.:.Admin.:.
Admin
Tổng số bài gửi : 190
Điểm số : 11102
Ngày tham gia : 21/02/2011
Tuổi : 37
Đến từ : Hà Nội, Việt Nam
 | | Tiêu đề: Khảo sát khả năng khử hydrosunfua (H2S) trong nước bởi vi khuẩn 15/8/2011, 8:00 pm | |
| Ba vi khuẩn hiếu khí phân lập được từ nước kênh Nhiêu Lộc - Thị Nghè là: Thiobacillus 1 (C1); Thiobacillus 2 (C2); Thiobacillus 3 (C3). Khả năng khử sunfua của các vi khuẩn này được khảo sát trên ba loại môi trường: MT1 (môi trường peptone 0, 5%); MT2 (môi trường Beijerick không có FeSO4.7H2O) và MT3 (môi trường Beijerick có bổ sung 0,5% Ca (NO3)2 và 0,5% anthraquinnone). Kết quả thí nghiệm cho thấy, khả năng khử sunfua của các vi khuẩn Thiobacillus diễn ra nhanh trong 4 đến 5 ngày đầu khảo sát. Thêm vào đó, độ pH của môi trường tăng nhẹ trong 7 ngày đầu, và giảm mạnh từ ngày thứ 8 trở đi.
Đặt vấn đề
Hydro sunfua (H2S) là chất khí không màu, có mùi trứng thối, rất độc, dễ hòa tan trong nước thành axít sunfuhydric (H2S). Hydro sunfua nếu lẫn vào dầu khí dù chỉ một lượng rất nhỏ, nó cũng làm giảm nghiêm trọng giá trị thương phẩm của dầu khí. Axít sunfuhydric (H2S) là chất ăn mòn kim loại rất mạnh, gây ra hiện tượng ăn mòn lỗ và giòn kim loại do hydro, có thể dẫn đến nứt vỡ đường ống hoặc bồn chứa. Vì vậy, khử hydro sunfua là vấn đề cấp thiết trong ngành khai thác và chế biến dầu khí ở nước ta. Có thể khử hydro sunfua bằng các phương pháp hóa học, hóa lí hoặc sinh học...
Trong bài báo này, chúng tôi trình bày kết quả khử hydro sunfua bằng vi khuẩn phân lập được từ kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè tại thành phố Hồ Chí Minh
(Tp. HCM).
Vật liệu và phương pháp nghiên cứu
1. Sơ đồ nghiên cứu
Kênh Nhiêu Lộc - Thị Nghè nằm trong nội thành TP HCM, dài 9035m. Độ đục của nước kênh Nhiêu Lộc - Thị Nghè thay đổi từ 30-50 FTU. Nồng độ oxy hoà
tan thấp (3,3-4,0mg/l) báo hiệu kênh bị ô nhiễm nghiêm trọng bởi chất thải hữu cơ. BOD trung bình bằng 78,8% COD trung bình. Sự phân hủy chất hữu cơ chứa lưu huỳnh bởi các vi khuẩn kỵ khí, chủ yếu là vi khuẩn khử
sunfat (sulfate reducing bacteria), sinh ra hydro sunfua (H2S) .
Trong thiên nhiên tồn tại nhiều loài vi sinh vật có khả năng chuyển hóa các hợp chất hữu cơ và vô cơ chứa lưu huỳnh, trong đó có các vi sinh vật tự dưỡng hóa năng, vi sinh vật tự dưỡng quang năng và cả vi sinh vật dị dưỡng. Vi sinh vật tự dưỡng hóa năng tham gia chuyển hóa lưu huỳnh bao gồm các vi khuẩn thuộc loài Thiobacillus, Beggiatoa, Thiothrix, và Thioploca, trong đó đáng chú . nhất là hai loài Thiobacillus và Beggiatoa .
Chúng tôi đã phân lập loài vi khuẩn hiếu khí Thiobacillus từ mẫu nước thải kênh Nhiêu Lộc - Thị Nghè, và nghiên cứu khả năng khử hydro sunfua (H2S) của Thiobacillus theo sơ đồ sau:
 Hình 1. Sơ đồ quy trình nghiên cứu
Ghi chú: Mẫu nước thải của kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè được lấy lúc thủy triều xuống, ở 2 vị trí: Trên bề mặt kênh và dưới độ sâu 50cm, tại đầu kênh Nhiêu Lộc và chân cầu Thị Nghè.
