Khả năng phân hủy dầu mỏ và các sản phẩm dầu của một số chủng vi khuẩn khử sunfat

T¹p chÝ Hãa häc, T. 43 (2), Tr. 210 - 214, 2005<br /> <br /> <br /> <br /> Kh¶ n¨ng ph©n hñy dÇu má vµ c¸c s¶n phÈm dÇu<br /> cña mét sè chñng vi khuÈn khö sunfat<br /> §Õn Tßa so¹n 23-8-2004<br /> Do n Th¸i Hßa1, Ph¹m ThÞ NhÑ1, TrÇn §×nh MÊn2<br /> 1<br /> Khoa C«ng nghÖ Hãa häc, Tr$êng §¹i häc B¸ch Khoa H) Néi<br /> 2<br /> ViÖn C«ng nghÖ Sinh häc, ViÖn Khoa häc v) C«ng nghÖ ViÖt Nam<br /> <br /> <br /> Summary<br /> The sulphate-reducing bacteria (SRB) isolated from Bach Ho oil well (H strain), Thi Nai pond<br /> sediments in Quy Nhon (6C) was used to evaluate the degradability of crude oil and oil products.<br /> The oil samples were treated by specific strains and their combination. It was shown that after 3<br /> to 7 weeks of treatment these strains degraded up to 36 - 57% of residual oil, 7 - 12% of crude oil<br /> and 19 - 21% of fuel oil (FO) in the medium. The oil degradability of all samples increased 3 -<br /> 12% in the present of biosurfactants compared to the case without adding biosurfactants.<br /> The results of GC-MS analyses of samples before and after treatment by the combination of<br /> H+6C strains showed that almost n-alkanes were degraded.<br /> <br /> <br /> I - Më ®Çu hiÓu sù ph©n hñy tù nhiªn cña c¸c vi sinh vËt<br /> ph©n lËp tõ khu vùc khai th¸c dÇu khÝ l vÊn ®Ò<br /> Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, ng nh c«ng rÊt cÇn thiÕt.<br /> nghiÖp dÇu khÝ ViÖt Nam ®ang trªn ® ph¸t triÓn Vi khuÈn khö sunfat (SRB) ph©n bè réng r6i<br /> v ®em l¹i nh÷ng nguån lîi to lín cho nÒn kinh trong tù nhiªn, ®Æc biÖt l trong c¸c giÕng khai<br /> tÕ ®Êt n.íc. Trong qu¸ tr×nh khai th¸c, chÕ biÕn th¸c dÇu khÝ v trÇm tÝch ®¸y c¸c thñy vùc [5 -<br /> v sö dông dÇu ®6 dÉn ®Õn « nhiÔm m«i tr.êng 8]. Cho ®Õn nay, ng.êi ta míi chØ chó ý ®Õn t¸c<br /> n.íc, ®Êt v kh«ng khÝ. §Ó xö lý « nhiÔm dÇu h¹i cña chóng nh. l t¸c nh©n chñ yÕu g©y hiÖn<br /> ng.êi ta ®6 kÕt hîp c¸c ph.¬ng ph¸p c¬ häc, t.îng ¨n mßn kim lo¹i trong c¸c giÕng dÇu v<br /> hãa lý v sinh häc, trong ®ã ph.¬ng ph¸p xö lý c¸c c«ng tr×nh ngÇm [9]. Kh¶ n¨ng ph©n hñy<br /> b»ng ph©n hñy sinh häc ®ãng vai trß chñ chèt. dÇu v c¸c s¶n phÈm dÇu má cña nhãm vi sinh<br /> Ph.