VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC k k k kỶ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐÈ TÀI LựACHỌN CHỦNG VI KHUẨN TẠO CHÁT HOẠT ĐỘNG BÈ MẬT SINH HỌC TRÊN NGUỒN co CHẤT HYDROCARBON NHẢM ÚNG DỰNG xử LÝ Ô NHIỄ.
Trang 1VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC
'k-k-k-kỶ
ĐÈ TÀI LựACHỌN CHỦNG VI KHUẨN TẠO CHÁT HOẠT ĐỘNG
BÈ MẬT SINH HỌC TRÊN NGUỒN co CHẤT HYDROCARBON
Trang 2VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC
•ỉĩ Ỷ: -k *
ĐÈ TÀI LựA CHỌN CHỦNG VI KHUÁN TẠO CHẤT HOẠT ĐỌNG
BÈ MẶT SINH HỌC TRÊN NGUÒN co CHẤT HYDROCARBON
Trang 3VIỆNĐẠI HỌC MỚ HÀ NỘI LUẬN VĂN TÒT NGHIỆP
LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, em xin gửi lời cám ơn tới các thầy cô giảo Khoa Công nghệ sinh học, Viện Dại học Mở Hà Nội đã tạo điều kiện giúp đỡ và chi báo em trong thời gian học tập tại trường.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến TS Kiều Thị Quỳnh Hoa, Trướng phòng Vi sinh vật Dâu mò, Viện Công nghệ Sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tận tình hướng dần, dìu dắt và giúp đỡ em trong quá trình nghiên cứu hoàn thành khóa luận này.
Em cũng xin gửi lời cám ơn tới Ths Đặng Thị Yen cùng tập thê cán
bộ Phòng Vi sinh vật dầu mò, Viện Công nghệ sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tận tình giúp đờ em trong suốt thời gian thực tập tại phòng.
Cuối cùng, em xin được bày tô lòng biết ơn tới gia đình, bạn bè và những người thân đã luôn ling hộ, động viên khích lệ em trong suốt quá trình học tập đê em có được kết quả như ngày hôm nay.
Với tấm lòng biết ơn sâu sac, em xin trân trọng cảm ơn tất cả những
sự giúp đỡ quỷ báu trên!
HàNội, tháng 5 năm2017Sinhviên
NguyễnThị BíchLiên
Trang 4VIỆN ĐẠI HỌCMỚ HÀ NỘI LUẬN VĂN TÒT NGHIỆP
MỤC LỤC
BÁNG CHỪ VIẾT TÁT
DANH MỤCBẢNG
DANH MỤC HÌNHẢNH
MỞ ĐÀU 1
PHÀN I:TÔNG QUAN TÀI LIỆU 3
1.10 nhiễm dầu 3
1.1.1 Tình hình ônhiễmdầu 3
1.1.2 Nguồn ônhiễm dầu 5
1.1.3 Tác động cùa ônhiễm dầuđến môi trườngvà con người 6
1.2 Một sốphương pháp xứlý ônhiễm dầu 8
1.2.1 Xử lý bằng phương pháp cơ học 8
1.2.2 Xứ lýbằngphươngpháp hóahọc 8
1.2.3 Xứ lý bằng phương pháp sinh học 9
1.3 Chấthoạt động bề mặt sinh học 9
1.3.1 Kháiniệm chất hoạt độngbề mặt sinhhọc 9
1.3.2 Phân loạichất hoạt động bề mặt sinhhọc 10
1.3.3 Tínhchấtcúachất hoạtdộng bề mặt sinh học 11
1.3.4 ứng dụng cúa chất hoạt động bề mặtsinh học trongđời sống 12
1.4 Xử lý ô nhiễmdầu bằngchất hoạtđộng bề mặt sinh học sinh tống hợp bời vi sinh vật 13 1.4.1 Vi sinh vậtcó khảnăng tạo chất hoạt động bè mặt sinh học.13 1.4.2 Cácyếu tố ánh hường tớikhánăng tạo chất hoạt động bề mặt sinh
Trang 5VIỆNĐẠI HỌC MỚ HÀ NỘI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
PHÀN II: VẬT LIỆU VÀ PHUƠNGpháp nghiên cứu 16
2.1 Vậtliệu 16
2.1.1 Chúngvi sinh vật nghiên cứu 16
2.1.2 Môi trường nuôi cấy 16
2.1.3 Máymóc vàthiếtbị 17
2.2 Phương pháp nghiên cứu 17
2.2.1 Phương pháp xác địnhđặc điếm hình thái của chúng vi khuẩn nghiên cứu 17
2.2.2 Phương pháp đánh giákhá năng tạo chấthoạt độngbề mặt sinh học của các chủng vi khuẩn nghiêncứu 18
2.2.3 Phương pháp nghiên cứu ãnh hưởng cùanguồn carbon đếnkhà năng tạo chất hoạt động bề mặtsinh học 18
