Lựa chọn chủng vi khuẩn có khả năng tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học cao nhằm ứng dụng xử lý ô nhiễm dầu

Tuy nhiên, những hoạt động liên quan đến dầu như khai thác dầu, vận chuyển dầu trên biến, sự rò ri dầu từ các phương tiện lưu thông trên biển, từ dầu thải của các công trình ven biến hay

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Giáo viên hướng dẫn : TS K1ÈU THỊ QUỲNH HOA Sinh viên thực hiện : HOÀNG THỊ YẾN

HÀ NỘI - 2015

LÒI CẢM ON

Em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành và sâu sac tới TS Kiều Thị Quỳnh Hoa, trường phòng Vi sinh vật dầu mò, Viện Công nghệ Sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, người dã cho em định hướng nghiên cứu, tận tình chi bào đế em thực hiện khóa luận

Em xin bày tò lòng cảm ơn tới Thạc sĩ Nguyễn Thị Yên cùng các cán bộ phòng

Vi sinh vật Dầu mó những người đã giúp đỡ em trong thời gian thực tập tại phòng

Vi sinh vật dầu mó

Em xin chân thành cám ơn các thay cô Khoa Công nghệ sinh học Viện Dại học

Mớ Hà Nội đã dạy dỗ, tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập nghiên cứu tại trường

Cuối cùng, Em xin gừi lời căm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè đã động viên, giúp

đỡ để em có thề hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp

Em xin chân thành cảm ơn về tất cá những sự giúp đỡ quý báu trên!

Thư viện Viện Đại học Mở Hà Nội

Hà Nội, ngày 22 tháng 5 năm 2015

Sinh viên

Hoàng Thị Yến

MỤC LỤC

BẢNG CHỮ VIẾT TẨT 6

DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ 1

LỜI MỚ ĐẦU 1

PHÀN I: TÓNG QUAN TÀI LIỆU 2

1.1 0 nhiễm dầu trên thể giới 2

1.2 Ô nhiễm dầu ớ Việt Nam 3

1.3 Nguyên nhân ô nhiễm dầu ở Việt Nam 3

1.3.1 0 nhiêm dầu từ các khu công nghiệp và khu dân cư đô thị 3

1.3.2 0 nhiêm dầu do hoạt động hàng hái 3

1.3.3 0 nhiêm dầu từ sự cố tràn dầu Việt Nam 4

1.3.4 0 nhiễm dầu do khí quyển xâm nhập xuống 5

1.3.5 0 nhiễm dầu do quá trình khai thác dầu trên biến 5

1.4 Tác động cùa ô nhiễm dầu đen môi trường và con người 5

1.4.1 Tác động cùa ô nhiễm dầu đen môi trường 5

1.4.2 Tác động cùa ô nhiễm dầu đối với con người 7

1.5 Một số phương pháp xứ lý ô nhiễm dầu 8

1.5.1 Phương pháp hóa học 8

, LThii viện Víệh Đặí nọc Mơ I la Nội „ 1.5.2 Phương pháp cơ học 9

1.5.3 Phương pháp sinh học 9

1.6 Chất hoạt hóa bề mặt sinh học 11

1.6.1 Khái niệm chất hoạt hóa bề mặt sinh học 11

1.6.2 Phân loại chất hoạt hóa bề mặt sinh học 11

a Glycolipid 11

b Lipopeptid và lipoprotein 12

c Phospholipid và acid béo 12

c CHHBM trùng hợp và CHHBM dạng hạt 13

1.6.3 Tính chất của chất hoạt hóa bề mặt sinh học 14

a Tính chất hóa lý 14

b Khá năng phân húy sinh học tốt và độc tính thấp 14

d Khá năng chịu nhiệt, pH và chịu lực lon 15

1.6.4 ừng dụng cùa chất hoạt hóa bể mặt sinh học trong đời song 15

1.6.5 Ưng dụng của chất hoạt hóa bể mặt sinh học trong xử lý ô nhiễm dầu 16

/ 7 Vi khuân có khả năng tạo chất hoạt hóa bể mặt sinh học và các yếu tố ánh hướng đến khá năng tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học 17

1.7.1 Vi khuân có khá năng tạo chat hoạt hóa bề mặt sinh học 17

1.7.2 Các yếu tố ảnh hướng đen tống hợp chất hoạt hóa bề mặt sinh học 18

a Anh hướng của nguồn carbon 18

b Anh hưởng của ni tơ 19

c Anh hướng cùa pH 20

d Anh hưởng cùa nhiệt độ 21

PHÀN II: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cứu 22

2.1 Vật liệu 22

2.1.1 Chúng vi khuân 22

2.1.2 Môi trường, hóa chất và điều kiện nuôi cay vi khuân 22

2.1.3 Máy móc thiết bị 22

2.2 Phương pháp nghiên cứu 23

2.2.1 Phân lập 23

2.2.2 Xác định hình thái vi khuẩn 23

2.2.3 Nghiên cứu ánh hường cùa nguồn carbon tới khả năng sinh trướng và tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học cùa các chùng vi khuân lựa chọn 24

2.2.4 Nghiên cứu ánh hướng cùa nguồn ni tơ tói khá năng sinh trướng và tạo CHHBMSH cùa chúng vi khuẩn lựa chọn 24

2.2.5 Nghiên cứu ảnh hưởng cùa pH tời khá năng sinh trưởng và tạo CHHBMSH của chúng vi khuân lựa chọn 24

2.2.6 Nghiên cứu ánh hường của nhiệt độ.tái khá năng sinh trướng và tạo CHHBMSH của chúng vi khuẩn lựa chọn 24

2.3 Phân loại theo kít chuân sinh hóa API cùa BioMerieux: 25

PHÀN III: KẾT QUÁ VÀ THÁO LUẬN 26

3.1 Lựa chọn chủng vi khuân có khá năng tạo chát hoạt hóa bê mặt sinh học 26

3.2 Đặc diêm hình thái và gram cùa chủng vi khuân lựa chọn 27

3.3 Anh hường cùa nguồn carbon tới kha năng tạo CHHBMSH cùa chúng G917 28

3.4 Anh hướng cùa nguồn ni tơ tới sự sinh trướng và khủ năng tạo CHHBMSH cùa chúng G917 30

3.5 Anh hướng cùa pH tới sự sinh trướng và khá năng tạo CHHBMSH cùa chùng G917 33

3.6 Anh hướng cùa nhiệt độ tới khá năng tạo CHHBMSH cùa chùng G917 34

KÉT LUẬN VÀ KIÉN NGHỊ 36

TÀI LIỆU THAM KHAO 37

DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Băng 1 Những vụ tràn dầu nghiêm trọng trong lịch sử 2

