Đang tải... (xem toàn văn)
Công nghiệp dầu khí là một trong những ngành công nghiệp quan trọng, đem lại lợi ích vô cùng lớn cho nền kinh tế quốc dân.
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN MỞ ĐẦU Cơng nghiệp dầu khí ngành cơng nghiệp quan trọng, đem lại lợi ích vơ lớn cho kinh tế quốc dân Nguồn nguyên liệu dầu khí tạo nhiều sản phẩm phục vụ cho hầu hết lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, đời sống xã hội, an ninh quốc phịng… Bất kì nước sở hữu nguồn tài nguyên quý giá có tiềm phát triển kinh tế vượt trội, khơng ngừng tìm kiếm, khai thác với quy mô ngày tăng Đặc biệt với nước phát triển nước ta vai trị lại quan trọng Hiện Việt Nam nước khai thác dầu đứng thứ Đông Nam Á, dầu khai thác vào năm 1986 Vũng Tàu, tính đến năm 2004 khai thác dầu thứ 140 triệu tấn, hàng năm đem lại phần ba nguồn ngân sách quốc gia Hoạt động thăm dị khai thác dầu khí diễn sơi thềm lục địa phía Nam có xu hướng chuyển sang miền Bắc Thái Bình, Hải Phịng Bên cạnh mặt tích cực đó, hoạt động khai thác mạnh mẽ đồng nghĩa với việc thải môi trường nhiều phế thải tình trạng nhiễm lại trầm trọng thêm Trong ngành cơng nghiệp dầu khí, mùn khoan nguồn chất thải vơ lớn có nguy gây ô nhiễm cao, đặc biệt sử dụng dung dịch khoan gốc dầu Nó tạo tiến hành khoan thăm dò phát triển mỏ, gồm hỗn hợp đất đá với hoá chất dung dịch khoan lẫn vào Khi trình khoan sử dụng dung dịch gốc dầu tình trạng nhiễm lớn Về nguyên tắc nguồn phế thải phải đem vào bờ xử lí, nhiên việc xử lí chúng khó khăn tốn nên nhà thầu thường lãng Hiện ngành cơng nghiệp dầu khí nước ta áp dụng biện pháp hố lí thơng thường để làm giảm tác hại, mà khơng xử lí triệt để thải vào môi trường Vấn đề đặt cho nhà mơi trường phải xử lí chúng, phương án giải phải đảm bảo cho vừa hiệu quả, đơn giản mà lại kinh tế Do mà phương pháp sinh học ý ưu điểm vượt trội so với phương pháp hố lí như: an tồn với mơi trường, đơn giản, xử lí triệt giá thành lại rẻ Một phương pháp xử lí sinh học đem lại hiệu cao sử dụng chất hoạt hố bề mặt vi sinh vật tạo Chất hoạt hố THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN bề mặt sinh học hợp chất lưỡng cực cho phép hồ tan chất khơng tan vào nước, chúng dễ bị phân huỷ sinh học lại không độc thêm vào sản xuất từ nguồn chất phế thải ngành công nghiệp khác giá thành hạ lại giải tình trạng ô nhiễm nguồn phế thải sinh Để xử lí mùn khoan, CHHBM tỏ có triển vọng Ở Việt Nam, có số cơng trình nghiên cứu vế chất hoạt hố bề mặt sinh học, hướng nghiên cứu ứng dụng chúng mẻ Xuất phát từ yêu cầu thực tế đặt ra, tiến hành nghiên cứu đề tài: “Đánh giá khả tạo CHHBMSH chủng vi khuẩn phân lập từ mùn khoan dầu khí Vũng Tàu ảnh hưởng chúng lên khả phân huỷ dầu” THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU TÌNH HÌNH SỬ DỤNG DUNG DỊCH KHOAN VÀ VẤN ĐỀ XỬ LÍ MÙN KHOAN DẦU KHÍ HIỆN NAY 1.1 Tình hình sử dụng dung dịch khoan Trong ngành công nghiệp khai thác dầu khí, tiến hành khoan mỏ để bơi trơn mũi khoan, vận chuyển mùn khoan từ đáy giếng lên bề mặt, giữ áp suất vỉa ổn định để ngăn tượng phun trào, bảo vệ thành giếng khỏi sạt lở, bơi trơn chịng khoan, cần khoan người ta phải sử dụng dung dịch khoan (DDK) DDK hệ dung dịch bao gồm hỗn hợp chất điều chỉnh độ nhớt, chất tạo nhũ, chất phân tán, chất diệt khuẩn, chất phụ gia, NaCl, CaCl2, vôi, sét, BaSO4, chất chống nước nhằm tạo đặc tính mong muốn cho DDK Khi chúng pha với nước gọi DDK gốc nước, pha với dầu gọi DDK gốc dầu Hàm lượng dầu gốc DDK thường chứa 70% So với DDK gốc nước DDK gốc dầu đắt độc hại hơn, chúng có đặc tính hẳn như: ổn định nhiệt độ cao, chống sạt lở tốt, khả giữ dung dịch tốt Khi tiến hành khoan sâu, khoan nghiêng để đảm bảo thành công người ta sử dung dịch khoan gốc dầu Dầu gốc dung dịch khoan thường dầu diezen hay dầu thô Do gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường mà xu hướng sử dụng loại dầu gốc có độ độc thấp dầu khống, dầu thực vật hay dầu tổng hợp có độ độc thấp Dầu khống sản xuất từ dầu thơ loại bỏ hợp chất độc hại hợp chất