Lựa chọn chủng vi khuẩn có khả năng tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học cao nhằm ứng dụng xử lý ô nhiễm dầu
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.65 MB, 42 trang )
VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC
-----
-----
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
LỰA CHỌN CHỦNG VI KHUẨN CÓ KHẢ NĂNG
TẠO CHẤT HOẠT HÓA BỀ MẶT SINH HỌC CAO
NHẰM ỨNG DỤNG XỬ LÝ Ô NHIỄM DẦU
Giáo viên hướng dẫn : TS. KIỀU THỊ QUỲNH HOA
Sinh viên thực hiện
: HOÀNG THỊ YẾN
Lớp
: 11-02
HÀ NỘI – 2015
Viện Đại Học Mở Hà Nội
Luận văn tốt nghiệp
LỜI CẢM ƠN
Em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới TS. Kiều Thị Quỳnh Hoa,
trưởng phòng Vi sinh vật dầu mỏ, Viện Công nghệ Sinh học, Viện Hàn lâm Khoa
học và Công nghệ Việt Nam, người đã cho em định hướng nghiên cứu, tận tình chỉ
bảo để em thực hiện khóa luận.
Em xin bày tỏ lòng cảm ơn tới Thạc sĩ Nguyễn Thị Yên cùng các cán bộ phòng
Vi sinh vật Dầu mỏ, những người đã giúp đỡ em trong thời gian thực tập tại phòng
Vi sinh vật dầu mỏ.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô Khoa Công nghệ sinh học, Viện Đại học
Mở Hà Nội đã dạy dỗ, tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập, nghiên
cứu tại trường.
Cuối cùng, Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè đã động viên, giúp
đỡ để em có thể hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn về tất cả những sự giúp đỡ quý báu trên!
Hà Nội, ngày 22 tháng 5 năm 2015
Sinh viên
Hoàng Thị Yến
Hoàng Thị Yến
Viện Đại Học Mở Hà Nội
Luận văn tốt nghiệp
MỤC LỤC
BẢNG CHỮ VIẾT TẮT .............................................................................................. 6
DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ ......................................................................... 1
LỜI MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 1
PHẦN I : TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................................. 2
1.1. Ô nhiễm dầu trên thế giới ................................................................................... 2
1.2. Ô nhiễm dầu ở Việt Nam .................................................................................... 3
1.3. Nguyên nhân ô nhiễm dầu ở Việt Nam ................................................................ 3
1.3.1. Ô nhiễm dầu từ các khu công nghiệp và khu dân cư đô thị ........................... 3
1.3.2. Ô nhiễm dầu do hoạt động hàng hải ............................................................. 3
1.3.3. Ô nhiễm dầu từ sự cố tràn dầu Việt Nam ...................................................... 4
1.3.4. Ô nhiễm dầu do khí quyển xâm nhập xuống ................................................. 5
1.3.5. Ô nhiễm dầu do quá trình khai thác dầu trên biển ........................................ 5
1.4. Tác động của ô nhiễm dầu đến môi trường và con người.................................... 5
1.4.1. Tác động của ô nhiễm dầu đến môi trường ................................................... 5
1.4.2. Tác động của ô nhiễm dầu đối với con người ............................................... 7
1.5. Một số phương pháp xử lý ô nhiễm dầu .............................................................. 8
1.5.1. Phương pháp hóa học .................................................................................. 8
a. Chất phân tán .................................................................................................... 8
b. Chất hấp thụ dầu................................................................................................ 8
1.5.2. Phương pháp cơ học .................................................................................... 9
1.5.3. Phương pháp sinh học .................................................................................. 9
1.6. Chất hoạt hóa bề mặt sinh học ......................................................................... 11
1.6.1. Khái niệm chất hoạt hóa bề mặt sinh học ................................................... 11
1.6.2. Phân loại chất hoạt hóa bề mặt sinh học .................................................... 11
a. Glycolipid ........................................................................................................ 11
b. Lipopeptid và lipoprotein ................................................................................. 12
c. Phospholipid và acid béo ................................................................................. 12
c. CHHBM trùng hợp và CHHBM dạng hạt ......................................................... 13
1.6.3. Tính chất của chất hoạt hóa bề mặt sinh học .............................................. 14
a. Tính chất hóa lý ............................................................................................... 14
b. Khả năng phân hủy sinh học tốt và độc tính thấp ............................................. 14
d. Khả năng chịu nhiệt, pH và chịu lực ion .......................................................... 15
1.6.4. Ứng dụng của chất hoạt hóa bề mặt sinh học trong đời sống ..................... 15
1.6.5. Ứng dụng của chất hoạt hóa bề mặt sinh học trong xử lý ô nhiễm dầu ....... 16
1.7. Vi khuẩn có khả năng tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học và các yếu tố ảnh
hưởng đến khả năng tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học .......................................... 17
1.7.1. Vi khuẩn có khả năng tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học............................ 17
Hoàng Thị Yến
Viện Đại Học Mở Hà Nội
Luận văn tốt nghiệp
1.7.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tổng hợp chất hoạt hóa bề mặt sinh học ............... 18
a. Ảnh hưởng của nguồn carbon .......................................................................... 18
b. Ảnh hưởng của ni tơ ......................................................................................... 19
c. Ảnh hưởng của pH ........................................................................................... 20
d. Ảnh hưởng của nhiệt độ ................................................................................... 21
PHẦN II: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................... 22
2.1. Vật liệu ............................................................................................................. 22
2.1.1. Chủng vi khuẩn .......................................................................................... 22
2.1.2. Môi trường, hóa chất và điều kiện nuôi cấy vi khuẩn.................................. 22
2.1.3. Máy móc thiết bị......................................................................................... 22
2.2. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................. 23
2.2.1 Phân lập ...................................................................................................... 23
2.2.2. Xác định hình thái vi khuẩn ........................................................................ 23
2.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn carbon tới khả năng sinh trưởng và
tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học của các chủng vi khuẩn lựa chọn .................... 24
2.2.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn ni tơ tới khả năng sinh trưởng và tạo
CHHBMSH của chủng vi khuẩn lựa chọn ............................................................ 24
2.2.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH tới khả năng sinh trưởng và tạo
CHHBMSH của chủng vi khuẩn lựa chọn ............................................................ 24
2.2.6. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ tới khả năng sinh trưởng và tạo
CHHBMSH của chủng vi khuẩn lựa chọn ............................................................ 24
