BÁO CÁO XỬ LÝ BÙN Ô NHIỄM DẦU

PHẦN 2: NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU
1.1. ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN KÊNH TÂN HÓA – LÒ GỐM
1.2. BÙN Ô NHIỄM DẦU KHOÁNG KÊNH TÂN HÓA – LÒ GỐM
1.2.1. Hiện trạng ô nhiễm dầu kênh Tân Hóa - Lò Gốm, cầu Hậu Giang
Hiện trạng ô nhiễm dầu khoáng ở các kênh rạch Thành phố chưa được quan tâm
đánh giá mức độ ô nhiễm cũng như nguồn gốc chất ô nhiễm. Theo khảo sát về bùn ô
nhiễm ở các kênh rạch Thành phố Hồ Chí Minh của tiến só Lê Phi Nga và cộng sự
trong đề tài “Chất hoạt động bề mặt sinh học sinh ra từ chủng vi khuẩn phân hủy dầu
SG7 và khả năng sử dụng trong xử lý bùn ô nhiễm dầu và kim loại nặng quy mô phòng
thí nghiệm”. Tác giả đã xác đònh được bùn của nhiều kênh rạch Thành phố bò ô nhiễm
dầu. Trong đó, kênh Tân Hóa – Lò Gốm có hàm lượng dầu khoáng được xác đònh ở 2
vò trí: cầu Hậu Giang (4330 mg/kg) và cầu Hòa Bình (4270 mg/kg) là nhiều so với các
vò trí ở các kênh rạch khác trong Thành phố[4].
Bảng 1.1: Hàm lượng dầu khoáng khảo sát các kênh rạch Thành phố [4].
KÊNH RẠCH HÀM LƯNG DẦU (mg/kg)
Bình Tây
THLG – Hậu Giang
Cảng Sài Gòn
THLG – Hòa Bình
Cầu Chữ Y
Cầu Điện Biên Phủ
Tân Thuận
Cầu Tham Lương
Nguyễn Tri Phương
Cầu Công Lý
2570
4330
1310
4270
900

1540
1740
2480
2860
4550
Nguồn: Ts. Lê Phi Nga
1
1.2.2. Nguyên nhân ô nhiễm
Hiện nay, vấn đề bùn ô nhiễm dầu ở các kênh rạch Thành phố vẫn chưa được
quan tâm, chưa có những nghiên cứu về thành phần, hàm lượng và nguồn gốc gây ô
nhiễm. Những hoạt động có khả năng gây ô nhiễm dầu khoáng đối với hệ thống kênh
Tân Hóa – Lò Gốm bao gồm:
- Các công ty, xí nghiệp nhỏ hoạt động ven kênh có thể trong quá trình
hoạt động sản xuất có sử dụng dầu khoáng và thải bỏ ra kênh rạch. Những hoạt
động sản xuất ven kênh có thể là nguyên nhân gây ô nhiễm dầu khoáng: vận
chuyển hàng hóa, hành khách, sản xuất khuôn mẫu, sửa xe…
- Do mưa cuốn trôi dầu hay từ các cửa cống xả thải vào kênh, hệ thống
kênh Tân Hóa – Lò Gốm là điểm cuối của các hệ thống cống của các quận lân cận
và quận 6 xả thải. Nhìn chung, bùn kênh Tân Hóa-Lò Gốm, cầu Hậu Giang ô nhiễm
dầu chủ yếu là dầu khoáng đã qua sử dụng.

Hình 1.2: Kênh Tân Hóa – Lò Gốm, vò trí cầu Hậu Giang.
Thành phần hydrocacbon của dầu khoáng trong bùn ô nhiễm chủ yếu gồm 4
nhóm chính:
- Hydrocacbon mạch thẳng (parafin) bao gồm hai loại hydrocacbon mạch
thẳng và mạch nhánh, chúng có số nguyên tử cacbon từ C
1
đến C
45
.

2
- Hydrocacbon mạch vòng bao gồm naphtenic (vòng no) và aromatic
(vòng thơm- PAHs). Các hydrocacbon trong dầu được quan tâm xử lý chủ yếu là
PAHs vì độc tính đến môi trường và hệ sinh thái, và có thể tồn tại trong đất đến 30
năm [18].
- Resin (nhựa)
- Và asphatenes là những chất chứa đồng thời các nguyên tố C, H, O,
N, S có phân tử lượng rất lớn (500 đến 600 đơn vò cacbon trở lên).

3
Hình1.3: Công thức cấu tạo của các hydrocacbon trong dầu khoáng [29]
Hydrocacbon mạch thẳng phân tử lượng thấp, dễ phân hủy có hàm lượng thấp
trong dầu (khoảng 20%), các hydrocacbon khó phân hủy bao gồm hydrocacbon mạch
vòng (hơn 40%), còn lại resin và asphatenes [7], [28].
Bên cạnh ô nhiễm dầu khoáng thì ô nhiễm kim loại nặng và hợp chất hữu cơ khó
phân hủy khác như các hợp chất có chứa halogen (Polychlorinated biphenyls - PCBs,
Dichloro-Diphenyl-Trichloroethane-DDT…) trong bùn kênh cũng có mối liên hệ đến
quá trình xử lý bùn ô nhiễm dầu khoáng. Độc tính của chúng có thể là nguyên nhân
kìm hãm sự sinh trưởng và phát triển của hệ VSV phân hủy dầu [4], [31], [33].
1.3. ẢNH HƯỞNG CỦA BÙN Ô NHIỄM DẦU ĐẾN MÔI TRƯỜNG
Do Thành Phố chưa quan tâm hay còn đang nghiên cứu đến vấn đề xử lý bùn
thải cũng như thành phần các chất nguy hại có trong bùn, thì bùn thải chỉ được đem đi
đổ tập trung, san lấp mặt bằng hay làm đường… không qua xử lý, nên các chất ô
nhiễm gây nguy hại cho con người và môi trường. Các hydrocacbon khó phân hủy
(C
10
-C
32
) tồn tại rất lâu trong đất (hơn 30 năm). Do cấu tạo phức tạp của các
hydrocacbon trong bùn ô nhiễm dầu màø ảnh hưởng đến động thực vật và con người