thơm, dị vòng nên độ độc thấp dầu thơ Dầu thực vật có độ nhớt cao nên thường sử dụng dẫn xuất có độ nhớt thấp hơn, ưu điểm có khả phân huỷ sinh học tốt dầu thơ nên ảnh hưởng tới mơi trường Dầu tổng hợp có độ độc thấp, dễ phân huỷ sinh học, giá thành lại rẻ dầu thực vật nên sử dụng rộng dãi [5] Hiện giới Việt Nam, số nhà thầu sử dụng DDK gốc dầu tổng hợp saraline có độ độc thấp Saraline sản xuất từ dầu khoáng loại bỏ hợp chất thơm dị vịng độc hại, khơng chứa hợp chất thơm đa THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN vịng vốn hợp chất độc hại cho mơi trường, thành phần ankan mạch thẳng từ C12 đếnC25 Tuy dầu gốc xử lí loại bỏ thành phần độc hại, chúng gây tác động lớn tới môi trường sinh thái sức khoẻ người Các dầu gốc chứa thành phần hydrocacbon, thành phần tích tụ nồng độ cao ảnh hưởng tới trình trao đổi chất sinh vật Trong mơi trường nước tạo lớp váng bề mặt ngăn cản hoà tan oxy vào nước, trao đổi nhiệt khí thuỷ quyển, khơng cho ánh sáng vào nước từ ảnh hưởng tới nguồn thức ăn, dinh dưỡng, hô hấp sinh vật, tới loại ấu trùng Đối với môi trường đất, dầu đẩy nước khơng khí ngồi làm cho đất khả hấp thụ trao đổi, ngăn cản trình trao đổi chất hệ vi sinh vật đất Đối với người, ảnh hưởng thơng qua mơi trường nước, khơng khí, vào lưới thức ăn, gây tác động tới hệ tiêu hố, hệ tiết, hệ hơ hấp, hệ thần kinh Cụ thể dầu saraline, có công bố tác hại gây bệnh viêm phổi loại dầu [21] 1.2 Vấn đề xử lí mùn khoan dầu khí 1.2.1 Mùn khoan Mùn khoan sản phẩm phế thải ngành công nghiệp dầu khí, gồm hỗn hợp loại đất đá bị vỡ vụn tiếp xúc với mũi khoan vận chuyển lên mặt đất thông qua trình tuần hồn dung dịch khoan Hệ dung dịch khoan bơm vào bên ống khoan, độ nhớt vận tốc tuần hồn trì mùn khoan trạng thái huyền phù, thông qua không gian thành ống khoan thành lỗ khoan vận chuyển mùn khoan lên mặt, tách khỏi mùn khoan lại tuần hoàn trở lại giếng khoan Do đó, ngồi đất đá, mùn khoan cịn lẫn hố chất DDK Đối với trình sử dụng DDK gốc dầu mùn khoan thấm đầy dầu Mùn khoan tạo từ hoạt động khoan thăm dò phát triển mỏ Khối lượng mùn khoan phụ thuộc vào đường kính giếng, tốc độ khoan chiều dài cơng đoạn khoan Trong q trình khoan thăm dị, lượng mùn khoan tạo ít, đưa lên mặt đất, mùn khoan rửa sạch, phần giữ lại nghiên cứu, theo quy chế mùn khoan loại bỏ phải đưa vào bờ chôn, nước rửa mùn khoan phải xử lí THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Tuy nhiên, quy định khó thực đồng thời gây tốn nên nhà thầu thường trốn tránh trách nhiệm Giai đoạn khoan phát triển mỏ, số lượng giếng khoan nhiều cộng với lượng mùn khoan giếng lớn, khoan khai thác thường không lấy mẫu nên lượng mùn lại vô lớn Chỉ tính riêng mỏ Bạch Hổ, trung bình khoan giếng sâu 4000m tạo khoảng 350 m3 (900 tấn) mùn khoan Nếu trì tỉ lệ dầu 70% DDK gốc dầu mùn khoan thải có hàm lượng dầu vô lớn 1.2.2 Tác hại mùn khoan nhiễm dầu Với đặc thù sản phẩm phế thải nhiễm dầu, có số lượng lớn, mùn khoan gây tác hại không nhỏ Khi thải biển mùn khoan nhiễm dầu làm thay đổi môi trường sống sinh vật đáy, riêng chất độc hại mùn khoan xâm nhập vào thức ăn, tác động tới trình trao đổi chất, giết chết gây biến dạng giống loài, làm thay đổi hệ sinh thái biển, ảnh hưởng ô nhiễm dễ lan rộng đặc biệt khu vực có dịng hải lưu Tại đất liền việc chất đống mùn khoan hay làm vật liệu chôn lấp hố, ao hồ chiếm diện tích lớn, làm thay đổi địa hình sau cần dùng diện tích phải tốn chi phí bốc dỡ, khơng cịn làm nhiễm nguồn nước, khơng khí qua ảnh hưởng tới sức khoẻ người [5] 1.2.3 Tình hình xử lí mùn khoan nhiễm dầu Hiện nước ta nhiều nước giới, việc xử lí mùn khoan áp dụng biện pháp hố lí nhằm giảm thiểu lượng dầu bám dính mùn khoan trước thải xuống biển, vận chuyển vào bờ để lấp địa điểm tạo bề mặt xây dung hay xử lí thành nguyên vật liệu xây dựng Thái Lan, Malayxia, Tây Âu Các nước phát triển trình độ thấp chưa quan tâm tới mơi trường thường chấp nhận khoản phí bồi thường cho phép đổ tuỳ tiện chất thải [5] Nước ta áp dụng số biện pháp để giảm tác động mùn khoan