Đang tải... (xem toàn văn)
Khả năng phân hủy dầu mỏ và các sản phẩm dầu mỏ.
210Tạp chí Hóa học, T. 43 (2), Tr. 210 - 214, 2005 Khả năng phân hủy dầu mỏ và các sản phẩm dầu của một số chủng vi khuẩn khử sunfat Đến Tòa soạn 23-8-2004 Don Thái Hòa1, Phạm Thị Nhẹ1, Trần Đình Mấn21Khoa Công nghệ Hóa học, Tr$ờng Đại học Bách Khoa H) Nội 2Viện Công nghệ Sinh học, Viện Khoa học v) Công nghệ Việt Nam Summary The sulphate-reducing bacteria (SRB) isolated from Bach Ho oil well (H strain), Thi Nai pond sediments in Quy Nhon (6C) was used to evaluate the degradability of crude oil and oil products. The oil samples were treated by specific strains and their combination. It was shown that after 3 to 7 weeks of treatment these strains degraded up to 36 - 57% of residual oil, 7 - 12% of crude oil and 19 - 21% of fuel oil (FO) in the medium. The oil degradability of all samples increased 3 - 12% in the present of biosurfactants compared to the case without adding biosurfactants. The results of GC-MS analyses of samples before and after treatment by the combination of H+6C strains showed that almost n-alkanes were degraded. I - Mở đầu Trong những năm gần đây, ngnh công nghiệp dầu khí Việt Nam đang trên đ phát triển v đem lại những nguồn lợi to lớn cho nền kinh tế đất n.ớc. Trong quá trình khai thác, chế biến v sử dụng dầu đ6 dẫn đến ô nhiễm môi tr.ờngn.ớc, đất v không khí. Để xử lý ô nhiễm dầu ng.ời ta đ6 kết hợp các ph.ơng pháp cơ học, hóa lý v sinh học, trong đó ph.ơng pháp xử lý bằng phân hủy sinh học đóng vai trò chủ chốt. Ph.ơng pháp phân hủy sinh học không những giúp lm sạch môi tr.ờng m còn giữ cho môi tr.ờng sự cân bằng sinh thái. Ưu điểm của ph.ơng pháp xử lý ô nhiễm dầu bằng vi sinh vật xuất phát từ khả năng sử dụng hiđrocacbon của vi sinh vật [4]. Để có thể tìm ra đ.ợc giải pháp xử lý kịp thời khi có sự cố trn dầu trên biển hoặc xử lý n.ớc thải của các nh máy lọc dầu thì việc tìmhiểu sự phân hủy tự nhiên của các vi sinh vật phân lập từ khu vực khai thác dầu khí l vấn đề rất cần thiết. Vi khuẩn khử sunfat (SRB) phân bố rộng r6itrong tự nhiên, đặc biệt l trong các giếng khai thác dầu khí v trầm tích đáy các thủy vực [5 - 8]. Cho đến nay, ng.ời ta mới chỉ chú ý đến tác hại của chúng nh. l tác nhân chủ yếu gây hiện t.ợng ăn mòn kim loại trong các giếng dầu vcác công trình ngầm [9]. Khả năng phân hủy dầu v các sản phẩm dầu mỏ của nhóm vi sinh vật ny còn ít đ.ợc quan tâm để hạn chế tác hại của chúng đối với chất l.ợng của dầu mỏ, mặt khác trong một số t.ờng hợp có thể sử dụng lmtác nhân xử lý ô nhiễm dầu [10]. Trong bi nytrình by kết quả đánh giá khả năng phân hủy dầu cặn, dầu thô v dầu nhiên liệu (FO) của các chủng vi khuẩn khử sunfat phân lập từ n.ớc vỉa mỏ Bạch Hổ v bùn đáy đầm Thị Nại, Quy Nhơn, Bình Định. 211II - Vật liệu v) ph+ơng pháp nghiên cứu 1. Vật liệu - Chủng SRB: Chủng H phân lập từ n.