khu vực thải bùn cũng như khu vực kênh ô nhiễm [18], [32], [34].
1.3.1. Ô nhiễm bùn – nước
Hầu như không có hệ thống kênh rạch của Thành phố chúng ta mà không bò ô
nhiễm. Các kênh rạch bò ô nhiễm nặng hay “Chết” do tác động của con người vào
chủ yếu từ nước thải và rác thải. Thành phần các chất ô nhiễm trong rác thải và nước
thải cho vào kênh rạch có chứa nhiều chất độc gây nguy hại cho động vật và thực vật
thủy sinh lẫn trên cạn. Nhìn chung, các chất gây ô nhiễm chủ yếu: kim loại nặng,
những chất hữu cơ khó phân hủy (trong đó có dầu khoáng), hay những chất dễ phân
hủy nhưng với hàm lượng lớn cũng gây độc cho môi trường. Hàm lượng DO trong
kênh Tân Hóa- Lò Gốm hầu như bằng không, cho nên ngoài ô nhiễm làm cho động
4
vật thủy sinh không tồn tại được thì mùi hôi thối còn ảnh hưởng đến con người và mỹ
quan khu vực.
Dầu khoáng cũng là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm kênh rạch, có
thể khẳng đònh rằng không có động thực vật thủy sinh nào có thể sống trong hệ thống
kênh Tân Hóa – Lò Gốm ngoại trừ các VSV. Dầu khoáng xâm nhập vào kênh theo
nhiều con đường, nhưng nước kênh pha loãng và phân tán dầu tới nhiều vò trí. Những
hydrocacbon phân đoạn nhẹ có thể bay hơi và phân tán mạnh trong giai đoạn này.
Những hydrocacbon còn lại sẽ lắng xuống đáy và liên kết với bùn tạo thành hỗn hợp
dầu-bùn khó phân hủy và gây ô nhiễm hệ sinh thái kênh rạch.
Ô nhiễm dầu góp phần làm môi trường kênh rạch càng ô nhiễm trầm trọng hơn.
Góp phần tạo nên môi trường hầu như kỵ khí phía dưới mặt nước và mùi hôi vô cùng
khó chòu. Nếu bùn kênh không được xử lý tốt các nguyên nhân gây ô nhiễm thì sau
một thời gian nạo vét kênh, bùn thải là nỗi kinh hoàng cho môi trường khu vực thải bỏ
bùn. [31], [32], [33]
1.3.2. Ảnh hưởng của dầu đến khu vực thải bỏ bùn
Bùn thải kênh rạch thành phố chủ yếu là kỵ khí nên mùi hôi thối khi thải bỏ làm
ảnh hưởng đến người dân và môi trường khu vực. Bên cạnh đó thành phần các chất ô
nhiễm trong bùn đa dạng và nguy hiểm tới con người và môi trường. Thành phần các
chất trong bùn thường là các kim loại nặng và các hợp chất hữu cơ bao gồm dầu

khoáng. Những hợp chất này gây nguy hiểm cho môi trường trên mặt đất ngay sau khi
bùn được thải bỏ. Khi thấm vào đất chúng có khả năng làm ô nhiễm nguồn nước
ngầm.
Khi trên bề mặt có một lớp dầu bao phủ, dù rất mỏng, chỉ 0,2 – 0,5 mm, cũng đủ
làm cho môi trường đất bò “ngạt thở”, thiếu không khí, vì các quá trình trao đổi khí bò
cắt đứt. Kết quả là các sinh vật (VSV, động thực vật) đều bò thiếu oxy, dẫn đến chết.
5
Lớp dầu này cũng ngăn quá trình trao đổi năng lượng mặt trời của môi trường đất. Khi
dầu thấm vào trong đất, chúng là một chất kò nước nên đẩy nước ra ngoài, làm cho
môi trường đất bò thiếu nước.
Khi dầu xâm nhập vào đất, chúng làm thay đổi kết cấu, đặc tính lý học và hóa
học của đất. Chúng biến các hạt keo thành “trơ”; không có khả năng hấp phụ trao
đổi, dung dòch đất trở nên ưa dầu và kò nước, mất tính đệm, tính oxy hóa; độ dẫn điện
và dẫn nhiệt thay đổi. Tính trương co, tính dẻo, tính dính giảm thiểu.
Dầu thấm qua đất đến mạch nước ngầm sẽ làm ô nhiễm, gây hại nguồn nước
ngầm. Dầu là những hợp chất hữu cơ cao phân tử có đặc tính diệt sinh vật. Vì vậy, bất
cứ ở đâu khi có dầu thấm vào môi trường đất, chúng đều tiêu diệt một cách trực tiếp
hầu hết các thực vật, động vật, nhất là VSV (trừ một số VSV ăn được dầu).
Rõ ràng tác hại của dầu là rất lớn, có thể biến đất thành đất chết [6],[32],[34].
1.3.3. Ảnh hưởng đến hệ sinh thái
Do tính chất hóa học và lý học của dầu mà mức độ ảnh hưởng của chúng đến
hệ sinh thái khác nhau. Các loại dầu nhẹ sẽ gây chết hệ động vật và tác động tới sinh
trưởng và sinh sản của cây, các lọai dầu nặng sẽ gây chết cây dẫn đến sự thay đổi
vónh viễn môi trường. Sự ô nhiễm dầu kéo dài sẽ ảnh hưởng đến sự ổn đònh của hệ
sinh thái, đặc biệt là hệ thực vật và hệ động vật cư trú ở đó.
Ảnh hưởng của dầu lên môi trường sống gây ra bởi tính chất lý học, hóa học.
Độc tính và sự tích tụ gây nguy hiểm với sự sống là chất tồn dư bền của dầu và dạng
nhũ hóa. Động vật có vú, rùa, chim ăn vào gây ảnh hưởng tùy theo mức độ. Dầu còn
ảnh hưởng đến mỗi cấp trong chuỗi thức ăn, những động vật lớn hơn trong chuỗi thức
ăn bao gồm: động vật và con người có thể ăn những thức ăn bò nhiễm hay tích lũy dầu

