo ra từ quá trình này sẽ là bản thân các tế bào vi sinh vật hoặc các ch ất bắt nguồn từ các tế bào như các sản phẩm tiết của trao đổi chất, các polysaccharide, các cấu tử của thành tế bào vi sinh vật… Số lượng kim loại tích lũy được có thể rất lớn và gấp nhiều lần lượng có trong tế bào vi sinh vật. Các quá trình tích lũy kim loại này có ý nghĩa công nghi ệp và môi trường vì sự loại bỏ các kim loại nặng và các nuclit phóng x ạ có nguy c ơ tiềm tàng trong nước thải công nghiệp và các loại nước thải khác nhờ vào sinh khối vi sinh vật có thể dẫn đến việc loại bỏ được đ ộc ch ất đ ồng thời thu hồi được các nguyên tố kim loại có giá trị kinh tế cao nh ư vàng hoặc bạc sau khi đã xử lý thích hợp nguồn sinh khối đó.Và trong th ực t ế, con người đã lợi dụng khả năng này để làm sạch nước thải công nghiệp chứa kim loại nặng và tận dụng lại nguồn kim loại này. 19
Nhiều kim loại nặng ở nồng độ thấp như Sắt(Fe), Đồng(Cu), Kẽm(Zn), Mangan(Mn)… là các nguyên tố không thể thiếu đối với sinh trưởng và trao đổi chất của vi sinh vật. Một số kim loại khác như Vàng(Au), Bạc(Ag), chì(Pb)…lại không có chức năng sinh học. Đặc tình của các kim loại này và các kim loại họ hàng khác là chúng có th ể r ất đ ộc với các tế bào sống. Do đó, nếu sử dụng các tế bào sống cho m ột h ệ thống loại kim loại thì độc tính có thể dẫn đến hiện t ượng đ ầu độc và bất hoạt. Tuy nhiên có thể khác phục đặc tính này bằng cách tách bi ệt quá trình nhân giống vi sinh vật với quá trình tiếp xúc kim lo ại hoặc s ử dụng các chủng vi sinh vật co khả năng chống chịu với kim loại ở nồng độ cao. Việc sử dụng sinh khối chết và các sản phẩm từ sinh khối chết sẽ loại trừ vấn đề độc tính không những của các kim loại hòa tan mà còn của các điều kiện vận hành và bảo dưỡng bất lợi, kể cả sự cung cấp ch ất dinh dưỡng. Tuy nhiên, tế bào vi sinh vật có thể tiến hành nhiều cơ ch ế tích lũy kim loại như vận chuyển, tạo các phức chất ngoại bào hoặc dạng kết tủa. Ngoài ra tính chống chịu và đề kháng với các độc chất là những đặc điểm rất thường gặp ở hầu hết các vi sinh vật. V.2 Cơ chế tích lũy kim loại nhờ vi sinh vật Cơ chế tách kim loại nặng và các nuclide phóng xạ có rất nhiều bao gồm các mối tương hỗ hóa-lý thuần túy như quá trình hấp phụ kim loại lên thành tế bào hoặc lên các thành khác của tế bào,quá trình trao đ ổi ch ất như vận chuyển, tạo khoang nội bào và kết tủa ngoài bào nhờ các s ản phẩm sinh ra từ quá trình trao đổi chất. Tùy theo loại vi sinh vật, cơ th ể mà khả năng và cơ chế hấp thu tích lũy kim loại có th ể khác nhau r ất nhiều dù có những đặc điểm chung. Cả tế bào sống và tế bào chết đều có khả năng tích lũy kim loại tuy nhiên cơ chế của chúng khác nhau ở từng trường hợp. Sự tích lũy kim loại ở vi sinh vật có thể chia thành hai giai đo ạn chính. Giai đoạn một là quá trình liên kết hoặc hấp thu không phụ thuộc vào quá trình trao đổi chất với thành tế bào và các b ề m ặt ngoài khác, thường diễn ra nhanh không tiêu tốn năng lượng và có thể diễn ra ở c ả t ế bào sống và tế bào chết. Giai đoạn hai là sự vận chuyển và tích lũy kim loại vào bên trong tế bào, diễn ra chậm, tiêu tốn năng lượng và ph ụ thu ộc vào quá trình trao đổi chất qua màng tế bào. Có th ể quan sát đ ược rõ ràng hai giai đoạn này trong phòng thí nghiệm ngắn hạn với điều kiện các huyền dịch tế bào tảo, vi khuẩn dị dưỡng và nấm men được cung c ấp một nguồn năng lượng và sự sinh trưởng mạnh không diễn ra. Một s ố trường hợp sự hấp thu nội bào là kết quả của quá trình thẩm thấu và khuếch tán do việc tăng tính thấm của màng tế bào gây ra, đặc biệt nếu độc tính được biểu hiện. Hai giai đoạn này có thể không quan sát đ ược ở 20