Nghiên cứu và ứng dụng vi khuẩn sử dụng hydrocarbon trong xử lý ô nhiễm dầu ven biển

Vi sinh vật có khả năng sử dụng hydrocarbon dầu mỏ và tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học .... Ứng dụng vi sinh vật sử dụng hydrocarbon dầu mỏ và tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học trong x

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

VƯƠNG THỊ NGA

NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG VI KHUẨN

SỬ DỤNG HYDROCARBON TRONG

XỬ LÝ Ô NHIỄM DẦU VEN BIỂN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC

HÀ NỘI, 2016

VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Vương Thị Nga

NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG VI KHUẨN

SỬ DỤNG HYDROCARBON TRONG XỬ LÝ Ô NHIỄM DẦU VEN BIỂN

Chuyên ngành: Vi sinh vật

Mã số: 62 42 01 07

LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

2 PGS TS Trần Đình Mấn

Viện Công nghệ sinh học

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gửi lời biết ơn chân thành và sâu sắc nhất tới PGS TS NCVCC Lại Thúy Hiền, phòng Vi sinh vật dầu mỏ, Viện Công nghệ sinh học, Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, đã hướng dẫn, giúp đỡ tôi rất tận tình, cặn kẽ trong chuyên môn và dìu dắt, bảo ban tôi từ những bước đi nhỏ nhất trong cuộc sống

Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến PGS TS NCVC Trần Đình Mấn, nguyên Viện phó Viện Công nghệ sinh học, phòng Vật liệu sinh học, là đồng hướng dẫn trong nghiên cứu của tôi, đã chỉ bảo cặn kẽ và bổ sung những kiến thức quý báu, giúp tôi hoàn thành tốt luận án

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS Kiều Thị Quỳnh Hoa và các anh chị, các bạn đồng nghiệp phòng Vi sinh vật dầu mỏ, Viện Công nghệ sinh học, một tập thể vững mạnh, đoàn kết mà tôi vô cùng yêu quý Các anh chị, các bạn đã cùng phối hợp chặt chẽ, giúp đỡ tận tình, chia sẻ với tôi những niềm vui, nỗi buồn, cùng vượt qua khó khăn, giúp tôi hoàn thành tốt luận án

Tôi vô cùng biết ơn những người thân trong gia đình, đặc biệt là người bạn đời, đã mang đến cho tôi nhiều niềm vui, hạnh phúc, luôn bên tôi để động viên, quan tâm, giúp đỡ tôi trong những lúc khó khăn nhất

Tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới Ban lãnh đạo Viện Công nghệ sinh học

và ThS Bùi Thị Hải Hà đã giúp đỡ, hợp tác và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận án này

Hà Nội, ngày tháng năm 2015

Tác giả

Vương Thị Nga

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan:

Đây là công trình nghiên cứu của tôi và một số kết quả cùng cộng tác với các cộng sự khác;

Các số liệu và kết quả trình bày trong luận án là trung thực, một phần đã được công bố trên các Tạp chí Khoa học chuyên ngành với sự đồng ý và cho phép của các đồng tác giả;

Phần còn lại chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày tháng năm 2015

Tác giả

MỤC LỤC

Lời cảm ơn i

Lời cam đoan ii

Mục lục iii

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt vii

Danh mục các bảng viii

Danh mục các hình x

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tình hình ô nhiễm hydrocarbon dầu mỏ trên thế giới và ở Việt Nam 3

1.1.1 Tình hình ô nhiễm hydrocarbon dầu mỏ trên thế giới 3

1.1.2 Tình hình ô nhiễm hydrocarbon dầu mỏ ở Việt Nam 4

1.2 Một số đặc điểm, tính chất của dầu mỏ 7

1.2.1 Thành phần hóa học của dầu mỏ 7

1.2.2 Các tính chất vật lý quan trọng của dầu mỏ 10

1.3 Quá trình phân hủy hydrocarbon dầu mỏ nhờ vi sinh vật 11

1.3.1 Quá trình oxy hóa hydrocarbon bằng chất nhận điện tử oxygen 11

1.3.2 Quá trình oxy hóa hydrocarbon bằng chất nhận điện tử khác 18

1.4 Những nét chung về chất hoạt hóa bề mặt sinh học 20

1.4.1 Vai trò của chất hoạt hóa bề mặt sinh học đối với vi sinh vật

phân hủy dầu 20

1.4.2 Các loại chất hoạt hóa bề mặt sinh học từ vi khuẩn 21

1.4.3 Tính chất của chất hoạt hóa bề mặt sinh học 24

1.5 Vi sinh vật có khả năng sử dụng hydrocarbon dầu mỏ

và tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học 26

1.5.1 Tình hình nghiên cứu vi sinh vật sử dụng hydrocarbon dầu mỏ

và tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học trên thế giới 26

1.5.2 Tình hình nghiên cứu vi sinh vật sử dụng hydrocarbon dầu mỏ

và tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học ở Việt Nam 30

1.6 Ứng dụng vi sinh vật sử dụng hydrocarbon dầu mỏ và tạo

chất hoạt hóa bề mặt sinh học trong xử lý ô nhiễm dầu ven biển 33

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35

2.1 Vật liệu nghiên cứu 35

2.1.1 Vật liệu 35

2.1.2 Thiết kế mô hình thực nghiệm xử lý ô nhiễm dầu ven biển 35

2.1.3 Máy móc và thiết bị chính 36

2.1.4 Hóa chất 36

2.1.5 Môi trường nuôi cấy 36

2.2 Phương pháp 37

2.2.1 Phương pháp thu mẫu 37

2.2.2 Xác định số lượng vi sinh vật theo phương pháp pha loãng tới hạn

Most Probable Number (Man, 1983) 37

2.2.3 Phân lập vi khuẩn sử dụng hydrocarbon 38

2.2.4 Quan sát hình thái tế bào vi khuẩn dưới kính hiển vi điện tử quét 38

2.2.5 Đặc điểm sinh hóa của vi khuẩn bằng kít chuẩn sinh hóa 38

2.2.6 Phân loại vi khuẩn bằng phân tích trình tự 16S rRNA 38

2.2.7 Phân tích quần xã vi sinh vật bằng Metagenomics 40

2.2.8 Phương pháp, tiêu chí đánh giá số lượng taxa (giới, ngành, lớp, chi và loài) 41

2.2.9 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, nguồn carbon, nitrogen, pH

và nồng độ NaCl lên sinh trưởng và tổng hợp chất hoạt hóa bề mặt

sinh học của vi khuẩn 41

2.2.10 Khả năng tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học bằng chỉ số nhũ hóa E24 42

2.2.11 Hiệu quả nhũ hóa của chất hoạt hóa bề mặt sinh học

bằng phương pháp đẩy màng dầu loang Oil spreading 42

2.2.12 Hoạt tính nhũ hóa của chất hoạt hóa bề mặt sinh học đối với một số hydrocarbon và độ ổn định nhũ hóa dưới tác động nhiệt độ,

nồng độ muối và pH thay đổi 42

2.2.13 Tối ưu hóa môi trường tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học

bằng phương pháp đáp ứng bề mặt 43

2.2.14 Tách chiết thô chất hoạt hóa bề mặt sinh học 43

2.2.15 Xác định cấu trúc của chất hoạt hóa bề mặt sinh học

bằng sắc ký khối phổ (GC-MS) 43

2.2.16 Xác định dầu tổng số bằng cân trọng lượng 44

2.2.17 Xác định thành phần dầu bằng sắc ký khí khối phổ (GC-MS) 44

2.2.18 Xử lý số liệu 44

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 45

3.1 Số lượng và thành phần loài vi khuẩn sử dụng hydrocarbon

trong nước và trầm tích ở một số cảng, vịnh và ven biển Việt Nam 46

3.1.1 Phân tích số lượng vi khuẩn sử dụng hydrocarbon 46

3.1.2 Đặc điểm phân loại vi khuẩn sử dụng hydrocarbon 50

3.2 Khả năng tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học

của vi khuẩn sử dụng hydrocarbon 56

3.2.1 Sàng lọc các chủng vi khuẩn tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học cao 56

3.2.2 Động thái sinh trưởng và khả năng tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học

của chủng A soli H1, A calcoaceticus H3 và R ruber TD2 57

3.2.3 Đặc điểm chất hoạt hóa bề mặt sinh học do chủng A soli H1,

A calcoaceticus H3 và R ruber TD2tạo ra 58

3.2.4 Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến sinh trưởng

và tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học chủng A soli H1,

A calcoaceticus H3 và R ruber TD2 60

3.3 Khả năng phân hủy dầu diesel và dầu thô của chủng A soli H1,

A calcoaceticus H3 và R ruber TD2 68

3.4 Cấu trúc hóa học của chất hoạt hóa bề mặt sinh học

do chủng R ruber TD2 tạo ra 71

3.5 Tối ưu hóa khả năng tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học

của chủng R ruber TD2 bằng phương pháp đáp ứng bề mặt 73

3.6 Ứng dụng vi khuẩn sử dụng hydrocarbon và tạo chất hoạt hóa

bề mặt sinh học trong xử lý ô nhiễm dầu ven biển 77

3.6.1 Tạo chế phẩm sinh học từ chủng R ruber TD2 77

3.6.2 Biến động số lượng vi khuẩn sử dụng hydrocarbon

trong quá trình xử lý 79

3.6.3 Biến động các loài vi khuẩn sử dụng hydrocarbon

chiếm ưu thế trong quá trình xử lý 81

3.6.4 Xác định quần xã vi sinh vật trong mô hình xử lý bằng phân tích Metagenomics 86

3.6.5 Hiệu quả xử lý ô nhiễm dầu ven biển 88

CHƯƠNG 4 BÀN LUẬN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 94

* Số lượng và thành phần loài vi khuẩn sử dụng hydrocarbon

trong nước và trầm tích tại một số cảng, vịnh và ven biển Việt Nam 94

* Khả năng tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học và đặc điểm của chất hoạt hóa

bề mặt sinh học do vi khuẩn sử dụng hydrocarbon tạo ra 96

* Khả năng phân hủy dầu diesel và dầu thô của một số chủng vi khuẩn

sử dụng hydrocarbon 101

* Ứng dụng vi khuẩn sử dụng hydrocarbon và tạo chất hoạt hóa bề mặt

sinh học trong xử lý ô nhiễm dầu ven biển 103

KẾT LUẬN 111

KIẾN NGHỊ 111

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ 113

TÀI LIỆU THAM KHẢO 114

TÓM TẮT TIẾNG ANH 125

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

xếp cơ bản

axetic

vòng

tâm Quốc gia về Tin sinh học

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Các hydrocarbon riêng lẻ đã xác định được trong các loại dầu mỏ 8

