Xem mẫu
- X lý t nhi m d u b ng công ngh sinh h c GVHD: TS . Biên Cương
TRƯ NG I H C QUY NHƠN
KHOA HÓA H C
**********
TI U LU N
X LÝ T NHI M D U B NG CÔNG NGH SINH H C
GVHD : BIÊN CƯƠNG
SVTH : Huỳnh c Kỳ
LP : HÓA D U K31 – H Quy Nhơn
SVTH: Huỳnh c Kỳ - L p Hóa D u K31 – H Quy Nhơn
- X lý t nhi m d u b ng công ngh sinh h c GVHD: TS . Biên Cương
L IM U
Môi trư ng t là nơi trú ng c a con ngư i và h u h t các sinh v t c n, là n n
móng cho các công trình xây d ng dân d ng, công nghi p và văn hóa c a con
ngư i. Nhưng tình tr ng ô nhi m t ngày càng tr nên tr m tr ng do nhi u nguyên
nhân,trong ó t ô nhi m d u có kh năng tăng nhanh do s y m nh c a quá
trình khai thác và ch bi n d u m .D u là ch t khó b phân h y b i các vi sinh v t
s ng trong t. Tuy nhiên, t l i là môi trư ng không th pha loãng các ch t th i
mà ngư c l i các ch t này tích lũy lâu dài trong t, cho nên d u có tác h i lâu dài
trong môi trư ng t. nh ng khu t b nhi m d u, các tinh th d u s che l p các
khe h và mao qu n c a t, làm t c c c ư ng d n nư c trong t d n n s c n
c i c a t trong khu v c. Vì nguyên nhân này mà các vi sinh v t trong t không
có kh năng t n t i và phát tri n do d u ngăn c n kh năng hô h p và phá h y môi
trư ng cung c p th c ăn cho vi sinh v t trong t b ô nhi m.ô nhi m t v i các
h p ch t d u khí la m i quan tâm trên toàn th gi i.Các s c tràn d u ,rò r trong
v n chuy n và khai thác là nh ng nguyên nhân chính gây ô nhi m t b ng d u
khí.Nó làm ô nhi m ngu n nư c ng m t i a phương, e d a s an toàn c a ngu n
nư c,gây ra thi t h i l n v kinh t và th m h a sinh thái.X lý t ô nhi m d u có
th ư c th c hi n b ng nhi u phương pháp khác nhau bao g m c phương pháp
hóa lí và phương pháp sinh h c.So v i các phương pháp hóa lí thì phương pháp x
lý sinh h c ư c cho là kh thi nh t v i ưu i m là giá thành r ,kh c ph c tri t và
an toàn cho con ngư i và môi trư ng.
I.B N CH T VÀ C TÍNH C A D U M
D u m là m t h n h p r t ph c tap,trong ó có hàng trăm các c u t
khác nhau. M i lo i d u m ưc c trưng b i thành ph n riêng,song v
b n c h t ,chúng u c ó các hydrocacbonla thành ph n
c hính,chi m 6 0 n 9 0%tr n g l ư ng trong d u ; còn l i l à các
ch t c h a o xy, l ư u hu ỳ nh, nit ơ ,các ph c c ơ k im,các ch t
n h a ,asphanten. C t h :
- Hydrocacbon parafinic(alcan): 30 – 35%
-Hydrocacbon naphtenic(vòng no): 25 – 75%
-Hydrocacbon aromatic(hydrocacbon thơm): 10 – 20%
-Các h p ch t ch a oxy như axit, ceton, các lo i rư u
-Các h p ch t ch a nitơ như furol, indol, carbazol
M t trong nh ng c tính chính c a các lo i d u thô, quy t nh hàm lư ng
c a chúng v các s n ph m nh d bay hơi nh t chính là t tr ng c a chúng.D u m
SVTH: Huỳnh c Kỳ - L p Hóa D u K31 – H Quy Nhơn
- X lý t nhi m d u b ng công ngh sinh h c GVHD: TS . Biên Cương
d hòa tan trong các lo i dung môi h u cơ thông thư ng.Dư i tác d ng c a nhi t,
các lo i d u thô u bay hơi, nhưng vì chúng là h n h p c a nhi u ch t theo nh ng
t l bi n thiên nên nhi t không gi nguyên trong quá trình bay hơi.Nhi t tăng
theo b c liên ti p ng v i nhi t sôi c a các thành ph n khác nhau có trong d u
m ,v i m này các lo i d u m ưc c trưng b i nhi t sôi và b i m t ư ng
cong chưng c t, bi u th t l ph n trăm bay hơi tùy theo nhi t , cu i cùng b i m t
i m cu i t c là nhi t t i ó toàn b d u thô ã bay hơi h t. Th c ra dư i áp su t
khí quy n thì không th t ư c i m cu i mà không x y ra hi n tư ng phân gi i.
