Khả năng phân hủy dầu mỏ và các sản phẩm dầu mỏ

Khả năng phân hủy dầu mỏ và các sản phẩm dầu mỏ.

Tạp chí Hóa học, T 43 (2), Tr 210 - 214, 2005

Khả năng phân hủy dầu mỏ và các sản phẩm dầu

của một số chủng vi khuẩn khử sunfat

Đến Tòa soạn 23-8-2004

Do n Thái Hòa1, Phạm Thị Nhẹ1, Trần Đình Mấn2

1 Khoa Công nghệ Hóa học, Tr$ờng Đại học Bách Khoa H) Nội

2 Viện Công nghệ Sinh học, Viện Khoa học v) Công nghệ Việt Nam

Summary

The sulphate-reducing bacteria (SRB) isolated from Bach Ho oil well (H strain), Thi Nai pond sediments in Quy Nhon (6C) was used to evaluate the degradability of crude oil and oil products The oil samples were treated by specific strains and their combination It was shown that after 3

to 7 weeks of treatment these strains degraded up to 36 - 57% of residual oil, 7 - 12% of crude oil and 19 - 21% of fuel oil (FO) in the medium The oil degradability of all samples increased 3 - 12% in the present of biosurfactants compared to the case without adding biosurfactants

The results of GC-MS analyses of samples before and after treatment by the combination of H+6C strains showed that almost n-alkanes were degraded

I - Mở đầu Trong những năm gần đây, ng nh công

nghiệp dầu khí Việt Nam đang trên đ phát triển

v đem lại những nguồn lợi to lớn cho nền kinh

tế đất n.ớc Trong quá trình khai thác, chế biến

v sử dụng dầu đ6 dẫn đến ô nhiễm môi tr.ờng

n.ớc, đất v không khí Để xử lý ô nhiễm dầu

ng.ời ta đ6 kết hợp các ph.ơng pháp cơ học,

hóa lý v sinh học, trong đó ph.ơng pháp xử lý

bằng phân hủy sinh học đóng vai trò chủ chốt

Ph.ơng pháp phân hủy sinh học không những

giúp l m sạch môi tr.ờng m còn giữ cho môi

tr.ờng sự cân bằng sinh thái Ưu điểm của

ph.ơng pháp xử lý ô nhiễm dầu bằng vi sinh vật

xuất phát từ khả năng sử dụng hiđrocacbon của

vi sinh vật [4]

Để có thể tìm ra đ.ợc giải pháp xử lý kịp

thời khi có sự cố tr n dầu trên biển hoặc xử lý

n.ớc thải của các nh máy lọc dầu thì việc tìm

hiểu sự phân hủy tự nhiên của các vi sinh vật phân lập từ khu vực khai thác dầu khí l vấn đề rất cần thiết

Vi khuẩn khử sunfat (SRB) phân bố rộng r6i trong tự nhiên, đặc biệt l trong các giếng khai thác dầu khí v trầm tích đáy các thủy vực [5 - 8] Cho đến nay, ng.ời ta mới chỉ chú ý đến tác hại của chúng nh l tác nhân chủ yếu gây hiện t.ợng ăn mòn kim loại trong các giếng dầu v các công trình ngầm [9] Khả năng phân hủy dầu v các sản phẩm dầu mỏ của nhóm vi sinh vật n y còn ít đ.ợc quan tâm để hạn chế tác hại của chúng đối với chất l.ợng của dầu mỏ, mặt khác trong một số t.ờng hợp có thể sử dụng l m tác nhân xử lý ô nhiễm dầu [10] Trong b i n y trình b y kết quả đánh giá khả năng phân hủy dầu cặn, dầu thô v dầu nhiên liệu (FO) của các chủng vi khuẩn khử sunfat phân lập từ n.ớc vỉa

mỏ Bạch Hổ v bùn đáy đầm Thị Nại, Quy Nhơn, Bình Định

II - Vật liệu v) ph+ơng pháp

nghiên cứu

1 Vật liệu

- Chủng SRB: Chủng H phân lập từ n.ớc vỉa

mỏ Bạch Hổ [1]; Chủng 6C phân lập từ bùn đáy

đầm Thị Nại, Quy Nhơn, Bình Định [2]

