: Xử lý đất nhiễm dầu bằng công nghệ sinh học docx

Xử lý đất nhiễm dầu bằng công nghệ sinh học GVHD: TS . Đỗ Biên Cương

SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Lớp Hóa Dầu K31 – ĐH Quy Nhơn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN
KHOA HÓA HỌC
**********


TIỂU LUẬN
XỬ LÝ ĐẤT NHIỄM DẦU BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC










GVHD : ĐỖ BIÊN CƯƠNG
SVTH : Huỳnh Đức Kỳ
LỚP : HÓA DẦU K31 – ĐH Quy Nhơn

Xử lý đất nhiễm dầu bằng công nghệ sinh học GVHD: TS . Đỗ Biên Cương

SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Lớp Hóa Dầu K31 – ĐH Quy Nhơn

LỜI MỞ ĐẦU

Môi trường đất là nơi trú ngụ của con người và hầu hết các sinh vật cạn, là nền
móng cho các công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp và văn hóa của con
người. Nhưng tình trạng ô nhiễm đất ngày càng trở nên trầm trọng do nhiều nguyên
nhân,trong đó đất ô nhiếm dầu có khả năng tăng nhanh do sự đẩy mạnh của quá
trình khai thác và chế biến dầu mỏ.Dầu là chất khó bị phân hủy bởi các vi sinh vật
sống trong đất. Tuy nhiên, đất lại là môi trường không thể pha loãng các chất thải
mà ngược lại các chất này tích lũy lâu dài trong đất, cho nên dầu có tác hại lâu dài
trong môi trường đất. Ở những khu đất bị nhiễm dầu, các tinh thể dầu sẽ che lấp các
khe hở và mao quản của đất, làm tắc cắc đường dẫn nước trong đất dẫn đến sự cằn
cỗi của đất trong khu vực. Vì nguyên nhân này mà các vi sinh vật trong đất không
có khả năng tồn tại và phát triển do dầu ngăn cản khả năng hô hấp và phá hủy môi
trường cung cấp thức ăn cho vi sinh vật trong đất bị ô nhiễm.ô nhiễm đất với các
hợp chất dầu khí la mối quan tâm trên toàn thế giới.Các sự cố tràn dầu ,rò rỉ trong
vận chuyển và khai thác là những nguyên nhân chính gây ô nhiễm đất bằng dầu
khí.Nó làm ô nhiễm nguồn nước ngầm tại địa phương,đe dọa sự an toàn của nguồn
nước,gây ra thiệt hại lớn về kinh tế và thảm họa sinh thái.Xử lý đất ô nhiễm dầu có
thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau bao gồm cả phương pháp
hóa lí và phương pháp sinh học.So với các phương pháp hóa lí thì phương pháp xử
lý sinh học được cho là khả thi nhất với ưu điểm là giá thành rẻ,khắc phục triệt để và
an toàn cho con người và môi trường.

I.BẢN CHẤT VÀ ĐẶC TÍNH CỦA DẦU MỎ
Dầu mỏ là một hỗn hợp rất phức tap,trong đó có hàng trăm các cấu tử
khác nhau. Mỗi loại dầu mỏ được đặc trưng bởi thành phần riêng,song về
bản chất,chúng đều có các hydrocacbonla thành phần
chính,chiếm 60 đến 90%trọng lượng trong dầu; còn lại là các
chất chứa oxy, lưu huỳnh, nitơ,các phức cơ kim,các chất
nhựa,asphanten. Cụ thể:
- Hydrocacbon parafinic(alcan): 30 – 35%
-Hydrocacbon naphtenic(vòng no): 25 – 75%
-Hydrocacbon aromatic(hydrocacbon thơm): 10 – 20%
-Các hợp chất chứa oxy như axit, ceton, các loại rượu
-Các hợp chất chứa nitơ như furol, indol, carbazol
Một trong những đặc tính chính của các loại dầu thô, quyết định hàm lượng
của chúng về các sản phẩm nhẹ dễ bay hơi nhất chính là tỷ trọng của chúng.Dầu mỏ
Xử lý đất nhiễm dầu bằng công nghệ sinh học GVHD: TS . Đỗ Biên Cương

SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Lớp Hóa Dầu K31 – ĐH Quy Nhơn

dễ hòa tan trong các loại dung môi hữu cơ thông thường.Dưới tác dụng của nhiệt,
các loại dầu thô đều bay hơi, nhưng vì chúng là hỗn hợp của nhiều chất theo những
tỷ lệ biến thiên nên nhiệt độ không giữ nguyên trong quá trình bay hơi.Nhiệt độ tăng
theo bậc liên tiếp ứng với nhiệt độ sôi của các thành phần khác nhau có trong dầu
mỏ, về điểm này các loại dầu mỏ được đặc trưng bởi nhiệt độ sôi và bởi một đường
cong chưng cất, biểu thị tỷ lệ phần trăm bay hơi tùy theo nhiệt độ, cuối cùng bởi một
điểm cuối tức là nhiệt độ tới đó toàn bộ dầu thô đã bay hơi hết. Thực ra dưới áp suất
khí quyển thì không thể đạt được điểm cuối mà không xảy ra hiện tượng phân giải.
Dưới áp suất khí quyển, đối với một loại dầu thô thì lúc bắt đầu sôi có thể xảy ra ở
nhiệt độ sôi thấp hơn 25
0
C, đối với những loại dầu thô nặng thì nhiệt độ lúc bắt đầu

