Sử dụng các vi sinh vật trong phân huỷ dầu và các hợp chất có nguồn gốc dầu

Review
SỬ DỤNG VI SINH VẬT TRONG PHÂN HỦY DẦU
VÀ CÁC HP CHẤT CÓ NGUỒN GỐC DẦU
DOWNLOAD» AGRIVIET.COM
1


I. Đặt vấn đề

Để duy trì sự sống của bản thân và tiếp tục sự phát triển của nòi giống, ngay từ thời nguyên
thuỷ, con người đã có những hoạt động khai thác tài nguyên tự nhiên, chế biến thành những vật
phẩm càn thiết cho mình, hoặc để cải thiện những điều kiện thiên nhiên, tạo nên môi trường sống
thích hợp với mình. Trong lúc tiến hành những hoạt động đó, con người ít nhiều đã biết rằng mọi
can thiệp vào tài nguyên thiên nhiên và môi trừơng luôn luôn có hai mặt lợi hại khác nhau đối với
cuộc sống trước mắt và lâu dài của con người. Do đó, cùng với việc phát triển của xã hội, kinh tees
phát triển đi đôi với việc phát triển các nghành công nghiệp dẫn đến nhu cầu khai thác và sử dụng
dầu mỏ tăng lên đáng kể, nhất là các nước có ngành công nghiệp dầu khí phát triển, mà hậu quả
của nó đã tác động lên môi trường sống của sinh vật biển, của động vật thuỷ sinh, của con người và
ảnh hưởng gián tiếp đến sự phát triển nên kinh tế của xã hội.
Vì thế, để đảm bảo sức khoẻ cộng đồng và trả lại cho môi trường sự trong sạch ban đầu của
nó, người ta đã nghiên cứu nhiều áp dụng thành công nhiều phương pháp, trong đó phương pháp
sinh học được đánh giá cao bởi các đặc tính ưu việt của nó như: giá thành hạ, không gây ô nhiễm
cho môi trương xử lý, tuy thời gian dài hơn so với các phương pháp khoa học khác. Vì những lý do
đó chúng em đã chọn đề tài vi sinh vật xử lý dầu trong nước

Review
SỬ DỤNG VI SINH VẬT TRONG PHÂN HỦY DẦU
VÀ CÁC HP CHẤT CÓ NGUỒN GỐC DẦU
DOWNLOAD» AGRIVIET.COM
2
II. Giới thiệu sơ lược về dầu
1. khái niệm

Dầu là một hợp chất phức tạp, là một hợp chất hữu cơ cao phân tử hỗn hợp trong thiên
nhiên, hầu như chỉ chứa các hrocacbon. Dầu được tạo thành từ xa xưa bằng những phản ứng phức
tạp xảy ra dưới điều kiện áp suất và nhiệt độ ở độ sâu nhất đònh, cùng với các vận động đòa chất
Trong dầu mỏ có tới hàng trăm loại cacbuahđro khác nhau dại diện cho nhiều loại cấu trúc
hoá học riêng biệt. Chỉ tính xăng là hỗn hợp hrocacbua dầu mỏ tinh chế đã có 200 chất khác
nhau ở tính bay hơi, tính hoà tan, tính hấp thụ

Thành phần cơ bản của dầu mỏ gồm:
+ Hrocacbua mạch thẳng : 30-35%
+ Hrocacbua mạch vòng : 25-75%
+ Hroôcacbua thơm :10-20%
2. Thành phần của dầu

dầu thô ở vùng khác nhau thì thành phần khác nhau(bảng1). Tính trung bình thì nhóm quan
trọng nhất của hrocacbon trong dầu khí là phân tử parafin được xếp từ 1đến lớn hơn 78 cacbon, 5
hoặc 6 hrocacbon béo no và không no hoặc naptalin và có nhiều chất cí mùi thơm khác nhau.
Ngoài ra còn có các thành phần khác như: lưu huỳnh, nitơ, oxy … quan trọng nhất trong dầu là
vanadi và niken


Nguồn dầu thô
Thành phần
Prudhoc Bay South Louisian Kuwait
Lưu huỳnh (%) 0.94 0.25 2.44
Nitơ(%) 0.23 0.69 0.14
Niken(ppm) 10 2.2 7.7
Vanadium(ppm) 20 1.9 28
Naphth(%)(20-205
o
c) 23.2 18.6 22.7
parafin 12.5 8.8 16.2
naphthenes 7.4 7.7 4.1
Chất béo 3.2 2.1 2.4