- Chất hoạt động bề mặt sinh học

(CHĐBMSH) do Viện Công nghệ Sinh học,

Viện Khoa học v Công nghệ Việt Nam cung

cấp [3]

- Dầu cặn lấy ở đáy tầu Chí Linh (Bạch Hổ);

Dầu thô khai thác tại mỏ Bạch Hổ; Dầu FO

th.ơng phẩm trên thị tr.ờng

2 Ph ơng pháp nghiên cứu

Xác định khả năng phân hủy dầu của các chủng

vi khuẩn khử sunfat

Các thí nghiệm đ.ợc tiến h nh với ba loại

dầu khác nhau: Dầu thô, dầu cặn v dầu FO bao

gồm các mẫu:

Mẫu Res1: N.ớc nhiễm dầu cặn không bổ

sung vi sinh vật (mẫu đối chứng);

Mẫu Res2: N.ớc nhiễm dầu cặn có bổ sung

3% giống SRB;

Mẫu Res3: N.ớc nhiễm dầu cặn có bổ sung

3% giống SRB v 0,5% CHĐBMSH;

Mẫu CO1: N.ớc nhiễm dầu thô không bổ

sung vi sinh vật (mẫu đối chứng);

Mẫu CO2: N.ớc nhiễm dầu thô có bổ sung

3% giống SRB;

Mẫu CO3: N.ớc nhiễm dầu thô có bổ sung

3% giống SRB v 0,5% CHĐBMSH;

Mẫu FO1: N.ớc nhiễm dầu FO không bổ

sung vi sinh vật (mẫu đối chứng);

Mẫu FO2: N.ớc nhiễm dầu FO có bổ sung

3% giống SRB;

Mẫu FO3: N.ớc nhiễm dầu FO có bổ sung

3% giống SRB v 0,5% CHĐBMSH

Đánh giá khả năng phân hủy dầu của các chủng

SRB

- Xác định h m l.ợng dầu tổng số theo

ph.ơng pháp chiết bằng dung môi diclometan:

Dùng CH2Cl2 hòa tan dầu trong hỗn hợp với

n.ớc Lấy phần nhũ t.ơng giữa dầu v CH2Cl2

phía d.ới; ch.ng cất loại dung môi Dầu thu hồi

đ.ợc xác định bằng ph.ơng pháp trọng l.ợng

- Xác định th nh phần nhóm của dầu bằng ph.ơng pháp sắc ký cột với chất mang l Al2O3 -SiO2

- Xác định th nh phần hiđrocacbon no bằng ph.ơng pháp sắc ký khí/khối phổ trên máy HP 6890; chiều d i cột 30 m, ở nhiệt độ 350°C,

detector ion hóa ngọn lửa (FID)

III - Kết quả v) thảo luận

Để đánh giá khả năng phân hủy dầu mỏ v sản phẩm dầu của các chủng SRB bổ sung một l.ợng dầu v o môi tr.ờng chứa (g/l): (NH4)2SO4 1; KH2PO40,5; FeSO40,2; v NaCl 3 Mẫu đ.ợc lắc định kỳ v xác định h m l.ợng dầu tổng số sau 3, 5 v 7 tuần

Kết quả phân tích đánh giá mức độ phân hủy dầu của chủng H v 6C ở nồng độ dầu 1000 ữ

3000 mg/l đ.ợc trình b y ở bảng 1 v 2

Bảng 1 cho thấy các mẫu đối chứng chỉ có

vi sinh vật sẵn có trong tự nhiên, không bổ sung SRB nên h m l.ợng dầu bị giảm đi ít nhất do quá trình phân hủy tự nhiên đòi hỏi thời gian rất lâu Trong mẫu đối chứng của dầu cặn h m l.ợng dầu bị giảm đi khá mạnh, chứng tỏ trong dầu cặn có mặt các vi sinh vật nội tại có khả năng phân hủy dầu Các mẫu dầu thô v dầu FO

có bổ sung chủng H thì h m l.ợng dầu bị giảm

đi cao hơn nhiều so với mẫu đối chứng Để tăng c.ờng hiệu quả phân hủy dầu của chủng H, đ6 tiến h nh thí nghiệm trên các mẫu dầu có bổ sung CHĐBMSH Kết quả cho thấy h m l.ợng dầu tổng số bị giảm đi cao hơn so với các mẫu dầu không bổ sung CHĐBMSH Đặc biệt đối với mẫu dầu cặn có bổ sung CHĐBMSH thì l.ợng dầu tổng số bị giảm nhiều nhất v đạt