mà bò nhiễm qua con đường tiêu hóa. [6]
6
Hình 1.4: Ảnh hưởng của nồng độ hydrcacbon đến hệ sinh thái.
7
Cá và loài hai mảnh vỏ chết
Làm chậm thời gian nở của trứng cá, ảnh hưởng đến nguồn
thức ăn và giới tính của động vật không xương sống, làm
giảm sự sống còn và đẻ trứng của ấu trùng.
nh hưởng gần gây mức tử vong đối với nhiều loài sinh vật
Độc tính đến hầu hết sinh vật trưởng thành
Hệ thực vật biển và loài động vật
thân mềm chết
Loài giáp xác và sinh vật đáy chết
Ảnh hưởng đến sự phát triển của phiêu
sinh vật nước
Tích luỹ trong các loài hai mảnh vỏ
Vi ấu trùng và con non của tất cả các loài bò giết
Ngăn cản sự phát triển của phiêu sinh vật, làm giảm
nguồn thức ăn và làm tăng sự hô hấp ở nhuyễn thể
Giảm nguồn thức ăn và hoạt động trao đổi
chất ở loài chân chèo
1 g/kg
500 ppm
100 ppm
50 ppm
10 ppm
10 ppb
100 ppb
1 ppm
1 ppb

0.1 ppb
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. CÁC NHÓM VI SINH VẬT CÓ KHẢ NĂNG PHÂN HUỶ DẦU KHOÁNG
? 1. Anh (chị) hãy cho biết các nhóm VSV có khả năng phân hủy dầu khống?
2.2. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ PHÂN HỦY SINH HỌC CỦA DẦU
KHOÁNG
2.2.1. Oxy
Trong quá trình phân hủy hydrocacbon ở điều kiện giàu oxy, oxy đóng vai trò
là chất nhận hydro và điện tử cuối cùng. Bên cạnh đó, oxy còn được sử dụng trong
quá trình cacboxyl hóa do enzyme oxygenaza xúc tác. Nhu cầu oxy còn phụ thuộc vào
tốc độ sinh trưởng, khi sinh trưởng chậm thì nhu cầu oxy cũng giảm. Quá trình oxy
hóa hydrocacbon đòi hỏi sự có mặt của phân tử oxy. Bước đầu tiên của quá trình phân
hủy dầu là quá trình oxy hóa các hydrocacbon bởi enzyme oxygenaza có trong vi
khuẩn và nấm.
Nồng độ oxy trong đất cũng phụ thuộc vào hoạt động của vi sinh vật, kết cấu
của đất, độ ẩm và độ sâu. Nồng độ oxy trong đất thấp có thể hạn chế tốc độ xử lý đất
ô nhiễm hydrocacbon dầu mỏ bằng phân hủy sinh học
Quá trình phân huỷ dầu yếm khí diễn ra rất chậm nên việc kích hoạt vi sinh
phân hủy dầu thường được thực hiện ở điều kiện hiếu khí [3],[6],[21],[29].
2.2.2. Nhiệt độ
Nhiệt độ của môi trường ảnh hưởng lên cả đặc tính vật lý của vệt dầu và sự
hoạt động của các loài vi sinh vật. Ở nhiệt độ thấp, sự phân hủy sinh học dầu diễn ra
châïm do độ nhớt của dầu tăng trong khi tính bay hơi của các hydrocacbon trọng lượng
8
phân tử thấp lại giảm. Một vài hydrocacbon dễ hoà tan hơn ở nhiệt độ thấp (ví dụ: các
alkan mạch ngắn), và một số hợp chất thơm có trọng lượng phân tử thấp lại dễ hoà
tan hơn ở nhiệt độ cao hơn.
Sự phân hủy sinh học các hydrocacbon có thể xảy ra ở khoảng nhiệt độ khá
rộng và mức độ phân hủy sinh học thường giảm với sự giảm của nhiệt độ:
Trong khoảng nhiệt độ từ 10

o
C đến 45
o
C, hoạt động của vi sinh vật sẽ tăng gấp
đôi cho mỗi khoảng tăng 10
o
C.
Mức độ phân hủy cao nhất thường xảy ra ở nhiệt độ từ 30
o
C đến 40
o
C trong môi
trường đất; 20
o
C đến 30
o
C trong môi trường nước ngọt; 15
o
C đến 20
o
C trong môi
trường nước biển.
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến thành phần vi sinh vật trong đất rất phức tạp. Khu
vực nghiên cứu, Tp.HCM, có khí hậu nóng ẩm (nhiệt độ không khí trung bình năm
vào khoảng 24,6 – 30,4
o
C) nên rất thuận lợi cho sự phát triển các loài vi sinh vật trong
đó có vi sinh vật phân hủy dầu [3], [6], [21], [29].
2.2.3. Các chất dinh dưỡng
Nguồn cacbon, nitơ, photpho là các chất cần thiết cho quá trình sinh tổng hợp của