Bảng 2 Đặc điếm khuẩn lạc, tế bào, gram của chúng vi khuẩn G917 24

Hình 1 Khá năng nhũ hóa với xylen của các chủng vi khuân 23

Hình 2 Hình thái khuấn lạc chùng G917 trên môi trường HKTS 2% 24

Hình 4 Ánh hường của nguồn carbon đến sự sinh trưởng và tạo CHHBMSH chủng G917 25

Hình 5 Anh hường của nông độ carbon đên sự sinh trướng và tạo CHHBMSH chủng G917 26

Hình 6 Khá năng tạo CHHBMSH cúa chung G917 với nguồn cơ chất DO ớ các ngày khác nhau 26

Hình 7 Khá năng nhũ hóa với xylen trên các nguồn ni tơ khác nhau cua chủng G917 27

Hình 9 Khá năng nhũ hóa với xylen của chung G917 ờ các nồng độ Ni tơ khác nhau Iliư Y.iệxi yiện.Đ.ại.liọ.c M.Ở H.à.Nộ.i 29

Hình 10 Khá năng tạo CHHBMSH cúa chung G917 ớ các nguồn ni tơ khác nhau ở các ngày khác nhau 29

Hình 11 Khá năng nhũ hóa với xylen ở các pH khác nhau của chủng G 917 sau 6 ngày nuôi cấy 30

Hình 12 Khá năng tạo CHHBMSH của chúng vi khuấn G9I7 sau các ngày nuôi cấy ờ các pH khác nhau 30

Hình 13 Khá năng nhũ hóa với xylcn của chung G917 ờ các nhiệt độ khác nhau 31

Hình 14 Khá năng tạo CHHBMSH cùa chung G917 ờ các nhiệt độ khác nhau 31

LỜI MỞ ĐÀU

Từ khi được phát hiện và khai thác cho đến nay, dầu và các sản phấm từ dầu đã trờ thành một nguồn nguyên liệu thiết yếu không thể thiếu đối với cuộc sống Theo những nghiên cứu được thực hiện trong thời gian gần đây đã cho thấy rằng 2/3 năng lượng mà thế giới đang sừ dụng hiện nay là từ dầu Tuy nhiên, những hoạt động liên quan đến dầu như khai thác dầu, vận chuyển dầu trên biến, sự rò ri dầu từ các phương tiện lưu thông trên biển, từ dầu thải của các công trình ven biến hay các sự

cố đâm va tàu trên biến, các sự cố tràn dầu đã thái ra môi trường một lượng dầu lớn dần den ô nhiễm môi trường, gây ảnh hưởng nghiêm trọng den môi trường sinh thái

và cuộc sống cúa con người Chính vì vậy vấn đề xử lý ô nhiễm dầu là vô cùng cần thiết

Hiện nay, có nhiều phương pháp đe xử lý ô nhiễm dầu như phương pháp hóa học, phương pháp cơ học hay phương pháp sinh học Nhiều nghiên cứu chi ra rằng phương pháp sinh học có ưu điểm vượt trội như an toàn với môi trường và có the xừ

lý triệt đế vùng ô nhiệpi, ạịậ thành rè.ỊMột tropg vác phương pháp xử lý sinh học dem lại hiệu quà cao là sứ dụng các chất hoạt hóa bề mặt do vi sinh vật tạo ra Chất hoạt hóa bề mặt sinh học (CHHBMSH) là một hợp chất lưỡng cực có khả năng nhũ hóa mạnh, cho phép hòa tan các chất không tan vào trong nước, chúng dề bị phân húy sinh học lại không gây độc Đặc biệt, chất hoạt hóa bề mặt sinh học có thế được

vi sinh vật tạo ra lừ các nguồn cơ chất là phe thải cùa một số ngành công nghiệp khác Chính vì hiện trạng ô nhiễm và những ưu điếm cúa phương pháp sinh học chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài “Lựa chọn chúng vi khuẩn có khả năng tạo

chất hoạt hóa bề mặt sinh học cao nham úng dụng xử lý ô nhiễm dầu

Mục tiêu của đề tài là tìm chung vi khuân có khã năng tạo CHHBMSH cao, đánh giá các yếu tổ ảnh hưởng đến quá trình tạo CHHBMSH để tìm ta điều kiện phù hợp nhất cho quá trình tạo CHHBMSH của chủng vi khuân lựa chọn nham ứng dụng xứ

lý ô nhiễm dầu

PHÀN I: TỎNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Ô nhiễm dầu trên thế giói

Dầu mõ và các sản phấm cùa dầu mó đang gây ô nhiễm nghiêm trọng trên biền

và dại dương Theo thống kê cùa chương trình Môi trường Liên Hợp Quốc (UNEP), ước tính mỗi năm có khoáng 2,4 triệu tấn dầu đố ra biến

Ô nhiễm dầu đến từ các nguồn: từ lục dịa, rò ri tự nhiên, hoạt động của tàu thuyền, tai nạn tàu bè trên biền, khí quyền xâm nhập xuống hay các quá trình khai thác dầu trên biển Trong đó, nguồn lớn nhất là từ lục địa (42% tổng số) chú yếu là chất thái từ các ngành công nghiệp, các khu đô thị, khu dân cư Dầu được vận chuyến trên biển bị rò ri chiếm 23% Các tàu chờ dầu gặp nạn dẫn đến hiện tượng tràn dầu được đánh giá là 13%, từ khí quyến xâm nhập xuống là 9% Dầu từ quá trình khai thác dầu gây ô nhiễm ước tính chi khoáng 2%, trong khi rò ri tự nhiên từ các đứt gãy của trái đất lại chiếm tới 11% [36], Trên thế giới từ trước đến nay dã xảy ra một số vụ tràn dầu lớn gây ô nhiễm dầu nghiêm trọng như nêu ra ớ báng I