đ.ợc 957 mg/l

Khả năng phân hủy dầu của chủng 6C (bảng 2) t.ơng tự nh chủng H, rất cao đối với dầu cặn Sau 7 tuần xử lý dầu cặn, l.ợng dầu bị phân hủy lên tới 1020 mg/l v đạt đ.ợc 47% ở cùng

điều kiện xử lý, chủng 6C có khả năng phân hủy dầu cặn tốt hơn nhiều so với dầu thô v dầu FO

Bảng 1: Khả năng phân hủy một số loại dầu của chủng H theo thời gian

Mẫu

Res1 2496 68 2,7 2496 83 3,3 2496 100 4,0

A: L$ợng dầu ban đầu, mg/l; B: L$ợng du bị phân hủy, mg/l; C: %dầu bị phân hủy

Bảng 2: Khả năng phân hủy một số loại dầu của chủng 6C theo thời gian

Mẫu

Res1 2496 68 2,7 2496 83 3,3 2496 100 4,0

CO2 2285 80 3,5 2280 114 5,0 1800 126 7,0

CO3 1977 89 4,5 1630 106 6,5 1722 155 9,0

FO1 1833 11 0,6 1636 18 1,1 1600 24 1,5

Ghi chú: Nh$ bảng 1

Trong thực tế xử lý bằng ph.ơng pháp sinh

học cần phối hợp sử dụng nhiều chủng để tăng

khả năng phân hủy ở đây, hỗn hợp hai chủng

6C+H đ.ợc sử dụng để đánh giá khả năng phân

hủy dầu cặn của chúng so với tr.ờng hợp sử

dụng từng chủng riêng biệt Kết quả đ.ợc trình

b y ở bảng 3 cho thấy khi sử dụng hỗn hợp

chủng 6C+H có bổ sung CHĐBMSH thì l.ợng

dầu tổng số bị phân hủy khá cao, lên tới 1047

mg/l v đạt đ.ợc 51%

Các kết quả phân tích ở trên cho thấy khả năng phân hủy dầu cặn của hỗn hợp các chủng SRB (H+6C) tốt hơn so với của đơn chủng, đặc biệt đối với mẫu dầu cặn có bổ sung CHĐBMSH

H m l.ợng dầu ban đầu cũng ảnh h.ởng đến khả năng phân hủy dầu của các chủng SRB Kết quả phân tích l.ợng dầu bị phân hủy bởi các chủng SRB ở nồng độ dầu thấp (< 1000 mg/l)

đ.ợc trình b y ở bảng 4

Bảng 3: Khả năng phân hủy dầu cặn của hỗn hợp chủng 6C+H theo thời gian

Mẫu

Res1 2496 68 2,7 2496 83 3,3 2496 100 4

Ghi chú: Nh$ bảng 1

Bảng 4: Khả năng phân hủy dầu của các chủng SRB sau 7 tuần thí nghiệm

Mẫu

CO1 472 7,1 1,5 472 7,1 1,5 472 7,1 1,5

CO2 483 69 14,3 450 56 12,5 543 70,6 13

Ghi chú: Nh$ bảng 1

Kết quả phân tích ở bảng 4 cho thấy, khi

nồng độ dầu lo6ng hơn thì l.ợng dầu bị các

chủng SRB phân hủy sau 7 tuần cao hơn, đặc

biệt đối với mẫu dầu cặn có bổ sung CHĐBMSH

thì l.ợng dầu bị phân hủy đạt 46 ữ 57% Nh

vậy ở nồng độ dầu thấp thì tốc độ phân hủy dầu

của các chủng SRB tốt hơn so với ở nồng độ dầu

cao, trong đó đơn chủng H có khả năng phân hủy dầu tốt nhất

Mẫu dầu cặn (nồng độ ~ 2000 mg/l) đ.ợc

xử lý bằng hỗn hợp chủng 6C+H có bổ sung CHĐBMSH v đ.a phân tích sắc ký Kết quả

đ.ợc trình b y ở hình 1 v 2

0 3 5 8 10

7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45

Số cacbon

Mẫu Đối chứng Mẫu Thí nghiệm

Hình 1: Phân bố n-parafin (C7- C45) trong dầu cặn sau 7 tuần xử lý

bằng hỗn hợp chủng H+6C

Hình 2: Sắc ký đồ của hiđrocacbon no trong dầu cặn tr.ớc (a) v sau 7 tuần xử lý (b)