sôi là: 100
0
C. Bên cạnh đó còn có rất nhiều các đặc trưng hóa lí khác để đánh giá
dầu mỏ .
II. NGUYÊN NHÂN GÂY Ô NHIỄM DẦU:
1.Ô nhiễm dầu do quá trình chế biến dầu tại các cơ sở lọc dầu ven biển:
Dầu nguyên khai không sử dụng ngay mà phải qua chế biến, các nhà máy
lọc dầu cũng là một nguồn gây ô nhiễm dầu trong vùng biển ven bờ. Nước thải của
các nhà máy lọc dầu thường chứa một hỗn hợp các chất khác nhau như: dầu mỏ
nguyên khai, các sản phẩm dầu mỏ, các loại nhựa, asphalt và các hợp chất khác.
2. Do rò rỉ, tháo thải trên đất liền:
Trong quá trình vận chuyển và sản xuất công nghiệp, khối lượng dầu mỏ bị
tháo thải qua hoạt động công nghiệp vào hệ thống cống thoát nước của nhà máy đổ
ra sông rồi ra biển. Số lượng dầu mỏ thấm qua đất và lan truyền ra biển ước tính trên
3 triệu tấn mỗi năm.
3. Ô nhiễm dầu do quá trình khai thác dầu trong thềm lục địa:
Trong quá trình khai thác dầu đã thải ra một lượng lớn nước thải có chứa
dầu. Ngoài ra còn phải kể đến các sự cố gây tràn dầu trên biển trong quá trình khai
thác dầu ở thềm lục địa như các sự cố làm vỡ ống dẫn dầu, sự cố va chạm tàu chở
dầu vào các giàn khoan trên biển.
Xử lý đất nhiễm dầu bằng công nghệ sinh học GVHD: TS . Đỗ Biên Cương

SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Lớp Hóa Dầu K31 – ĐH Quy Nhơn



4. Do sự cố trên giàn khoan dầu:
Trong các hoạt động dầu khí ngoài khơi, các chất thải có khối lượng đáng
kể nhất gồm nước vỉa, dung dịch khoang (DDK), mùn khoang (MK), nước dằn,
nước thế chỗ. Một số chất thải có khối lượng nhỏ hơn là cát khai thác, nước rửa mặt

boong, dung dịch hoàn thiện và dung dịch bảo dưỡng giếng, dung dịch chống phun
trào, nước làm mát, khí thải… trong đó, DDK và MK được xem là một trong các
chất thải gây ô nhiễm nặng nề và đáng quan tâm nhất. Ngoài ra, nước khai thác
(gồm nước vỉa, nước bơm ép, các hóa chất được tuần hoàn xuống giếng hoặc thêm
vào khi tách dầu và nước ) có tỉ lệ dầu trong nước đáng kể. Thống kê của Parcom
(1991) cho thấy 20% dầu thải ở biển Bắc là do nước khai thác.
Trong quá trình khai thác dầu ngoài biển khơi đôi khi xảy ra sự cố dầu phun lên cao
từ các giếng dầu do các thiết bị van bảo hiểm của giàn khoan bị hỏng, dẫn đến một
khối lượng lớn dầu tràn ra biển làm cho một vùng biển rộng lớn bị ô nhiễm. Người
ta ước tính hàng năm có khoảng hơn 1 triệu tấn dầu mỏ tràn ra trên mặt biển do
những sự cố giàn khoan dầu đó.
5. Do tàu chở dầu bị tai nạn,
đắm trên đại dương:
Đây là nguyên nhân
quan trọng nhất gây ô nhiễm
Xử lý đất nhiễm dầu bằng công nghệ sinh học GVHD: TS . Đỗ Biên Cương

SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Lớp Hóa Dầu K31 – ĐH Quy Nhơn

biển và đại dương bởi vì trên 60% tổng sản lượng dầu mỏ khai thác được trên thế
giới đã được vận chuyển bằng đường biển. Theo tài liệu của Viện nguồn lợi thế giới
(WRI,1987) trong giai đoạn 1973 – 1986 trên biển đã xảy ra 434 tai nạn trong tổng
số 53581 tàu chở dầu và làm tràn 2,4 triệu tấn dầu. Ô nhiễm biển từ tàu có thể gây ra
từ 2 nguồn: dầu đổ ra biển từ các tai nạn tàu chiếm 15% và dầu thải ra biển từ hoạt
động của tàu chiếm 85%.
III.ẢNH HƯỞNG Ô NHIỄM DẦU

Sự tích đọng của những chất ô nhiễm dầu trong đất chủ yếu kìm hãm quá trình
vận chuyển, bay hơi và phân hủy sinh học, quá trình ở lại và lưu chuyển được biết
khi nhiên liệu động cơ bị rò rỉ từ những thùng chứa và chảy tràn vào trong đất. Tác

động của lực hấp dẫn kéo các chất lỏng theo chiều đi xuống, ngược lại với lực giữ
lại các chất lỏng đó hoặc là sẽ hấp thụ trên hạt khoáng hoặc là nằm trong lỗ hổng
cấu trúc của đất. Dầu là chất khó bị phân hủy bởi các vi sinh vật sống trong đất. Tuy
nhiên, đất lại là môi trường không thể pha loãng các chất thải mà ngược lại các chất
này tích lũy lâu dài trong đất, cho nên dầu có tác hại lâu dài trong môi trường đất. Ở
những khu đất bị nhiễm dầu, các tinh thể dầu sẽ che lấp các khe hở và mao quản của
đất, làm tắc cắc đường dẫn nước trong đất dẫn đến sự cằn cỗi của đất trong khu vực.
Vì nguyên nhân này mà các vi sinh vật trong đất không có khả năng tồn tại và phát
triển do dầu ngăn cản khả năng hô hấp và phá hủy môi trường cung cấp thức ăn cho
vi sinh vật trong đất bị ô nhiễm.Điều này đã gây ảnh hưởng rất lớn đến hệ sinh thái
ở những vùng bị ô nhiễm ,ảnh hưởng lớn đến quá trình sản xuất nông nghiệp ,công
nghiệp,cũng như tốn chi phí cho quá trình xử lý sự ô nhiễm trên.