Báng 1 Những vụ tràn dầu nghiêm trọng trong lịch sứ

(Nguồn: Trung tâm nghiên cứu an toàn Dầu khí [38]')

1.2 Ỏ nhiễm dầu ở Việt Nam

STT Năm diễn ra Địa điểm Lượng dấu tràn

7 1983 Ngoài khơi vịnh Saldanha, Nam Phi 78,5

8 1978 Ngoài khơi vùng biến Pháp 68,7

9 1988 700 hái lý ngoài khơi bờ biến Nova

sử dụng dầu ở nước ta Tuy nhiên, cùng với quá trình khai thác dầu và sử dụng dầu làm năng lượng chất lượng môi trường biến và vùng ven bờ Việt Nam đang bị suy giám do ô nhiễm dầu.

Theo số liệu thống kê, nguồn ô nhiễm dầu lớn nhất xuất phát từ các cơ sờ công nghiệp và dân cư đô thị, với khoáng 960.000 tấn dầu chiếm 30% đứng thứ hai phái

kế đến ô nhiễm do hoạt động cùa các tàu chờ dầu với 22%, sau đó là các vụ tai nạn tàu chớ dau 13%, trong khi các hoạt động khai thác dầu khí trên biến chiếm một tý

lệ khiêm tốn khoáng 2% Đáng ngạc nhiên là ô nhiễm dẩu tự nhiên từ các đứt gãy cúa vỏ trái đất chiếm tới 8%, gấp 4 lần ô nhiễm lừ các hoạt động khai thác dầu khí trên biến Còn lại 25% là do nhiều nguyên nhân khác [34]

1.3 Nguyên nhãn ô nhiễm dầu ở Việt Nam

1.3.1 0 nhiễm dầu từ các khu công nghiệp và khu dân cư dô thị

Quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đang cho thấy những mặt lích cực như kinh tế được thúc đầy phát triển, giao lưu văn hóa kèm theo hội nhập đang ngày càng diễn ra mạnh mẽ Tuy nhiên, nó cũng kéo theo những hệ lụy như gây ra ô nhiễm môi trường ngày càhg nghiêm trọng; '

Trong quá trình sàn xuất công nghiệp, khối lượng dầu mó được thái ra khá lớn Chât thài từ các nhà máy chưa qua xứ lý được xà thăng ra biên và dại dương một lượng lớn các chất bồi lang, kim loại, nhựa, cặn dầu số lượng dầu mó thấm qua đất

và lan truyền ra biển ước tính khoảng hơn 1 triệu lấn mỗi năm [34],

1.3.2 Ô nhiễm dầu do hoạt dộng hàng hủi

Các hoạt động hàng hải và công nghiệp đóng tàu là nguyên nhân quan trọng gây

ô nhiêm dầu, bởi trên 60% tổng sàn lượng dầu khai thác trên the giới dược vận chuyển bàng đường biển Theo tài liệu của Viện nguồn lợi thế giới, trong giai đoạn

từ 1986 den nay đã xảy ra trên 524 tại nạn trong tong số 62341 tàu chờ dầu và làm tràn 3,5 triệu tấn dầu ra biến [39]

Theo số liệu ước tính của cục Đàng kiếm Việt Nam năm 2010 thì hoạt dộng hàng hải đã gây ô nhiễm dầu ở vùng biến nước ta bới nhiều nguyên nhân khác nhau Trong đó, súc rứa hầm hàng gây ô nhiễm nghiêm trọng nhất với 46% tiếp theo là tràn dầu chiêm 24% và xà thãi nước lacanh balat chiếm 22% Ngoài ra, nước dằn

nước làm mát máy gây ô nhiễm không đáng kể chỉ với 2% và sự cố nhận dầu 3% Còn lại 3% là do các nguyên nhân khác [35].

Theo thống kê số liệu quan trắc tại khu vực các sông thuộc khu vực Hạ Long - Hái Phòng nồng độ dầu trong nước trung bình 0,26mg/l, tại khu vực Khánh Hòa -

Đà Nằng nong độ dầu trong nước trung bình 0,29mg/l, tại khu vực Bà Rịa - Vũng Tàu nồng độ dầu trong nước dao động trong khoáng 0,14 - 0,52mg/l đều vượt giới hạn Tiêu chuẩn Việt Nam Đặc biệt hơn nếu hàm lượng dầu trong nước cao hon 0,2mg/l sẽ không dùng làm nguồn cấp nước sinh hoạt được Điều này là đáng báo động về tình trạng ô nhiễm dầu ở các khu vực các sông ở nước ta

1.3.3 0 nhiễm dầu từ sự cố tràn dầu Việt Nam

Sự cố tràn dầu xáy ra ngày càng nhiều và tác động cùa chúng ngày càng lớn, không chi ở các quốc gia có hoạt động khai thác dầu mà các quốc gia khác cũng có khả năng gặp sự cố Tràn dầu thường xảy ra trong các hoạt động tìm kiếm, thăm dò, khai thác, vận chuyển, chế biến, phân phối và tàng trữ dầu và các sàn phẩm của chúng Theo đánh giá của Viện Khoa học và Tài nguyên Môi trường biền - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nanự từ năm 1989 đến nay, vùng biền Việt Nam có khoảng 100 vụ tràn dầu do tai nạn tàu, các vụ tai nạn này đều đố ra biển từ vài chục dến hàng trăm tấn dầu Những vụ tràn dầu với lượng từ 7-700 tan thường do tàu mắc cạn, còn với lượng tràn hơn 700 tan chu yếu là do quá trình vận chuyển và va chạm tàu trên biển [41],

