MỞ ĐẦU Dầu khí là ngành công nghiệp mũi nhọn, mang lại nguồn lợi to lớn cho nền kinh tế của nhiều nước trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Tuy nhiên, trên thực tế, sản lượng dầu thu được từ khai thác sơ cấp (tự phun bằng chính năng lượng tự nhiên của vỉa) chỉ chiếm phần rất nhỏ tổng lượng dầu khai thác. Nguyên nhân là do độ nhớt, sức căng bề mặt làm cho tính thấm và linh động của dầu mỏ thấp, dẫn đến sản lượng dầu khai thác chưa cao. Do đó, việc khai thác dầu thứ cấp (bơm ép nước biển hay nén khí vào giếng khoan để duy trì áp suất vỉa) nhằm nâng cao hiệu suất thu hồi dầu đang được ứng dụng rộng rãi.
Các nghiên cứu trước đây cho thấy, vi khuẩn khử sulfate (KSF) là một trong những nhóm vi khuẩn xuất hiện phổ biển trong nước biển. Khi nước biển được sử dụng để bơm ép vào lòng vỉa, các vi sinh vật (VSV) gặp điều kiện thuận lợi sẽ phát triển tạo thành các màng biofilm gây bít nhét vỉa, làm giảm khả năng tiếp nhận nước bơm ép. Vi khuẩn KSF sinh ra khí H2S không chỉ là tác nhân gây ăn mòn, phá hỏng hệ thống đường ống, làm tắc các thiết bị khoan và bơm ép nước mà còn làm thối dầu, gây khó khăn cho việc tách nước từ dầu và làm giảm chất lượng dầu dẫn đến cản trở việc thu hồi dầu. Hơn nữa, khí H2S còn gây độc hại trực tiếp tới con người và sinh vật sống.
Do đó, bên cạnh việc tìm kiếm các giải pháp để nâng cao hiệu suất khai thác dầu, các công ty dầu khí trên thế giới cũng như ở Việt Nam đang tăng cường các biện pháp diệt vi khuẩn KSF, nhóm vi khuẩn gây tác hại nghiêm trọng đến quá trình khai thác, vận chuyển cũng như lưu trữ dầu làm giảm chất lượng và giá trị thương mại của dầu. Hàng năm, nhu cầu sử dụng chất diệt khuẩn trong ngành khai thác dầu khí là rất lớn. Đối với các đơn vị khai thác trong nước, chỉ tính riêng tại Liên doanh dầu khí Việt-Nga (Vietsovpetro) mỗi năm sử dụng hàng trăm tấn chất diệt khuẩn cho nước bơm ép. Các chất diệt khuẩn được sử dụng để ức chế vi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2 khuẩn nói chung và vi khuẩn KSF nói riêng thường được tổng hợp từ các hợp chất hóa học như chloride, glutaraldehyde, isothiazolones, formaldehyde và các muối amoni bậc bốn.
Các hợp chất này rất độc hại đối với con người và hệ sinh thái, gây ức chế sự sinh trưởng và trao đổi chất của sinh vật sống. Vì vậy, việc tìm kiếm các “chất diệt khuẩn xanh” (green biocides) có nguồn gốc từ VSV hiệu quả và thân thiện với môi trường đang thu hút được sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới. Trong công nghiệp dầu khí, người ta thường sử dụng các chất hoạt động bề mặt sinh học (CHĐBMSH) từ VSV có khả năng phân hủy dầu để nâng cao hiệu suất thu hồi dầu tam cấp thay cho các chất hoạt động bề mặt hóa học đắt tiền, độc hại với môi trường sống và con người. Một ứng dụng tiềm năng nữa của CHĐBMSH sinh tổng hợp từ VSV phải kể đến là khả năng kháng khuẩn.