nguồn lợi thuỷ hải sản môi trường biển: - Sử dụng sàng rung lưới thiết bị li tâm hiệu cao giàn khoan để giảm thiểu tối đa hàm lượng dầu bám dính mùn khoan đến 10% THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN - Thực chương trình giám sát mơi trường khu vực lân cận giếng khoan để đánh giá tình trạng thay đổi môi trường - Nghiên cứu độ độc loại dầu tổng hợp sinh vật Tuy nhiên, biện pháp không giải vấn đề triệt để, môi trường sinh thái bị tác động lớn PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC TRONG XỬ LÍ Ô NHIỄM DẦU 2.1 Vai trò vi sinh vật xử lí nhiễm dầu 2.1.1 Hệ vi sinh vật mùn khoan dầu khí Như nói trên, mùn khoan hỗn hợp loại đất đá lòng đất chuyển lên Mùn khoan chứa phần phụ gia dung dịch khoan, phần dầu (đối với DDK gốc dầu), nước lòng đất khu hệ vi sinh vật giếng khoan Các chất thường sử dụng dung dịch khoan là: tinh bột, cacbonoxymetylcellulo, lignosulfonat, loại gum tự nhiên, dầu nhũ hoá, dầu gốc [23] Các chất nhiều nhà khoa học chứng minh có khả bị phân huỷ vi sinh vật: Bacillus subtilis, Pseudomonas sp., vi khuẩn khử sunphat Desulfovibrio desulfuricans [15] Mặc dù mùn khoan thường bổ sung chất diệt khuẩn khả bị công vi sinh vật chất kể cao Việc có mặt nước mùn khoan làm tăng khả phân huỷ dầu vi sinh vật Smirnova chứng minh có nhiều loại vi khuẩn bao gồm loại oxy hố hydrocacbon có mặt DDK [15] Do vùng địa lí có khu hệ vi sinh vật khác nên mẫu mùn khoan lấy địa điểm khác có khu hệ vi sinh vật đặc trưng khác Hệ vi sinh vật mùn khoan sở cho biện pháp xử lí dầu biện pháp sinh học 2.1.2 Cơ chế phân huỷ hydrocacbon Cơ chế phân huỷ hydrocacbon vi sinh vật nhà khoa học nước nghiên cứu Vi sinh vật sử dụng hydrocacbon làm nguồn dinh dưỡng lượng cho sinh trưởng phát triển Việc sử dụng hydrocacbon vi sinh vật xảy theo hai hướng: - Đối với số hydrocacbon tan nước, vi sinh vật hấp thụ trực tiếp THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN - Với hydrocacbon khó tan mà tan dạng nhũ tương dầu nước trình phân huỷ vi sinh theo trình tự bước: hoà tan hydrocacbon dạng nhũ tương dầu nước cách tiết chất hoạt hố bề mặt sinh học, sau vi sinh vật tiếp xúc với dầu, cuối tiết enzyme để chuyển hoá hydrocacbon thành chất mà sử dụng Nhìn chung hydrocacbon khác bị phân huỷ nhiều loại vi khuẩn nhiều đường khác 2.1.2.1 Cơ chế phân huỷ ankan Khả phân huỷ ankan phụ thuộc vào cấu trúc phân tử chúng Thông thường hydrocacbon bậc bậc dễ phân huỷ hydrocacbon bậc a Cơ chế phân huỷ n-ankan: Quá trình phân huỷ ankan khơi mào nhờ enzym mono-oxygenaza di-oxygenaza Quá trình địi hỏi có tham gia phân tử oxy chất cho điện tử NADPH2 Các giai đoạn oxy hoá ankan: * Giai đoạn 1: Tạo thành rượu, xảy qua bước Tạo thành hợp chất peoxyt R- CH2- CH3 + O2 —> R- CH2- CH2- OOH Hợp chất peoxyt không bền tác dụng NADPH2 tạo thành rượu nước: R- CH2- CH2- OOH + NADPH —> RCH2- CH2- OH + H2O + NADP (2) Từ ankan chuyển thành rượu có hai khả xảy ra: Tạo thành rượu bậc 1: xảy nhóm OH gắn vào C bậc (2) Tạo thành rượu bậc hai: nhóm OH gắn với C bậc 2: R-CH2-CH2 - OOH + O2 + NADPH2 —> R- CH- CH2 + H 2O + NADP | OH * Giai đoạn 2: Rượu bậc tạo thành andehit R- CH2 - CH - OH +1/2 O2 —> R- CH2 - CHO + H2O THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Rượu bậc tạo thành xeton: R - CH - CH + 1/2 O —> R – CH - CH3 +H 2O | || OH O * Giai đoạn 3: tạo thành axit béo: - Các xeton bị oxy hoá tạo thành este, liên kết este bị phá vỡ tạo axit rượu bậc một, rượu bậc lại bị oxy hoá thành andehit axit béo: R- CH2- C- CH3 —>R- CH2-O- C - CH3 —>R- CH2 - OH + CH3 - COOH || || O O - Các andehit bị oxy hoá thành axit béo: R - CH 2- CHO +1/2 O2 —>R - CH2 - COOH Có trường hợp oxy hoá xảy hai đầu ankan tạo thành diol, dicacbonxylic * Giai đoạn 4: axit béo bị oxy hoá tiếp nhờ tru trình õ - oxy hố Axit béo mạch dài tác dụng loại enzym chuyển sang dạng acetyl coenzym A chuyển hoá tiếp tác dụng nhiều enzym khác Kết sau chu kì chuyển hố, nhóm acetyl CoA bị cắt phân tử axit béo bị cắt hai nguyên tử cacbon Sản phẩm cuối chu trình