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聚丙烯酰胺降解菌的筛选及降解特性研究

发布日期:2015-03-05 17:34:14
聚丙烯酰胺降解菌的筛选及降解特性研究
聚丙烯酰胺降解菌的筛选及降解特性研究,部分水解聚丙稀酸胺(Hydrolyzedpolyacrylamide,HPAM),是一种油田采油广泛 使用的添加剂。在三次采油的过程中,HPAM作为驱油用的聚合物在采油过程中注入油 层,使原油与水溶液之间流度比下降,降低水的粘性指数,从而提高原油采收率。但污 水中含有的HPAM会改变水的理化性质,使原油乳化导致水中含油量增高,粘度増大 且成分复杂难以降解;同时HPAM降解后产生的单体丙烯酰胺也会对人和动物的周围 神经系统产生不可修复的损害。如何降解HPAM是油田在聚丙烯酰胺驱油中非常关注 的问题。
聚丙烯酰胺在自然条件下自发降解缓慢,聚丙烯酰胺降解菌的筛选及降解特性研究,目前认为生物降解是聚合物无害化长效处 理的新途径。近年来有关微生物降解HPAM的机理的研究主要集中在水解酶和胞外物质 等方面,有研究认为微生物具有产生水解HPAM中酰胺基的还原酶类,参与氧化反应, 同时可以使长链HPAM断裂成短链的、可被微生物吸收的小分子有机物,从而用于合成 蛋白质等微生物生长必需物质;其他研究还表明一部分微生物能释放非蛋白类还原性物 质,这些非蛋白类还原物质作用于聚合物,可以引发氧化反应导致聚合物链断裂;目前 关于混合微生物的降解机制研究认为,混合生长的微生物可能是由于构成了某种微生态 系统,各类微生物在系统中相互配合共同作用,而混合菌在微生物生态系统中具体协同 机制有待研究。
本文从由陕西长庆油田泥浆池废液和油田废弃泥浆池周围土壤中分别分离筛选出 两株对HPAM具有良好降解能力的菌株,对其进行了生理生化检测,初步确定编号CJ419 为假单胞菌,FA16为枯草芽孢杆菌;以HPAM作为微生物生长的唯一碳源和氮源配置 HPAM培养基,对两株菌分别降解HPAM的效果,以及同时作用于HPAM的降解效果进 行了研究,重点检测两种菌协同降解时的生长情况和联合降解能力,初步探讨了两种菌 协同降解聚合物的机理;对两株菌共同降解时的pH、温度、接种量、活化次数等参数进 行了优化探讨;利用发酵手段制备了固体菌剂,模拟了扩大化试验,并利用正交手段对 固体菌剂复配比例和扩大化试验中各参数进行了研究的并确定了最优值。
聚丙烯酰胺已成为石油开采后采出水中的主要污染物,对聚丙烯酰胺的降解研究已 成为进年来的研究热点。本论文对聚丙烯酰胺的降解做了初步的探讨,对他人研究和扩 大化处理有一定的指导意义。
石油是一种不可再生的资源,是经济赖以运转的血液,对国家庞大的经济体更是重 要。随着我国人口和国民经济的快速增长,对以石油为原料的能源需求增长迅猛,各国 均将石油作为战略性物资进行研究、规划和开发。1993年我国从原本每年输出3千万吨 的石油出口国,摇身一变成为石油进口国,而目前它是仅次于美国的第二大石油消费国, 也是仅次于美国和日本的第三大石油净进口国。中国石油消费量达3亿1千7百万吨, 净进口石油占1亿3千6百万吨。据中国媒体报道,2004年一项关于中国未来能源供需 的预测,到了 2020年,中国石油消费量缺口将达两亿多吨[1]。通过勘探发现新的油田、 新的油藏以及通过油藏的扩边来补充石油地质储量是石油增产和稳产最直接、最有效的 途径。但由于石油是不可再生资源,随着勘探程度的提高,新增地质储量的难度将越来 越大,潜力越来越小。近年来我国新增地质储量多是丰度低[2]、油层物性差、开发难度 很大的油藏。为了解决石油的供需矛盾,除了加强勘探,寻找新的石油储量外,更重要 的是进一步提高原油采收率。