2. Phương pháp phân lập và giám định vi khuẩn khử sunfua
Môi trường nuôi cấy: Môi trường bazơ (Thiosunfat medium, pH = 9,5); môi trường trung tính (Beijerick Medium, pH = 7,4); môi trường axít (sử dụng cho Thiobacillus thiooxidans, pH=4,4) . Sử dụng dạng lỏng để nhân sinh khối; bổ sung agar thành dạng đặc để phân lập. Môi trường trung tính (môi trường Beijerick, Ph = 7,4): 5,0g Na2S2O3.5H2O; 1,0g NaHCO3; 0,2g Na2HPO4.H2O; 0,1g NH4Cl; 0,1g MgCl2.6H2O; 0,5g FeSO4.7H2O; nước cất cho đủ 1 lít.
Định danh vi khuẩn bằng các phản ứng: Nhuộm Gram, sử dụng bộ 14 phản ứng sinh hoá IDS 14GNR, sử dụng bộ 32 phản ứng sinh hóa trên bộ kit ID 32E, thử nghiệm oxydase, thử nghiệm Lysin decarboxylase, thử nghiệm khả năng di động.
Kết quả phản ứng sau khi đọc sẽ tiến hành định danh bằng phần mềm kỹ thuật xét nghiệm vi sinh lâm sàn (Software of Clinical Microbiology).
3. Khảo sát khả năng khử sunfua của vi khuẩn Thiobacillus
Mục đích của khảo sát này là nghiên cứu khả năng khử sunfua của vi khuẩn Thiobacillus trên các môi trường có thành phần khác nhau, nhằm xem xét khả năng sử dụng vi khuẩn khi không và khi có bổ sung thêm một số chất trong quá trình xử lí H2S.
Sinh khối vi khuẩn được cho vào nước muối sinh lí 0,8% đã hấp tiệt trùng. Cho 0,5ml dịch vi khuẩn này vào ống nghiệm chứa 10ml môi trường khảo sát đã vô trùng. Khảo sát khả năng khử sunfua cuả vi khuẩn trên 3 loại môi trường khác nhau trong 10 ngày. Đây là các môi trường có chứa cùng một lượng H 2S, nhưng có thành phần khác nhau.
- Môi trường một (MT1) - môi trường căn bản để nhân sinh khối vi khuẩn: chứa peptone 0,5% có pH =7, dung dịch H2S và vi khuẩn.
- Môi trường hai (MT2) - môi trường đặc trưng cho Thiobacillus sp., dùng để kiểm chứng khả năng khử sunfua của vi khuẩn: Chứa môi trường Beijerinck có pH = 7,4, dung dịch H2S và vi khuẩn.
- Môi trường ba (MT3) - giống như môi trường thứ hai là môi trường đặc trưng cho Thiobacillus sp, nhưng có bổ sung thêm chất tạo khí ô xy là: 0,5% canxi nitrat Ca(NO3)2 và 0,5% anthraquinnone).
- Mẫu trắng là môi trường không cho H2S vào.
- Mẫu đối chứng là môi trường có cho H2S vào, nhưng không cho vi khuẩn vào. Nồng độ H2S được kiểm tra mỗi ngày bằng phương pháp iốt.
4. Khảo sát sự tạo thành ion sunfat SO42-
Hàm lượng ion sunfat SO42- được định tính mỗi ngày bằng dung dịch muối bari clorua BaCl2, định lượng bằng phương pháp đo độ đục.
5. Khảo sát sự thay đổi pH
Sự thay đổi pH được theo dõi mỗi ngày bằng pH kế.
Kết quả và thảo luận
1. Kết quả phân lập và giám định vi khuẩn khử sunfua
Vi khuẩn trong mẫu nước thải được nuôi trên 3 môi trường khác nhau: Kiềm, trung tính và axit. Đầu tiên, vi khuẩn trong mẫu nước thải được nuôi trong môi trường lỏng 14 ngày. Sau đó, các vi khuẩn này được cấy trên môi trường thạch. Khi vi khuẩn đã phát triển trên môi trường thạch thì tiến hành cấy phân lập và nhuộm Gram để xác định loài trực khuẩn Gram âm. Sau đó, vi khuẩn được cấy tăng sinh trên môi trường thạch rồi tiến hành định danh. Các vi khuẩn phân lập được từ nước kênh Nhiêu Lộc-Thị Nghè là: Thiobacillus 1 (C1); Thiobacillus 2 (C2); Thiobacillus 3 (C3).