õ – oxy hoá CO2 nước b Cơ chế phân huỷ alkan mạch nhánh: Do cản trở mặt không gian nên khả phân huỷ chúng n-ankan Theo Atlas, vi sinh vật phân huỷ ưu tiên C bậc1 bậc 2, C bậc khó phân huỷ Ankan có nhóm metyl dầu mạch khó phân huỷ mạch Ankan có mạch nhánh dài dễ bị phân huỷ ankan có mạch nhánh ngắn Trong q trình nghiên cứu phân huỷ ankan mạch nhánh, người ta đề xuất biến dạng chu trình TCA chu trình Metylcitrat, thay vào vị trí axit citric metylcitrat c Cơ chế phân huỷ cycloankan: THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Cycloankan cấu tử dầu thơ Khơi mào cho phân huỷ cycloankan enzym monooxygenaza oxygenaza Dưới tác dụng enzym này, cycloankan bị phân huỷ thành cycloankanol Theo tác giả, khả phân huỷ cyclohexan mạnh dãy đồng đẳng cycloankan Cùng vịng cycloankan chất có mạch nhánh dài dễ phân huỷ Khi phân huỷ cyclohexan, q trình hydroxyl hố xúc tác enzym oxydaza chức tạo rượu mạch vòng Rượu mạch vịng bị dehydro hố để tạo xeton, xeton bị oxy hoá tiếp thành lacton Lacton bị thuỷ phân, nhóm hydroxyl bị oxy hố thành nhóm andehit nhóm cacboxyl Kết axit dicacboxylic bị biến đổi tiếp nhờ chu trình õ - oxy hố Các vi sinh vật có khả phát triển cyclohexan phải thực tất phản ứng Tuy nhiên ta thường gặp vi sinh vật có khả chuyển cyclohexan thành rượu mạch vịng khơng có khả lacton hố mỏ mạch vòng Do chế cộng sinh trao đổi chất (cometabolism) đóng vai trị quan trọng phân huỷ sinh học hợp chất hydrocacbon mạch vòng 2.1.2.2 Cơ chế phân huỷ hydrocacbon thơm a Benzen Xúc tác ban đầu cho q trình oxy hố benzen enzym dioxygenaza, tức phân tử oxy gắn trực tiếp vào cacbon vòng thơm b Naphtalen Xúc tác enzym oxygenaza, gắn phân tử oxy vào phân tử naphtalen để tạo thành cis-1,2 dihydroxyl 1,2 dihydro naphtalen, sau tách nước để thành 1,2-dihydroxynaphtalen Tại đây, vòng bị cắt để tạo thành cis-ohdroxyl benzan pyruvic axit, sau tiếp tục bị oxy hố tạo thành salicyandehyd, salicylic axít catechol, tiếp cắt vịng khác theo hướng -octhor hay metha phụ thuộc vào chủng vi khuẩn Cũng có trường hợp xúc tác để oxy hoá naphtanen enzym monooxygenaza, tức nguyên tử phân tử oxy gẵn vào vòng naphthalen cuối cho ta cis-1,2-dihydroxyl 1,2 -dihydronaphtalen Nấm mốc nhóm vi sinh vật chiếm ưu chủng loại có khả phân huỷ naphtalen THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Như vậy, naphtalen bị chuyển hố thành phân tử có khối lượng bé nhờ vi sinh vật, làm cho dầu nặng trở thành dầu nhẹ hơn, độ nhớt dầu giảm 2.2 Cỏc yếu tố ảnh hưởng tới khả phõn huỷ dầu vi sinh vật Sự phỏt triển vi sinh vật phõn huỷ dầu phụ thuộc lớn vào cỏc nguồn chất cỏc điều kiện mụi trường sống: nhiệt độ, pH, ỏp suất Trong tự nhiờn, tồn cỏc vi sinh vật cú khả sử dụng hydrocacbon đa dạng Chỳng cú thể sống nơi cú điều kiện khắc nghiệt giếng khoan cú độ sõu hàng nghỡn với ỏp suất từ 200 – 400 atm nhiệt độ lớn 100 0C Mặt khỏc chỳng cú thể sống cỏc vựng ven biển, nơi mà hàng cú thay đổi lớn độ muối nhiệt độ tỏc động súng thuỷ triều Do đú tồn phỏt triển vi sinh vật cú khả sử dụng hydrocacbon dải nhiệt độ ỏp suất khỏ lớn Đa số cỏc vi sinh vật phự hợp với nhiệt độ từ 25 – 300C ỏp suất atm [4] Một nhõn tố mụi trường tỏc động tới phõn bố phỏt triển vi sinh vật pH Đa số cỏc vi sinh vật sống mụi trường cú pH trung tớnh kiềm yếu Khớ hậu ảnh hưởng lớn đến phỏt triển vi sinh vật Nước ta cú khớ hậu nhiệt đới giú Mựa hố, nhiệt độ cao độ ẩm lớn tạo điều kiện tối ưu cho vi sinh vật phỏt triển Mựa đụng, nhiệt độ độ ẩm giảm thỡ khả phỏt triển vi sinh vật yếu Bờn cạnh đú, phỏt triển vi sinh vật phụ thuộc nhiều vào thành phần muối khoỏng mụi trường Sự phỏt triển vi sinh vật sử dụng dầu vựng thềm lục địa phong phỳ đa dạng đại dương Trong cỏc nguyờn tố dinh dưỡng khoỏng N P hai nguyờn tố chớnh ảnh hưởng tới khả sử dụng hydrocacbon vi sinh vật Tại nhiều vựng ụ nhiễm dầu, người ta dựng nhiều phõn vụ tổng hợp N, P, K rải xuống nơi ụ nhiễm nhằm kớch thớch phỏt triển vi sinh vật [4] Cỏc vi sinh vật khỏc sử dụng hyrocacbon khác Trong cỏc hydrocacbon, hydrocacbon