Bảng 1.2 Các chi vi sinh vật có khả năng phân hủy hydrocarbon no 15

Bảng 1.3 Các chi vi khuẩn có khả năng phân hủy hydrocarbon thơm 18

Bảng 1.4 Các nhóm vi khuẩn có khả năng oxy hóa hydrocarbon ở điều kiện kị khí 19

Bảng 1.5 Chất hoạt hóa bề mặt sinh học tách từ vi khuẩn 21

Bảng 2.1 Các điều kiện nuôi cấy được khảo sát 41

Bảng 2.2 Giá trị mã hóa của các yếu tố thực nghiệm 43

Bảng 3.1 Số lượng vi khuẩn sử dụng hydrocarbon và hiếu khí trong mẫu nước và trầm tích vịnh Lan Hạ 46

Bảng 3.2 Số lượng vi khuẩn sử dụng hydrocarbon và hiếu khí trong mẫu nước và trầm tích ven biển Đồ Sơn 47

Bảng 3.3 Số lượng vi khuẩn sử dụng hydrocarbon và hiếu khí trong mẫu nước và trầm tích cảng Nghi Sơn 47

Bảng 3.4 Số lượng vi khuẩn sử dụng hydrocarbon và hiếu khí trong mẫu nước và trầm tích cảng, ven biển Quy Nhơn, Huế, Vũng Tàu 48

Bảng 3.5 Số lượng vi khuẩn sử dụng hydrocarbon và hiếu khí trong mẫu nước

và trầm tích ven biển Bình Thuận 49

Bảng 3.6 Số lượng vi khuẩn sử dụng hydrocarbon và hiếu khí trong mẫu nước và trầm tích ven biển Bến Tre 49

Bảng 3.7 Đặc điểm hình thái vi khuẩn sử dụng hydrocarbon Gram âm

phân lập tại một số cảng, vịnh và ven biển Việt Nam 50

Bảng 3.8 Đặc điểm hình thái vi khuẩn sử dụng hydrocarbon Gram dương phân lập tại cảng, vịnh và ven biển Việt Nam 51

Bảng 3.9 Phân loại vi khuẩn sử dụng hydrocarbon dựa vào hình thái

và kít chuẩn sinh hóa 53

Bảng 3.10 Phân loại vi khuẩn sử dụng hydrocarbon dựa vào

trình tự 16S rRNA 54

Bảng 3.11 Bảng ma trận thực nghiệm ảnh hưởng của các yếu tố lên tổng hợp chất hoạt hóa bề mặt sinh học của chủng R ruber TD2 74

Bảng 3.12 So sánh kết quả tính toán theo mô hình và thực nghiệm 76

Bảng 3.13 Quy trình tạo chế phẩm từ chủng vi khuẩn Rhodococcus ruber TD2 78

Bảng 3.14 Biến động số lượng vi khuẩn hiếu khí và sử dụng hydrocarbon

trong các mô hình xử lý 79

Bảng 3.15 Đặc điểm hình thái vi khuẩn sử dụng hydrocarbon chiếm ưu thế

trong các mô hình xử lý 81

Bảng 3.16 Phân loại vi khuẩn sử dụng hydrocarbon chiếm ưu thế

trong các mô hình xử lý 85

Bảng 3.17 Biến động các loài vi khuẩn sử dụng hydrocarbon chiếm ưu thế trong các mô hình xử lý 85

Bảng 3.18 Dữ liệu Metagenome của mẫu cát lấy tại mô hình bổ sung

chế phẩm xử lý dầu thô sau 21 ngày 86

Bảng 3.19 Đa dạng vi sinh vật trong mẫu cát lấy tại mô hình bổ sung

chế phẩm xử lý dầu thô sau 21 ngày 87

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Quá trình oxy hóa alkane ở nguyên tử carbon trước tận cùng 13

Hình 1.2 Quá trình oxy hóa cyclohexane 14

Hình 1.3 Con đường oxy hóa benzene bởi vi khuẩn 16

Hình 1.4 Con đường oxy hóa naphthalene bởi vi khuẩn 17

Hình 1.5 Con đường phân hủy ethylbenzene bởi vi khuẩn khử sulfate EbS7 19

Hình 1.6 Cấu trúc hoá học của hai dạng rhamnolipid 22

Hình 1.7 Cấu trúc hoá học của trehaloslipid được tổng hợp từ Rhodococcus erythropolis 23

Hình 1.8 Cấu trúc hoá học của surfactin được tổng hợp bởi Bacillus subtilis 23

Hình 1.9 Cấu trúc hoá học của emulsan được tổng hợp bởi Acinetobacter calcoaceticus 24

Hình 2.1 Mô hình thực nghiệm xử lý dầu diesel và dầu thô ven biển Đồ Sơn, Hải Phòng 36

Hình 2.2 Sơ đồ mô phỏng vị trí lấy mẫu trong mỗi mô hình thử nghiệm 36

Hình 3.1 Các bước thực hiện quá trình nghiên cứu của luận án 45

Hình 3.2 Hình thái tế bào dưới kính hiển vi điện tử quét của vi khuẩn sử dụng hydrocarbon phân lập tại một số cảng, vịnh và ven biển Việt Nam 53

Hình 3.3 Vị trí phân loại của vi khuẩn sử dụng hydrocarbon và các loài có quan hệ họ hàng gần 55

Hình 3.4 Khả năng sinh trưởng, chỉ số nhũ hóa E24 và hoạt tính đẩy màng dầu loang của chất hoạt hóa bề mặt sinh học do các chủng nghiên cứu tạo ra 56

Hình 3.5 Động thái sinh trưởng và khả năng tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học của chủng H1, H3 và TD2 57

Hình 3.6 Khả năng nhũ hóa với xylene của dịch nuôi cấy chủng H1, H3 và TD2 57

Hình 3.7 Sức căng bề mặt của môi trường (ĐC)

và dịch nuôi cấy chủng H1, H3 và TD2 sau 6 ngày thí nghiệm 57

hóa bề mặt sinh học do H1, H3 và TD2 tạo ra 58

do H1, H3 và TD2 tạo ra ở điều kiện nhiệt độ khác nhau 59

Hình 3.10 Độ ổn định nhũ hóa của chất hoạt hóa bề mặt sinh học

do H1, H3 và TD2 tạo ra ở pH khác nhau 59

Hình 3.11 Độ ổn định nhũ hóa của chất hoạt hóa bề mặt sinh học

do H1, H3 và TD2 tạo ra ở nồng độ NaCl khác nhau 60

Hình 3.12 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sinh trưởng và tạo chất hoạt hóa

bề mặt sinh học của chủng H1 (A), H3 (B) và TD2 (C) 61

Hình 3.13 Ảnh hưởng của nguồn carbon đến sinh trưởng và tạo chất hoạt hóa

bề mặt sinh học của chủng H1 (A), H3 (B) và TD2 (C) 62

Hình 3.14 Ảnh hưởng của nguồn nitrogen đến sinh trưởng và tạo chất hoạt hóa

bề mặt sinh học của chủng H1 (A), H3 (B) và TD2 (C) 64

Hình 3.15 Ảnh hưởng của pH đến sinh trưởng và tạo chất hoạt hóa bề mặt

sinh học của chủng H1(A), H3 (B) và TD2 (C) 65

Hình 3.16 Ảnh hưởng của nồng độ NaCl đến sinh trưởng và tạo chất hoạt hóa

bề mặt sinh học của chủng H1 (A), H3 (B) và TD2 (C) 67

Hình 3.17 Sắc ký đồ thành phần hydrocarbon trong dầu thô

mẫu đối chứng (A), mẫu nuôi cấy chủng H1 (B), H3 (C)

và TD2 (D) sau 9 ngày thí nghiệm 69

Hình 3.18 Sắc ký đồ thành phần hydrocarbon trong dầu diesel

mẫu đối chứng (A), mẫu nuôi cấy chủng H1 (B), H3 (C)

và TD2 sau 6 ngày thí nghiệm 69

Hình 3.19 Khả năng phân hủy dầu thô tổng số (A) và các thành phần

hydrocarbon trong dầu thô (B) của chủng H1, H3 và TD2 70

Hình 3.20 Khả năng phân hủy dầu diesel tổng số (A)

và các thành phần hydrocarbon trong dầu diesel (B)

của chủng H1, H3 và TD2 71

Hình 3.21 Sắc ký khối phổ của chất hóa bề mặt sinh học do chủng TD2 tạo ra 72 Hình 3.22 Sắc ký khối phổ chất hoạt hóa mặt sinh học do chủng TD2 tạo ra

tại gian lưu 23,337 phút (A) và 21,140 phút (B) 74

Hình 3.23 Bề mặt đáp ứng của từng cặp các yếu tố ảnh hưởng

đến khả năng tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học của chủng TD2;

