Bước đầu thử nghiệm khả năng xử lý dầu thô ở phòng thí nghiệm của các chủng vi khuẩn phân lập từ biển cần giờ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BƯỚC ĐẦU THỬ NGHIỆM KHẢ NĂNG XỬ LÝ DẦU THÔ Ở PHỊNG THÍ NGHIỆM CỦA CÁC CHỦNG VI KHUẨN PHÂN LẬP TỪ BIỂN CẦN GIỜ Ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Giảng viên hướng dẫn : CN Nguyễn Hoàng Mỹ Sinh viên thực MSSV: 107111215 : Tống Khánh Tuyền Lớp: 07DSH2 TP Hồ Chí Minh, 2011 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Tống Khánh Tuyền CHƢƠNG MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Từ phát nay, dầu thô nguồn nguyên liệu vô quý giá quốc gia nói riêng tồn giới nói chung Ngay dầu thơ sản phẩm dầu thô khai thác sử dụng với khối lượng ngày tăng Dầu thơ có mặt hầu hết lĩnh vực đời sống sinh hoạt hàng ngày người hoạt động công – nông nghiệp Bên cạnh ưu điểm kinh tế xã hội, sản phẩm dầu thô mối đe dọa ô nhiễm môi trường Những yếu tố khách quan chủ quan khai thác sử dụng dầu gây nên hiểm họa cho mơi trường sinh thái Có nhiều vụ tràn dầu sơng, biển xảy tồn giới để lại hậu đáng lo ngại Đó chưa kể đến việc khai thác dầu thềm lục địa việc rửa tàu chuyên chở dầu vô ý thức gây nên ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh thái Ở Việt Nam vòng 10 năm qua có 50 vụ tràn dầu lớn nhỏ, thiệt hại khơng kiểm sốt Chính việc nghiên cứu tìm cách phòng ngừa nhiễm dầu đưa sách bảo vệ mơi trường nói chung, nhiễm dầu gây nói riêng trở nên cấp thiết Hiện có nhiều phương pháp khắc phục cố tràn dầu biển như: phương pháp học, phương pháp hóa học, phương pháp sinh học Nhưng biện pháp học hóa học sử dụng thiết bị tách dầu đại không loại bỏ thành phần độc dầu Trong phương pháp sinh học phương pháp làm nhiễm dầu có tính ưu việt với giá thành rẻ, không gây ô nhiễm sau Xử lý dầu tràn chủng vi sinh vật giúp làm dầu biển giúp hiểu q trình chuyển hóa thành phần dầu Đồ án tốt nghiệp SVTH: Tống Khánh Tuyền qua điều khiển q trình phân hủy sinh học dễ dàng nhằm làm tăng hiệu xử lý Góp phần cơng tác ứng cứu tràn dầu biển làm dầu trình khai thác vận chuyển đặc biệt Việt Nam, tiến hành nghiên cứu đề tài: „„Bước đầu thử nghiệm khả xử lý dầu thô quy mơ phòng thí nghiệm chủng vi khuẩn phân lập từ biển Cần Giờ” Tình hình nghiên cứu  Nghiên cứu Việt Nam Năm 2003, tác giả Lại Thúy Hiền nghiên cứu chất hoạt động bề mặt sinh học vi sinh vật tạo ra, ứng dụng cơng nghệ dầu khí xử lý môi trường Kết phân lập chủng vi sinh vật Pseudomonas pesudomatei, Pseudomonas aeruginosa, Cryptococcus terreus Candida guiller có khả sinh chất hoạt động bề mặt có hoạt tính cao, tác dụng làm tăng trình phân hủy dầu tổng Kết 67% lượng dầu tràn, thúc đẩy nhanh trình xử lý ô nhiễm dầu [7] Đề tài cấp nhà nước số KHCN 02 – 12 “Nghiên cứu làm dầu phương pháp phân hủy dầu mỏ phương pháp phân hủy sinh học” tiến sỹ Đặng Thị Cẩm Hà chủ trì đồng nghiệp tiến hành từ năm 1999 – 2000, hội đồng nghiệm thu nhà nước đánh giá đạt loại xuất sắc Thành đạt đề tài chế phẩm cung cấp cho q trình xử lý dầu nhiễm mơi trường sinh thái khác xây dựng quy trình xử lý ô nhiễm dầu môi trường nước [1] Viện Công nghệ sinh học sản xuất đưa vào sử dụng gồm Oicleanser 1, Oicleanser 2, Oicleanser Các chế phẩm sinh học, chất vi lượng sản xuất đáp ứng yêu cầu xử lý loại hình nhiễm dầu điều kiện sinh thái khác [1] Đồ án tốt nghiệp SVTH: Tống Khánh Tuyền  Nghiên cứu giới Các nhà khoa học California có cải tiến quan trọng kỹ thuật làm dầu loang biển, hồ khu vực lưu thơng đường thủy, máy lọc dầu cải tiến Đây thiết bị chủ yếu thu hồi dầu loang biển, khu vực có bề mặt dầu loang rộng lớn, thiết bị có nhiều rãnh thu nhiều dầu thiết bị hớt váng dầu thông thường với bề mặt phẳng, thiết bị thu gom gần 100% dầu bám dính mặt thiết bị Nhóm nghiên cứu thuộc Viên Cơng Nghệ Massaachusetts (MIT) Mỹ nghiên cứu loại bọt biển nano hút dầu loang khởi mặt nước Loại bọt biển lưới gồm sợi nano oxit mangan có đường kính khoảng 20 nano mét đan nối với nhau, thiết bị phủ lên lớp silicon lưới giúp khơng thấm nước Do có nhiều lỗ thơng khí, lưới nano hoạt động miếng bọt biển, hút lượng dầu gấp 20 lần trọng lượng Với bề mặt khơng thấm nước, bọt biển hút chất không tan nước dầu, bọt biển hút chất không tan nước dầu, bọt biển nano đẩy gần 100% nước Hiện thị trường giới có nhiều chế phẩm cung cấp cho trình xử lý dầu tràn Một số chế phẩm làm từ bơng phế thải, có tính chất thu hồi dầu sàn dính dầu khơng có khả phân hủy dầu Các chế phẩm sau thu gom phải xử lý tiếp, đốt nhiệt độ cao (2 122.103 >2 R4 19,4.103 0,533 63,2.103 1,120 90,8.103 1,320 R5 39,8.103 0,626 42.103 0,640 67.103 0,772 R6 43,9.103 0,946 81.103 1,180 110,4.103 1,600 R7 50,2.103 0,562 73.103 0,633 99,5.103 0,820 R8 41,8.103 0,453 49,6.103 0,840 64.103 1,266 R9 40,5.103 0,666 93,8.103 >2 113,5.103 >2 R10 6,3.103 0,106 40,1.103 0,533 89,9.103 1,466 GTTB 32.103 0,514 62.103 >1,001 78.103 >1,128 Ghi chú: Giá trị trung bình bàng 3.5 khơng có mẫu đối chứng Sự tương quan mật độ tế bào thời điểm theo phương pháp đếm khuẩn lạc đo OD chủng đồ thị 3.1, biểu đồ 3.1 3.2 48 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Tống Khánh Tuyền ĐC R1 R2 R3 R4 49 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Tống Khánh Tuyền R5 R6 R7 R8 R9 R10 Đồ thị 3.1: Kết mật độ tế bào 10 chủng vi khuẩn 50 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Tống Khánh Tuyền Nhìn chung đồ thị 3.1 cho thấy hầu hết chủng có gia tăng mật độ tế bào sau thời gian nuôi cấy Ở mẫu đối chứng, thời điểm ngày mật độ tế bào 13,3.103 cfu/ml, tăng lên 16,5.103 cfu/ml sau ngày 19,5.103 cfu/ml sau 14 ngày Giá trị OD tăng lên từ 0,353 ngày lên 0,406 ngày 0,427 sau 14 ngày Tỷ lệ tăng mật độ đếm khuẩn lạc 31% mật độ quang 17,3% từ ngày đến 14 ngày Đối với 10 chủng thí nghiệm, mật độ trung bình lúc ngày 32.103 cfu/ml, OD 0,514, tăng lên 78.103 cfu/ml OD 1,128 sau 14 ngày ni cấy Trong đó, chủng tăng mạnh R10, từ 6,3.103 cfu/ml, OD 0,106 ngày lên 89,9.103 cfu/ml, OD 1,466 , R10 tăng 92,9% mật độ đếm khuẩn lạc 92,7% đo quang Chủng có mật độ tế bào tăng thấp R5 với tỷ lệ cfu 40,5% OD 18,9%, R5 đạt cao so với đối chứng Thời gian đầu từ đến ngày dựa vào mật độ đếm khuẩn lạc có chủng tăng cao như: R2, R3, R4, R6, R7, R9 chủng R1, R5, R8, R10 thấp Ngược lại thời gian sau từ đến 14 ngày chủng R1, R5, R8, R10 R6 lại tăng cao chủng có tăng thấp lúc ban đầu Riêng R6 thời điểm tăng cao giống Mật độ đo quang thời gian ngày đầu có R1, R2, R4 gia tăng mạnh, R5, R6, R7, R8, R10 gia tăng thấp Nhưng sau 14 ngày ngược lại hồn tồn chủng ban đầu tăng lại gia tăng thấp chủng lại Trong R3 R9 thời điểm lại có mật độ tế bào mạnh vượt qua mức giá trị đo OD lớn Riêng chủng R1, R8, R5 mật độ đo quang tăng mật độ đếm khuẩn lạc không tăng đáng kể thời gian ngày đầu sai sót q trình đếm mẫu, số lần lặp lại chưa đủ số liệu thống kê, Tuy nhiên, đến thời điểm 14 ngày giá trị điều có tăng cao rõ rệt 51 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Tống Khánh Tuyền Biểu đồ 3.1: Kết mật độ đếm khuẩn lạc Biểu đồ 3.2: Kết đo mật độ quang Từ biểu đồ 3.1 3.2 cho thấy chủng R3, R6, R9, R10 có tăng mật độ tế bào cao giá trị đếm khuẩn lạc mật độ quang Xét tỷ lệ gia tăng mật độ tế bào chủng R10 có tỷ lệ tăng cao (cfu tăng 92,9%, OD 92,7%) 52 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Tống Khánh Tuyền Tổng hợp từ kết phát triển chủng tương quan 10 nhận định chủng R3, R6, R9, R10 có phân hủy dầu mạnh khoảng 67% theo kết cảm quan chủng có chuyển hóa màu sắc mơi trường, gia tăng độ đục tốc độ nhũ tương hóa lại cao sinh nhiều cặn trình phân hủy vi sinh vật, số vi sinh vật chết hết chất dinh dưỡng nước nhiễm dầu 3.2.3 Kết sức căng bề mặt Vào thời điểm ngày 14 ngày, tiến hành gửi mẫu xác định sức căng bề mặt Công ty Bách Việt Bảng 3.4: Kết đo sức căng bề mặt (đơn vị: mN/m) Chủng Sức căng bề mặt ngày 14 ngày ĐC 36,7 32,6 R1 30,6 28,3 R2 22,0 20,0 R3 0,58 0,16 R4 25,1 20,0 R5 31,8 30,8 R6 0,78 0,26 R7 29,7 25,2 R8 21,5 18,5 R9 20,0 15,6 R10 24,2 20,2 GTTB 20,6 17,9 53 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Tống Khánh Tuyền Biểu đồ 3.3: Sức căng bề mặt 10 chủng đối chứng Theo Lại Thị Hiền (2010) Lê Phi Nga (2005) để phân cắt liên kết hydrocarbon dầu đầu tiên, thân chủng vi sinh vật phải tổng hợp tiết vào môi trường hợp chất hoạt động bề mặt sinh học, chúng phải hỗ trợ bước đầu chất hoạt động bề mặt hóa học từ chủng vi sinh vật khác nhằm giảm sức căng bề mặt hạt dầu Sau tiến hành phân cắt liên kết bên hệ enzym chuyên biệt CHĐBMSH hợp chất lưỡng tính gồm hai phần: phần kị nước phần ưu nước có khả làm giảm sức căng bề mặt nước nhiễm dầu Sức căng bề mặt bước quan trọng để xác định khả phân hủy