no hydrocacbon thơm bị phân huỷ nhiều tốt Các đặc tính mùn khoan có ảnh hưởng tới khả phân huỷ vi sinh vật Mùn khoan chất thấm đậm DDK - dung dịch kiềm tính 10 THƯ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN Log số lượng tế bào (CFU/ml) T-37 E-22 T-30 E-30 E-37 80 70 60 50 40 30 20 10 48 72 80 96 104 ChØ sè nhị ho¸ E24 (%) T-22 168 Thêi gian (giê) Hình Ảnh hưởng nhiệt độ tới phát triển tạo CHHBM chủng M150 Từ số liệu thu Bảng Hình cho thấy, nhiệt độ thích hợp cho việc tổng hợp CHHBM 30o C Nhiệt độ cao hay thấp ảnh hưởng tới sinh trưởng tạo CHHBM chủng thể rõ ràng nhiệt độ 22oC 37oC vi khuẩn tạo sinh khối số nhũ hoá thấp Vậy nhiệt độ 30o C phù hợp cho sinh trưởng tạo CHHBM số nhiệt độ nghiên cứu Nhiệt độ nhiều nhà khoa học thông báo phù hợp cho phát triển đa số loài vi khuẩn Nhiệt độ 30o C sử dụng cho thí nghiệm 3.4 Khảo sát thay đổi nguồn cacbon Để thu CHHBM cao nhất, nguồn cacbon yếu tố quan trọng Chúng lựa chọn nguồn cacbon DO, paraffin, dầu oliu nguồn cacbon thông báo phù hợp cho tạo CHHBMSH dầu saralin nguồn cacbon mùn khoan cần xử lí Tiến hành thí nghiệm với nguồn cacbon DO, dầu saralin, paraffin, dầu oliu điều kiện nồng độ muối 0,5%; pH=7,5; điều kiện nhiệt độ phòng Kết thể Bảng Hình Bảng Ảnh hưởng nguồn cacbon tới 41 THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN phát triển tạo CHHBM Thời Log số lượng tế bào (CFU/ml) gian (giờ) DO 4,9 4,9 48 6,8 72 Saralin Parafin Chỉ số nhũ hoá E24(%) Oliu DO Saralin Paraffin 4,9 4,9 0 0 7,1 5,9 6,3 0 0 8,2 8,7 7,3 7,1 17,7 0 96 9,6 9,5 8,5 7,1 54,4 41 13,2 168 8,3 4,2 8,4 7,2 50,0 35,5 31,2 D DO D Saralin D Parafin D Oliu E DO E Saralin E Paraffin Oliu E Oliu 50 40 30 20 10 Chỉ số nhũ hoá E24 (%) 60 Log số lượng tÕ bµo (CFU/ml) 10 0 48 72 Thêi gian (giê) 96 168 Hình Ảnh hưởng nguồn cacbon lên khả sinh tổng hợp CHHBM chủng M150 Các số liệu cho thấy dầu DO nguồn cacbon thích hợp số nguồn cacbon khảo sát cho tạo CHHBM chủng M150 đồng thời cho phát triển chủng số nhũ hoá đạt E24= 54,4 % Như điều kiện pH =7,5; nồng độ muối 0,5%; nhiệt độ 30oC dầu DO thích hợp cho chủng sinh trưởng tạo CHHBMSH 42 THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Sự tạo thành CHHBMSH song song với trình phát triển chủng E24 tăng số lượng tế bào tăng theo Kết thu hợp lí CHHBM tạo nhằm mục đích giúp vi sinh vật sử dụng dễ dàng nguồn cacbon không tan nước nguồn cacbon khảo sát MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM CỦA CHHBMSH TẠO RA TỪ CHỦNG M150 4.1 Cấu trúc CHHBMSH Cấu trúc phân tử chất hoạt hoá bề mặt chủng M150 nghiên cứu phương pháp phân tích phổ hồng ngoại Kết thu biểu diễn Hình cho thấy cấu trúc phân tử chất hoạt hố bề mặt có chứa nhóm chức -OH, CH2, CH Nhóm – OH với vị trí tương ứng với tần số giao động v = 1653/cm, v = 1079,09/cm, v = 3377,49/cm Nhóm CH tương ứng với vị trí có tần số giao động v = 1379,29/cm Tại vị trí có tần số giao động v = 1735,42/cm gốc dầu Các nhóm chức có mặt thành phần chất hoạt hoá bề mặt sinh học quan bảo vệ môi trường Mỹ cơng bố Trong nhóm chức nói nhóm -OH đóng vai trị tác nhân ưa nước Nhóm CH, gốc dầu đóng vai trị tác nhân kị nước Tuy nhiên để kết luận xác CHHBM chủng tạo có thuộc nhóm trehalolipit nhiều lồi thuộc chi Brevibacterium hay khơng cần phải phân tích tiếp khối phổ 43 THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Hình Phổ hồng ngoại CHHBMSH chủng M150 tạo 44 THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN 4.2 Hàm lượng CHHBMSH Sau xác định điều kiện mơi trường thích hợp thời điểm sinh CHHBMSH cao nhất, tiến hành thu CHHBMSH để đánh giá hàm lượng cao 1ml dịch ni cấy Sau lắc120h điều kiện pH =7,5; nồng độ muối 0,5%; nguồn cacbon dầu DO; nhiệt độ 30oC, tiến hành thu CHHBMSH cách kết tủa với acetone, sấy khô chân khơng đem cân cân phân tích trọng lượng khô CHHBMSH 11,6 g/l 4.3 Độ bền CHHBM Do điều kiện thực tế xử lí nhiễm nhiệt độ cao, để ứng dụng được, việc xác định khả chịu nhiệt CHHBM cần thiết Độ bền CHHBM đánh giá thông qua nhiệt độ thời gian lưu giữ Khi