Bảng 1 : tính chất hoá học vài loại dầu thô
* Thành phần chính của dầu mỏ
:

phổ biến nhất trong dầu thô là hrocacbon thuộc 3 họ :parafinic, hrocacbon thơm,
hrocacbon napphenic.
* Thành phần khác

- trong khí dầu mỏ : ngoài thành phần chính còn có : CO
2
, N
2
, Ar, He, H
2
S…
- trong dầu mỏ : ngoài hrocacbon còn có : các chất nhựa, asphanten, các hợp chất chứa S,
N, O và kim loại nặng
- các chất nhựa và asphanten
Review
SỬ DỤNG VI SINH VẬT TRONG PHÂN HỦY DẦU
VÀ CÁC HP CHẤT CÓ NGUỒN GỐC DẦU
DOWNLOAD» AGRIVIET.COM
3
- các hợp chất hữu cơ chứa S : thành phần làm xấu chất lượng dầu thô, là các hợp chất như :
sunfuahro, mecaptan (RSH) … gây ăn mòn thiết bò công nghệ khi chế biến dầu thô, gây
ô nhiễm môi trường khi sử dụng nguyên liệu tạo ra khí SO
x
. hàm lượng S trong dầu thô ở
mức 0.5 % dược xem là giới hạn tiêu chuẩn .
- Các phức chất giữa kim loại với hợp chất hữu cơ : phổ biến là phức profyrin với kim loại
vanidi, niken , ngoài ra còn chứa rất ít các phức với kim loại như Fe, Cu,Pb, As
* Nguồn nước trong dầu mỏ:
dưới dạng nhũ tương phân tán cao nằm trong dầu mỏ. Nước
trong dầu chứa nhiều muối khoáng khác nhau và một số kim loại dưới dạng khử hoà tan .

III. Những tác động của dầu đến môi trương
1. các nguồn dầu gây ô nhiễm môi trường nước

các hoạt động gây ô nhiễm môi trường nước bao gồm chế biến dầu mỏ, sự cố rò rỉ hay bể
đường ống dẫn dầu, thải thẳng ra biển các nước thải rửa tàu mà không qua xử lý, và giao
thông sông biển (đặc biệt là sự cố dầu tràn)…
hàng năm có khoản 6 triệu tấn hrocacbúa dầu mỏ được thải vào môi trường nước biển,
do vận tải (2.2 triệu tấn), khai thác dầu ở biển (0.1 triệu tấn), các nhà máy chế biến dầu mỏ
ở ven bờ (0.2), chất thải công nghiệp (0.3), chất thải thành phố (0.3), từ các mỏ dầu dưới
nước(0.6), và theo mưa từ khí quyển (0.6). 80% chất ô nhiễm dầu trong nước biển là dầu
thô. Khi vao môi trường biển, dầu tạo thành một lớp mỏng trên bề mặt, tiếp theo là bay hơi
các hợp phần nhẹ (pha benzen và dầu hoả…).khoảng 5% dầu mỏ bò tan vào nước (chủ yếu
là các hrocacbon thơm và độc). Một phần các hợp chất này bò hấp phụ bởi chất lơ lửng và
phần khác lắng đọng xuống trầm tích đáy. Ngoài ra dầu mỏ còn tạo các huyền phù “dầu
trong nước” và “nước trong dầu” có thời gian tồn tại khác nhau trong môi trường nước biển.
Tuy nhiên, sự phân huỷ sinh học (do trên 200 ngàn loài vi sinh vật) cũng làm giảm đáng kể
hàm lượng dầu trong nước biển
2.
các nguồn dầu gây ô nhiễm trong môi trương đất


- Mối nguy hại tạo ra bởi sự chuyển hoá dầu là nguyên nhân gây sự ô nhiễm trong đất
(schmehl và Mccashin1973)
- Do sự lắng tụ các nguyên tố kim loại nặng trong phân chuồng
- Do sự tràn dầu thô hoặc do tinh chế sản phẩm dầu
3.Những tác động của dầu đến môi trường

hậu quả ô nhiễm môi trường rất lớn. Các lớp dầu mỡ (nếu dày hơn 0.1 mm) cản trở đáng
kể sự trao đổi khí của nước biển và các chất huyền phù và vật liệu lơ lửng (ở hàm lượng

