NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG VI SINH VẬT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN QUÁ TRÌNH XỬ LÝ

Trong thực tế thì dựa vào thành phần của các hydrocacbon trong dầu thô để người ta phân định các loại sản phẩm được sản xuất từ một loại dầu thô cho trước, thành phần này cũng quyết định

Trang 1

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG

VI SINH VẬT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN QUÁ

TRÌNH XỬ LÝ

Tác giả

NGUYỄN BÍCH PHƯỢNG

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư ngành

Kỹ Thuật Môi Trường

Giáo viên hướng dẫn

TS LÊ QUỐC TUẤN

Tháng 6 năm 2012

Trang 2

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN

Khoa : Môi Trường Và Tài Nguyên

Ngành : Kỹ thuật môi trường

Họ và tên : NGUYỄN BÍCH PHƯỢNG

- Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ vi sinh vật đến hiệu quả xử lý của hệ thống

- Tiến hành phân lập và tăng sinh vi sinh vật

3 Ngày giao nhiệm vụ khóa luận: 15 tháng 02 năm 2012

4 Ngày hoàn tất nhiệm vụ: 30 tháng 05 năm 2012

Họ và tên giáo viên hướng dẫn: TS LÊ QUỐC TUẤN

Ngày 15 tháng 02 năm 2012 Giáo viên hướng dẫn

Trang 3

LỜI CẢM ƠN

Với tấm lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu trường Đại học Nông Lâm, quý thầy cô là những người đã tạo điều kiện cho em học tập và tận tình dạy dỗ, truyền đạt những kiến thức hữu ích cho em trong suốt thời gian học ở trường

Xin chân thành cảm ơn TS Lê Quốc Tuấn - Người đã dành thời gian hướng dẫn truyền đạt những kiến thức cần thiết để em có thể hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp Xin gửi lời cảm ơn đến Ba Mẹ và những người thân trong gia đình đã động viên, chăm sóc, yêu thương và tạo mọi điều kiện tốt nhất để con có được ngày hôm nay Lời cuối cùng, xin cảm ơn tập thể DH08MT và bạn bè đã quan tâm, giúp đỡ, chia

sẽ khó khăn cùng tôi trong suốt thời gian học tập

Nguyễn Bích Phượng

Khoa Môi Trường và Tài Nguyên Trường Đại Học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh

Trang 4

TÓM TẮT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Đề tài “Nghiên cứu xử lý nước nhiễm dầu bằng vi sinh vật và ảnh hưởng của một

số yếu tố đến quá trình xử lý” đã được thực hiện tại phòng thí nghiệm của khoa Môi Trường và Tài Nguyên, từ ngày 15 tháng 02 năm 2012 đến ngày 30 tháng 05 năm

2012 Với sự hướng dẫn của TS Lê Quốc Tuấn, đã đạt được một số kết quả sau:

- Nghiên cứu đã cho thấy tốc độ lọc, tải lượng COD, hàm lượng nitơ, phospho

và nồng độ vi sinh vật ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý nước thải nhiễm dầu của hệ thống

- Nghiên cứu cho thấy lưu lượng tối ưu của hệ thống là 1 lít/giờ, hệ thống xử lý hiệu quả nhất với nồng độ COD là 832 mg/lít

- Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng các thí nghiệm bổ sung đủ hàm lượng nitơ, phospho hiệu suất xử lý cao hơn so với các thí nghiệm bổ sung dư và không bổ sung nitơ, phospho

- Số lượng khuẩn lạc trong mẫu nước thải nhiễm dầu phân lập được là: 18 ×1010CFU/ml Chứng tỏ trong nước thải nhiễm dầu có tồn tại vi sinh vật phân hủy dầu

- Với kết quả thí nghiệm 5, nghiên cứu của đề tài đã chứng minh được rằng hệ thống xử lý hiệu quả hơn nếu bổ sung thêm vi sinh vật trong quá trình xử lý Hiệu suất

xử lý COD đạt 92,8% (tăng 17,5% so với không bổ sung vi sinh vật), hiệu suất xử lý

SS đạt 92,9% (tăng 8,6% so với không bổ sung vi sinh vật), hiệu suất xử lý dầu tăng 21,5% khi ta bổ sung thêm vi sinh vật

Trang 5

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG viii

DANH MỤC HÌNH ẢNH ix

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT x

Chương 1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Mục đích và yêu cầu 2

1.2.1 Mục đích 2

1.2.2 Yêu cầu 2

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu 2

1.3.2 Phạm vi nghiên cứu 2

1.4 Phương pháp nghiên cứu 3

Chương 2 4

TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

2.1 Tổng quan về dầu mỏ 4

2.2 Sự ô nhiễm dầu mỏ 16

2.3 Hậu quả của ô nhiễm dầu 19

2.3.1 Đối với hệ sinh thái 19

2.3.2 Đối với kinh tế, xã hội và con người 21

2.4 Tổng quan về xử lý nước thải nhiễm dầu 21

2.4.1 Phương pháp cơ học 21

2.4.2 Phương pháp hóa lý 21

2.4.3 Phương pháp sinh học 21

2.5 Tổng quan về vi sinh vật xử lý dầu 22

2.6 Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước 24

Trang 6

2.6.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 24

2.6.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 25

Chương 3 27

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 27

3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 27

3.1.1 Thời gian nghiên cứu 27

3.1.2 Địa điểm nghiên cứu và lấy mẫu 27

3.3 Vật liệu, hóa chất, thiết bị nghiên cứu 27

3.3.1 Vật liệu 27

3.3.2 Dụng cụ, thiết bị nghiên cứu 28

3.3.3 Hóa chất 28

3.4 Phương pháp nghiên cứu 28

3.4.1 Chuẩn bị mẫu nước thải 28

3.4.2 Thiết kế mô hình xử lý nước thải nhiễm dầu 34

3.4.3 Tiến hành thí nghiệm 37

a) Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ lọc đến hiệu quả xử lý của hệ thống 37

b) Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng tải lượng COD đến hiệu quả xử lý của hệ thống 37

c) Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng nitơ, phospho đến hiệu quả xử lý của hệ thống 37

d) Thí nghiệm 4: Nuôi cấy vi sinh vật 38

Chương 4 42

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 42

4.1 Kết quả thí nghiệm 1 42

4.1.1 Chỉ tiêu pH 42

4.1.2 Hiệu suất xử lý COD 43

4.1.3 Hiệu suất xử lý SS 44

4.1.4 Hiệu quả xử lý dầu 45

Trang 7

4.2 Thí nghiệm 2 46

4.3.5 Chỉ tiêu Nitơ 55

4.3.6 Chỉ tiêu Phospho 56

4.3.1 Kết quả phân lập 57

4.3.2 Kết quả tăng sinh 58

Chương 5 63

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63

5.1 Kết luận 63

5.2 Kiến nghị 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

PHỤ LỤC 66

PHỤ LỤC 1 BẢNG SỐ LIỆU 66

PHỤ LỤC 2 PHỤ LỤC HÌNH ẢNH 72

Trang 8

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Thành phần hydrocacbon riêng lẽ có trong các loại dầu mỏ 6

Bảng 2.2 Tính chất của một số n-parafin 9

Bảng 2.3 Các vi sinh vật có khả năng phân hủy dầu mỏ và khí đốt 23

Bảng 3 1 Các chỉ tiêu phân tích của mẫu nước thải đầu vào 28

Bảng 3.2 Thể tích mẫu và thể tích hóa chất sử dụng tương ứng 30

Bảng 4.1 Các chỉ tiêu nước thải đầu vào thí nghiệm 1 42

Bảng 4.2 Sự biến đổi giá trị pH giữa các nghiệm thức 42

Bảng 4.3 Các chỉ tiêu nước thải đầu vào của thí nghiệm 2 46

Bảng 4.4 Sự biến thiên của giá trị pH 46

Bảng 4.5 Các chỉ tiêu nước thải đầu vào 52

Bảng 4.6 Sự biến thiên giá trị pH của thí nghiệm 3 52

Bảng 4.7 Sự biến đổi giá trị hàm lượng nitơ của thí nghiệm 3 55

Bảng 4.8 Sự biến đổi giá trị hàm lượng phospho của thí nghiệm 3 56

Bảng 4.10 Sự biến thiên giá trị pH của các thí nghiệm 60

Trang 9

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Con tàu chở dầu Amoco Cadiz đã bị chìm ngoài khơi Pháp 17