2.2.4 Phương pháp nghiên cứu ánh hưởng cúa nguồn nitơ đến khá năng tạo chất hoạt động bề mặt sinh học 19
2.2.5 Phươngpháp nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến khảnăng tạo chất hoạt động bemặt sinh họccủa chúng vi khuẩn nghiêncứu 19
2.2.6 Phương phápnghiên cứu ảnh hướng của nhiệt độ đếnkhảnăng tạo chấthoạt đôngbề mặt sinh họccủa chủng vi khuân nghiên cứu 19
2.2.7 Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ NaCl đenkhả năng tạo chất hoạt động bề mặt sinh họccùa chủng vi khuẩn nghiên cứu 19 2.2.8 Phương pháp phânloại chủng vi khuẩn nghiên cứu bằng phân tích trinh tự gen 16SrRNA 20
PHÀN III: KÉTQUÁ 21
3.1 Lựachọn chủng vi sinh vật có khả năng tạo chất hoạt động bề mặt sinhtrênnguồn cơ chất dầu thô 21
Trang 6VIỆNĐẠI HỌC MỚ HÀ NỘI LUẬN VĂN TÒT NGHIỆP3.2 Đặc điểm hình thái khuẩn lạcvà tế bào chủng CKB28 RC6-4 223.3 Phân loại chúng vi khuẩnnghiên cứu bằng phân tích trinh tự gen 16SrRNA 223.4 Ánh hướng cúa ngồn carbon tới khá năng tạochất hoạtđộng bề mặt sinhhọccủa chủngp aeruginosa CKB28RC6-4 233.5 Ành hưởng của nồng độ dầu thô tới khả năng tạo CHĐBMSH cúa chủng p.aeruginosa CKB28 RC6-4 243.6 Ánh hướng cứanguồn nitơtới khánăng tạo chấthoạt đông bềmặt sinh họccủa chủng p aeruginosaCK.B28 RC6-4 263.7 Ảnh hưởng của nồng độ K.NO3 đến khảnăng tạoCHĐBMSH của
chùng p aeruginosa CKB28 RC6-4 273.8 Anh hướng cùa pH đến khá năng tạo CHĐBMSH cùa chúng
p aeruginosa CK.B28RC6-4 283.9 Ánh hưởng của nhiệt độđến khảnăng tạo CHĐBMSH của chùng
p aeruginosa CKB28 RC6-4 293.10 Ành hướng cùa nồngđộ NaCl đến khả năng tạo CHĐBMSH cùa chúng p aeruginosa CK.B28RC6-4 31KẾT LUẬN 33TÀI LIỆU THAM KHẢO 34
Trang 7VIỆNĐẠI HỌC MỚ HÀ NỘI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
BẢNG CHỮ VIẾT TẮT
CHĐBMSH Chất hoạt động bề mặtsinhhọc
(InternationalEnergy Agency)
(Millnewton/metter)
Trang 8VIỆNĐẠI HỌC MỚ HÀ NỘI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
DANH MỤC BẢNG
Bảng1.1 Các vụtràndầu trên thế giới 3Bàng 1 2 Phân loại chất hoạt độngbềmặtsinhhọc 10Bảng 2 1 Máy móc và thiết bị 17Báng 3 1 Khãnăng tạoCHĐBMSH cùa một số chủng vi khuẩn phân lập
từ giếng khoandầu khí Vùng Tàu 21
Trang 9VIỆNĐẠI HỌC MỚ HÀ NỘI LUẬN VĂN TÒT NGHIỆP
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 3 1 Hình thái khuẩn lạc trênmôi trường HKTS của chừngCK.B28RC6-4 22Hình 3 2 Anh hướng cua cácnguồn carbonkhác nhau đếnkhà năngtạoCHĐBMSH cùa chúng p.aeruginosa CKB28RC6-4 23Hình3 3 CHĐBMSH do chúngp.aeruginosa CKB28 RC6-4 tạo ra ở cácnguồn carbon khác nhau 24Hình 3.4 Ành hưởng của nồng độ dầuthôkhácnhau đến khànăngtạo CHĐBMSH của chủng p.aeruginosa CKB28 RC6-4 25Hình 3 5 CHĐBMSH do chúng p.aeruginosa CKB28 RC6-4 tạo ranồngđộdầuthô khác nhau 25Hình 3 6 Ảnh hưởng của nguồn nitơ đếnkhảnăng tạo CHĐBMSH của chủng p aeruginosa CKB28 RC6-4 26Hình3 7 CHĐBMSH do chủngp.aeruginosaCK.B28 RC6-4 tạo ra ở cácnguồnnitơ khác nhau 27Hình 3 8 Ảnh hướng cùanồngđộ KNƠ3 đếnkhảnăng tạo CHĐBMSHcùa chủng p aeruginosa CKB28RC6-4 28Hình 3 9 CHĐBMSH do chủngp.aeruginosa CKB28 RC6-4 tạo ra ở cácnồngđộ KNCỊị khác nhau 28Hình 3 10 Ánh hưởng cùapHđen khảnăng tạo CHĐBMSH của chủng
p.aeruginosaCK.B28 RC6-4 29Hình3 11 CHĐBMSHdo chủng p.aeruginosa CKB28 RC6-4 tạo ra ở các