tiến hành giữ nhiệt độ 100oC số nhũ hố cịn 92,8% sau 30 phút đun 78% sau 1h Độ bền đánh giá 30oC 55oC thời gian ngày, 10 ngày, 15 ngày Kết thể Bảng Bảng Độ bền CHHBM chủng M150 sinh (%) Thời gian ngày 10 ngày 15 ngày 30oC 100 100 92,8 55oC 100 89 80 Nhiệt độ Như CHHBMSH tương đối bền với nhiệt: 30o C hoạt tính khơng thay đổi sau 15 ngày, cịn 55o C hoạt tính biến động hơn, 100oC hoạt tính cịn đáng kể sau 30 phút ẢNH HƯỞNG CỦA CHHBMSH ĐẾN KHẢ NĂNG PHÂN HUỶ DẦU CỦA QUẦN THỂ VI SINH VẬT TRONG MÙN KHOAN Sau có kết đặc tính CHHBMSH chủng M150 tạo Chúng tiến hành thu CHHBM, bổ sung vào môi trường chứa dầu saralin với vi sinh vật sử dụng dầu mùn khoan để đáng giá khả kích hoạt vi sinh vật phân huỷ dầu saralin lượng CHHBM 45 THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN bổ sung có ý nghĩa ảnh hưởng Kết thu định hướng cho chúng tơi q trình xử lí với quy mơ lớn Ảnh hưởng CHHBM đánh giá thông qua tác động làm thay đổi số lượng vi sinh vật mùn khoan Khi số lượng vi sinh vật tăng lên có nghĩa chủng sử dụng dầu làm nguồn dinh dưỡng lượng dầu giảm Đây cách thức để xử lí nhiễm dầu theo phương pháp biostimulation – lấy quần xã sinh vật địa làm trung tâm q trình xử lí nhiễm Sự biến động số lượng vi sinh vật thể Bảng Bảng Ảnh hưởng CHHBMSH lên số lượng vi sinh vật mùn khoan CHHBM bổ sung Số lượng vi sinh vật (CFU/ml) (ml) Trước thí nghiệm Sau thí nghiệm 4,27.103 6,2.102 1,7.106 7,8.108 1,1.109 Kết cho thấy bổ sung CHHBM chủng M150 vào môi trường chứa dầu làm tăng số lượng vi sinh vật mùn khoan nhiễm dầu Số lượng vi sinh vật tăng lên cao tới triệu lần so với ban đầu sau ngày Trong thí nghiệm khơng bổ sung CHHBM số lượng vi sinh vật giảm tới gần 10 lần Khi bổ sung từ đến 3ml CHHBMSH có ảnh hưởng làm tăng rõ rệt Ở 2ml số lượng tế bào tăng lên lớn 70,9% so với bổ sung ml Lượng CHHBM bổ sung 3ml làm tăng số lượng vi sinh vật rõ Số lượng vi sinh vật tăng lên tới 10 CFU/ml Vậy kết luận CHHBM chủng M150 sinh có tác động kích thích vi sinh vật mùn khoan sử dụng dầu saralin Lượng chất bổ sung 3ml làm tăng rõ nhấtvà có ý nghĩa ứng dụng 46 THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN KẾT LUẬN Từ 16 chủng vi khuẩn phân lập từ mùn khoan dầu khí Vũng Tầu lựa chọn chủng có khả sử dụng dầu cao MT3, M150, MX Trong chủng M150 có khả sử dụng dầu mạnh có số nhũ hoá cao 72,7% Chủng xác định Brevibacterium celere lựa chọn để nghiên cứu tiếp Xác định số đặc điểm sinh hố chủng M150: có khả khử NO3 thành NO2, sử dụng arginin, ure, gluco điều kiện hiếu khí, sử dụng yếu gluconat, adipat, malat, khơng có khả sử dụng, gelatin, trytophan, escunin, caprat, ciprat phenylacetat, gluco điều kiện kị khí Xác định động thái sinh tổng hợp CHHBMSH chủng nghiên cứu mạnh từ 96 đến 144 với số nhũ hố E24 đạt 72,8%, hoạt tính bắt đầu giảm 168 50% Xác định điều kiện tạo CHHBM cao pH =7,5; nhiệt độ phù hợp 30o C; nồng độ NaCl thích hợp 0,5 %, nguồn cacbon tạo CHHBM mạnh nguồn cacbon nghiên cứu dầu DO Khả tạo CHHBM cao chủng M150 11,6 g/l Xác định độ bền CHHBM theo nhiệt độ thời gian: sau xử lí nhiệt độ 100 C hoạt tính lại 92,8% sau 30 phút 78% sau giờ, cịn 100% hoạt tính sau 10 ngày giữ 30 oC giảm 92,8% sau15 ngày giữ, 55oC hoạt tính giảm mạnh sau 10 ngày cịn 89% Kết thí nghiệm cho thấy CHHBM chủng M150 sinh có tác dụng tăng cường khả phân huỷ dầu Tác động mạnh bổ sung đến ml Kết luận CHHBMSH chủng sinh có khả ứng dụng để xử lí mùn khoan 47 THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN PHỤ LỤC Hình Khả nhũ hố chủng M150 với nguồn cacbon khác Hình Khả nhũ hoá CHHBMSH nhiệt độ khác 48 THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Hình 10 Ảnh hưởng pH tới khả phát triển nhũ hố dầu chủng M150 Hình 11 Khả nhũ hoá chủng M150 với nồng độ muối khác 49 THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Hình 12 Hình thái tế bào chủng M150 50 THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt: Đinh Thị Ngọ,(2001), Hoá học dầu mỏ khí, Nhà xuất khoa học kĩ thuật Dỗn Thái Hồ, Phan Văn Lập, Trần Đình Mấn, Nguyễn