LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, dầu mỏ là nguồn cung cấp năng lượng chủ yếu cho con người. Bởi vậy, dầu mỏ được khai thác, vận chuyển, sử dụng ở khắp các châu lục và quốc gia trên thế giới. Tuy nhiên, việc khai thác, vận chuyển và sử dụng dầu mỏ không đúng cách đã dẫn đến hiện trạng: một khối lượng dầu lớn đã bị tràn, rò rỉ vào môi trường sống của người và sinh vật, gây thiệt hại nặng nề về môi trường, kinh tế, đe dọa sức khỏe. Tràn dầu được coi là một thảm họa của môi trường, đòi hỏi con người phải tìm ra biện pháp tối ưu để xử lý kịp thời. Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng hàm lượng dầu tràn có thể được xử lý bằng: các phương pháp vật lý như thu hồi bằng các thiết bị hút dầu hoặc đốt dầu ngày tại nơi bị ô nhiễm; các phương pháp hóa học như sử dụng hóa chất để kết tủa hoặc làm trung hòa dầu tràn. Tuy nhiên, những phương pháp này lại chỉ có ý nghĩa tạm thời bởi vì các loại hóa chất tồn dư sau khi xử lý lại ảnh hưởng tới hệ sinh thái và con người. Bởi vậy, ngay sau khi thực hiện các biện pháp xử lý nhanh, người ta áp dụng phương pháp sinh học: dùng vi sinh vật có khả năng chuyển hóa dầu, để làm sạch triệt để môi trường. Rõ ràng, để phân hủy dầu hoàn toàn trong môi trường, tiết kiệm chi phí xử lý thì biện pháp sử dụng vi sinh vật là hiệu quả hơn cả. Bởi các vi sinh vật có khả năng phân hủy dầu mỏ là nhóm vi sinh vật phân bố rộng rãi trong môi trường. Chúng có khả năng oxy hóa các loại mạch hydrocarbon trong dầu mỏ, phá vỡ liên kết mạch Carbon bằng các chất hoạt hóa bề mặt sinh học từ đó làm sạch dầu có trong môi trường đất, nước. Do đó, chúng ta có thể kích thích cho vi sinh vật có sẵn trong tự nhiên tăng cường hoạt động phân hủy chuyển hóa dầu hoặc bổ sung thêm những vi sinh vật được nuôi cấy, tuyển chọn trong phòng thí nghiệm. Phương pháp sử dụng vi sinh vật để xử lý ô nhiễm dầu được đánh giá cao vì không gây tác động xấu tới môi trường, sinh vật và không gây ô nhiễm thứ sinh KẾT LUẬN Tràn dầu hiện nay đang là một thảm họa của môi trường, gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái, môi trường và con người. Ngoài những phương pháp cơ học và hóa học đang được sử dụng, xử lý dầu tràn bằng vi sinh vật cũng đang được ứng dụng rộng rãi và mang lại nhiều hiệu quả cao. Hiện nay các chế phẩm sinh học xử lý dầu tràn được nghiên cứu và ứng dụng khá nhiều. Việc ứng dụng vi sinh vật trong vấn đề xử lý dầu tràn biển mang lại hiệu quả rõ rệt. Một bãi biển bị hư hại do tràn dầu có thể được khôi phục hoàn toàn từ 2 – 5 năm khi được làm sạch bằng công nghệ vi sinh, nếu không nó sẽ mất 10 năm hoặc nhiều hơn để có thể khôi phục được. Ứng dụng vi sinh vật không chỉ để làm sạch môi trường biển sau khi tràn dầu mà nó còn sử dụng để khôi phục lại môi trường ban đầu. Công nghệ vi sinh vật ứng dụng là một công nghệ hứa hẹn rất lớn cho tương lai. Nó đang được áp dụng trong một số lĩnh vực tương đối mới, nhưng nó có khả năng tiết kiệm tiền bạc, thời gian, khôi phục hoàn toàn hệ sinh thái, phá hủy chất ô nhiễm, tạo nhiều đột phá trong tương lai. Các sản phẩm mới của công nghệ vi sinh được sáng tạo cụ thể phù hợp với môi trường bị ô nhiễm.