Theo nghiên cứu, trong dâu có chứa 6% hợp chất hidrocacbon thơm Tuy có tỷ lệ

ít nhưng hidrocacbon thơm rất độc, là thành phần chính gây nên nhiều bệnh ung thư Ngoài ra, một tấn dầu tràn ra biến có thể loang phủ 12km2 mặt nước, tạo thành lớp váng dầu ngăn cách nước và không khí, làm thay đối tính chất cúa môi trường biển, cán trờ việc trao đồi khí oxi và cacbonic với khí quyến

1.3.4 Ô nhiễm dầu do khí quyến xâm nhập xuống

Là ô nhiễm do lượng tiêu thụ dầu trong các phương tiện giao thông và công nghiệp Thông thường, chúng tìm đường vào đại dương qua các lớp bụi phóng xa trong khí quyển

1.3.5 0 nhiễm dầu do quá trình khai thác dầu trên biến

Trong quá trình khai thác dầu đã thái ra một lượng lớn nước thải có chứa dầu Khoáng 200 triệu tấn dầu được vận chuyến hàng năm qua các vùng biển ngoài khơi Việt Nam từ Trung Đông tới Nhật Bán và Triều Tiên Các hoạt động thăm dò khai thác dầu ngoài khơi Việt Nam đang tăng lên hàng năm Biền Đông đã trở thành một trong các địa điếm thăm dò và khai thác dầu khí nhộn nhịp nhất.

Ngoài ra trong quá trình khai thác dầu còn có các sự cố gây tràn dầu như: sự cố gây vờ ống dần dầu sự cố va chạm tàu chớ dầu vào các giàn khoan trên biến Đặc biệt là sự cố dầu phun lên cao từ các giếng dầu do các thiết bị van bảo hiểm cúa giàn khoan bị hỏng, dẫn đến một lượng lớn dầu tràn ra biển làm cho một vùng biến rộng lớn bị ô nhiễm nghiêm trọng Người ta ước tính có khoáng hơn 1 triệu tan dầu

mó tràn ra mặt biển do những sự cố giàn khoan đó

1.4 Tác dộng của ô nhiễm dầu den môi trường và con người

1.4.1 Tác động của ô nhiễm dầu đến môi trường

Dầu gây ra mối đe dọa nghiêm trọng đối với môi trường biển, ảnh hướng đen nguồn nước bề mặt và một loạt các loài động, thực vật, sinh vật trong lưới thức ăn phức tạp bao gồm cấ thức ăn cho con người Ô nhiễm dầu tàc dộng trực tiếp hoặc gián tiếp lên các hệ sinh thái biền ớ các khía cạnh sau:

- Làm biến đồi cân bằng oxy cùa hệ sinh thái: dầu có tỷ trọng nhò hơn nước, khi chày loang trên mặt nước tạo thành váng, các váng dầu làm giám khá năng trao đối oxy giữa không khí với nước, giám hàm lượng oxy cùa hệ sinh thái, do vậy cán cân điều hòa oxy trong hệ bị đào lộn

- Làm nhiễu loạn các hoạt động sống trong hệ sinh thái: dầu bám vào cơ thế sinh vật sẽ ngăn cán quá trình hô hâp, trao dôi chàt và sự di chuyên của sinh vật trong môi trường nước Dầu bao phú màng tế bào sẽ làm mất khá năng điều tiết áp suất trong cơ thể sinh vật Theo các chuyên gia nồng độ dầu trong nước chi 0, lmg/1 có thể gây chết cho các loài sinh vật phù du điều này làm nhiễu loạn các hoạt động sống trong hệ sinh thái

- Gây độc tính tiềm tàng trong hệ sinh thái: ô nhiễm dầu sẽ ngăn càn quá trình trao đối oxy giữa nước và không khí, làm tích tụ các khí độc hại như H2S CH| làm tăng pH trong môi trường sinh thái Dưới tác động của hoạt động sinh - địa hóa,

dầu dần dần bị phân húy, lắng đọng và tích lũy trong các lớp trầm tích của hệ sinh thái gây độc cho các loài sinh vật sống trong đáy biến.

- Dầu xua đuổi các đàn cá biến, làm chết các rạn san hô, dần tới sự xói mòn các đào và các vùng ven bờ Dầu làm hóng các rừng ngập mặn, làm mất nơi trú ngụ và cung cấp thức ăn cho sinh vật biên

Ngoài ra, ảnh hường cùa ô nhiễm dầu đến động, thực vật là vô cùng nghiêm trọng Cụ thê:

❖ Đối với chim biến:

Dầu phá húy cấu trúc lớp báo vệ cùa lông và khá năng giữ nhiệt giâm các loài chim sẽ đóng băng đen chết Chim sẽ không thế bay nếu lông dính quá nhiều dầu và điều này có thể làm nó chết đuối

Chim sẽ bị ngộ độc khi cố ria bộ lông dính dầu Thường chúng chết sau vài giờ Dầu cũng làm ành hưởng đến khă năng sinh sán của chim [33]

❖ Dối vói các loài hải sinh vật có vú và cá

Dầu dính vào bộ lông.cúa loài cớ và như cá voi, cá heo rải cá, làm mất đặc tính cách nhiệt, hay làm nghẹt đường khí quán khi thân nhiệt bị mất, con thú sẽ chết 137],

Cá có thể bị nhiễm một lượng lớn dau qua mang Cá đã tiếp xúc với dầu có the bị thay đồi nhịp thở, gan to, giâm tăng trường, mòn vây và một loạt các triệu chứng ờ mức độ sinh hóa và te bào Dầu còn ánh hưởng đến khả năng sinh sàn do dầu phá hũy trứng cá hoặc làm cho cá bị biến dạng

Ngoài ra, ânh hường của các chất phân giài hóa học khi làm sạch khu vực ô nhiễm dầu cũng có tác động trực tiếp hoặc gián tiếp đối với các loài động, thưc vật trong vùng bị ô nhiễm dầu

1.4.2 Tác dộng của ô nhiễm dầu dối với con người

0 nhiễm dầu không chi gây hại lớn cho môi trường, mà nó còn ành hường trực tiếp đến con người

- Ô nhiễm dầu sẽ làm cho hàm lượng hydrocacbon trong môi trường không khí cao hơn gấp nhiều lần so với mức giới hạn Hơi dầu tác động đến môi trường không khí xung quanh ảnh hướng tới sức khỏe cộng đồng.

