Khả năng phân hủy dầu mỏ và các sản phẩm dầu mỏ

210
Tạp chí Hóa học, T. 43 (2), Tr. 210 - 214, 2005
Khả năng phân hủy dầu mỏ và các sản phẩm dầu
của một số chủng vi khuẩn khử sunfat
Đến Tòa soạn 23-8-2004
Don Thái Hòa
1
, Phạm Thị Nhẹ
1
, Trần Đình Mấn
2
1
Khoa Công nghệ Hóa học, Tr$ờng Đại học Bách Khoa H) Nội
2
Viện Công nghệ Sinh học, Viện Khoa học v) Công nghệ Việt Nam

Summary
The sulphate-reducing bacteria (SRB) isolated from Bach Ho oil well (H strain), Thi Nai pond
sediments in Quy Nhon (6C) was used to evaluate the degradability of crude oil and oil products.
The oil samples were treated by specific strains and their combination. It was shown that after 3
to 7 weeks of treatment these strains degraded up to 36 - 57% of residual oil, 7 - 12% of crude oil
and 19 - 21% of fuel oil (FO) in the medium. The oil degradability of all samples increased 3 -
12% in the present of biosurfactants compared to the case without adding biosurfactants.
The results of GC-MS analyses of samples before and after treatment by the combination of
H+6C strains showed that almost n-alkanes were degraded.

I - Mở đầu
Trong những năm gần đây, ngnh công
nghiệp dầu khí Việt Nam đang trên đ phát triển
v đem lại những nguồn lợi to lớn cho nền kinh
tế đất n.ớc. Trong quá trình khai thác, chế biến

v sử dụng dầu đ6 dẫn đến ô nhiễm môi tr.ờng
n.ớc, đất v không khí. Để xử lý ô nhiễm dầu
ng.ời ta đ6 kết hợp các ph.ơng pháp cơ học,
hóa lý v sinh học, trong đó ph.ơng pháp xử lý
bằng phân hủy sinh học đóng vai trò chủ chốt.
Ph.ơng pháp phân hủy sinh học không những
giúp lm sạch môi tr.ờng m còn giữ cho môi
tr.ờng sự cân bằng sinh thái. Ưu điểm của
ph.ơng pháp xử lý ô nhiễm dầu bằng vi sinh vật
xuất phát từ khả năng sử dụng hiđrocacbon của
vi sinh vật [4].
Để có thể tìm ra đ.ợc giải pháp xử lý kịp
thời khi có sự cố trn dầu trên biển hoặc xử lý
n.ớc thải của các nh máy lọc dầu thì việc tìm
hiểu sự phân hủy tự nhiên của các vi sinh vật
phân lập từ khu vực khai thác dầu khí l vấn đề
rất cần thiết.
Vi khuẩn khử sunfat (SRB) phân bố rộng r6i
trong tự nhiên, đặc biệt l trong các giếng khai
thác dầu khí v trầm tích đáy các thủy vực [5 -
8]. Cho đến nay, ng.ời ta mới chỉ chú ý đến tác
hại của chúng nh. l tác nhân chủ yếu gây hiện
t.ợng ăn mòn kim loại trong các giếng dầu v
các công trình ngầm [9]. Khả năng phân hủy
dầu v các sản phẩm dầu mỏ của nhóm vi sinh
vật ny còn ít đ.ợc quan tâm để hạn chế tác hại
của chúng đối với chất l.ợng của dầu mỏ, mặt
khác trong một số t.ờng hợp có thể sử dụng lm
tác nhân xử lý ô nhiễm dầu [10]. Trong bi ny
trình by kết quả đánh giá khả năng phân hủy

dầu cặn, dầu thô v dầu nhiên liệu (FO) của các
chủng vi khuẩn khử sunfat phân lập từ n.ớc vỉa
mỏ Bạch Hổ v bùn đáy đầm Thị Nại, Quy
Nhơn, Bình Định.

211
II - Vật liệu v) ph+ơng pháp
nghiên cứu
1. Vật liệu
- Chủng SRB: Chủng H phân lập từ n.ớc vỉa
mỏ Bạch Hổ [1]; Chủng 6C phân lập từ bùn đáy
đầm Thị Nại, Quy Nhơn, Bình Định [2].
- Chất hoạt động bề mặt sinh học
(CHĐBMSH) do Viện Công nghệ Sinh học,
Viện Khoa học v Công nghệ Việt Nam cung
cấp [3].
- Dầu cặn lấy ở đáy tầu Chí Linh (Bạch Hổ);
Dầu thô khai thác tại mỏ Bạch Hổ; Dầu FO
th.ơng phẩm trên thị tr.ờng.
2. Phơng pháp nghiên cứu
Xác định khả năng phân hủy dầu của các chủng
vi khuẩn khử sunfat
Các thí nghiệm đ.ợc tiến hnh với ba loại
dầu khác nhau: Dầu thô, dầu cặn v dầu FO bao
gồm các mẫu:
Mẫu Res
1
: N.ớc nhiễm dầu cặn không bổ
sung vi sinh vật (mẫu đối chứng);
Mẫu Res

