Ứng dụng vi sinh vật trong xử lý tràn dầu

Dầu là những hợp chất phức tạp, chủ yếu là các hợp chất hữu cơ cao phân tử hỗn hợp trong thiên nhiên, hầu như chỉ chứa các hydrocacbon. Được tạo thành từ những phản ứng xảy ra dưới điều kiện áp suất và nhiệt độ ở độ sâu nhất định cùng với các vận động địa chất. Dầu mỏ hay dầu thô là một chất lỏng sánh đặc màu nâu hoặc ngả lục. Dầu thô tồn tại trong các lớp đất đá tại một số nơi trong vỏ Trái Đất. Dầu mỏ là một hỗn hợp hóa chất hữu cơ ở thể lỏng đậm đặc, phần lớn là những hợp chất của hydrocarbon, thuộc gốc alkal, thành phần rất đa dạng.

ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ DẦU

TRÀN

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Mai Nhóm sinh viên:

Nguyễn Thị Thùy (08/8/1994) Trần Thị Thúy

Đỗ Thị Trang Trần Thị Nga

Nội dung

II. Sự cố tràn dầu

III. Vi sinh vật xử lý dầu

IV.Sử dụng vi sinh vật để xử lý dầu

V. Một số chế phẩm vi sinh

VI.Tài liệu tham khảo

I Sơ lược về dầu

Dầu là những hợp chất phức tạp, chủ yếu là các hợp chất hữu cơ cao phân tử hỗn hợp

trong thiên nhiên, hầu như chỉ chứa các hydrocacbon Được tạo thành từ những phản ứng xảy ra dưới điều kiện áp suất và nhiệt độ ở độ sâu nhất định cùng với các vận động địa chất

Dầu mỏ hay dầu thô là một chất lỏng sánh đặc màu nâu hoặc ngả lục Dầu thô tồn tại

trong các lớp đất đá tại một số nơi trong vỏ Trái Đất Dầu mỏ là một hỗn hợp hóa chất hữu cơ ở thể lỏng đậm đặc, phần lớn là những hợp chất của hydrocarbon, thuộc gốc alkal, thành phần rất đa dạng

2 Thành phần

ii.Sự cố tràn dầu

1 Thế nào là dầu tràn

• Dầu tràn là việc phát tán một lượng lớn xăng dầu hydrocarbon vào môi trường do các hoạt động của con người, là một hình thức gây ô nhiễm Thuật ngữ này thường được dùng để chỉ dầu được phát tán vào đại dương hoặc vùng nước ven biển

• Mặt khác, tràn dầu cũng được xem như là sự giải phóng vào môi trường do rò rỉ tự nhiên từ các cấu trúc địa chất chứa dầu dưới đáy biển do các hoạt động của vỏ Trái Đất gây nên như động đất,

• Số lượng dầu tràn ra ngoài tự nhiên khoảng vài trăm lít trở lên có thể coi là sự cố tràn dầu

2 Nguyên nhân tràn dầu

Thứ nhất, trên mặt nước biển Rò rỉ từ các tàu thuyền hoạt động ngoài biển: chiếm khoảng 50% nguồn ô nhiễm dầu trên biển Do tàu chở dầu trong vùng ảnh hưởng bị sự cố ngoài ý muốn hoặc cố ý súc rửa, xả dầu xuống biển

2 Nguyên nhân tràn dầu

Thứ hai, trong lòng nước biển.Do rò rỉ các

ống dẫn dầu, các bể chứa dầu trong lòng

nước biển

Thứ ba, dưới đáy biển Do khoan thăm dò, khoan khai thác, túi dầu bị rách do địa chấn hoặc do nguyên nhân khác

3 Hậu quả tràn dầu

3.1 Ảnh hưởng tới môi trường

+Làm thay đổi tính chất lí hóa của môi trường nước (tăng độ nhớt,giảm nồng độ oxy hấp thụ vào nước )

 thiệt hại nghiêm trọng về sinh vật biển,các rạn san hô ,và các loại sinh vật nhạy cảm với sự thiếu hụt oxy