石油是一种埋藏于地层深部的流体矿藏,具有独特的开采方式。与其他矿物资源相 比,石油的采收率较低。现今的采油技术,在对油田进行一次采油和以水驱开发为主的 二次采油后,只能采出原始地质储量的30W0%,还有60-70%的石油留在油层中。因原 油含水率不断增加,对如何提高石油资源利用率的问题,部分大油田先后进入三次采油
阶段。三次采油,即提高石油采收率(Enhanced Oil RecoveryEOR) 近年来作为
一个术语在概念上已趋于完善和统一并被普遍使用。
当今提高石油采收率技术已较为成熟,并逐渐成为许多开采殆尽的油矿所采用的主 要的采油技术,三次采油因其投资成本低,就地使用,经济效率高等优点,成为各国研 究的热点。但各地区在追求利益的同时,对环境也带来了潜在的威胁。我国各大油井都 进入了采油后期,三次采油带来巨大利益的同时,对采油地区的水土有着不可估量的威 胁。本研究从石油采出水的处理出发,探讨了采油污染的生物处理方法。
1采油方法简介
在石油界,石油开采技术可以分为如下三类:
(1)利用天然能量采油技术——即通常称为的一次采油:它是利用油藏中的天然能量
作为驱油动力的一类原油开采方法。用于石油开采的天然能量包括溶解气、气顶、边水 和底水、原油和岩石的弹性能、重力等。^
(2)补充能量采油技术一即通常所说的二次采油,通过注气或注水,向油层中补充 能量提高油层压力的一类原油开采方法。
(3)提高石油采收率(EOR)技术一即通常的三次采油,向油藏中注入驱油剂或调 剖剂,改善油藏及油藏流体的粘度或改变原油与地层中的其他介质界面张力等物理化学 性质,用这种物理、化学方法来驱替油层中不连续的和难采原油的方法统称为提高石油 采收率技术。
在一次采油阶段,石油可以依靠来源于覆盖于石油层的岩石对其所处的地层和地层 当中的流体所施加的压力通过油井流到地面。当油层通过油井与地面连通后,在压差的 作用下,上覆地层将石油从油层挤到油井中并举升到地面,石油经由地表和地底的压力 差很容易的采出。随着原油及天然气不断产出,油层岩石及地层中流体的体积逐渐扩展, 弹性能量也逐渐释放。
在二次采油阶段,人们通过向油层中注气或注水提高油层压力,为地层中的岩石和 流体补充弹性能量,重新建立压力差,从而能够采出仅靠天然能量不能采出的石油。但 是,由于地层的非均质性,注入流体总是沿着阻力最小的途径流向油井,处于阻力相对 较大的区域中的石油不能被驱替出来。即便是被注入流体驱替过的区域,也还有一定数 量的石油由于岩石对石油的吸附作用而无法采出,另外,有的原油在地下就像沥青一样 根本无法在油层这种多孔介质中流动,因此,二次采油方法提高原油采收率的能力是有 限的。
在三次采油阶段,人们通过采用各种物理、化学方法改变原油的粘度和对岩石的吸 附性,以增加原油的流动能力,改变原油的理化性质,使原油随着添加物质共同采出, 从而进一步提高原油采收率。其主要原理是通过注入化学物质、添加剂、蒸气、气(混) 相或微生物等,从而改变驱替相•油水界面性质或原油本身的物理化学性质。
目前世界上己形成领先的三次采油技术。其中四大技术系列是当今采用工程中重点 采用的技术,分别为气驱、微生物采油、热力驱和化学法[4]。以下对三次采油的四大技 术分别作以介绍。
凡是以气体作为主要驱油介质的采油方法统称为气驱(Gas flooding),根据注入气 体与地层原有的相态特性,气驱可分为气体混相驱与气体非混相驱两大类。作为驱油剂 的气体通常有C02、N2、轻烃、烟道气等。