2
: N.ớc nhiễm dầu cặn có bổ sung
3% giống SRB;
Mẫu Res
3
: N.ớc nhiễm dầu cặn có bổ sung
3% giống SRB v 0,5% CHĐBMSH;
Mẫu CO
1
: N.ớc nhiễm dầu thô không bổ
sung vi sinh vật (mẫu đối chứng);
Mẫu CO
2
: N.ớc nhiễm dầu thô có bổ sung
3% giống SRB;
Mẫu CO
3
: N.ớc nhiễm dầu thô có bổ sung
3% giống SRB v 0,5% CHĐBMSH;
Mẫu FO
1
: N.ớc nhiễm dầu FO không bổ
sung vi sinh vật (mẫu đối chứng);
Mẫu FO
2
: N.ớc nhiễm dầu FO có bổ sung
3% giống SRB;
Mẫu FO
3
: N.ớc nhiễm dầu FO có bổ sung

3% giống SRB v 0,5% CHĐBMSH.
Đánh giá khả năng phân hủy dầu của các chủng
SRB
- Xác định hm l.ợng dầu tổng số theo
ph.ơng pháp chiết bằng dung môi diclometan:
Dùng CH
2
Cl
2
hòa tan dầu trong hỗn hợp với
n.ớc. Lấy phần nhũ t.ơng giữa dầu v CH
2
Cl
2
phía d.ới; ch.ng cất loại dung môi. Dầu thu hồi
đ.ợc xác định bằng ph.ơng pháp trọng l.ợng.
- Xác định thnh phần nhóm của dầu bằng
ph.ơng pháp sắc ký cột với chất mang l Al
2
O
3
-
SiO
2
.
- Xác định thnh phần hiđrocacbon no bằng
ph.ơng pháp sắc ký khí/khối phổ trên máy HP
6890; chiều di cột 30 m, ở nhiệt độ 350C,
detector ion hóa ngọn lửa (FID).
III - Kết quả v) thảo luận

Để đánh giá khả năng phân hủy dầu mỏ v
sản phẩm dầu của các chủng SRB bổ sung một
l.ợng dầu vo môi tr.ờng chứa (g/l): (NH
4
)
2
SO
4
1; KH
2
PO
4
0,5; FeSO
4
0,2; v NaCl 3. Mẫu đ.ợc
lắc định kỳ v xác định hm l.ợng dầu tổng số
sau 3, 5 v 7 tuần.
Kết quả phân tích đánh giá mức độ phân hủy
dầu của chủng H v 6C ở nồng độ dầu 1000 ữ
3000 mg/l đ.ợc trình by ở bảng 1 v 2.
Bảng 1 cho thấy các mẫu đối chứng chỉ có
vi sinh vật sẵn có trong tự nhiên, không bổ sung
SRB nên hm l.ợng dầu bị giảm đi ít nhất do
quá trình phân hủy tự nhiên đòi hỏi thời gian rất
lâu. Trong mẫu đối chứng của dầu cặn hm
l.ợng dầu bị giảm đi khá mạnh, chứng tỏ trong
dầu cặn có mặt các vi sinh vật nội tại có khả
năng phân hủy dầu. Các mẫu dầu thô v dầu FO
có bổ sung chủng H thì hm l.ợng dầu bị giảm
đi cao hơn nhiều so với mẫu đối chứng. Để tăng

c.ờng hiệu quả phân hủy dầu của chủng H, đ6
tiến hnh thí nghiệm trên các mẫu dầu có bổ
sung CHĐBMSH. Kết quả cho thấy hm l.ợng
dầu tổng số bị giảm đi cao hơn so với các mẫu
dầu không bổ sung CHĐBMSH. Đặc biệt đối
với mẫu dầu cặn có bổ sung CHĐBMSH thì
l.ợng dầu tổng số bị giảm nhiều nhất v đạt
đ.ợc 957 mg/l.
Khả năng phân hủy dầu của chủng 6C (bảng
2) t.ơng tự nh. chủng H, rất cao đối với dầu
cặn. Sau 7 tuần xử lý dầu cặn, l.ợng dầu bị phân
hủy lên tới 1020 mg/l v đạt đ.ợc 47%. ở cùng
điều kiện xử lý, chủng 6C có khả năng phân hủy
dầu cặn tốt hơn nhiều so với dầu thô v dầu FO.
212
Bảng 1: Khả năng phân hủy một số loại dầu của chủng H theo thời gian
3 tuần 5 tuần 7 tuần
Mẫu
dầu
A B C A B C A B C
Res
1
2496 68 2,7 2496 83 3,3 2496 100 4,0
Res
2
1743 488 28,0 2045 634 31,0 2308 860 36,0
Res
3
1603 497 31,0 1814 762 42,0 1993 957 48,0
CO