¬ng ph¸p ph©n hñy sinh häc kh«ng nh÷ng vËt n y cßn Ýt ®.îc quan t©m ®Ó h¹n chÕ t¸c h¹i<br /> gióp l m s¹ch m«i tr.êng m cßn gi÷ cho m«i cña chóng ®èi víi chÊt l.îng cña dÇu má, mÆt<br /> tr.êng sù c©n b»ng sinh th¸i. ¦u ®iÓm cña kh¸c trong mét sè t.êng hîp cã thÓ sö dông l m<br /> ph.¬ng ph¸p xö lý « nhiÔm dÇu b»ng vi sinh vËt t¸c nh©n xö lý « nhiÔm dÇu [10]. Trong b i n y<br /> xuÊt ph¸t tõ kh¶ n¨ng sö dông hi®rocacbon cña tr×nh b y kÕt qu¶ ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng ph©n hñy<br /> vi sinh vËt [4]. dÇu cÆn, dÇu th« v dÇu nhiªn liÖu (FO) cña c¸c<br /> §Ó cã thÓ t×m ra ®.îc gi¶i ph¸p xö lý kÞp chñng vi khuÈn khö sunfat ph©n lËp tõ n.íc vØa<br /> thêi khi cã sù cè tr n dÇu trªn biÓn hoÆc xö lý má B¹ch Hæ v bïn ®¸y ®Çm ThÞ N¹i, Quy<br /> n.íc th¶i cña c¸c nh m¸y läc dÇu th× viÖc t×m Nh¬n, B×nh §Þnh.<br /> <br /> <br /> 210<br />  II - VËt liÖu v) ph+¬ng ph¸p n.íc. LÊy phÇn nhò t.¬ng gi÷a dÇu v CH2Cl2<br /> nghiªn cøu phÝa d.íi; ch.ng cÊt lo¹i dung m«i. DÇu thu håi<br /> ®.îc x¸c ®Þnh b»ng ph.¬ng ph¸p träng l.îng.<br /> 1. VËt liÖu - X¸c ®Þnh th nh phÇn nhãm cña dÇu b»ng<br /> - Chñng SRB: Chñng H ph©n lËp tõ n.íc vØa ph.¬ng ph¸p s¾c ký cét víi chÊt mang l Al2O3 -<br /> má B¹ch Hæ [1]; Chñng 6C ph©n lËp tõ bïn ®¸y SiO2.<br /> ®Çm ThÞ N¹i, Quy Nh¬n, B×nh §Þnh [2]. - X¸c ®Þnh th nh phÇn hi®rocacbon no b»ng<br /> - ChÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt sinh häc ph.¬ng ph¸p s¾c ký khÝ/khèi phæ trªn m¸y HP<br /> (CH§BMSH) do ViÖn C«ng nghÖ Sinh häc, 6890; chiÒu d i cét 30 m, ë nhiÖt ®é 350°C,<br /> ViÖn Khoa häc v C«ng nghÖ ViÖt Nam cung detector ion hãa ngän löa (FID).<br /> cÊp [3].<br /> - DÇu cÆn lÊy ë ®¸y tÇu ChÝ Linh (B¹ch Hæ); III - KÕt qu¶ v) th¶o luËn<br /> DÇu th« khai th¸c t¹i má B¹ch Hæ; DÇu FO<br /> th.¬ng phÈm trªn thÞ tr.êng. §Ó ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng ph©n hñy dÇu má v<br /> 2. Ph ¬ng ph¸p nghiªn cøu s¶n phÈm dÇu cña c¸c chñng SRB bæ sung mét<br /> l.îng dÇu v o m«i tr.êng chøa (g/l): (NH4)2SO4<br /> X¸c ®Þnh kh¶ n¨ng ph©n hñy dÇu cña c¸c chñng 1; KH2PO4 0,5; FeSO4 0,2; v NaCl 3. MÉu ®.îc<br /> vi khuÈn khö sunfat l¾c ®Þnh kú v x¸c ®Þnh h m l.