đủ lớn), cản trở sự thâm nhập ánh sáng vào nước biển. Do ô nhiễm nên hàm lượng độc tố
trong sinh vật biển tăng đáng kể, làm rối loạn các chức năng sinh lý(hô hấp, phát triển,
sinh sản…),sinh hoá và có thể dẫn tới tử vong. Khi hàm lượng các chất độc tố hữu cơ như
chất hoạt hoá bề mặt đạt 5mg/l trong nước gây tử vong hàng loạt các động vật không
xương sống như : Capitella capitala, Scolelepis fuliginosa. Do đó ô nhiễn môi trường nước
biển sẽ làm suy thoái hệ sinh thái và cảnh quan, giảm năng suất và đa dạng sinh học, tài
nguyên sinh vật biển, ven bờ (rừng ngập mặn, đất ngập nước, cỏ biển, san hô, sinh vật phù
du, sinh vật bám đáy), tài nguyên du lòch …Thông qua đó ô nhiễm môi trường nước biển
Review
SỬ DỤNG VI SINH VẬT TRONG PHÂN HỦY DẦU
VÀ CÁC HP CHẤT CÓ NGUỒN GỐC DẦU
DOWNLOAD» AGRIVIET.COM
4
ảnh hưởng tới sức khoẻ con người ( qua chuỗi thức ăn bò nhiễm độc, qua nước tắm …) và
cản trở các hoạt đông nhân sinh, đặc biệt là nuôi trồng, đánh bắt thuỷ sản và du lòch…
Đối với môi trường đất thì dầu thô làm giảm sự nảy mầm cây, ảnh hưởng đến sự phát triển
của cây , ảnh hưởng đến sinh khối khô .
III. VI SINH VẬT PHÂN HUỶ DẦU
1 Các nhóm vi sinh vật phân huỷ dầu
1.1 Sự phân bố
Các vi sinh vật có khả năng phân huỷ hidrocacbon dầu mỏ và các hợp chất liên quan xuất hiện
khắp nơi, trong môi trường nước biển, nước ngọt và đất. Cho đến nay, người ta đã xác đònh được hơn
200 loài vi khuẩn, men và nấm có khả năng phân huỷ được các hidrocacbon có số nguyên tử cacbon
thay đổi từ C
1
(CH
4
) đến các hợp chất có số nguyên tử cacbon lớn hơn C
40
.

Trong môi trường biển, vi khuẩn được coi là loài phân huỷ hidrocacbon ưu thế và phân bố trong cả
vùng cực lạnh. Còn trong nước ngọt, men và nấm đóng vai trò quan trọng trong việc phân huỷ dầu.
Số lượng và thành phần vi sinh
vật không đồng đều ở những khu vực khác nhau và ở những
độ sâu khác nhau tuỳ theo điều kiện môi trường cụ thể. Những môi trường có chứa nhiều chất
hữu cơ, số lượng và thành phần vi sinh vật phát triển mạnh. Ngược lại, những khu vật nghèo
chất hữu cơ, số lượng và thành phần vi sinh vật ít hơn.
Trên mặt đất, số lượng và thành phần vi sinh vật rất ít, do độ ẩm không thích hợp và do tác
động của tia ánh sáng mặt trời làm cho phần lớn vi sinh vật bò tiêu diệt. Trong đất, thường gặp
các loài vi khuẩn như: Bac.mycoides, Bac.subtilis, Bac.mensentriricus, Micrococcusalbus. Độ
sâu từ 10cm đến 20cm, số lượng và thành phần vi sinh vật tập trung nhiều ở độ sâu này, độ ẩm
vừa thích hợp (50% - 90%), các chất dinh dưỡng lại tích luỹ nhiều, không bò tác dụng của chiếu
sáng nên vi sinh vật phát triển nhanh. Các quá trình chuyển hoá quan trọng trong đất chủ yếu
xảy ra ở độ sâu này. Số lượng và thành phần vi sinh vật sẽ giảm ở độ sâu trên 30cm (hầu như
không có trừ trường hợp mạch nước ngầm), vi sinh vật ở độ sâu này thường là nhóm yếm khí,
đồng thời có khả năng chòu được một áp suất lớn. Mặt khác, ở lớp đất này hầu như chất hữu cơ
rất hiếm nên vi sinh vật rất khó phát triển. Số lượng và thành phần vi sinh vật ưa dầu trong đất
còn thay đổi mạnh ở những nơi có nhiều đá cuội sỏi, cát, số lượng và thành phần vi sinh vật ít
hơn.
1.2.Các nhóm vi sinh vật phân huỷ dầu
1.2.1.Vi sinh vật phân huỷ hydrrocacbon :
Năm 1895,Miyoshi công bố rằng ISOTRYTIS CINEVEA có khả năng phân huỷ
parafin . Năm 1906 Rahn nghiên cứu sự phân giải parafin của nấm mốc . Bắt đầu từ đó
hàng loạt các nghiên cứu cho thấy có rất nhiều loài vi sinh vật có khả năng phân huỷ
dầu mỏ và khí tự nhiên .