微生物采油(Microbial Enhanced Oil RecoveryMEOR)是利用微生物及其代谢
产物作用于油藏及油藏中的原油、改善原油的流动特性和特性[5]提高驱油剂的波及体积 和微观驱油效率的一类采油方法。
热力采油法(Thermal recovery) [6]主要是利用降低原油粘度来提高采收率。向油藏 内注入热流体或使油层中的原油就地燃烧,形成移动热流降低原油粘度,增加原油流动 能力的采油方法。根据油藏中热量产生的方式,热力采油可分为热流体法、化学热法和 物理热法三大类。
化学驱油法是目前常用的采油方法m。凡是以特定的化学剂或其复合体系作为驱油 剂,以改善地层流体的流动特性、改善驱油剂-原油-油藏空隙之间的界面特性,增加地 层水的粘度,改变原油和地层水的粘度比为基本原理的采油方法统称为化学驱油 (Chemical flooding)。常见的化学驱油法有聚合物驱、表面活性剂驱、碱水驱、化学复 合驱(如面活性剂-聚合物二元复合驱、碱-表面活性剂-聚合物三元复合驱)等。以酰胺 为主体的注聚合物三次采油试验,明显地提高了原油采收率,取得了十分可观的经济效 益。
2聚丙烯酰胺在油田提高采收率的应用及危害
聚合物驱中所使用的聚合物最典型的代表是丙烯酰胺类聚合物,其已被广泛应用于 石油开采及三次采油中,成为提高原油采收率的重要手段[8]。现今我国的主力油田的开 发已处于开发后期,即高含水期,单纯补充能量的二次采油工艺已不能满足开采需要。 现今,多数油田主要采用聚合物驱油等技术提高原油采收率,在改善水驱油效果的同时, 也取得明显的增油降水效果和一定的经济效益,采油后期加入聚丙烯酰胺等大分子物质 已经成为油田弥补产量递减的重要技术手段[9]。
聚丙烯酰胺驱油研究已经是当今采油的热点,聚丙烯酰胺降解菌的筛选及降解特性研究,各国的三次聚合物采油技术已趋于成 熟。而聚丙烯酰胺对环境的污染问题也日益得到重视。聚合物分子量大,结构比较紧密, 一般的物理、化学作用的方式难于降解,同时聚丙烯酰胺注入地下油层,对当地水体带 来潜在的威胁;聚丙烯酰胺的单体对人体也有一定的毒害作用,也可能是潜在的致癌物, 所以对聚合物降解的研究迫在眉睫。
2. 1聚合物驱油
本世纪初,石油工业界已意识到通常的采油方法采收率不高,1964年Pye和
Sandif〇rd[1(M1]建议加入少量水溶性聚合物来降低水的流度。此后,在聚合物驱油方面进 行了大量的研究工作,同时也进行了许多关于聚合物驱油的计算机数值模拟的研究。美 国于1964年开始了聚合物驱油的现场试验和工业规模的使用试验,截止1981年底已完 成或正在进行的聚合物驱油试验项目共计218个。同时苏联、罗马尼亚等国也都进行了 聚合物驱油工业性试验,在地质条件和油矿性质不同的多个地区展开试验,效果显著, —般可提高6%~8%的原油采收率[12]。
20世纪90年代初,国内的三次采油技术也开始迅猛发展,自1992年胜利油田第一 个聚合物驱先导试验在孤岛油田开展以来,很多的大型油田,包括大庆、大港、河南、 辽河等油田也都进行了关于聚合物开采石油的先导性试验。其中,我国的大型油田大庆 油田、胜利油田等已形成注入聚合物采油的大规模生产阶段,原油年生产可以达到1200 万吨以上。陕北地区的长庆油田、延长油田等因为其石油自身的性质,同样采用了聚丙 烯酰胺采油技术,采油效率和产量相比单纯的二次采油明显提高。目前,聚丙烯酰胺采 油技术已经成为我国大型油田三次采油生产中主要应用的技术[13]。