pHkhác nhau 29Hình 3 12 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng tạo CHĐBMSH của chúng p aeruginosa CKB28 RC6-4 30Hình 3 I3.CHĐBMSH do chủngp.aeruginosa CK.B28RC6-4 tạo ra ờ cácnhiệt độ khác nhau 30Hình 3 14 Ánh hưởng cúanồng độ NaClđếnkhả năng tạo CHĐBMSHcùa chủng p aeruginosa CK.B28RC6-4 31Hình 3 15.CHĐBMSH do chủng p.aeruginosa CKB28 RC6-4 tạo ra ở các nồngđộ muối khácnhau 31
Trang 10VIỆN ĐẠI HỌCMỚ HÀ NỘI LUẬN VĂN TÒT NGHIỆP
MỞ ĐÀU
Dầumỏ và các sảnphàm từ dầumỏlà nguồnnguyên liệu quý trongđời sống cùa con người,đem lại nguồn lợi kinhtế không nhỏ cho xã hội.Theo thống kê của tốchức nănglượng quốctế (IEA), năm 2015 nhucầutiêu thụdầuthôtrên thế giới khoáng 84 triệuthùng/ngày, nhiên liệu hóa lóng là93,3triệu thùng/ngày Dựbáo đến năm2030 tổngcung dầuthôthế giới khoảng 94triệu thùng/ngày, nhiên liệu lỏng là 112 triệu thùng/ngày.Hoạt động khai thác dầu mỏ mang lại lợi ích kinh tế to lớn chomỗiquốc gia do giá trị úngdụngcaocủa dầu mỏtrongđời sốngvà nhiều ngànhcôngnghiệp khác Bêncạnh những lợiích vềkinh tế, ô nhiễm dầu do quá trình khai thác và vận chuyển dầumỏ đã vàđanggây hiếm họa cho con người và
hệ sinh thái, là mối lo ngại củanhiều quốc giatrôn thế giới trong đó có ViệtNam Do đặc điếm cấu tạocúa dầu mỏ là một hợp chất caophân tửphứctạp nên khi xảy ra sự cố về dầu mỏ sẽ làm ảnh hưởngđến môitrường trongmột thời gian dài và rất khó xử lý
Đe khắcphụcônhiễm dầunói chung và các vụ tràn dầu nói riêng, ngoàicácphương pháp vậtlý, hóa học, cơ học,cácphương pháp sinh học hiện cũngđược ứng dụngdo ưu điềm an toàn vàthân thiện môi trường.Trong sổ cácphương pháp sinh học xửlý ô nhiễm dầu,phương phápứng dụng chất hoạt động bề mặt sinh học (CHĐBMSH) sinh tông hợp từ vi sinh vật (VSV) để xửlý(thuhồi, phân hủy sinhhọc)ônhiễm dầuđang được quan tâmnghiêncứu bới nhữngưuđiếm vượt trội nhưxử lý hiệu quả, triệt
đế, giá thành thấp,an toàn và thânthiệnvới môi trường
Xuất phát từhiện trạngô nhiễm dầu ở Việt Nam, cùng vớinhu cầu tìm kiếm các chủngvi sinh vật tạo CHĐBMSH cao trênnguồn cơchấthydrocarbon nhằm ứng dụng trongxử lý ô nhiễm dầu, đề tài luận văn:
“ Lựa chọn chủng vi khuẩn tạo chất hoạt động hề mặt sinh học trên nguồn cơ chat hydrocarbon nhắm ứng dụng trong xử lý ô nhiễm dầu ”
được thực hiện
Trang 11VIỆNĐẠI HỌC MỚ HÀ NỘI LUẬN VĂN TÒT NGHIỆP
- Nghiêncứuđặc điếmhình tháicủa chủng vi khuân nghiên cứu
- Ành hưởng các yếu tố (nguồn carbon, nguồnnitơ, pH, nhiệt độ và NaCl) tới khả năng tạo CHĐBMSH cùa chùng vi khuấn lựachọn
Trang 12VIỆN ĐẠI HỌCMỚ HÀ NỘI LUẬN VĂN TÒT NGHIỆP
PHẦN I: TÓNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Ô nhiễm dầu
1.1.1 Tình hình ô nhiễm dầu
❖ Tình hình ô nhiễm dầu trên thế giói
Hiện nay,ô nhiễmdầulà mối quan tâm hàng đầucủa nhiều quốcgia trên thế giới, nhất là nhữngnước có nềncông nghiệp dầukhíphát triền Những hiểm họa lớn về dầu thường liên quan tới sự cố của cácgiếng khoan
và tai nạn tàu chờdầu trên biển Trên thế giới đãvàđangxảynhững vụtràndâu đê lại hậuquảnghiêmtrọng (Bàng 1.1):
Bảng 1.1 Các vụ tràn dầu trên thế giới
Rò rỉ khoảng 1,3 triệu lít dàu thôxuống biển [27]
Khoảng28000 tấn dầu thôtrànra biến [7],
Khoáng 10500 tấn dầu thôbị tràn ra biển [32],