Đình Việt, Lại Thuý Hiền, (2003), “Nghiên cứu ảnh hưởng CHHBMSH tạo từ chủng vi khuẩn Pseudomonas aeruginosa ASB lên tính lưu biến dầu thơ Bạch Hổ” Lại Thuý Hiền, (1997), Giáo trình cao học vi sinh học dầu mỏ, Viện sinh thái tài nguyên sinh vật, chung tâm khoa học tự nhiên tài nguyên quốc gia Lại Thuý Hiền, Đỗ Thu Phương, Hoàng Hải, Phạm Thị Hằng, Lê Phi Nga, Lê Thị Nhi Công, Kiều Hữu Ảnh, (2003), “Chọn chủng vi sinh vật tạo CHHBMSH cao ứng dụng công nghiệp dầu khí xử lí mơi trường” Tạp chí thơng tin dầu khí giới số 7/ 2005 Tài liệu tiếng Anh Abu-Ruwaida A S., I M Banat., S Haditirto., S Salem., and M Kadri., (1991), “Isolation of biosurfactant production bacteria – product characterization and evaluation” Acta Biotechnol, pp 315- 324 Asselineau C., Asselineau J P., (1978), Chem Fats Lipid, 16, pp 59 -99 Banat I.M., (1995), “Characterrization of biosurfactant and their use in pollution removal”, Acta Biotechnol, pp 251-267 Barksdate L and Kim K S., (1977), Bacteriol Rev., pp 217 -230 10 Belsky J., Gutnick D L., Rosenberg E., (1979), “Emulsifier of Athrobacter RAG- 1: Determination and emulsifier bound fat acid” REFBS Letts., pp 175 -178 11 Borraccino R., Kharoune M., Giot R., Agathos S.N., Nyns E.J., Naveau H.P., Pauss A., (2001), “Abiotic transformation of catechol and – naphthol in aqueous solution – influence of environmental factors” Water research, 35, pp 3729 -3737 51 THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN 12.Cameron D.R., Cooper D G., Neufeld R J., (1988), “The manoprotein of Sacharomyces cerevisiae is an effective bioemulsifier” Environ Microbiol, pp 1420-1425 13 Cooper D G., Pillon D W., Mulligan C N., Sheppard J D., (1986), “Biological additives for improved mechanical dewatering for fuel- grade peal”, Fuel, pp 255-259 14 Cooper D.G., Zajic J.E., Denis C., (1981), Oil Chem Soc., pp.77-80 15 Davis J.B., (1967), “Petroleum microbialogy”, Amsterdam Elvevier Publ Co Elvervier 16 Desai J.D., Banat I.M (1997), “Microbial production of surfactants and their commercial potential”, Microbiol Biol Rev., 61, pp 47 -64 17 Elenap I., Richard C., Yulia A., (2006), “Brevibacterium celere sp Nov., isolated from degraded thalluses of the brown algae” 18 Fautz B., Wagner F., (1986), Biotech Lett, pp 757-760 19 Fogt J.M., Westlake D.W., Johnson W.M., Ridgway H.F., (1996), “Environmental gasoline-utilizing isolates and clinical isolates of Pseudomonas aeruginosa are taxonomically indistinguishable by chemotaxonomic and molercular techniques”, Microbiol., 142, pp 23332340 20 Guerra-Santos L H., Kappeli O., Feichter A., (1984), “Pseudomonas aeruginosa biosurfactant production in continuous culture with glucose carbon sources” Appl Environ Microbiol, pp 301-305 21 Guerra-Santos L., Kappeli O., Feichter A., (1986), Appl Microbiol Bioltechnol, pp 443-448 22 Hauser G., Karnovsky M L J., (1954), Bacteriol., pp 645-654 23 Health and safety laboratory, (2000), “Drilling fluid composition and use within the UK offshore drilling industry” 24 Ito S., Inoue S., (1982), Biotechnol Microbiol., pp 173 -176 25 Kappeli O., Fiechter A., (1977), “Chemical and structural alterations at the cell surface of Candida tropicalis, induced by hydrocacbon substrate” J Bacteriol., pp 952-958 26 Kappeli O., Finerty W R., (1979), “Partition of ankane by an extracellular vesile derived from hexandecane grown Acinetobacter” J Bacteriol, pp 707-712 52 THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN 27 Leahy J.G., Colwell R.R., (1999), “Microbial degradation of hydrocarbon in the environment” Microbiol Rev., 54, pp 305-315 28 Marahiel M., Danders W., Kcause M., Kleikauf H., (1979), Biochem., pp 59 – 52 29 Margaritis A., ZaZic J E., (1979), “Production and surface active properties of microbial surfactant” Biotechnol Bioeng., pp 1151-1162 30 Karanth N G K., Deo P G., Veenadig N K., (2000), “Microbiol production of biosurfactants and their importance” 31 Kosaric N., (1992), “Biosurfactant in