IV.BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC Ô NHIỄM DẦU:
1
. Khả năng tự làm sạch của đất
:
Là khả năng tự điều tiết của đất trong hoạt động của môi trường đất thông qua một số cơ
chế đặc biệt để giảm thấp ô nhiễm từ ngoài vào, tự làm trong sạch và loại trừ các chất độc
hại cho đất. Mức độ làm sạch phụ thuộc vào các yếu tố như:
Xử lý đất nhiễm dầu bằng công nghệ sinh học GVHD: TS . Đỗ Biên Cương

SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Lớp Hóa Dầu K31 – ĐH Quy Nhơn

 Số lượng và chất lượng hạt keo trong đất, càng nhiều hạt keo (keo mùn) thì khả
năng tự làm sạch cao.
 Đất nhiều mùn, nhiều acid humic
 Trạng thái hiện tại của môi trường đất, đất chưa bị ô nhiễm hoặc ô nhiễm ít thì khả
năng tự làm sạch tốt hơn.
 Sự thoát nước và giữ ẩm

 Cấu trúc đất tốt.
 Các chủng loại vi sinh vật phong phú, số lượng nhiều sẽ giúp đất đào thải chất độc
chất ô nhiễm nhanh chóng.
 Khả năng oxy hóa tốt, chưa bị nhiễm mặn, nhiễm phèn
Môi trường đất có khả năng tự làm sạch cao hơn các môi trường khác (môi trường nước và
không khí) do môi trường đất có các hạt keo đất có đặc tính mang điện, tỷ lệ diện tích hấp
phụ lớn, khả năng trao đổi ion và hấp phụ chúng lớn mà các môi trường khác không có.
Nhưng nếu mức độ ô nhiễm vượt quá khả năng tự làm sạch của đất thì sự nhiễm bẩn trở
nên nghiêm trọng. Khi đó, khả năng lây truyền ô nhiễm từ môi trường đất sang môi trường
đất, nước mặt và nước ngầm và khuếch tán vào không khí rất nhanh.
2
. Xử lý bằng phương pháp vi sinh
:
2.1.Xử lý bên ngoài vị trí ô nhiễm(ex- situ):
Ex situquá trình sinh họcbao gồm: ủ phân, landfarming, biopilingvàsử dụngcủalò phản ứng
sinh học.
 Ủ phânbao gồmđàođấtvàsau đópha trộnhữu cơnhưgỗ,cỏ khô,phân bón,chấtthảithực
vậtvớiđấtbị ô nhiễm. Cácchất hữu cơđượclựa chọn dựatrên độ xốp thích hợp,sự cân bằng
giữa hàm lượngcarbonvà nitơđể hỗ trợ trongviệc phá vỡcác chất gây ô nhiễm. Duy trìnhiệt
độtối ưu từ54đến65
0
Clàmột phần quan trọngcủaủ phân. Trong hầu hếtcáctrườnghợp, các vi
sinh vậtbản địa sẽduytrìnhiệt độ nàytrongquá trìnhlàm giảmchất gây ô nhiễm.Hiệu quả nhất
khiủ phânlàloạibỏPAH, TNT vàRDX.
 Landfarming là một kỹ thuật xử lý sinh học được thực hiện trong vùng đất phía trên. Đất bị
ô nhiễm sẽ được cày, sấy trên bề mặt đất để thông khí và khuyến khích sự phát triển của vi
khuẩn. Chất dinh dưỡng, khoáng chất, và hơi ẩm có thể được thêm vào để tăng tốc độ suy
thoái. . Độ pH củađấtcũngđượcquy định (gần 7,0) bằngcáchsửdụngđá vôinghiền
hoặcvôinông nghiệp. Chất gây ô nhiễm bị suy thoái, chuyển thể, và cố định bởi các quá
trình vi sinh và quá trình oxy hóa. Đất bị ô nhiễm thường được điều trị theo từng lớp lên

đến 50 cm.
 Khi mức độ điều trị đạt được mong muốn , lớp này được lấy ra và một lớp mới được điều
trị .Đất nông nghiệp đã được chứng minh thành công nhất trong việc điều trị hyrdrocarbons
dầu mỏ và ít biến động. Landfarming thường sẽ không hiệu quả khi hàm lượng
hydrocarbon là lớn hơn 50.000 ppm.Landfarminglàthành công nhấttrong việc loại
bỏPAHvà PCP
Hình1minhhọakỹ thuậtlandfarming.
Xử lý đất nhiễm dầu bằng công nghệ sinh học GVHD: TS . Đỗ Biên Cương

SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Lớp Hóa Dầu K31 – ĐH Quy Nhơn



