Trang 13VIỆN ĐẠI HỌCMỚ HÀ NỘI LUẬN VĂN TÒT NGHIỆP
Khoáng 13 000 tấn dầu thôrabiến [31]
và chìm
35 000 đến 60 000 thùngdầu thô bị tràn mỗi ngày
Ước tínhcó khoảng 20tấn dầu tràn rabiển mỗingày [6],
❖ Tình hình ô nhiễm dầu ỏ ’ Việt Nam
Việt Nam là mộtquốc gia đang trênđàphát triểncho nên nhu cầuvề nguồn năng lượng đế đáp ứng cho cáchoạt động sàn xuất là rất lớn Theođánh giá của cácchuyên gia thì lượng dầu khí ngoài khơiViệt Nam chiếmkhoảng 25% trữlượng dầu dưới đáybion Đông,mồi nãm cóthếkhai thác khoảng 20 triệu tấn Vì vậydầumólànguồn năng lượng chính đảm báo cho sự phát triến cùa nước ta Sự cố tràndầucũng đang là mối lolớncho Việt Nam Hàng năm có khoảng 3,2 triệutấn dầu làm ô nhiễm biền từnhiều nguyênnhânkhác nhau,gây tổn thất nghiêm trọng đến nền kinh te biến và môi trườngsinh thái nước ta [26]
Từ tháng 12/2006 đến cuốitháng 4/2007 vùngbiển Việt Nam đãhứng chịu 21 620 - 51 500 tấn dầu trôi nối gây ô nhiễmvùng biếnduyên hài từBắc đến Nam, mớichì thu gom được I 721 tấn dầu trôidạt vào bãi biểncùa
20 tỉnh thành ven biển [29],
Ngày 24/7/2010 tàu Biến Đông 50 cúaCông ty Hải Sản Trường Sa chở dầu đã bất ngờ bị chim tạivùng biềnVũng Tàu,trêntàuchở hơn 371tấn dầuDO và 11 tấn dầumờ khác Chisau khoáng vài giờđồng hồ,dầu đã
Trang 14VIỆNĐẠI HỌC MỚ HÀ NỘI LUẬN VĂN TÒT NGHIỆPloang rộngthành vệtdàivà các phi nhớt nổi lềnh bềnh trên biến gây thiệthại nghiêm trọngtới môi trường sinh tháivà sức khõecùa người dânớ tĩnh
Bà Rịa-Vũng Tàu [33],
1.1.2 Nguồn ô nhiễm dầu
Theo tài liệu thống kêcủa thế giớithì sự tràn dầu trên biến thường do:hoạt độngtàu thuyền chiếm 33%; chất thái công nghiệpvà dân dụng đổ ra biến chiếm 37%;từcác tai nạn, sự cố giao thông đường thúy chiếm 12%; dầu từ khí quyến chiếm9%; dầu rò ri từ tronglòng đấtchiếm7%; và dầu từcác hoạt động khai thác thăm dò chi chiếm 2% [35]
❖ Ô nhiễm từ hoạt động hàng hải
Một lượng lớn dầuđãbịròri từcáctàu thuyền hoạt độngngoài biến
và các vùng vịnh Bên cạnhđó còncóhoạt động của các tàu thuyền trênbiền quanh vùng càng cũng gây ô nhiễmdođổnước thái chứadầu, đặc biệt
là các tàu chờdầu Việc xã nước vệ sinhboong, két- hầm chứa dầu hayphá hủy các giàn khoan đã hết hạncũngthải ra một lượnglớn dầuchưa qua xử
lývào môi trường biến
Các sựcố tràn dầu do tàu và sà lan chởdầubị đắm hoặc va đập, đây là nguyênnhân rất nguy hiểm không những tốn thất về mặt kinh tế mà còn ton thấtvề tính mạng con người
❖ Ô nhiễm từ các khu công nghiệp và dân CU' đô thị
Các hoạt động công nghiệp dịch vụ tiêuthụ một lượng dầu rất lớn vàthường thì không được xử lýtrước khi thải ra sôngngòi, lượng nước bị ônhiễmdầu từsông ngòi lạiđố thẳng ra biển Ngoài ra,quá trình rứa trôi ở đô thị đã mangra sông, biểnmột lượng lớndầu và các sản phấmcủa dầu số lượngdầu thấmquađấtvà lan truyền ra biến ước tính gần3 triệu tấn mồi năm
Các cơ sở hạtầng phục vụ cungcấp vớitrừlượng lớn dầukhíkhông đảm bảo tiêuchuẩnnên dẫn đến tràndầuthậmchí cònthãi cả nước lẫn dầu
và các chất hóahọc nguy hiếm ra ngoàimôi trường
Trang 15VIỆNĐẠI HỌC MỚ HÀ NỘI LUẬN VĂN TÒT NGHIỆP