tế bào. Các muối nitrat và photphat có vai trò qua trọng trong việc tổng hợp protein
của vi sinh vật. Khi lượng hydrocacbon thải vào môi trường nước với thể tích quá lớn,
ở đó hàm lượng các chất dinh dưỡng vô cơ thấp, gây ra sự chênh lệch giữa tỷ lệ
cacbon/nitơ (C/N) hoặc cacbon /photphat (C/P) hoặc cả hai, vì thế quá trình phân hủy
dầu xảy ra rất chậm. Nguyên nhân chủ yếu là do vi sinh vật không đủ điều kiện để
sinh trưởng và phát triển.
Theo lý thuyết, khoảng 150 mg nitơ và 30 mg phốt pho có thể kích thích chuyển
hoá được 1 g hydrocacbon thành các chất như CO
2
, nước, và sinh khối. Hay tỷ lệ C/N
và C/P được bổ sung trong nghiên cứu phân hủy sinh học là 10:1 và 10:0,3. Tuy nhiên,
9
hàm lượng và tỷ lệ này còn phụ thuộc vào cấu tạo thành phần và đặc điểm thổ
nhưỡng, sinh thái vùng đó. Ngoài ra, nó còn phụ thuộc vào nồng độ photpho và nitơ
có sẵn trong vùng ô nhiễm [3],[6],[21],[29].
2.2.4 Ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt sinh học
? 2. Anh (chị) hãy cho biết các ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt sinh học đến
q trình xử lý ơ nhiễm dầu khống?
Bảng 2.2: Các sản phẩm CHĐBMSH được tạo ra từ vi sinh vật. [21]
Vi sinh vật Chất hoạt động bề mặt
Torulopus bombicola
Pseudomonas aeruginosa
Bacillus licheniformis
Bacillus subtilis
Pseudomonas sp. DMS 2847
Arthrobacter paraffineus
Arthrobacter
Pseudomonas flurescens
Pseudomonas sp. MUB
Torulopus petrophilum

Candida tropicalis
Corynebacterium lepus
Acinetobacter sp. HO1-N
Acinetobacter calcoaceticus Rag-1
Acinetobacter calcoaceticus 2CAC
Candida petrophilum
Glycolipid (sophorose lipid)
Glycolipid (rhamnose lipid)
Lipoprotein (?)
Lipoprotein (surfactin)
Glycolipid (rhamnose lipid)
Sucrose and fructose glycolipids
Glycolipid
Rhamnose lipid
Rhamnose lipid
Glycolipid và/ hoặc protein
Polysaccharide-fatty acid complex
Corynomycolic acids
Fatty acids, mono- và diglycerides
Lipoheteropolysaccharide
( Dạng nhũ tương - Emulsan)
Tất cả tế bào (lipopeptide)
Liposan (hầu hết carbohydrate)
10
Nocardia erythropolis
Candida lipolytica
Rhodococcus eryithropolis
Corynebacterium salvonicum SFC
Corynebacterium hydrocarboclastus
Peptidolipid

Neutral lipids ( Chất béo trung tính)
Trehalose dimycolates
Chất béo trung tính
Phức hợp polysaccharide – protein
2.2.5. Các nhân tố khác
Hầu hết các vi khuẩn dò dưỡng và nấm phát triển thuận lợi ở pH trung tính, một
số loại nấm có thể chòu đựng được ở môi trường có tính axit. Tốc độ phân hủy sinh
học của dầu tăng khi pH tăng; tốc độ phân hủy tối ưu xảy ra dưới điều kiện kiềm nhẹ
(pH khoảng 7-7,8).
Độ ẩm trong đất có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình phân hủy dầu khoáng, độ
ẩm thích hợp cho VSV sinh trưởng và phát triển từ 20-80%. Nếu độ ẩm trong môi
trường quá thấp hay quá cao sẽ hạn chế quá trình trao đổi chất của VSV. Độ ẩm cao
thường thích hợp cho vi khuẩn hơn là vi nấm, độ ẩm khoảng 45-55% thích hợp cho
hầu hết tất cả các VSV.
Phản ứng xảy ra dưới tác dụng của oxy tự do và bức xạ mặt trời. Phản ứng xảy
ra phụ thuộc vào thành phần của dầu và độ đậm đặc của dầu (quyết đònh khả năng
hấp phụ bức xạ mặt trời và oxy tự do).
Dầu khoáng ô nhiễm trong bùn chủ yếu có 4 dạng: hydrocacbon parafin, mạch
vòng, resine và asphatenes. Nhưng chủ yếu là các hydrocacbon khó phân hủy (parafin
cao phân tử, mạch vòng, resine và asphatenes) nên khả năng tự phân hủy của chúng
trong môi trường tự nhiên bò hạn chế.
Nhóm aromatic và cycloalkan có xu hướng phản ứng nhanh hơn nhóm dây
thẳng. Những kim loại trong dầu cũng có vai trò nhất đònh trong phản ứng này:
11
Vanadi đóng vai trò thúc đẩy oxy hóa, ngược lại hợp chất giàu lưu huỳnh làm giảm
quá trình oxy hóa
Tốc độ phân hủy sinh học dầu cũng bò ảnh hưởng bởi nồng độ của các cấu tử
dầu riêng biệt (các cấu tử dầu này bò tác động bởi các quá trình phong hoá dầu). Khi
nồng độ dầu ô nhiễm rất thấp, phân tán tự nhiên là phương pháp được lựa chọn. Khi
dầu ô nhiễm có nồng độ cao sự phân hủy sinh học không hiệu quả [3],[5], [15],[29].