1
2016 9 0,4 2166 13 0,6 2000 16 0,8
CO
2
2072 75 3,6 2566 231 9,0 2100 252 12,0
CO
3
1800 90 5,0 2036 224 11,0 1940 291 15,0
FO
1
1833 11 0,6 1636 18 1,1 1600 24 1,5
FO
2
1487 120 8,1 2631 500 19,0 2543 534 21,0
FO
3
1333 121 9,1 2739 630 23,0 2626 710 27,0
A: L$ợng dầu ban đầu, mg/l; B: L$ợng du bị phân hủy, mg/l; C: %dầu bị phân hủy.
Bảng 2: Khả năng phân hủy một số loại dầu của chủng 6C theo thời gian
3 tuần 5 tuần 7 tuần
Mẫu
dầu
A B C A B C A B C
Res
1
2496 68 2,7 2496 83 3,3 2496 100 4,0
Res
2
1712 428 24,0 2245 696 31,0 1947 740 38,0
Res

3
2309 739 32,0 2143 750 35,0 2170 1020 47,0
CO
1
2016 9 0,4 2166 13 0,6 2000 16 0,8
CO
2
2285 80 3,5 2280 114 5,0 1800 126 7,0
CO
3
1977 89 4,5 1630 106 6,5 1722 155 9,0
FO
1
1833 11 0,6 1636 18 1,1 1600 24 1,5
FO
2
2425 291 12,0 2662 426 16,0 2605 495 19,0
FO
3
2200 330 15,0 2554 562 22,0 2412 580 24,0
Ghi chú: Nh$ bảng 1.

Trong thực tế xử lý bằng ph.ơng pháp sinh
học cần phối hợp sử dụng nhiều chủng để tăng
khả năng phân hủy. ở đây, hỗn hợp hai chủng
6C+H đ.ợc sử dụng để đánh giá khả năng phân
hủy dầu cặn của chúng so với tr.ờng hợp sử
dụng từng chủng riêng biệt. Kết quả đ.ợc trình
by ở bảng 3 cho thấy khi sử dụng hỗn hợp
chủng 6C+H có bổ sung CHĐBMSH thì l.ợng

dầu tổng số bị phân hủy khá cao, lên tới 1047
mg/l v đạt đ.ợc 51%.
Các kết quả phân tích ở trên cho thấy khả
năng phân hủy dầu cặn của hỗn hợp các chủng
SRB (H+6C) tốt hơn so với của đơn chủng, đặc
biệt đối với mẫu dầu cặn có bổ sung
CHĐBMSH.
Hm l.ợng dầu ban đầu cũng ảnh h.ởng đến
khả năng phân hủy dầu của các chủng SRB. Kết
quả phân tích l.ợng dầu bị phân hủy bởi các
chủng SRB ở nồng độ dầu thấp (< 1000 mg/l)
đ.ợc trình by ở bảng 4.
Bảng 3: Khả năng phân hủy dầu cặn của hỗn hợp chủng 6C+H theo thời gian
3 tuần 5 tuần 7 tuần
Mẫu
dầu
A B C A B C A B C
Res
1
2496 68 2,7 2496 83 3,3 2496 100 4
Res
3
2083 750 36,0 1907 820 43,0 2053 1047 51
Ghi chú: Nh$ bảng 1.
213
Bảng 4: Khả năng phân hủy dầu của các chủng SRB sau 7 tuần thí nghiệm
Chủng H Chủng 6C Chủng 6C+H
Mẫu
dầu
A B C A B C A B C

Res
1
590 20 3,5 590 20 3,5 590 20 3,5
Res
2
561 286 51 534 203 38,0 531 233 44
Res
3
753 429 57 681 313 46,0 534 272 51
CO
1
472 7,1 1,5 472 7,1 1,5 472 7,1 1,5
CO
2
483 69 14,3 450 56 12,5 543 70,6 13
CO
3
804 130 16,2 549 88 16,0 456 73 16
Ghi chú: Nh$ bảng 1.
Kết quả phân tích ở bảng 4 cho thấy, khi
nồng độ dầu lo6ng hơn thì l.ợng dầu bị các
chủng SRB phân hủy sau 7 tuần cao hơn, đặc
biệt đối với mẫu dầu cặn có bổ sung CHĐBMSH
thì l.ợng dầu bị phân hủy đạt 46 ữ 57%. Nh.
vậy ở nồng độ dầu thấp thì tốc độ phân hủy dầu
của các chủng SRB tốt hơn so với ở nồng độ dầu
cao, trong đó đơn chủng H có khả năng phân
hủy dầu tốt nhất.
Mẫu dầu cặn (nồng độ ~ 2000 mg/l) đ.ợc
xử lý bằng hỗn hợp chủng 6C+H có bổ sung