Ô nhiễm dầu dosựrạn nứt các đường ốngdẫn dầu, rò ri trong quá trình tinh chevà lọc dầucủacác nhà máy chế biến dau; do động đất các mối hàn khôngđàm bảochất lượng nên xảyra trườnghợp rạnnứt,vỡmối hàn làm dầu trànra ngoài môitrường; do phụt bếchứa, khi mà lượngdầu đượcxả vào bế quá mức thề tích cho phép sẽ gây rahiện tượng dầu bịtrào
ra ngoài
❖ Ô nhiễm dầu do sự cố giàn khoan trên biển
Trong quátrình khaithác dầu ngoài biếnkhơi đôi khi xảy ra sự cố dầu phun lêncao từ cácgiếng dầu do cácthiết bị vanbảo hiếm cua giàn khoan
bị hỏng dần đến một khối lượng lớndầu bị tràn ra biến làmô nhiễm mộtvùng biến lớn Ước tínhhàng năm có khoảnghơn 1 triệutấn dầu tràn ra trên mặtbiển do sự cố giànkhoan dầu
1.1.3 Tác động của ô nhiễm dầu đến môi trường và con người
❖ Tác động của ô nhiễm dầu đến môi trường và hệ sinh thái biển
Nếu một tấn dầu tràn rabiển thìcóthểloang phủ khoảng12km2 mặt nước, nótạothành lớp vángdầu ngăncách nướcvà không khí, làm thay đổi tínhchất cùamôi trường biển, càn trớviệc traođối oxy và carbonic vớibầukhí quyên, ánh hưởng đến các loài sinh vật biểnở sâu trong đại dương
và cácloài sinh sống gần bờ biến
Dầuthấmướt lông chim biền,làm mất tác dụng bảovệ thân nhiệt và chức năng nối trên mặtnước cúa chúng Nhiễm dầu khiến cho chim dichuyển khó khăn,một số loài phải chuyển chỗ ở, thậmchí bị chết Ngoài
ra,dầu còn ảnhhưởng tới khảnăng nớ cùa trứng chim.Chim bicn bị ảnh hướng nặng nề không chí bớisự nhiễm bẩnhóa học mà còn do cá những thành phần độc tố có trong dầu Hàng năm trên bờ biển nước Anh có khoảng 250 000 con chim bị chết, chi tính riêng vụ đắm tàu Torrey Canyou
đãcó 15 000con chimthuộc 17loàikhácnhau thiệtmạng [30],
Trang 16VIỆNĐẠI HỌC MỚ HÀ NỘI LUẬN VĂN TÒT NGHIỆP
Cá là nguồn lợi lớnnhất từ biếncũng là loàichịuảnh hưởng nhiều nhất từ sự cố tràn dầu Tràndầu làm cá chết hàng loạt do thiếuoxy hòa tantrong nước Cácloài cácó sức đề khángkém đối vớidầu, dầu có thềxâmnhậpvàocơ the chúng, tích tụ trong các mômỡ Dầu bám vào cá làm giảmgiá trị sử dụng của chúng do dầu gâyra mùikhó chịu, dầu cũng làm cho trứngcábịmấtkhả năngphát triển trớthành trứngung, thối
Với các loàisinh vật có vú: dầu dính vào bộ lông cùa chúng làm mất đặc tính cách nhiệt, khi thân nhiệt bị giám quá thấp conthú sẽ chết Cá voi
và cá heo bị ngạtthờ haybị chết do dầu làm tắc,nghẹt đường khí quán gây cản trởhôhấpcủa chúng Dầu làm ganvà thận của hảicẩu bị trúng độc,chúng sẽ chết nhanh hơn
Động thực vậtphù du ở biến cũng bịchết do lớp váng dầu ngăn cánoxy xâmnhậpvàonướcbiển
Ngoài ra, dầu còn làm hóng các hệ thống rừng ngập mặn,làm mất nơitrú ngụ và cungcấpnguồn thức ăncho sinh vật biến
❖ Tác động của ô nhiễm dầu đến con người
0 nhiễm dầu gây nhiễm bẩn các khu giải trí, làm cản trở các hoạtđộng nghi ngơi nhưtắm biến, bơi thuyền, lặn, thà neo, du lịch Chiphíđe làmsạch, khôiphục lạicác khu vực ô nhiễmnày là rất lớntuynhiên sẽ mất rất nhiều thời gianđểphục hồi và khi đã phụchồi lại đượcrồicũng làm mất niềmtin ở nơi công chúng cũng nhưkhách dulịch Dovậy ngànhdulịchbị thiệt hại một nặng nề
Chất lượng môi trườngbiểnthay đồidẫn đến nơi cư trú cúa các loàisinh vậtbị pháhủy, làm mất cân bằng vềđa dạng sinhhọcvùng bờ biển, làm giảmhiệu suấtkhaithác thủy hải sàngâytổn thất lớn cho nềnkinh tếbiền Mặtkhác,ô nhiễm dầu còn làm ảnh hướng đến nguồn giống tôm cá, năng suất nuôi trồngvàđánh bắt thủy sán ven biềngiảm đáng kể