12
2.3. CÔNG NGHỆ SINH HỌC XỬ LÝ BÙN Ô NHIỄM DẦU
2.3.1. Giới thiệu
Từ những năm 80 của thế kỷ 20, các nhà khoa học đã nghiên cứu và ứng dụng
công nghệ sinh học phân hủy (Bioremediation Technology) để làm sạch môi trường ô
nhiễm. Nguyên lý chung của công nghệ này là tạo điều kiện thích hợp cho vi sinh vật,
có khả năng phân hủy chất ô nhiễm, sinh trưởng và phát triển phân hủy chất ô nhiễm
làm sạch môi trường.
Bản chất của quá trình phân hủy sinh học là thay đổi các yếu tố môi trường kích
thích hoạt động của các vi sinh vật có khả năng phân hủy dầu khoáng và các chất ô
nhiễm khác. Các hydrocacbon trong dầu là nguồn cacbon và năng lượng cho một số vi
sinh vật (bản đòa hoặc tăng cường), có khả năng phân hủy dầu và các chất ô nhiễm
khác bằng cách bổ sung thêm dinh dưỡng, CHĐBMSH, oxy, nhằm kích thích khả
năng phân hủy dầu của vi sinh vật, đồng thời làm vi sinh vật dễ tiếp cận và tấn công
phân hủy[3].
Nhìn chung, công nghệ hóa-lý đơn thuần hầu như chưa được sử dụng để xử lý
bùn ô nhiễm dầu trên thế giới và Việt Nam. Bùn ô nhiễm dầu với những đặc tính
riêng của nó mà công nghệ hóa-lý chưa được chọn lựa xử lý (kỵ khí, ô nhiễm các chất
đa dạng, khối lượng lớn…). Nhưng theo một đề tài nghiên cứu của Thạc só Nguyễn Thò
Phương Loan và cộng sự, Trung tâm Công nghệ và Quản lý môi trường (Centima)
thuộc Đại học Dân lập Văn Lang, “Tái sử dụng bùn thải cho sản xuất công nghiệp và
cải tạo đất nông nghiệp”. Dự án đã được giải thưởng trong cuộc thi “Ngày sáng tạo
Việt Nam” năm 2005 do Ngân hàng Thế giới tại Việt Nam tổ chức và tài trợ kinh phí
thực hiện. Trong quá trình xử lý bùn thành nguyên liệu thứ cấp phục vụ sản xuất:
gạch, phẩm màu, … các chất hữu cơ trong bùn (có thể bao gồm dầu khoáng) được tác
giả chiết bằng dung môi hữu cơ, sau đó dung môi hữu cơ được tác giả tái sử dụng.
13
Công nghệ hóa học được sử dụng với ưu điểm xử lý nhanh, hiệu quả tức thời. Nhược
điểm khá lớn là lượng dung môi hữu cơ sử dụng cho quá trình tách chiết cho một
lượng bùn thải nhỏ trong phòng thí nghiệm là hợp lý, nhưng với lượng bùn thải khổng

lồ của Thành phố cho một lần nạo vét là không thể. Bên cạnh đó nếu tái sử dụng
dung môi không triệt để và hiệu quả có thể gây lãng phí về hiệu quả kinh tế hay cũng
có thể gây ô nhiễm môi trường gián tiếp. [31],[33]
2.3.2. Kỹ thuật xử lý
Xét về vò trí xử lý thì có 2 vò trí xử lý: in-situ (xử lý chất ô nhiễm tại chỗ) và ex-
situ (xử lý chất ô nhiễm ở nơi khác).
Kỹ thuật xử lý bùn ô nhiễm dầu khoáng tại chỗ (in-situ): Kỹ thuật thông khí
(bioventing) được sử dụng trong công nghệ sinh học xử lý bùn ô nhiễm, nhằm cung
cấp nguồn oxy cho vi sinh vật hiếu khí sinh trưởng và phát triển tốt trong môi trường
bùn kỵ khí. Trong hệ nước - bùn oxy được cung cấp bằng cách sử dụng máy bơm sục
khí oxy, khuấy trộn hoặc bổ sung chất nhả oxy (MgO
2
hay H
2
O
2
) để xử lý bùn ô
nhiễm dầu đã được thực hiện khá lâu trên thế giới [10],[19],[24].
Công nghệ sinh học xử lý bùn ô nhiễm dầu ở Canada, cảng Hamilton bằng kỹ
thuật thông khí là điển hình, được xem là rất đắt. Trong suốt quá trình ứng dụng công
nghệ sinh học phân hủy tại chỗ, 18,5 tấn Ca(NO
3
)
2
và 5 tấn chất dinh dưỡng được sử
dụng. PAHs giảm lên đến 79% và mùi hôi trong bùn từ H2S cũng mất đi. Mặc dù
nhiều hợp chất hydrocacbon mạch vòng phân tử thấp và những hydrocacbon khác bò
phân hủy nhanh chóng, nhưng PAHs rất lâu. Công nghệ sinh học xử lý bùn cảng này
ước lượng mức độ thành công trong một thời gian dài (hơn 3 năm) tiếp tục thực hiện.
Những con sông, hồ, cảng ở các nước như Mỹ, Canada, Hồng Kông… sử dụng kỹ thuật

thông khí xử lý bùn ô nhiễm dầu khoáng. Ưu điểm của công nghệ này là xử lý một
lần với lượng bùn rất lớn 3000-4000m
3
, mùi hôi giảm rõ rệt sau vài ngày cấp khí (màu
14
đen của bùn chuyển thành màu nâu sáng) và một số hydrocacbon khó phân hủy cũng
giảm đáng kể. Nhược điểm là chi phí xử lý rất cao trong một thời gian dài do phải
cung cấp nguồn dinh dưỡng và thông khí (hóa chất và sục khí) liên tục [19], [24].
Kỹ thuật xử lý chất ô nhiễm ở nơi khác (ex-situ): Bùn kênh rạch hay bùn thải
ô nhiễm dầu khi được xử lý nơi khác (bãi thải bùn) thường sử dụng hai kỹ thuật xử lý
phổ biến là trải đất (landfarming) và ủ đống/ luống (biopiles).
Kỹ thuật trải đất và ủ đống trong công nghệ xử lý bùn về nguyên tắc gần như là
giống nhau. Nhưng kỹ thuật trải đất được thực hiện trên một diện tích rộng của đất tự
nhiên, đất ô nhiễm được trải thành một lớp mỏng. Kỹ thuật ủ đống/ luống đất ô nhiễm
được thực hiện với một lượng đất lớn trên một diện tích xử lý hạn chế, đất ô nhiễm
được đánh thành từng đống/ luống.
Ngày nay, xử lý sinh học bùn ô nhiễm dầu bằng kỹ thuật ex-situ là một trong
những công nghệ thường gặp nhất để làm sạch bùn ở quy mô lớn. Công nghệ này có
thể áp dụng phương pháp kích hoạt hoặc tăng cường vi sinh hoặc cả hai phương pháp
trong một công nghệ. Hiệu quả xử lý cao (hơn 90%), kỹ thuật được sử dụng rộng rãi
do thao tác dễ dàng và yêu cầu kỹ thuật đơn giản và chi phí thấp là ưu điểm của kỹ
thuật xử lý ex-situ [18], [23].
2.3.3. Công nghệ
Công nghệ sinh học trong xử lý bùn thải có thể đạt hiệu quả đến 99%, các
hydrocacbon mạch thẳng được vi sinh vật xử lý trước và các hydrocacbon khó phân
hủy bò phân hủy sau bởi hệ vi sinh vâït phân hủy dầu (bao gồm PAHs). Công nghệ
sinh học xử lý ô nhiễm môi trường ứng dụng khả năng phân hủy dầu của vi sinh vật
trong quá trình sinh trưởng và phát triển làm sạch môi trường [14],[22],[29]. Có 2
phương pháp được sử dụng nhằm tăng khả năng phân hủy dầu của vi sinh vật:
15