- Chất lượng môi trường biển thay đối dần đến nơi cư trú tự nhiên cũa các loài

bị phá húy, dầu có the trực tiếp làm tốn hại các tàu thuyền, ghe lưới đánh cá và dụng

cụ nuôi trồng thủy sàn hay gián tiếp làm giám năng suất đánh bắt và nuôi trồng do

lo lang không tiêu thụ được những sàn phẩm sán xuất trong khu vực bị ô nhiễm Điều này gây thiệt hại nặng cho nền kinh tế

- Dầu làm nhiễm bấn các khu biển giãi trí sẽ làm càn trở hoạt động nghi ngơi như tam biền, bơi thuyền, lặn, du lịch Tất cả những dịch vụ từ biển sẽ bị giảm thu nhập đáng kể

- Đối với các nhà máy sử dụng nước biến làm lạnh cũng có thế bị dầu làm ảnh hướng, gây tắc nghẽn, làm giám năng suất máy

7.5 Một số phương pháp xử lý ô nhiễm dầu

1.5 ỉ Phương pháp hóa học iệĩl Dại học Mơ Hà Nội

Phương pháp hóa học được dùng khi có hoặc không có sự làm sạch cơ học trong một thời gian dài Phương pháp này sứ dụng các chất phân tán, các chất phá nhũ tương dầu, các chất keo tụ và hấp thụ dầu

a Chất phân tán

Một trong các phương pháp hóa học xừ lý ô nhiễm dầu là sử dụng các chất phân tán phun thành bụi vào vết dầu nối, các chất keo tụ và hấp thu dầu Đó là các chế phâm hóa học chi dược sư dụng với những diều kiện khống che nghiêm ngặt

về cơ bàn, chất phân tán là chất xúc tác bề mặt có cấu trúc phân cực, gồm một dầu hấp thụ dầu (gốc oleophil) và một đầu hấp thụ nước (gốc hydrophil) Khi được phun vào váng dầu, chất phân tán sẽ làm giám sức căng bề mặt tiếp xúc dầu - nước, làm cho dầu bị phân tán thành các giọt nhỏ khoáng 0.2 mm Kct quà làm tăng tống diện tích tiếp xúc bề mặt của vệt dầu ban đầu với môi trường xung quanh Các giọt dầu này sẽ phân hũy nhanh (dầu nhẹ) hay lắng chìm dần (dầu nặng) Hóa chất thông

dụng trên thị trường hiện nay là chất phân tán ký hiệu BPI IO-OX cùa công ty dầu

BP [39]

Phương pháp sử dụng chất phân tán có ưu điểm là thúc đấy tốc độ phân húy cúa các giọt nhũ tương dầu Ngược lại có nhược điềm là dầu bị phân tán dưới mặt nước, gây tốn that cho sinh vật ờ tầng lơ lừng và tầng đáy hơn nữa có thế gây ô nhiễm thứ cấp vì chất phân tán thường có độc tính

b Chất hấp thụ dầu

Dầu sẽ hình thành một lớp chất lỏng trên bề mặt cúa chất hấp thụ Chất hấp thụ này hấp thụ các hỗn hợp dầu tràn ở mọi dạng nguyên, nhũ hóa từng phần hay bị phân tán trên mặt nước Đặc biệt chúng chi hút dầu chứ không hút nước Chat hấp thụ có thể là những chất hữu cơ tự nhiên, vô cơ tự nhiên hoặc tổng hợp Hiện nay có một số sàn phẩm như: enretech cellusorb, corbol

Phương pháp này không những mang lại hiệu quá cao trong xứ lý dầu tràn mà còn giảm thiều một cách tối đa các ánh hường tiêu cực đen môi trường Tuy nhiên,

nó cũng có điểm hạn chế là hiệu quả xứ lý phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, sóng, gió, cấu trúc vật liệu che tạo và chi phi cho phương pháp hày tương đối cao

1.5.2 Phương pháp cơ học

Đối với biện pháp cơ học, thực hiện quây gom, dồn dầu vào một vị trí nhất dịnh

đế tránh dầu lan trên diện rộng Sử dụng phao ngăn dầu đề quây khu vực dầu tràn sau đó, thu gom xừ lý Sau khi dầu được quây lại dùng máy hớt váng hoặc hút dầu

đã thu gom

Ưu điểm cùa biện pháp này là ngăn chặn, khống chế và thu gom nhanh chóng lượng dầu tràn tại hiện trường Nhược điểm là không xứ lý được triệt đế các váng dầu loang trên mặt nước

1.5.3 Phương pháp sinh học

Phương pháp sinh học xừ lý ô nhiễm dầu là dựa vào quá trình phân hủy dầu theo con đường sinh học Khái niệm phân húy sinh học dưa ra dế mô tả quá trình sử dụng các vi sinh vật sống xư lý các hệ thống bị ô nhiễm Trong các vi sinh vật thì vi khuẩn được sừ dụng nhiều nhất Tuy nhiên, nấm và các thực vật bậc cao cùng góp phan vào quá trình xử lý ô nhiễm Khi trong môi trường bị ô nhiễm dầu, sẽ xuất

hiện các vi sinh vật có khá năng sử dụng dầu làm thức ăn hoặc các vi sinh vật tạo ra các chất (CHHBMSH) giúp phân hùy dầu ô nhiễm thành các chất dề tiêu thụ Tuy nhiên sự thành công của việc ứng dụng chúng đế xử lý ô nhiễm dầu còn phụ thuộc vào khả năng tối ưu hóa các điều kiện khác nhau về sinh học, hóa học, địa chất giúp cho vi sinh vật sinh trường và phát triển mạnh mè nhất có thể với thời gian nhanh nhất.

