Những tiến bộ gần đây trong lĩnh vực vi sinh vật học dầu mỏ

Các tiến bộ gần đây trong lĩnh vực sinh học phân tử đã giúp chúng ta mở rộng sự hiểu biết về tiến trình trao đổi chất liên quan đến sự chuyển đổi hydrocarbons xăng dầu ở vi sinh vật. Các phản ứng của vi sinh vật đối với sự hiện diện của hydrocarbons bao gồm sự thay đổi bề mặt tế bào và cơ chế đáp ứng hấp thu ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Những tiến bộ gần đây trong lĩnh vực vi sinh vật học dầu mỏ Những tiến bộ gần đây trong lĩnh vực vi sinh vật học dầu mỏ Các tiến bộ gần đây trong lĩnh vực sinh học phân tử đã giúp chúngta mở rộng sự hiểu biết vềtiến trình trao đổi chất liênquan đến sự chuyển đổihydrocarbons xăng dầu ở visinh vật. Các phản ứng củavi sinh vật đối với sự hiệndiện của hydrocarbons baogồm sự thay đổi bề mặt tếbào và cơ chế đáp ứng hấpthu và tống xuất các hợpchất này đã được nghiên cứuchi tiết.Các kỹ thuật phân tử mới giúpchúng ta nâng cao khả năngnghiên cứu về động học cácquần thể vi sinh vật trong mộthệ sinh thái bị ảnh hưởng bởixăng dầu. Bằng cách thiết lậpcác điều kiện sao cho tối đahóa tốc độ và mở rộng sự tăngtrưởng của vi sinh vật, khảnăng sử dụng và chuyển hóahydrocarbons, người ta đã cóthể can thiệp vào quá trìnhphân hủy rác thải xăng dầu dựtrên các lò phản ứng sinh học(bioreator) và thúc đẩy mạnhhơn.Hiện nay người ta đã đưa vàosử dụng rất có hiệu quả cácphiễu lọc sinh học (biofilters)có khả năng lọai bỏ và phânhủy xăng dầu dạng hơi ônhiễm trong dòng không khílưu thông mà trong đó thờigian tương tác giữa vi khuẩnvà cơ chất rất ngắng (dưới 60giây). Ngòai ta người ta còncho vi khuẩn vào các mỏ dầuđã khai thác một phần nhằmkhôi phục lượng dầu còn lại.Tuy thế, các quá trình vi sinhvật này không thực sự thể hiệnhết tòan bộ năng lực mà chúngta mong muốn, về cơ bản làdo chúng ta không có đủ khảnăng điều khiển các điều kiệntối ưu trong môi trường dướilớp đất mặt. Vi sinh vật có thểđược khai thác để bẽ gãy cácnhũ tương bền trong mỏ dầunhằm tạo ra các sản phẩm dầucó chất lượng cao liên tục.Thậm chí người ta còn đề xuấtviệc thay thế phương phápkhử sulfur trong dầu vốn thựchiện bằng phương pháp vật lýbằng phương pháp mới -phương pháp sinh học - vìngười ta tin rằng phương phápsinh học có thể lọai bỏ cóchọn lọc các gốc sulfur màkhông phân rã các gốc carbonkhác đi kèm. Tuy nhiên vì visinh vật đòi hỏi điều kiện tiênquyết là phải có nước để pháttriển, do đó một hệ thống haipha nước-dầu phải được hìnhthành để tối ưu hóa sự tươngtác giữa vi khuẩn vàhydrocarbons, điều này thậtkhông dễ trong tình trạng dầuthô luôn ở trạng thái sền sệt.Thách thức này có thể vượtqua bằng cách áp dụng kỹthuật đối với dầu diesel và dầuhỏa đã qua tinh chế, đây là haidạng hydrocarbons cho phépdễ dàng tạo ra nhũ tươnghydrocarbons-lỏng. Khuynhhứơng phân tử hiện đang đượcsử dụng nhằm mở rộng ra chonhiều cơ chất đặc biệt và giatăng tốc độ cũng như kéo dàisự khử sulfur.Các quy trình ứng dụng vikhuẩn hiện đang được thươngmại hóa trong việc lọai bỏ H2Svà sulfoxides từ các luồng rácthải hóa dầu.Enzyme cũng đang được khaithác nhằm sản xuất các sảnphẩm phụ có giá trị từ chấtgốc xăng dầu ban đầu và máycảm biến sinh học (biosensor)bằng vi khuẩn cũng đang đượcsử dụng để phân tích môitrường bị ô nhiễm dầu hỏa.