dầu chủng vi khuẩn phân lập Hầu hết loại dầu nhẹ nước, vi khuẩn bắt đầu phân hủy dầu chúng tập hợp bề mặt lúc sức căng bề mặt giảm xuống làm tăng chất hoạt động bề mặt sức căng bề mặt giảm đến mức tối thiểu, nhũ tương xuất 54 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Tống Khánh Tuyền Dựa vào kết đo sức căng bề mặt tất chủng giảm, có R3, R6 làm giảm nhiều (Biểu đồ 3.3) sức căng bề mặt 0,16 – 0,26 mN/m sau 14 ngày so với 32,6 mN/m đối chứng Đây chủng có kết độ nhũ tương cao (Bảng 3.2) Tiếp theo chủng R2, R4, R8, R9, R10 sau chủng R1, R5, R7 giảm thấp sức căng bề mặt khoảng 28,3 – 30,8 mN/m sau 14 ngày Từ kết cảm quan bảng 3.4 độ nhũ tương ta thấy mức độ nhũ tương hóa R3, R6, R9 suốt q trình lắc nhũ hóa cao biến lớp ván dầu thành hạt dầu rất nhỏ Theo nghiên cứu Trần Thị Nga, tác giả phân lập từ nước nhiễm dầu khu vực rừng ngập mặn Cần Giờ chủng vi khuẩn mang tên SG – có khả phân hủy dầu DO làm giảm sức căng bề mặt môi trường nuôi cấy từ 50,8 xuống 31,2 mN/m Như vậy, 10 chủng thí nghiệm chúng tơi cho kết xử lý dầu tương đối tốt, có chủng đặc biệt làm giảm hẳn sức căng bề mặt thấp mN/m Tuy nhiên, cần có nghiên cứu xác định tổng hàm lượng dầu khống có mẫu để kết luận xác 55 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Tống Khánh Tuyền CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 4.1 Kết luận Từ nguồn nước ô nhiễm dầu khu vực Cần Giờ tuyển chọn được 10 chủng vi sinh vật, chủng có khả phát triển mơi trường có dầu thơ nguồn carbon Trên quy mô xử lý điều kiện phòng thí nghiệm, chủng cho thấy khả tăng sinh phân hủy lượng dầu có mẫu nước ô nhiễm Mật độ tế bào đạt 78.103cfu/ml, sức căng bề mặt giảm 17,9 mN/m sau 14 ngày nuối cấy Trong 10 chủng tuyển chọn chủng R3, R6 có khả phân hủy mạnh 4.2 Đề nghị Đề tài xác định sức căng bề mặt ảnh hưởng đến phân hủy dầu nên cần số điều kiện khác để kết luận vi khuẩn có phân hủy dầu Định danh chủng vi khuẩn phân lập được, đặt biệt chủng R3 R6 Xác định CHĐBMSH vi sinh vật phân giải trình phân hủy hydrocarbon từ dầu thơ Xây dựng mơ hình ứng dụng xử lý quy mô lớn Cần xác định hàm lượng dầu tổng sau khoảng thời gian xử lý 56 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Tống Khánh Tuyền TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt Bùi Trọng Vinh, 2004, Nghiên cứu khả xử lý vật liệu bờ phương pháp kích hoạt vi sinh vật phân hủy dầu Luận Văn cao học Viện Môi trường Tài nguyên Đinh Thị Ngọ, 2008, Giáo trình hóa học dầu khí Nhà xuất khoa học kỹ thuật, trang 1-35 Hoàng Anh Tuấn Đoàn Cảnh, 1996, Báo cáo tổng hợp chương trình làm dầu DO cải tạo môi trường bị ô nhiễm, khôi phục sản xuất hai huyện Nhà Bè – Cần Giờ, TPHCM Ủy ban mơi trường TP.HCM Hồng Thị Mỹ Hạnh, Nguyễn Dương Nhã, Đặng Thị Cẩm Hà, 2003, Nấm sợi phân hủy hydrocarbon thơm đa nhân phân lập từ cặn dầu thô giếng khai thác dầu Vũng Tàu Tập chí Cơng nghệ Sinh học, trang 