Hình 2.2 Hình ảnh con tàu M/T Haven cháy và chìm dần 18

Hình 2.3 Hình ảnh chú chim ó biển bị nhiễm dầu 20

Hình 3.1 Mô hình xử lý nước 35

Hình 3.2 Sỏi 36

Hình 4.1 Biểu đồ thể hiện hiệu quả xử lý COD của thí nghiệm 1 43

Hình 4.2 Biểu đồ thể hiện hiệu suất xử lý SS của thí nghiệm 1 44

Hình 4.3 Biểu đồ thể hiện hiệu suất xử lý dầu của thí nghiệm 1 45

Hình 4.7 Nước thải nhiễm dầu pha loãng 10 lần trước và sau xử lý 50

Hình 4.8.Nước thải nhiễm dầu pha loãng 5 lần trước và sau xử lý 51

Hình 4.9 Nước thải nhiễm dầu không pha loãng trước và sau xử lý 51

Hình 4.13 Khuẩn lạc phân lập từ nước thải nhiễm dầu 57

Hình 4.14 Dung dịch trước khi tăng sinh 58

Hình 4.15 Dung dịch sau khi tăng sinh 58

Hình 4.16 Khuẩn lạc phân lập từ mẫu tăng sinh 59

Hình 4.18 Biểu đồ thể hiện hiệu quả xử lý SS của thí nghiệm 5 61

Hình 4.19 Biểu đồ thể hiện hiệu quả xử lý dầu của thí nghiệm 5 62

Trang 10

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

BOD: Nhu cầu oxy sinh hóa (Biochemical Oxygen Demand)

BTEX: Là viết tắt của benzene, toluene, ethylbenzene, Xylen

COD: Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand)

NT : Nghiệm thức

PAHs: Polycyclic aromatic hydrocarbons

SS: Chất rắn lơ lửng

Trang 11

Chương 1

ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Với sự phát của xã hội hiện nay, nền kinh tế ngày càng phát triển mạnh, đời sống của con người được cải thiện Song song với sự phát triển đó là tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng tăng Môi trường bị ô nhiễm gây ảnh hưởng đến sức khoẻ, môi trường sống của con người và các loài động thực vật Chính vì thế, vấn đề đặt ra hiện nay là giảm thiểu ô nhiễm môi trường một cách tốt nhất Đây là vấn đề nóng bỏng tại hầu hết các nước trên thế giới, trong đó có Việt Nam

Nguyên nhiên liệu là yếu tố cần thiết để phát triển kinh tế, xã hội Trong đó, dầu

mỏ là một nguyên nhiên liệu quan trọng nhất của xã hội từ trước tới nay Dầu mỏ được

xử dụng để sản xuất điện, là nhiên nhiệu dùng cho các phương tiện giao thông vận tải,

sử dụng trong các ngành công nghiệp Vì thế dầu được ví như là “vàng đen” Bên cạnh những lợi ích mà dầu mỏ mang lại thì nó cũng gây ra những thiệt hại đáng kể đến môi trường sinh thái (môi trường đất, nước, không khí, động vật, thực vật…) Từ các hoạt động thăm dò, khai thác, vận chuyển đến việc chế biến, lưu trữ các sản phẩm dầu mỏ đều gây nên ô nhiễm môi trường Đặc biệt là sự ô nhiễm dầu trong môi trường nước ngày càng gia tăng do sự cố tràn dầu trong quá trình vận chuyển, rò rỉ đường ống dẫn dầu, xả dầu cùng nước thải trong quá trình sản xuất…Đã có nhiều phương pháp cơ học, hoá học để xử lý ô nhiễm dầu nhưng vẫn chưa có biện pháp nào xử lý triệt để

Trang 12

Hiện nay với sự phát triển của công nghệ sinh học, nhiều nước trên thế giới đã ứng dụng nhiều phương pháp sinh học khác nhau để xử lý nước thải nói chung và nước thải nhiễm dầu nói riêng Ở Việt Nam, việc ứng dụng vi sinh vật trong xử lý nước thải nhiễm dầu đang được quan tâm để tìm ra phương pháp xử lý hiệu quả, ít tốn chi phí, dễ ứng dụng và an toàn với môi trường

Chính vì vậy, dưới sự hướng dẫn của TS Lê Quốc Tuấn, tôi đã tiến hành thực hiện

đề tài “NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG VI SINH VẬT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN QUÁ TRÌNH XỬ LÝ”

- Xác định thành phần, tính chất nước thải nhiễm dầu

- Thiết kế mô hình xử lý dầu

- Vận hành mô hình

- Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố: tốc độ lọc, hàm lượng COD đến hiệu quả xử

lý của mô hình

- Khảo sát ảnh hưởng của nitơ, phospho đến hiệu quả xử lý của mô hình

- Nuôi vi sinh vật xử lý nước nhiễm dầu từ nước thải nhiễm dầu

- Tăng sinh vi sinh vật

- Khảo sát hiệu quả xử lý nước thải nhiễm dầu bằng vi sinh vật của mô hình

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu

- Nước thải nhiễm dầu

- Nhóm vi sinh vật dính bám

1.3.2 Phạm vi nghiên cứu

- Phạm vi không gian: chạy mô hình thí nghiệm tại phòng thí nghiệm, khoa Môi Trường và Tài Nguyên – Trường Đại Học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh

Trang 13

- Phạm vi thời gian: tháng 2/2012 đến tháng 5/2012

- Phạm vi nội dung: Tập trung nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử

lý của mô hình Các điều kiện tối ưu để tăng hiệu quả của quá trình xử lý bằng

vi sinh vật Nuôi cấy, tăng sinh vi sinh vật xử lý dầu

1.4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp thu thập, tổng quan tài liệu

- Phương pháp phân tích mẫu nước

- Lắp đặt và chạy mô hình

- Phương pháp trao đổi, đóng góp ý kiến

- Theo dõi, đánh giá, nhận xét các thông số

- Xử lý số liệu, tính toán, vẽ biểu đồ, viết báo cáo

Trang 14

Các thành phần hóa học của dầu mỏ được chia tách bằng phương pháp chưng cất phân đoạn Các sản phẩm thu được từ việc lọc dầu có thể kể đến là dầu hỏa, benzen, xăng, sáp parafin, nhựa đường …

Dầu mỏ bao gồm hỗn hợp các chất cực kỳ phức tạp và rất dễ thay đổi về thành phần Tuy nhiên phần lớn các hợp chất chứa trong dầu là các hydrocacbon , nhiều nhất cũng có thể chiếm 95% – 98%, ít thì cũng chiếm trên 50% Phần còn lại là hợp chất khác như hợp chất của lưu huỳnh, nitơ, oxy, các hợp chất cơ kim, chất nhựa…

Về thành phần nguyên tố của dầu mỏ thì ngoài C và H thì còn có N, O, S và một số kim loại khác như: Ni, Fe, Cu, Na, Ca, As…Một điều đáng chú ý là “tuy dầu mỏ trên thế giới khác nhau về thành phần hóa học, song về thành phần nguyên tố (chủ yếu là H

và C) lại rất gần với nhau, chúng thay đổi trong phạm vi rất hẹp: C: 83% - 87%, H:

11% - 14%” (Theo Đinh Thị Ngọ, Giáo trình hóa học dầu mỏ và khí, 2006)

Trong thực tế thì dựa vào thành phần của các hydrocacbon trong dầu thô để người

ta phân định các loại sản phẩm được sản xuất từ một loại dầu thô cho trước, thành phần này cũng quyết định đến hiệu suất của các loại sản phẩm Đối với hợp chất phi

Trang 15

hydrocacbon, mặc dù thành phần nguyên tố của chúng không lớn nhưng hầu hết chúng

là các hợp chất có hại nên trong quá trình chế biến cần loại bỏ nó ra khỏi thành phần của sản phẩm

Thành phần cơ bản của dầu mỏ gồm:

Tỷ lệ mỗi chất có trong dầu mỏ thay đổi phụ thuộc vào nguồn gốc dầu mỏ Và sự thay đổi về thành phần này sẽ làm thay đổi tính chất của dầu Với thành phần là các chất có khối lượng phân tử nhỏ chiếm tỷ lệ cao thì được gọi là dầu nhẹ dễ chảy và ngược lại gọi là dầu nặng

Dầu mỏ ở các vùng khác nhau có thành phần hóa học khác nhau Phân loại chúng dựa vào thành phần parafin, hydrocacbon thơm và hydrocacbua phân cực Dầu Việt Nam thuộc loại dầu trung bình nặng, nhiều parafin (20 – 30%) và ít lưu huỳnh

Khả năng phân giải hydrocacbon dầu thô phụ thuộc vào cấu trúc khối lượng phân

từ của chúng Các alkan mạch ngắn là chất độc đối với vi sinh vật và là chất khó phân hủy Các n-alkan có độ dài trung bình (C10 – C24) dễ bị phân giải nhất Các alkan có mạch càng dài thì khả năng phân giải sinh học càng giảm Khi độ dài tăng và khối lượng phân tử đạt đến 500 thì chúng không còn là nguồn cacbon cho vi sinh vật nữa Khả năng phân giải các hydrocacbon dầu mỏ có thể sắp xếp theo thứ tự giảm dần sau đây: “n-alkan > alkan mạch thẳng phân nhánh > alken phân nhánh > n- alkyl chứa vòng thơm phân tử lượng thấp > hợp chất một vòng thơm > alkan vòng > hợp chất thơm đa phân > asphalten.” (heo Nguyễn Đức Lượng, Nguyễn Thị Thùy Dương, 2003)

2.1.1 Các hợp chất hydrocacbon của dầu mỏ

Hydrocacbon là thành phần chính và quan trọng nhất của dầu mỏ Trong dầu mỏ thì hydrocacbon được chia ra làm 3 loại sau:

Trang 16

- Các hợp chất parafin

- Các hợp chất vòng no hay các hợp chất naphten

- Các hydrocacbon thơm hay aromatic

Thực tế thì trong các phân đoạn có nhiệt độ sôi trung bình và cao thì ngoài các hợp chất trên còn có các hợp chất lai hợp (tức là hợp chất mà trong phân tử của chúng có chứa các loại hydrocacbon trên)

Đặc biệt các hydrocacbon không no (olefin, cycloolefin, diolefin…) không có trong hầu hết các loại dầu mỏ

Số nguyên tử cacbon của các hydrocacbon trong dầu thường từ C5 đến C60 tương ứng với trọng lượng phân tử khoảng 855 – 880

Với những phương pháp phân tích hiện đại, hiện nay đã xác định được những hydrocacbon riêng lẽ trong dầu đến mức như sau (xem bảng 2.1)

Bảng 2.1 Thành phần hydrocacbon riêng lẽ có trong các loại dầu mỏ

STT Các hydrocacbon Dãy đồng đẳng Số nguyên tử

trong phân tử

Số lượng hydrocacbon riêng lẽ được xác định

C4 – C7 C8 – C9 C10 – C11

12

4

Trang 17

4 Cycloparafin (1 vòng) CnH2n

C5 – C7 C8 – C9 C10 – C12

Trang 18

(Theo Đinh Thị Ngọ, Giáo trình hóa học và dầu mỏ, 2006)

Tổng cộng hydrocacbon riêng lẻ cho đến nay xác định được 425 Còn đối với các

chất không thuộc loại hydrocacbon trong dầu mỏ đến nay cũng đã xác định được

khoảng 380 chất (trong đó phần lớn là các hợp chất lưu huỳnh)

a Các hợp chất parafin

Parafin là loại hydrocacbon rất phổ biến trong các loại hydrocacbon của dầu mỏ

Dầu mỏ có độ biến chất càng cao, tỷ trọng càng nhẹ càng có nhiều hydrocacbon loại

này Tùy theo cấu trúc mà parafin được chia thành hai loại đó là parafin mạch thẳng

không nhánh (gọi là n – parafin) và parafin có nhánh (gọi là iso – parafin)

 N-parafin

N-parafin là loại hydrocacbon dễ tách và dễ xác định nhất trong số các loại

hyrocacbon của dầu mỏ Hàm lượng chung các n-parafin trong dầu mỏ thường từ 25 –

30% thể tích Tùy theo dầu mỏ được tạo thành từ những thời kỳ địa chất nào mà sự

phân bố các n-farafin trong dầu sẽ khác nhau Nói chung sự phân bố này tuân theo quy

tắc sau: tuổi càng cao, độ sâu lún chìm càng lớn thì thành phần n-farafin trong phần

nhẹ của dầu mỏ càng nhiều

Trang 19

Một đặc điểm đáng chú ý của các hydrocacbon n-parafin là bắt đầu từ các n-parafin có số nguyên tử cacbon từ C18 trở lên, ở nhiệt độ thường chúng đã chuyển sang trạng thái rắn, khi nằm trong dầu mỏ chúng ở trong trạng thái hòa tan hoặc tinh thể lơ lửng trong dầu Nếu hàm lượng n-parafin tinh thể quá cao, có khả năng làm cho dầu mỏ mất tính linh động và cũng bị đông đặc lại Nhiệt độ sôi và nhiệt độ kết tinh của các n-parafin từ C18 trở lên được thể hiện trong bảng 2.2 dưới đây

(Theo Đinh Thị Ngọ, Giáo trình hóa học và dầu mỏ, 2006)

Một số dầu mỏ trên thế giới có hàm lượng parafin rắn rất cao, vì vậy ngay nhiệt độ thường dầu mỏ đã đông đặc lại Tính chất này của các n-parafin có trọng lượng phân tử lớn đã gây nhiều khó khăn cho quá trình vận chuyển và chế biến dầu mỏ

 Iso-parafin

Trang 20

Iso –parafin thường chỉ nằm ở phần nhẹ, còn phần có nhiệt độ sôi trung bình và cao rất ít

Về vị trí nhánh phụ có hai đặc điểm chính sau:

- Các iso-parafin trong dầu mỏ có cấu trúc đơn giản, mạch chính dài, mạch phụ ít

- Nếu có nhiều nhánh phụ thì các nhánh phụ nằm cách đều nhau 3 nguyên tử cacbon

b Các hợp chất naphten

Naphten là các hợp chất vòng no, đây là một trong số các hydrocacbon phổ biến và quan trọng của dầu mỏ Hàm lượng của chúng trong dầu mỏ có thể thay đổi từ 30-60% trọng lượng

Naphten của dầu mỏ thường gặp dưới 3 dạng chính: loại vòng 5 cạnh, loại vòng 6 cạnh hoặc loại nhiều vòng nhưng tụ hoặc qua cầu nối, còn loại vòng 7 cạnh trở lên thường rất ít

Ở trong phần nhẹ của dầu mỏ, chủ yếu là các naphten một vòng với các nhánh phụ rất ngắn (thường là các nhóm –CH3) và có thể có nhiều nhánh Còn trong phần nhiệt độ sôi cao của dầu mỏ thì các nhánh phụ này lại dài hơn nhiều