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI Trường đại học Khoa học Tự nhiên ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG XỬ LY Ô NHIỄM DẦU MO HN.2011 LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, dầu mỏ là nguồn cung cấp lượng chủ yếu cho người Bởi vậy, dầu mỏ được khai thác, vận chuyển, sử dụng ở khắp các châu lục và quốc gia thế giới Tuy nhiên, việc khai thác, vận chuyển và sử dụng dầu mỏ không đúng cách đã dẫn đến hiện trạng: một khối lượng dầu lớn đã bị tràn, rò rỉ vào môi trường sống của người và sinh vật, gây thiệt hại nặng nề về môi trường, kinh tế, đe dọa sức khỏe Tràn dầu được coi là một thảm họa của môi trường, đòi hỏi người phải tìm biện pháp tối ưu để xử lý kịp thời Nhiều nghiên cứu chỉ rằng hàm lượng dầu tràn có thể được xử lý bằng: các phương pháp vật lý thu hồi bằng các thiết bị hút dầu hoặc đốt dầu ngày tại nơi bị ô nhiễm; các phương pháp hóa học sử dụng hóa chất để kết tủa hoặc làm trung hòa dầu tràn Tuy nhiên, phương pháp này lại chỉ có ý nghĩa tạm thời bởi các loại hóa chất tồn dư sau xử lý lại ảnh hưởng tới hệ sinh thái và người Bởi vậy, sau thực hiện các biện pháp xử lý nhanh, người ta áp dụng phương pháp sinh học: dùng vi sinh vật có khả chuyển hóa dầu, để làm sạch triệt để môi trường Rõ ràng, để phân hủy dầu hoàn toàn môi trường, tiết kiệm chi phí xử lý biện pháp sử dụng vi sinh vật là hiệu Bởi các vi sinh vật có khả phân hủy dầu mỏ là nhóm vi sinh vật phân bố rộng rãi môi trường Chúng có khả oxy hóa các loại mạch hydrocarbon dầu mỏ, phá vỡ liên kết mạch Carbon bằng các chất hoạt hóa bề mặt sinh học từ làm sạch dầu có môi trường đất, nước Do đó, chúng ta có thể kích thích cho vi sinh vật có sẵn tự nhiên tăng cường hoạt động phân hủy chuyển hóa dầu hoặc bổ sung thêm vi sinh vật được nuôi cấy, tuyển chọn phòng thí nghiệm Phương pháp sử dụng vi sinh vật để xử lý ô nhiễm dầu được đánh giá cao không gây tác động xấu tới môi trường, sinh vật và không gây ô nhiễm thứ sinh I KHÁI QUÁT VẤN ĐỀ Ô NHIỄM DẦU Ở TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM Tình hình ô nhiễm dầu và tác động của ô nhiễm lên môi trường và sinh vật Dầu tràn là sự giải phóng hydrocarbon dầu mỏ lỏng vào môi trường các hoạt động của người và gây ô nhiễm môi trường Thuật ngữ này thường đề cập đến các vụ dầu tràn xảy môi trường biển hoặc sông Dầu có thể bao gồm nhiều loại khác từ dầu thô, các sản phẩm lọc dầu (như xăng hoặc dầu diesel), bồn chứa dầu của các tàu, dầu thải hoặc chất thải dính dầu Việc phát tán hoặc thậm chí hàng năm để có thể dọn sạch Dầu được giải phóng vào môi trường rò rỉ tự nhiên từ các cấu trúc địa chất chứa dầu dưới đáy biển Hầu hết các vụ ô nhiễm dầu người đều từ hoạt động mặt đất, các vấn đề trội đặc biệt hướng về các hoạt động vận chuyển dầu biển a Tình hình ô nhiễm dầu thế giới 10 vụ tràn dầu lớn nhất lịch sử loài người Trong thập kỷ gần đây, thế giới đã phải trải qua nhiều vụ tràn dầu lịch sử, với hàng chục tấn dầu loang + Vụ tràn dầu Fergana Valley năm 1992: Gần 88 triệu gallon dầu thô đã bị tràn từ giếng dầu Fergana Valley, một khu vực hoạt động lượng và chế biến dầu lớn nhất của Uzbekistan Nơi diễn ra: Uzbekistan Số lượng dầu tràn: 87,7 triệu gallons + Vụ tràn dầu ABT Summer năm 1991: Trên hành trình tới cảng Rotterdam, tàu