Dư i áp su t khí quy n, i v i m t lo i d u thô thì lúc b t u sôi có th x y ra
sôi th p hơn 250C,
nhi t i v i nh ng lo i d u thô n ng thì nhi t lúc b t u
sôi là: 1000C. Bên c nh ó còn có r t nhi u các c trưng hóa lí khác ánh giá
d um .
II. NGUYÊN NHÂN GÂY Ô NHI M D U:
1.Ô nhi m d u do quá trình ch bi n d u t i các cơ s l c d u ven bi n:
D u nguyên khai không s d ng ngay mà ph i qua ch bi n, các nhà máy
l c d u cũng là m t ngu n gây ô nhi m d u trong vùng bi n ven b . Nư c th i c a
các nhà máy l c d u thư ng ch a m t h n h p các ch t khác nhau như: d u m
nguyên khai, các s n ph m d u m , các lo i nh a, asphalt và các h p ch t khác.
2. Do rò r , tháo th i trên t li n:
Trong quá trình v n chuy n và s n xu t công nghi p, kh i lư ng d u m b
tháo th i qua ho t ng công nghi p vào h th ng c ng thoát nư c c a nhà máy
ra sông r i ra bi n. S lư ng d u m th m qua t và lan truy n ra bi n ư c tính trên
3 tri u t n m i năm.
3. Ô nhi m d u do quá trình khai thác d u trong th m l c a:
Trong quá trình khai thác d u ã th i ra m t lư ng l n nư c th i có ch a
d u. Ngoài ra còn ph i k n các s c gây tràn d u trên bi n trong quá trình khai
thác d u th m l c a như các s c làm v ng d n d u, s c va ch m tàu ch
d u vào các giàn khoan trên bi n.
SVTH: Huỳnh c Kỳ - L p Hóa D u K31 – H Quy Nhơn
- X lý t nhi m d u b ng công ngh sinh h c GVHD: TS . Biên Cương
4. Do s c trên giàn khoan d u:
Trong các ho t ng d u khí ngoài khơi, các ch t th i có kh i lư ng áng
k nh t g m nư c v a, dung d ch khoang (DDK), mùn khoang (MK), nư c d n,
nư c th ch . M t s ch t th i có kh i lư ng nh hơn là cát khai thác, nư c r a m t
boong, dung d ch hoàn thi n và dung d ch b o dư ng gi ng, dung d ch ch ng phun
trào, nư c làm mát, khí th i… trong ó, DDK và MK ư c xem là m t trong các
ch t th i gây ô nhi m n ng n và áng quan tâm nh t. Ngoài ra, nư c khai thác
(g m nư c v a, nư c bơm ép, các hóa ch t ư c tu n hoàn xu ng gi ng ho c thêm
vào khi tách d u và nư c ) có t l d u trong nư c áng k . Th ng kê c a Parcom
(1991) cho th y 20% d u th i bi n B c là do nư c khai thác.
Trong quá trình khai thác d u ngoài bi n khơi ôi khi x y ra s c d u phun lên cao
t các gi ng d u do các thi t b van b o hi m c a giàn khoan b h ng, d n nm t
kh i lư ng l n d u tràn ra bi n làm cho m t vùng bi n r ng l n b ô nhi m. Ngư i
ta ư c tính hàng năm có kho ng hơn 1 tri u t n d u m tràn ra trên m t bi n do
nh ng s c giàn khoan d u ó.
5. Do tàu ch d u b tai n n,
m trên i dương:
ây là nguyên nhân
quan tr ng nh t gây ô nhi m
SVTH: Huỳnh c Kỳ - L p Hóa D u K31 – H Quy Nhơn
- X lý t nhi m d u b ng công ngh sinh h c GVHD: TS . Biên Cương
bi n và i dương b i vì trên 60% t ng s n lư ng d u m khai thác ư c trên th
gi i ã ư c v n chuy n b ng ư ng bi n. Theo tài li u c a Vi n ngu n l i th gi i
(WRI,1987) trong giai o n 1973 – 1986 trên bi n ã x y ra 434 tai n n trong t ng
s 53581 tàu ch d u và làm tràn 2,4 tri u t n d u. Ô nhi m bi n t tàu có th gây ra
t 2 ngu n: d u ra bi n t các tai n n tàu chi m 15% và d u th i ra bi n t ho t
ng c a tàu chi m 85%.