Đó là những nội dung tóm tắtbài tổng quan RecentAdvances in PetroleumMicrobiology đăngtrên Microbiology andMolecular Biology Reviews,December 2003, p. 503-549,Vol. 67, No. 4. Tòan văn bàibáo đăngtại http://mmbr.asm.org/cgi/content/full/67/4/503SHVN xin trích dịch một đọantrong bài tổng quan trên.SHVN hoan nghênh bài dịchtrọn vẹn từ các thành viên.Các yếu tố ảnh hương lên quátrình hồi cứu sinh học(bioremediation). Tốc độ phânrã dầu thô hay rác thải nhiễmdầu do vi sinh vật phụ thuộcvào nhiều yếu tố, bao gồm cácđiều kiện vật lý và bản chất,nồng độ và tỷ lệ các lớp cấutrúc hydrocarbons hiện diệncũng như giá trị sinh học củacơ chất, và đặc tính của hệsinh học liên quan. Thôngthường khả năng phân phủycủa các hợp chất xăng dầu cóthể xếp theo thứ tự giảm dầnnhư sau: n-alkanes > alkanessợi phân nhánh > alkenes phânnhánh > n-alkyl chứa vòngthơm phân tử lượng thấp>domonoaromatics > cyclicalkanes > polynucleararomatics > asphaltenes. Từđây người ta đã phát triển mộtmô hình dự đóan nhằm ướctính khả năng phân giải sinhhọc các hydrocarbons và giátrị sinh học của các thànhphần dầu thô được điều khiểnbởi sự khuếch tán. Việc lựachọn chất họat động bề mặthóa học cũng có thể thúc đẩyquá trình phân hủy sinh họcnày. Hiệu quá của quá trìnhphân hủy hydrocarbons cũngphụ thuộc vào bản chất chất bịnhiễm hydrocarbons, điềukiện môi trường và đặc tínhcủa quần thể vi sinh vật hiệndiện.Giả định rằng vi sinh vật hiệndiện, dinh dưỡng có sẵnkhi đó N và P được xem làyếu tố giới hạn chung nhấtcho sự phát triển quần thể visinh vật này. Các thí nngiệmtrong phòng thí nghiệm vàngòai thực địa cho thấy rằngcó thể bổ sung N và P dướidạng phân bón chứa N và Pvô cơ hay hữu cơ bao gồmxương cá, bột cá hay phếphẩm động vật, chất họat độngsinh học và chất nhận trường.Chiến thuật phân hủy các chấtô nhiễm hoặc rác thải xăngdầu bằng vi sinh vật cũng đòihỏi các kỹ thuật và độ phứctạp ở nhiều mức độ khác nhau.Thông thường khi đất bị ônhiễm, chúng có thể được hồicứu sinh học thông qua tiếntrình lõang hóa tự nhiên và dođó không cần sự can thiệp củacon người. Tuy nhiên để cóthể tối ưu hóa tốc độ và quymô phân hủy các chất ô nhiễmbằng kỹ thuật vi sinh vật vàcải biến quy trình sinh học thìngười ta lại phải can thiệp vàocác quá trình này tùy mức độ.Ở hệ thống hồi cứu sinh họcđơn giản, vốn đòi hỏi rất íthoặc thậm chí không cầnchuyên môn sinh học, các yếutố được coi là giới hạn quytrình thường liên quan đến sựhiện diện của chất ding dưỡnghoặc oxy hoặc do thiếu cácđiều kiện thuần nhất hóa từđầu đến cuối môi trường bị ônhiễm. Tốc độ tăng trưởngcủa vi sinh vật và các quátrình phân giải diễn ra dướicác điều kiện này thường nằmdưới mức tối ưu và biến thiênrất mạnh khiến cho chu trìnhphân hủy bị kép dài. ...