(A): Hàm lượng DO và NaNO3 (g/l) thay đổi, pH cố định;

(C): Hàm lượng NaNO3 và pH thay đổi, hàm lượng DO cố định 75

Hình 3.24 Hàm lượng chất hoạt hóa bề mặt sinh học do chủng R ruber TD2

tạo ra trên môi trường tối ưu (MTTU)

và môi trường ban đầu (MTBD) 76

Hình 3.25 Sơ đồ quy trình tạo chế phẩm xử lý ô nhiễm dầu

ven biển từ chủng R ruber TD2 77

Hình 3.26 Hình thái tế bào dưới kính hiển vi điện tử quét của vi khuẩn

sử dụng hydrocarbon chiếm ưu thế 83

Hình 3.27 Vị trí phân loại của các chủng vi khuẩn sử dụng hydrocarobn

chiếm ưu thế trong các mô hình xử lý

và các loài có quan hệ họ hàng gần 84

Hình 3.28 Tỉ lệ của một giới (A), ngành (A), chi (B) và loài (C) chiếm ưu thế

trong mẫu cát lấy tại mô hình xử lý dầu thô sau 21 ngày 88

Hình 3.29 Sắc ký thành phần n-parafin của hydrocarbon no trong mô hình

đối chứng xử lý dầu diesel tại thời điểm 0 giờ (A)

và sau 28 ngày (B) (thử nghiệm mùa đông) 89

Hình 3.30 Sắc ký thành phần n-parafin của hydrocarbon no trong mô hình bổ sung

chế phẩm xử lý dầu diesel tại thời điểm 0 giờ (A)

và sau 28 ngày (B) (thử nghiệm mùa đông) 89

Hình 3.31 Sắc ký thành phần n-parafin của hydrocarbon no trong mô hình

bổ sung chế phẩm xử lý dầu thô tại thời điểm 0 giờ (A)

và sau 28 ngày (B) (thử nghiệm mùa đông) 89

Hình 3.32 Sắc ký thành phần hydrocarbon thơm trong mô hình bổ sung

chế phẩm xử lý dầu thô tại thời điểm 0 giờ (A)

và sau 28 ngày (B) (thử nghiệm mùa đông) 89

Hình 3.33 Khả năng phân hủy dầu diesel tổng số (A), dầu thô

tổng số (B) và thành phần hydrocarbon trong dầu

tại các mô hình sau 28 ngày xử lý 90

Hình 3.34 Khả năng phân hủy thành phần hydrocarbon trong dầu diesel (A)

và dầu thô (B) tại các mô hình sau 28 ngày xử lý 90

Hình 3.35 Sắc ký thành phần n-parafin của hydrocarbon no trong mô hình

đối chứng xử lý dầu diesel tại thời điểm 0 giờ (A)

và sau 21 ngày (B) (thử nghiệm mùa hè) 92

Hình 3.36 Sắc ký thành phần n-parafin của hydrocarbon no trong mô hình

bổ sung chế phẩm xử lý dầu diesel tại thời điểm 0 giờ (A)

và sau 21 ngày (B) (thử nghiệm mùa hè) 92

Hình 3.37 Sắc ký thành phần n-parafin của hydrocarbon no trong mô hình

bổ sung chế phẩm xử lý dầu thô tại thời điểm 0 giờ (A)

và sau 21 ngày (B) (thử nghiệm mùa hè) 92

Hình 3.38 Sắc ký thành phần hydrocarbon thơm trong mô hình bổ sung

chế phẩm xử lý dầu thô tại thời điểm 0 giờ (A)

và sau 21 ngày (B) (thử nghiệm mùa hè) 92

Hình 3.39 Khả năng phân hủy dầu diesel tổng số (A), dầu thô

tổng số (B) và thành phần hydrocarbon trong dầu

tại các mô hình sau 21 ngày xử lý 93

Hình 3.40 Khả năng phân hủy thành phần hydrocarbon trong dầu diesel (A)

và dầu thô (B) tại các mô hình sau 21 ngày xử lý 93

MỞ ĐẦU

Dầu mỏ và các sản phẩm dầu mỏ là nguồn nhiên liệu quý đối với hoạt động sống của con người, là nguồn lợi cho tăng trưởng kinh tế xã hội Bên cạnh những lợi ích to lớn đó, hiện nay ô nhiễm dầu đang là mối lo ngại của nhiều quốc gia trên thế giới khi mà hằng năm vẫn có hàng triệu tấn dầu bị rò rỉ ra môi trường, gây nên những hiểm họa khôn lường cho hệ sinh thái

Hiện nay, có nhiều phương pháp được đưa ra để xử lý ô nhiễm dầu như: cơ học, chôn lấp, bay hơi, sử dụng chất phân tán… Tuy nhiên, hầu hết các phương pháp đề xuất đều tốn kém và không an toàn với hệ sinh thái do không phân hủy hoàn toàn các hợp chất hydrocarbon độc hại hoặc chỉ đơn giản là chuyển chất bẩn

từ nơi này đến nơi khác Với hiệu quả kinh tế cao, không gây độc với môi trường,

xử lý ô nhiễm dầu bằng con đường sinh học được biết đến như biện pháp hữu hiệu nhằm loại bỏ các hợp chất hydrocarbon độc hại ra khỏi môi trường do có thể phân

của phương pháp này dựa trên khả năng phân hủy hydrocarbon dầu mỏ của khu hệ vi sinh vật (VSV) nội tại, trong đó vi khuẩn (VK) là nhóm đóng vai trò chủ đạo Hơn nữa, hiệu quả của quá trình phân hủy được tăng lên khi các VSV phân hủy

có cấu tạo phân cực (bao gồm cả nhóm chức ưa nước và kị nước trong phân tử), CHHBMSH làm giảm sức căng bề mặt giữa pha dầu và pha nước, giúp hydrocarbon dầu mỏ phân tán trong nước dưới dạng nhũ tương, từ đó làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa VSV và phân tử dầu, do đó dầu dễ dàng bị phân hủy Bên cạnh đó, CHHBMSH

có thể duy trì hoạt tính ổn định trong các điều kiện nhiệt độ, pH, nồng độ NaCl, Ca2+

và Mg2+ thay đổi Đồng thời, chúng có khả năng tự phân hủy, không gây độc với môi trường và có thể sản xuất trên các nguồn phế thải của công nghiệp chế biến với quy

mô lớn Chính vì những ưu điểm vượt trội đó, VSV tạo CHHBMSH ngày càng được nghiên cứu và ứng dụng trong xử lý ô nhiễm dầu

Ở Việt Nam, VK có khả năng phân hủy hydrocarbon dầu mỏ đã được nghiên cứu từ những năm đầu của thập kỉ trước với sự đa dạng về thành phần loài như:

Pseudomonas sp., Rhodococcus sp., Bacillus sp., Shigella sp., Acinetobacter sp

Tuy nhiên, những nghiên cứu về đặc tính tạo CHHBMSH của chúng mới chỉ bắt đầu, chưa được nghiên cứu một cách hệ thống, đặc biệt là khả năng ứng dụng chúng trong xử lý ô nhiễm dầu ven biển Để khẳng định vai trò của VSV phân hủy hydrocarbon dầu mỏ và tạo CHHBMSH trong quá trình xử lý ô nhiễm dầu ven biển

Việt Nam, chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu và ứng dụng vi khuẩn sử dụng hydrocarbon trong xử lý ô nhiễm dầu ven biển” Luận án được thực hiện với mục

tiêu sau:

- Đánh giá số lượng, thành phần và đặc tính sinh học của vi khuẩn sử dụng

- Đánh giá khả năng ứng dụng VK vừa có khả năng sử dụng hydrocarbon vừa tạo CHHBMSH nhằm nâng cao hiệu suất xử lý ô nhiễm dầu ven biển Việt Nam

NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN

1 Là công trình ở Việt Nam đánh giá tương đối đầy đủ về thành phần và số lượng VK SDHC ở các vùng ven biển Việt Nam từ Bắc tới Nam (Đồ Sơn, Cát

Bà, Nghi Sơn, Huế, Quy Nhơn, Vũng Tàu, Bến Tre và Bình Thuận), làm cơ sở

để khai thác sử dụng chúng trong xử lý ô nhiễm dầu ven biển Việt Nam

2 Đã nghiên cứu đặc điểm sinh học, đặc điểm phân loại, khả năng tạo

CHHBMSH của chủng Rhodococcus ruber TD2 phân lập tại ven biển Việt

Nam và sử dụng chúng để tạo chế phẩm sinh học xử lý có hiệu quả (hơn 99%)