2. Khảo sát khả năng khử sunfua của các vi khuẩn Thiobacillus
Từ Hình 2 ta thấy, khả năng khử H2S của các giống Thiobacillus trong môi trường MT1 nhanh nhất trong 3 ngày đầu, đến ngày thứ 6 thì đã khử hầu hết H2S.
Trong môi trường MT1, tốc độ khử H2S giảm dần theo dãy: Thiobacillus C1 và Thiobacillus C2 > Thiobacillus C3.
 Hình 2. Sự thay đổi nồng độ H2S (ppm) trong môi trường MT1 phụ thuộc vào giống vi sinh và số ngày thí nghiệm
Môi trường 2 - môi trường Beijerinck – có chứa các dưỡng chất phục vụ cho sự phát triển của vi khuẩn, đồng thời cũng chứa các chất hỗ trợ việc giúp vi khuẩn định hướng khử H2S. Chính vì vậy, trong môi trường này quá trình khử H2S cũng dễ xảy ra hơn, vi khuẩn cũng đủ dưỡng chất để tồn tại lâu hơn.
Khảo sát trên môi trường MT3 nhằm mục đích xem xét tác dụng của các chất tạo oxy: Canxi nitrat Ca(NO3)2 và Anthraquinnone (9,10-dioxoanthracene (C14H8O2) đến sự phát triển của vi khuẩn. Từ Hình 4 ta thấy, khả năng khử H2S của các loài Thiobacillus trong môi trường MT3 nhanh nhất trong 3 ngày đầu, đến ngày thứ 5 thì đã khử hầu hết H2S. Trong môi trường MT3, tốc độ khử H2S giảm dần theo dãy: Thiobacillus C1 > Thiobacillus C2 > Thiobacillus C3. Khả năng khử H2S (ppm) của Thiobacillus C1 trong các môi trường khác nhau được thể hiện
qua Hình 5. Chủng vi khuẩn Thiobacillus C1có khả năng khử H2S tốt hơn ở trong MT3. Điều này khẳng định tác động của các chất tạo oxy lên chủng này. Với môi trường MT1 và MT2, tuy có khác biệt nhưng không đáng kể.
Hình 6 cho thấy, chủng vi khuẩn Thiobacillus C2 có khả năng khử H2S tốt hơn ở trong môi trường MT3, nhưng sự khác biệt không đáng kể so với môi trường MT1 và MT2. Vậy việc sử dụng chất tạo oxy, không tác động nhiều đến khả năng khử H2S của Thiobacillus C2.
Tương tự như chủng Thiobacillus C1, chủng vi khuẩn Thiobacillus C3 có khả năng khử H2S
tốt hơn ở trong MT3 (Hình 7). Điều này khẳng định tác động của các chất tạo oxy lên chủng này. Với môi trường MT1 và MT2, tuy tại môi trường MT1 vi khuẩn này có khả năng khử H2S tốt hơn, nhưng sự khác biệt không đáng kể.
Hình 3. Sự thay đổi nồng độ H2S (ppm) trong môi trường MT2 phụ thuộc vào giống vi sinh và số ngày thí nghiệm
Hình 4. Sự thay đổi nồng độ H2S (ppm) trong môi trường MT3 phụ thuộc vào giống vi sinh và số ngày thí nghiệm
Hình 5. Khả năng khử H2S (ppm) của Thiobacillus C1 trong các môi trường khác nhau theo thời gian
Hình 6. Khả năng khử H2S (ppm) của Thiobacillus C2 trong các môi trường khác nhau theo thời gian
Nhờ vậy, trong môi trường MT3 tốc độ khử H2S của các vi khuẩn Thiobacillus cũng nhanh hơn. Kết quả cũng cho thấy, vi khuẩn Thiobacillus giống Thiobacillus C1 và giống Thiobacillus C3 có nhu cầu ô xy cao hơn so với Thiobacillus C2.