Biopile là một công nghệ quy mô đầy đủ, trong đó đất khai quật được trộn với đất

sửa đổi và được đặt trên một khu vực điều trị bao gồm các hệ thống thu gom nước
rò rỉ và một số hình thức của khí. Nó được sử dụng để làm giảm nồng độ của các
thành phần dầu khí trong đất khai quật thông qua việc sử dụng các phân hủy sinh
học. Độ ẩm, nhiệt, chất dinh dưỡng, oxy, và độ pH có thể được kiểm soát để tăng
cường phân hủy sinh học. Khu vực điều trị nói chung sẽ được phủ kín với một lớp
Xử lý đất nhiễm dầu bằng công nghệ sinh học GVHD: TS . Đỗ Biên Cương

SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Lớp Hóa Dầu K31 – ĐH Quy Nhơn

lót không thấm nước để giảm thiểu nguy cơ của chất gây ô nhiễm thẩm thấu vào đất
không bị ô nhiễm. Nó có thể được điều trị trong một lò phản ứng sinh học trước khi
tái chế. Các nhà cung cấp đã phát triển chất dinh dưỡng và công thức độc quyền phụ
gia và các phương pháp để để kích thích phân hủy sinh học. Đống đất thường có
một hệ thống phân phối không khí được chôn dưới đất để không khí có thể đi xuyên
qua đất. Đống đất trong trường hợp này có thể lên đến 20 feet (thường không được
khuyến khíchtối đa 2-3 mét). Đống đất có thể được phủ bằng nhựa để kiểm soát
dòng chảy, bốc hơi, bay hơi và để thúc đẩy năng lượng mặt trời sưởi ấm. Nếu có
chất VOC trong đất sẽ bay hơi vào dòng không khí, không khí rời khỏi đất có thể
được xử lý để loại bỏ hoặc phá hủy các hợp chất VOC trước khi chúng được thải
vào khí quyển. Biopile là một công nghệ ngắn hạn. Thời gian vận hành và bảo trì có
thể kéo dài một vài tuần tới vài tháng.
Biopiling cóhiệu quả nhất trongđiềutrịcácchất ô
nhiễm nhưBTEX, phenol, PAHsvới4vòng thơm, vật liệu nổ nhưTNT vàRDX

 Phản ứng sinh học xử lýđấtbị ô nhiễmtrong cả haigiai đoạnrắn vàlỏng(bùn). Giai
đoạnđiều trịrắnđược thực hiện trong một thiết bịkín. Mục tiêucủasự pha trộnlà
đểđảm bảo rằngcác chất ô nhiễm, nước, không khí, chất dinh dưỡngvà vi sinh
vậthoạt động với nhau trong một thời gian dài. Axithoặc kiềmcũng có
thểđượcthêmvàođể kiểm soátđộ pH. Tronglòphảnứnggiườngcố định, các thành phần
được thêm vàolàm tăngđángkểtỷ lệsuy thoái. Giaiđoạnquá trình xử lýchất lỏng vàxử
lýđấtbùnsử dụnglò phản ứng sinh học,bùnvàohệ thống vàđượcrửaquamộtsàng
rungđể loại bỏmảnh vụn. Cátđược lấy rabằngcáchsửdụngmộtlưới
lọchoặchydrocyclone,sau đó đượcđiều trị tạimộtlò phản ứng sinh học. Saukhiđiều
Xử lý đất nhiễm dầu bằng công nghệ sinh học GVHD: TS . Đỗ Biên Cương

SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Lớp Hóa Dầu K31 – ĐH Quy Nhơn

trị,bùnvà xử lývới các kỹ thuậtxử lý nước thảitiêuchuẩn.Thiết lậplò phản ứng sinh
họcđược minh họatrong hình 3.

Figure3:
Typical Slurry Bioreactor.
(Source:Kleinjntnens and Luyben, 2000)

2.2.kỹ thuật xử lý tại vị trí ô nhiễm (in-situ)
In-situ bao gồmcác kỹ thuật nhưbioventing, biosparging,
bioslurpingvàphytoremediationcùngvớihóa chất,vật lý,và các quá trìnhnhiệt. Trongkhắc
phụctạichỗthìít tốn kém hơn không cầnchi phíkhai quậtvàgiao thông vận tải. Hình4minh
họanội địa hóađượclựachọntrongquá trìnhxử lý sinh họctại chỗ.
Xử lý đất nhiễm dầu bằng công nghệ sinh học GVHD: TS . Đỗ Biên Cương

SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Lớp Hóa Dầu K31 – ĐH Quy Nhơn


Hình4: Localizationof different microbialin
situtechnologies.
(Source: Held and
Dörr,2000).
 Bioventing là một công nghệ mới , kích thích sự phân hủy sinh học tại chỗ một cách tự
nhiên trong điều kiện hiếu bằng cách cung cấp oxy cho các vi sinh vật đất hiện có. Ngược
lại để khai thác đất hơi chân không, bioventing sử dụng các mức lưu lượng không khí thấp
chỉ cung cấp đủ oxy để duy trì hoạt động của vi khuẩn. Oxy được cung cấp phổ biến nhất
bằng cách bơm trực tiếp không khí vào vùng ô nhiễm trong đất. Bên cạnh sự xuống cấp của
chất thải nhiên liệu hấp thụ, các hợp chất dễ bay hơi sẽ di chuyển chậm qua đất và thoát ra
ngoài khí quyển. Đủ
luồng không khírất quan trọng trongthiết kếcủa một hệ
thốngbioventing

,h
ình học củacác giếng
dẫn khí
vàsự cần thiết phảitiêmkhông khíhoạt
độnghoặc thụ độnglàhaimối quan tâmthiết kếđặc biệt
.
Nếuhơiđấtdễ bay hơi
,
chúng
phảiđượcđiều trị tạibề mặtvới một bộ lọcthan hoạt tínhhoặclọc sinh học
.
Bioventingcó hiệu quảtrong việc loại bỏcáchydrocarbondầu mỏ
,
cáchydrocarbonthơm
,
dầuthủy lựcvàkhông dễ bay hơi
.
Nhiệt độ thấp
thường
gây
cảntrởhiệu quả
của
bioventing
.Bioventing là một công nghệ được thực hiện trong thời
gian dài.