2.3. Phân loại theo kit chuẩn sinh hóa API của BioMerieux:................................... 25
PHẦN III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................... 26
3.1. Lựa chọn chủng vi khuẩn có khả năng tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học ........ 26
3.2. Đặc điểm hình thái và gram của chủng vi khuẩn lựa chọn ................................ 27
3.3. Ảnh hưởng của nguồn carbon tới khả năng tạo CHHBMSH của chủng G917 .. 28
3.4. Ảnh hưởng của nguồn ni tơ tới sự sinh trưởng và khả năng tạo CHHBMSH
của chủng G917 ...................................................................................................... 30
3.5. Ảnh hưởng của pH tới sự sinh trưởng và khả năng tạo CHHBMSH của chủng
G917 ....................................................................................................................... 33
3.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới khả năng tạo CHHBMSH của chủng G917 ........... 34
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................... 36
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 37
Hoàng Thị Yến
Viện Đại Học Mở Hà Nội
Luận văn tốt nghiệp
BẢNG CHỮ VIẾT TẮT
% v/v
Nồng độ phần trăm về thể tích
CHHBMSH
Chất hoạt hóa bề mặt sinh học
Da
Dalton
DO
Diesel oil
Dyn/cm
Dyne/centimet
E 24
Chỉ số nhũ hóa sau 24 giờ
mN/m
Milinewton/metter
Hoàng Thị Yến
Viện Đại Học Mở Hà Nội
Luận văn tốt nghiệp
DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ
Bảng 1. Những vụ tràn dầu nghiêm trọng trong lịch sử .............................................. 2
Bảng 2. Đặc điểm khuẩn lạc, tế bào, gram của chủng vi khuẩn G917 ......................... 24
Hình 1. Khả năng nhũ hóa với xylen của các chủng vi khuẩn .................................... 23
Hình 2. Hình thái khuẩn lạc chủng G917 trên môi trường HKTS 2% ......................... 24
Hình 4. Ảnh hưởng của nguồn carbon đến sự sinh trưởng và tạo CHHBMSH chủng
G917 .......................................................................................................................... 25
Hình 5. Ảnh hưởng của nồng độ carbon đến sự sinh trưởng và tạo CHHBMSH
chủng G917 ................................................................................................................ 26
Hình 6. Khả năng tạo CHHBMSH của chủng G917 với nguồn cơ chất DO ở các
ngày khác nhau ........................................................................................................... 26
Hình 7. Khả năng nhũ hóa với xylen trên các nguồn ni tơ khác nhau của chủng
G917 .......................................................................................................................... 27
Hình 9. Khả năng nhũ hóa với xylen của chủng G917 ở các nồng độ Ni tơ khác
nhau ........................................................................................................................... 29
Hình 10. Khả năng tạo CHHBMSH của chủng G917 ở các nguồn ni tơ khác nhau ở
các ngày khác nhau..................................................................................................... 29
Hình 11. Khả năng nhũ hóa với xylen ở các pH khác nhau của chủng G 917 sau 6
ngày nuôi cấy ............................................................................................................. 30
Hình 12. Khả năng tạo CHHBMSH của chủng vi khuẩn G917 sau các ngày nuôi
cấy ở các pH khác nhau .............................................................................................. 30
Hình 13. Khả năng nhũ hóa với xylen của chủng G917 ở các nhiệt độ khác nhau ....... 31
Hình 14. Khả năng tạo CHHBMSH của chủng G917 ở các nhiệt độ khác nhau .......... 31
Hoàng Thị Yến
Viện Đại Học Mở Hà Nội
Luận văn tốt nghiệp
LỜI MỞ ĐẦU
Từ khi được phát hiện và khai thác cho đến nay, dầu và các sản phẩm từ dầu đã
trở thành một nguồn nguyên liệu thiết yếu không thể thiếu đối với cuộc sống. Theo
những nghiên cứu được thực hiện trong thời gian gần đây đã cho thấy rằng 2/3 năng
lượng mà thế giới đang sử dụng hiện nay là từ dầu. Tuy nhiên, những hoạt động liên
quan đến dầu như khai thác dầu, vận chuyển dầu trên biển, sự rò rỉ dầu từ các
phương tiện lưu thông trên biển, từ dầu thải của các công trình ven biển hay các sự
cố đâm va tàu trên biển, các sự cố tràn dầu đã thải ra môi trường một lượng dầu lớn
dẫn đến ô nhiễm môi trường, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sinh thái
và cuộc sống của con người. Chính vì vậy, vấn đề xử lý ô nhiễm dầu là vô cùng cần
thiết.
Hiện nay, có nhiều phương pháp để xử lý ô nhiễm dầu như phương pháp hóa
học, phương pháp cơ học hay phương pháp sinh học. Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng
phương pháp sinh học có ưu điểm vượt trội như an toàn với môi trường và có thể xử
lý triệt để vùng ô nhiễm, giá thành rẻ. Một trong các phương pháp xử lý sinh học
đem lại hiệu quả cao là sử dụng các chất hoạt hóa bề mặt do vi sinh vật tạo ra. Chất
hoạt hóa bề mặt sinh học (CHHBMSH) là một hợp chất lưỡng cực có khả năng nhũ
hóa mạnh, cho phép hòa tan các chất không tan vào trong nước, chúng dễ bị phân
hủy sinh học lại không gây độc. Đặc biệt, chất hoạt hóa bề mặt sinh học có thể được
vi sinh vật tạo ra từ các nguồn cơ chất là phế thải của một số ngành công nghiệp
khác. Chính vì hiện trạng ô nhiễm và những ưu điểm của phương pháp sinh học,
chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài “Lựa chọn chủng vi khuẩn có khả năng tạo
chất hoạt hóa bề mặt sinh học cao nhằm ứng dụng xử lý ô nhiễm dầu”.
Mục tiêu của đề tài là tìm chủng vi khuẩn có khả năng tạo CHHBMSH cao, đánh
giá các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo CHHBMSH để tìm ta điều kiện phù hợp
nhất cho quá trình tạo CHHBMSH của chủng vi khuẩn lựa chọn nhằm ứng dụng xử
lý ô nhiễm dầu.
Hoàng Thị Yến
1
Viện Đại Học Mở Hà Nội
Luận văn tốt nghiệp
PHẦN I : TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Ô nhiễm dầu trên thế giới
Dầu mỏ và các sản phẩm của dầu mỏ đang gây ô nhiễm nghiêm trọng trên biển
và đại dương. Theo thống kê của chương trình Môi trường Liên Hợp Quốc (UNEP),
ước tính mỗi năm có khoảng 2,4 triệu tấn dầu đổ ra biển.
Ô nhiễm dầu đến từ các nguồn: từ lục địa, rò rỉ tự nhiên, hoạt động của tàu
thuyền, tai nạn tàu bè trên biển, khí quyển xâm nhập xuống hay các quá trình khai
thác dầu trên biển. Trong đó, nguồn lớn nhất là từ lục địa (42% tổng số) chủ yếu là
chất thải từ các ngành công nghiệp, các khu đô thị, khu dân cư … Dầu được vận
chuyển trên biển bị rò rỉ chiếm 23%. Các tàu chở dầu gặp nạn dẫn đến hiện tượng
tràn dầu được đánh giá là 13%, từ khí quyển xâm nhập xuống là 9%. Dầu từ quá
trình khai thác dầu gây ô nhiễm ước tính chỉ khoảng 2%, trong khi rò rỉ tự nhiên từ
các đứt gãy của trái đất lại chiếm tới 11% [36]. Trên thế giới từ trước đến nay đã
xảy ra một số vụ tràn dầu lớn gây ô nhiễm dầu nghiêm trọng như nêu ra ở bảng 1.
Bảng 1. Những vụ tràn dầu nghiêm trọng trong lịch sử
(Nguồn: Trung tâm nghiên cứu an toàn Dầu khí [38])
Năm diễn ra
Địa điểm
1
2
3
4
5
6
7
1991
1979
1979
1992
1983
1991
1983
Kuwait
Vịnh Campeche, Mexico
Trinidad và Tobago, Tây Ấn
Uzbekistan
Vịnh Ba Tư
Bờ biển Angola
Ngoài khơi vịnh Saldanha, Nam Phi
8
9
1978
1988
10
1991
Ngoài khơi vùng biển Pháp
700 hải lý ngoài khơi bờ biển Nova
Scotia, Canada
Genoa, Italy
STT
Lượng dầu tràn
(triệu gallons)
240-336
140
88,3
87,7
80
80
78,5
68,7
43
42
1.2. Ô nhiễm dầu ở Việt Nam
Chỉ tính riêng trữ lượng dầu khí ngoài khơi miền nam Việt Nam đã chiếm
khoảng 25% trữ lượng dầu dưới đáy biển Đông. Với trữ lượng này, chúng ta có thể
khai thác khoảng 20 triệu tấn/năm, đây là nguồn năng lượng đảm bảo cho nhu cầu
Hoàng Thị Yến
2
Viện Đại Học Mở Hà Nội
Luận văn tốt nghiệp
sử dụng dầu ở nước ta. Tuy nhiên, cùng với quá trình khai thác dầu và sử dụng dầu
làm năng lượng chất lượng môi trường biển và vùng ven bờ Việt Nam đang bị suy
giảm do ô nhiễm dầu.