CHĐBMSH v đ.a phân tích sắc ký. Kết quả
đ.ợc trình by ở hình 1 v 2.
0
3
5
8
10
7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45
Số cacbon
%KL
Mẫu Đối chứng Mẫu Thí nghiệm

Hình 1: Phân bố n-parafin (C7- C45) trong dầu cặn sau 7 tuần xử lý
bằng hỗn hợp chủng H+6C
Hình 2: Sắc ký đồ của hiđrocacbon no trong dầu cặn tr.ớc (a) v sau 7 tuần xử lý (b)
bằng hỗn hợp chủng H+6C
(a)
(b)
214
Sau quá trình xử lý (hình 1), hm l.ợng
hiđrocacbon no mạch di từ C34 đến C45 giảm
đi, trong khi đó hm l.ợng hiđrocacbon thấp
C13 ữ C21 v C27 ữ C33 tăng lên đáng kể. Các
hệ số đặc tr.ng của dầu cũng thay đổi (bảng 5).
Bảng 5: Các hệ số đặc tr.ng của dầu
Hệ số
Mẫu đối
chứng
Mẫu thí
nghiệm

Pr/Phy 1,94 2,05
Pr/nC17 0,48 0,50
Phy/nC18 0,25 0,25
Tổng n-parafin từ
C7ữC45 (TNP), % KL
39,68 41,63
Tổng UCM, % KL 36,85 32,79
UCM/Tổng n-parafin 0,93 0,79
UCM: Hỗn hợp các hợp chất không phân giải đ$ợc;
Pr: Pristan (iso-C17); Phy: Phytan (iso-C18).
Kết Luận
- Từ các mẫu n.ớc vỉa v bùn chúng tôi đ6
phân lập v lựa chọn đ.ợc hai chủng SRB (H v
6C) có khả năng phân hủy dầu cặn, dầu thô v
dầu FO.
- Sau 7 tuần thí nghiệm, chủng H có khả
năng phân hủy dầu cặn tốt hơn (đạt 51%) so với
chủng 6C (38%) v hỗn hợp chủng 6C+H
(44%).
- Bổ sung chất hoạt động bề mặt sinh học
lm tăng khả năng phân hủy dầu (từ 6 ữ 8% so
với không có CHĐBMSH) v thúc đẩy quá trình
lm sạch môi tr.ờng.
Công trình n)y đ$ợc thực hiện nhờ sự trợ
giúp kinh phí của Ch$ơng trình Nh) n$ớc về
nghiên cứu cơ bản trong khoa học tự nhiên.
t)i liệu tham khảo
1. Lại Thúy Hiền, Đặng Ph.ơng Nga. Tạp chí
Sinh học, 20, 37 - 42 (1998).
2. Trần Đình Mấn, Nguyễn Ph.ơng Nhuệ,

Nguyễn Kim Thoa, Lại Thuý Hiền. Báo cáo
khoa học tại Hội nghị ton quốc lần thứ 2.
Huế 25-26/7/2003, Nxb. Khoa học v Kỹ
thuật, 173 - 176 (2003).
3. Trần Đình Mấn, Nguyễn Đình Việt, Lại
Thuý Hiền, Do6n Thái Ho, Trịnh Thanh
Ph.ơng. Kỷ yếu Hội nghị Công nghệ Sinh
học ton quốc 2003, Nxb. Khoa học v Kỹ
thuật, 1.O.12, P. 106 - 109 (2003).
4. L. Whyte, L. Bourrbonniere, C. Greer. Appl.
Environ. Micrbiol., 63, 9 (1997).
5. L. Barton. Press, New York, P. 243 - 292
(1995).
6. Dang Phuong Nga, Dang Thi Cam Ha, Lai
Thuy Hien and Helga Stan-Lotter. Anaerobe
Taxonomy/Systemastics, 2, P. 385 - 392
(1996).
7. F. Widdel, N. Pfenning. Bergeys Manual of
Systematic Bacteriology, P. 663 - 679
(1981).
8. J. R. Postgate. The Sulphate-Reducing
Bacteria, University of Sussex, Cambridge
University Press (1997).
9. W. Hamiton. Biofouling and Biocorrosion in
Industrial Water System, Springer-Verlag,
Berlin, P. 187 - 193 (1991).
10. P. Rueter, R. Rabus, H. Wilkes, F.
Aeckersberg, F. Rainey, H. Jannasch, F.
Widdel. Nature, Vol. 372, P. 455 - 458
(1994).