chở dầu ABT Summer bất ngờ xảy vụ nổ tàu, gây bắt lửa vừa rời khỏi bờ biển Angola 1.400km Toàn bộ số dầu đã tràn lan diện tích lên tới 120km2 Tàu chở dầu ABT cháy liên tục ngày trước chìm Nơi diễn ra: bờ biển Angola Số lượng dầu tràn: 80 triệu gallons + Vụ tràn dầu M/T Haven Tanker năm 1991: Con tàu chở dầu M/T Haven Tanker đã bị nổ ngoài khơi bờ biển Italy lý kỹ thuật Con tàu bị nổ, kèm theo là cái chết của thủy thủ cùng với 42 triệu gallons dầu lan khắp biển Nơi diễn ra: Genoa, Italy Số lượng dầu tràn: 42 triệu gallons + Vụ tràn dầu chiến tranh vùng vịnh năm 1991: Trong chiến tranh vùng vịnh năm 1991, quân đội Iraq rút khỏi Kuwait, họ đã mở tất van của giếng dầu và phá vỡ các đường ống dẫn dầu nhằm ngăn cản bước tiến của quân đội Mỹ Kết là, một lượng dầu lớn nhất lịch sử đã phủ lên vịnh Ba Tư Ước tính, số dầu loang tương đương 240 triệu gallon dầu thô Diện tích dầu loang có kích thước tương đương đảo Hawai Nơi diễn ra: Kuwait Số lượng dầu tràn: 240 - 336 triệu gallons + Vụ tràn dầu tại giếng dầu Ixtoc năm 1979: Vào tháng định mệnh năm 1979, một giếng dầu ở vịnh Campeche đã sụp đổ sau một vụ nổ khủng khiếp Từ đến 10 tháng kế tiếp, ước tính có 140 triệu gallons dầu đã lan tràn vịnh Mexico Nơi diễn ra: vịnh Campeche, Mexico Số lượng dầu tràn: 140 triệu gallons + Vụ tràn dầu Atlantic Empress năm 1979: Một đêm giông bão tháng 7/1979, tại vùng biển Carribe thuộc địa phận của Tobago, chiếc tàu chở dầu cực lớn Aegean Captain và Atlantic Empress đã đâm vào nhau, gây vụ tràn dầu khủng khiếp Chiếc Atlantic Empress đã bốc cháy và nổ tung cách bờ biển 300 hải lý Toàn bộ thuyền viên của tàu thiệt mạng, cộng thêm gần 90 triệu gallon dầu đã tràn biển Nơi diễn ra: Trinidad Tobago, Tây Ấn Số lượng dầu tràn: 88,3 triệu gallons + Vụ tràn dầu Nowruz Oil Field năm 1983: Vùng Nowruz Field Platform vịnh Ba Tư nằm khu vực chiến sự cuộc chiến Iran - Iraq Kết là, khoảng 1.500 thùng dầu bị tràn ngoài ngày Tổng số lượng ước tính khoảng 80 triệu gallons Nơi diễn ra: vịnh Ba Tư Số lượng dầu tràn: 80 triệu gallons + Vụ tràn dầu Castillo de Bellever năm 1983: Ngày 6/8/1983, tàu Castillo de Bellver bị cháy ở ngoài khơi, phía Tây Bắc Capetown, Nam Phi Con tàu không được "cứu vãn", bị bỏ lại ngoài khơi xa Cảnh tượng cuối cùng là tàu vỡ làm đôi và chìm xuống cùng toàn bộ số dầu chứa bên Nơi diễn ra: khơi vịnh Saldanha, Nam Phi Số lượng dầu tràn: 78, triệu gallons + Vụ tràn dầu Amoco Cadiz năm 1978: Chiếc tàu chở dầu Amoco Cadiz đã mắc cạn ngoài vùng biển Brittany sau không thể cập bờ bão biển Cùng với vụ tàu chìm là 68,7 triệu gallons dầu nhẹ đã tràn vùng biển của Pháp Nơi diễn ra: vùng biển ngoài khơi Pháp Số lượng dầu tràn: 68,7 triệu gallons + Vụ tràn dầu Odyssey năm 1988: Vào tháng 11/1988, tàu chở dầu Odyssey của Libery bắt đầu chuyến lênh đênh biển Bắc vỡ làm đôi và chìm ngoài khơi Nova Scotia, Canada Nơi diễn ra: biển Nova Scotia, Canada Số lượng dầu tràn: 43 triệu gallons Theo các nhà khoa học, hậu tác động của việc tràn dầu này có thể làm cho các loài chim bị nhiễm dầu, rùa biển bị chết, các bãi biển và vùng đất ngập nước bị hư hại Tác động nghiêm trọng có thể xảy dưới biển mà không nhìn thấy được (ít nhất cho tới hiện nay) còn đáng lo ngại tác