Có hai phương thức xừ lý ô nhiễm dầu theo phương pháp sinh học:

Bioaugmentation: là phương thức xử lý mà trong đó ngoài việc tối ưu hóa các

điều kiện dinh dưỡng, người ta đưa vào một số vi sinh vật chọn lọc có khả nâng phân húy dầu cao, bố sung cùng với quan xã vi sinh vật bàn địa trong môi trường bị

ô nhiễm để tăng cường khá năng phân húy dầu [10]

Biostimulation: là phương thức xử lý lay quần xã sinh vật bán địa làm trung tâm,

các đặc điểm sinh học, sinh thái cúa quần xã vi sinh vật được nghiên cứu kỹ qua đó đưa các chat dinh dường hữu cơ vô cơ cùng các che phẩm sinh học với một tỷ lệ nhất định nhằm kích hoạt tập đoàn vi sinh vật có khá năng phân húy dầu bán địa làm sạch môi trườĩ0n»yiẹn Viện Đại học Mở Hà Nội

Trên thế giới cà hai phương pháp này đã được sứ dụng nhiều Các nhà khoa học cho rang phương thức Bioaugmentation có tiềm năng trong việc trong việc xử lý các hợp chất dầu ờ những vùng mà vi sinh vật bán địa làm việc không hiệu quá như vùng đá sỏi, đất cát

Biostimulation đã được chứng minh là một công cụ hữu hiệu đế xứ lý triệt đề các

bờ biến bị ô nhiễm dầu theo phương pháp hiếu khí vì nó có khá năng duy trì mức độ dinh dưỡng tối ưu rất tốt Các yếu tố môi trường phài được kháo sát kỹ làm cơ sớ đề

bồ sung hàm lượng dinh dưỡng phù hợp cho sự phát triến của tập đoàn vi sinh vật bân dịa Trong trường hợp hàm lượng dầu cao thì có the bố sung vi khuân và một số chế phẩm khác như chất hoạt hóa bề mặt đế tăng tốc độ phân hủy sinh học Các vi khuân dược bô sung ở dây phải là các chủng dược phân lập từ chính môi trường bị ô nhiễm được nhân giống và bố sung dưới dạng chế phẩm

Phương pháp sinh học trong xử lý ô nhiễm dầu có những ưu điểm như giá thành

rè, hiệu quà xứ lý cao, triệt đế, không gây ô nhiễm thứ cấp, có thế áp dụng xừ lý ô

nhiễm dầu ở các môi trường khác nhau như môi trường nước hay trong đất Nhược điềm của phương pháp này là phụ thuộc nhiều vào khà năng phân hủy dầu cùa vi sinh vật bán địa.

Trong tự nhiên ô nhiễm dầu được giám đi bằng nhiều cách như sự bay hơi cùa các phân đoạn nhẹ hay sự tự oxy hóa và quang hóa nhưng cơ chế chủ yếu cùa sự phân húy dầu là nhờ vi sinh vật Điều này là cơ sở đế các nhà nghiên cứu khoa học dùng các che phẩm sinh học đế hồ trợ các kỹ thuật làm sạch hóa lý khác [ 1()|.Như vậy, xử lý ô nhiễm dầu có nhiều phương pháp, mỗi phương pháp có các ưu, nhược điếm nhất định Vì vậy, đế xứ lý ô nhiễm dầu một cách có hiệu quá, tùy từng

vị trí ô nhiễm và tình trạng ô nhiễm đế chọn biện pháp xứ lý phù hợp

1.6 Chất hoạt hóa hề mặt sinh học

1.6.1 Khái niệm chất hoạt hóa bề mặt sinh học

Chất hoạt hóa bề mặt sinh học (CHHBMSH) là những họp chất có cấu trúc đa dạng về hoạt tính bề mặt được tống hợp bời vi sinh vật Tất cà CHHBMSH là hợp chất lưỡng cực, có cấu tạo gồm một nhóm ưa nước (thường là phân tử đường hoặc amino acid) và một nhóm kị nước (thướng là axit bồó) [ í] ■

Do cấu tạo phân cực, CHHBMSH có xu hướng co cụm tại bề mặt và mặt phân cách giữa hai chất (có thế là chat lỏng - chất lóng, chất lõng - chat ran), kết quà là làm giám sức căng bề mặt giữa hai chất (giữa chất lóng - không khí, chất lóng - chất lỏng, chất lỏng - chất rắn) [23, 26]

1.6.2 Phăn loại chất hoạt hóa bề mặt sinh học

Không giống như chất hoạt hóa bề mặt hóa học thường phân loại theo bán chất các nhóm phân cực, CHHBMSH dược phân loại dựa vào thành phần hóa học và nguồn gốc các vi sinh vật tạo ra Nhìn chung, CHHBMSH được chia làm các nhóm chính: glycolipid; lipopeptid và lipoprotein; phospholipid và acid béo; CHHBM trùng hợp và CHHBM dạng hạt [8]

a Glycolipid

Vai trò của glycolipid rat đa dạng, từ việc thúc đấy sự bám của te bào vào bề mặt

kị nước của cơ chất không tan trong nước, tới việc làm tăng khá năng đề kháng của

vi khuấn đối với các yếu tố lý hóa của môi trường [15] Đây là một nhóm được nghiên cứu, ứng dụng nhiều nhất và có hoạt tính mạnh, chúng gồm 3 loại:

• Rhamnolipid: do một hoặc hai phân tử rhamnoza liên kết với một hoặc hai

phân tử axit hydroxydecacnoic, gồm có 4 loại: 2 phân tử đường liên kết với 2 phân

lữ axil, 2 phân tử rhamnose liên kết với 1 phân lư axit, I phân tử đường liên kết với