ô nhiễm dầu ven biển

3 Bước đầu ứng dụng kỹ thuật Metagenomics để đánh giá đa dạng quần xã VSV trong mô hình xử lý ô nhiễm dầu ven biển Việt Nam

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình ô nhiễm hydrocarbon dầu mỏ trên thế giới và ở Việt Nam

1.1.1 Tình hình ô nhiễm hydrocarbon dầu mỏ trên thế giới

Hiện nay, ô nhiễm dầu đang là mối quan tâm hàng đầu của nhiều quốc gia trên thế giới, nhất là những nước có nền công nghiệp dầu khí phát triển Nguyên nhân là

do sự rò rỉ dầu từ các hoạt động thăm dò, khai thác, chế biến, vận chuyển, bảo quản

và đặc biệt là sự cố tràn dầu trên biển Theo số liệu thống kê của Hiệp hội các chủ tàu chở dầu Thế giới, tính từ năm 2000 đến 2013, trung bình hàng năm xảy ra 11,9

vụ tràn dầu tải trọng 7 - 700 tấn, 3 vụ tràn dầu tải trọng trên 700 tấn và 1,7 - 8,8 triệu tấn dầu thô (DT) bị rò rỉ ra môi trường biển (www.itopf.com; Mundi 2010)

Đây là một trong những nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường đất, nước, ảnh hưởng nghiêm trọng tới hệ sinh thái và sức khỏe con người

Sự cố tràn dầu lớn nhất trong lịch sử thế giới là sự cố cháy giàn khoan dẫn đến

sự phun dầu không kiểm soát từ giếng khoan dầu khí Lakeview Gushes tại California (Mỹ) xảy ra từ tháng 5/1910 đến tháng 9/1911 Trong thảm họa này, lượng DT bị thoát ra môi trường biển lên tới 1.200.000 tấn, gây ô nhiễm cả vùng biển rộng lớn trong vài năm sau khi xảy ra sự cố (Harvey, 2010) Tiếp đến, vụ tràn dầu Exxon Valdez với 38.000 tấn DT trên vùng Prince William Sound-Alaska năm

1989 đã làm chết 250.000 con chim biển, 2.800 con rái cá, 300 con hải cẩu, 250 con đại bàng đầu hói, 2 con cá voi săn mồi…, làm mất cân bằng hệ sinh thái môi trường

Australia) Đây được xem là thảm họa tràn dầu lớn nhất trong lịch sử Australia Năm 2010, thế giới tiếp tục chứng kiến hàng loạt sự cố tràn dầu trên biển Ngày 3/4/2010, tàu Shen Neng 1 (Trung Quốc) đâm vào dải đá ngầm trên vịnh san

hô nổi tiếng thế giới Great Breef Barrier gây ra vệt dầu loang dài hơn 2 dặm, ảnh hưởng không nhỏ đến khu hệ sinh thái đa dạng nhất thế giới này Đáng kể là vụ nổ giàn khoan dầu sâu nhất thế giới Deepwater Horizon trên vịnh Mexico làm khoảng 4,9 triệu thùng dầu tràn ra biển, tạo nên vệt dầu loang rộng tới 9.000 km2 Hắc ín và

dầu loang đã phá hủy khu hệ sinh thái cửa sông Mississippi và vùng đầm lầy ngập mặn bang Louisiana Hơn nữa, lượng dầu rò rỉ từ khu vực giàn khoan còn khiến đất đai tại một số hòn đảo bị ô nhiễm nặng nề, thảm thực vật bị héo úa rồi chết dần, các loài chim di trú cũng bị ảnh hưởng nghiêm trọng Đây được coi là thảm họa môi trường lớn nhất trong lịch sử nước Mỹ cũng như lịch sử thế giới (Joel et al., 2011;

OSAT, 2010)

Bên cạnh những tai nạn tràn dầu quy mô lớn trên biển, các vụ tràn dầu trên đất liền cũng xảy ra thường xuyên với tần xuất hơn 2.000 vụ mỗi năm Mặc dù có quy

mô nhỏ, nhưng tai nạn tràn dầu trên đất liền lại gây ảnh hưởng lớn đến môi trường

và sức khỏe cộng đồng do chúng làm nhiễm bẩn trực tiếp hệ thống nước mặt và nước ngầm dùng cho sinh hoạt

Như vậy, có thể thấy bờ biển khắp nơi trên thế giới bị ô nhiễm nghiêm trọng bởi hàng trăm sự cố tràn dầu xảy ra mỗi năm Điều này gây tác động không nhỏ đến

hệ sinh thái đại dương nói chung và các nước có bờ biển nói riêng

1.1.2 Tình hình ô nhiễm hydrocarbon dầu mỏ ở Việt Nam

Ở nước ta, ô nhiễm dầu chủ yếu do các hoạt động thăm dò, khai thác, vận chuyển dầu khí trên biển, hoạt động sản xuất công nghiệp và dân cư đô thị, các công trình cảng biển và tai nạn tràn dầu trên biển Trong đó, tai nạn tràn dầu là một trong những nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường biển Việt Nam (chiếm 23% tổng lượng dầu bị rò rỉ vào môi trường biển) Theo thống kê của Tổng cục Môi trường,

từ năm 1989 đến nay, khu vực biển Việt Nam đã xảy ra hơn 100 vụ tràn dầu lớn, gây tổn thất nặng nề về kinh tế cũng như ảnh hưởng đến hệ sinh thái môi trường ven biển Một số tai nạn tràn dầu có thể kể đến như sau:

Tháng 11/1992, đường ống dẫn dầu ngoài khơi mỏ Bạch Hổ bị vỡ, làm tràn ra vùng biển Vũng Tàu khoảng 7.000 tấn DT Đến tháng 5/1994, tàu chở dầu của Malaysia gặp sự cố, làm phát thải 1.890 tấn dầu diesel (DO) và 100 tấn dầu mazut,

gian này, khoảng 1.864 tấn DO bị tràn ra sông Sài Gòn khi tàu Neptune Aries (Singapore) đâm vào cầu cảng Cát Lái (Hồ Chí Minh) Điển hình là sự cố tàu chở

dầu Formasa (Liberia) đâm vào tàu Petrolimex 01 (Việt Nam) trên vịnh Giành Rái (tháng 9/2001) làm tràn ra biển khoảng 1.000 m3 DO, gây ô nhiễm nghiêm trọng vùng biển Vũng Tàu Sau đó 3 năm, sự cố đắm tàu Mỹ Đình làm tràn ra môi trường

chỉ xử lý và thu gom được 65 tấn dầu, số dầu còn lại hầu hết tràn ra biển

Từ 12/2006 đến 4/2007, tại 20 tỉnh thành phố ven biển Việt Nam đã xảy ra hàng loạt sự cố tràn dầu bí ẩn với nhiều vệt dầu loang trôi dọc bờ biển từ đảo Bạch Long Vĩ xuống tới mũi Cà Mau Tổng lượng dầu thu gom là 2.071 tấn, trong đó đã

xử lý được 1.904 tấn Qua phân tích từ ảnh vệ tinh, ước tính có từ 21.620 đến 51.400 tấn dầu tràn trên biển Đây là một trong những sự cố tràn dầu lớn nhất xảy ra trên vùng biển nước ta tính trên mức độ ô nhiễm và số tỉnh, thành phố bị ô nhiễm

Sự cố này đã gây thiệt hại nặng nề cho ngành nuôi trồng hải sản và du lịch ven biển Đến năm 2008, tàu New Oriental (Panama) va vào dải đá ngầm khu vực Đá Đĩa (Phú Yên) làm tràn ra biển hơn 110 tấn FO và DO, tạo vệt dầu loang dài 2 hải lý, rộng 120 m và dày 5 cm Cũng trong năm này, tại Đà Nẵng đã xảy ra hàng loạt sự

cố rò rỉ dầu: sự cố vỡ kho xăng dầu Liên Chiểu của Tổng công ty xăng dầu hàng không Việt Nam, sự cố vỡ ống dẫn dầu tại vịnh Việt Thanh, sự cố tràn dầu tại kho xăng dầu của tổng công ty xăng dầu Quân đội, cùng hàng chục sự cố tràn dầu khác

đã gây thiệt hại nặng nề về kinh tế, ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh thái môi trường ven biển

Bên cạnh nguyên nhân từ sự cố tràn dầu trên biển, ô nhiễm dầu từ hoạt động sản xuất công nghiệp và dịch vụ đô thị cũng đáng lưu ý Theo báo cáo Quốc Gia về

ô nhiễm biển từ đất liền Việt Nam, trung bình mỗi năm có khoảng 3,6 triệu tấn dầu được đổ thải ra biển từ hoạt động dịch vụ và sản xuất công nghiệp Với tốc độ tăng trưởng của các ngành sản xuất công nghiệp bình quân 12,5%/năm, thì lượng dầu đổ thải xuống vùng biển nước ta hàng năm sẽ ngày càng lớn

Các kết quả quan trắc trong hơn 10 năm qua cho thấy, hàm lượng dầu trong

10: 2008/BTNMT và vượt rất xa tiêu chuẩn ASEAN Tại khu vực ven biển phía

Bắc, hàm lượng dầu trung bình trong nước biển dao động từ 0,14 đến 1,92 mg/l Trong đó, nhiều khu vực đã bị ô nhiễm dầu nghiêm trọng như: Hạ Long, Cát Bà, Đồ Sơn, Sầm Sơn, Cửa Lục Theo số liệu điều tra khảo sát năm 2010, có đến 1/3 diện tích mặt nước vịnh Hạ Long có hàm lượng dầu thường xuyên từ 1 đến 1,73 mg/l