Theo số liệu thống kê, nguồn ô nhiễm dầu lớn nhất xuất phát từ các cơ sở công
nghiệp và dân cư đô thị, với khoảng 960.000 tấn dầu chiếm 30%, đứng thứ hai phải
kể đến ô nhiễm do hoạt động của các tàu chở dầu với 22%, sau đó là các vụ tai nạn
tàu chở dầu 13%, trong khi các hoạt động khai thác dầu khí trên biển chiếm một tỷ
lệ khiêm tốn khoảng 2%. Đáng ngạc nhiên là ô nhiễm dầu tự nhiên từ các đứt gãy
của vỏ trái đất chiếm tới 8%, gấp 4 lần ô nhiễm từ các hoạt động khai thác dầu khí
trên biển. Còn lại 25% là do nhiều nguyên nhân khác [34].
1.3. Nguyên nhân ô nhiễm dầu ở Việt Nam
1.3.1. Ô nhiễm dầu từ các khu công nghiệp và khu dân cư đô thị
Quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đang cho thấy những mặt tích cực như
kinh tế được thúc đẩy phát triển, giao lưu văn hóa kèm theo hội nhập đang ngày
càng diễn ra mạnh mẽ. Tuy nhiên, nó cũng kéo theo những hệ lụy như gây ra ô
nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng.
Trong quá trình sản xuất công nghiệp, khối lượng dầu mỏ được thải ra khá lớn.
Chất thải từ các nhà máy chưa qua xử lý được xả thẳng ra biển và đại dương một
lượng lớn các chất bồi lắng, kim loại, nhựa, cặn dầu. Số lượng dầu mỏ thấm qua đất
và lan truyền ra biển ước tính khoảng hơn 1 triệu tấn mỗi năm [34].
1.3.2. Ô nhiễm dầu do hoạt động hàng hải
Các hoạt động hàng hải và công nghiệp đóng tàu là nguyên nhân quan trọng gây
ô nhiễm dầu, bởi trên 60% tổng sản lượng dầu khai thác trên thế giới được vận
chuyển bằng đường biển. Theo tài liệu của Viện nguồn lợi thế giới, trong giai đoạn
từ 1986 đến nay đã xảy ra trên 524 tại nạn trong tổng số 62341 tàu chở dầu và làm
tràn 3,5 triệu tấn dầu ra biển [39].
Theo số liệu ước tính của cục Đăng kiểm Việt Nam năm 2010 thì hoạt động hàng
hải đã gây ô nhiễm dầu ở vùng biển nước ta bởi nhiều nguyên nhân khác nhau.
Trong đó, súc rửa hầm hàng gây ô nhiễm nghiêm trọng nhất với 46%, tiếp theo là
tràn dầu chiếm 24% và xả thải nước lacanh, balat chiếm 22%. Ngoài ra, nước dằn,
Hoàng Thị Yến
3
Viện Đại Học Mở Hà Nội
Luận văn tốt nghiệp
nước làm mát máy gây ô nhiễm không đáng kể chỉ với 2% và sự cố nhận dầu 3%.
Còn lại 3% là do các nguyên nhân khác [35].
Theo thống kê số liệu quan trắc tại khu vực các sông thuộc khu vực Hạ Long –
Hải Phòng nồng độ dầu trong nước trung bình 0,26mg/l, tại khu vực Khánh Hòa –
Đà Nẵng nồng độ dầu trong nước trung bình 0,29mg/l, tại khu vực Bà Rịa – Vũng
Tàu nồng độ dầu trong nước dao động trong khoảng 0,14 – 0,52mg/l đều vượt giới
hạn Tiêu chuẩn Việt Nam. Đặc biệt hơn nếu hàm lượng dầu trong nước cao hơn
0,2mg/l sẽ không dùng làm nguồn cấp nước sinh hoạt được. Điều này là đáng báo
động về tình trạng ô nhiễm dầu ở các khu vực các sông ở nước ta.
1.3.3. Ô nhiễm dầu từ sự cố tràn dầu Việt Nam
Sự cố tràn dầu xảy ra ngày càng nhiều và tác động của chúng ngày càng lớn,
không chỉ ở các quốc gia có hoạt động khai thác dầu mà các quốc gia khác cũng có
khả năng gặp sự cố. Tràn dầu thường xảy ra trong các hoạt động tìm kiếm, thăm dò,
khai thác, vận chuyển, chế biến, phân phối và tàng trữ dầu và các sản phẩm của
chúng. Theo đánh giá của Viện Khoa học và Tài nguyên Môi trường biển - Viện
Khoa học và Công nghệ Việt Nam: từ năm 1989 đến nay, vùng biển Việt Nam có
khoảng 100 vụ tràn dầu do tai nạn tàu, các vụ tai nạn này đều đổ ra biển từ vài chục
đến hàng trăm tấn dầu. Những vụ tràn dầu với lượng từ 7-700 tấn thường do tàu
mắc cạn, còn với lượng tràn hơn 700 tấn chủ yếu là do quá trình vận chuyển và va
chạm tàu trên biển [41].
Theo nghiên cứu, trong dầu có chứa 6% hợp chất hidrocacbon thơm. Tuy có tỷ lệ
ít nhưng hidrocacbon thơm rất độc, là thành phần chính gây nên nhiều bệnh ung
thư. Ngoài ra, một tấn dầu tràn ra biển có thể loang phủ 12km² mặt nước, tạo thành
lớp váng dầu ngăn cách nước và không khí, làm thay đổi tính chất của môi trường
biển, cản trở việc trao đổi khí oxi và cacbonic với khí quyển.
1.3.4. Ô nhiễm dầu do khí quyển xâm nhập xuống
Là ô nhiễm do lượng tiêu thụ dầu trong các phương tiện giao thông và công
nghiệp. Thông thường, chúng tìm đường vào đại dương qua các lớp bụi phóng xa
trong khí quyển.
1.3.5. Ô nhiễm dầu do quá trình khai thác dầu trên biển
Hoàng Thị Yến
4
Viện Đại Học Mở Hà Nội
Luận văn tốt nghiệp
Trong quá trình khai thác dầu đã thải ra một lượng lớn nước thải có chứa dầu.
Khoảng 200 triệu tấn dầu được vận chuyển hàng năm qua các vùng biển ngoài khơi
Việt Nam từ Trung Đông tới Nhật Bản và Triều Tiên. Các hoạt động thăm dò, khai
thác dầu ngoài khơi Việt Nam đang tăng lên hàng năm. Biển Đông đã trở thành một
trong các địa điểm thăm dò và khai thác dầu khí nhộn nhịp nhất.
Ngoài ra, trong quá trình khai thác dầu còn có các sự cố gây tràn dầu như: sự cố
gây vỡ ống dẫn dầu, sự cố va chạm tàu chở dầu vào các giàn khoan trên biển. Đặc
biệt là 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 lượng lớn dầu tràn ra biển làm cho một vùng biển
rộng lớn bị ô nhiễm nghiêm trọng. Người ta ước tính có khoảng hơn 1 triệu tấn dầu
mỏ tràn ra mặt biển do những sự cố giàn khoan đó.
1.4. Tác động của ô nhiễm dầu đến môi trường và con người
1.4.1. Tác động của ô nhiễm dầu đến môi trường
Dầu gây ra mối đe dọa nghiêm trọng đối với môi trường biển, ảnh hưởng đến
nguồn nước bề mặt và một loạt các loài động, thực vật, sinh vật trong lưới thức ăn
phức tạp bao gồm cả thức ăn cho con người. Ô nhiễm dầu tác động trực tiếp hoặc
gián tiếp lên các hệ sinh thái biển ở các khía cạnh sau:
- Làm biến đổi cân bằng oxy của hệ sinh thái: dầu có tỷ trọng nhỏ hơn nước, khi
chảy loang trên mặt nước tạo thành váng, các váng dầu làm giảm khả năng trao đổi
oxy giữa không khí với nước, giảm hàm lượng oxy của hệ sinh thái, do vậy cán cân
điều hòa oxy trong hệ bị đảo lộn.