聚丙烯酰胺水溶液作驱油剂又叫稠化水驱或增粘水驱[14]。其驱替机理主要是先将聚 丙烯酰胺和新鲜的水混合注入采油井下,水-聚丙烯酰胺的混合物进入井下油层,减少 水与油的流度比,减少二次采油中水的指进作用,提高驱油剂的波及指数,从而提高油 层中因二次采油采出率低而剩余原油的采收率。
聚丙烯酷胺在水中易水解,在水中成为部分水解聚丙烯酸胺。部分水解聚丙烯胺能 选择性堵水,二次驱油时的气、水进入出水层的难度较大,而聚丙烯酰胺的水溶液可以 直接进入出水层,其中的的-CONH2和-COOH等基团可通过氢键吸附在砂岩表面,在砂 岩表面形成一层HPAM膜,HPAM的大分子部分则留在外侧;进入油层的部分水解聚 丙烯酰胺,对油层吸附作用很小[15],并不堵塞油层,但大分子的HPAM可以引起出水 层的堵塞。在油水走通过同一孔道的情况下,也能只堵水而对油没有堵塞作用,因为部 分水解聚丙烯酰胺上的亲水基团-COOH水解成为-COO_和H",-COCT使大分子链带负电 从而产生静电斥力,和水中的阳离子结合,形成稳定的结构,对水产生较大的流动阻力, 起到堵水作用。而当油通过部分水解聚丙烯酰胺时,因为同性相斥的原理,它对油没有 亲和力,分子不能在油中伸展,因而对油的流动阻力很小。在堵水时,部分水解聚丙烯 酰胺通常配制成200-2000mg/L的潜液注入油井中使用。
聚丙烯酰胺溶液属高分子溶液,由于在采油工程作业时高分子溶液流速增加,拆散 了大分子的空间网络结构而导致粘度降低,所以聚丙烯酰胺溶液的流型不属于牛顿流体 而是假塑性流体,在向油层注含聚丙烯酰胺的增粘水时,在井筒中流速很大,所以造成 了很大的剪切力,此时聚合物网络结构拆散,结构粘度消失,减少了管内流动阻力,使 水油混合物快速上升[16];达到地层后水油混合物流速减小,此时网络结构恢复,大分子 又恢复常温常压下的高粘度,这样注入剂与地层油的流度比接近1,此时采油过程又变 为活塞式驱替,使注入的聚丙烯酰胺的波及系数增大,可以提高采收率。这种性质对注 增粘水驱动地层油是非常有益的。
2. 2聚合物驱油对环境的危害
聚丙烯酰胺为油田生产提高了采收率,但同时我们应该看到,采油过程后采出水对 环境带来了巨大的潜在危害[17]。注入地层的聚丙烯酰胺-原油-水混合液,首先经过采油 工程的污水处理设施,在污水处理设施中先对水、油混合物进行初步分离和简单的沉降 处理。但是因为采油中添加了聚合物,大幅提高了油水混合液的粘度和乳化性质,油水 混合物在处理设施中难于降解,油水不分离,沉降难度增大,从而造成采出水的含油量 严重超标。在提高原油采收率的采油作业中,由于油田配制聚丙烯酰胺需要新鲜的水, 采油过程中由于低渗透地层的压力作用,一部分聚丙烯酰胺采出水外排入地层。渗透入 地层的部分水解聚丙烯酰胺通过一定的地层结构,从地下的采油层慢慢渗透到地下水 层。可以看到在采油过程中聚丙烯酰胺同时污染了地上和地下的水体,水油混合物中的 聚丙烯酰胺含量很高,长期滞留在水体中,会对采油位置的当地水环境造成巨大的危害
[18]。虽然聚丙烯酰胺本身是安全无毒的,但是其分解产生的单体丙烯酰胺(AM)是一 种有毒化学物质,在动物试验中有致突变性和致癌性可能。对于环境中的丙烯酰胺浓度 各国都有相应的法律法规:英国规定饮料中AM含量<0.25\10"^七-1[19];美国职业安全 与卫生法(OSHA)规定职业接触标准是空气中丙烯酰胺的阈值-时间加权平均 (TLA-TWA)为0.3mg/mp()];日本规定向河水中排放丙烯酰胺含量<l〇Xl〇VL;但我 国目前对聚丙烯酰胺的排放和可能带来的影响并没有相关的数据,对其危害还没有引起 足够的重视。