Xử lý đất nhiễm dầu bằng công nghệ sinh học GVHD: TS . Đỗ Biên Cương

SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Lớp Hóa Dầu K31 – ĐH Quy Nhơn

 Biosparging là tiêmkhông khítrongkhíquyểnvàotầng nước ngầm. Nó được sử dụngtrong
khuđấtbão hòa vàkhông bão hòa. Kỹ thuật nàyđược phát triểnđể giảm tiêu thụnăng lượng.
Bơmkhông khí vàocáctầng nước ngầmtrong các kênhnhỏchokhông khídi chuyển
đếnvùngđấtkhông bão hòa. Để hình thànhnhiều chi nhánhcầnthiếttrongcác kênh, không khí
phảiđượcxungvào đấtnày.Để chobiospargingcó hiệu quả, các điểm phun khí phảiđược
đặtbên dướicáckhu vựcô nhiễmvì không khíluônluôn đi lên trên,không khísẽ tạo thành
mộthình nón. Mức độphân nhánhvà góccủahình nónđược xác định bởisố lượngáp suất
không khítrong khi tiêm. Giếnggiám sát đượclắpđặtxungquanhđiểm phun vàsauđómực
nước ngầmvàhàmlượngoxy hòa tanđược đođể xác địnhvùng ảnh hưởngcho các điểm. Để có
Đất ô nhiễm
G
iếng mở
khí vào

Giếng hút –
khí vào
Nồng độ BTEX trước và
sau xử lý Boiventing
Xử lý đất nhiễm dầu bằng công nghệ sinh học GVHD: TS . Đỗ Biên Cương

SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Lớp Hóa Dầu K31 – ĐH Quy Nhơn

hiệu quảloại bỏcácchất gây ô nhiễmtừbiosparging, đấtcần được tương đốiđồng nhấttrên
toànkhuvựcô nhiễm. Hình 6minhhọamột hệ thốngbiosparging

Figure6: Illustration of biosparging
system.
(Source: Held and
Dörr,2000).


 Phytoremediation là mộtkỹ thuậttại chỗ, sử dụngthưc vật đểkhắc phụcđấtbị ô nhiễm
Phytoremediationđã được sử dụngđể loại bỏTPH, BTEX, PAH, 2,4,6-trinitrotoluene (TNT),
vàhexahyro-1,3,5-trinitro-1, 3,5triazine(RDX ).Thực vật có thểđể loại
bỏcácchấtônhiễmtừnước ngầmvà lưu trữ, chuyển hóa, hoặcbay hơi. Ngoàira, rễ cũnghỗ
trợrất nhiềucủavi sinh vậtởdưới bề mặt. Nhữngvi sinh vậtnàysau đócó thể làm giảmcác chất
gây ô nhiễm Hình7 minh họakỹthuậtphytoremediationkhác nhau
Xử lý đất nhiễm dầu bằng công nghệ sinh học GVHD: TS . Đỗ Biên Cương

SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Lớp Hóa Dầu K31 – ĐH Quy Nhơn


Figure7: Illustration
ofphytoremediation.
(Source:
Schnoor,2000.)

Xử lý đất nhiễm dầu bằng công nghệ sinh học GVHD: TS . Đỗ Biên Cương

SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Lớp Hóa Dầu K31 – ĐH Quy Nhơn

3
.Cơ chế phân hủy sinh học:
3.1.Cơ chế:

Trên toàn thế giới có trên 70 chi vi khuẩn được biết là làm suy thoáihydrocarbon.
Những vi khuẩn thường chiếm ít hơn 1% của quần thể tự nhiên của vikhuẩn, nhưng
có thể chiếm hơn 10% tổng số dân trong hệ sinh thái dầu.
Nhìn chung các gốc no có tỷ lệ phân giải sinh học cao nhất theo sau là các gốcthơm
nhẹ, thơm, gốc thơm cao phân tử; trong khi các hợp chất phân cực lại có tỷ lệphân
giải thấp.
Các loại alkan ( loại hydrocacbon mạch thẳng) thường bị phân hủy bắt đầu từcacbon
ở đầu. Quá trình oxy hóa này bắt đầu bằng việc sử dụng oxy phân tử tạo rarượu bậc
1. Kế tiếp là sự tạo ra aldehit và axit carboxilic có số carbon giống nhưchuỗi carbon
ban đầu. Sự phân giải sẽ tiếp tục, từ axid carboxilic tạo thànhmonocarboxilic axit có
số carbon ít hơn số carbon ban đầu là 2C và một phân tửCH3 – ScoA, sau đó chuyển
thành CO2. Các hợp chất phân nhánh cao sẽ bị oxy hóathành rượu bậc 2.
Quá trình oxy hóa của n-ankan: α- và ω-hydroxylation được xúc tác bởi cùngmột bộ
các enzym. Với vi khuẩn, các bước 1, 2 và 3 được xúc tác bởi
ankanmonooxygenase, rượu dehydrogenase và aldehyde dehydrogenase béo. Với

men,bước 1 là xúc tác bằng P450 monooxygenase, trong khi các bước 2 và 3 được
xúctác bởi oxidase rượu béo và aldehyde dehydrogenase béo, hoặc do
P450monooxygenase tham gia trong bước 1.