- Làm nhiễu loạn các hoạt động sống trong hệ sinh thái: dầu bám vào cơ thể sinh
vật sẽ ngăn cản quá trình hô hấp, trao đổi chất và sự di chuyển của sinh vật trong
môi trường nước. Dầu bao phủ màng tế bào sẽ làm mất khả năng điều tiết áp suất
trong cơ thể sinh vật. Theo các chuyên gia, nồng độ dầu trong nước chỉ 0,1mg/l có
thể gây chết cho các loài sinh vật phù du, điều này làm nhiễu loạn các hoạt động
sống trong hệ sinh thái.
- Gây độc tính tiềm tàng trong hệ sinh thái: ô nhiễm dầu sẽ ngăn cản quá trình
trao đổi oxy giữa nước và không khí, làm tích tụ các khí độc hại như H2S, CH4 làm
tăng pH trong môi trường sinh thái. Dưới tác động của hoạt động sinh – địa hóa,
Hoàng Thị Yến
5
Viện Đại Học Mở Hà Nội
Luận văn tốt nghiệp
dầu dần dần bị phân hủy, lắng đọng và tích lũy trong các lớp trầm tích của hệ sinh
thái gây độc cho các loài sinh vật sống trong đáy biển.
- Dầu xua đuổi các đàn cá biển, làm chết các rạn san hô, dẫn tới sự xói mòn các
đảo và các vùng ven bờ. Dầu làm hỏng các rừng ngập mặn, làm mất nơi trú ngụ và
cung cấp thức ăn cho sinh vật biển.
Ngoài ra, ảnh hưởng của ô nhiễm dầu đến động, thực vật là vô cùng nghiêm
trọng. Cụ thể:
Đối với chim biển:
Dầu phá hủy cấu trúc lớp bảo vệ của lông và khả năng giữ nhiệt giảm các loài
chim sẽ đóng băng đến chết. Chim sẽ không thể bay nếu lông dính quá nhiều dầu và
điều này có thể làm nó chết đuối.
Chim sẽ bị ngộ độc khi cố rỉa bộ lông dính dầu. Thường chúng chết sau vài giờ.
Dầu cũng làm ảnh hưởng đến khả năng sinh sản của chim [33].
Đối với các loài hải sinh vật có vú và cá
Dầu dính vào bộ lông của loài có vú như cá voi, cá heo, rái cá, làm mất đặc tính
cách nhiệt, hay làm nghẹt đường khí quản khi thân nhiệt bị mất, con thú sẽ chết.
[37].
Cá có thể bị nhiễm một lượng lớn dầu qua mang. Cá đã tiếp xúc với dầu có thể bị
thay đổi nhịp thở, gan to, giảm tăng trưởng, mòn vây và một loạt các triệu chứng ở
mức độ sinh hóa và tế bào. Dầu còn ảnh hưởng đến khả năng sinh sản do dầu phá
hủy trứng cá hoặc làm cho cá bị biến dạng.
Ngoài ra, ảnh hưởng của các chất phân giải hóa học khi làm sạch khu vực ô
nhiễm dầu cũng có tác động trực tiếp hoặc gián tiếp đối với các loài động, thưc vật
trong vùng bị ô nhiễm dầu.
1.4.2. Tác động của ô nhiễm dầu đối với con người
Ô nhiễm dầu không chỉ gây hại lớn cho môi trường, mà nó còn ảnh hưởng trực
tiếp đến con người.
Hoàng Thị Yến
6
Viện Đại Học Mở Hà Nội
Luận văn tốt nghiệp
- Ô nhiễm dầu sẽ làm cho hàm lượng hydrocacbon trong môi trường không khí
cao hơn gấp nhiều lần so với mức giới hạn. Hơi dầu tác động đến môi trường không
khí xung quanh ảnh hưởng tới sức khỏe cộng đồng.
- Chất lượng môi trường biển thay đổi dẫn đến nơi cư trú tự nhiên của các loài
bị phá hủy, dầu có thể trực tiếp làm tổn hại các tàu thuyền, ghe lưới đánh cá và dụng
cụ nuôi trồng thủy sản hay gián tiếp làm giảm năng suất đánh bắt và nuôi trồng do
lo lắng không tiêu thụ được những sản phẩm sản xuất trong khu vực bị ô nhiễm.
Điều này gây thiệt hại nặng cho nền kinh tế.
- Dầu làm nhiễm bẩn các khu biển giải trí sẽ làm cản trở hoạt động nghỉ ngơi
như tắm biển, bơi thuyền, lặn, du lịch. Tất cả những dịch vụ từ biển sẽ bị giảm thu
nhập đáng kể.
- Đối với các nhà máy sử dụng nước biển làm lạnh cũng có thể bị dầu làm ảnh
hưởng, gây tắc nghẽn, làm giảm năng suất máy.
1.5. Một số phương pháp xử lý ô nhiễm dầu
1.5.1. Phương pháp hóa học
Phương pháp hóa học được dùng khi có hoặc không có sự làm sạch cơ học trong
một thời gian dài. Phương pháp này sử dụng các chất phân tán, các chất phá nhũ
tương dầu, các chất keo tụ và hấp thụ dầu.
a. Chất phân tán
Một trong các phương pháp hóa học xử lý ô nhiễm dầu là sử dụng các chất phân
tán phun thành bụi vào vết dầu nổi, các chất keo tụ và hấp thu dầu. Đó là các chế
phẩm hóa học chỉ được sử dụng với những điều kiện khống chế nghiêm ngặt.
Về cơ bản, chất phân tán là chất xúc tác bề mặt có cấu trúc phân cực, gồm một
đầu hấp thụ dầu (gốc oleophil) và một đầu hấp thụ nước (gốc hydrophil). Khi được
phun vào váng dầu, chất phân tán sẽ làm giảm sức căng bề mặt tiếp xúc dầu – nước,
làm cho dầu bị phân tán thành các giọt nhỏ khoảng 0,2 mm. Kết quả làm tăng tổng
diện tích tiếp xúc bề mặt của vệt dầu ban đầu với môi trường xung quanh. Các giọt
dầu này sẽ phân hủy nhanh (dầu nhẹ) hay lắng chìm dần (dầu nặng). Hóa chất thông
Hoàng Thị Yến
7
Viện Đại Học Mở Hà Nội
Luận văn tốt nghiệp
dụng trên thị trường hiện nay là chất phân tán ký hiệu BP110-OX của công ty dầu
BP [39].
Phương pháp sử dụng chất phân tán có ưu điểm là thúc đẩy tốc độ phân hủy của
các giọt nhũ tương dầu. Ngược lại có nhược điểm là dầu bị phân tán dưới mặt nước,
gây tổn thất cho sinh vật ở tầng lơ lửng và tầng đáy, hơn nữa có thể gây ô nhiễm thứ
cấp vì chất phân tán thường có độc tính.
b. Chất hấp thụ dầu
Dầu sẽ hình thành một lớp chất lỏng trên bề mặt của chất hấp thụ. Chất hấp thụ
này hấp thụ các hỗn hợp dầu tràn ở mọi dạng nguyên, nhũ hóa từng phần hay bị
phân tán trên mặt nước. Đặc biệt chúng chỉ hút dầu chứ không hút nước. Chất hấp
thụ có thể là những chất hữu cơ tự nhiên, vô cơ tự nhiên hoặc tổng hợp. Hiện nay có
một số sản phẩm như: enretech cellusorb, corbol…
Phương pháp này không những mang lại hiệu quả cao trong xử lý dầu tràn mà
còn giảm thiểu một cách tối đa các ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường. Tuy nhiên,
nó cũng có điểm hạn chế là hiệu quả xử lý phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, sóng, gió,
cấu trúc vật liệu chế tạo và chi phí cho phương pháp này tương đối cao.
1.5.2. Phương pháp cơ học
Đối với biện pháp cơ học, thực hiện quây gom, dồn dầu vào một vị trí nhất định
để tránh dầu lan trên diện rộng. Sử dụng phao ngăn dầu để quây khu vực dầu tràn
sau đó, thu gom xử lý. Sau khi dầu được quây lại dùng máy hớt váng hoặc hút dầu
đã thu gom.