Sự cố tràn dầu còngây ảnhhường đến sứckhóe con người, dầu thô chứa các hợp chất hydrocarboncó mùi, dễ bốchơi và một số chất có thể
Trang 17VIỆNĐẠI HỌC MỚ HÀ NỘI LUẬN VĂN TÒT NGHIỆPgâyungthư như benzene,toluenevà naphthalene; khi hít phái cóthe làm cho mắt, mũi, co họng, phôi bị kích thích Neu dầutiếp xúc trực tiếp với da trongthời giandài có thế gây viêm da hoặc ung thư da
1.2 Một số phương pháp xử lý ô nhiễm dầu
1.2.1 Xử lý bằng phương pháp CO' học
Khi sự cố tràn dầu xảyra thìđâylà phương pháp được xem là tiên quyết cho công tác ứng phó tạm thời tại cácsông, ven biển, nhàmngăn chặn,khống chếvà thu gomnhanh chóng lượng dầu tràn tại hiệntrường.Phương pháp này sử dụng các loại phao ngăndầu đế quâygom, dồn dầu vào một vị trí nhất định nhằm hạn che dầu bịlan ra trên diện tích rộng Sau
đó, máy hớt váng được sừ dụng đe hút dầu lên thùng chứa tạmthời hoặckho chứa dầu để tái sử dụng
Ưu diem cùa phươngphápnày là ngănchặn, khống chevà thugomnhanh chóng lượng dầutràn tại hiện trường Nhược điểm là không xứ lýđượctriệtđể các vángdầu loang trên mặtnước
1.2.2 Xử lý bằng phương pháp hóa học
Phươngpháp hóa họcđược dùng kếthợp với phương pháp cơhọc làm sạchdầutràn trên một diện tíchlớn trong thờigian dài.Sừ dụng cácchất phântán,các chất keo tụ vàhấp thụ dầu
Chấtphân tán:Phương pháp sử dụng chấtphântán làm giám thiệt hạigây rabởidầu nối trênmặt biêncho một số tàinguyên,sinh vật biển như rừngngập mặn và mộtsố loài chim quỷ Tuy nhiên, phương pháp này gây ánh hưởng xấu đen nhữngsinh vật tiếpxúc trựctiếpvới chất phân tánnhư san hô,các động vật biên
Chất hấp thụ dầu:hiệu quả xứ lý cùa phương pháp nàyphụ thuộcvào nhiều yếu tố nhưnhiệt độ, gió, cấu trúc vật liệu chếtạo,nên chi phícho phươngphápnày tương đốicao
Trang 18VIỆNĐẠI HỌC MỚ HÀ NỘI LUẬN VĂN TÒT NGHIỆP
1.2.3 Xử lý bằng phương pháp sinh học
Phươngpháp sinh họcxứ lý ônhiễm dầu là dựa vào quátrinh phân hủy dầu theo con đường sinh học.Con đường sinhhọc chínhlà quátrình phân hủydầu dựa trên các vsv(vi khuấn, nấm men, nấm mốc ) Quátrình phânhủydầu bàng con đường sinhhọcđược thực hiện bời vsv có khả năng sứ dụng hydrocarbon (dầu thô hoặc DO) nhưnguồnnăng lượng
và carbon duy nhất Các vsvnày có khá năng phânhủy nhiều thành phần hydrocarbontrongdầu mở nhưhydrocarbon mạch ngắn, hydrocarbon mạch dài và nhiềuhợpchat hydrocarbonthơm.Tuy nhiên, do hydrocarbon dầu
mò có độ hòa tan thấp(clppm) nên cản trở vsv tiếp xúc với cơchất trong quá trìnhphânhúy.Vì vậy, vsv phân hủy dầu thường tạo raCHĐBMSH
có hoạt tính nhũ hóa, làm giámsức căngbề mặt, giúp phân tán dầu trongnước, tăng diện tích tiếp xúcgiữavsv và phân tứ dầu Dođó, CHĐBMSH đóng vai trò vô cùngquan trọng trongquátrinhphânhúydầu
Ưuđiểm của phương pháp sử dụng CHĐBMSH đểxử lý ô nhiễm dầu
là giá thànhrè,xứ lý triệt đề, không gây ô nhiễm thứcấp, an toàn vàthânthiệnvới môi trường
1.3 Chất hoạt động bề mặt sinh học
1.3.1 Khái niệm chất hoạt động bề mặt sinh học
Chấthoạt độngbề mặt sinhhọc là những hợp chất lưỡng cực có hoạt tính bềmặt do vsv tạo ra Chúng có cấu tạo gồm hai phần: phần ưa nướcvà
kỵnước Phần kỵ nước là các axitbéo chuỗi dàihoặcdẫn xuất của axit béo; phần ưa nướccó thể là mono - oligo - polysaccharide, peptidehoặc protein