 Kích hoạt sinh học (biostimulation): là tạo điều kiện tối ưu cho hệ vi sinh vật
bản đòa có khả năng phân hủy dầu sinh trưởng và phát triển. Bao gồm các yếu tố:
- Chất dinh dưỡng là phương pháp kích hoạt vi sinh vật phân hủy dầu quan trọng
trong công nghệ sinh học xử lý ô nhiễm dầu. Các chất dinh dưỡng bổ sung ở dạng dễ
sử dụng cho vi sinh vật như nguồn nitơ (NH
4
NO
3
), phốt pho (K
2
HPO
4,
KH
2
PO
4
, P
2
O
5
),
và các khoáng chất khác… Vi sinh vật cần nguồn dinh dưỡng cacbon, nitơ, phốt pho
hợp lý. Tỉ lệ C:N:P phụ thuộc công nghệ lựa chọn 100: 2: 0,2 hay 100:10:1 … nhằm
đảm bảo đủ nhu cầu dinh dưỡng cho hệ vi sinh vật phân hủy dầu bản đòa sinh trưởng
và phát triển. Do dầu khoáng có cấu tạo chủ yếu là hydrocacbon, nên khi ô nhiễm
dầu xảy ra nguồn cacbon đột ngột thừa và nguồn dinh dưỡng nitơ và phốt pho lại thiếu
gây nên hiện tượng mất cân bằng dinh dưỡng cho hệ vi sinh vật phân hủy dầu. Sự mất
cân bằng dinh dưỡng này có thể làm cho vi sinh vật không đủ chất dinh dưỡng cần
thiết hay có thể gây độc cho chúng.
- Hệ VSV phân hủy dầu chủ yếu là hiếu khí. Nguồn oxy được cung cấp bằng

nhiều phương pháp: sục khí, đảo trộn, thêm chất nhả oxy, trồng cây…
- Ngoài ra, bổ sung thêm chất hoạt động bề mặt sinh học để tăng cường diện tích
tiếp xúc giữa dầu và vi sinh vật, giúp vi sinh vật phân hủy dầu tiếp cận chất ô nhiễm
tốt hơn. [11,22]
Khác với xử lý ô nhiễm sinh học bằng kích hoạt vi sinh vật, tăng cường sinh học
(bioaugmentation) là bổ sung thêm vi sinh vật có khả năng phân hủy chất ô nhiễm
vào môi trường. Trong đó, vi sinh vật tăng cường được nuôi cấy trong phòng thí
nghiệm hay có sẵn trong tự nhiên có khả năng phân hủy chất ô nhiễm. Công nghệ
này thích hợp cho nghiên cứu thí nghiệm hay những vùng hạn chế về số lượng vi sinh
vật phân hủy chất ô nhiễm. Phương pháp bổ sung vi sinh vật nuôi trong phòng thí
nghiệm khá phức tạp và chi phí xử lý cao. Hơn nữa, không đảm bảo chắc chắn rằng ra
16
ngoài môi trường những VSV này có thể cạnh tranh được với các chủng có sẵn trong
môi trường đó để sinh trưởng và phát triển [13],[14],[29].
Các ưu điểm và khuyết điểm của công nghệ sinh học[3]:
 Chi phí xử lý thấp hơn công nghệ hóa – lý.
 Không tạo ra sản phẩm thứ cấp gây ô nhiễm môi trường.
 Đầu tư công nghệ và kỹ thuật đơn giản hơn các công nghệ khác, độ an toàn
công nghệ cao.
 Thời gian xử lý dài.
17
CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU
3.1.1. Mẫu bùn
- Lấy mẫu bùn
- Phân tích chỉ tiêu hóa lý của bùn
3.1.2. Các thành phần phối trộn thêm
Rơm
Mùn cưa
KH

2
PO
4
và K
2
HPO
4

Chất hoạt động bề mặt sinh học (CHĐBMSH) được chiết tách từ vi sinh vật
phân hủy dầu (2 chủng: SG7- L/ĐN và SG7-N/ĐN).
Dòch nuôi vi sinh vật 2 chủng: SG7- L/ĐN và SG7-N/ĐN
Phân vi sinh
3.2. HÓA CHẤT, DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
3.2.1. Hóa chất
CaCO
3
: điều chỉnh pH mô hình
Ca(NO
3
)
2
.4H
2
O: oxy hóa sulfite nhằm giảm độc tính trong bùn.
Dung dòch HCl 1N đậm đặc và NaOH 6N đậm đặc: chỉnh pH dòch nuôi.
Môi trường tổng vi khuẩn phân huỷ dầu: môi trường khoáng Benka–Coker (xem
thành phần trong phụ lục).
Môi trường tổng vi khuẩn hiếu khí: Plate Count Agar (PCA – Merck) (xem thành
phần trong phụ lục).
Môi trường tổng vi khuẩn kỵ khí. (xem thành phần trong phụ lục)