Ưu điểm của biện pháp này là ngăn chặn, khống chế và thu gom nhanh chóng
lượng dầu tràn tại hiện trường. Nhược điểm là không xử lý được triệt để các váng
dầu loang trên mặt nước.
1.5.3. Phương pháp sinh học
Phương pháp sinh học xử lý ô nhiễm dầu là dựa vào quá trình phân hủy dầu theo
con đường sinh học. Khái niệm phân hủy sinh học đưa ra để mô tả quá trình sử
dụng các vi sinh vật sống xử lý các hệ thống bị ô nhiễm. Trong các vi sinh vật thì vi
khuẩn được sử dụng nhiều nhất. Tuy nhiên, nấm và các thực vật bậc cao cũng góp
phần vào quá trình xử lý ô nhiễm. Khi trong môi trường bị ô nhiễm dầu, sẽ xuất
Hoàng Thị Yến
8
Viện Đại Học Mở Hà Nội
Luận văn tốt nghiệp
hiện các vi sinh vật có khả năng sử dụng dầu làm thức ăn hoặc các vi sinh vật tạo ra
các chất (CHHBMSH) giúp phân hủy dầu ô nhiễm thành các chất dễ tiêu thụ. Tuy
nhiên sự thành công của việc ứng dụng chúng để xử lý ô nhiễm dầu còn phụ thuộc
vào khả năng tối ưu hóa các điều kiện khác nhau về sinh học, hóa học, địa chất …
giúp cho vi sinh vật sinh trưởng và phát triển mạnh mẽ nhất có thể với thời gian
nhanh nhất.
Có hai phương thức xử lý ô nhiễm dầu theo phương pháp sinh học:
Bioaugmentation: là phương thức xử lý mà trong đó ngoài việc tối ưu hóa các
điều kiện dinh dưỡng, người ta đưa vào một số vi sinh vật chọn lọc có khả năng
phân hủy dầu cao, bổ sung cùng với quần xã vi sinh vật bản địa trong môi trường bị
ô nhiễm để tăng cường khả năng phân hủy dầu [10].
Biostimulation: là phương thức xử lý lấy quần xã sinh vật bản địa làm trung tâm,
các đặc điểm sinh học, sinh thái của quần xã vi sinh vật được nghiên cứu kỹ qua đó
đưa các chất dinh dưỡng hữu cơ, vô cơ cùng các chế phẩm sinh học với một tỷ lệ
nhất định nhằm kích hoạt tập đoàn vi sinh vật có khả năng phân hủy dầu bản địa
làm sạch môi trường [10].
Trên thế giới cả hai phương pháp này đã được sử dụng nhiều. Các nhà khoa học
cho rằng phương thức Bioaugmentation có tiềm năng trong việc trong việc xử lý
các hợp chất dầu ở những vùng mà vi sinh vật bản địa làm việc không hiệu quả như
vùng đá sỏi, đất cát.
Biostimulation đã được chứng minh là một công cụ hữu hiệu để xử lý triệt để các
bờ biển bị ô nhiễm dầu theo phương pháp hiếu khí vì nó có khả năng duy trì mức độ
dinh dưỡng tối ưu rất tốt. Các yếu tố môi trường phải được khảo sát kỹ làm cơ sở để
bổ sung hàm lượng dinh dưỡng phù hợp cho sự phát triển của tập đoàn vi sinh vật
bản địa. Trong trường hợp hàm lượng dầu cao thì có thể bổ sung vi khuẩn và một số
chế phẩm khác như chất hoạt hóa bề mặt để tăng tốc độ phân hủy sinh học. Các vi
khuẩn được bổ sung ở đây phải là các chủng được phân lập từ chính môi trường bị ô
nhiễm được nhân giống và bổ sung dưới dạng chế phẩm.
Phương pháp sinh học trong xử lý ô nhiễm dầu có những ưu điểm như giá thành
rẻ, hiệu quả xử lý cao, triệt để, không gây ô nhiễm thứ cấp, có thể áp dụng xử lý ô
Hoàng Thị Yến
9
Viện Đại Học Mở Hà Nội
Luận văn tốt nghiệp
nhiễm dầu ở các môi trường khác nhau như môi trường nước hay trong đất. Nhược
điểm của phương pháp này là phụ thuộc nhiều vào khả năng phân hủy dầu của vi
sinh vật bản địa.
Trong tự nhiên ô nhiễm dầu được giảm đi bằng nhiều cách như sự bay hơi của
các phân đoạn nhẹ hay sự tự oxy hóa và quang hóa nhưng cơ chế chủ yếu của sự
phân hủy dầu là nhờ vi sinh vật. Điều này là cơ sở để các nhà nghiên cứu khoa học
dùng các chế phẩm sinh học để hỗ trợ các kỹ thuật làm sạch hóa lý khác [10].
Như vậy, xử lý ô nhiễm dầu có nhiều phương pháp, mỗi phương pháp có các ưu,
nhược điểm nhất định. Vì vậy, để xử lý ô nhiễm dầu một cách có hiệu quả, tùy từng
vị trí ô nhiễm và tình trạng ô nhiễm để chọn biện pháp xử lý phù hợp.
1.6. Chất hoạt hóa bề mặt sinh học
1.6.1. Khái niệm chất hoạt hóa bề mặt sinh học
Chất hoạt hóa bề mặt sinh học (CHHBMSH) là những hợp chất có cấu trúc đa
dạng về hoạt tính bề mặt được tổng hợp bởi vi sinh vật. Tất cả CHHBMSH là hợp
chất lưỡng cực, có cấu tạo gồm một nhóm ưa nước (thường là phân tử đường hoặc
amino acid) và một nhóm kị nước (thường là axit béo) [1].
Do cấu tạo phân cực, CHHBMSH có xu hướng co cụm tại bề mặt và mặt phân
cách giữa hai chất (có thể là chất lỏng – chất lỏng, chất lỏng – chất rắn), kết quả là
làm giảm sức căng bề mặt giữa hai chất (giữa chất lỏng - không khí, chất lỏng –
chất lỏng, chất lỏng – chất rắn) [23, 26].
1.6.2. Phân loại chất hoạt hóa bề mặt sinh học
Không giống như chất hoạt hóa bề mặt hóa học thường phân loại theo bản chất
các nhóm phân cực, CHHBMSH được phân loại dựa vào thành phần hóa học và
nguồn gốc các vi sinh vật tạo ra. Nhìn chung, CHHBMSH được chia làm các nhóm
chính: glycolipid; lipopeptid và lipoprotein; phospholipid và acid béo; CHHBM
trùng hợp và CHHBM dạng hạt [8].
a. Glycolipid
Vai trò của glycolipid rất đa dạng, từ việc thúc đẩy sự bám của tế bào vào bề mặt
kị nước của cơ chất không tan trong nước, tới việc làm tăng khả năng đề kháng của
Hoàng Thị Yến
10
Viện Đại Học Mở Hà Nội
Luận văn tốt nghiệp
vi khuẩn đối với các yếu tố lý hóa của môi trường …[15]. Đây là một nhóm được
nghiên cứu, ứng dụng nhiều nhất và có hoạt tính mạnh, chúng gồm 3 loại :
• Rhamnolipid: do một hoặc hai phân tử rhamnoza liên kết với một hoặc hai
phân tử axit hydroxydecacnoic, gồm có 4 loại: 2 phân tử đường liên kết với 2 phân
tử axit, 2 phân tử rhamnose liên kết với 1 phân tử axit, 1 phân tử đường liên kết với
2 phân tử axit và 1 phân tử đường liên kết với 1 phân tử axit. Vi sinh vật thường tạo
ra nhóm này là Pseudomonas aeruginosa.
• Trehaloselipid: do 1 phân tử đường đôi trehalose liên kết ở vị trí C6 và C6’ với
các phân tử axit mycolic. Axit mycolic là một axit béo mạch dài có phân nhánh.
Các loài vi sinh vật khác nhau tạo ra các chất có mạch hydrocacbon có chiều dài và
số liên kết đôi cũng khác nhau [8].