丙烯酰胺对人皮肤细胞有毒性,可引起皮肤角化过度、脱屑、湿疹、牛皮癣等[21], 可能是造成皮肤乳头状瘤发生率较高的原因;过分曝露于高浓度丙烯酰胺蒸汽中可能导 致眼睛和呼吸道感染,引起头昏、头痛、嗜睡、肺部损伤,重者可对其他中枢神经系统 造成影响甚至死亡[22];同时AM对HaCaT细胞DNA确有一定的损伤效应[23],提示其 对人皮肤细胞具有基因毒性。研究还发现,丙烯酰胺对人皮肤细胞中细胞色素P450酶 系的代谢具有损伤效应[2\同时丙烯酰胺可能是一种致癌物质,其长期的潜在威胁也是 不容小视的。
3聚合物驱油产出污水的处理研究进展
目前,聚丙烯酰胺的应用范围和规模正逐步扩大,在自然环境中逐步累积、迁移和 转化,带来的毒性也将逐渐的显露出来。聚丙烯酰胺残留将给生态环境带来不可估量的 长期危害。因此,含聚污水的处理成为现今采油作业后期亟待解决的问题。
国内外油田含油污水处理技术的发展是曲折的[2W6]。从采油初期到现代经历了排 放、自然蒸发、回灌、生化处理、综合利用的发展历程,并在生产实践中开发出了多种 多样污水处理技术。
现今对于含聚污水处理技术主要采用的是沉降-过滤组合工艺等物理、化学相结合 的方法。在沉降罐中经自然沉降处理后,添加破乳剂、浮选剤和絮凝剂絮凝沉降[27],对 于阳离子聚丙烯酰胺等物质,物理化学结合处理方法具有良好的效果,但处理过后的絮 凝废弃物仍无法有效处理,从而导致污染环境的二次污染[28]。
光化学氧化和光催化氧化降解也是近年来科学家研究的热点。光化学氧化法和光催 化氧化法可以在常温、常压下进行,同时可有效去除有机污染物;同时处理过后无二次 污染,光化学氧化和光催化氧化因为其优点突出而被用于难降解有机物处理上。但这种 处理方法尚在研究阶段,条件较为苛刻,对大规模生产起的指导作用很小,同时需投入 专业的仪器设备和人力资源,处理成相对较高[29]。
生物降解近年来也是研究的热点。研究发现生物降解可以在井下的极端环境发生, 降解聚合物的微生物种类也多种多样。微生物混合降解时可以发挥更大的降解效能,微 生物可以通过相互的协调作用等方式达到快速降解聚合物的目的。
4生物降解聚丙烯酰胺的研究进展
生物降解聚丙烯酰胺是目前研究的热点问题[3()]。用生物法降解含油污水中的聚丙烯 酰胺,主要是在微生物生长阶段,以聚丙烯酰胺为营养物质,利用微生物自身的酶系和 分泌物等对大分子聚合物进行解链分解成小分子物质的过程,有效降解聚合物的方法
[31]。生物降解分为厌氧阶段和耗氧阶段,厌氧阶段主要由厌氧微生物进行,可以利用聚 合物进行生长繁殖从而导致聚合物降解成小分子物质,耗氧阶段和厌氧阶段的方式相 似,只是由耗氧微生物进行降解作用。两种降解阶段经常相互配合,共同完成对聚合物
的降解作用。
国内外关于微生物降解HPAM的文献报道有很多。聚丙烯酰胺降解菌的筛选及降解特性研究,日本的Kunichika N等人95年[32] 在30°C下,以HPAM作为唯一的碳源和氮源,配置HPAM培养基,从活性污泥和土壤 中分离出两株降解菌株;经过27h培养,PAM平均分子量从2X106降至0.5X106。实 验表明,微生物并不能完全降解HPAM,只能利用很少一部分的HPAM,在浓度很低的 HPAM存在的情况下也不能完全被微生物降解。研究在土壤中分离的微生物,以HPAM 土壤作为微生物的培养基,降解结果发现微生物只能利用HPAM作为氮源而生长[33]。 但HPAM不能作为微生物生长的碳源,原因尚不清楚,可能是HPAM在土壤中经过自 我转化为长链的聚丙烯酸酯,再被微生物作为氮源利用。