động truyền thống ở khu vực bờ biển Ở sâu dưới biển, tràn dầu đe dọa đến tất các loài sinh vật và ảnh hưởng dán tiếp đến các hệ sinh thái phạm vi lớn, mặc dù đánh giá về mối nguy hiểm vẫn chưa rõ ràng Dầu thấm qua bộ lông của chim biển, làm giảm khả cách ly của lông, và vậy làm cho chim trở nên dễ tổn thương với sự thay đổi nhiệt độ bất thường và làm giảm độ mặt nước của chúng Nó làm giảm khả bay của chim, càng làm chúng khó thoát các động vật săn mồi Khi cố gắng rỉa lông, chim thường nuốt dầu vào bụng, dẫn tới làm hại thận, thay đổi chức của phổi, và kích thích hệ tiêu hóa Các vấn đề này và khả hấp thu thức ăn bị hạn chế gây sự mất nước và mất cân bằng trao đổi chất Sự thay đổi cân bằng hormon bao gồm luteinizing protein có thể xảy ở một số loài chim tiếp xúc với dầu Hầu hết chim bị ảnh hưởng bởi dầu tràn đều chết, trừ có sự can thiệp của người Các động vật có vú biển bị dính dầu bị ảnh hưởng tương tự với chim Dầu phủ lên bộ lông của rái cá và hải cẩu làm giảm khả trao đổi chất và làm giảm thân nhiệt Khi ăn phải dầu, động vật bị chứng mất nước và giảm khả tiêu hóa Do dầu mặt nước làm ánh sáng giảm xuyên vào nước, hạn chế sự quang hợp của các thực vật biển và phytoplankton Điều này làm giảm lượng cá thể của hệ động vật cà ảnh hưởng đến chuỗi thức ăn hệ sinh thái a Tại Việt Nam: Bờ biển Việt Nam dài 3.000 km với nhiều cảng giao thông nước và quốc tế Hàng năm lưu lượng các tàu vào ước tính khoảng vài chục nghìn, các tàu chở dầu thô, dầu DO (Diesel Oil),… chiếm tới gần 10% với lượng rò rỉ dầu trung bình là 0,6% Do đó, vấn đề ô nhiềm dầu biển nước ta ở mức báo động [5] Ngày 16 tháng năm 1999 vụ đâm hai tàu chở dầu đã làm tràn sông Sài Gòn 113.787 lít dầu DO gây ô nhiễm một vùng rộng lớn Từ đầu tháng đến cuối tháng 4/2007, tại 20 tỉnh, thành phố ven biển ở nước ta xảy hiện tượng dầu thô trôi dạt vào bờ Tổng lượng dầu thu gom là 2.071 tấn, đã xử lý được 1.904 tấn Dầu thô đã xuất hiện dọc bờ biển từ Hà Tĩnh đến Cà Mau và tại các đảo Cù Lao Chàm, Côn Đảo, Bạch Long Vỹ, vùng biển Quảng Nam bị ô nhiễm dầu nhiều nhất Tràn dầu biển và đất liền có ảnh hưởng lớn đến các hoạt động du lịch, nuôi trồng, đánh bắt hải sản và môi trường sinh thái Vào tháng năm 2008, khoảng 1.900 héc ta ao nuôi tôm tại các xã ven sông Vàm Cỏ, huyện Cần Đước, tỉnh Long An bị ô nhiễm nặng sau sự cố hai xà lan chở dầu đụng làm đổ 40.000 lít xăng và 70.000 lít dầu sông Cũng năm 2008, tại Đà Nẵng xảy sự cố vỡ kho xăng dầu tại Tổng kho chứa xăng dầu hàng không Liên Chiểu; sự cố vỡ ống dẫn dầu tại vịnh Việt Thanh (Quảng Ngãi) cùng hàng chục sự cố tràn dầu khác biển đe dọa môi trường sinh thái tại nhiều vùng biển Việt Nam Môi trường biển ô nhiễm dầu gây nên rất nhiều hậu to lớn Các loại tảo, cá, tôm, chim biển … dễ bị ảnh hưởng bởi sự tràn dầu sự giảm truyền ánh sáng qua lớp nước bề mặt, làm giảm quá trình quang hợp của thực vật biển, giảm nồng độ oxy hòa tan nước, gây bệnh cho cá và các loại chim Các hydrocarbon thơm đa nhân môi trường ô nhiễm dầu có khả gây ung thư Các phương pháp giải quyết dầu tràn Các dạng ô nhiễm tràn dầu 2.1 a Tràn dầu mặt nước (dạng lỏng): thường xảy ở sông, biển các tàu chở dầu gặp sự cố hay vỡ đường ống dẫn dầu từ biển vào đất liền Ngoài quá