+Làm thay đối tính chất hệ sinh thái vùng bờ biển

+Cặn dầu lắng xuống đáy làm ô nhiễm trầm tích đáy biển

+Làm ảnh hưởng tới khí hậu khu vực,giảm sự bốc hơi nước dẫn đến giảm lượng mưa ,làm nghèo tài nguyên biển

3 Hậu quả tràn dầu

3.2 Ảnh hưởng tới sinh vật

 Sinh vật phù du, ấu trùng cá, và các sinh vật ở dưới đáy đều bị ảnh hưởng một cách mạnh mẽ Ngay cả cỏ biển, trai, hàu cũng đều bị ảnh hưởng do tràn dầu

 Ảnh hưởng mạnh mẽ tới chim biển và động vật có vú trên biển

 Do dầu nổi trên mặt nước làm ánh sáng giảm khi xuyên vào trong nước, nó hạn chế sự quang hợp của các thực vật biển và các sinh vật phù du →làm giảm lượng cá thể của

hệ động vật và ảnh hưởng đến chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái Tràn dầu có thể làm hỏng toàn bộ dây chuyền thực phẩm trong khu vực

3 Hậu quả tràn dầu

3.3 Ảnh hưởng tới kinh tế

 Tốn kém tiền bạc để làm sạch môi trường bị ô nhiễm

 Gây trở ngại cho vận tải đường biển

 Gây trở ngại cho sự phát triển của một số ngành công nghiệp biển, đặc biệt là công nghiệp làm muối

 Phá hủy nhiều điểm du lịch

 Khó khăn trong hoạt động nông nghiệp

3 Hậu quả tràn dầu

3.4 Ảnh hưởng tới con người

 Ảnh hưởng trực tiếp đến người thông qua tiếp xúc trực tiếp,hít thở hơi dầu gây buồn nôn,nhức đầu,các vấn đề về da

 Các sản phẩm mà khai thác được trong vùng nhiễm dầu sẽ làm ảnh hưởng đến sức khỏe con người.

 Hàm lượng dầu trong nước cao hơn 0,2 mg/l không dùng làm cấp nước sinh hoạt.

Gây ra một số bệnh như ung thư,bệnh phổi,gián đoạn hormon,

4 Một số vụ tràn dầu trên thế giới và ở Việt Nam

4.1 Trên thế giới

o Vụ tràn dầu tại giếng dầu Ixtoc 6/1979, một giếng dầu ở vịnh Campeche đã sụp đổ sau một vụ nổ khủng khiếp Từ đó đến 10 tháng kế tiếp, ước tính có 140 triệu gallons dầu

đã lan tràn trên vịnh Mexico

o Vụ tràn dầu trong chiến tranh vùng vịnh năm 1991 với ước tính số dầu loang tương đương 240 triệu gallon dầu thô loang trên vịnh Ba Tư

o 16-3-1978, tàu chở dầu Amoco Cadiz đi từ Vịnh Persia tới La Harve, đã bị tràn hơn

257 triệu lít dầu và gây ô nhiễm cho 200 dặm vùng bờ biển

o Tràn dầu ở vịnh Mexico ngày 3/8/2010 Ước tính chính thức của Bộ Sinh thái học ở Bang Washington khẳng định rằng, 92 triệu gallon dầu đã tràn vào Vịnh Mexico

4.2 Ở Việt Nam

tấn dầu của tàu Petrolimex đổ xuống biển Vũng Tàu

đến phao số 8 (Vũng Tàu) thì bị sóng lớn đánh chìm.

gió lớn, tàu đã bị chìm.