III. NH HƯ NG Ô NHI M D U
S tích ng c a nh ng ch t ô nhi m d u trong t ch y u kìm hãm quá trình
v n chuy n, bay hơi và phân h y sinh h c, quá trình l i và lưu chuy n ư c bi t
khi nhiên li u ng cơ b rò r t nh ng thùng ch a và ch y tràn vào trong t. Tác
ng c a l c h p d n kéo các ch t l ng theo chi u i xu ng, ngư c l i v i l c gi
l i các ch t l ng ó ho c là s h p th trên h t khoáng ho c là n m trong l h ng
c u trúc c a t. D u là ch t khó b phân h y b i các vi sinh v t s ng trong t. Tuy
nhiên, t l i là môi trư ng không th pha loãng các ch t th i mà ngư c l i các ch t
này tích lũy lâu dài trong t, cho nên d u có tác h i lâu dài trong môi trư ng t.
nh ng khu t b nhi m d u, các tinh th d u s che l p các khe h và mao qu n c a
t, làm t c c c ư ng d n nư c trong td n ns c nc ic a t trong khu v c.
Vì nguyên nhân này mà các vi sinh v t trong t không có kh năng t n t i và phát
tri n do d u ngăn c n kh năng hô h p và phá h y môi trư ng cung c p th c ăn cho
vi sinh v t trong t b ô nhi m. i u này ã gây nh hư ng r t l n n h sinh thái
nh ng vùng b ô nhi m , nh hư ng l n n quá trình s n xu t nông nghi p ,công
nghi p,cũng như t n chi phí cho quá trình x lý s ô nhi m trên.
IV.BI N PHÁP KH C PH C Ô NHI M D U:
1. Kh năng t làm s ch c a t:
Là kh năng t i u ti t c a t trong ho t ng c a môi trư ng t thông qua m t s cơ
ch c bi t gi m th p ô nhi m t ngoài vào, t làm trong s ch và lo i tr các ch t c
h i cho t. M c làm s ch ph thu c vào các y u t như:
SVTH: Huỳnh c Kỳ - L p Hóa D u K31 – H Quy Nhơn
- X lý t nhi m d u b ng công ngh sinh h c GVHD: TS . Biên Cương
S lư ng và ch t lư ng h t keo trong t, càng nhi u h t keo (keo mùn) thì kh
năng t làm s ch cao.
t nhi u mùn, nhi u acid humic
Tr ng thái hi n t i c a môi trư ng t, t chưa b ô nhi m ho c ô nhi m ít thì kh
năng t làm s ch t t hơn.
S thoát nư c và gi m
C u trúc t t t.
Các ch ng lo i vi sinh v t phong phú, s lư ng nhi u s giúp t ào th i ch t c
ch t ô nhi m nhanh chóng.
Kh năng oxy hóa t t, chưa b nhi m m n, nhi m phèn
Môi trư ng t có kh năng t làm s ch cao hơn các môi trư ng khác (môi trư ng nư c và
không khí) do môi trư ng t có các h t keo t có c tính mang i n, t l di n tích h p
ph l n, kh năng trao i ion và h p ph chúng l n mà các môi trư ng khác không có.
Nhưng n u m c ô nhi m vư t quá kh năng t làm s ch c a t thì s nhi m b n tr
nên nghiêm tr ng. Khi ó, kh năng lây truy n ô nhi m t môi trư ng t sang môi trư ng
t, nư c m t và nư c ng m và khu ch tán vào không khí r t nhanh.
2. X lý b ng phương pháp vi sinh:
2.1.X lý bên ngoài v trí ô nhi m(ex- situ):
Ex situquá trình sinh h cbao g m: phân, landfarming, biopilingvàs d ngc alò ph n ng
sinh h c.
phânbao g m ào tvàsau ópha tr nh u cơnhưg ,c khô,phân bón,ch tth ith c
v tv i tb ô nhi m. Cácch t h u cơ ư cl a ch n d atrên x p thích h p,s cân b ng
gi a hàm lư ngcarbonvà nitơ h tr trongvi c phá v các ch t gây ô nhi m. Duy trìnhi t
t i ưu t 54 n650Clàm t ph n quan tr ngc a phân. Trong h u h tcáctrư ngh p, các vi
sinh v tb n a s duytrìnhi t nàytrongquá trìnhlàm gi mch t gây ô nhi m.Hi u qu nh t
khi phânlàlo ib PAH, TNT vàRDX.
Landfarming là m t k thu t x lý sinh h c ư c th c hi n trong vùng t phía trên. t b
ô nhi m s ư c cày, s y trên b m t t thông khí và khuy n khích s phát tri n c a vi
khu n. Ch t dinh dư ng, khoáng ch t, và hơi m có th ư c thêm vào tăng t c suy
thoái. . pH c a tcũng ư cquy nh (g n 7,0) b ngcáchs d ng á vôinghi n
ho cvôinông nghi p. Ch t gây ô nhi m b suy thoái, chuy n th , và c nh b i các quá
trình vi sinh và quá trình oxy hóa. t b ô nhi m thư ng ư c i u tr theo t ng l p lên
n 50 cm.