• Sophorolipid: do 1 phân tử đường sophorose liên kết với 1 axit béo mạch dài.
Phân tử đường do 2 phân tử glucose liên kết với nhau, nhóm OH ở vị trí C6 và C6’
bị acetyl hóa. Chúng do nhiều chủng nấm men thuộc chi Torulopsis sản xuất: T.
bombicola, T. petrophilum, T. apicola và loài Candida bogoriensis. Sophorolipid có
khả năng làm giảm sức căng bề mặt nhưng nó không phải chất nhũ hóa hiệu quả [5].
b. Lipopeptid và lipoprotein
Một lượng lớn các chuỗi lipopeptides bao gồm decapeptide (gramicidins) và
lipopeptide (polymyxins) được sản xuất bởi Bacillus brevis và Bacillus polymyca
tương ứng. Các lipopeptide được sản xuất bởi B. subtilis ATCC 21332 là một trong
những CHHBMSH mạnh nhất. Nó làm giảm sức căng bề mặt của nước từ 72,0
mN/m xuống còn 27,9 mN/m ở nồng độ 0,005% [17]. Hơn nữa, CHHBMSH này
còn có khả năng kháng nấm, kháng virut. Bacillus Licheniformis có khả năng tạo
CHHBMSH cao ở nhiệt độ, pH thích hợp và nồng độ muối ổn định [27].
Các CHHBMSH được sản xuất bởi B. lichenifomis 86 có khả năng làm giảm sức
căng bề mặt nước đến 27mN/m. Phân tích cấu trúc cho thấy rằng nó là hỗn hợp của
lipopeptide với thành phần chủ yếu là các phân tử có chứa từ 979 đến 1091 Da. Mỗi
phân tử chứa 7 axit amin và một phân lipid trong đó gồm 8-9 nhóm methylene và
một hỗn hợp hydrocacbon mạch thẳng hoặc phân nhánh [17].
Hoàng Thị Yến
11
Viện Đại Học Mở Hà Nội
Luận văn tốt nghiệp
c. Phospholipid và acid béo
• Phospholipid
Phospholipid là một lớp chất béo có chứa axit photphoric. Có cấu tạo gồm hai
loại chính phospholipid chứa glycerol được gọi là glycerophospholipds
(phosphoglyceride) và phospholipid chứa sphingosine được gọi là sphingomyelin
(sphingolipid).
Cấu trúc đặc trưng của phospholipid bao gồm: 1 đầu ưa nước là nhóm phosphate
(amoniac kiềm hoặc rượu) và 1 đuôi kỵ nước là chuỗi hydrocacbon dài. Ở tế bào vi
khuẩn, bề mặt ưa nước ở bên ngoài và đuôi kỵ nước ở màng bên trong.
Phospholipid vừa là thành phần quan trọng của màng sinh học, vừa có khả năng nhũ
hóa và còn là chất hoạt động bề mặt sinh học [2].
• Acid béo
Được tạo ra do vi sinh vật oxi hóa ankan, gồm các axit béo mạch thẳng và các
axit béo phức hợp chứa OH và nhóm ankyl. Cân bằng dầu và nước (hydrophilic –
lipophilic balance) phụ thuộc vào chiều dài của mạch cacbon [31].
Acid béo được sử dụng trong việc sản xuất các chất nhũ hóa và các chất hoạt hóa
bề mặt.
c. CHHBM trùng hợp và CHHBM dạng hạt
• CHHBM trùng hợp
Hầu hết các CHHBM trùng hợp là hỗn hợp của polysaccarit với protein, chúng là
những chất có hoạt tính bề mặt có khối lượng rất lớn và cấu trúc phức tạp. Các chất
tốt nhất là emulsan, liposan, manoprotein và một số phức hợp của polysacarit –
protein khác.
Emulsan do Acinetobacter calcoaceticus RAG – 1 tạo ra, đơn phân của nó chứa
một trisacarit liên kết với hai axit béo, nó có khả năng nhũ hóa cao các hydrocacbon
trong nước thậm chí với nồng độ rất thấp [9].
Liposan tạo ra từ Candida lipolytica, là một chất nhũ hóa ngoại bào, hòa tan
trong nước, trong cấu trúc của nó chứa 17% protein và 73% hydrocacbon, các
hydrocacbon trong liposan gồm có glucose, galactose, galactosamin, axit
galactorunic [10].
Hoàng Thị Yến
12
Viện Đại Học Mở Hà Nội
Luận văn tốt nghiệp
Manoprotein do Sacharomyces cerevisiae tạo ra chứa 44% manose và 17%
protein.
• CHHBM dạng hạt
CHHBMSH dạng hạt có hai loại: túi bào tử và tế bào vi khuẩn.
Acinetobacter sp. khi nuôi cấy trên hexadecan sẽ tạo các túi bào tử có đường
kính 20-50 mm với mật độ sôi là 1,158g/cm3. Các bọt khí xuất hiện để đóng vai trò
hấp thu ankan bởi Acinetobacter sp. H01-N. Các túi này được cấu tạo từ protein,
phospholipid và lipopolysaccharide [20]. Tương tự như Acinetobacter sp.,
Pseudomonas marginalis cũng hình thành túi để hoạt động như một CHHBMSH.
1.6.3. Tính chất của chất hoạt hóa bề mặt sinh học
a. Tính chất hóa lý
Một số điều tra đã cho thấy rằng, khả năng hoạt động bề mặt của CHHBMSH là
tốt hơn so với hoạt động của CHHBM tổng hợp. Cụ thể, CHHBMSH có thể làm
giảm sức căng bề mặt của nước đến 29,0mN/m, trong khi Pluronic F-68-42,8, SDS
28,6 [30] và LAS chỉ giảm đến 31mN/m [22]. Mặt khác, nếu pha dầu chứa
hydrocarbon chuỗi ngắn thì khả năng nhũ hóa của CHHBM tổng hợp sẽ kém ổn
định hơn CHHBMSH.
CHHBMSH thực sự có hiệu quả trong việc loại bỏ dầu ra khỏi đất với khả năng
loại tối đa khoảng 22% trong khi CHHBM tổng hợp chỉ loại bỏ được khoảng 14%
[28].
b. Khả năng phân hủy sinh học tốt và độc tính thấp
Hầu hết các CHHBMSH không gây thiệt hại nghiêm trọng đến các hệ sinh thái
do chúng phân hủy dễ dàng. Do đó, chúng có thể được sử dụng rộng rãi trong các
ngành công nghiệp mỹ phẩm, dược phẩm, thực phẩm, ngành nông nghiệp … So
sánh giữa CHHBMSH được tạo ra từ Pseudomonas aeruginosa với CHHBM tổng
hợp Marlon A-350 (được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp) cho thấy
CHHBMSH do Pseudomonas aeruginosa tạo ra không độc hại và an toàn trong khi
Marlon A-350 độc và có tính gây đột biến [14].
c. Sự hình thành nhũ hóa của CHHBMSH
Hoàng Thị Yến
13
Viện Đại Học Mở Hà Nội
Luận văn tốt nghiệp
CHHBMSH làm giảm sức căng bề mặt và giúp hình thành hệ nhũ tương giữa các
chất lỏng khác nhau, chúng cũng có thể làm ổn định hoặc mất ổn định nhũ hóa.
Nhìn chung, các CHHBMSH có khối lượng phân tử cao thì nhũ hóa tốt hơn các
CHHBMSH có khối lượng phân tử thấp. Sophorolipid từ T. bombicola có khả năng
giảm sức căng bề mặt, tuy nhiên khả năng nhũ hóa lại không cao. Ngược lại, liposan
không làm giảm sức căng bề mặt nhưng lại có khả năng nhũ hóa dầu rất tốt. Các
CHHBMSH cao phân tử có nhiều lợi thế hơn bởi chúng bao phủ các giọt dầu, do đó
hình thành dạng nhũ hóa tốt [28].
d. Khả năng chịu nhiệt, pH và chịu lực ion
Nhiều CHHBMSH do vi sinh vật tạo ra không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi
trường như nhiệt độ, pH và lực ion. Hầu hết các CHHBMSH đều tối ưu ở dải nhiệt
độ 25-40oC và pH rộng 5-9. Tuy nhiên, sự phát triển của các vi sinh vật tạo
CHHBMSH lại chịu tác động của nhiệt độ. Nhiệt độ và pH tốt nhất cho các vi sinh
vật phát triển là 37oC và pH 7-8. Có những loài chịu được nhiệt độ cao hơn, ví dụ
như Bacillus lichenifomis tạo CHHBMSH ở 50oC và nồng độ NaCl là 50g/l.