îng dÇu tæng sè<br /> C¸c thÝ nghiÖm ®.îc tiÕn h nh víi ba lo¹i sau 3, 5 v 7 tuÇn.<br /> dÇu kh¸c nhau: DÇu th«, dÇu cÆn v dÇu FO bao KÕt qu¶ ph©n tÝch ®¸nh gi¸ møc ®é ph©n hñy<br /> gåm c¸c mÉu: dÇu cña chñng H v 6C ë nång ®é dÇu 1000 ÷<br /> MÉu Res1: N.íc nhiÔm dÇu cÆn kh«ng bæ 3000 mg/l ®.îc tr×nh b y ë b¶ng 1 v 2.<br /> sung vi sinh vËt (mÉu ®èi chøng); B¶ng 1 cho thÊy c¸c mÉu ®èi chøng chØ cã<br /> MÉu Res2: N.íc nhiÔm dÇu cÆn cã bæ sung vi sinh vËt s½n cã trong tù nhiªn, kh«ng bæ sung<br /> 3% gièng SRB; SRB nªn h m l.îng dÇu bÞ gi¶m ®i Ýt nhÊt do<br /> MÉu Res3: N.íc nhiÔm dÇu cÆn cã bæ sung qu¸ tr×nh ph©n hñy tù nhiªn ®ßi hái thêi gian rÊt<br /> 3% gièng SRB v 0,5% CH§BMSH; l©u. Trong mÉu ®èi chøng cña dÇu cÆn h m<br /> MÉu CO1: N.íc nhiÔm dÇu th« kh«ng bæ l.îng dÇu bÞ gi¶m ®i kh¸ m¹nh, chøng tá trong<br /> sung vi sinh vËt (mÉu ®èi chøng); dÇu cÆn cã mÆt c¸c vi sinh vËt néi t¹i cã kh¶<br /> n¨ng ph©n hñy dÇu. C¸c mÉu dÇu th« v dÇu FO<br /> MÉu CO2: N.íc nhiÔm dÇu th« cã bæ sung cã bæ sung chñng H th× h m l.îng dÇu bÞ gi¶m<br /> 3% gièng SRB; ®i cao h¬n nhiÒu so víi mÉu ®èi chøng. §Ó t¨ng<br /> MÉu CO3: N.íc nhiÔm dÇu th« cã bæ sung c.êng hiÖu qu¶ ph©n hñy dÇu cña chñng H, ®6<br /> 3% gièng SRB v 0,5% CH§BMSH; tiÕn h nh thÝ nghiÖm trªn c¸c mÉu dÇu cã bæ<br /> MÉu FO1: N.íc nhiÔm dÇu FO kh«ng bæ sung CH§BMSH. KÕt qu¶ cho thÊy h m l.îng<br /> sung vi sinh vËt (mÉu ®èi chøng); dÇu tæng sè bÞ gi¶m ®i cao h¬n so víi c¸c mÉu<br /> dÇu kh«ng bæ sung CH§BMSH. §Æc biÖt ®èi<br /> MÉu FO2: N.íc nhiÔm dÇu FO cã bæ sung<br /> 3% gièng SRB; víi mÉu dÇu cÆn cã bæ sung CH§BMSH th×<br /> l.îng dÇu tæng sè bÞ gi¶m nhiÒu nhÊt v ®¹t<br /> MÉu FO3: N.íc nhiÔm dÇu FO cã bæ sung ®.îc 957 mg/l.<br /> 3% gièng SRB v 0,5% CH§BMSH.<br /> Kh¶ n¨ng ph©n hñy dÇu cña chñng 6C (b¶ng<br /> §¸nh gi¸ kh¶ n¨ng ph©n hñy dÇu cña c¸c chñng 2) t.¬ng tù nh. chñng H, rÊt cao ®èi víi dÇu<br /> SRB cÆn. Sau 7 tuÇn xö lý dÇu cÆn, l.îng dÇu bÞ ph©n<br /> - X¸c ®Þnh h m l.îng dÇu tæng sè theo hñy lªn tíi 1020 mg/l v ®¹t ®.îc 47%. ë cïng<br /> ph.¬ng ph¸p chiÕt b»ng dung m«i diclometan: ®iÒu kiÖn xö lý, chñng 6C cã kh¶ n¨ng ph©n hñy<br /> Dïng CH2Cl2 hßa tan dÇu trong hçn hîp víi dÇu cÆn tèt h¬n nhiÒu so víi dÇu th« v dÇu FO.