Xử lý đất nhiễm dầu bằng công nghệ sinh học GVHD: TS . Đỗ Biên Cương

SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Lớp Hóa Dầu K31 – ĐH Quy Nhơn

Sự phân hủy ankan
Các alkan có mạch từ C10 – C24 thường được phân hủy nhanh nhất, riêng
chuỗicarbon ngắn lại có tác dụng độc đối với các vi sinh vật (nhưng chúng thường
dễ bốc hơi).
Chuỗi carbon dài khó phân hủy, cacbon mạch nhánh làm chậm quá trình phân hủy.
Đối với các hợp chất thơm, sự phân hủy xảy ra chậm hơn so với sự phân hủy các
alkan.
Các hợp chất này có thể được phân hủy khi chúng được đơn giản và có trọnglượng
phân tử thấp. Tuy nhiên, vì chúng khá phức tạp nên không phải là dễ dàng đểphân
hủy và chúng có thể kéo dài trong môi trường. Hyrocarbon thơm với một, haihoặc
ba vòng thơm được phân hủy có hiệu quả, tuy nhiên, những hyrocarbon thơmcó bốn
hay nhiều vòng thơm có khả năng kháng sự phân hủy của VSV.
Quá trình phân hủy bắt đầu bằng việc mở vòng thơm, và quá trình kết thúc
vớiacetyl-CoA hoặc axit Pyruvic. Dưới điều kiện hiếu khí cho một vòng benzen, O2
sẽđược chèn vào để tạo thành các nhóm chức năng ở vòng trong và cuối cùng để
hìnhthành các catechol. Vi khuẩn tiếp tục chuyển đổi catechol thành gốc béo sử
dụngvòng thơm tách dioxygenases. Catechol cuối cùng được tách ra dưới dạng một
hợpchất béo với một nhóm carboxyl được sử dụng bởi các tế bào trong chu trình
axíttricarboxylic (TCA hoặc chu trình Krebs) đó là một loạt các phản ứng quan
trọngcho quá trình hô hấp tế bào.

Xử lý đất nhiễm dầu bằng công nghệ sinh học GVHD: TS . Đỗ Biên Cương

SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Lớp Hóa Dầu K31 – ĐH Quy Nhơn

sự phân hủy của benzen bằng oxy phân tử.
Có vô số con đường cho sự phân hủy của catabolic của các hợp chất thơm. Vídụ,
toluen được phân hủy bởi các vi khuẩn khác nhau với năm con đường:
Trên con đường mã hóa bởi plasmid TOL, toluen là liền xuống cấp đến rượubenzyl,
benzaldehyde và benzoat, đó là tiếp tục chuyển đến trung gian chu trìnhTCA.
Bước đầu tiên của toluen suy thoái với P. putida F1 là phần chèn hai nhómhydroxyl
vào toluen, tạo thành cis-toluen dihydrodiol. Đây là trung gian sau đóchuyển sang 3-
methylcatechol.
Với KR1 mendocina Pseudomonas, toluen được chuyển đổi bởi toluen 4-
monooxygenase tạo ra p-cresol, tiếp theo là sự hình thành p-hydroxybenzoate
thôngqua quá trình oxy hóa của chuỗi phụ methyl.
Với pickettii Pseudomonas PKO1, toluene là bị ôxi hóa bởi toluen 3-monooxygease
tạo m-cresol, sau đó tiếp tục bị ôxi hóa thành 3-methylcatechol bởimonooxygenase
khác. Với G4 cepacia Bukholderia, toluen được chuyển hoá thànho-cresol bởi toluen
2 monooxygenase, trung gian này đang được chuyển bằngmonooxygenase khác
tạo 3-methylcatechol.

Sự phân hủy của Phenanthrene.
Asphaltenes và nhựa đường: Rất khó để phân hủy vì chúng rất phức tạp, các hợpchất
này không hoặc chậm phân hủy
Xử lý đất nhiễm dầu bằng công nghệ sinh học GVHD: TS . Đỗ Biên Cương

SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Lớp Hóa Dầu K31 – ĐH Quy Nhơn