1.6.4. Ứng dụng của chất hoạt hóa bề mặt sinh học trong đời sống
Ngày nay, CHHBMSH đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác
nhau của cuộc sống như: công nghiệp, nông nghiệp, khai thác mỏ, thuộc da, công
nghệ hóa học, mỹ phẩm, thực phẩm, dược phẩm…Điều này cho thấy sự cần thiết và
tầm quan trọng của chất hoạt hóa bề mặt.
a. Trong công nghiệp dệt nhuộm: CHHBMSH được sử dụng cho nhiều mục
đích khác nhau như: chất trợ ngấm, chất phân tán, chất tẩy rửa, chất làm mềm trong
quá trình xử lý hoàn tất vải và là chất trợ trong in hoa.
b. Trong công nghiệp thực phẩm: CHHBMSH được sử dụng trong thực phẩm
với mục đích làm bền nhũ tương, tạo nhũ hóa cho bánh kẹo, sữa và đồ hộp.
c. Trong công nghiệp mỹ phẩm: CHHBMSH được sử dụng làm chất tẩy rửa,
nhũ hóa, tạo bọt.
d. Trong nông nghiệp: CHHBMSH được dùng để gia công thuốc bảo vệ thực
vật, ngoài ra, CHHBMSH được cho là để giúp vi khuẩn hấp thụ giảm đáng kể sự
độc hại cho đất. Các CHHBMSH thuộc nhóm Rhamnolipid, chủ yếu được sản xuất
Hoàng Thị Yến
14
Viện Đại Học Mở Hà Nội
Luận văn tốt nghiệp
bởi các chi Pseudomonas được biết là có hoạt tính kháng khuẩn mạnh. Hơn nữa,
khá thân thiện với môi trường, điều này là vô cùng có ích [24].
e. Trong y học: Lợi thế và các ứng dụng của CHHBMSH trong y học là việc sử
dụng các chất bề mặt như là để kích thích quá trình chuyển hóa tế bào gốc, điều hòa
miễn dịch. Mukhrjee và cộng sự (2009) đã chỉ ra các ứng dụng của CHHBMSH
trong y học như: hoạt động kháng khuẩn, hoạt động chống ung thư, tạo các chất
chống dính, sản xuất tá dược miễn dịch, hoạt tính kháng virut và chuyển gen [29].
1.6.5. Ứng dụng của chất hoạt hóa bề mặt sinh học trong xử lý ô nhiễm dầu
Bởi những ưu điểm của CHHBMSH mà những nghiên cứu sử dụng CHHBMSH
trong xử lý ô nhiễm dầu ngày càng được các nhà khoa học trong và ngoài nước
quan tâm.
Trong một cuộc điều tra thí điểm, Banat và cộng sự (1991) đã thử nghiệm khả
năng tạo CHHBMSH của một chủng vi khuẩn (Pet 1006) để làm sạch bể chứa dầu
và phục hồi hydrocacbon từ bùn đã nhũ hóa. Hai tấn CHHBMSH được dùng để làm
sạch 850m3 cặn dầu. Khoảng 91% (774m3) cặn dầu này đã được phục hồi như dầu
thô và 76m3 còn lẫn các tạp chất được tự làm sạch [7].
Các nhà khoa học ở Viện Công nghệ sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công
nghệ Việt Nam đã phân lập được một số chủng có khả năng tạo CHHBMSH trên
môi trường bổ sung 5% dầu thô làm nguồn cacbon duy nhất. Kết quả cho thấy, sau
7 ngày nuôi cấy chủng 6C1 và 6C3 có khả năng phân hủy lần lượt là 82% và 78%
hàm lượng dầu tổng số so với đối chứng. [40].
Tóm lại, phương pháp sử dụng các CHHBMSH do các vi sinh vật tạo ra nhằm
tăng cường khả năng phân hủy dầu đang được đánh giá cao bởi các đặc tính ưu việt
của nó như: xử lý triệt để, an toàn cho môi trường và giá thành thấp. Hơn nữa,
CHHBMSH có thể chịu được các điều kiện khắc nghiệt như trong các giếng khoan
khai thác dầu khí [33].
1.7. Vi khuẩn có khả năng tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học và các yếu tố ảnh
hưởng đến khả năng tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học
1.7.1. Vi khuẩn có khả năng tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học
Hoàng Thị Yến
15
Viện Đại Học Mở Hà Nội
Luận văn tốt nghiệp
Nghiên cứu cho thấy rằng, trong tự nhiên luôn tồn tại vi khuẩn có khả năng tạo
CHHBMSH. Sự tạo thành CHHBMSH và chức năng của chúng thường có liên
quan đến sự phân hủy các hydrocarbon. Do đó, các CHHBMSH này chủ yếu là do
các vi khuẩn có khả năng sử dụng hydrocarbon tạo ra nhằm thích nghi với các điều
kiện môi trường sống đặc biệt trong các bể chứa dầu, trong đất, trong nước ….
Người ta đã phân lập được chủng Pseudomonas aeruginosa trong nước bơm ép
vào giếng khoan dầu ở Venuezuela. Chủng này có khả năng thích nghi với các điều
kiện khắc nghiệt trong bể chứa dầu và hơn nữa, các CHHBMSH (rhamnolipid) do
chủng này sinh ra lại không bị các điều kiện khắc nghiệt trong giếng khoan (pH,
nhiệt độ, độ mặn, Ca2+ và Mg2+) làm mất hoạt tính [26].
Jeneman và cộng sự (1985) đã phân lập được chủng Bacillus licheniformis JF-2
trong một giếng khoan dầu ở vùng Carter, Oklahoma. Chủng này có khả năng phát
triển trong môi trường có nồng độ NaCl lên tới 10%, nhiệt độ nuôi cấy là 50oC và
pH dao động từ 4-9. Hơn nữa, chủng này cũng không bị ức chế bởi sự có mặt của
dầu thô. Vì vậy, có thể ứng dụng chủng vi khuẩn này vào việc xử lý ô nhiễm dầu
một cách hữu hiệu [19].
Các loài vi khuẩn khác nhau có thể tạo ra các loại CHHBMSH có bản chất hóa
học khác nhau và khối lượng phân tử khác nhau. Người ta đã tách chiết và mô tả
được bản chất hóa học của một số CHHBMSH do một số chủng vi khuẩn tạo ra.
CHHBMSH do vi khuẩn sinh ra có thể là chất ngoại bào hay chính bản thân tế
bào. Một số trường hợp CHHBMSH có tính kháng sinh, do đó chúng có thể phân
hủy màng tế bào của một vi khuẩn cạnh tranh nguồn carbon với chúng.
1.7.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học
a. Ảnh hưởng của nguồn carbon tới khả năng tạo CHHBMSH
Nguồn carbon là nhân tố quan trọng để tạo CHHBMSH. Các nguồn carbon
thường được sử dụng trong sản xuất CHHBMSH có thể được chia thành ba loại:
carbohydrates, hydrocarbon và dầu thực vật. Nguồn carbon hòa tan trong nước như
glycerol, glucose, mannitol và ethanol đều được sử dụng cho việc sản xuất
Rhamnolipid từ chủng Pseudomona. sp [21].