<br /> 211<br />  B¶ng 1: Kh¶ n¨ng ph©n hñy mét sè lo¹i dÇu cña chñng H theo thêi gian<br /> MÉu 3 tuÇn 5 tuÇn 7 tuÇn<br /> dÇu A B C A B C A B C<br /> Res1 2496 68 2,7 2496 83 3,3 2496 100 4,0<br /> Res2 1743 488 28,0 2045 634 31,0 2308 860 36,0<br /> Res3 1603 497 31,0 1814 762 42,0 1993 957 48,0<br /> CO1 2016 9 0,4 2166 13 0,6 2000 16 0,8<br /> CO2 2072 75 3,6 2566 231 9,0 2100 252 12,0<br /> CO3 1800 90 5,0 2036 224 11,0 1940 291 15,0<br /> FO1 1833 11 0,6 1636 18 1,1 1600 24 1,5<br /> FO2 1487 120 8,1 2631 500 19,0 2543 534 21,0<br /> FO3 1333 121 9,1 2739 630 23,0 2626 710 27,0<br /> A: L$îng dÇu ban ®Çu, mg/l; B: L$îng du bÞ ph©n hñy, mg/l; C: %dÇu bÞ ph©n hñy.<br /> <br /> B¶ng 2: Kh¶ n¨ng ph©n hñy mét sè lo¹i dÇu cña chñng 6C theo thêi gian<br /> MÉu 3 tuÇn 5 tuÇn 7 tuÇn<br /> dÇu A B C A B C A B C<br /> Res1 2496 68 2,7 2496 83 3,3 2496 100 4,0<br /> Res2 1712 428 24,0 2245 696 31,0 1947 740 38,0<br /> Res3 2309 739 32,0 2143 750 35,0 2170 1020 47,0<br /> CO1 2016 9 0,4 2166 13 0,6 2000 16 0,8<br /> CO2 2285 80 3,5 2280 114 5,0 1800 126 7,0<br /> CO3 1977 89 4,5 1630 106 6,5 1722 155 9,0<br /> FO1 1833 11 0,6 1636 18 1,1 1600 24 1,5<br /> FO2 2425 291 12,0 2662 426 16,0 2605 495 19,0<br /> FO3 2200 330 15,0 2554 562 22,0 2412 580 24,0<br /> Ghi chó: Nh$ b¶ng 1.<br /> <br /> Trong thùc tÕ xö lý b»ng ph.¬ng ph¸p sinh C¸c kÕt qu¶ ph©n tÝch ë trªn cho thÊy kh¶<br /> häc cÇn phèi hîp sö dông nhiÒu chñng ®Ó t¨ng n¨ng ph©n hñy dÇu cÆn cña hçn hîp c¸c chñng<br /> kh¶ n¨ng ph©n hñy. ë ®©y, hçn hîp hai chñng SRB (H+6C) tèt h¬n so víi cña ®¬n chñng, ®Æc<br /> 6C+H ®.îc sö dông ®Ó ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng ph©n biÖt ®èi víi mÉu dÇu cÆn cã bæ sung<br /> hñy dÇu cÆn cña chóng so víi tr.êng hîp sö CH§BMSH.<br /> dông tõng chñng riªng biÖt. KÕt qu¶ ®.îc tr×nh H m l.îng dÇu ban ®Çu còng ¶nh h.ëng ®Õn<br /> b y ë b¶ng 3 cho thÊy khi sö dông hçn hîp kh¶ n¨ng ph©n hñy dÇu cña c¸c chñng SRB. KÕt<br /> chñng 6C+H cã bæ sung CH§BMSH th× l.îng qu¶ ph©n tÝch l.îng dÇu bÞ ph©n hñy bëi c¸c<br /> dÇu tæng sè bÞ ph©n hñy kh¸ cao, lªn tíi 1047 chñng SRB ë nång ®é dÇu thÊp (< 1000 mg/l)<br /> mg/l v ®¹t ®.îc 51%. ®.îc tr×nh b y ë b¶ng 4.