trình khai thác các túi dầu ngoài biên khơi bị vỡ và tràn ngoài mặt biển b Tràn dầu lòng đất (dạng lỏng rắn): dầu các túi dầu lòng đất bị vỡ tràn ngoài hay các vật dụng chứa dầu bị thủng dẫn đến dầu tràn và thấm vào lòng đất c Tràn dầu mặt đất: dầu bị tràn mà không được thấm vào lòng đất, chịu nhiều tác động của các yếu tố tự nhiên nên dầu có thể bị đóng cục lại (dạng rắn) Các phương pháp giải quyết 2.2 a Phương pháp vật ly: có sự cố tràn dầu các bạn pháp vật lý được áp dụng để hạn chế thấp nhất các ảnh hưởng xấu đến môi trường Thu hồi dầu bằng nhiều cách: các phao quay nổi, thiết bị hút dầu, thiết bị bốc xúc vật liệu nhiễm dầu hoặc dùng các vật liệu thấm hút dầu, dùng phao quay quanh vùng bị nhiễm dầu để dầu không bị tràn Sau làm sạch khu vực nhiễm dầu bằng cách xịt hoặc phun nước Dầu tràn các bãi biển có thể đốt cháy b Phương pháp hóa học: sử dụng các hóa chất chất hoạt hóa hoạt động bề mặt để phá vỡ mạch Carbon để tạo sản phẩm cuối cùng là khí CO2 bay vào khí quyển hoặc dùng các chất kết tủa, keo tủ để dồn dầu tràn vào một vị trí để thu gom c Phương pháp sinh học: là phương pháp sử dụng một số chế phẩm sinh học và tạo điều kiện sống thuận lợi để kích thích vi sinh vật phân hủy dầu có sẵn vùng ô nhiễm tăng cường hoạt động Lúc này, nguồn Carbon của dầu là nguồn Carbon nhất để nuôi vi sinh vật hay sản phẩm phân hủy hydrocarbon của vi sinh là nguồn chất để chúng sinh trưởng Ngoài ra, chúng ta có thể bổ sung chủng vi sinh vật đặc hiệu vào môi trường, tạo điều kiện cần thiết để chủng này chuyển hóa dầu Dầu được oxy hóa, bẻ mạch và sản phẩm cuối cùng là các axit hữu cơ, khí Carbonic, nước và sinh khối sinh vật Các sản phẩm này không gây ô nhiễm môi trường Khi nguồn Hyrocarbon bị tiêu thụ hết sinh khối vi sinh vật tự phân rã theo chu trình sinh hóa và số lượng vi sinh vật lại trở về điều kiện ban đầu II ỨNG DỤNG VI SINH VẬT ĐỂ XỬ LY Ô NHIỄM DẦU MO Các chủng vi sinh vật có khả chuyển hóa dầu Theo các nghiên cứu trước đây, tự nhiên có tới 150.000 loài vi sinh vật, gần 200 loài có khả 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 Những vi sinh vật này phân bố khá rộng rãi môi trường tự nhiên đất, nước, chúng sử dụng hydrocarbon nguồn cacbon và lượng cho sự sinh trưởng và phát triển Chất hoạt hóa bề mặt sinh học (CHHBMSH) chủ yếu là các vi sinh vật có khả sử dụng hydrocarbon sinh CHHBMSH là một nhóm các phân tử không đồng nhất, hoạt động bề mặt, các vi sinh vật tạo Các phân tử này có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt, làm giảm nồng độ mixen tối thiểu (CMC – Critical Micelle Concentration) và hấp thụ ở pha trung gian pha nước và pha dầu Chính nhờ đặc điểm nhũ hóa này mà các hydrocarbon có thể nhũ hóa vào nước hoặc dễ dàng xâm nhập vào các tế bào vi sinh vật Tuy nhiên, một số vi sinh vật khác có khả tạo CHHBMSH lại sử dụng các nguồn chất là các hợp chất hữu tan nước (glucoza, glycerol, ethanol…) Một số vi sinh vật tạo chất này nhằm mục đích thích nghi với các điều kiện môi trường sống đặc biệt của chúng, chẳng hạn các bể chứa dầu, đất, đại dương,… Từ nguồn ô nhiễm dầu cát, bùn đất, nguồn dầu bị tràn biển,… người ta phân lập được nhiều chủng vi khuẩn có khả tạo CHHBMSH, ví dụ như: Bacillus AB-2 và