黄峰等人[34]的实验表明,经过连续活化传代5次,其筛选出的腐生菌(TGB)在 1000mg/L的PAM液体培养基中30°C摇瓶培养7 d,检测溶液降解率可达11.2%。继续 培养至30d,其黏度损失率仍不超过12%。可以看出腐生菌对聚丙烯酰胺的降解速率较 低,降解效果仍有待研究。而从中原油田污水中,研究者分离筛选出一株硫酸盐还原菌 (SRB)[35],对其降解HPAM的效能进行研究发现,接种的菌量为3.6X104个/mL,30°C 恒温摇床培养7d后,HPAM的黏度损失率可以达到19.6%,但连续降解30d,降解效率 亦没有明显的提高。
韩昌福等[361以黄孢原毛平革菌为研究对象,采用葡萄糖、酒石酸铵、苯甲醇、MgS04、 KH2P04、VB、微量元素液为培养基,35°C条件下培养21d,筛选出了一株黄孢原毛平 革菌,研究发现该菌对HPAM具有一定的酶催化降解能力。张英筠等[17]分离筛选出的 优势菌可对HPAM溶液有良好的降解效果,培养的优势菌种在降解HPAM的同时,也 可将脱落的丙烯酰胺单体降解成为二氧化碳、水、氨气等无害物质,使降解过程不会对 环境造成二次污染。
随着聚合物驱在油田的大范围使用以及含聚污水的逐年增加,研究者对于含聚丙烯 酰胺采油污水的处理研究逐渐增多。但总体来看,大多实验研究处于实验室阶段,聚丙 烯酰胺的生物降解研究尚处于起步中。
4.1降解聚丙烯酰胺的典型种群
近年来有许多关于降解石油中的聚丙烯酰胺的报道。最近的研究表明降解聚丙烯酰 胺的微生物种类还是很丰富的,表1-1是近年来研究者筛选出的能降解聚丙烯酰胺的微 生物种群,其中包括了细菌、放线菌、古细菌和真菌等几乎所有大类的种群。
表1-1聚丙烯酸胺降解菌的典型种群
Tablel-1 Typical HPAM degrading bacteria population
菌种形态菌种来源
乳白、圆、形状规则、干燥
1.0~1.7X2-5杆状、不成链油田产出液
G+无端生
乳白、透明、圆、黏1.0-1.5油田污水
X 1.5〜3.0球杆状G-有无南阳采油一厂注聚联合站的
含聚合物废水和该站配制聚
丙烯酸胺溶液所清除的罐底
污泥
A9菌株为短杆菌,(0.4-1.0)w
mXl.Ou mX l.〇p m,Q有荚中原油田现场取样
膜,能运动,兼性厌氧油田现场取样
降解菌种群
芽孢杆菌[37]
假单胞菌t38l 节细菌[39]
硫酸盐还原菌[4<>]
腐生菌[41]
4. 2复合菌的优势
研究微生物对聚合物的降解过程的时候,一般在实验室中都采取单一菌株降解的 实验,单菌株降解研究的条件易于控制,结果清晰,重复性好,所以研究中首先会对单 菌株降解聚合物的过程进行监控。但单菌株的降解效果一直不理想。而随着生产过程中 各种增稠剂、冷却剂等化学添加剂的广泛应用,大量有毒有害难降解的物质进入了研究 微生物生长的环境当中,菌株生长环境复杂的同时,也对菌株生长繁殖产生了极大危害。 单一的微生物一般难以降解利用这些化学添加剂,这些物质还对微生物的生长繁殖有较 强的毒害作用。主要原因是单一的微生物生长环境单纯,对有毒有害物质的抵抗降解能 力较弱,聚丙烯酰胺降解菌的筛选及降解特性研究,同时降解中一种微生物酶系也较为单一,对聚合物的降解作用有限。因此在降 解HPAM的研究中我们需要利用微生物种群间的协同作用来增强降解效果和抵消环境 对微生物的毒害作用[42]。
董春娟等[43]研究认为微生物群落可以对难降解物质进行分别降解,即首先由一种或 几种微生物降解难降解的大分子物质为小分子的物质,再由其他微生物共同作用,通过