<br /> <br /> B¶ng 3: Kh¶ n¨ng ph©n hñy dÇu cÆn cña hçn hîp chñng 6C+H theo thêi gian<br /> MÉu 3 tuÇn 5 tuÇn 7 tuÇn<br /> dÇu A B C A B C A B C<br /> Res1 2496 68 2,7 2496 83 3,3 2496 100 4<br /> Res3 2083 750 36,0 1907 820 43,0 2053 1047 51<br /> Ghi chó: Nh$ b¶ng 1.<br /> <br /> 212<br />  B¶ng 4: Kh¶ n¨ng ph©n hñy dÇu cña c¸c chñng SRB sau 7 tuÇn thÝ nghiÖm<br /> MÉu Chñng H Chñng 6C Chñng 6C+H<br /> dÇu A B C A B C A B C<br /> Res1 590 20 3,5 590 20 3,5 590 20 3,5<br /> Res2 561 286 51 534 203 38,0 531 233 44<br /> Res3 753 429 57 681 313 46,0 534 272 51<br /> CO1 472 7,1 1,5 472 7,1 1,5 472 7,1 1,5<br /> CO2 483 69 14,3 450 56 12,5 543 70,6 13<br /> CO3 804 130 16,2 549 88 16,0 456 73 16<br /> Ghi chó: Nh$ b¶ng 1.<br /> <br /> KÕt qu¶ ph©n tÝch ë b¶ng 4 cho thÊy, khi cao, trong ®ã ®¬n chñng H cã kh¶ n¨ng ph©n<br /> nång ®é dÇu lo6ng h¬n th× l.îng dÇu bÞ c¸c hñy dÇu tèt nhÊt.<br /> chñng SRB ph©n hñy sau 7 tuÇn cao h¬n, ®Æc<br /> biÖt ®èi víi mÉu dÇu cÆn cã bæ sung CH§BMSH MÉu dÇu cÆn (nång ®é ~ 2000 mg/l) ®.îc<br /> th× l.îng dÇu bÞ ph©n hñy ®¹t 46 ÷ 57%. Nh. xö lý b»ng hçn hîp chñng 6C+H cã bæ sung<br /> vËy ë nång ®é dÇu thÊp th× tèc ®é ph©n hñy dÇu CH§BMSH v ®.a ph©n tÝch s¾c ký. KÕt qu¶<br /> cña c¸c chñng SRB tèt h¬n so víi ë nång ®é dÇu ®.îc tr×nh b y ë h×nh 1 v 2.<br /> 10<br /> MÉu §èi chøng MÉu ThÝ nghiÖm<br /> <br /> 8<br /> %KL<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 5<br /> <br /> <br /> 3<br /> <br /> <br /> 0<br /> 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45<br /> Sè cacbon<br /> <br /> H×nh 1: Ph©n bè n-parafin (C7- C45) trong dÇu cÆn sau 7 tuÇn xö lý<br /> b»ng hçn hîp chñng H+6C<br /> <br /> <br /> <br /> (a)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> (b)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> H×nh 2: S¾c ký ®å cña hi®rocacbon no trong dÇu cÆn tr.íc (a) v sau 7 tuÇn xö lý (b)<br /> b»ng hçn hîp chñng H+6C<br /> 213<br />  Sau qu¸ tr×nh xö lý (h×nh 1), h m l.îng nghiªn cøu c¬ b¶n trong khoa häc tù nhiªn.<br /> hi®rocacbon no m¹ch d i tõ C34 ®Õn C45 gi¶m<br /> ®i, trong khi ®ã h m l.îng hi®rocacbon thÊp t)i liÖu tham kh¶o<br /> C13 ÷ C21 v C27 ÷ C33 t¨ng lªn ®¸ng kÓ. C¸c<br /> hÖ sè ®Æc tr.ng cña dÇu còng thay ®æi (b¶ng 5). 1. L¹i Thóy HiÒn, §Æng Ph.¬ng Nga. T¹p chÝ<br /> Sinh häc, 20, 37 - 42 (1998).