industry” 32 Parkinson M., (1985), Biotechnol Adv, pp 65-83 33 Peypox F., Bonmatin J M., (1999), “Recent trends in the biochemistry of surfactant”, Appl Microbiol Biotechnol, 51, pp 553-563 34 Randhirs M., Karl J R., (2003), “Comparison of synthetic surfactants and biosurfactants in enhancing biodegradation of polycyclic aromatic hydrocarbon” 35 Rubino W C., Gutnick D L., Appl Environ Microbiol., (1979), pp 402-408 36 Ruhn H J., Reiff I., (1981), Biochem Eng., pp 175 -216 37 Saferty date sheet – saralin 200, (2003) 38 Yakimov M M., Timmis K N., Wray V., Fredrickson H J., (1995), “Characterization of new lipopedtide surfactant produced by thermotolerant and halotolerant subsurface Bacillus licheniformis ABS50”, Appl Microbiol Biotechnol., 61, pp.1706-1713 53 THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYEÁN MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU Tình hình sử dụng dung dịch khoan vấn đề xử lí mùn khoan dầu khí nay3 1.1 Tình hình sử dụng dung dịch khoan 1.2 Vấn đề xử lí mùn khoan dầu khí 1.2.1 Mùn khoan 1.2.2 Tác hại mùn khoan nhiễm dầu .5 1.2.3 Tình hình xử lí mùn khoan nhiễm dầu Phương pháp sinh học xử lí nhiễm dầu 2.1 Vai trò vi sinh vật xử lí nhiễm dầu 2.1.1 Hệ vi sinh vật mùn khoan dầu khí .6 2.1.2 Cơ chế phân huỷ hydrocacbon 2.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới khả phân huỷ dầu vi sinh vật 10 2.3 Các phương thức xử lí sinh học 11 Vai trò chất hoạt hoá bề mặt sinh học (Bio-surfactant hay Microbial surface active agent) 13 3.1 Bản chất chất hoạt hoá bề mặt sinh học 13 3.2 Các loại CHHBMSH 14 3.3 Khái quát trình tạo CHHBMSH vi sinh vật .16 3.4 Các vi sinh vật có khả tạo CHHBMSH 17 3.5 Các yếu tố ảnh hưởng tới khả sản xuất CHHBMSH 19 3.6 Một số ứng dụng CHHBMSH 22 CHƯƠNG VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 Vật liệu 27 1.1 Nguyên liệu 27 1.2 Hoá chất môi trường nuôi cấy 27 1.3 Thiết bị máy móc 28 Phương pháp nghiên cứu 28 2.1 Giữ giống nhân giống 28 2.2 Tuyển chọn chủng có khả sử dụng dầu mạnh 28 2.3 Quan sát hình thái 28 54 THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN 2.4 Xác định đặc điểm sinh hoá phép thử hoá sinh: nhằm mục đích xác định khả sử dụng số chất chủng nghiên cứu 29 2.5 Xác định số lượng tế bào môi trường thạch (phương pháp Koch) 29 2.6 Đánh giá khả sinh CHHBM theo phương pháp Pruthi 29 2.7 Tối ưu hoá số yếu tố ảnh hưởng đến trình tạo CHHBM theo phương pháp Gause- Zenden 30 2.8 Phân tích sản phẩm phổ hồng ngoại 30 2.9 Xác định trọng lượng khô CHHBM 30 2.10 Xác định độ bền hoạt tính CHHBM 31 2.11 Đánh giá ảnh hưởng CHHBMSH lên mùn khoan 31 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33 Một số chủng vi khuẩn sinh CHHBMSH 33 1.1 Tuyển chọn chủng có khả sử dụng dầu mạnh 33 1.2 Đặc điểm hình thái số chủng phân huỷ dầu .33 1.3 Khả sinh CHHBMSH chủng vi khuẩn phân huỷ dầu 34 Một số đặc điểm sinh lí sinh hố chủng M150 35 2.1 Một số đặc điểm sinh hóa 35 2.2 Động thái sinh tổng hợp CHHBM chủng M150 35 Tối ưu hoá điều kiện tạo CHHBM 36 3.1 Khảo sát thay đổi pH môi trường 36 3.2 Khảo sát thay đổi nồng độ muối NaCl môi trường 38 3.3 Khảo sát thay đổi nhiệt độ môi trường 40 3.4 Khảo sát thay đổi nguồn cacbon 41 Một số đặc điểm CHHBMSH tạo từ chủng M150 .43 4.1 Cấu trúc CHHBMSH 43 4.2 Hàm lượng CHHBMSH 45 4.3 Độ bền CHHBM 45 ảnh hưởng CHHBMSH đến khả phân huỷ dầu quần thể vi sinh vật mùn khoan 45 KẾT LUẬN 47 55 ... dụng chúng mẻ Xuất phát từ yêu cầu thực tế đặt ra, tiến hành nghiên cứu đề tài: ? ?Đánh giá khả tạo CHHBMSH chủng vi khuẩn phân lập từ mùn khoan dầu khí Vũng Tàu ảnh hưởng chúng lên khả phân huỷ dầu? ??... phút; đem đo hoạt tính để đánh giá độ bền CHHBMSH 2.11 Đánh giá ảnh hưởng CHHBMSH lên mùn khoan * Làm giàu vi khuẩn phân huỷ saralin mùn khoan: Cân 10 gam mùn khoan cho vào bình 250ml chứa mơi... Hình thái khuẩn lạc chủng M150 mơi trường hiếu khí tổng số 1% NaCl 1.3 Khả sinh CHHBMSH chủng vi khuẩn phân huỷ dầu Để lựa chọn tiếp tiến hành đánh giá sơ khả tạo CHHBM chủng Khả tạo CHHBMSH xác