共降解、协同效应等途径实现对大分子物质的生物降解。多菌种可以通过种群间的协调 作用,利用各自拥有的酶系统全部或部分对有机物进行联合降解;同时微生物群落中不 同基因有时会发生基因交换或重组,从而形成全新的降解酶系和新的降解途径。对于难 降解物质,菌种的降解途径也是多样的,有些微生物群落需要在完全厌氧环境下进行降 解作用;有些群落需经过厌氧降解,将大分子有机物降解为小分子物质,再由好氧微生 物以降解得到的小分子物质为底物,最终降解小分子物质为环境中的无害物质;而很多 情况下微生物种群需要一系列好氧、厌氧过程的相互转化配合才能最终达到降解目的。 文章最后建议有必要对各种微生物生态系统、微生物群落及其降解微环境进行深入研 究。
佘跃惠等[44]利用7株HPAM降解菌混合降解,研究群落对实验配置的HPAM和对 含HPAM废水的处理情况,同时文章对生物群落的降解机理进行了初步探索。研究主 要考察了混合菌在加入其他更容易被利用的碳源(酵母膏)的HPAM培养基中的生长 情况,研究了微生物以HPAM为唯一氮源(加入液蜡为碳源)的生长情况,同时研究 了微生物群落以HPAM为唯一碳氮源时的生长情况。研究发现当存在比HPAM更容易 利用的碳源氮源时(酵母膏和液蜡),微生物的降解效能较高,说明微生物可能更容易 利用其他小分子物质作为营养物质生长繁殖;但以HPAM为唯一碳氮源时也可以引起 PAM的降解,说明生物群落可以单独利用HPAM进行生长繁殖从而达到降解效果。研 究还发现微生物间存在一定的群落效应,在拥有合适底物的时候,群落中的某些微生物 会产生特殊的代谢产物或酶类,这些物质会与HPAM接触而相互作用,从而导致HPAM 的水解,而水解的小分子产物又被群落中的微生物所利用进行生长繁殖,从而进一步对 小分子物质降解,最终导致HPAM的分解。但是文中并没有关于此种机理的研究报道。
聚丙烯酰胺驱油的采出液中,不仅含有聚丙烯酰胺,还含有少量原油、增稠剂、乳 化剂等多种物质。如何筛选出可以适应石油采出废水这样的复杂环境,同时具有对聚丙 烯酰胺高效降解作用的菌株,减少环境污染带来的压力,是现在研究者共同关注的问题。 目前筛选出的菌种大部分可以在实验室条件下降解聚丙烯酰胺[4547],但鲜见关于大规模 采油作业后进行聚丙烯酰胺污水降解处理的报导,所以急需解决的问题之一便是筛选出 可以在大规模采油作业中进行聚丙烯酰胺污水降解处理的菌种菌群。
5本论文的研究内容
已知可降解各类HPAM的微生物共计100余属,200多种,包括细菌、放线菌、霉 菌以及酵母菌等。自然环境中存在着多种石油降解微生物,特别是在石油污染区域的水 体与土壤中,微生物经过自然环境下的筛选驯化,逐步形成拥有适应污染环境并有降解 污染潜力的微生物种群。
研究发现,污染土壤、水体中的微生物,对污染物的抗性及降解速率都有显著提高, 因此本实验针对采油废水中HPAM的生物降解,进行以下几个方面的研究:
(1)从采油现场的水体和土壤中富集对HPAM有降解潜力的菌株,经实验室培养分离 纯化得到具有降解HPAM能力的菌株,并对菌株进行生理生化检测;
(2)分别对单一菌株和混合菌株的降解能力进行研究,聚丙烯酰胺降解菌的筛选及降解特性研究,并分析降解效果及其原因;研 究菌株细胞内外环境中HPAM的降解作用,对聚丙烯酰胺降解机理进行初步探索;
(3)研究降解条件,在PH,温度,接种量,活化次数等参数方面进行实验从而优化实 验条件;
(4)固体菌剂的制备及模拟现场降解实验,探讨生产中的实际降解效率。
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