18
Môi trường tổng vi nấm: Potato Glucose Agar (PGA) (xem thành phần trong phụ
lục).
Môi trường xạ khuẩn: môi trường Gause 1 (xem thành phần trong phụ lục).
Hoá chất dùng trích ly dầu khoáng: dung môi n-hexan; Na
2
SO
4
khan, silicagen,
bông thủy tinh.
Môi trường dòch nuôi vi sinh vật BS, BS
(SG7-L/ĐN)
và BS
(SG7-N/ĐN)
(xem thành phần
trong phụ lục)
3.2.2. Dụng cụ và thiết bò
Chai lọ đựng môi trường
Bình tam giác
Bình phun sương
Hộp peptri
Pipet
Tủ cấy
Nồi hấp áp lực
Tủ sấy
Máy lắc
Máy khuấy
Tủ ấm
Que cấy, đèn cồn, cốc thủy tinh
Kính hiển vi

Máy cô quay
Tủ gỗ: 50cm x50cm x20cm
Tấm nhựa (nilon)
19
3.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.3.1. Lựa chọn công nghệ xử lý bùn ô nhiễm dầu kênh Tân Hóa – Lò Gốm, vò
trí cầu Hậu Giang.
Công nghệ sinh học xử lý bùn ô nhiễm dầu bằng kỹ thuật trải đất (landfarming)
được lựa chọn. Kỹ thuật trải đất có thể sử dụng cả 2 công nghệ kích hoạt lẫn tăng
cường vi sinh trong xử lý ô nhiễm. Trong kỹ thuật này, hiệu quả xử lý và thời gian xử
lý phụ thuộc vào hàm lượng chất ô nhiễm và công nghệ đưa vào thực hiện[22].
Trước khi xử lý, mẫu bùn được lấy kiểm tra hàm lượng dầu khoáng. Sau đó, loại
bỏ những vật liệu không có khả năng phân huỷ sinh học như plastic, kim loại, đá, sỏi
có kích thước lớn… ra khỏi bùn. Bước quan trọng nhất của quá trình tiền xử lý chính là
làm đồng nhất vật liệu rồi phối trộn với chất thêm. Chất thêm có thể là vật liệu xốp,
nguồn dinh dưỡng, CHĐBMSH, hệ vi sinh vật… tùy thuộc vào mục đích xử lý chất ô
nhiễm. Sau quá trình tiền xử lý, bùn đưa vào vò trí xử lý.
Trong quá trình xử lý, các yếu tố để công nghệ phân hủy sinh học hoạt động
hiệu quả[3]:
 Khu vực thiết kế mô hình và mô hình thực hiện phải thông thoáng và dễ
dàng cấp khí bằng sục khí hay đảo trộn…
Tăng cường thông khí.
Bổ sung thích hợp các chất dinh dưỡng, CHĐBMSH…
Duy trì pH, độ ẩm cho vi sinh vật sinh trưởng và phát triển tốt…
Đề tài chọn công nghệ sinh học xử lý bùn ô nhiễm dầu khoáng kênh Tân Hóa-
Lò Gốm, vò trí cầu Hậu Giang, đối tượng xử lý là hệ vi sinh vật phân hủy dầu. Triển
khai 2 mô hình xử lý ex-situ với kỹ thuật trả i đđất: mô hình khô (độ ẩm khoảng 50%,
không đảo trộn) và mô hình bán ướt (độ ẩm khoảng 60 đến 80%, có đảo trộn). Mô
hình thực hiện nhằm nghiên cứu khả năng phân hủy dầu khoáng trong bùn của hệ vi
20

sinh vật phân hủy dầu trong các điều kiện khác nhau: chất dinh dưỡng, CHĐBMSH,
vật liệu xốp, pH, oxy… ảnh hưởng tới quá trình xử lý.
3.3.2. Cơ sở thiết kế mô hình
Bùn kênh Tân Hóa - Lò Gốm ở vò trí cầu Hậu Giang được xác đònh là ô nhiễm
dầu khoáng (hàm lượng khoảng 4.000 mg/kg). Nguồn dinh dưỡng nitơ và phốt pho
trong bùn khoảng 11200 mg/kg và 330 mg/kg[4].
Thành phần hydrocacbon trong bùn ô nhiễm dầu khoáng có các dạng:
hydrocacbon parafin (n-parafin và izo-parafin)

hydrocacbon mạch vòng (naphtenic và
aromatic (PAHs)), phi hydrocacbon, resin và asphatenes. Trong đó hydrocacbon
parafin mạch ngắn dễ phân hủy bởi môi trường và VSV trong bùn, tuy nhiên hàm
lượng này rất thấp so với hydrocacbon khó phân hủy (các thành phần còn lại của dầu
khoáng). Ngoài ra, trong bùn kênh còn ô nhiễm kim loại nặng (chì (Pb), kẽm (Zn-
khoảng 4000ppm), thủy ngân (Hg), cadimi (Cd – khoảng 3,5ppm), và crom (Cr) ) và
những hợp chất hữu cơ khó phân hủy: PCBs, thuốc bảo vệ thực vật cũng ảnh hưởng
đến quá trình phân hủy dầu của VSV.
Trong tự nhiên, hệ VSV phân hủy dầu khoáng tồn tại ở nhiều nơi khác nhau,
ngay cả những nơi không ô nhiễm dầu. Khi có ô nhiễm dầu xảy ra thì hệ vi sinh vật
phân hủy dầu trong môi trường tăng lên. Vai trò phân hủy dầu của chúng rất đa dạng
và phong phú, mỗi vi sinh vật đóng một vai trò rất quan trọng trong chuỗi mắt xích
phân hủy dầu.
Hydrocacbon mạch thẳng (n-alkan) bò oxy hóa và chuyển hóa thành rượu, đồng
thời tạo ra một phân tử nước. Vi khuẩn P. Oleovorans là đối tượng được nghiên cứu kỹ
về cơ chế phân hủy alkan. Trong một số nấm men như Candida tropicalis, C. Apicola,
C. Maltosal sử dụng alkan như nguồn cacbon và năng lượng duy nhất.
21
Hydrocacbon mạch vòng no và thơm được vi sinh vật phân hủy qua nhiều giai
đoạn, khá phức tạp. Sản phẩm cuối cùng có thể là các axit pyruvic và CO
2