Khi m c i u tr t ư c mong mu n , l p này ư c l y ra và m t l p m i ư c i u
tr . t nông nghi p ã ư c ch ng minh thành công nh t trong vi c i u tr hyrdrocarbons
d u m và ít bi n ng. Landfarming thư ng s không hi u qu khi hàm lư ng
hydrocarbon là l n hơn 50.000 ppm.Landfarminglàthành công nh ttrong vi c lo i
b PAHvà PCP
Hình1minhh ak thu tlandfarming.
SVTH: Huỳnh c Kỳ - L p Hóa D u K31 – H Quy Nhơn
- X lý t nhi m d u b ng công ngh sinh h c GVHD: TS . Biên Cương
Biopile là m t công ngh quy mô y , trong ó t khai qu t ư c tr n v i t
s a i và ư c t trên m t khu v c i u tr bao g m các h th ng thu gom nư c
rò r và m t s hình th c c a khí. Nó ư c s d ng làm gi m n ng c a các
thành ph n d u khí trong t khai qu t thông qua vi c s d ng các phân h y sinh
h c. m, nhi t, ch t dinh dư ng, oxy, và pH có th ư c ki m soát tăng
cư ng phân h y sinh h c. Khu v c i u tr nói chung s ư c ph kín v i m t l p
SVTH: Huỳnh c Kỳ - L p Hóa D u K31 – H Quy Nhơn
- X lý t nhi m d u b ng công ngh sinh h c GVHD: TS . Biên Cương
lót không th m nư c gi m thi u nguy cơ c a ch t gây ô nhi m th m th u vào t
không b ô nhi m. Nó có th ư c i u tr trong m t lò ph n ng sinh h c trư c khi
tái ch . Các nhà cung c p ã phát tri n ch t dinh dư ng và công th c c quy n ph
gia và các phương pháp kích thích phân h y sinh h c. ng t thư ng có
m t h th ng phân ph i không khí ư c chôn dư i t không khí có th i xuyên
qua t. ng t trong trư ng h p này có th lên n 20 feet (thư ng không ư c
khuy n khícht i a 2-3 mét). ng t có th ư c ph b ng nh a ki m soát
dòng ch y, b c hơi, bay hơi và thúc y năng lư ng m t tr i sư i m. N u có
ch t VOC trong t s bay hơi vào dòng không khí, không khí r i kh i t có th
ư c x lý lo i b ho c phá h y các h p ch t VOC trư c khi chúng ư c th i
vào khí quy n. Biopile là m t công ngh ng n h n. Th i gian v n hành và b o trì có
th kéo dài m t vài tu n t i vài tháng.Biopiling cóhi u qu nh t trong i utr cácch t ô
nhi m nhưBTEX, phenol, PAHsv i4vòng thơm, v t li u n nhưTNT vàRDX
Ph n ng sinh h c x lý tb ô nhi mtrong c haigiai o nr n vàl ng(bùn). Giai
o n i u tr r n ư c th c hi n trong m t thi t b kín. M c tiêuc as pha tr nlà
m b o r ngcác ch t ô nhi m, nư c, không khí, ch t dinh dư ngvà vi sinh
v tho t ng v i nhau trong m t th i gian dài. Axitho c ki mcũng có
th ư cthêmvào ki m soát pH. Tronglòph n nggiư ngc nh, các thành ph n
ư c thêm vàolàm tăng ángk t l suy thoái. Giai o nquá trình x lých t l ng vàx
lý tbùns d nglò ph n ng sinh h c,bùnvàoh th ng và ư cr aquam tsàng
rung lo i b m nh v n. Cát ư c l y rab ngcáchs d ngm tlư i
l cho chydrocyclone,sau ó ư c i u tr t im tlò ph n ng sinh h c. Saukhi i u
SVTH: Huỳnh c Kỳ - L p Hóa D u K31 – H Quy Nhơn
- X lý t nhi m d u b ng công ngh sinh h c GVHD: TS . Biên Cương
tr ,bùnvà x lýv i các k thu tx lý nư c th itiêuchu n.Thi t l plò ph n ng sinh
h c ư c minh h atrong hình 3.
Figure3:
Typical Slurry Bioreactor.
(Source:Kleinjntnens and Luyben, 2000)
2.2.k thu t x lý ti v trí ô nhi m (in-situ)
In-situ bao g mcác k thu t nhưbioventing, biosparging,
bioslurpingvàphytoremediationcùngv ihóa ch t,v t lý,và các quá trìnhnhi t. Trongkh c
ph ct ich thìít t n kém hơn không c nchi phíkhai qu tvàgiao thông v n t i. Hình4minh
h an i a hóa ư cl ach ntrongquá trìnhx lý sinh h ct i ch .