Có những thời điểm hàm lượng dầu ở vùng nước khu vực cảng Cái Lân (Hạ Long) lên tới 1,75 mg/l, gấp 8,75 lần QCVN 10: 2008/BTNMT (0,2 mg/l) và gấp hàng chục lần tiêu chuẩn ASEAN (Cao Thị Thu Trang và Vũ Thị Lợi, 2011) Việc gia tăng nhanh chóng các phương tiện tàu thuyền hoạt động trên Vịnh Hạ Long là một trong những nguyên nhân chính gây ô nhiễm dầu cho khu vực này

Khu vực ven biển Thừa Thiên Huế cũng có hàm lượng dầu ở mức báo động Theo số liệu của Cục Hàng hải Việt Nam (2010), từ năm 2004 đến 2010, hàm lượng dầu trung bình trong nước biển ven bờ Thừa Thiên Huế dao động từ 0,32 đến 2,04 mg/l, vượt từ 1,6 đến 10,2 lần GHCP Khu vực ven biển Cửa Đại (Đà Nẵng), Quy Nhơn và Vũng Tàu, hàm lượng dầu trong nước biển dao động từ 0,3 đến 1,56 mg/l,

chết các sinh vật phù du, gây hại đối với chim, cá biển Tại khu vực biển Phú Quốc, các kết quả quan trắc từ năm 2007 đến 2010 cho thấy, hàm lượng dầu trong nước biển dao động từ 0,17 đến 0,69 mg/l, gấp hơn 3 lần GHCP (Cao Thị Thu Trang và Vũ Thị Lựu, 2011)

Từ các số liệu nêu trên, có thể thấy ô nhiễm dầu đang là vấn đề mang tính toàn cầu, gây ảnh hưởng không nhỏ tới môi trường sinh thái và sức khỏe con người Do

đó, việc lựa chọn các biện pháp xử lý an toàn và hiệu quả là vấn đề mang tính cấp thiết hiện nay Trong số các phương pháp xử lý ô nhiễm dầu thì phương pháp xử lý sinh học (dựa trên nền tảng phân hủy hydrocarbon dầu mỏ bởi VSV) được coi là công nghệ xanh bởi chúng không những đem lại hiệu quả cao về kinh tế mà còn thân thiện với môi trường Thành công của phương pháp này được đánh dấu qua việc xử lý dầu tràn Exxon Valdez ở vịnh Alaska (năm 1989) đã tạo nên một hướng nghiên cứu đầy tiềm năng trong công nghệ làm sạch ô nhiễm môi trường do dầu mỏ gây ra (Atlas and Bragg, 2009; Bargg et al., 1994; Lindstrom et al., 1991)

1.2 Một số đặc điểm, tính chất của dầu mỏ

1.2.1 Thành phần hóa học của dầu mỏ

Dầu mỏ có thành phần gồm hàng trăm hợp chất khác nhau, trong đó chủ yếu là hydrocarbon với cấu tạo gồm nguyên tố carbon và hydrogen kết hợp theo tỉ lệ khoảng 1 - 2 Theo tài liệu của Viện hóa dầu Liên bang Nga (1986), thành phần cơ bản của dầu mỏ gồm: Hydrocarbon paraffinic chiếm 30 - 35%, hydrocarbon vòng

no chiếm 25 - 75% và hydrocarbon thơm chiếm 10 - 20% Ngoài ra còn có các hợp chất phi hydrocarbon như: hợp chất chứa oxygen (acid, ketone, rượu), hợp chất chứa nitrogen (furfurol, indole, carbazole), hợp chất chứa lưu huỳnh, hợp chất cao phân tử (hắc ín, bitumen) và các nguyên tố vi lượng (Ni, Fe, Cr, Ca…) Dầu mỏ từ những vùng khác nhau có thành phần hóa học khác nhau và được phân loại dựa trên thành phần hydrocarbon no, hydrocarbon mạch vòng và chất phân cực Tuy dầu mỏ trên thế giới rất khác nhau về thành phần hóa học, song lại rất gần nhau về thành phần nguyên tố bao gồm: carbon chiếm 83 - 87%, hydrogen chiếm 10 - 14%, oxygen chiếm 0,1 - 1,5%, nitrogen chiếm 0,1 - 2%, lưu huỳnh chiếm 0,5 - 6% và hàm lượng rất nhỏ (< 0,1%) halogen, niken, vanadium và volfram (Milton, 2011)

1.2.1.1 Các hợp chất hydrocarbon trong dầu mỏ

Thành phần cơ bản của dầu mỏ là các hợp chất hydrocarbon với số nguyên tử carbon có trong mạch từ 1 đến 60 hoặc lớn hơn Trong DT các hợp chất này có thể chiếm tới 90% trọng lượng của dầu, còn trong khí thiên nhiên chúng có thể chiếm tới 98 - 99% Các hợp chất hydrocarbon trong dầu mỏ được chia thành các nhóm:

xác định được 425 hydrocarbon riêng lẻ có trong dầu mỏ (Bảng 1.1)

Bảng 1.1 Các hydrocarbon riêng lẻ đã xác định được trong các loại dầu mỏ (Lại

Thúy Hiền, 2011)

đẳng

Số nguyên tử trong phân

tử

Số lƣợng hydrocarbon riêng

* Hydrocarbon paraffinic (C n H 2n+2 )

Hydrocarbon paraffinic (hay còn gọi là alkane) là hợp chất phổ biến trong dầu

mỏ với số nguyên tử carbon từ C1 đến C45 (Bernard and Michel, 2005; Milton,

(n-paraffin hoặc n-alkane) và hydrocarbon mạch nhánh (paraffin hoặc alkane) Hàm lượng của n-paraffin trong dầu mỏ thường chiếm từ 25 - 30% thể tích Hàm lượng này thay đổi tùy thuộc vào thời gian hình thành dầu mỏ

Hydrocarbon naphthenic (cyclo-paraffin hoặc cyclo-alkane) cũng là một trong

số hydrocacbon phổ biến trong dầu mỏ Hàm lượng của chúng có thể thay đổi từ 30

- 60% trọng lượng của dầu Chúng thường tồn tại ở 3 dạng chính: dạng vòng 5 cạnh, vòng 6 cạnh và dạng ngưng tụ 2 hoặc 3 vòng Các hydrocacbon naphthenic

thường gặp trong dầu mỏ có công thức cấu tạo như sau:

Thành phần hydrocarbon thơm trong dầu mỏ bao gồm các hợp chất thơm vòng đơn (benzene, toluene, xylene ) và các hợp chất hydrocarbon thơm đa vòng - PAH (naphthalene, anthracene, phenanthrene…) có từ 2 vòng thơm trở lên Trong đó, hydrocarbon naphthalene thơm vòng đơn là loại phổ biến nhất trong dầu mỏ Một

số hydrocarbon thơm thường gặp trong dầu có dạng:

1.2.1.2 Thành phần phi hydrocarbon trong dầu mỏ

* Các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh

R ,

R , R

Antraxen Phenantren Pyren

diphenyl Benzene Toluene Xylene Naphthalene Diphenyl

Anthracene

Pyrene Phenanthrene

Các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh là hợp chất phổ biến nhất trong thành phần phi hydrocarbon của dầu mỏ với hàm lượng lưu huỳnh chiếm 0,3 - 2% trọng lượng dầu Hiện nay, đã xác định được 250 hợp chất chứa lưu huỳnh trên tổng số 380 hợp chất phi hydrocarbon có trong dầu mỏ Phổ biến là các chất như: mercaptan (R-S-H), sulfur (R-S-R’), disulfur (R-S-S-R’), sulfur vòng và lưu huỳnh tự do (S, H2S)

* Các hợp chất chứa nitrogen và oxygen

Các hợp chất chứa nitrogen trong dầu mỏ chiếm khoảng 0,1 - 2 % trọng lượng dầu Chúng có cấu tạo từ 1 đến 4 nguyên tử nitrogen trong cấu trúc phân tử Hợp chất chứa 1 nguyên tử nitrogen thường gặp là: pyridine, quinoline, pyrrole, indole, carbazole và benzocarbazole

Các hợp chất chứa oxygen có trong dầu thường ở dạng acid, ketone, phenol, ester và lactone Trong đó, hợp chất chứa oxygen dạng acid chiếm chủ yếu hơn cả

Về mặt cấu trúc, các dạng acid có số nguyên tử carbon trong phân tử dưới C6 thường là các acid béo Những loại có số nguyên tử carbon trong phân tử lớn hơn C6 thường là naphthenic acid Các naphthenic acid chủ yếu ở dạng vòng 5 hoặc 6 cạnh Trong DT, hàm lượng naphthenic acid chiếm khoảng 0,1 - 1,7%, trong khi đó

* Các hợp chất nhựa và Asphaltene

Các chất nhựa và asphaltene của dầu mỏ là những chất có chứa các nguyên tố

C, H, O và N trong cấu trúc phân tử Do có trọng lượng phân tử rất lớn, nên chúng thường tập trung nhiều ở phần nặng, nhất là trong cặn dầu mỏ Dựa vào kết quả phân tích cấu trúc cho thấy, nhựa và asphaltene có cấu trúc rất phức tạp với nhiều vòng thơm ngưng tụ cao Các kim loại nặng như nikel, vanadium và sắt cũng có trong thành phần của chúng