đã đâm nhau, làm hơn170 mét khối dầu diezel tràn ra biển.

iii Vi sinh vật xử lý dầu

1 Sự phân bố

 Phân bố khá rộng rãi trong môi trường tự nhiên như đất, nước, chúng sử dụng

hydrocarbon như nguồn cacbon và năng lượng cho sự sinh trưởng và phát triển

 Trong nước biển, vi khuẩn là loài chiếm ưu thế, phân bố cả ở vùng cực lạnh Trong nước ngọt, nấm đóng vai trò quan trọng

 Số lượng và thành phần vsv khác nhau ở các vùng, tùy thuộc từng điều kiện cụ thể

2 Các nhóm vsv phân hủy dầu

Theo các nghiên cứu trước đây, trong tự nhiên có tới 150.000 loài vi sinh vật, trong đó gần 200 loài có khả năng phân hủy hydrocarbon bao gồm: nấm men, nấm mốc, vi

khuẩn, xạ khuẩn và một số loại tảo, tập trung nhiều nhất là các chi Pseudomonas,

Micrococcus, Mycobacterium, Aspergillus, Penicillium, Candida, Cladosporium, và Torulopis

Hydrocacbon Tên vsv Loài

Micrococcus Cerificans Vi khuẩn Pseudomonas Aeruginosa Vi khuẩn

Mycobacterium lacticolum Vi khuẩn M.Rubum vas propancum Vi khuẩn M.flavum vas mathenium Vi khuẩn

Hydrocacbon Tên vsv Loài

3 Cơ chế phân giải hydrocacbon

• Khả năng phân giải các hydrocacbon dầu thô phụ thuộc vào cấu trúc và khối lượng phân tử của chúng

• Khả năng phân giải các hydrocacbon dầu mỏ của các vi sinh vật có thể sắp xếp theo thứ tự giảm dần như sau:

n-alkal > ankal mạch thẳng phân nhánh> ankel phân nhánh > ankyl chứa vòng thơm phân tử lượng thấp> hợp chất một vòng thơm > ankal vòng >hợp chất thơm đa nhân > asphalten

3.1 Phân giải alkal

•Các n-ankal có độ dài trung bình (C10-C24) dễ bị phân giải nhất Các ankal có mạch càng dài thì khả năng phân giải càng giảm Khi độ dài tăng và khối lượng phân tử đạt tới 500 thì vi sinh vật không có khả năng phân giải.

•Các vi sinh vật phân giải được ankal là nhờ tiết ra các enzyme monooxygenase và dioxygenase tấn công trước tiên vào nhóm metyl ở đầu chuỗi để tạo rượu bậc một, sau đó rượu này bị oxy hóa thành andehyt và thành axit béo Acid béo lại tiếp tục bị oxy hóa nhờ chu trình B-oxy hóa: Phân tử acid béo bị mất đi hai

nguyên tử cacbon để tạo thành axetyl-coA và một phân tử acid mới Axetyl-coa đi vào chu trình Krebs để tạo năng lượng, thải ra C02, còn phân tử acid béo kia tiếp tục chu trình B-oxyl hóa cuả mình.

Click to edit Master text styles

3.2 Phân giải các hợp chất 1-cacbon:

o Có một số vi khuẩn như pseudomonas mathanica có khả năng sử dụng một số

hợp chất cac bon làm nguồn thức ăn cacbon và nguồn năng lượng duy nhất

metan metanol focmandehyt axit fomic

o Ngoài ra một số vi sinh vật đồng hóa được metilanin

3.3 Phân hủy chlorophenol

Nhiều vi sinh vật có khả năng phân hủy chlorophenol cả trong điều kiện hiếu khí và kị khí Pentaclophenol bị biến đổi thành tetracclohydroquinon dưới tác dụng của

monooxygenase bằng cách loại oxy hóa clo ở vị trí para thành hydroxy phenol tiếp theo loại bước clo bậc thang tạo thành 2,5-điclohdroquinon là mở vòng Trong điều kiện kị khí, pentaclo phenol bị loại clo hóa từng bước tạo thành phenol Phenol có thể được sử dụng trong trao đổi chất kị khí tạo thành metan và cacbonic

Click to edit Master text styles

Second level

Third level

Fourth level

Fifth level

Quá trình xảy ra theo chuỗi phản ứng sau:

- Điều kiện hiếu khí:

- Điều kiện kỵ khí:

C6Cl5OH → C6H5OH → CH4 + CO2

kỵ khí

3.4 Phân giải các hợp chất thơm

Các HC thơm được chuyển thành các dẫn xuất octo_ hoặc para_dyoxitphenyl Dưới tác dụng của hệ thống enzyme (enzyme oxygennaza), các vòng thơm sẽ bị cắt đứt Cuối cùng, các vòng thơm bị cắt đứt trên được hydroxyl hóa thành các axit hữu cơ

4 Nhân tố ảnh hưởng tới vsv

Cacbon

4 Nhân tố ảnh hưởng tới vsv

Nồng độ chất ô nhiễm

5 Vsv “ăn dầu” tiêu biểu: Alcanivorax Borkumensis

 Alcanivorax Borkumensis là tên một loài

vi khuẩn chuyên sống trong những vùng

nước bị nhiễm dầu Chúng hầu như không

được tìm thấy trong các vùng nước sạch,

nhưng lại có mặt ở dòng thủy triều đen

Quá trình trao đổi chất của nó dựa vào các

hydrocarbon là nguồn cung cấp carbon và

năng lượng duy nhất.

Vi khuẩn Alcanivorax Borkumensis (Ảnh: genetik.uni-bielefeld)

 Vi khuẩn Gram âm

 Tế bào hình que

 Hiếu khí

 Các bộ gen của A borkumensis là một

vòng tròn đơn nhiễm sắc thể có chứa

3.120.143 cặp base

 Vi khuẩn này là một sinh vật đơn bào và

chúng sử dụng các receptor (các thành

phần nhận biết của các tế bào thần kinh

kiểm tra chất lượng và thông tin gửi đến

bộ não) để có thể phân tích dữ liệu nhận

được

 Các receptor của vi khuẩn kết hợp lại

với nhau thành một “lưới mắt cáo” trên

bề mặt của vi khuẩn để khuếch đại những thay đổi dù nhỏ nhất trong môi trường, từ đó dẫn tới những phản ứng cụ thể bên trong tế bào

 Đặc điểm nổi bật của Alcanivorax

Borkumensis là mặc dù không hề có mắt

lẫn mũi nhưng loài vi khuẩn này có thể nhận biết môi trường xung quanh và vùng dầu ô nhiễm nhờ các sensor tập trung ở một đầu cơ thể Cơ cấu này cho phép chúng định hướng nguồn lương thực để di chuyển có mục đích

 Qua quá trình giải mã gien của vi khuẩn

Alcanivorax Borkumensis người ta nhận thấy

rằng: Alcanivorax Borkumensis có mang

những gien có khả năng phân huỷ dầu đặc

hiệu hơn so với các loài vi khuẩn phân hủy

dầu khác Alcanivorax Borkumensis có thể

tăng sinh một cách hiệu quả và hầu như chỉ

sinh sống nhờ hydrocarbon trong dầu thô Nó

có thể phân hủy một lượng lớn hydrocarbon

Loài vi khuẩn này sản sinh những chất hoạt

hóa bề mặt (surfactant) sinh học góp phần

chuyển chất dầu sang trạng thái nhũ tương và

tăng tốc quá trình phân hủy

Click to edit Master text styles

 Alcanivorax Borkumensis có thể

nhận biết một thay đổi nhỏ chỉ bằng

0,1% của môi trường xung quanh Các

nhà khoa học cho rằng, từ trước đến

nay chưa có một hệ thống nào nhạy

bén đến vậy Các dữ liệu trong bộ gien

và việc phân tích chức năng cung cấp

cho các nhà khoa học một cơ sở kiến

thức với giá trị vô giá nhằm tìm cách

giảm những thiệt hại về môi trường do

IV Sử dụng vsv để xử lý dầu

1. Sử dụng vsv có sẵn trong môi trường ô nhiễm

•. Cơ chế: Sử dụng phương pháp kích thích sự phát triển của các loài vi sinh vật bản

địa , có khả năng phân hủy dầu hoặc các chất gây ô nhiễm khác trong những điều kiện khác nhau của vùng bị ô nhiễm