Trong trường hợp nhánh phụ quá dài, tính chất của hydrocacbon này không còn mang tính đặc trưng của naphten nữa, mà chịu ảnh hưởng của mạch parafin đính cùng

Vì vậy loại này thường được ghép vào một loại riêng gọi là loại hydrocacbon hỗn hợp (hoặc lai hợp)

c Các hydrocacbon thơm hay aromatic

Trang 21

Các hydrocacbon thơm là hợp chất hydrocacbon mà trong phân tử của chúng có chứa ít nhất một nhân thơm Trong dầu mỏ có chứa cả loại hyrocacbon thơm một vòng hoặc nhiều vòng

Loại hydrocacbon thơm 1 vòng và các đồng đẳng của chúng là loại phổ biến nhất Benzen thường gặp với số lượng ít hơn tất cả Những loại ankylbenzen với 1,2,3,4 nhánh phụ như toluen, xylen, 1-2-4 trimetylbenzen đều là những loại chiếm đa số trong các hydrocacbon thơm Tuy vậy, loại 4 nhánh phụ tetra-metylbenzen (1, 2, 3, 4

và 1, 2, 3, 5) thường thấy với tỷ lệ cao nhất Theo Smith thì hàm lượng tối đa của Toluen trong dầu là 2-3%, Xylen và Bezen là 1-6%

Loại hydrocacbon thơm 2 vòng có cấu trúc ngưng tụ như naphtalen và đồng đẳng hoặc cấu trúc cầu nối như diphenyl Loại cấu trúc đơn giản như diphennyl thì ít hơn so với cấu trúc 2 vòng ngưng tụ kiểu naphtalen

Trong những phần có nhiệt độ sôi cao của dầu mỏ, có mặt hydrocacbon thơm 3 hoặc nhiều vòng ngưng tụ

Trang 22

a Các hợp chất của lưu huỳnh trong dầu mỏ

Đây là loại hợp chất phổ biến nhất và cũng đáng chú ý nhất trong các hợp chất không thuộc loại hydrocacbon của dầu mỏ

Những loại dầu ít lưu huỳnh thường có hàm lượng lưu huỳnh không quá 0,5% Những loại nhiều lưu huỳnh thường có 1-2% trở lên

Lưu huỳnh dạng mercaptan (R-S-R) chỉ gặp trong phần nhẹ của dầu mỏ (dưới

2000C) Các mercaptan này có gốc hydrocacbon cấu trúc mạch thẳng, nhánh vòng naphten Cũng giống như các hydrocacbon trong phần nhẹ, những gốc hydrocacbon có mạch nhánh của mercaptan cũng chỉ là những gốc nhỏ (hầu hết là metyl) và ít Lưu huỳnh ở dạng mercaptan khi ở nhiệt độ khoảng 300oC dễ bị phân hủy tạo thành H2S và các sunfua, ở nhiệt độ cao hơn nữa chúng có thể phân hủy tạo H2S và các hydrocacbon không no, tương ứng với gốc hydrocacbon của nó Mặt khác mercapten lại rất dễ bị oxy hóa, ngay cả với không khí tạo thành disunfua, và nếu với chất oxy hóa mạnh, có thể tạo thành sunfuaxit

2C5H11SH C5H11-S-C5H11 + H

C5H11SH C5H10 + H2S

Lưu huỳnh dạng sunfua (R-S-R’) có trong dầu mỏ có thể ghép làm 3 nhóm: các sunfua nằm trong cấu trúc vòng no (tiophan) hoặc không no (tiophen) các sunfua với các gốc hydrocacbon thơm naphten

Trang 23

Lưu huỳnh dạng disunfua (R-S-S-R’) thường có rất ít trong dầu mỏ, nhất là ở các phân đoạn có nhiệt độ sôi thấp và trung bình của dầu mỏ Ở nhiệt độ sôi cao thì dạng lưu huỳnh này có nhiều và phổ biến

b Các hợp chất của nitơ trong dầu mỏ

Các hợp chất của nitơ đại bộ phận đều nằm trong phân đoạn có nhiệt độ sôi cao của dầu mỏ Ở các phân đoạn nhẹ, các hợp chất chứa nitơ chỉ thấy dưới dạng vết

Hợp chất của nitơ có trong dầu mỏ không nhiều lắm, hàm lượng nguyên tố nitơ chỉ

từ 0.01% đến 1% Những hợp chất chứa nitơ trong dầu, trong thành phần cấu trúc của

nó có thể có loại chứa một nguyên tử nitơ, hay loại chứa 2, 3 thậm chí 4 nguyên tử nitơ

Những hợp chất chứa một nguyên tử nitơ được nghiên cứu nhiều, chúng thường mang tính bazơ như: pyridin, quinolin, izo-quinolin, acrylin hoặc có tính chất trung tính như các vòng pyrol, indol, cacbazol, benzocacbazol Trong đó thì dạng pyridin và quinolin thường có nhiều hơn cả Các quinolin với số nguyên tử cacbon C9-C15 cũng tìm thấy trong phân đoạn có nhiệt độ sôi 2300C – 3300C của dầu mỏ Nói chung, ở phân đoạn có nhiệt độ sôi thấp và trung bình của dầu mỏ thì thường gặp các nitơ dạng pyridin, quinolin, còn ở những phân đoạn nhiệt độ sôi cao của dầu mỏ thì các hợp chất chứa nitơ dạng cacbazol và pyrol là chủ yếu

Những hợp chất chứa 2 nguyên tử nitơ trở lên thường có rất ít so với các loại nói trên Những loại này thuộc dạng indolquinolin, indolcacbazol và porfirin Đối với các porfirin là những chất chứa 4 nguyên tử nitơ lại thường có xu hướng tạo nên những phức chất với kim loại, như vanadium, niken và sắt

c Các hợp chất của oxy trong dầu mỏ

Trong dầu mỏ, các hợp chất chứa oxy thường có dưới dạng các axit (tức có nhóm –COOH), các xeton (có nhóm –C=O), các phenol và các loại ester, lacton Tuy nhiên, trong số này các hợp chất chứa oxy dưới dạng các axit là quan trọng hơn cả Các axit trong dầu mỏ hầu hết là các axit một chức Trong các phân đoạn có nhiệt độ sôi thấp của dầu mỏ các axit hầu như không có Axit chứa nhiều nhất ở phân đoạn có nhiệt độ sôi trung bình của dầu mỏ (C20-C23) và ở phân đoạn có nhiệt độ sôi cao hơn thì hàm

Trang 24

lượng các axit lại giảm đi Về cấu trúc, những axit có số nguyên tử cacbon trong phân

tử dưới C6 thường là các axit béo Những loại có số nguyên tử cacbon trong phân tử cao hơn thường là các axit có gốc là vòng naphten 5 cạnh hoặc 6 cạnh Những loại này chiếm phần chủ yếu ở phân đoạn có nhiệt độ sôi trung bình của dầu mỏ Tuy vậy, ngay

cả trong phần có nhiệt độ sôi cao cũng vẫn còn có các axit béo mạch thẳng hoặc nhánh kiểu isoprenoid, nhưng số lượng của chúng không nhiều bằng những loại vòng trên

Vì những axit nằm trong các phân đoạn có nhiệt độ sôi trung bình đa phần là các axit có gốc là vòng naphten nên chúng được gọi là các axit naphtenic Nhưng cũng cần chú ý rằng, khi tách các axit này ra khỏi dầu (hoặc các phân đoạn) bằng kiềm thì đồng thời kéo luôn các axit béo (mạch thẳng hoặc nhánh), cho nên xà phòng naphten tách ra được lúc đó là hỗn hợp của hai loại trên Các phenol trong dầu mỏ thường gặp là phenol và đồng đẳng của nó Hàm lượng các phenol nói chung chỉ khoảng 0,1% - 0,2%