255-264 Lâm Kim Ngọc, 2005, Nghiên cứu tiềm du lịch sinh thái huyện Cần Giờ Khóa luận văn tốt nghiệp trường đại học Khoa Học Tự Nhiên TP.HCM Lại Thúy Hiền, 1997, Giáo trình cao học vi sinh học dầu mỏ Viện sinh thái tài nguyên sinh vật, trung tâm khoa học tự nhiên tài nguyên quốc gia Lại Thúy Hiền, Đỗ Thu Phương, Hoàng Hải, Phạm Thị Hằng, Lê Phi Nga, Lê Thị Nhi Kiều, Kiều Hữu Ảnh, 2003, Chọn chủng vi sinh vật tạo CHĐBMSH cao ứng dụng cơng nghiệp dầu khí xử lý mơi trường Tập chí cơng nghệ sinh học, Viện cơng nghệ sinh học Trường Đại Học Xã Hội Tự Nhiên Lê Tiến Mạnh, 2008, Phân lập, tuyển chọn nghiên cứu khả phân hủy sinh học hydrocarbon thơm vài chủng vi khuẩn 57 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Tống Khánh Tuyền phân lập từ nước ô nhiễm dầu Quảng Ninh Luận văn Thạc Sĩ, trường đại học Thái Nguyên Trần Thị Nga, 2010, Khả sử dụng vi khuẩn phân hủy dầu đồng thời tạo chất hoạt động bề mặt xử lý ô nhiễm dầu Luận văn tốt nghiệp 10 Báo cáo chuyên đề CNSH – MT, 2009, Ứng dụng công nghệ sinh học xử lý tràn dầu biển Trường đại học Nông Lâm TP.HCM khoa môi trường tài nguyên 11 Tạp chí thơng tin dầu khí giới số 7/2005 Một số trang wed 12 http:www.agriviet.com 13 http://74.125.153.132/search?q=cache:gtnEZW7ea80J:www.ohmsett.c om/Ask_Dr_Skimmer_and_Boomer/Student_Page_301.pdf+cleanup+o il+spill+mechanical&cd=7&hl=vi&ct=clnk&gl=vn 58 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Tống Khánh Tuyền PHỤ LỤC Bảng 1: Số lượng khuẩn lạc với nồng độ pha loãng 14 ngày Mẫu 10-1 10-2 10-1 10-2 10-1 10-2 ĐC 45 22 50 28 70 32 R1 36 13 87 22 131 92 R2 50 37 154 98 200 119 R3 163 63 215 98 200 119 R4 118 27 163 110 175 164 R5 163 63 169 67 219 112 R6 178 70 272 140 298 191 R7 144 86 200 126 220 177 R8 165 67 172 85 200 108 R9 110 70 280 163 300 197 R10 36 142 66 208 159 59 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Tống Khánh Tuyền Bảng 2: Kết đo sức căng bề mặt ngày 14 ngày với lần lặp lại (đơn vị: mN/m) ngày 14 ngày Mẫu Lần Lần Lần Lần ĐC 35,7 37,7 32,5 32,7 R1 31,0 30,3 28,8 27,9 R2 22,1 22,0 20,1 20,0 R3 0,28 0,88 0,11 0,21 R4 24,5 25,6 20,5 19,6 R5 33,6 30,1 30,6 31,1 R6 0,67 0,89 0,20 0,32 R7 29,9 29,6 24,9 25,6 R8 22,8 20,2 18,8 18,2 R9 18,9 21,1 15,5 15,7 R10 24,5 23,9 20,5 19,9 60 ... tràn dầu biển làm dầu trình khai thác vận chuyển đặc biệt Vi t Nam, tiến hành nghiên cứu đề tài: „ Bước đầu thử nghiệm khả xử lý dầu thô quy mơ phòng thí nghiệm chủng vi khuẩn phân lập từ biển Cần. .. khả xử lý chủng vi sinh vật phân lập có khả phân hủy dầu mẫu nước biển nhiễm dầu quy mô phòng thí nghiệm Nhiệm vụ nghiên cứu Xây dựng sơ đồ bố trí thí nghiệm xử lý Xây dựng khả phân hủy dầu chủng. .. sinh vật Các kết đạt đƣợc đề tài Tuyển chọn chuẩn vi sinh khuẩn có khả phân hủy dầu từ nguồn nước nhiễm dầu Đánh giá số vi khuẩn có khả phân hủy dầu mạnh làm sở cho vi c sử dụng hợp lý, hiệu