•. Cách thực hiện: Để sử dụng các vi sinh vật có sẵn trong tự nhiên ,người ta bơm

oxy vào vùng bị ô nhiễm và cung cấp một hỗn hợp dinh dưỡng để làm gia tăng

nhanh chóng số lượng vi sinhh vật.Hỗn hợp được biết đến nhiều nhất là Inipol (gồm phosphates và nitrates) do hãng Elf-Aquitanie phối hợp với viện hải dương học Paul-Ricard chế tạo

2 Bổ sung các vsv đặc hiệu vào vùng ô nhiễm

 Phương pháp này khó thực thi hơn nhưng lại đêm lại hiệu quả cao hơn.Để xứ lí dầu ô nhiễm ta bơm vào khu vực ô nhiễm các siêu vi khuẩn đã được tuyển lựa ở phòng thí nghiệm

 Một trong những siêu vi khuẩn được tiểu chọn là Pseudomonas Putida

V Một số chế phẩm vi sinh

+Chế phẩm OilCleanser1 để nuôi vsv phân hủy dầu Khi xảy ra sự cố tràn dầu ,

OilCeanser1 được đưa vào môi trường ô nhiễm Nó sẽ giải phóng trong thời gian thích hợp chất dinh dưỡng và các chất vi lượng khác để kích thích vsv có khả năng phân hủy dầu sinh trưởng và phát triển.Phương pháp này được gọi là ‘kĩ thuật nhả chậm’ OilCeanser1 là chế phẩm sử dụng cho phân hủy sinh học ở điều kiện kị khí

+ Chế phẩm OilCleanser 2 phân hủy sinh học ở điều kiện hiếu khí

+ Chế phẩm OilCleanser 3 được dùng để xứ lí nước thải ở bể sục khí khi cặn thải bị

nhiễm dầu

2.2 Chất thấm và phân hủy sinh học dầu”Enretech-1”

Có hai công dụng là:chất thấm dầu và phân hủy sinh học dầu

Sản phẩm có chứa các loại vsv có sẵn trong môi trường ô nhiễm dầu và chúng sẽ xứ lý các chất độc hại thành vô hại.VSV chỉ tồn tại và phát triển trong xơ bông của Enretech-1,không thể nuôi cấy trong môi trường ngoài ‘chủ” chúng được.Sản phẩm được sản xuất tận dụng lại trong công nghiệp chế biến bông.

Đặc tính:

-Hấp thụ nhanh các hợp chất hydrocarbon ở mọi dạng Khả năng hấp thụ gấp 2-6 lần trọng lượng bản thân.

-Cô lập các chất lỏng mà nó hấp thụ,không nhả lại môi trường do đó không phát sinh nguồn ô nhiễm thứ hai.

-Phân hủy hydrocarbon bằng vi sinh tự nhiên có sẵn trong các xơ bông của Enretech-1.

-Đơn giản và an toàn khi sử dụng ;không cần chuyên gia hay huấn luyện đặc biệt.

Phạm vi sử dụng:

-Sử dụng cho các trường hợp khẩn cấp tràn dầu trên mặt đất,xử lý tại chỗ đất cát bị nhiễm dầu.

-Khi việc thu gom dầu tràn bằng biện pháp cơ học( phao quây,bơm hút,tấm thấm) không thể thực hiện được trên/trong đất,bờ sông ,bờ biển,các dải đá bị nhiễm dầu thì Enretech-1 là giải pháp hiệu quả và kinh tế nhất.

VI Tài liệu tham khảo

1. Giáo trình “Vi sinh vật học môi trường”.

2. Theo BBC News, Tuổi trẻ

3. -http://www.khoahoc.com.vn/doisong/ung-dung/14838 Phan-huy-dau-tran-

bang-vi-sinh-vat.aspx

4. Đề tài nghiên cứu “Xử lý dầu tràn bằng vi sinh vật” – trường đại học Nông Lâm

tp.HCM

5. Đề tài nghiên cứu “ Ứng dụng vsv trong xử lý ô nhiễm dầu mỏ” – trường đại học

Khoa học tự nhiên, đại học Quốc gia Hà Nội

Thank you!