Bên cạnh các hợp chất nêu trên, trong dầu mỏ còn có các hợp chất chứa kim loại với hàm lượng nhỏ, tồn tại dưới dạng các muối

1.2.2 Các tính chất vật lý quan trọng của dầu mỏ

* Tỷ trọng: Tỷ trọng của dầu là khối lượng của dầu so với khối lượng của nước ở

cùng một thể tích và nhiệt độ xác định Tùy theo từng loại dầu tỷ trọng có thể thay đổi từ 0,8 - 0,99 Tỷ trọng dầu là một thông số quan trọng thường được sử dụng để xác định tình trạng dầu trong nước

* Độ nhớt: Độ nhớt đặc trưng cho tính lưu biến cũng như ma sát nội tại của dầu Độ

nhớt của dầu càng thấp thì tính lưu động càng cao Độ nhớt của dầu có liên quan đến thành phần dầu và nhiệt độ môi trường xung quanh Đây cũng là một thông số quan trọng để xác định tốc độ dầu tràn

* Điểm đông đặc: Điểm đông đặc của dầu là nhiệt độ mà tại đó chúng trở thành bán

rắn hoặc ngừng chảy Điểm đông đặc của dầu thô dao động từ -57oC đến 32oC

* Khả năng tan trong nước: Khả năng tan trong nước của dầu phụ thuộc vào nhiệt

độ và thành phần hóa học của hydrocarbon có trong dầu Thành phần của dầu có thể tan trong nước là các hydrocarbon thơm có khối lượng phân tử thấp như benzene, toluene và xylene

Ngoài ra, các đặc điểm vật lý quan trọng khác của dầu bao gồm điểm bắt cháy,

áp suất hơi, sức căng bề mặt và độ bám dính

1.3 Quá trình phân hủy hydrocarbon dầu mỏ nhờ vi sinh vật

Các nghiên cứu về quá trình phân hủy sinh học hydrocarbon dầu mỏ cho thấy

có 2 phương thức trao đổi chất của VSV sử dụng hydrocarbon làm nguồn cơ chất và năng lượng (Bernard and Michel, 2005) Chúng bao gồm: (1) quá trình oxy hóa hydrocarbon bằng chất nhận điện tử oxygen và (2) quá trình oxy hóa hydrocarbon bằng các chất nhận điện tử khác (nitrate, sulfate, Fe(III)) Trong đó, phương thức thứ nhất xảy ra trong điều kiện có mặt của phân tử oxygen, còn phương thức thứ 2 được thực hiện trong điều kiện không có oxygen Trong thực tế xử lý ô nhiễm dầu, các quá trình oxy hóa hydrocarbon này sẽ diễn ra đồng thời phụ thuộc vào điều kiện môi trường xử lý Tuy nhiên, quá trình oxy hóa hydrocarbon theo phương thức thứ nhất thường chiếm ưu thế hơn cả Trong phần này, chúng tôi đề cập chủ yếu đến quá trình oxy hóa hydrocarbon bằng chất nhận điện tử oxygen

1.3.1 Quá trình oxy hóa hydrocarbon bằng chất nhận điện tử oxygen

1.3.1.1 Quá trình oxy hóa n-alkane

Bước đầu tiên trong quá trình oxy hóa alkane được thực hiện bên trong màng

tế bào với sự xúc tác của enzyme bám màng-monooxygenase hoặc dioxygenase

điện tử NADPH2 Oxygen sẽ kết hợp với phân tử n-alkane và chuyển hoá n-alkane thành rượu và giải phóng một phân tử nước (phương trình 1)

R-CH2-CH3 + O2 + NADPH2 R-CH2CH2OH + H2O + NADP (1)

Từ alkane chuyển thành rượu có hai khả năng xảy ra Khả năng thứ nhất tạo ra rượu bậc một khi OH đính với carbon bậc 1 (phương trình 1) Khả năng thứ hai tạo thành rượu bậc hai khi OH đính với carbon bậc 2 (phương trình 2)

(2)

Hầu hết các VSV đều thực hiện oxy hóa alkane ở carbon cuối cùng để tạo ra rượu bậc 1 (Atlas, 1981; Bernard and Michel, 2005; Jan and Enrico, 2007) Rượu này sẽ bị oxy hóa tiếp thành một aldehyde và sau đó là một acid béo (monocarboxylic acid) nhờ enzyme dehydrogenase có trong tế bào VSV Cũng có khi cả hai nhóm methyl tận cùng đều bị oxy hóa tạo thành dicarboxylic acid Quá trình này được gọi là ω-oxy hóa Acid béo tạo thành sẽ được oxy hóa tiếp nhờ chu trình β-oxy hóa Trong chu trình này, acid béo chuỗi dài sẽ được chuyển sang dạng acetyl coenzyme A (acetyl CoA) (phương trình 3) và được chuyển hóa tiếp dưới tác dụng của nhiều enzyme Kết quả là một nhóm acetyl CoA bị cắt ra và phân tử acid béo bị ngắn đi 2 nguyên tử carbon (phương trình 4 - 8) Chu trình oxy hóa này được lặp đi lặp lại, phân tử acetyl CoA sẽ được chuyển tiếp thành CO2 qua chu trình tricarboxylic acid (Atlas, 1981; Atlas and Bartha, 1998)

Một số VSV có khả năng tấn công vào phân tử alkane ở nguyên tử carbon trước tận cùng để tạo ra rượu bậc 2 Rượu bậc 2 sẽ tiếp tục bị oxy hóa thành một ketone và cuối cùng thành ester Liên kết ester bị phá vỡ tạo ra một rượu bậc 1 và một acid béo Rượu bậc 1 sẽ được oxy hóa tiếp thành aldehyde và sau đó là acid béo Hai acid béo sẽ được biến đổi nhờ chu trình β-oxy hóa (Hình 1.1)

Bartha, 1998)

Alkane bị oxy hóa mạnh hay yếu phụ thuộc vào cấu trúc mạch carbon Đối với

đa số VSV, khả năng oxy hóa của hydrocarbon bậc 1 > hydrocarbon bậc 2 > hydrocarbon bậc 3 > hydrocarbon bậc 4 (Atlas, 1981)

1.3.1.2 Quá trình oxy hóa iso-alkane

Các iso-alkane khó bị oxy hóa hơn so với alkane mạch thẳng Dưới tác dụng của enzyme monooxygenase, dioxygenase và dehydrogenase, iso-alkane bị oxy hóa tạo thành ketone hoặc aldehyde và cuối cùng tạo thành acid béo đơn chức hoặc đa chức cho quá trình -oxy hoá Các acid béo đa chức bị oxy hóa tiếp tục bởi quá trình tricarboxylic acid (Atlas and Bartha, 1998; Jonathan et al., 2003; Anthony, 2006; Singh

et al., 2012)

1.3.1.3 Quá trình oxy hóa cycloalkane

Các cycloalkane được chuyển hóa nhờ enzyme monooxygenase tạo thành rượu vòng (cycloalkanol), sau đó được dehydrogen hóa thành ketone Tiếp theo, hệ thống enzyme monooxygenase và hydrogenase sẽ lactone hóa vòng và mở vòng

Methyl ketone Acetyl ester

Acetic acid

Aldehyde Carboxylic acid

Mạch vòng sau khi được mở tiếp tục bị oxy hóa thành dicarboxylic acid để đi vào chu trình β-oxy hóa Hai hệ thống enzyme tham gia vào chuyển hóa cycloalkane thường không hoạt động đồng thời trong cùng một cơ thể VSV, do vậy việc oxy hóa cxycloalkane đòi hỏi sự kết hợp hiệu quả của hai hay nhiều loại VSV có cơ chế trao đổi chất bổ sung cho nhau

Theo một số tác giả, khả năng oxy hóa của cyclohexane mạnh nhất trong dãy đồng đẳng của cycloalkane Trong trường hợp này, quá trình hydroxyl hóa cyclohexane được thực hiện nhờ enzyme monooxygenase để tạo ra một rượu mạch vòng Rượu mạch vòng sẽ bị dehydrogen để tạo ra ketone, ketone bị oxy hóa tiếp thành lactone Khi lactone bị thủy phân, nhóm hydroxyl bị oxy hóa thành aldehyde

và sau đó là nhóm carboxyl Kết quả là dicarboxylic acid bị biến đổi tiếp nhờ chu trình β-oxy hóa (Hình 1.2)

Hình 1.2 Quá trình oxy hóa cyclohexane

Các VSV có khả năng phân hủy cyclohexane phải thực hiện tất cả các phản ứng trên Tuy nhiên, thực tế thường gặp các VSV chỉ có khả năng chuyển hóa cylcohexane thành cyclohexanol mà không có khả năng lactone hóa vòng và mở vòng Do vậy, cơ chế cộng sinh và cùng trao đổi chất đóng một vai trò rất quan trọng trong phân hủy sinh học các hợp chất hydrocarbon mạch vòng