Y12-B, Rhodococcus, Bacillus pumilus, Arthrobacter sp., MIS 38, Pseudomonas aeruginosa Vi sinh vật có môi trường dầu mỏ, đặc biệt là xạ khuẩn phân hủy dầu mỏ rất tốt, với điều kiện thích nghi chúng có thể ăn được dầu mỏ: sử dụng hợp phần dầu mỏ làm chất dinh dưỡng nguồn Cacbon Chúng dùng một phần chất là dầu mỏ để xây dưng tế bào đồng thời phân hủy thành phần dầu mỏ đến CO2 Ở Việt Nam, các công trình nghiên cứu về vi sinh vật biển và vi sinh vật phân hủy dầu tạo CHHBMSH còn ít được quan tâm Gần có một số nghiên cứu về khu hệ vi sinh vật biển khu vực miền Bắc, miền Trung, miền Nam và một số khu hệ vi sinh vật rừng ngập mặn Do điều kiện đặc thù của khu hệ sinh thái nên các khu hệ vi sinh vật đất và nước hết sức đa dạng Các vi sinh vật phân hủy dầu tạo CHHBMSH thường gặp bao gồm: Pseudomonas, Bacillus, Flavobacterium, Arthrobacter, Acinetobacter, Corynebacterium, Rhodococcus, Micrococcus, Mycobacterium, Để hiểu rõ chế hoạt động của vi sinh vật chuyển hóa dầu, chúng ta nghiên cứu cách thức chuyển hóa của Vi sinh vật chuyển hóa dầu điển hình là vi khuẩn chuyên ăn dầu: Alcanivorax Borkumensis Alcanivorax Borkumensis là tên một loại vi khuẩn chuyên sống vùng nước bị nhiễm dầu Sinh vật biển bé nhỏ này hầu không được tìm thấy các vùng nước sạch, lại có mặt dòng thủy triều đen Quá trình trao đổi chất của dựa vào các hydratcarbon là nguồn cung cấp carbon và lượng nhất Alcanivorax Borkumensis có khả phân hủy dầu đặc hiệu so với các loài vi khuẩn phân hủy dầu khác Alcanivorax Borkumensis có thể tăng sinh một cách hiệu và hầu chỉ có thể sinh sống nhờ hydrocarbon dầu thô Nó có thể phân hủy một lượng lớn hydrocarbon Loài vi khuẩn này sản sinh 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 môi trường, từ dẫn tới phản ứng cụ thể bên tế bào Qua quá trình giải mã gen của vi khuẩn Alcanivorax Borkumensis người ta nhận thấy rằng: Alcanivorax Borkumensis có khả phân hủy dầu đặc hiệu so với các loài vi khuẩn phân hủy dầu khác Alcanivorax Borkumensis có thể tăng sinh một cách hiệu và hầu chỉ có thể sinh sống nhờ hydrocarbon dầu thô Nó có thể phân hủy một lượng lớn hydrocarbon Loài vi khuẩn này sản sinh 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 Đặc điểm bật là Alcanivorax Borkumensis mặc dù không hề có mắt mũi chúng có thể nhận biết môi trường xung quanh và vùng dầu ô nhiễm nhờ các sensor tập chung ở một đầu thể Cơ cấu này cho phép chúng định hướng nguồn lương thực để di chuyển có mục đích Đây là một sinh vật đơn bào và sử dụng các thành phần nhận biết của các tế bào thần kinh kiểm tra chất lượng thông tin và gửi thông tin đến bộ não để có thể phân tích liệu nhận được Các tế bào thần kinh này kết hợp lại với thành một lưới bề mặt của vi khuẩn để khuếch đại thay đổi nhỏ nhất 2 Các nhân tố ảnh hưởng tới khả phân hủy Hydrocarbon và tạo CHHBMSH của vi sinh vật Trong hệ sinh thái bị ô nhiễm dầu hoặc các sản phẩm dầu mỏ, hiệu của việc phân hủy hydrocarbon hay việc tạo CHHBMSH bởi vi sinh vật không chỉ phụ thuộc vào số lượng các loại vi sinh vật có mặt mà còn phụ thuộc vào các nhân tố khác như: nguồn cacbon, nhiệt độ, pH, nồng độ muối NaCl, các chất dinh dưỡng vô cơ,… Ngoài ra, sự đồng hóa của các vi sinh vật có khả oxy hóa hydrocarbon là một