SVTH: Huỳnh c Kỳ - L p Hóa D u K31 – H Quy Nhơn
- X lý t nhi m d u b ng công ngh sinh h c GVHD: TS . Biên Cương
Hình4: Localizationof different microbialin
situtechnologies.
(Source: Held and
Dörr,2000).
Bioventing là m t công ngh m i , kích thích s phân h y sinh h c t i ch m t cách t
nhiên trong i u ki n hi u b ng cách cung c p oxy cho các vi sinh v t t hi n có. Ngư c
l i khai thác t hơi chân không, bioventing s d ng các m c lưu lư ng không khí th p
ch cung c p oxy duy trì ho t ng c a vi khu n. Oxy ư c cung c p ph bi n nh t
b ng cách bơm tr c ti p không khí vào vùng ô nhi m trong t. Bên c nh s xu ng c p c a
ch t th i nhiên li u h p th , các h p ch t d bay hơi s di chuy n ch m qua t và thoát ra
lu ng không khír t quan tr ng trongthi t k c a m t h
ngoài khí quy n.
th ngbioventing,hình h c c acác gi ngd n khívàs c n thi t ph itiêmkhông khího t
ngho c th nglàhaim i quan tâmthi t k c bi t. N uhơi td bay hơi,
chúngph i ư c i u tr t ib m tv i m t b l cthan ho t tínhho cl c sinh h c.
Bioventingcó hi u qu trong vi c lo i b cáchydrocarbond u m,
cáchydrocarbonthơm, d uth y l cvàkhông d bay hơi.Nhi t th p thư ng
gâyc ntr hi u qu c abioventing.Bioventing là m t công ngh ư c th c hi n trong th i
gian dài.
SVTH: Huỳnh c Kỳ - L p Hóa D u K31 – H Quy Nhơn
- X lý t nhi m d u b ng công ngh sinh h c GVHD: TS . Biên Cương
N ng BTEX trư c và
sau x lý Boiventing
Gi ng m
Gi ng hút –
khí vào
khí vào
t ô nhi m
Biosparging là tiêmkhông khítrongkhíquy nvàot ng nư c ng m. Nó ư c s d ngtrong
khu tbão hòa vàkhông bão hòa. K thu t này ư c phát tri n gi m tiêu th năng lư ng.
Bơmkhông khí vàocáct ng nư c ng mtrong các kênhnh chokhông khídi chuy n
nvùng tkhông bão hòa. hình thànhnhi u chi nhánhc nthi ttrongcác kênh, không khí
ph i ư cxungvào tnày. chobiospargingcó hi u qu , các i m phun khí ph i ư c
tbên dư icáckhu v cô nhi mvì không khíluônluôn i lên trên,không khís t o thành
m thình nón. M c phân nhánhvà gócc ahình nón ư c xác nh b is lư ngáp su t
không khítrong khi tiêm. Gi nggiám sát ư cl p txungquanh i m phun vàsau óm c
nư c ng mvàhàmlư ngoxy hòa tan ư c o xác nhvùng nh hư ngcho các i m. có
SVTH: Huỳnh c Kỳ - L p Hóa D u K31 – H Quy Nhơn
- X lý t nhi m d u b ng công ngh sinh h c GVHD: TS . Biên Cương
hi u qu lo i b cácch t gây ô nhi mt biosparging, tc n ư c tương i ng nh ttrên
toànkhuv cô nhi m. Hình 6minhh am t h th ngbiosparging
Figure6: Illustration of biosparging
system.
(Source: Held and
Dörr,2000).
Phytoremediation là m tk thu tt i ch , s d ngthưc v t kh c ph c tb ô nhi m..
Phytoremediation ã ư c s d ng lo i b TPH, BTEX, PAH, 2,4,6-trinitrotoluene (TNT),
vàhexahyro-1,3,5-trinitro-1, 3,5triazine(RDX ).Th c vt có th lo i
b cácch tônhi mt nư c ng mvà lưu tr , chuy n hóa, ho cbay hơi. Ngoàira, r cũngh
tr r t nhi uc avi sinh v t dư i b m t. Nh ngvi sinh v tnàysau ócó th làm gi mcác ch t
gây ô nhi m.. Hình7 minh h ak thu tphytoremediationkhác nhau
SVTH: Huỳnh c Kỳ - L p Hóa D u K31 – H Quy Nhơn
- X lý t nhi m d u b ng công ngh sinh h c GVHD: TS . Biên Cương
Figure7: Illustration
ofphytoremediation.
(Source:
Schnoor,2000.)