Vi sinh vật có khả năng oxy hóa alkane và các thành phần no khác đã được

et al., 2003; Wanpeng et al., 2010; Wang et al., 2010) Năm 1905, Rahn đã tìm ra

nấm Penicillium sp có khả năng oxy hóa paraffin Ít năm sau, Sohngen (1913) đã công bố khả năng oxy hóa các alkane mạch dài hơn của VK thuộc chi Pseudomonas

6-oxohexanoic acid 6-hydroxyhexanoic acid

adipic acid

và Mycobacteria Cho đến nay, đã có hơn 100 loài thuộc hơn 60 chi VK, nấm men

và nấm mốc được công bố có khả năng oxy hóa các thành phần hydrocarbon no,

trong đó, VK chủ yếu thuộc các nhóm α-Proteobacteria, β-Proteobacteria,

Gerdes et al., 2005; Quatrini et al., 2008; Rojo, 2009; Takei et al., 2008; Yakimov

et al., 2007) Gần đây, nhiều loài VK thuộc chi Rhodococcus, Geobacillus và

Thermus cũng đã được công bố về khả năng oxy hóa alkane Một số loài VSV biển

mới được phát hiện chỉ sử dụng alkane hoặc các hợp chất tương tự cho sinh trưởng

của chúng như Alcanivorax borkumensis và Thalassolituus oleivorans (Teramoto

khả năng oxy hóa các hợp chất hydrocarbon no bao gồm các chi trình bày trong Bảng 1.2

2007; Bernard and Michel, 2005; Nilanjana and Preethy, 2011)

Verticillium

1.3.1.4 Quá trình oxy hóa hydrocarbon thơm

Các sinh vật nhân sơ sẽ sử dụng hệ thống enzyme dioxygenase đầu tiên trong khi đó các VSV nhân chuẩn lại sử dụng hệ thống monooxygenase Tuy nhiên, dù là

hệ thống enzyme nào thì các hợp chất hydrocarbon thơm đều bị oxy hóa qua một

vài phản ứng để tạo thành catechol-chất trung gian trong quá trình phân hủy sinh học hợp chất thơm Vòng thơm đã bị dehydroxyl hoá thành catechol sẽ được mở vòng nhờ cắt ở vị trí ortho, tạo ra cis,cis-muconic acid Chất này bị oxy hoá tiếp thành β-ketoadipic acid Acid này bị oxy hoá thành succinic acid và acetyl-CoA Cũng có khi vòng thơm lại bị mở ở vị trí para tạo ra 2-hydroxy-cis, cis-muconic semialdehyde Chất này được biến đổi tiếp thành formic acid, pyruvic acid và acetaldehyde (Atlas and Bartha, 1998; Al-Turki 2009; Fuchs et al., 2011)

Các hợp chất hydrocarbon nhiều vòng thơm cũng bị oxy hóa nhờ quá trình dehydroxyl hoá và bị gãy một trong các vòng thơm Vòng thơm đã gãy bị phân huỷ

Khả năng oxy hóa benzene và naphthalene được nghiên cứu nhiều nhất trong

số các hydrocarbon thơm vì nó có cấu trúc đơn giản, dễ hòa tan và dễ dàng được sử dụng nhờ VSV (Boronin and Kosheleva, 2010; Gonzalez et al., 2013; Tomas-

được thể hiện qua hình 1.3 và 1.4

Hình 1.4 Con đường oxy hóa naphthalene bởi vi khuẩn (Goyal and Zylstra, 1997;

Auger et al., 1995; Baboshin et al., 2008)

Tốc độ oxy hóa hợp chất vòng thơm có xu hướng giảm cùng với sự tăng lên của số vòng trong cấu trúc (Robert and Shigeaki, 2000; Jong-Su et al., 2009) Các hợp chất vòng thơm có từ 4 vòng trở lên không còn là cơ chất thích hợp cho sự sinh trưởng của VSV Tuy vậy, trong một vài trường hợp chúng vẫn có thể được phân

et al., 2003) Quá trình oxy hóa các hợp chất hydrocarbon thơm có thể thực hiện bởi rất nhiều các VSV, trong đó VK đóng vai trò quan trọng và chủ yếu (Bảng 1.3)

1.3.1.5 Quá trình oxy hóa nhựa và asphaltene

So với các hydrocarbon no và hydrocarbon thơm thì hiện nay rất ít tài liệu công bố về quá trình oxy hóa nhựa và asphaltene Điều này có thể được giải thích bởi cấu trúc hết sức phức tạp của chúng gây khó khăn cho quá trình phân tích Tuy nhiên, những bằng chứng gần đây cho thấy quá trình oxy hóa asphaltene có thể thực hiện nhờ quá trình đồng trao đổi chất (Joseph and Rita, 1990) Cho đến nay, quá trình phân hủy các hợp chất này vẫn đang tiếp tục được nghiên cứu

Bảng 1.3 Các chi vi khuẩn có khả năng oxy hóa hydrocarbon thơm (Al-Turki, 2009;

1.3.2 Quá trình oxy hóa hydrocarbon bằng chất nhận điện tử khác

Bên cạnh quá trình oxy hóa hydrocarbon bằng chất nhận điện tử oxgen, oxy hóa hydrocarbon bằng các chất nhận điện tử khác như nitrate, sulfate và Fe(III) (oxy hóa hydrocarbon trong điều kiện kị khí) cũng được công bố trong những năm gần đây

trong quá trình oxy hóa hydrocarbon trong điều kiện kị khí bao gồm: (1) sự hình thành dẫn xuất của succinate (arylsuccinate và alkylsuccinate) phụ thuộc vào fumarate và (2) quá trình loại hydrogen (dehydrogenation) từ hydrocarbon Trong đó, quá trình thứ nhất đòi hỏi sự tham gia của enzyme pyruvate formate lyase - enzyme chìa khóa trong quá trình trao đổi chất của nhiều loài VK Enzyme này sẽ chuyển hóa pyruvate và coenzymeA thành acetyl-CoA và formate qua việc tách liên kết C-C Nghiên cứu về quá trình trao đổi chất của VK khử sulfate với cơ chất ethylbenzene đã cung cấp những bằng chứng đầu tiên về quá trình oxy hóa hydrocarbon trong điều kiện kị khí (Hình 1.5) (Kniemeyer et al., 2003)

Hình 1.5 Con đường phân hủy

ethylbenzene bởi vi khuẩn khử

sulfate EbS7

Chú thích: A: ethylbenzene

B: (1-phenylethyl)-succinate C: (1-phenylethyl)succinyl-CoA D: (2-phenylpropyl)malonyl-CoA E: 4-phenylpentanoyl-CoA F: 3-oxo-4-phenyl-pentanoylCoA

Các nhóm VK được công bố có khả năng oxy hóa hydrocarbon trong điều kiện

kị khí bao gồm các loài thể hiện trên Bảng 1.4

Bảng 1.4 Các nhóm vi khuẩn có khả năng oxy hóa hydrocarbon ở điều kiện kị khí

1.4 Những nét chung về chất hoạt hóa bề mặt sinh học

Quá trình phân hủy dầu bằng con đường sinh học được thực hiện bởi VSV có khả năng sử dụng hydrocarbon như nguồn năng lượng và carbon duy nhất Các VSV này có khả năng phân hủy nhiều thành phần hydrocarbon trong dầu mỏ như hydrocarbon mạch ngắn, hydrocarbon mạch dài và nhiều hợp chất hydrocarbon thơm bao gồm cả hydrocarbon thơm đa vòng Tuy nhiên, một trong những nhân tố giới hạn của quá trình này là độ hòa tan rất thấp (< 1 ppm) của các hydrocarbon dầu

mỏ, gây cản trở cho việc tiếp xúc trực tiếp giữa VSV và cơ chất để thực hiện quá trình phân hủy Do đó, không ngạc nhiên rằng VSV phân hủy dầu thường tạo ra một lượng lớn các chất có hoạt tính nhũ hóa hay còn gọi là CHHBMSH Các chất này sẽ giúp phân tán các giọt dầu trong nước, làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc giữa VSV

và phân tử dầu, từ đó thúc đẩy quá trình phân hủy dầu Trong phần này, chúng tôi trình bày vai trò của CHHBMSH đối với VSV phân hủy dầu, các loại CHHBMSH tạo ra từ VK và các tính chất chủ yếu của CHHBMSH

1.4.1 Vai trò của chất hoạt hóa bề mặt sinh học đối với vi sinh vật phân hủy dầu

Chất hoạt hóa bề mặt sinh học là những hợp chất lưỡng cực có hoạt tính bề mặt do VSV tạo ra Chúng có cấu tạo gồm hai phần: phần ưa nước và kị nước Phần

kị nước là các acid béo chuỗi dài hoặc dẫn xuất của acid béo; phần ưa nước có thể

là mono-, oligo- hoặc polysaccharide, peptide hoặc protein (Magdalena et al.,

phân cách giữa hai chất (chất lỏng-chất lỏng, chất lỏng-chất rắn) Kết quả làm giảm sức căng bề mặt (giữa chất lỏng và không khí) và giảm sức căng giữa 2 chất (chất lỏng-chất lỏng và chất lỏng-chất rắn) (Kuyukina and Ivshina, 2010; Ron and

trong nước, tăng độ hòa tan của cơ chất này và làm thay đổi đặc tính bám của tế bào VSV Chính nhờ các đặc điểm này mà hydrocarbon dầu mỏ có thể tạo nhũ tương trong môi trường nước, từ đó làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa VSV và phân tử dầu, do

đó dầu dễ dàng bị phân hủy Hơn nữa, CHHBMSH còn làm tăng hiệu quả phân hủy dầu bằng việc tách VSV ra khỏi các giọt dầu nhỏ sau khi chúng hoàn thành quá

trình phân hủy để thực hiện quá trình phân hủy tiếp theo (Ron and Rosenberg, 2002;

Souza et al., 2014).