ớc vỉa mỏ Bạch Hổ [1]; Chủng 6C phân lập từ bùn đáy đầm Thị Nại, Quy Nhơn, Bình Định [2]. - Chất hoạt động bề mặt sinh học (CHĐBMSH) do Viện Công nghệ Sinh học, Viện Khoa học v Công nghệ Việt Nam cung cấp [3]. - Dầu cặn lấy ở đáy tầu Chí Linh (Bạch Hổ); Dầu thô khai thác tại mỏ Bạch Hổ; Dầu FO th.ơng phẩm trên thị tr.ờng. 2. Phơng pháp nghiên cứu Xác định khả năng phân hủy dầu của các chủng vi khuẩn khử sunfat Các thí nghiệm đ.ợc tiến hnh với ba loại dầu khác nhau: Dầu thô, dầu cặn v dầu FO bao gồm các mẫu: Mẫu Res1: N.ớc nhiễm dầu cặn không bổ sung vi sinh vật (mẫu đối chứng); Mẫu Res2: N.ớc nhiễm dầu cặn có bổ sung 3% giống SRB; Mẫu Res3: N.ớc nhiễm dầu cặn có bổ sung 3% giống SRB v 0,5% CHĐBMSH; Mẫu CO1: N.ớc nhiễm dầu thô không bổ sung vi sinh vật (mẫu đối chứng); Mẫu CO2: N.ớc nhiễm dầu thô có bổ sung 3% giống SRB; Mẫu CO3: N.ớc nhiễm dầu thô có bổ sung 3% giống SRB v 0,5% CHĐBMSH; Mẫu FO1: N.ớc nhiễm dầu FO không bổ sung vi sinh vật (mẫu đối chứng); Mẫu FO2: N.ớc nhiễm dầu FO có bổ sung 3% giống SRB; Mẫu FO3: N.ớc nhiễm dầu FO có bổ sung 3% giống SRB v 0,5% CHĐBMSH. Đánh giá khả năng phân hủy dầu của các chủng SRB - Xác định hm l.ợng dầu tổng số theo ph.ơng pháp chiết bằng dung môi diclometan: Dùng CH2Cl2hòa tan dầu trong hỗn hợp với n.ớc. Lấy phần nhũ t.ơng giữa dầu v CH2Cl2phía d.ới; ch.ng cất loại dung môi. Dầu thu hồi đ.ợc xác định bằng ph.ơng pháp trọng l.ợng.- Xác định thnh phần nhóm của dầu bằng ph.ơng pháp sắc ký cột với chất mang l Al2O3-SiO2.- Xác định thnh phần hiđrocacbon no bằng ph.ơng pháp sắc ký khí/khối phổ trên máy HP 6890; chiều di cột 30 m, ở nhiệt độ 350C, detector ion hóa ngọn lửa (FID). III - Kết quả v) thảo luận Để đánh giá khả năng phân hủy dầu mỏ vsản phẩm dầu của các chủng SRB bổ sung một l.ợng dầu vo môi tr.ờng chứa (g/l): (NH4)2SO41; KH2PO40,5; FeSO40,2; v NaCl 3. Mẫu đ.ợclắc định kỳ v xác định hm l.ợng dầu tổng số sau 3, 5 v 7 tuần. Kết quả phân tích đánh giá mức độ phân hủy dầu của chủng H v 6C ở nồng độ dầu 1000 ữ3000 mg/l đ.ợc trình by ở bảng 1 v 2.Bảng 1 cho thấy các mẫu đối chứng chỉ có vi sinh vật sẵn có trong tự nhiên, không bổ sung SRB nên hm l.ợng dầu bị giảm đi ít nhất do quá trình phân hủy tự nhiên đòi hỏi thời gian rất lâu. Trong mẫu đối chứng của dầu cặn hml.ợng dầu bị giảm đi khá mạnh, chứng tỏ trong dầu cặn có mặt các vi sinh vật nội tại có khả năng phân hủy dầu. Các mẫu dầu thô v dầu FO có bổ sung chủng H thì hm l.ợng dầu bị giảm đi cao hơn nhiều so với mẫu đối chứng. Để tăng c.ờng hiệu quả phân hủy dầu của chủng H, đ6tiến hnh thí nghiệm trên các mẫu dầu có bổ sung CHĐBMSH. Kết quả cho thấy hm l.ợng dầu tổng số bị giảm đi cao hơn so với các mẫu dầu không bổ sung CHĐBMSH. Đặc biệt đối với mẫu dầu cặn có bổ sung CHĐBMSH thì l.ợng dầu tổng số bị giảm nhiều nhất v đạt đ.ợc 957 mg/l. Khả năng phân hủy dầu của chủng 6C (bảng 2) t.ơng tự nh. chủng H, rất cao đối với dầu cặn. Sau 7 tuần xử lý dầu cặn, l.ợng dầu bị phân hủy lên tới 1020 mg/l v đạt đ.