Các thành phần dầu khí bị mắc kẹt trong biển trầm tích có xu hướng vẫn tồn tại
trong điều kiện yếm khí. Tuy nhiên, các nghiên cứu sinh thái đã chứng minh
rằnghydrocarbon nhất định có thể bị ôxi hóa trong điều kiện kỵ khí khi một trong

haiđiều kiện giảm nitrat, giảm sulfat, metan được tạo ra, Fe (III) giảm, cùng với
quátrình oxy hóa dầu khí. Nhiều hydrocacbon, như ankan, anken và hydrocarbon
thơmnhư benzen, toluen, xylenes, ethyl-và propylbenzenes,
trimethylbenzenes,naphtalene, phenanthrene và acenaphthene, được biết đến là được
anaerobicallyxuống cấp. Con đường cho sự phân hủy của ankan và anken là chưa rõ
ràng. Vikhuẩn kỵ khí HD-1 mọc trên CO2 trong sự hiện diện của H2 hoặc
tetradecane.
Nhiều con đường cho sự phân hủy kỵ khí toluen. Tất cả những con đường biếnđổi
các cơ chất ban đầu vào chung trung gian, benzoyl-coenzym A (CoA). Vớichủng vi
sinh vật Thauera sp. T1, các quá trình oxy hóa của toluene là khởi xướng bởi sựhình
thành benzylsuccinate từ toluen và fumarate. Sau khi sự hình thành của benzyl-CoA,
tiếp tục tạo cyclohex -1,5-diene-1-carboxyl-CoA. Với R. palustris, cyclohex -1,5-
diene-1-carboxyl-CoA tạo thành cyclohex-1 - ene-1-carboxyl-CoA, trong khivới
Thauera aromatica, nó lại ngậm nước đến 6-hydroxycyclohex-1-ene-1-carboxyl-
CoA. Sản phẩm cuối cùng của quá trình là Acetyl – CoA.

Sự phân hủy kỵ khí của Toluene.
Một số tuyến đường được đề xuất cho sự chuyển đổi của toluen để benzoyl-CoA.
Sau khi chuyển đổi của benzoyl-CoA thành cyclohex-1 ,5-diene-1-carboxyl- CoA,
Xử lý đất nhiễm dầu bằng công nghệ sinh học GVHD: TS . Đỗ Biên Cương

SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Lớp Hóa Dầu K31 – ĐH Quy Nhơn

sản phẩm này được xử lý 2 cách khác nhau với hai loại vi khuẩn khác nhau,R.
palustris và aromatica Thauera
Tóm lại sự phân hủy hydratcacbon được xếp theo thứ tự sau: n – alkan > alkan
mạch nhánh > hợp chất mạch vòng có trọng lượng phân tử thấp > alkan mạch
vòng.Các nhà khoa học đã tìm ra nhữvaatjvi sinh vật có khả năng phân hủy dầu mỏ:
• Vi khuẩn: Achromobbacter;Aeromonas; Alcaligenes; Arthrobacter;
Bacillus;Beneckea; Brevebacterium; Coryneforms; Erwinia; Flavobacterium;

Klebsiella;Lactobacillus; Leucothrix; Moraxella; Nocardia; Peptococcus;
Pseudomonas;Sarcina; Spherotilus; Spirillum; Streptomyces; Vibrio; Xanthomyces.
• Xạ khuẩn: Streptomyces Sp; Actinomyces Sp
• Nấm: Allescheria; Aspergillus; Aureobasidium; Botrytis;
Candida;Cephaiosporium; Cladosporium; Cunninghamella; Debaromyces;
Fusarium;Gonytrichum; Hansenula; Helminthosporium; Mucor;
Oidiodendrum;Paecylomyces; Phialophora; Penicillium; Rhodosporidium;
Rhodotorula;Saccharomyces; Saccharomycopisis; Scopulariopsis; Sporobolomyces;
Torulopsis;Trichoderma; Trichosporon.

3.2Một số yếu tố ảnh hưởng đến vi sinh vât:
Vi khuẩn phát triển phụ thuộc vào chất dinh dưỡng. Các chất dinh dưỡng là các khối
cơ bản để vi khuẩn sống và cho phép vi khuẩn tạo ra các enzym cần thiết đểphá vỡ
các hydrocarbon. Mặc dù nhu cầu dinh dưỡng khác nhau giữa các vi sinhvật. Nhưng
tất cả chúng sẽ cần nitơ, phốt pho và carbon. Sự sống còn của các visinh vật phụ
thuộc vào việc có thể đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của nó hay không.
• Carbon
Carbon là nguyên tố cấu trúc cơ bản nhất của vi sinh vật và là cần thiết với số
lượnglớn hơn các yếu tố khác, cacbon: nitơ là 10:01 và cacbon : phospho là 30:1.
Trongphân hủy của dầu, có rất nhiều các-bon cho vi sinh vật do cấu trúc của các
phân tửdầu.
• Nitơ
Xử lý đất nhiễm dầu bằng công nghệ sinh học GVHD: TS . Đỗ Biên Cương

SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Lớp Hóa Dầu K31 – ĐH Quy Nhơn

Nitơ được tìm thấy trong các protein, enzym, các thành phần tế bào, và axitnucleic
của vi sinh vật. Vi sinh vật phải được cung cấp nitơ vì không có nó,chuyển
hóa vi sinh vật sẽ bị thay đổi. Hầu hết các vi sinh vật cố định đòi hỏi các hình thức
nitơ, chẳng hạn như nitơ amin hữu cơ, các ion amoni, hoặc các ion nitrat.