hay CO
2
và
nước. Vi sinh vật chủ yếu là các chi Acinetobacter, Mycobacterium, Nocadia và loài
Alcaligenes faecalis, Methylococcus capsulatus Các con đường phân hủy PAHs bởi vi
sinh vật bao gồm[3]:
 Chuyển hóa PAHs đến cis-dihydrodiol, phenol và sản phẩm cắt vòng bởi vi
khuẩn lam và vi khuẩn.
 Chuyển hóa PAHs đến phenol bởi nhóm methylotrophic.
 Chuyển hóa PAHs đến trans-dihydrodiol bởi nấm, vi khuẩn và vi khuẩn
lam.
 Chuyển hóa PAHs tới quinon bởi nấm trắng (white-rot fungi).
Giai đoạn đầu phân hủy dầu, vi khuẩn đóng vai trò chủ yếu, hydrocacbon bò
chúng cắt mạch tạo thành những hợp chất đơn giản hơn (rượu,acid béo ) và mạch
ngắn hơn. Giai đoạn sau đó, môi trường trở nên acid và vi nấm (nấm men, mốc) lại
đóng vai trò quan trọng trong phân hủy dầu.
Những vi sinh vật phân hủy hydrocacbon theo số lượng cacbon có trong dầu
khoáng:
- Từ C
1
-C
10
:
Methanomonas Sp, Bacillus, Cadida Tropicalis, Micrococcus
Cerificans, Pseudomonas Aeruginosa, Bacillus Thermophil, Candida Sp,
Mycobacterium Lacticolum,
- Từ C
10
-C
20

:
Mycobacterium Phlei, Nocardia Sp, Candida Guilliermondi,
Micrococcu Cerficans…
22
- Và từ C
14
trở lên:
C. Pelliculosa, C.Intermedia, Candida Intermetia,
C.lipolytica, Candida albicans, C. Tropicalis
Bên cạnh hệ vi sinh vật trực tiếp phân hủy dầu thì hệ vi sinh vật gián tiếp phân
hủy dầu cũng góp phần quan trọng không kém. Chúng là những vi sinh vật cơ hội của
một giai đoạn nào đó trong quá trình phân hủy dầu. Chúng có thể sử dụng các sản
phẩm phụ hay thứ cấp do vi sinh vật phân hủy dầu sinh ra như nguồn thức ăn, hay có
thể phân hủy gián tiếp bằng hệ enzyme ngoại bào của chúng (thức ăn của chúng
không phải là dầu và các sản phẩm của dầu), các sản phẩm này có thể gây ức chế vi
sinh vật phân hủy dầu. Hay chúng có thể là vi khuẩn hiếu khí hay kỵ khí, chẳng hạn
như khi vi khuẩn hiếu khí sinh trưởng và phát triển nhanh chóng môi trường trở nên
thiếu hụt oxy và vi khuẩn kỵ khí đóng vai trò phân hủy chất ô nhiễm, hay ngược lại
rất có ý nghóa trong quá trình xử lý chất ô nhiễm [7], [8], [9], [11], [13], [17], [30].
Công nghệ sinh học xử lý bùn ô nhiễm dầu khoáng là kích hoạt ( nguồn dinh
dưỡng hạn chế, khả năng tiếp xúc giữa VSV và dầu ) và tăng cường vi sinh (số lượng
vi sinh vật phân hủy dầu hạn chế) hay cả hai công nghệ kết hợp. Các yếu tố ảnh
hưởng đến công nghệ sinh học phân hủy dầu: Điều kiện môi trường (nhiệt độ, độ ẩm,
oxy, pH ) và độc tính của một số chất ô nhiễm khác (kim loại nặng, các hợp chất hữu
cơ ).
Mô hình khô được lựa chọn thực hiện đầu tiên vì tính kinh tế (vật liệu dễ tìm và
rẻ tiền: rơm, mùn cưa, chất dinh dưỡng, CHĐBM…) và kỹ thuật đơn giản (mô hình trải
đất). Công nghệ xử lý bao gồm kích hoạt và tăng cường vi sinh trong mỗi mô hình.
Mô hình được thông khí bằng các ống nhựa có khoan lỗ, độ ẩm duy trì từ 45 - 50%. Có
4 mô hình chi tiết được thực hiện nghiên cứu.

23
 MH1: Khảo sát vai trò vật liệu xốp (rơm và mùn cưa) và vai trò của hệ VSV
(trong bùn và trong vật liệu xốp) có khả năng phân hủy dầu.
MH2: Kích hoạt vi sinh vật phân hủy dầu (trong bùn và vật liệu xốp) bằng chất
dinh dưỡng vô cơ (KH
2
PO
4
và K
2
HPO
4
).
MH3: Dầu khoáng tồn tại trong bùn và liên kết với bùn làm cho vi sinh vật phân
hủy dầu khó tiếp xúc được dầu. Mô hình có mặt của CHĐBMSH sinh ra từ nguồn
cacbon thực vật (dầu đậu nành). CHĐBMSH đóng vai trò chất xúc tác trong quá trình
xử lý bùn ô nhiễm dầu, giúp vi sinh vật tiếp cận với dầu khoáng tốt hơn.
MH4: Bổ sung VSV phân hủy dầu (Pseudomonas aeruginosa) nuôi cấy trong
phòng thí nghiệm và CHĐBMSH chúng sinh ra trên nguồn dầu đậu nành.
24


Hình 3.2: Mô hình khô (MH1, MH2, MH3, và MH4)
Mô hình ướt được thực hiện tiếp theo sau mô hình khô nhằm khảo sát vai trò
oxy và sự ổn đònh pH trong xử lý bùn ô nhiễm dầu. Trong mô hình ướt, sục khí là
phương pháp kích hoạt vi sinh bao gồm: cung cấp oxy, ổn đònh pH ≥ 7,0, bổ sung chất
dinh dưỡng và CHĐBMSH. Trong mô hình nay, vi khuẩn hiếu khí phân hủy dầu đóng
vai tròø chủ yếu.
25