1.4.2 Các loại chất hoạt hóa bề mặt sinh học từ vi khuẩn

Không giống như chất hoạt hóa bề mặt hóa học thường phân loại theo bản chất các nhóm phân cực, CHHBMSH được phân loại dựa vào thành phần hóa học

và nguồn gốc VSV tạo ra chúng Rosenberg và Ron (1999) phân chia CHHBMSH

từ VK thành hai loại: CHHBMSH có trọng lượng phân tử thấp và trọng lượng phân

tử cao Các CHHBMSH có trọng lượng phân tử thấp bao gồm: glycolipid (rhamnolipid và trehalolipid), lipopeptide, lipoprotein, phospholipid, acid béo và acid trung tính, trong khi các CHHBMSH có trọng lượng phân tử cao bao gồm các CHHBM trùng hợp và CHHBM dạng hạt (như thực phẩm nhũ tương và biodispersan) CHHBMSH có trọng lượng phân tử thấp thường có hiệu quả cao trong việc làm giảm sức căng bề mặt Còn CHHBMSH cao phân tử lại có hiệu quả rất tốt trong việc nhũ tương hóa các giọt dầu do chúng có tác dụng bao phủ các giọt dầu và ngăn chặn chúng kết hợp lại với nhau Theo các tài liệu đã công bố, CHHBMSH được tổng hợp từ VK bao gồm các nhóm được trình bày ở Bảng 1.5

et al., 2013; Franzetti et al., 2010; Maneerat, 2005; Muthusamy et al., 2008).

Serrawettin Serratia marcescens

Phospholipid, acid béo, acid trung tính

Rhodococcus sp

* Glycolipid là nhóm CHHBMSH được biết đến nhiều nhất Chúng có cấu trúc là

các mạch carbonhydrate liên kết với các acid béo hoặc hydroxyl acid béo chuỗi dài

Liên kết này được tạo bởi một nhóm ether hoặc ester Các glycolipid từ VK được quan tâm và nghiên cứu nhiều nhất là rhamnolipid và trehalolipid

- Rhamnolipid là CHHBMSH thuộc nhóm glycolipid Chúng có cấu tạo gồm một

hoặc hai phân tử rhamnose liên kết với một hoặc hai phân tử -hydroxydecanoic acid Trong khi nhóm -OH của phân tử hydroxydecanoic acid thứ nhất liên kết với đầu cuối của phân tử rhamnose disaccharide bằng liên kết glycosidic, thì nhóm -OH của phân tử hydroxydecanoic acid thứ hai tham gia vào việc hình thành ester (Hình

1.6) Rhamnolipid tạo ra từ loài P aeruginosa được nghiên cứu nhiều nhất với 2

cấu trúc cơ bản là: L-rhamnosyl--hydroxydecanoyl--hydroxydecanoate (Hình

1.6b) (Muthusamy et al., 2008).

- Trehalolipid: là CHHBMSH có cấu tạo gồm 2 phân tử đường trehalose gắn với

các mycolic acid tại vị trí C-6 và C-6’ (Hình 1.7) Trong đó, 2 phân tử trehalose

được nối với nhau bởi liên kết α, α-1, 1-glycosidic Các trehalolipid được tổng hợp

từ các loài VK khác nhau có chiều dài và cấu trúc phân tử mycolic acid khác nhau

(có thể ở dạng nhánh hoặc chuỗi dài) Vi khuẩn có khả năng tạo trehalolipid chủ

yếu thuộc các chi: Rhodococcus, Nocardia, Mycobacterium, Arthrobacter và

Corynebacterium Trong đó, trehalolipid từ loài R erythropolis được nghiên cứu

nhiều nhất

Hình 1.7 Cấu trúc hoá học của trehalolipid được tổng hợp từ R erythropolis

(lipidlibrary.aocs.org)

* Lipopeptide và Lipoprotein: là nhóm CHHBMSH có thành phần gồm một lượng

lớn các lipopeptide mạch vòng liên kết với 1 phân tử acid béo Các lipopeptide

mạch vòng có thể ở dạng decapeptide (có trong gramicidin được tạo ra từ B brevis)

hoặc lipopeptide (có trong polymyxin được tạo ra từ B polymyxan và surfactin từ B

subtilis) Trong đó, surfactin từ chủng B subtilis ATCC 21332 được nghiên cứu

nhiều nhất do chúng có hoạt tính bề mặt rất tốt Surfactin được tổng hợp bởi B

subtilis có cấu trúc bao gồm một hexapeptide vòng nối với một hydroxy acid béo

bằng liên kết lactone (Hình 1.8)

Hình 1.8 Cấu trúc hoá học của surfactin được tổng hợp bởi B subtilis

(Desai and Banat, 1997)

* Acid béo và phospholipid: Các CHHBMSH dạng acid béo và phospholipid

thường được tạo ra bởi VK có khả năng sinh trưởng trên nguồn cơ chất n-alkane

CHHBMSH ở dạng acid béo thường được tạo ra bởi VK thuộc chi Rhodococcus, trong khi đó phospholipid được tổng hợp bởi các loài thuộc chi Acinetobacter và

được tạo ra bởi loài R erythoropolis trên nguồn n-alkane Chúng có khả năng làm

et al., 2008).

* CHHBMSH trùng hợp là các polymeric heterosaccharide có chứa protein

CHHBMSH trùng hợp thường gặp là emulsan, alasan và các phức hợp

polysaccharide-protein Trong đó, nghiên cứu nhiều nhất là emulsan được tổng hợp

từ các VK thuộc chi Acinetobacter Emulsan có hiệu quả cao trong việc nhũ hóa các

hydrocarbon trong nước ngay cả ở nồng độ thấp 0,01 - 0,001% Đây cũng là một trong những CHHBMSH có hoạt tính nhũ hóa tốt nhất hiện nay và có triển vọng lớn

al., 2010; Muthusamy et al., 2008)

Hình 1.9 Cấu trúc hoá học của emulsan được tổng hợp bởi A calcoaceticus

(Banat et al., 2010)

* CHHBMSH dạng hạt: màng ngoài tế bào VSV có khả năng tạo khoang (vesicle)

để phân chia hydrocarbon thành các hạt nhũ tương nhỏ Các hạt nhũ này đóng vai trò quan trọng trong việc hấp thụ alkane bởi tế bào VSV Các khoang được tạo ra

bởi chủng Acinetobacter sp HO1-N có đường kính từ 20 đến 50 nm Chúng có

thành phần gồm protein, phospholipid và lipopolysaccharide

1.4.3 Tính chất của chất hoạt hóa bề mặt sinh học

* Đa dạng về cấu trúc hóa học

Mỗi loài VSV khác nhau có thể tạo ra các CHHBMSH có bản chất hóa học và trọng lượng phân tử khác nhau, do đó CHHBMSH có tính đa dạng về mặt cấu trúc Chính những sự đa dạng về cấu trúc đã tạo cho chúng nhiều thuộc tính phong phú như tạo nhũ, giữ ẩm, tạo bọt, làm ướt,

* Hoạt tính bề mặt

Một CHHBMSH tốt có thể làm giảm sức căng bề mặt của nước từ 72 xuống

35 mN/m và làm giảm sức căng bề mặt giữa nước và hexadecane từ 40 xuống 1 mN/m (Magdalena et al., 2011) Surfactin tổng hợp từ B subtilis có thể làm giảm

sức căng bề mặt của nước xuống 25 mN/m và sức căng bề mặt giữa nước và

hexadecan xuống dưới 1 mN/m CHHBMSH từ các loài thuộc chi Rhodococus cũng

có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt của môi trường nuôi cấy xuống còn 26,7 - 46,7 mN/m sau 5 ngày sinh trưởng trên nguồn paraffin (Shavandi et al., 2011)

Rhamnolipid từ P aeruginosa làm giảm sức căng bề mặt của nước xuống 26 mN/m

2008)

* Khả năng hình thành nhũ hóa phá hủy dạng nhũ hóa

Các CHHBMSH có thể làm ổn định hoặc làm mất ổn định dạng nhũ hoá Sự ổn định nhũ hóa của CHHBMSH có thể kéo dài từ vài tháng tới vài năm Nói chung, CHHBMSH có khối lượng phân tử cao thường có khả năng nhũ hoá tốt hơn CHHBMSH khối lượng phân tử thấp Các CHHBMSH cao phân tử có khả năng bao phủ các giọt dầu nhỏ, do đó hình thành dạng nhũ hoá ổn định giữa dầu và nước Tính chất này đặc biệt hữu hiệu trong việc ứng dụng CHHBMSH trong xử lý ô nhiễm hydrocarbon dầu mỏ

* Khả năng chịu nhiệt độ, pH và lực ion

Hoạt tính bề mặt của nhiều CHHBMSH không bị ảnh hưởng bởi các điều kiện

môi trường như nhiệt độ và pH (Darvishi et al., 2011) McInerney và cộng sự

Ca2+ lên tới 50 và 25 g/l (McInerney, 1990) Một lipopeptide từ B subtilis LB5a