Nhữnghình thức khác của nitơ có thể khan hiếm trong môi trường nhất định, gây ra
nitơ đểtrở thành một yếu tố hạn chế trong sự phát triển của quần thể vi khuẩn.
• Phốt pho
Photpho là cần thiết trong các màng tế ( bao gồm phospholipids ), ATP nguồnnăng
lượng (trong tế bào) và liên kết với nhau các axit nucleic. Việc bổ sung thêmnito và
photpho sẽ tăng cường khả năng hoạt động phân giải dầu của vi sinh vật.Cùng với
các chất dinh dưỡng, vi khuẩn cần một số điều kiện để sinh sống. Bởivì vi khuẩn
phát triển và hoạt động của enzym bị ảnh hưởng bởi các yếu tố sau:
• Oxy
Quá trình phân hủy dầu chủ yếu là một quá trình oxy hóa. Vi khuẩn tạo ra enzyme
sẽ xúc tác quá trình chèn oxy vào các phân tử hydrocarbon để sau đó có thểđược tiêu
thụ bằng cách chuyển hóa tế bào. Bởi vì điều này, ôxy là một trong những yêu cầu
quan trọng nhất cho các quá trình phân hủy dầu. Các nguồn chính cung cấp oxy là
ôxy trong không khí.Theo lý thuyết cho thấy mỗi gam oxy có thể bị ôxi hóa 3.5g
dầu.
• Nước
Nước là cần thiết bởi vi sinh vật vì nó chiếm một tỷ lệ lớn trong tế bào chất củatế
bào. Nước cũng rất quan trọng bởi vì hầu hết các phản ứng enzym diễn ra trong
dung dịch. Nước này cũng cần thiết cho vận tải của hầu hết các vật liệu vào và
rakhỏi tế bào.
• Nồng độ chất ô nhiễm
Nồng độ các chất ô nhiễm là một yếu tố quan trọng. Nếu nồng độ hydrocarbonxăng
dầu quá cao thì nó sẽ làm giảm lượng oxy, nước và các chất dinh dưỡng có sẵncho
các vi khuẩn.
Xử lý đất nhiễm dầu bằng công nghệ sinh học GVHD: TS . Đỗ Biên Cương

SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Lớp Hóa Dầu K31 – ĐH Quy Nhơn

Nói chung, sự đa dạng của những vi sinh vật phân giải hydrocarbon tương qua với
mức độ ô nhiễm hiện tại.

• Một số yếu tố khác
Bao gồm cả áp lực, độ mặn, và pH, cũng có thể có tác động quan trọng đến quátrình
phân hủy dầu của VSV.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.Công nghệ sinh học môi trường.TS. Lê Phi Nga-TS.
Jean-Paul Schwitzguebéls
2.
U.S.AEC, 2000. Windrow Composting of Explosives-Contaminated Soil. U.S. Army
Environmental Center.
(
3. Vi sinh vật Sự xuống cấp của chất gây ô nhiễm hydrocarbon dầu khí:
Nilanjana Das và Preethy ChandranPhòng Công nghệ sinh học môi trường,
Trường Khoa học Sinh học và Công nghệ, Đại học VIT, Vellore, Tamil Nadu
632014, Ấn Độ .
4.Assessing UST Corrective ActionTechnologies: DiagnosticEvaluation of In
situ SVE-BasedSystem Performance.R. L. Johnson, R. R. Dupont, and D. A.
Graves.
5. Bioremediation of hydrocacbon contaminated:B M Taylor,BSc Hons
(Zoology) ,BSc Hons (Chemistry) ,
MRSCECSOL Limited.

6.
Bioremediation of petroleum hydrocarbon-contaminated soil by
composting in biopiles.K.S. Jùrgensen*, J. Puustinen1, A M. Suortti
7. Bioremediation ofContaminated Soils: A
ComparisonofInSituandExSitu Techniques.JeraWilliams.
8.A case study of bioremediation of petroleum-hydrocarbon
contaminated soil at a crude oil spill site.B.K. Gogoia, N.N. Duttaa, P.
Goswamia, T.R. Krishna Mohanb.

Xử lý đất nhiễm dầu bằng công nghệ sinh học GVHD: TS . Đỗ Biên Cương

SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Lớp Hóa Dầu K31 – ĐH Quy Nhơn

MỤC LỤC


LỜI MỞ ĐẦU 1

I.BẢN CHẤT VÀ ĐẶC TÍNH CỦA DẦU MỎ 2

II. NGUYÊN NHÂN GÂY Ô NHIỄM DẦU: 3

1. Ô nhiễm dầu do quá trình chế biến dầu tại các cơ sở lọc dầu ven biển: 3

2. Do rò rỉ, tháo thải trên đất liền: 3

3. Ô nhiễm dầu do quá trình khai thác dầu trong thềm lục địa: 3

4. Do sự cố trên giàn khoan dầu: 4

5. Do tàu chở dầu bị tai nạn, đắm trên đại dương: 4

III.ẢNH HƯỞNG Ô NHIỄM DẦU 5

IV .BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC Ô NHIỄM DẦU: 5

1. Khả năng tự làm sạch của đất: 5

2. Xử lý bằng phương pháp vi sinh: 6

2.1.Xử lý bên ngoài vị trí ô nhiễm(ex- situ): 6

Xử lý đất nhiễm dầu bằng công nghệ sinh học GVHD: TS . Đỗ Biên Cương

SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Lớp Hóa Dầu K31 – ĐH Quy Nhơn

3. Cơ chế phân hủy sinh học: 14

3.1.Cơ chế: 14

3.2 Một số yếu tố ảnh hưởng đến vi sinh vât: 18

TÀI LIỆU THAM KHẢO 20

Xử lý đất nhiễm dầu bằng công nghệ sinh học GVHD: TS . Đỗ Biên Cương

SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Lớp Hóa Dầu K31 – ĐH Quy Nhơn

Xử lý đất nhiễm dầu bằng công nghệ sinh học GVHD: TS . Đỗ Biên Cương

SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Lớp Hóa Dầu K31 – ĐH Quy Nhơn