3. Khảo sát sự thay đổi pH
Trong cả 3 môi trường khảo sát, ta thấy sự thay đổi pH tương tự nhau. Đầu tiên, trong các môi trường MT1, MT2 và MT3, độ pH đều tăng nhẹ (từ 7,1 lên khoảng 7,4-7,5); sau vài ngày - tùy theo chủng loại vi khuẩn - th. độ pH giảm dần.
Điều này có thể giải thích như sau:
- Trong những ngày đầu, pH môi trường tăng nhẹ, v. vi khuẩn chuyển hóa hydro sunfua và oxy thành lưu huỳnh và nước theo phản ứng:
2H2S + O2--> 2S + 2 H2O - Song song đó, khi mức độ cân đối giữa các chất có trong môi trường thay đổi, lưu huỳnh sẽ bị ôxi hóa thành axít sunfuric:
2S + 3O2 + 2H2O --> 2H2SO4
- Từ số liệu của Bảng 1, ta có thể nhận thấy, độ pH của MT1 > MT2 và MT3. Điều này là do trong môi trường MT2 và MT3 còn có sự tạo thành H2SO4 từ Na2S2O3 (từ môi trường Bejerinck)
5Na2S2O3+H2O+4O2--> 5Na2SO4+2S2+H2SO4+Xkcal
S2 + 3O2 + 2H2O --> 2H2SO4 + Xkcal Theo thời gian, vi khuẩn khử hết dần lượng H2S có trong mẫu, khả năng sử dụng H2S của vi khuẩn nhanh hơn tốc độ phản ứng của các phản ứng vô cơ nhờ vào lượng enzym có trong vi khuẩn.
Sau đó quá trình hình thành H2SO4 tăng dần dẫn đến việc làm giảm pH môi trường.
4. Khảo sát sự tạo thành ion sunfat:
Kết quả khảo sát cả 3 môi trường đều không thấy sự có mặt của ion sunfat trong thời gian đầu.
Sau đó lượng inon sunfat bắt đầu xuất hiện nhưng không đáng kể. Chỉ từ ngày thứ 8 trở đi, sự xuất hiện của ion sunfat SO42- trong môi trường mới trở nên rõ rệt. Điều đó được nhận biết nhờ sự tạo thành kết tủa trắng đục của muối bari sunfat, khi cho vào môi trường dung dịch bari clorua BaCl2:
BaCl2 + H2SO4 2HCl + BaSO4 (Trắng đục) Những khảo sát đã trìnhbày ở trên chứng tỏ rằng, cả 3 loài vi khuẩn Thiobacillus C1, C2, C3 đều có khả năng khử hydro sunfua thành axít sunfuric, làm cho độ pH môi trường giảm mạnh.
Hình 7. Khả năng khử H2S (ppm) của Thiobacillus C3 trong các môi trường khác nhau theo thời gian
Hình 8. Phản ứng theo dõi sự hình thành ion sunfat trong mẫu
1. Đã phân lập được vi khuẩn hiếu khí Thiobacillus từ mẫu nước thải của kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè, gồm 3 giống: Thiobacillus C1, Thiobacillus C2, Thiobacillus C3.
2. Cả 3 giống vi khuẩn hiếu khí thuộc chi Thiobacillus phân lập được, đều có khả năng khử hydro sunfua H2S trong 3 môi trường khảo sát:
- Tốc độ khử H2S của các vi khuẩn Thiobacillus nhanh nhất trong 4 - 5 ngày đầu.
- Trong thời gian đầu, độ pH trong 3 môi trường khảo sát đều tăng nhẹ và không tạo thành ion sunfat từ H2S.
- Từ ngày thứ 8 trở đi, độ pH của môi trường giảm mạnh, do các vi khuẩn Thiobacillus đã khử H2S thành axít sunfuric H2SO4 trong quá trình trao đổi chất của chúng với môi trường.
3. Có thể nhân sinh khối vi khuẩn Thiobacillus để khử chất H2S có mặt trong các môi trường nước thải và dầu khí.
Cần sục thêm khí oxy hoặc cho thêm muối sinh oxy như Ca(NO3)2 vào môi trường, tạo điều kiện thuận lợi cho 3 giống vi sinh vật hiếu khí Thiobacillus C1, C2, C3 phát triển và khử H2S được nhanh hơn và triệt để hơn.
TS. Đàm Sao Mai Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM KS. Cao Hồng Ngọc, GS. TSKH. Vũ Đình Huy Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM (Theo TCDK) | |
|