Docócấu tạo lường cực, CHĐBMSHcó xu hướng tập trung tại bề mặtphân cách giữa hai chất (lỏng -lỏng, lỏng- rắn), làm giảm sức căngbề mặt giữahaichất (lỏng-lỏng,lỏng-rắn).Chínhnhờ đặc điềm này mà hydrocarbon dầu
mỏ có thểtạonhũ tương trong môi trường nước,từ đó làm tăng bề mặt tiếp xúc giữavsvvàphân tửdầu, làmdầu dễ bịphân hủy[1, 18],
Trang 19VIỆNĐẠI HỌC MỚ HÀ NỘI LUẬN VĂN TÒT NGHIỆP
1.3.2 Phân loại chất hoạt động bề mặt sinh học
Khác với chất hoạt động bề mặt hóa họcđượcphân loại theo bản chất của các nhóm phân cực thì CHĐBMSH thường đượcphân loại theothànhphầnhóa học và nguồn gốc cácchúng vi sinh vậttạo ra Dưới đây là bảng phân loại CHĐBMSH theonguồn gốc vi sinh vật tạo ra:
Bảng1.2 Phân loại chất hoạt độngbề mặt sinhhọc [13]
Chất hoạt động bềmặtsinhhọc Vi sinh vật
cellobiolipids Ustilago zeae
Pcptidc-lipid Bacillus licheniformis
Serrawettin Serratia marcescens
Surfactin Bacillus subtilis
Viscosin Pseudomonas fluorescens
Trang 20VIỆNĐẠI HỌC MỚ HÀ NỘI LUẬN VĂN TÒT NGHIỆP
1.3.3 Tính chất của chất hoạt dộng bề mặt sinh học
Subtilisin Bacillus subtilis
Gramicidins Bacillus brevis
polymyxins Bacillus polymyxa
Emulsan A rethrobacter calcoaceticus
Biodispersan A rethrobacter calcoaceticus
Mannan-lipid-protein Candida tropicalis
Carbohydrate-protein-lipid Pseudomonas fluorescens
❖ Hoạt tínhbề mặt:
Chất hoạt động bề mặt sinh học có thế làm giảm sức căng bề mặt nước đến 29,0 mN/m, trong khi Sodium dodecyl sulfate (SDS) là 28,6 mN/m và Liner Alkyl Bczncn Sunfuanat Acid (LAS) chi giảm den
Trang 21VIỆNĐẠI HỌC MỚ HÀ NỘI LUẬN VĂN TÒT NGHIỆP31mN/m [18,21], Sophorolipid từ Toruỉopsis Bombicolacó khả năng giảmsức căng bề mặtnhưng khả năng nhũ hóa thấp [16], Ngược lại liposan không có khảnăng làm giảm sức căngbề mặtnhưng lại có khả năng nhũ hóa dầu rất tốt.
❖ Khảnăngbị phân hủy sinh họcvà tính độc thấp
Hầu hết các CHĐBMSH khônggây thiệt hại đến môitrườngvà hệsinh thái do chúng bị phân hủy dễ dàng Sosánhgiữa CHĐBMSH được tạo
ra từ chủngPseudomonas aeruginosa vớichất hoạt động bồmặttổng hợp Marlon A-350 thì CHĐBMSH doPseudomonas aeruginosatạo rakhông độc hại và an toàn trong khi Marlon A-350 độcvàcó thể gây đột biến [13],
❖ Khả năngchịu nhiệt, pH vàchịu lực ion
Nhiều CHĐBMSH khôngbị ảnh hưởng bởi các yếutốmôi trường Chúngđều tối ưu ở dáinhiệt độ từ 25 -40°C và pH rộng 5-9.Tuy nhiên, sự phát triển của cácchúng vi sinh vậttạoCHĐBMSH lại chịu tácđộngcủanhiệt độ và pH,nhiệt độ pháttriển tốt nhất cho vsv phát triển là28-37°C
và khoáng pH từ 7 đến 8 [18]
1.3.4 Úng dụng của chất hoạt động bề mặt sinh học trong đòi sống
Chất hoạt động bề mặtsinh học được ứng dụng rộng rãitrong nhiềulình vực như:
- Trong côngnghệ dệt nhuộm: CHĐBM giúpcho vàithấmướt nhanh, làm cho dung dịch nhuộm hấp thụđều, dễdàng thamthấu và luôn ởtrạngthái phân tán cao
- Trong công nghệ sán xuấtchất deo: CHĐBMSH được sử dụng làm chấttrợgia công/ sản suất và chất chống tĩnhđiện
- Trong công nghệ dược phẩm, thuốc sát trùng: CHĐBMSH được sửdụngnhư một chất nhũ hóa, chất trợtan, chấtphân tán cho hệ huyền phù vàchất giữẩm,tiệt trùng các dụng cụ y khoa và sát trùng da trước khi phẫu thuật
Trang 22VIỆNĐẠI HỌC MỚ HÀ NỘI LUẬN VĂN TÒT NGHIỆP