ợc 47%. ở cùng điều kiện xử lý, chủng 6C có khả năng phân hủy dầu cặn tốt hơn nhiều so với dầu thô v dầu FO. 212Bảng 1: Khả năng phân hủy một số loại dầu của chủng H theo thời gian 3 tuần 5 tuần 7 tuần Mẫu dầu A B C A B C A B CRes12496 68 2,7 2496 83 3,3 2496 100 4,0 Res21743 488 28,0 2045 634 31,0 2308 860 36,0 Res31603 497 31,0 1814 762 42,0 1993 957 48,0 CO12016 9 0,4 2166 13 0,6 2000 16 0,8 CO22072 75 3,6 2566 231 9,0 2100 252 12,0 CO31800 90 5,0 2036 224 11,0 1940 291 15,0 FO11833 11 0,6 1636 18 1,1 1600 24 1,5 FO21487 120 8,1 2631 500 19,0 2543 534 21,0 FO31333 121 9,1 2739 630 23,0 2626 710 27,0 A: L$ợng dầu ban đầu, mg/l; B: L$ợng du bị phân hủy, mg/l; C: %dầu bị phân hủy. Bảng 2: Khả năng phân hủy một số loại dầu của chủng 6C theo thời gian 3 tuần 5 tuần 7 tuần Mẫu dầu A B C A B C A B CRes12496 68 2,7 2496 83 3,3 2496 100 4,0 Res21712 428 24,0 2245 696 31,0 1947 740 38,0 Res32309 739 32,0 2143 750 35,0 2170 1020 47,0 CO12016 9 0,4 2166 13 0,6 2000 16 0,8 CO22285 80 3,5 2280 114 5,0 1800 126 7,0 CO31977 89 4,5 1630 106 6,5 1722 155 9,0 FO11833 11 0,6 1636 18 1,1 1600 24 1,5 FO22425 291 12,0 2662 426 16,0 2605 495 19,0 FO32200 330 15,0 2554 562 22,0 2412 580 24,0 Ghi chú: Nh$ bảng 1. Trong thực tế xử lý bằng ph.ơng pháp sinh học cần phối hợp sử dụng nhiều chủng để tăng khả năng phân hủy. ở đây, hỗn hợp hai chủng 6C+H đ.ợc sử dụng để đánh giá khả năng phân hủy dầu cặn của chúng so với tr.ờng hợp sử dụng từng chủng riêng biệt. Kết quả đ.ợc trình by ở bảng 3 cho thấy khi sử dụng hỗn hợp chủng 6C+H có bổ sung CHĐBMSH thì l.ợng dầu tổng số bị phân hủy khá cao, lên tới 1047 mg/l v đạt đ.ợc 51%. Các kết quả phân tích ở trên cho thấy khả năng phân hủy dầu cặn của hỗn hợp các chủng SRB (H+6C) tốt hơn so với của đơn chủng, đặc biệt đối với mẫu dầu cặn có bổ sung CHĐBMSH. Hm l.ợng dầu ban đầu cũng ảnh h.ởng đến khả năng phân hủy dầu của các chủng SRB. Kết quả phân tích l.ợng dầu bị phân hủy bởi các chủng SRB ở nồng độ dầu thấp (< 1000 mg/l) đ.ợc trình by ở bảng 4. Bảng 3: Khả năng phân hủy dầu cặn của hỗn hợp chủng 6C+H theo thời gian 3 tuần 5 tuần 7 tuần Mẫu dầu A B C A B C A B CRes12496 68 2,7 2496 83 3,3 2496 100 4 Res32083 750 36,0 1907 820 43,0 2053 1047 51 Ghi chú: Nh$ bảng 1. 213Bảng 4: Khả năng phân hủy dầu của các chủng SRB sau 7 tuần thí nghiệm Chủng H Chủng 6C Chủng 6C+H Mẫu dầu A B C A B C A B CRes1590 20 3,5 590 20 3,5 590 20 3,5 Res2561 286 51 534 203 38,0 531 233 44 Res3753 429 57 681 313 46,0 534 272 51 CO1472 7,1 1,5 472 7,1 1,5 472 7,1 1,5CO2483 69 14,3 450 56 12,5 543 70,6 13 CO3804 130 16,2 549 88 16,0 456 73 16 Ghi chú: Nh$ bảng 1. Kết quả phân tích ở bảng 4 cho thấy, khi nồng độ dầu lo6ng hơn thì l.ợng dầu bị các chủng SRB phân hủy sau 7 tuần cao hơn, đặc biệt đối với mẫu dầu cặn có bổ sung CHĐBMSH thì l.ợng dầu bị phân hủy đạt 46 ữ 57%. Nh.vậy ở nồng độ dầu thấp thì tốc độ phân hủy dầu của các chủng SRB tốt hơn so với ở nồng độ dầu cao, trong đó đơn chủng H có khả năng phân hủy dầu tốt nhất. Mẫu dầu cặn (nồng độ ~ 2000 mg/l) đ.ợcxử lý bằng hỗn hợp chủng 6C+H có bổ sung CHĐBMSH v đ.a phân tích sắc ký. Kết quả đ.