SVTH: Huỳnh c Kỳ - L p Hóa D u K31 – H Quy Nhơn
- X lý t nhi m d u b ng công ngh sinh h c GVHD: TS . Biên Cương
3.Cơ ch phân h y sinh h c:
3.1.Cơ ch :
Trên toàn th gi i có trên 70 chi vi khu n ư c bi t là làm suy thoáihydrocarbon.
Nh ng vi khu n thư ng chi m ít hơn 1% c a qu n th t nhiên c a vikhu n, nhưng
có th chi m hơn 10% t ng s dân trong h sinh thái d u.
Nhìn chung các g c no có t l phân gi i sinh h c cao nh t theo sau là các g cthơm
nh , thơm, g c thơm cao phân t ; trong khi các h p ch t phân c c l i có t l phân
gi i th p.
Các lo i alkan ( lo i hydrocacbon m ch th ng) thư ng b phân h y b t u t cacbon
u. Quá trình oxy hóa này b t u b ng vi c s d ng oxy phân t t o rarư u b c
1. K ti p là s t o ra aldehit và axit carboxilic có s carbon gi ng nhưchu i carbon
ban u. S phân gi i s ti p t c, t axid carboxilic t o thànhmonocarboxilic axit có
s carbon ít hơn s carbon ban u là 2C và m t phân t CH3 – ScoA, sau ó chuy n
thành CO2. Các h p ch t phân nhánh cao s b oxy hóathành rư u b c 2.
Quá trình oxy hóa c a n-ankan: α- và ω-hydroxylation ư c xúc tác b i cùngm t b
các enzym. V i vi khu n, các bư c 1, 2 và 3 ư c xúc tác b i
ankanmonooxygenase, rư u dehydrogenase và aldehyde dehydrogenase béo. V i
men,bư c 1 là xúc tác b ng P450 monooxygenase, trong khi các bư c 2 và 3 ư c
xúctác b i oxidase rư u béo và aldehyde dehydrogenase béo, ho c do
P450monooxygenase tham gia trong bư c 1.
SVTH: Huỳnh c Kỳ - L p Hóa D u K31 – H Quy Nhơn
- X lý t nhi m d u b ng công ngh sinh h c GVHD: TS . Biên Cương
S phân h y ankan
Các alkan có m ch t C10 – C24 thư ng ư c phân h y nhanh nh t, riêng
chu icarbon ng n l i có tác d ng c i v i các vi sinh v t (nhưng chúng thư ng
d b c hơi).
Chu i carbon dài khó phân h y, cacbon m ch nhánh làm ch m quá trình phân h y.
i v i các h p ch t thơm, s phân h y x y ra ch m hơn so v i s phân h y các
alkan.
Các h p ch t này có th ư c phân h y khi chúng ư c ơn gi n và có tr nglư ng
phân t th p. Tuy nhiên, vì chúng khá ph c t p nên không ph i là d dàng phân
h y và chúng có th kéo dài trong môi trư ng. Hyrocarbon thơm v i m t, haiho c
ba vòng thơm ư c phân h y có hi u qu , tuy nhiên, nh ng hyrocarbon thơmcó b n
hay nhi u vòng thơm có kh năng kháng s phân h y c a VSV.
Quá trình phân h y b t u b ng vi c m vòng thơm, và quá trình k t thúc
v iacetyl-CoA ho c axit Pyruvic. Dư i i u ki n hi u khí cho m t vòng benzen, O2
s ư c chèn vào t o thành các nhóm ch c năng vòng trong và cu i cùng
hìnhthành các catechol. Vi khu n ti p t c chuy n i catechol thành g c béo s
d ngvòng thơm tách dioxygenases. Catechol cu i cùng ư c tách ra dư i d ng m t
h pch t béo v i m t nhóm carboxyl ư c s d ng b i các t bào trong chu trình
axíttricarboxylic (TCA ho c chu trình Krebs) ó là m t lo t các ph n ng quan
tr ngcho quá trình hô h p t bào.
SVTH: Huỳnh c Kỳ - L p Hóa D u K31 – H Quy Nhơn
- X lý t nhi m d u b ng công ngh sinh h c GVHD: TS . Biên Cương
s phân h y c a benzen b ng oxy phân t .
Có vô s con ư ng cho s phân h y c a catabolic c a các h p ch t thơm. Víd ,
toluen ư c phân h y b i các vi khu n khác nhau v i năm con ư ng:
Trên con ư ng mã hóa b i plasmid TOL, toluen là li n xu ng c p n rư ubenzyl,
benzaldehyde và benzoat, ó là ti p t c chuy n n trung gian chu trìnhTCA.