Hoàng Thị Yến
16
Viện Đại Học Mở Hà Nội
Luận văn tốt nghiệp
Javaheri và cộng sự (1985) đã chứng minh rằng có một lượng lớn CHHBMSH
dạng anion được tạo ra từ chủng Bacillus licheniformis khi chúng được nuôi cấy
trên môi trường có chứa glucose và 0,1% cao men. Và CHHBMSH này có tác dụng
làm giảm sức căng bề mặt trung bình từ 70-74 mN/m xuống chỉ còn 28 mN/m [18].
Trong 35 chủng vi khuẩn mà Banat (1993) nghiên cứu thì có hai chủng AB-2 và
B-Y12 có khả năng làm giảm sức căng bề mặt nước xuống dưới 35mN/m. Chủng
AB-2 tăng trưởng trên nguồn carbon là glucose (5g/l) và hydrocarbon (acid oleic
2% v/v) được bổ sung vào sau 8h lên men. Khả năng nhũ hóa (E-24) tăng lên nhanh
chóng và đạt cao nhất là 95% sau 14 giờ lên men [6].
Kim và cộng sự (1997) đã nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn carbon (glucose, dầu
thô và dầu đậu nành) đến sự tạo thành CHHBMSH từ chủng Bacillus subtilis C9. .
Kết quả là khi sử dụng các nguồn carbon kể trên, chủng B.subtilis C9 có khả năng
làm giảm sức căng bề mặt của nước từ 72,8 mN/m xuống còn 28,2 mN/m [22].
Makkar và Cameotra (1997) đã nghiên cứu sự sinh trưởng và tạo CHHBMSH
trên các nguồn carbon khác nhau bởi Bacillus subtilis MTCC 2423. Kết quả cho
thấy CHHBMSH do chủng này tạo ra có khả năng làm giảm sức căng bề mặt của
nước khi dùng nguồn carbon là glucose, saccarose, tri-sodium citrate, sodium
pyruvate, cao men và cao thịt bò. Sodium acetate ức chế sự tăng trưởng đến khả
năng tạo CHHBMSH của chủng vi khuẩn này. Kết quả thí nghiệm cũng chứng
minh được rằng, chủng vi khuẩn này có thể phát triển trên n-hexadecan, tuy nhiên,
chúng lại không có khả năng tạo CHHBMSH [25].
.
Ciapina và cộng sự (2006) đã nghiên cứu khả năng việc tạo glucolipid bởi chủng
nấm men Torulospos bombiloca. Kết quả là khi bổ sung thêm dầu ăn vào môi
trường nuôi cấy chứa 10% D-glucose, chủng nấm men này đã tạo ra được lượng
CHHBMSH thô lên tới 90g/l [13] .
b. Ảnh hưởng của nguồn nitơ tới khả năng tạo CHHBMSH
Nguồn nitơ cũng là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến việc tạo
CHHBMSH. Nguồn nitơ tác động đến sinh trưởng, tổng hợp protein và enzyme của
vi khuẩn. Các nguồn nitơ khác nhau thường được sử dụng để tạo CHHBMSH từ vi
Hoàng Thị Yến
17
Viện Đại Học Mở Hà Nội
Luận văn tốt nghiệp
sinh vật là ure, peptone, cao men, cao thịt, amoni sunphat, amoni nitrat. Các chủng
vi khuẩn khác nhau tạo CHHBMSH tốt với các nguồn nitơ không giống nhau. Ví
dụ, chủng Paraffineus Arthrobacter tạo CHHBMSH cao với nguồn nitơ là amoni và
ure, trong khi P.aeruginosa lại tạo CHHBMSH cao với nguồn nitơ là nitrate [4].
Robert và cộng sự (1989) và Abu-Ruwaida và cộng sự (1991) đã cho thấy nitrate là
nguồn nitơ tốt nhất cho chủng Pseudomonas 44T1 và Rhodococcus ST-5 tạo
CHHBMSH trên dầu ô-liu và paraffin [16].
Kim et al. (1997) cho thấy, hiệu quả tạo CHHBMSH của chủng vi khuẩn
Bacillus subtilis C9 khi khi sử dụng NH4NO3 làm nguồn nitơ đã được minh chứng
bởi Kim và cộng sự (1997) [23]. Makkar và Cameotra (1997a) đã nghiên cứu ảnh
hưởng của nguồn ni tơ đến việc sản xuất CHHBMSH của chủng Bacillus subtilis.
Kết quả chỉ ra rằng khi sử dụng các gốc nitơ tự do, chủng vi khuẩn sẽ tạo ra
CHHBMSH ít hơn so với việc sử dụng sodium nitrate, potassium nitrate và ure.
Chủng vi khuẩn này không tạo CHHBMSH tốt với nguồn nitơ là ammonium sulfate
nhưng có thể tạo CHHBMSH trên ammonium nitrate [25].
c. Ảnh hưởng của pH
Mỗi loài vi khuẩn sẽ tối ưu ở một khoảng pH khác nhau. Điều này ảnh hưởng
khá nhiều đến sự sinh trưởng và khả năng tạo CHHBMSH của chủng đó.
Rhamnolipid được sinh ra từ chủng Pseudomonas spp tối đa ở pH 6,0 - 6,5 và
giảm mạnh ở pH 7,0 [16]. Ngược lại, khoảng pH 7 – 9 lại là khoảng tối ưu cho sự
tăng trưởng và tạo CHHBMSH của chủng Bacillus licheniformis F2.2 [32]. Hầu hết
các loại vi khuẩn là không có khả năng tạo CHHBMSH khi nuôi cấy trong môi
trường có pH là 3 – 4.
Copper và Goldenberg (1987) đã nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến khả năng tạo
CHHBMSH của chủng Bacillus sp. Kết quả cho thấy, việc tăng pH từ 6,5 - 7,0
trong môi trường không ảnh hưởng đến việc tạo CHHBMSH cũng như sự sinh
trưởng của Bacillus sp. Ngược lại, nếu giảm pH dưới 5,5 thì nó sẽ làm giảm cả sự
sinh trưởng và khă năng tạo CHHBMSH của chủng vi khuẩn này. Với chủng
Rhodococcus, pH tối ưu cho sinh trưởng ở khoảng pH 6,5 - 6,8. Tuy nhiên,
Hoàng Thị Yến
18
Viện Đại Học Mở Hà Nội
Luận văn tốt nghiệp
CHHBMSH do chủng này tạo ra có thể làm giảm sức căng bề mặt mạnh nhất trong
khoảng pH rộng 6,5 - 7,2. Điều này cho thấy rằng, mặc dù tốc độ tăng trưởng cao
nhất của chủng này diễn ra trong phạm vi pH hẹp nhưng nó vẫn có xu hướng tạo
CHHBMSH hiệu quả trong một khoảng pH rộng hơn [3].
d. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ là yếu tố môi trường ảnh hưởng đến việc tạo CHHBMSH của vi sinh
vật qua ảnh hưởng đến tốc độ phát triển của tế bào. Gurjar và cộng sự (1995) đã
cho thấy ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự phát triển và tạo CHHBMSH của chủng
Bacillus stearothermophilus VR-8, chủng này tạo CHHBMSH tối đa ở khoảng
nhiệt độ 45 - 70oC, cao nhất đạt 0,6g/l ở nhiệt độ 50oC. CHHBMSH có thể hoạt
động ở phạm vi nhiệt độ rộng hơn (50 - 80oC).
Abu-Ruwaida và cộng sự (1991) đã chứng minh rằng sự sinh trưởng tối ưu và tạo
CHHBMSH của Rhodococcus sp ở 37oC, năng suất sinh khối cao nhất là 2,3g/l.
Nhiệt độ thấp hơn hoặc cao hơn ảnh hưởng không tốt đến sự sinh trưởng và tạo
CHHBMSH của chủng vi khuẩn này với sinh khối được tạo ra lần lượt là 1,0g/l và
0,75g/l ở 35oC và 40oC. Tuy nhiên, các tính chất của CHHBMSH không bị ảnh
hưởng trong phạm vi nhiệt độ rộng (30 - 41oC) [3].
Hoàng Thị Yến
19