Các xeton mạch thẳng C2-C5 tìm thấy trong phần nhẹ của dầu mỏ Trong phần có nhiệt độ sôi cao thì phát hiện có xeton vòng Các xeton tồn tại không nhiều trong dầu

mỏ

2.1.3 Các kim loại trong dầu mỏ

Kim loại có trong dầu mỏ không nhiều, thường từ vài phần triệu đến vài phần vạn Chúng nằm trong dầu mỏ thường ở các phân đoạn có nhiệt độ sôi cao và dưới dạng phức với các hợp chất hữu cơ, thông thường là dạng phức với porfirin và dạng phức với các chất hữu cơ khác trong dầu mỏ

Những kim loại nằm trong phức porfirin thường là các Ni, Va Trong những loại dầu nhiều lưu huỳnh chứa nhiều porfirin dưới dạng phức với Va, ngược lại trong những dầu chứa ít lưu huỳnh (đặc biệt dầu chứa nhiều nitơ) thì thường chứa nhiều porfirin dưới dạng phức hợp với Ni Những phức kim loại với các chất hữu cơ khác trong dầu

mỏ có đặc tính chung là không phản ứng với các axit khác, các phức kim loại porfirin Kim loại trong các phức cơ-kim nói trên, ngoài Va và Ni còn có Fe, Cu, Zn, Ti, Ca, Mn…Số lượng các phức kim loại này thường ít hơn so với các phức Ni và Va

Trang 25

2.1.4 Các chất nhựa và asphalten của dầu mỏ

Các chất nhựa và asphalten của dầu mỏ là những chất mà trong cấu trúc phân tử của nó ngoài C và H còn có đồng thời các nguyên tố khác như: S, O, N Chúng có trọng lượng phân tử rất lớn, từ 500 - 600 trở lên Bởi vậy các chất nhựa và saphalten chỉ có mặt trong những phân đoạn có nhiệt độ sôi cao và cặn của dầu mỏ

Asphalten của hầu hết các loại dầu mỏ đều có tính chất giống nhau Asphalten có màu nâu sẫm hoặc đen dưới dạng bột rắn thù hình, đun nóng cũng không chảy mềm, chỉ có bị phân hủy nếu nhiệt độ đun cao hơn 3000C tạo thành khí Asphalten không hòa tan trong rượu, trong xăng nhẹ (ester dầu mỏ) nhưng có thễ hòa tan trong benzen, chloroform

Đặc tính đáng chú ý của asphalten là tính hòa tan trong một số dung môi kể trên thực ra chỉ là quá trình trương trong để hình thành dung dịch keo Cho nên, có thể nói asphalten là những phần tử keo ưu dung môi này nhưng lại ghét dung môi khác Bằng cách thay đổi dung môi có thể tách asphalten ra khỏi dầu mỏ

Về cấu trúc, các asphalten rất phức tạp, chúng được xem như là một hợp chất hữu

cơ cao phân tử, với mức độ trùng hợp khác nhau Cho nên trọng lượng phân tử của chúng có thể thay đổi trong phạm vi rộng từ 10000 hoặc cao hơn Các asphalten có chứa các nguyên tố S, O, N có thể nằm dưới dạng dị vòng trong hệ nhiều vòng thơm ngưng tụ cao Các hệ vòng thơm này có thể được nối với nhau qua những cầu nối ngắn

để trở thành phân tử có trọng lượng phân tử lớn

Các chất nhựa, nếu tách khỏi dầu mỏ chúng sẽ là những chất lỏng đặc quánh, đôi khi ở trạng thái rắn Chúng có màu vàng sẵm hoặc nâu, tỷ trọng lớn hơn 1, trọng lượng phân tử từ 500 đến 2000 Nhựa tan được hoàn toàn trong các loại dầu nhờn của dầu

mỏ, xăng nhẹ, cũng như trong benzen, chloroform, ete Khác với asphalten, nhựa khi hòa tan trong các dung môi sẽ tạo thành dung dịch thực Mặt khác, cũng như asphalten, thành phần nguyên tố và trọng lượng phân tử của nhựa từ các loại dầu mỏ khác nhau hoặc các phân đoạn khác nhau của loại dầu đó hầu như gần giống nhau, có nghĩa chúng không phụ thuộc gì vào nguồn gốc

Trang 26

Một tính chất đặc biệt của nhựa là khả năng nhuộm màu rất mạnh, đặc biệt là nhựa

từ các phân đoạn nặng hoặc dầu thô, khả năng nhuộm màu của các loại nhựa này gấp 10-20 lần so với nhựa của các phân đoạn nhẹ như kerosen Chính vì vậy, những sản phẩm trắng (xăng, kerosen, gas, dầu) khi có lẫn nhựa (hoặc tạo nhựa khi bảo quản) đều trở nên có màu vàng Những loại dầu mỏ rất ít asphalten, nhưng vẫn có màu sẫm đến đen (như dầu Bạch Hổ Việt Nam) chính là vì sự có mặt các chất nhựa nói trên

Về tính chất hóa học, nhựa rất giống asphalten Nhựa rất dễ chuyển thành asphalten, ví dụ chỉ cần bị oxy hóa nhẹ khi có sự xâm nhập của oxy không khí ở nhiệt

độ thường hay đun nóng Thậm chí khi không có không khí chỉ đun nóng chúng cũng

có khả năng từ nhựa chuyển thành asphalten do các quá trình phản ứng ngưng tụ được thực hiện sâu rộng Chính vì thế, các dầu mỏ khi có độ biến chất cao, mức độ lún chìm càng sâu, thì sự chuyển hóa nhựa sang saphalten càng dễ, hàm lượng nhựa giảm đi nhưng asphalten tạo thành được nhiều lên Nhưng vì những loại dầu này mang đặc tính parafinic nên asphalten tạo thành liền được tách ra khỏi dầu, do đó thực tế trong dầu khai thác được cuối cùng lại rất ít asphalten Dầu càng nhẹ mang đặc tính parafinic càng ít nhựa và asphalten

Như vậy về bản chất hóa học, nhựa và asphalten cùng một nguồn gốc và thực chất asphalten chỉ là kết của biến đổi sâu hơn nhựa Chính vì vậy, trọng lượng phân tử của asphalten bao giờ cũng cao hơn nhựa

2.2 Sự ô nhiễm dầu mỏ

Hiện nay, vấn đề ô nhiễm dầu là một trong những vấn đề đang được cộng đồng quốc tế quan tâm Dầu mỏ đóng vai trò rất lớn trong nền kinh tế của mọi quốc gia Vì thế, các hoạt động thăm dò, khai thác, vận chuyển dầu mỏ luôn diễn ra đã làm nguy cơ

ô nhiễm dầu mỏ tăng cao

Dầu mỏ được tích tụ dưới lòng đất là kết quả của sự phân hủy kỵ khí của các vi sinh vật trong thời gian dài Dưới điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, các hợp chất hữu

cơ được biến đổi thành gas tự nhiên, dầu thô lỏng, đá phiến dầu, nhựa đường Với nhiệt

độ dưới lòng đất thì đá phiến dầu và nhựa đường không thể chảy ra, nhưng dầu thô là một chất lỏng thì nó sẽ thoát ra bề mặt

Trang 27

Dầu thô và các sản phẩm của dầu như BTEX và PAHs thoát ra ngoài môi trường từ những thùng chứa bị rò rỉ, tràn dầu và các tai nạn xảy ra trong quá trình vận chuyển làm ô nhiễm môi trường Dầu mỏ có mặt trong danh sách các chất thải nguy hại Hàng năm thất thoát dầu ra môi trường là rất lớn Một vài ví dụ điển hình như:

- Vụ tràn dầu Amoco Cadiz năm 1978 tại vùng biển ngoài khơi Pháp Đây là vụ tràn dầu gây ra hậu quả nghiêm trọng nhất đối với các loài sinh vật biển Chiếc tàu chở dầu Amoco Cadiz đã mắc cạn ngoài vùng biển Brittany sau khi thất bại trong việc cập

bờ trong cơn bão biển Cùng với vụ tàu chìm là 68,7 triệu gallons dầu nhẹ đã tràn ra vùng biển của Pháp

- Chiến tranh Vùng Vịnh năm 1991 đã làm cho 0,82 triệu tấn dầu thải ra môi trường

- Năm 2002, tàu Prestige của Hy Lạp đã bị gãy làm đôi, làm tràn ra mỗi ngày

125 tấn dầu và dải dầu kéo dài 250km dọc bờ biển Tây Ban Nha (Nguồn: Mạnh

Thắng, Mười vụ tràn dầu kinh hoàng trên thế giới, tháng 5 năm 2010,

Hình 2.1 Con tàu chở dầu Amoco Cadiz đã bị chìm ngoài khơi Pháp

(Nguồn: http://khoahoc.baodatviet.vn)

Trang 28

Hình 2.2 Hình ảnh con tàu M/T Haven cháy và chìm dần

(Nguồn: http://khoahoc.baodatviet.vn)

- Vụ tràn dầu M/T Haven Tanker năm 1991 tại Genoa, Italy với số lượng dầu

tràn trên 42 triệu gallons (Nguồn: Mạnh Thắng, Mười vụ tràn dầu kinh hoàng trên thế giới, tháng 5 năm 2010, http://khoahoc.baodatviet.vn)

Tại Việt Nam, theo thống kê của Trung tâm an toàn dầu khí, từ 1987 đến năm 2001

đã xảy ra hơn 90 vụ tràn dầu ở vùng sông và biển ven bờ Ví dụ như:

- Ngày 26/12/1992, mỏ Bạch Hổ vỡ đường ống dẫn từ tàu dầu đến phao nạp làm tràn 300 – 700 tấn dầu FO

- Năm 1994, tàu Neptune Aries đâm vào cầu cảng Cát Lái – TP Hồ Chí Minh làm tràn 1864 tấn dầu DO

- Tháng 9/2001, tàu Formosa One của Liberia đâm vào tàu Petrolimex 01 của Việt Nam tại vịnh Giành Rỏi – Vũng tàu làm tràn ra môi trường ven biển 1.000 m3 dầu diezen

- Tháng 10/2007, tàu vận tải biển New Oriental bị lâm nạn và chìm đắm tại Phú Yên, vết dầu loang ra khoảng 25 hecta

Trang 29

Bên cạnh o nhiễm dầu do các sự cố tràn dầu, sự ô nhiễm dầu còn do các doanh nghiệp, các xưởng sửa chữa thải nước thải chứa dầu nhớt chưa qua xử lý ra môi trường Gây ô nhiễm nguồn nước, làm ảnh hưởng đến đời sống của sinh vật và con người

Có các nguồn gây ô nhiễm dầu mỏ đặc trưng là: khoan và khai thác dầu, vận chuyển, nhà máy lọc dầu, các kho chứa dầu

- Khoan và khai thác dầu: nước sản xuất và cặn bùn khoan là nguồn gây ô nhiễm, ở ngoài thềm lục địa thì việc khai thác dầu ít gây ảnh hưởng xấu so với trên đất liền

- Vận chuyển dầu thô và các sản phẩm đã chế biến từ dầu: do tràn dầu, rớt ra khỏi tàu hoặc nước dưới hầm tàu xả ra bến cảng, tàu gặp sự cố trên đường vận chuyển

- Các nhà máy lọc dầu: nước thải từ các công đoạn tiến hành lọc dầu đặc biệt là công đoạn cracking Nước thải có chứa nhiều xút, nhiều hóa chất khác, phenol

- Các kho chứa xăng dầu: nước từ các kho, bồn rò rĩ, nước từ quá trình xúc rửa tàu, bồn…Nước thải chủ yếu là các hydrocacbon, dầu nặng

- Công nghiệp hóa dầu: sản xuất khí tổng hợp, liên hợp olefin, liên hợp chất thơm Nước thải tại các nhà máy này từ nguồn nguyên liệu thô, chất xúc tác, các dung môi…

Nhìn chung, nước thải nhiễm dầu chứa nhiều chất hữu cơ có khả năng phân hủy bởi vi sinh vật, chứa nhiều chất không tan trong nước dưới dạng nhũ tương, trạng thái

lơ lửng, trạng thái khí hòa tan

Nước thải này chứa ít hoặc không chứa hai chất cơ bản cho sự phát triển của vi sinh vật là các hợp chất chứa nitơ và các hợp chất chứa phospho Và chứa ít hoặc không chứa các chất khoáng cần thiết cho vi sinh vật

2.3 Hậu quả của ô nhiễm dầu

2.3.1 Đối với hệ sinh thái

Khi dầu tràn loang phủ trên mặt nước, tạo thành lớp váng dầu ngăn cách nước và không khí, làm thay đổi tính chất môi trường biển, cản trở việc trao đổi khí oxy và cacbonic với bầu khí quyển Cặn dầu lắng xuống đáy biển làm ô nhiễm trầm tích đáy

Trang 30

biển Làm ảnh hưởng đến khí hậu khu vực, giảm sự bốc hơi nước dẫn đến giảm lượng mưa, làm nghèo tài nguyên biển

Làm ô nhiễm nguồn nước ngầm

Ô nhiễm do dầu làm thay đổi tính chất lý hóa của môi trường nước và đất Tăng độ nhớt, giảm nồng độ oxy hấp thụ vào nước, đất…Dẫn đến thiệt hại nghiêm trọng đối với

hệ sinh thái, làm ảnh hưởng nặng đến quá trình trao đổi chất của động thực vật trên cạn lẫn dưới nước

Các sinh vật trong đại dương đều bị ảnh hưởng bởi ô nhiễm dầu Sinh vật phù du,

ấu trùng cá và các sinh vật đáy bị ảnh hưởng một cách mạnh mẽ

Ví dụ dầu thấm qua bộ lông của chim biển (xem hình 2.4), làm giảm khả năng bào

vệ của lông, vì vậy làm cho chim trở nên dễ tổn thương với sự thay đổi nhiệt độ bất thường và làm giảm độ nổi trên mặt nước của chúng Nó cũng làm giảm khả năng bay của chim, làm chúng khó thoát khỏi các động vật săn mồi Khi cố gắng rỉa lông, chim thường nuốt dầu vào bụng, dẫn tới làm hại thận, thay đổi chức năng của phổi, khả năng hấp thụ thức ăn bị hạn chế, gây mất nước và mất cân bằng trao đổi chất Hầu hết chim

bị ảnh hưởng bởi ô nhiễm dầu đều chết

Hình 2.3 Hình ảnh chú chim ó biển bị nhiễm dầu (Nguồn: http://khoahoc.baodatviet.vn)

Trang 31

2.3.2 Đối với kinh tế, xã hội và con người

Tốn kém tiền bạc để làm sạch môi trường bị ô nhiễm

Ngoài việc gây thiệt hại trực tiếp đến tài sản, ô nhiễm dầu còn gây ảnh hưởng lâu dài đến cảnh quan, bờ biển du lịch, các vùng nuôi trồng, đánh bắt thủy hải sản

Dầu có ảnh hưởng trực tiếp đến người thông qua tiếp xúc trực tiếp hoặc hít thở hơi dầu gây buồn nôn, nhức đầu, các vấn đề về da…Ngoài ra chúng còn gây ra một số bệnh như: ung thư, bệnh phổi, gián đoạn hormoon…