quá trình rất phức tạp và còn phụ thuộc vào: - Khả xâm nhập vào tế bào của hydrocarbon - Sự tồn tại của các hệ thống enzyme cần thiết để chuyển hóa nguồn cacbon này, đặc biệt đối với hai giai đoạn đầu của sự oxy hóa - Vi sinh vật phải bền vững với độc tính của hydrocarbon ở nồng độ cao Tất điều kiện có ảnh hưởng rõ rệt lên tốc độ tạo CHHBMSH phân hủy hydrocarbon của các vi sinh vật Hầu hết các nghiên cứu về khả tạo CHHBMSH của vi sinh vật đã được thực hiện nguồn chất là hydrocarbon Song một số chất khác có thể là nguồn cacbon và lượng cho vi sinh vật dầu oliu, các phế thải công nghiệp than bùn, nước thải của các nhà máy sữa, Qua nghiên cứu người ta thấy rằng, các vi sinh vật thường có khả sinh trưởng và tạo CHHBMSH phân hủy hydrocarbon khoảng nhiệt độ từ 25 – 370C nhiệt độ thích hợp nhất là từ 30 - 34oC, pH thường dao động khoảng từ 6-8 thích hợp nhất là từ 7,2 - 7,4 Sử dụng vi sinh vật để xử lý ô nhiễm dầu: Có cách sử dụng vi sinh vật để xử lý ô nhiễm dầu: nuôi vi sinh vật có sẵn môi trường bị ô nhiễm bằng các chế phẩm sinh học và bổ sung thêm vi sinh vật đặc hiệu vào vùng ô nhiễm 3.1 Sử dụng vi sinh vật có sẵn môi trường ô nhiễm Cơ chế của phương pháp: Sử dụng các vi sinh vật hiện diện tự nhiên vùng ô nhiễm dầu Để làm được điều này, người ta bơm oxy vào vùng bị ô nhiễm và cung cấp thêm một hỗn hợp dinh dưỡng để làm gia tăng nhanh chóng số lượng vi sinh vật Hỗn hợp được biết đến nhiều nhất là Inipol (gồm phosphate và nitrates) hãng Efl – Aquitaine phối hợp với viện hải dương học Paul- Ricard chế tạo Cách thực kết quả đạt Phương pháp nuôi vi sinh vật dầu: sử dụng phương pháp kích thích sự phát triển của các loài vi sinh vật địa , có khả phân hủy dầu hoặc các chất gây ô nhiễm khác điều kiện khác của vùng bị ô nhiễm Có ba chế phẩm các nhà khoa học Việt Nam tạo được sử dụng để cung cấp chất dinh dưỡng cho vi sinh vật môi trường bị ô nhiễm dầu là: - Chế phẩm Oilcleanser 1: sử dụng cho phân hủy sinh học ở điều kiện kỵ khí - Chế phẩm Oilcleanser 2: sử dụng cho phân hủy sinh học ở điều kiện hiếu khí - Chế phẩm Oilcleanser 3: sử dụng để xử lý nước thải ở bể sục khí cặn thải bị nhiễm dầu Kết quả: Trong quá trình xử lý nước thải, cặn thải nhiễm dầu tại kho K130 và tại Khe Chè (Quảng Ninh), sau sử dụng chế phẩm Oilcleanser thời gian đến chín tháng, sau dùng chế phẩm Oilcleanser 2, đã cho kết rất khả quan Hàm lượng dầu nước thải đã giảm 98%, đặc biệt các hydrocarbon thơm (tác nhân ô nhiễm gây ung thư ở người) đã hoàn toàn bị loại bỏ Về vấn đề kinh tế chi phí cho việc xử lý 0,914 m3 ô nhiễm bằng phân hủy sinh học chỉ hết 100 đến 200 dolar Trong các phương pháp khác đều có giá thành cao nhiều Chẳng hạn, xử lý bằng phương pháp đốt có thể lên tới 800USD, chưa kể gây ô nhiễm không khí và nước ngầm Qua ta thấy xử lý dầu tràn bằng cách kích thích hoạt động của các vi sinh vật có sẵn tự nhiên mang lại hiệu rất to lớn Không vậy, phương pháp này giải quyết được vấn đề ô nhiễm thứ cấp mà các phương pháp khác được 3.2 Phương pháp bổ sung các vi sinh vật đặc hiệu vào vùng ô nhiễm Hiện các trung tâm nghiên cứu, các tập đoàn kinh tế và hãng hóa dầu lớn thuộc các công ty đa quốc gia thế giới tích cực nghiên cứu và bước đầu thử nghiệm thành công việc