2 phân tử axit và 1 phân tứ đường liên kết với 1 phân tử axit Vi sinh vật thường tạo

ra nhóm này là Pseudomonas aeruginosa

• Trehaỉoselipid: do 1 phân từ đường đôi trehalose liên kết ở vị trí c6 và cft’ với

các phân từ axit mycolic Axit mycolic là một axit béo mạch dài có phân nhánh Các loài vi sinh vật khác nhau tạo ra các chất có mạch hydrocacbon có chiều dài và

số liên kết đôi cũng khác nhau [8],

• Sophorolipid' do 1 phân tử đường sophorose liên kết với 1 axit béo mạch dài

Phân từ đường do 2 phân tử glucose liên kết với nhau, nhóm OH ờ vị trí c6 và c6’

bị acetyl hóa Chúng do nhiều chúng nấm men thuộc chi Torulopsis sán xuất: T

bombicola, T petrophilum, T apicola và loài Candida bogoriensis Sophorolipid có

khả năng làm giảm sức càng bề mặt nhưng taó không phẩi chất nhũ hóa hiệu quà [5]

b Lipopeptid và lipoprotein

Một lượng lớn các chuồi lipopcptides bao gồm decapeptide (gramicidins) và lipopeptide (polymyxins) được sàn xuất bời Bacillus brevis và Bacillus polymyca tương ứng Các lipopeptidc được sán xuất bới B subtilis ATCC 21332 là một trong những CHHBMSH mạnh nhất Nó làm giảm sức căng bề mặt cúa nước từ 72,0 mN/m xuống còn 27,9 mN/m ờ nồng độ 0,005% [17J Hơn nữa, CHHBMSH này còn có khá năng kháng nam, kháng virut Bacillus Lichenifonnis có khá năng tạo CHHBMSH cao ớ nhiệt độ, pH thích hợp và nồng độ muối ốn định [27]

Các CHHBMSH được sán xuất bởi B lichenifomis 86 có khả năng làm giám sức căng bề mặt nước đến 27mN/m Phân tích cấu trúc cho thấy rằng nó là hỗn hợp của lipopcptidc với thành phần chu yếu là các phân tử có chứa từ 979 đến 1091 Da Mồi phân từ chứa 7 axit amin và một phân lipid trong đó gồm 8-9 nhóm methylene và một hỗn hợp hydrocacbon mạch thang hoặc phân nhánh ] 17],

c Phospholipid và acid béo

• Phospholipid

Phospholipid là một lớp chất béo có chứa axit photphoric Có cấu tạo gồm hai loại chính phospholipid chứa glycerol được gọi là glycerophospholipds (phosphoglyceride) và phospholipid chứa sphingosine được gọi là sphingomyelin (sphingolipid)

Cấu trúc đặc trưng của phospholipid bao gồm: I đầu ưa nước là nhóm phosphate (amoniac kiềm hoặc rượu) và 1 duôi kỵ nước là chuỗi hydrocacbon dài Ở tế bào vi khuấn, bề mặt ưa nước ở bên ngoài và đuôi kỵ nước ở màng bên trong Phospholipid vừa là thành phần quan trọng của màng sinh học, vừa có khả năng nhũ hóa và còn là chất hoạt động bề mặt sinh học [2)

• Acid béo

Được tạo ra do vi sinh vật oxi hóa ankan, gồm các axit béo mạch thẳng và các axit béo phức hợp chứa OH và nhóm ankyl Cân bàng dầu và nước (hydrophilic - lipophilic balance) phụ thuộc vào chiều dài cúa mạch cacbon [311-

Acid béo được sừ dụng trõng việd sần xùất các chất nhuhóà ỳấ các chất hoạt hóa

Emulsan do Acinetobacter calcoaceticus RAG - 1 tạo ra, đơn phân của nó chứa

một trisacarit liên kết với hai axit béo, nó có khả năng nhũ hóa cao các hydrocacbon trong nước thậm chí với nồng độ rất thấp [9]

Liposan tạo ra từ Candida lipolytica, là một chất nhũ hóa ngoại bào, hòa tan

trong nước, trong cấu trúc cùa nó chứa 17% protein và 73% hydrocacbon, các hydrocacbon trong liposan gồm có glucose, galactose, galactosamin, axit galactorunic [10]

Manoprotein do Sacharomyces cerevisiae tạo ra chứa 44% manose và 17%

protein

• CHHỈỈM dạng hạt

CHHBMSH dạng hạt có hai loại: túi bào từ và tế bào vi khuẩn

Acinetobacter sp khi nuôi cấy trên hexadecan sẽ tạo các túi bào tứ có đường

kính 20-50 mm với mật độ sôi là l,158g/cm\ Các bọt khí xuất hiện đế đóng vai trò hấp thu ankan bời Acinetobacter sp H01-N Các túi này được cấu tạo từ protein, phospholipid và lipopolysaccharide [20] Tương tự như Acinetobacter sp.,

Pseudomonas marginalis cũng hình thành túi đề hoạt động như một CHHBMSH L6.3 Tính chất của chất hoạt hóa bề mặt sinh học

a Tính chất hóa lý

Một số điều tra đã cho thấy rằng, khả năng hoạt động bề mặt cùa CHHBMSH là tốt hơn so với hoạt động của CHHBM tổng hợp Cụ thế, CHHBMSH có thế làm giảm sức căng bề mặt của nước đến 29,0mN/m, trong khi Plutonic F-68-42,8, SDS 28,6 [30] và LAS chỉ giảm đến 31mN/m [22], Mặt khác, nếu pha dầu chứa hydrocarbon chuỗi ngắn thì khằ nặng nhũ hóa cùa CHHBM tổng hợp sẽ kém ồn định hơn CHHBMSH