- Trong côngnghệ dầu mỏ: CHĐBMSH làm chất nhũ hóa và phá nhũ,tẩyvà thu hồi dầutrầmtích
- Trong côngnghệ thực phẩm: CHĐBMSHđược dùnglàm chất nhũhóa cho bánh kẹo, bơ sữa và đồ hộp, làm giảm độ nhớt trong dịch lòng chocolate
- Trong xửlý ô nhiễm môi trường: xứ lý ô nhiễm dầu, ô nhiễm kimloại nặng
1.4 Xử lý ô nhiễm dầu bằng chất hoạt động bề mặt sinh học sinh tống họp bởi vi sinh vật
1.4.1 Vi sinh vật có khả năng tạo chất hoạt động bề mặt sinh học
Sự tạo thành CHĐBMSH và chức năngcủanóthường liênquantới sựphânhủy hydrocarbon.Vìvậy, CHĐBMSH chúyếu dovsv cókhà năng
sử dụng hydrocacbon tạo ra Tuy nhiên, một số vsv khác lại sừ dụng nguồn cơ chấtlà cáchợp chấthữu cơ tan trong nước nhưglucose,glyxerol, etanol cũng có khả năngsinh ra CHĐBMSH Các vi sinh vật tạo ra CHĐBMSH nhằm thích nghivớiđiều kiện môi trườngsống dặc biệt của chúng như trong các giếng dầu, trong đất, trong đạidương
Người ta ướctính trong các giếngdầu ở Mỹ có 50% 70%các vi sinh vật có the sinh trưởng ở pH từ 4-8, nhiệt độ dưới 75°c, nồngđộ muốiNaCl khoảng 10% và có thể sinh trưởng trongđiều kiệnkỵ khí hoặc vihiếu khí [15]
Trong một giếngkhoan dầu ớ Venuezuelangườita đã phânlậpđược chủng Pseudomonas aeruginosa Chủng này có khả năngsinhtrườngtrong điềukiệnkhắc nghiệt cúa bếchứa dầu và sinh ra các CHĐBMSHkhông bịcác điều kiện đặc biệttrong giếnglàm mất hoạt tính [15],
Sheppard và cộng sự (1990) đã phát hiện chúng Bacillus subtiliscó khả năng sinh CHĐBMSH ngoại bào có bảnchấtlà surfactin, chất này có khả năng kháng vi nấm [23],
Trang 23VIỆNĐẠI HỌC MỚ HÀ NỘI LUẬN VĂN TÒT NGHIỆP
Ớ ViệtNam, Lại Thúy Hiềnvà cộng sự đã phân lậpđược chủngvikhuanRhodoccocus ruberTD2 có khã năng tạo CHĐBMSH từ mầu nước
ô nhiễm dầuven biển Vũng Tàu CHĐBMSH dovi khuẩn này tạo ra có khả năng hoạt động bề mặt và làestercủa acid béomạch dàiHexadecenoic
(C16H30O2) hoặc Hexanedioic acid bis 2-ethylhexyl (C22H42O4) với nhiềunhóm -OH và c=o trong cấu trúc phân tử [3],
1.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng tói khả năng tạo chất hoạt động bề mặt sinh học
❖ Ảnh hưởng cua nguồn carbon
Nguồn carbon là nhân tố quan trọng trong quá trình sinh tống họpCHĐBMSH Vi sinh vật có thetổng họpđược nhiều loại CHĐBMSHkhácnhau trên các nguồn carbon khác nhau Theo Stuwer và cộng sự (1987), chủng Torulopsis apicoỉa TMET73747 đã tổng họp được 90g/1 glucolipid trên môi trường chứa glucose và dầu hướng dương [24], Chúng
Arthrobacter paraffineus không tạo ra CHĐBMSH khi thay đổi nguồn carbon từ hcxan thành glucose Một nghiên cứu khác cho thấy, chủng
Pseudomonas aeruginosa sinh tống hợp ra một chất giống protein trênnguồn cơ chất hydrocarbon nhưng không tạo ra trên glucose hoặc axit palmitic [21],
❖ Ảnh hướng của nguồn nito ’
Hiệu quà tạo CHĐBMSH của các chủng vi khuấn là không giốngnhautrên các nguồn nitơkhác nhau Vídụ, nguồnnitơ thích hợp cho quá trình sinh tông hợp CHĐBMSH của chủng Arthrobacter paraffineus
ATCC19588 là amonivà ure [14J Đối với Pseudomonas aeruginosa và
Rhodococcussp thì nguồnnitơ thíchhọp lại là nitrate [13]
Syldale vàcác cộng sự(1985) đã chứng minh ràng nguồn nitơ không chi ánh hường tới sânlượng CHĐBMSH mà cònlàm thay đối thành phần của CHĐBMSH [18],