2.4 Tổng quan về xử lý nước thải nhiễm dầu

2.4.1 Phương pháp cơ học

Xử lý nước thải nhiễm dầu bằng phương pháp cơ học nhằm loại bỏ những tạp chất bẩn có kích thước lớn và các tạp chất phân tán thô ở thể rắn hoặc lơ lửng Các công trình xử lý cơ học gồm có:

- Song chắn rác: loại bỏ rác và các tạp chất có kích thước lớn có thể tồn tại trong nước thải

- Bể lắng cát: loại bỏ các tạp chất vô cơ (cát)

- Bể vớt dầu: dùng bể vớt dầu để giảm lượng hóa chất, giảm tải lượng cho các công trình tiếp theo

Trang 32

Nuôi vi sinh vật phân hủy các hợp chất tương ứng trong dầu, vi sinh vật sẽ sử dụng các hợp chất trong dầu làm nguồn sinh dưỡng để sinh trưởng Nhờ đó mà các hợp chất trong dầu sẽ bị phân hủy thành các chất bay hơi và hòa tan

2.5 Tổng quan về vi sinh vật xử lý dầu

Các thành phần trong dầu mỏ là các hợp chất hữu cơ khó bị phân hủy, bị phân hủy một phần hoặc bị phân hủy muộn Quá trình oxy hóa sinh học các hợp chất trên trước hết phụ thuộc vào cấu trúc hóa học của chúng, sự có mặt các nhóm định chức trong phân tử, độ hòa tan, đồng phân trùng hợp…Ngoài ra còn phụ thuộc vào nhóm vi sinh vật có khả năng phân hủy, có thích nghi hay chưa, có sinh ra các enzym thủy phân tương ứng hay không Thời gian thích nghi của vi sinh vật với môi trường dao động trong khoảng khá rộng (từ vài giờ, vài ngày đến vài trăm ngày) Người ta đã chia vi sinh vật phân hủy dầu thành 3 nhóm:

- Nhóm phân hủy các chất mạch hở: rượu (các ancol) mạch thẳng, aldehyde, xeton, axit hữu cơ

- Nhóm phân hủy các chất có vòng thơm: benzen, phenol, toluen, xilene…

- Nhóm phân hủy hydrocarbon dãy polymetyl (hydrocarbon của dầu mỏ), hydrocarbob no mạch hở – parafin

Nhiều vi sinh vật thuộc vi khuẩn nấm mốc, nấm men, xạ khuẩn có khả năng phân hủy nhiều chất khác nhau, nhưng cũng có loài phân hủy được một loại chất nhất định

Có trường hợp một chất ở điều kiện bình thường không bị vi sinh vật phân hủy, nhưng khi cung cấp đầy đủ oxy và các chất dinh dưỡng thì lại bị vi sinh vật oxy hóa (Theo Lương Đức Phẩm, 2002)

Các vi sinh vật phân giải được alkan là nhờ chúng tiết ra enzyme monooxygenase

và dioxygenase tấn công trước tiên vào nhóm metyl ở đầu chuỗi để tạo rượu bậc một, sau đó rượu này bị oxy hóa thành aldehyde rồi thành axit béo Axit béo lại bị oxy hóa tiếp nhờ chu trình β-oxy hóa: phân tử axit béo bị mất đi hai nguyên tử cacbon để tạo thành axetyl-CoA và một phân tử axit mới Axetyl-CoA đi vào chu trình Krebs để tạo năng lượng, thải ra CO2, còn phân tử axit kia tiếp tục chu trình β-oxy hóa (Theo GS.TS Phạm Văn Ty, 1998)

Trang 33

Đối với các hydrocarbon mạch nhánh, quá trình phân giải có thể theo sơ đồ sau: Hydrocarbon mạch nhánh Rượu bậc 2 Xeton Este Rượu bậc

1

β-oxy hóa Axit béo

Aldehyde Như vậy các hydrocarbon sẽ được phân giải đến sản phẩm cuối cùng là CO2 và

H2O Các hợp chất vòng thơm, đặc biệt là các hydrocacbon đa nhân thường khó bị phân giải hơn so với alkan, thậm chí một số chất rất khó hoặc không thể bị phân giải Điều này có thể do khối phân giải hydrocarbon vòng thơm đa nhân muốn hoạt động được cần có mặt chất cảm ứng là chất thơm với khối lượng phân tử thấp

Cả hydrocarbon thơm đa nhân và đơn nhân đều bị dioxygenase oxy hóa để tạo thành catechol Vòng thơm đã hydroxyl hóa bị cắt (mở vòng) và chuyển thành các axit formic, pyruvic và axetaldehyde Cấu trúc vòng thơm mật độ cao cũng có thể bị dihydroxyl hóa để mở vòng Vòng này sẽ bị phân giải thành axit pyruvic, tiếp đó là vòng thứ hai cũng bị phân giải theo cách như vậy Một số hợp chất thơm như benzene, toluene, có thể bị phân hủy trong điều kiện kỵ khí nhưng tốc độ chậm

Các nhà khoa học đã tìm ra những chủng vi sinh vật có khả năng phân hủy dầu và khí đốt (xem bảng 2.3)

Bảng 2.3 Các vi sinh vật có khả năng phân hủy dầu mỏ và khí đốt

Cacbua hyrdo Vi sinh vật tham gia phân hủy

Metan Methanomonas sp; Bacillus; Cadida tropicalis

Hexandecan Micrococcus cerrificants; Pseudomanas aeryginosa; Baccillus

thermophillus

Oxadecan Candida sp; Mycobacterium lacticolum; M.flavum vas math

nicum; Nocardia sp; Pseudomonas aeruginosa

C10 – C20 Candida lipolytica; Mycobacterium phlei; Nocardia sp

C10 – C15 Candida guilliermondi

C13 – C19 Micrococu cerificans

Trang 34

Cacbua hyrdo Vi sinh vật tham gia phân hủy

C14 – C18 Candida intermetia

C14 – C19 Torulopsis; Candida tropicalis; Lipolytica C.pelliculosa

C15 – C28 C.intermedia; Candida intermedia; C.lipolytica

n-parafin C.lipolytica; Candida ablicans; C.tropicalis; Candida lipolytica;

Psewdomonas sp

(Nguồn: Nguyễn Đức Lượng, Công nghệ vi sinh vật tập1, 2004 )

2.6 Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước

2.6.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Ở nước ta, cùng với sự phát triển kinh tế thì vấn đề ô nhiễm môi trường từ dầu ngày càng nghiêm trọng Để xử lý nước thải nhiễm dầu có nhiều phương pháp khác nhau như phương pháp cơ học, hóa lý nhưng hiệu quả hơn là xử lý bằng phương pháp sinh học

Trong nước ta đã có nhiều nghiên cứu về các chủng vi sinh vật phân hủy dầu mỏ Tuy nhiên các nghiên cứu chủ yếu nghiêng về phân loại, định danh, phân bố và khả năng phân hủy dầu của các chủng vi sinh vật như:

- Nguyễn Quang Huy và cộng sự đã nghiên cứu phân loại một số chủng vi khuẩn phân hủy dầu thô và dibenzothiophene, phân lập tại các vùng ô nhiễm dầu ở Việt Nam Thu được 4 chủng vi khuẩn đều các khả năng phân hủy dầu thô có hàm lượng parafin cao và dibenzothiophene với tốc độ nhanh

- Nguyễn Bá Huy, Trần Như Hoa, Đặng Thị Cẩm Hà nghiên cứu phân bố của vi sinh vật sử dụng cacbuahydro và các nhóm vi sinh vật khác trong quá trình phân hủy sinh học nước thải nhiễm dầu ở điều kiện phòng thí nghiệm Kết quả thu được 48 chủng vi khuẩn hiếu khí, 10 chủng vi khuẩn kỵ khí và 5 chủng nấm mốc sợi