bằng hỗn hợp chủng H+6C

(a)

(b)

Sau quá trình xử lý (hình 1), h m l.ợng

hiđrocacbon no mạch d i từ C34 đến C45 giảm

đi, trong khi đó h m l.ợng hiđrocacbon thấp

C13 ữ C21 v C27 ữC33 tăng lên đáng kể Các

hệ số đặc tr.ng của dầu cũng thay đổi (bảng 5)

Bảng 5: Các hệ số đặc tr.ng của dầu

Hệ số

Mẫu đối chứng

Mẫu thí nghiệm

Tổng n-parafin từ

C7ữC45 (TNP), % KL 39,68 41,63

Tổng UCM, % KL 36,85 32,79

UCM/Tổng n-parafin 0,93 0,79

UCM: Hỗn hợp các hợp chất không phân giải đ$ợc;

Pr: Pristan (iso-C17); Phy: Phytan (iso-C18)

Kết Luận

- Từ các mẫu n.ớc vỉa v bùn chúng tôi đ6

phân lập v lựa chọn đ.ợc hai chủng SRB (H v

6C) có khả năng phân hủy dầu cặn, dầu thô v

dầu FO

- Sau 7 tuần thí nghiệm, chủng H có khả

năng phân hủy dầu cặn tốt hơn (đạt 51%) so với

chủng 6C (38%) v hỗn hợp chủng 6C+H

(44%)

- Bổ sung chất hoạt động bề mặt sinh học

l m tăng khả năng phân hủy dầu (từ 6 ữ8% so

với không có CHĐBMSH) v thúc đẩy quá trình

l m sạch môi tr.ờng

Công trình n)y đ$ợc thực hiện nhờ sự trợ

giúp kinh phí của Ch$ơng trình Nh) n$ớc về

nghiên cứu cơ bản trong khoa học tự nhiên

t)i liệu tham khảo

1 Lại Thúy Hiền, Đặng Ph.ơng Nga Tạp chí Sinh học, 20, 37 - 42 (1998)

2 Trần Đình Mấn, Nguyễn Ph.ơng Nhuệ, Nguyễn Kim Thoa, Lại Thuý Hiền Báo cáo khoa học tại Hội nghị to n quốc lần thứ 2 Huế 25-26/7/2003, Nxb Khoa học v Kỹ thuật, 173 - 176 (2003)

3 Trần Đình Mấn, Nguyễn Đình Việt, Lại Thuý Hiền, Do6n Thái Ho , Trịnh Thanh Ph.ơng Kỷ yếu Hội nghị Công nghệ Sinh học to n quốc 2003, Nxb Khoa học v Kỹ thuật, 1.O.12, P 106 - 109 (2003)

4 L Whyte, L Bourrbonniere, C Greer Appl Environ Micrbiol., 63, 9 (1997)

5 L Barton Press, New York, P 243 - 292 (1995)

6 Dang Phuong Nga, Dang Thi Cam Ha, Lai Thuy Hien and Helga Stan-Lotter Anaerobe Taxonomy/Systemastics, 2, P 385 - 392 (1996)

7 F Widdel, N Pfenning Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology, P 663 - 679 (1981)

8 J R Postgate The Sulphate-Reducing Bacteria, University of Sussex, Cambridge University Press (1997)

9 W Hamiton Biofouling and Biocorrosion in Industrial Water System, Springer-Verlag, Berlin, P 187 - 193 (1991)

10 P Rueter, R Rabus, H Wilkes, F Aeckersberg, F Rainey, H Jannasch, F Widdel Nature, Vol 372, P 455 - 458 (1994)