CHHBMSH thực sự có hiệu quà trong việc loại bỏ dầu ra khói đất với khá năng loại tối đa khoáng 22% trong khi CHHBM tổng hợp chi loại bo được khoáng 14%

|28|

b Khá năng phân hủy sinh học tốt và dộc tính thấp

Hầu hết các CHHBMSH không gây thiệt hại nghiêm trọng đến các hệ sinh thái

do chúng phân hùy dề dàng Do đó, chúng có thể được sừ dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp mỹ phẩm, dược phâm thực phẩm, ngành nông nghiệp So

sánh giữa CHHBMSH được tạo ra từ Pseudomonas aeruginosa với CHHBM tống

hợp Marlon A-350 (được sữ dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp) cho thấy CHHBMSH do Pseudomonas aeruginosa tạo ra không độc hại và an toàn trong khi Marlon A-350 độc và có tính gây đột biến [14],

c Sự hình thành nhũ hóa của CHHBMSH

CHHBMSH làm giám sức căng bề mặt và giúp hình thành hệ nhũ tương giữa các chất lỏng khác nhau, chúng cũng có thế làm ổn định hoặc mất ổn định nhũ hóa Nhìn chung, các CHHBMSH có khối lượng phân tứ cao thì nhũ hóa tốt hơn các CHHBMSH có khối lượng phân từ thấp Sophorolipid từ T bombicola có khà năng giám sức căng bề mặt, tuy nhiên khá năng nhũ hóa lại không cao Ngược lại, liposan không làm giảm sức căng bề mặt nhưng lại có khả năng nhũ hóa dầu rất tốt Các CHHBMSH cao phân tử có nhiều lợi the hơn bới chúng bao phú các giọt dau do đó hình thành dạng nhũ hóa tốt [28].

d Khả năng chịu nhiệt, pH và chịu lực ion

Nhiều CHHBMSH do vi sinh vật tạo ra không bị ành hường bới các yếu tố môi trường như nhiệt độ, pH và lực ion Hầu hết các CHHBMSH đều tối ưu ở dái nhiệt

độ 25-40°C và pH rộng 5-9 Tuy nhiên, sự phát triền của các vi sinh vật tạo CHHBMSH lại chịu tác động cùa nhiệt độ Nhiệt độ và pH tốt nhất cho các vi sinh vật phát triền là 37°c và pH 7-8 Có những loài chịu được nhiệt độ cao hơn, ví dụ như Bacillus lichenifomis tạo CHHBMSH ớ 50°C và nồng độ NaCl là 50g/l

1.6.4 ứng dụng cua chất hoạt hóa bề inặt sinh học trong đời sống

Ngày nay, CHHBMSH đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lình vực khác nhau của cuộc sống như: công nghiệp, nông nghiệp, khai thác mó, thuộc da, công nghệ hóa học, mỹ phẩm, thực phẩm, dược phâm Điều này cho thấy sự cần thiết và tầm quan trọng cũa chất hoạt hóa bề mặt

a Trong công nghiệp dệt nhuộm: CHHBMSH được sử dụng cho nhiều mục

đích khác nhau như: chất trợ ngấm, chất phân tán chất tấy rứa, chất làm mềm trong quá trình xử lý hoàn tất vài và là chất trợ trong in hoa

b Trong công nghiệp thực phẩm: CHHBMSH được sử dụng trong thực phẩm

với mục đích làm bền nhũ tương, tạo nhũ hóa cho bánh kẹo, sữa và đồ hộp

c Trong công nghiệp mỹ phẩm: CHHBMSH được sử dụng làm chất tẩy rứa,

nhũ hóa, tạo bọt

d Trong nông nghiệp: CHHBMSH được dùng đế gia công thuốc báo vệ thực

vật, ngoài ra, CHHBMSH được cho là đề giúp vi khuấn hấp thụ giám đáng kể sự độc hại cho đất Các CHHBMSH thuộc nhóm Rhamnolipid, chù yếu được sản xuất

bời các chi Pseudomonas được biết là có hoạt tính kháng khuẩn mạnh Hơn nữa, khá thân thiện với môi trường, điều này là vô cùng có ích [24].

e Trong y học: Lợi thế và các ứng dụng của CHHBMSH trong y học là việc sứ

dụng các chất bề mặt như là để kích thích quá trình chuyển hóa tế bào gốc, điều hòa miễn dịch Mukhrjee và cộng sự (2009) đã chi ra các ứng dụng của CHHBMSH trong y học như: hoạt động kháng khuẩn, hoạt động chống ung thư, tạo các chất chống dính, sản xuất tá dược miền dịch, hoạt tính kháng virut và chuyển gen 1291

1.6.5 ứng dụng của chất hoạt hóa bề mặt sinh học trong xử lý ô nhiễm dầu

Bời những ưu điếm của CHHBMSH mà những nghiên cứu sừ dụng CHHBMSH trong xử lý ô nhiễm dầu ngày càng được các nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm

Trong một cuộc điều tra thí điếm Banat và cộng sự (1991) đã thư nghiệm khả năng tạo CHHBMSH cứa một chúng vi khuẩn (Pel 1006) để làm sạch bế chứa dầu

và phục hoi hydrocacbon từ bùn đã nhũ hóa Hai tan CHHBMSH được dùng đế làm sạch 850m3 cặn dầu Khoảng 91% (774m3) cặn dầu này đã được phục hồi như dầu thô và 76m3 còn lần các tạp chất đươc tịr làm sạch [7]

Các nhà khoa học ở Viện Công nghệ sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã phân lập được một số chúng có khà năng tạo CHHBMSH trên môi trường bô sung 5% dầu thô làm nguồn cacbon duy nhất Ket quá cho thay, sau

7 ngày nuôi cấy chủng 6C1 và 6C3 có khả năng phân hủy lần lượt là 82% và 78% hàm lượng dầu tống số so với đối chứng [40]

Tóm lại, phương pháp sữ dụng các CHHBMSH do các vi sinh vật tạo ra nhằm tăng cường khá năng phân hủy dầu dang được đánh giá cao bời các đặc tính ưu việt cúa nó như: xử lý triệt đề, an toàn cho môi trường và giá thành thấp Hơn nữa, CHHBMSH có thế chịu dược các diều kiện khấc nghiệt như trong các giếng khoan khai thác dầu khí [33]

1.7 Vi khuẩn có khả năng tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học và các yếu tố (inh hưởng dền kha năng tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học

1.7.1 Vi khuẩn có kha năng tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học