Trên thế giới, đã có các công trình công bố về khả năng kháng khuẩn của CHĐBMSH sinh tổng hợp từ vi khuẩn (Bacillus subtilis, B. licheniformis,…), nấm men (Candida albicans, C. bombicola,…), hay xạ khuẩn (Streptomyces lunalinharesii…). Các CHĐBMSH này đã được ứng dụng trong y dược và công nghiệp thực phẩm, có khả năng kháng khuẩn, kháng nấm, đồng thời ức chế ngăn chặn sự kết dính và tạo màng sinh học của các nhóm vi khuẩn gây hại (E.
coli, Staphylococcus aureus…). Xuất phát từ cơ sở khoa học và thực tiễn đề cập ở trên, đề tài luận văn “Nghiên cứu một số chủng VSV có khả năng sinh tổng hợp chất hoạt động bề mặt sinh học kháng vi khuẩn khử sulfate nhằm ứng dụng chống ăn mòn và nâng cao chất lượng dầu” mở ra hướng nghiên cứu trong việc tạo CHĐBMSH kháng vi khuẩn KSF nhằm ứng dụng chống ăn mòn và nâng cao chất lượng dầu. Kết quả thu được từ đề tài luận văn có ý nghĩa khoa học và thực tiễn nhằm ứng dụng trong công nghiệp dầu khí. Mục tiêu nghiên cứu Lựa chọn chủng VSV có khả năng sinh tổng hợp chất hoạt động bề mặt sinh học kháng vi khuẩn khử sulfate nhằm ứng dụng chống ăn mòn và nâng cao chất lượng dầu.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 3 Nội dung nghiên cứu Nội dung 1: Sàng lọc tuyển chọn một số chủng VSV tạo CHĐBMSH kháng vi khuẩn KSF Nội dung 2: Phân loại chủng VSV lựa chọn Nội dung 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố tới khả năng tạo CHĐBMSH kháng vi khuẩn KSF của chủng lựa chọn Nội dung 4: Lên men và thu nhận CHĐBMSH kháng vi khuẩn KSF Nội dung 5: Đánh giá khả năng kháng vi khuẩn KSF của CHĐBMSH kháng vi khuẩn KSF lựa chọn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Vai trò của ngành công nghiệp dầu khí Dầu khí đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế toàn cầu, cũng như đối với từng quốc gia. Ngành dầu khí luôn là ngành mũi nhọn của các quốc gia xuất khẩu dầu mỏ, cung cấp nguồn nguyên liệu quan trọng cho xã hội hiện đại, đặc biệt là để sản xuất điện và nhiên liệu cho các phương tiện giao thông vận tải. Ngành dầu khí còn cung cấp đầu vào cho các ngành công nghiệp khác như: công nghiệp hóa chất, phân bón và nhiều ngành khác - trở thành ngành năng lượng quan trọng, cần thiết đối với đời sống xã hội.
Ngành dầu khí mang lại lợi nhuận lớn cho các quốc gia sản xuất, chế biến và xuất khẩu dầu khí. Trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, ngành dầu khí đóng vai trò quan trọng và đem lại ý nghĩa to lớn cho nền kinh tế nước ta. Ngành công nghiệp dầu khí Việt Nam (PVN) luôn duy trì vai trò là đầu tàu kinh tế của đất nước, trong khi khối doanh nghiệp Nhà nước đóng góp khoảng 42% GDP của cả nước, riêng PVN đã chiếm khoảng 20 - 26% GDP, mức cao nhất so với cả nước trong giai đoạn 2008 – 2015. Vài năm trở lại đây, dù đang phải đối diện với nhiều khó khăn, đặc biệt trong bối cảnh giá dầu xuống thấp, kinh tế thế giới có nhiều biến động, PVN vẫn đóng góp trên 10% ngân sách.
Sự phát triển của ngành dầu khí còn góp phần bảo đảm môi trường tăng trưởng và giải quyết việc làm, an sinh xã hội. Đặc biệt sự phát triển khai thác dầu khí trên biển, đã góp phần quan trọng khẳng định chủ quyền lãnh hải Việt Nam. Các nguồn lực đem lại từ phát triển ngành dầu khí giúp cân đối vĩ mô, thúc đẩy tăng trưởng chung của cả nền kinh tế. Tuy nhiên, sau nhiều năm đưa vào khai thác và sử dụng, hệ thống trang thiết bị phục vụ ngành dầu khí đã và đang xuống cấp nghiêm trọng.
PVN đã phải tiêu tốn không ít tiền bạc cho việc sửa chữa, thay mới. Không những thế ngành công nghiệp dầu khí trên thế giới LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 nói chung và ở Việt Nam nói riêng đang phải đối mặt với việc chua hóa dầu, đặc biệt là tình trạng ăn mòn các hệ thống máy móc thiết bị bằng kim loại sử dụng trong khai thác, vận chuyển và dự trữ dầu mỏ. Nguyên nhân chủ yếu gây ra ăn mòn và chua hóa dầu hiện nay được cho là do vi khuẩn khử sulfate, nhóm vi khuẩn phổ biến trong nước biển nơi có hàm lượng SO42- cao. Vi khuẩn khử sulfate (KSF) Vi khuẩn KSF là nhóm vi khuẩn kị khí bao gồm vi khuẩn thật (Bacteria) và vi khuẩn cổ (Archaea).
Nhóm vi khuẩn này phân bố rộng rãi trong tự nhiên, chủ yếu ở các vùng trầm tích, bùn lắng ở đáy sông, hồ, ao tù, trong đất, trong các vùng có nhiệt độ cao như suối nước nóng và đặc biệt có rất nhiều trong các mỏ dầu. Thỉnh thoảng cũng phát hiện thấy chúng trong các lắng cặn thủy vực hiếu khí do chúng có khả năng hình thành những ổ nhỏ kị khí và phát triển khá tốt trong điều kiện đó. Ngoài ra, người ta còn tìm thấy chúng trong các mạch nước ngầm dưới đất, trong các vỉa than ngậm nước, thậm chí trong đường tiêu hóa của bò, cừu, sâu bọ… [45]. Vi khuẩn KSF đầu tiên được Beijerinck phân lập vào năm 1895 từ các ống nước dẫn nước có tên là Spirillum Desulfurcccicans [53].
Vi khuẩn này hình xoắn, di động, có khả năng sử dụng nguồn sulfate (SO42-) và các chất khác làm chất nhận điện tử. Năm 1926, các nhà khoa học Nga và Mỹ đồng thời phát hiện ra vi khuẩn KSF trong các giếng khoan dầu khí [3]. Vi khuẩn KSF có khả năng tồn tại trong nhiều môi trường khác nhau như trên cạn, dưới nước, trong điều kiện vi hiếu khí, chúng sẵn sàng trở thành dạng hoạt động bất cứ lúc nào khi môi trường xung quanh ở dạng kị khí [45]. * Đặc điểm phân loại của vi khuẩn KSF Vi khuẩn KSF đại diện cho nhóm vi khuẩn kị khí, có khả năng khử sulfate thành sulfide.
Theo khóa phân loại đầu tiên của Postgate năm 1984, vi khuẩn KSF được chia thành hai chi: chi không tạo bào tử là Desulfovibrio và chi có khả năng tạo bào tử là Desulfotomaculum. Theo khóa phân loại mới của LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 6 Bergey năm 1984, Desulfovibrio được xếp vào nhóm vi khuẩn Gram âm còn Desulfotomaculum được xếp vào nhóm vi khuẩn Gram dương [39]. Vi khuẩn KSF có kích thước tế bào tương đối nhỏ, dao động trong khoảng: 0,3 – 1,5µm × 0,8 – 10µm. Hình dạng bên ngoài của chúng rất đa dạng: hình cầu như Desulfococus nultivorans, hình que như Desulfomicrobium baculatum, hình sợi như Desulfonema magnum, hình hạt đậu như Desulfovibrio saprovorans….
Tuy nhiên, hình dạng của tế bào cũng thay đồi thùy thuộc vào điều kiện nhiệt độ. Mặt khác, hình dạng tế bào cũng thay đổi trong một số điều kiện nuôi cấy đặc biệt như: nuôi cấy trong thời gian dài, trong môi trường có chất diệt khuẩn…. Theo phương pháp phân loại truyền thống, vi khuẩn KSF được phân loại dựa vào đặc điểm hình thái, sinh lý sinh hóa như: - Theo hình dạng tế bào, khả năng di động, hàm lượng guanine và cystosine (%GC) trong ADN. - Dựa vào loại enzyme khử sulfate thành sulfide.
- Dựa vào protein chuyển điện tử. - Dựa vào quá trình trao đổi chất chia thành 2 nhóm chính: nhóm oxy hóa không hoàn toàn các hợp chất hữu cơ đến acetate. Thuộc nhóm này chủ yếu là các loài thuộc chi Desulfovibrio spp; nhóm oxy hóa hoàn toàn các hợp chất hữu cơ (bao gồm cả acetate) thành CO2.