- Lại Thúy Hiền và cộng sự đã nghiên cứu vi khuẩn tạo chất hóa học về bề mặt sinh học phân lập từ bãi biển Nha Trang Kết quả thu được chủng thuộc loài Pseudomones aeruginosa có khả năng nhũ hóa 72,5% Chất này có tác dụng tăng

Trang 35

cường quá trình phân hủy dầu thô ở điều kiện phòng thí nghiệm, hiệu quả tăng 6 lần so với đối chứng không bổ sung thêm hoạt chất bề mặt

- Cảng dầu B12 nằm tại cửa Lục, sát biển Bãi Cháy thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh đã áp dụng thành công công nghệ sinh học trong xử lý nước thải nhiễm dầu Công trình đã mang lại tiếng vang lớn và đạt giải nhất giải thưởng VOFOTECH năm 2001 do nhà nước tặng Kết quả của công trình là nước đầu ra đạt loại B theo tiêu chuẩn TCVN 5945 – 1995 và thu được sản phẩm gián tiếp là sinh khối vi sinh vật, có thể làm phân bón cho cây

2.6.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Trên thế giới, việc nghiên cứu các vi sinh vật phân hủy dầu được các nhà khoa học nghiên cứu từ rất sớm

Năm 1925, Tauson đã phát hiện thấy khả năng phân giải cacbuahydro của vi khuẩn

Năm 1961, Fush đã nghiên cứu và thống kê được 26 giống vi sinh vật có khả năng phân hủy dầu, trong đó có 75 loài có khả năng phân hủy mạch vòng

Năm 1962, công trình đầu tiên được công bố về khả năng sử dụng dầu mỏ, khí đốt

để nuôi cấy vi sinh vật, thu nhận sinh khối giàu protein cho gia súc

Công trình nghiên cứu của các nhà khoa học Komagata, Nakase, Kasuio đã phân lập được 498 chủng nấm men có khả năng phân giải cacbuahydro

Nghiên cứu của Buckley và cộng sự về đặc tính phân lập vi sinh vật từ hệ sinh thái cửa sông: mối liên quan giữa việc sử dụng hydrocacbon và nồng độ hydrocacbon, đã thực hiện trên 3 môi trường phân lập TSA (Trypticase Soya Agar), Marine Agar 2216

và Sabouraud Agar thu thập được những vi sinh vật phân hủy dầu Sau đó kiểm tra khả năng tăng trưởng bằng cách sử dụng Kerosen như nguồn cacbon là nguồn năng lượng duy nhất Phần lớn những loài phân lập đều có khả năng tăng trưởng trên nguồn hydrocacbon và cho thấy khả năng phân hủy hydrocacbon này phổ biến, thậm chí trên môi trường với nồng độ thấp

Nghiên cứu của Campos J.C và cộng sự đã xử lý nước thải nhiễm dầu bằng cách kết hợp quá trình siêu lọc và quá trình sinh học Nước biển nhiễm dầu được đưa vào bể

Trang 36

khuấy trộn 1 lít qua màng Polysyrene đường kính 2 mm như giá đỡ Bể hoạt động trong 210 ngày ở 3 thời gian lưu: 48 giờ, 14 giờ và 12 giờ Khi bể này hoạt động ở 12 giờ thì khử được 65% COD, 80% TOC, 65% phenol, 40% Amoni

Trang 37

Chương 3

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu

3.1.1 Thời gian nghiên cứu

- Giai đoạn 1: từ ngày 16/02/2012 đến 30/04/2012 tiến hành các thí nghiệm, chạy

mô hình và nuôi cấy vi sinh vật

- Giai đoạn 2: từ ngày 01/05/2012 đến 01/06/2012 tổng hợp kết quả, viết báo cáo khóa luận tốt nghiệp

3.1.2 Địa điểm nghiên cứu và lấy mẫu

- Quá trình nghiên cứu được tiến hành tại phòng thí nghiệm khoa Môi Trường và Tài Nguyên trường đại học Nông Lâm TP HCM

- Nước thải nhiễm dầu được lấy từ mương chứa nước thải của gara sửa xe gần trường đại học Nông Lâm

3.3 Vật liệu, hóa chất, thiết bị nghiên cứu

3.3.1 Vật liệu

- Ống nước bằng nhựa với đường kính 60mm

- Ống nước bằng nhựa với đường kính 21mm

- Ống giảm bằng nhựa từ đường kính 60mm sang đường kính 21mm

- Co 21mm

- Cát hột lớn với đường kính trung bình 2mm

- Sỏi với đường kính trung bình 6mm

- Miếng lọc bằng nhôm với đường kính 60mm, chiều dày 2mm, được khoan nhiều lỗ với đường kính mỗi lỗ 1mm

Trang 38

3.3.2 Dụng cụ, thiết bị nghiên cứu

3.4 Phương pháp nghiên cứu

3.4.1 Chuẩn bị mẫu nước thải

Mẫu nước thải nhiễm dầu được lấy về đem đi phân tích các chỉ tiêu trước khi chạy

Trang 39

COD (mgO2/l) BOD (mgO2/l)

N tổng (mg/l)

P tổng (mg/l) Dầu mỡ khoáng (mg/l)

a) Chỉ tiêu pH

Cách tiến hành:

- Rửa điện cực bằng nước cất, dùng dung dịch chuẩn pH = 7 để chỉnh máy

- Rửa điện cực bằng nước cất, lau khô, dùng dung dịch chuẩn pH = 4 để rửa máy

- Rửa lại điện cực, lau khô, cho mẫu nước vào đo, đọc kết quả trên máy khi tín hiệu ổn định trong 30 giây

Dung dịch chuẩn K2Cr2O7 0,0417M: Hòa tan 12,259g K2Cr2O7 ( đã sấy ở 105oC trong 2 giờ) trong nước cất và định mức thành 1 lít

Acid sulfuric reagent: Cân 5,5g Ag2SO4 trong 1 kg H2SO4 đậm đặc (d = 1,84), để 1÷2 ngày để hòa tan hoàn toàn

Trang 40

Chỉ thị màu Ferroin: Hòa tan hoàn toàn 1,485g 1,1– phenanthroline monohydrate

và thêm 0,695g FeSO4.7H2O trong nước cất và định mức thành 100ml (khi hai chất này trộn lẫn với nhau thì dung dịch chỉ thị sẽ tan hoàn toàn và có màu đỏ)

Dung dịch FAS 0,1M: Hòa tan 39,2g FAS trong một ít nước cất, thêm vào 20ml

Tổng thể tích (ml)

Để nguội ống đến nhiệt độ phòng và thêm 0,05÷ 0,10 ml (1÷ 2 giọt) chỉ thị ferroin

và chuẩn độ với FAS Để kết thúc phản ứng chuẩn độ, dung dịch chuyển từ màu vàng sang màu nâu đỏ

Các tiến hành:

Phương pháp đun hoàn lưu kín (với mẫu có COD > 50mg O2/l):

Rửa sạch ống nghiệm có vặn kín với H2SO4 20% trước khi sử dụng Chọn thể tích mẫu và thể tích hóa chất dùng tương ứng như bảng trên

Cho mẫu vào ống nghiệm, thêm dung dịch K2Cr2O7 0,0167M vào, cẩn thận thêm

H2SO4 reagent vào bằng cách cho axit chảy từ từ dọc theo thành ống nghiệm Đậy nút vặn ngay, lắc kỹ nhiều lần (cẩn thận vì phản ứng sinh nhiệt), đặt ống nghiệm vào giá inox và cho vào tủ sấy ở nhiệt độ 150oC trong 2 giờ Để nguội đến nhiệt độ phòng, đổ

Định dạng
Số trang	85
Dung lượng	1,21 MB