<br /> B¶ng 5: C¸c hÖ sè ®Æc tr.ng cña dÇu 2. TrÇn §×nh MÊn, NguyÔn Ph.¬ng NhuÖ,<br /> MÉu ®èi MÉu thÝ NguyÔn Kim Thoa, L¹i Thuý HiÒn. B¸o c¸o<br /> HÖ sè chøng nghiÖm khoa häc t¹i Héi nghÞ to n quèc lÇn thø 2.<br /> HuÕ 25-26/7/2003, Nxb. Khoa häc v Kü<br /> Pr/Phy 1,94 2,05 thuËt, 173 - 176 (2003).<br /> Pr/nC17 0,48 0,50 3. TrÇn §×nh MÊn, NguyÔn §×nh ViÖt, L¹i<br /> Phy/nC18 0,25 0,25 Thuý HiÒn, Do6n Th¸i Ho , TrÞnh Thanh<br /> Tæng n-parafin tõ Ph.¬ng. Kû yÕu Héi nghÞ C«ng nghÖ Sinh<br /> C7÷C45 (TNP), % KL 39,68 41,63 häc to n quèc 2003, Nxb. Khoa häc v Kü<br /> Tæng UCM, % KL 36,85 32,79 thuËt, 1.O.12, P. 106 - 109 (2003).<br /> UCM/Tæng n-parafin 0,93 0,79 4. L. Whyte, L. Bourrbonniere, C. Greer. Appl.<br /> Environ. Micrbiol., 63, 9 (1997).<br /> UCM: Hçn hîp c¸c hîp chÊt kh«ng ph©n gi¶i ®$îc;<br /> Pr: Pristan (iso-C17); Phy: Phytan (iso-C18). 5. L. Barton. Press, New York, P. 243 - 292<br /> (1995).<br /> KÕt LuËn 6. Dang Phuong Nga, Dang Thi Cam Ha, Lai<br /> Thuy Hien and Helga Stan-Lotter. Anaerobe<br /> - Tõ c¸c mÉu n.íc vØa v bïn chóng t«i ®6 Taxonomy/Systemastics, 2, P. 385 - 392<br /> ph©n lËp v lùa chän ®.îc hai chñng SRB (H v (1996).<br /> 6C) cã kh¶ n¨ng ph©n hñy dÇu cÆn, dÇu th« v 7. F. Widdel, N. Pfenning. Bergey’s Manual of<br /> dÇu FO. Systematic Bacteriology, P. 663 - 679<br /> - Sau 7 tuÇn thÝ nghiÖm, chñng H cã kh¶ (1981).<br /> n¨ng ph©n hñy dÇu cÆn tèt h¬n (®¹t 51%) so víi 8. J. R. Postgate. The Sulphate-Reducing<br /> chñng 6C (38%) v hçn hîp chñng 6C+H Bacteria, University of Sussex, Cambridge<br /> (44%). University Press (1997).<br /> - Bæ sung chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt sinh häc 9. W. Hamiton. Biofouling and Biocorrosion in<br /> l m t¨ng kh¶ n¨ng ph©n hñy dÇu (tõ 6 ÷ 8% so Industrial Water System, Springer-Verlag,<br /> víi kh«ng cã CH§BMSH) v thóc ®Èy qu¸ tr×nh Berlin, P. 187 - 193 (1991).<br /> l m s¹ch m«i tr.êng. 10. P. Rueter, R. Rabus, H. Wilkes, F.<br /> Aeckersberg, F. Rainey, H. Jannasch, F.<br /> C«ng tr×nh n)y ®$îc thùc hiÖn nhê sù trî Widdel. Nature, Vol. 372, P. 455 - 458<br /> gióp kinh phÝ cña Ch$¬ng tr×nh Nh) n$íc vÒ (1994).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 214<br />