tạo chủng vi sinh vật chuyên ăn dầu hay ăn hóa chất cùng chế phẩm sinh học phân hủy dầu tràn Qua quá trình nghiên cứu, các nhà khoa học đã phân lập, tuyển chọn được 400 chủng vi sinh vật có khả sử dụng dầu thuộc các chi: Aspergillus, Clasdosporium, Penicillium Tuy nhiên phương pháp này ít được sử dụng bởi việc tạo điều kiện cho các chủng vi sinh vật hoạt động vấn đề đơn giản Chi phí cho việc nghiên cứu và tạo các chế phẩm sinh học đặc hiệu rất lớn Một số chế phẩm sinh học được sử dụng thế giới và Việt Nam Ba sản phẩm dùng để phân hủy dầu thô bằng vi sinh vật là: LOT 11 (xử lý dầu thô sàn đất), SOT (xử lý dầu dạng sẵn), LOT (xử lý dầu dạng lỏng) Sản phẩm LOT 11: Được phun lên dầu tràn đất làm tan và rửa trôi dầu để chúng thấm qua đất xốp Trong quá trình các bụi khoáng bao bọc cách hạt dầu kết tụ ngăn không cho chúng kết hợp thành các hạt lớn Sự hợp nhất về mặt vật lý mùn đất là quá trình phân hủy sinh học tự nhiên Thời gian để dầu thô bị phân hủy hoàn toàn là khoảng từ 4-6 tháng ở nhiệt độ 20-250C LOT 11 có thành phần không độc hại và cho phép có thực phẩm của người các loại mĩ phẩm Sản phẩm SOT: Xử lý dầu dạng rắn là một loại bộ hỗn hợp không độc Hạt bột có kích cỡ khoảng 20-500 micron Khi rắc bột lên dầu tràn biển, thâm nhập và bám chặt vào dầu bằng các hoạt khoáng của Để xử lý một lít dầu cẩn phải rắc 5kg bột này, dầu đã vào bột, trở thành khối lỏng kết tủa là cặn dưới biển (trầm tích biển) Ở đó, cặn môi này không gắn kết với các trầm tích tự nhiên có mà thu hút các vi sinh vật tồn tại tự nhiên (khoảng loài vi sinh vật) chúng phân hủy dầu thời gian khoảng tháng Sản phẩm này có thể áp dụng với tất các loại dầu tự nhiên nguyên chất và hầu hết các sản phẩm hóa dầu Sản phầm LOT: Xử lý dầu dạng lỏng là một hỗn hợp các loại rượu khác không độc, là chất cô đặc hòa tan với nước Người ta dùng giải phapr phun thành tia chất lỏng lên dầu đã bị thấm sâu vào đất Dầu tự hòa tan và tự phân hủy đất bằng phương pháp sinh học với khoảng thời gian từ – tháng Với sản phẩm xử lý dầu dạng lỏng này người ta có thể tắm cho chim và các loài động vật khác bị nhiễm dầu SOT, LOT xử lý được dầu thô DO, FO và các loại xăng KẾT LUẬN Tràn dầu hiện là một thảm họa của môi trường, gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái, môi trường và người Ngoài phương pháp học và hóa học được sử dụng, xử lý dầu tràn bằng vi sinh vật được ứng dụng rộng rãi và mang lại nhiều hiệu cao Hiện các chế phẩm sinh học xử lý dầu tràn được nghiên cứu và ứng dụng khá nhiều Việc ứng dụng vi sinh vật vấn đề xử lý dầu tràn biển mang lại hiệu rõ rệt Một bãi biển bị hư hại tràn dầu có thể được khôi phục hoàn toàn từ – năm được làm sạch bằng công nghệ vi sinh, nếu không mất 10 năm hoặc nhiều để có thể khôi phục được Ứng dụng vi sinh vật không chỉ để làm sạch môi trường biển sau tràn dầu mà còn sử dụng để khôi phục lại môi trường ban đầu Công nghệ vi sinh vật ứng dụng là một công nghệ hứa hẹn rất lớn cho tương lai Nó được áp dụng một số lĩnh vực tương đối mới, có khả tiết kiệm tiền bạc, thời gian, khôi phục hoàn toàn hệ sinh thái, phá hủy chất ô nhiễm, tạo nhiều đột phá tương lai Các sản phẩm mới của công nghệ vi sinh được sáng tạo cụ thể phù hợp với môi trường bị ô nhiễm