Hydrocacbon Tên vi sinh vật Loại
Review

SỬ DỤNG VI SINH VẬT TRONG PHÂN HỦY DẦU
VÀ CÁC HP CHẤT CÓ NGUỒN GỐC DẦU
DOWNLOAD» AGRIVIET.COM
5
Metan


Hexandecan



Oxadecan







C
10
- C
20



C
12
- C
15

C
13
- C
19

C
14
- C
18







C
15
- C
28


n-parafin
Methanomonas sp
Bacillus

Cadida Trropicalis
Micrococcus Cerificans
Pseudomonas

Aeruginosa

Bacillus Theronophin
Candida sp
Mycobacterium
Lacticolum
M . Rubam Vas
Propanicum
M. Flavum Vas
Mathnicum
Nocardia sp
Pseudomonas
Aeryginosa

Candida Lipolytica
Mycobacterium Phlei

Candida Guilliermondi
Micrococcus Cerificans
Candida Intermetia
Torulopsis
Candida Tropicalis
Lipolytica C.Pelliculosa
C.Intermetia
Candida Intermedia

C .Lipolytica
Candida Albicans
C.Tropidalis
Candida Lipolytica

Pseudomonas
Nấm
Vi
khuẩn

Nấm
Vi khuẩn
Vi khuẩn

Vi khuẩn
Nấm
Vi khuẩn
Vi khuẩn
Vi khuẩn
Nấm
Vi khuẩn

Nấm
Vi khuẩn

Nấm
Vi khuẩn
Nấm
Nấm
Nấm
Nấm
Nấm
Nấm

Nấm

Nấm
Nấm
Nấm
Vi khuẩn


Review
SỬ DỤNG VI SINH VẬT TRONG PHÂN HỦY DẦU
VÀ CÁC HP CHẤT CÓ NGUỒN GỐC DẦU
DOWNLOAD» AGRIVIET.COM
6
Một số vi sinh vật phân giải dầu trong môi trường biển và bờ như là vi khuẩn
:Achromobacter, Acinetobacter , Alcaligenes , Arthrobacter, Bacillus, Brevibacterum ,
Cornybacterium ,Flavobacterium
Nocardia,Pseudomonas ,Vibrio và các men và nấm như là Aspergillus,
Candida , Cladosperrium , Penicillium , Phodotorula , Sporobolomyces ,
Trichodernia.

2.Cơ chế phân giải Hydrocacbon :
a.Phân giải ankan
( mạch thẳng ):
Các ankan mạch thẳng là những thành phần dễ bò phân huỷ nhất trong các hợp chất của dầu mỏ.
Sự phân hủy sinh học của n ankan với trọng lượng phân tử lên tới C
44
đã được chứng minh. Các n
ankan có dãy cacbon từ C
10
đến C
26
là những hydrocacbon thường dễ bò phân hủy bởi visinh vật. Quá

trình phân giải n ankan chủ yếu diễn ra:
CH
3
(CH
2
)
n
CH
3
CH
3
(CH
2
)
n
CH
2
OH (Rượu béo bậc 1)

-2H

CH
3
(CH
2
)
n
CHO (Andehyt béo)

-2H

H
2
O

CH
3
(CH
2
)
2
COOH (Axit béo)



CH
3
CoS.Co.A CH
3
(CH
2
)
n-2
_CoS.Co.A
Acetyl_Co.A



Chu trình Krebs
b. Phân giải metan:
Cơ chế của quá trình phân giải CH

4
:
CH
4
CH
3
OH HCHO HCOOH CO
2

Vi khuẩn Pseudomonas methanica có khả năng sử dụng một số hợp chất 1 C làm nguồn thức ăn và
nguồn năng lượng duy nhất. Đây là loại vi khuẩn có thể phân giải được hợp chất1 C
c. Phân giải các hợp chất thơm:
Các hydrocacbon thơm được chuyển thành các dẫn xuất octo_ hoặc para_ dyoxitphenyl. Dưới tác
dụng của hệ thống enzyme cảm ứng (enzyme oxygennaza), các vòng thơm sẽ bò cắt đứt. Cuối cùng,
các vòng thơm bò cắt đứt trên được hydroxyl hóa tạo thành các axit hữu cơ.
Quá trình phân giải hợp chất thơm (Nguyễn Đức Lượng_1996)