Bư c u tiên c a toluen suy thoái v i P. putida F1 là ph n chèn hai nhómhydroxyl
vào toluen, t o thành cis-toluen dihydrodiol. ây là trung gian sau óchuy n sang 3-
methylcatechol.
V i KR1 mendocina Pseudomonas, toluen ư c chuy n i b i toluen 4-
monooxygenase t o ra p-cresol, ti p theo là s hình thành p-hydroxybenzoate
thôngqua quá trình oxy hóa c a chu i ph methyl.
V i pickettii Pseudomonas PKO1, toluene là b ôxi hóa b i toluen 3-monooxygease
t o m-cresol, sau ó ti p t c b ôxi hóa thành 3-methylcatechol b imonooxygenase
khác. V i G4 cepacia Bukholderia, toluen ư c chuy n hoá thànho-cresol b i toluen
2 -- monooxygenase, trung gian này ang ư c chuy n b ngmonooxygenase khác
t o 3-methylcatechol.
S phân h y c a Phenanthrene.
Asphaltenes và nh a ư ng: R t khó phân h y vì chúng r t ph c t p, các h pch t
này không ho c ch m phân h y
SVTH: Huỳnh c Kỳ - L p Hóa D u K31 – H Quy Nhơn
- X lý t nhi m d u b ng công ngh sinh h c GVHD: TS . Biên Cương
Các thành ph n d u khí b m c k t trong bi n tr m tích có xu hư ng v n t n t i
trong i u ki n y m khí. Tuy nhiên, các nghiên c u sinh thái ã ch ng minh
r nghydrocarbon nh t nh có th b ôxi hóa trong i u ki n k khí khi m t trong
hai i u ki n gi m nitrat, gi m sulfat, metan ư c t o ra, Fe (III) gi m, cùng v i
quátrình oxy hóa d u khí. Nhi u hydrocacbon, như ankan, anken và hydrocarbon
thơmnhư benzen, toluen, xylenes, ethyl-và propylbenzenes,
trimethylbenzenes,naphtalene, phenanthrene và acenaphthene, ư c bi t n là ư c
anaerobicallyxu ng c p. Con ư ng cho s phân h y c a ankan và anken là chưa rõ
ràng. Vikhu n k khí HD-1 m c trên CO2 trong s hi n di n c a H2 ho c
tetradecane.
Nhi u con ư ng cho s phân h y k khí toluen. T t c nh ng con ư ng bi n i
các cơ ch t ban u vào chung trung gian, benzoyl-coenzym A (CoA). V ich ng vi
sinh v t Thauera sp. T1, các quá trình oxy hóa c a toluene là kh i xư ng b i s hình
thành benzylsuccinate t toluen và fumarate. Sau khi s hình thành c a benzyl-CoA,
ti p t c t o cyclohex -1,5-diene-1-carboxyl-CoA. V i R. palustris, cyclohex -1,5-
diene-1-carboxyl-CoA t o thành cyclohex-1 - ene-1-carboxyl-CoA, trong khiv i
Thauera aromatica, nó l i ng m nư c n 6-hydroxycyclohex-1-ene-1-carboxyl-
CoA. S n ph m cu i cùng c a quá trình là Acetyl – CoA.
S phân h y k khí c a Toluene.
M t s tuy n ư ng ư c xu t cho s chuy n i c a toluen benzoyl-CoA.
Sau khi chuy n i c a benzoyl-CoA thành cyclohex-1 ,5-diene-1-carboxyl- CoA,
SVTH: Huỳnh c Kỳ - L p Hóa D u K31 – H Quy Nhơn
- X lý t nhi m d u b ng công ngh sinh h c GVHD: TS . Biên Cương
s n ph m này ư c x lý 2 cách khác nhau v i hai lo i vi khu n khác nhau,R.
palustris và aromatica Thauera
Tóm l i s phân h y hydratcacbon ư c x p theo th t sau: n – alkan > alkan
m ch nhánh > h p ch t m ch vòng có tr ng lư ng phân t th p > alkan m ch
vòng.Các nhà khoa h c ã tìm ra nh vaatjvi sinh v t có kh năng phân h y d u m :
• Vi khu n: Achromobbacter;Aeromonas; Alcaligenes; Arthrobacter;
Bacillus;Beneckea; Brevebacterium; Coryneforms; Erwinia; Flavobacterium;
Klebsiella;Lactobacillus; Leucothrix; Moraxella; Nocardia; Peptococcus;
Pseudomonas;Sarcina; Spherotilus; Spirillum; Streptomyces; Vibrio; Xanthomyces.
• X khu n: Streptomyces Sp; Actinomyces Sp
• N m: 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.