ợc trình by ở hình 1 v 2.0358107 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45Số cacbon%KLMẫu Đối chứng Mẫu Thí nghiệm Hình 1: Phân bố n-parafin (C7- C45) trong dầu cặn sau 7 tuần xử lý bằng hỗn hợp chủng H+6C Hình 2: Sắc ký đồ của hiđrocacbon no trong dầu cặn tr.ớc (a) v sau 7 tuần xử lý (b) bằng hỗn hợp chủng H+6C (a) (b) 214Sau quá trình xử lý (hình 1), hm l.ợnghiđrocacbon no mạch di từ C34 đến C45 giảm đi, trong khi đó hm l.ợng hiđrocacbon thấp C13 ữ C21 v C27 ữ C33 tăng lên đáng kể. Các hệ số đặc tr.ng của dầu cũng thay đổi (bảng 5). Bảng 5: Các hệ số đặc tr.ng của dầu Hệ số Mẫu đối chứng Mẫu thí nghiệm Pr/Phy 1,94 2,05 Pr/nC17 0,48 0,50 Phy/nC18 0,25 0,25 Tổng n-parafin từ C7ữC45 (TNP), % KL39,68 41,63 Tổng UCM, % KL 36,85 32,79 UCM/Tổng n-parafin 0,93 0,79 UCM: Hỗn hợp các hợp chất không phân giải đ$ợc; Pr: Pristan (iso-C17); Phy: Phytan (iso-C18). Kết Luận - Từ các mẫu n.ớc vỉa v bùn chúng tôi đ6phân lập v lựa chọn đ.ợc hai chủng SRB (H v6C) có khả năng phân hủy dầu cặn, dầu thô vdầu FO. - Sau 7 tuần thí nghiệm, chủng H có khả năng phân hủy dầu cặn tốt hơn (đạt 51%) so với chủng 6C (38%) v hỗn hợp chủng 6C+H (44%). - Bổ sung chất hoạt động bề mặt sinh học lm tăng khả năng phân hủy dầu (từ 6 ữ 8% so với không có CHĐBMSH) v thúc đẩy quá trình lm sạch môi tr.ờng.Công trình n)y đ$ợc thực hiện nhờ sự trợ giúp kinh phí của Ch$ơng trình Nh) n$ớc vềnghiên cứu cơ bản trong khoa học tự nhiên. t)i liệu tham khảo 1. Lại Thúy Hiền, Đặng Ph.ơng Nga. Tạp chí Sinh học, 20, 37 - 42 (1998). 2. Trần Đình Mấn, Nguyễn Ph.ơng Nhuệ, Nguyễn Kim Thoa, Lại Thuý Hiền. Báo cáo khoa học tại Hội nghị ton quốc lần thứ 2. Huế 25-26/7/2003, Nxb. Khoa học v Kỹ thuật, 173 - 176 (2003). 3. Trần Đình Mấn, Nguyễn Đình Việt, Lại Thuý Hiền, Do6n Thái Ho, Trịnh Thanh Ph.ơng. Kỷ yếu Hội nghị Công nghệ Sinh học ton quốc 2003, Nxb. Khoa học v Kỹ thuật, 1.O.12, P. 106 - 109 (2003). 4. L. Whyte, L. Bourrbonniere, C. Greer. Appl. Environ. Micrbiol., 63, 9 (1997). 5. L. Barton. Press, New York, P. 243 - 292 (1995). 6. Dang Phuong Nga, Dang Thi Cam Ha, Lai Thuy Hien and Helga Stan-Lotter. Anaerobe Taxonomy/Systemastics, 2, P. 385 - 392 (1996). 7. F. Widdel, N. Pfenning. Bergeys Manual of Systematic Bacteriology, P. 663 - 679 (1981). 8. J. R. Postgate. The Sulphate-Reducing Bacteria, University of Sussex, Cambridge University Press (1997). 9. W. Hamiton. Biofouling and Biocorrosion in Industrial Water System, Springer-Verlag, Berlin, P. 187 - 193 (1991). 10. P. Rueter, R. Rabus, H. Wilkes, F. Aeckersberg, F. Rainey, H. Jannasch, F. Widdel. Nature, Vol. 372, P. 455 - 458 (1994). . gây hiện t.ợng ăn mòn kim loại trong các giếng dầu vcác công trình ngầm [9]. Khả năng phân hủy dầu v các sản phẩm dầu mỏ của nhóm vi sinh vật ny còn ít đ.ợc. chứng của dầu cặn hml.ợng dầu bị giảm đi khá mạnh, chứng tỏ trong dầu cặn có mặt các vi sinh vật nội tại có khả năng phân hủy dầu. Các mẫu dầu thô v dầu FO