3.2M t s y u t nh hư ng n vi sinh vât:
Vi khu n phát tri n ph thu c vào ch t dinh dư ng. Các ch t dinh dư ng là các kh i
cơ b n vi khu n s ng và cho phép vi khu n t o ra các enzym c n thi t phá v
các hydrocarbon. M c dù nhu c u dinh dư ng khác nhau gi a các vi sinhv t. Nhưng
t t c chúng s c n nitơ, ph t pho và carbon. S s ng còn c a các visinh v t ph
thu c vào vi c có th áp ng nhu c u dinh dư ng c a nó hay không.
• Carbon
Carbon là nguyên t c u trúc cơ b n nh t c a vi sinh v t và là c n thi t v i s
lư ngl n hơn các y u t khác, cacbon: nitơ là 10:01 và cacbon : phospho là 30:1.
Trongphân h y c a d u, có r t nhi u các-bon cho vi sinh v t do c u trúc c a các
phân t d u.
• Nitơ
SVTH: Huỳnh c Kỳ - L p Hóa D u K31 – H Quy Nhơn
- X lý t nhi m d u b ng công ngh sinh h c GVHD: TS . Biên Cương
Nitơ ư c tìm th y trong các protein, enzym, các thành ph n t bào, và axitnucleic
c a vi sinh v t. Vi sinh v t ph i ư c cung c p nitơ vì không có nó,chuy n
hóa vi sinh v t s b thay i. H u h t các vi sinh v t c nh òi h i các hình th c
nitơ, ch ng h n như nitơ amin h u cơ, các ion amoni, ho c các ion nitrat.
Nh nghình th c khác c a nitơ có th khan hi m trong môi trư ng nh t nh, gây ra
nitơ tr thành m t y u t h n ch trong s phát tri n c a qu n th vi khu n.
• Ph t pho
Photpho là c n thi t trong các màng t ( bao g m phospholipids ), ATP ngu nnăng
lư ng (trong t bào) và liên k t v i nhau các axit nucleic. Vi c b sung thêmnito và
photpho s tăng cư ng kh năng ho t ng phân gi i d u c a vi sinh v t.Cùng v i
các ch t dinh dư ng, vi khu n c n m t s i u ki n sinh s ng. B ivì vi khu n
phát tri n và ho t ng c a enzym b nh hư ng b i các y u t sau:
• Oxy
Quá trình phân h y d u ch y u là m t quá trình oxy hóa. Vi khu n t o ra enzyme
s xúc tác quá trình chèn oxy vào các phân t hydrocarbon sau ó có th ư c tiêu
th b ng cách chuy n hóa t bào. B i vì i u này, ôxy là m t trong nh ng yêu c u
quan tr ng nh t cho các quá trình phân h y d u. Các ngu n chính cung c p oxy là
ôxy trong không khí.Theo lý thuy t cho th y m i gam oxy có th b ôxi hóa 3.5g
d u.
• Nư c
Nư c là c n thi t b i vi sinh v t vì nó chi m m t t l l n trong t bào ch t c at
bào. Nư c cũng r t quan tr ng b i vì h u h t các ph n ng enzym di n ra trong
dung d ch. Nư c này cũng c n thi t cho v n t i c a h u h t các v t li u vào và
rakh i t bào.
• N ng ch t ô nhi m
N ng các ch t ô nhi m là m t y u t quan tr ng. N u n ng hydrocarbonxăng
d u quá cao thì nó s làm gi m lư ng oxy, nư c và các ch t dinh dư ng có s ncho
các vi khu n.
SVTH: Huỳnh c Kỳ - L p Hóa D u K31 – H Quy Nhơn
- X lý t nhi m d u b ng công ngh sinh h c GVHD: TS . Biên Cương
Nói chung, s a d ng c a nh ng vi sinh v t phân gi i hydrocarbon tương qua v i
mc ô nhi m hi n t i.
• M t s y u t khác
Bao g m c áp l c, m n, và pH, cũng có th có tác ng quan tr ng n quátrình
phân h y d u c a VSV.
TÀI LI U THAM KH O
1.Công ngh sinh h c môi trư ng.TS. Lê Phi Nga-TS.Jean-Paul Schwitzguebéls
2.U.S.AEC, 2000. Windrow Composting of Explosives-Contaminated Soil. U.S. Army
Environmental Center.
(http://aec.army.mil/prod/usaec/et/restor/windrow.htm)
3. Vi sinh v t S xu ng c p c a ch t gây ô nhi m hydrocarbon d u khí:
Nilanjana Das và Preethy ChandranPhòng Công ngh sinh h c môi trư ng,
Trư ng Khoa h c Sinh h c và Công ngh , i h c VIT, Vellore, Tamil Nadu
632014, n .
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.
SVTH: Huỳnh c Kỳ - L p Hóa D u K31 – H Quy Nhơn
nguon tai.lieu . vn
