聚丙烯酰胺厌氧降解体系中微生物群落结构与功能

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部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)因具有良好的絮凝性和增粘性,已广泛应用于石油工业领域。随着聚合物驱三次采油技术的推广,HPAM的大量使用产生了很多含聚污水,对生态环境造成了潜在的危害。HPAM厌氧生物降解被认为是一种解决油田HPAM污染问题的廉价、环保和安全的方法。  以油田产出水为菌源,以HPAM为底物,构建了厌氧降解体系,采用化学及分子生物学方法分析了降解菌群及产物,初步讨论了降解机理。结果表明,经过328天的厌氧培养,HPAM分别作为唯一碳源和唯一氮源的两组体系中都发生了不同程度的降解。作为唯一氮源时,侧链酰胺基被降解成为铵根离子,导致培养液中铵根离子浓度大幅增加,16S rRNA基因克隆文库分析表明,降解优势细菌为Planctomycetes;作为唯一碳源时,HPAM分子量大幅度降低,小分子酸含量大量增加,说明HPAM主链被微生物“攻击”而发生断裂,在此降解过程中优势菌为Proteobacteria。  研究了阳离子及硫离子对HPAM溶液粘度的影响。结果表明,阳离子对HPAM溶液粘度影响强度大小排列顺序为:Fe2+> Ca2+> Mg2+> K+> Na+; pH越低、温度越高、含氧量充足下S2-对其溶液粘度影响就越显著,而在无氧条件下S2-则对溶液粘度基本无影响。DLS、SEM、FT-IR及1H NMR分析表明,S2-主要破坏了HPAM在溶液中形成的网状结构,从而降低溶液粘度,这种作用并没有改变HPAM官能团结构,也没有导致主链断裂。  针对HPAM,研究了油田环境微生物在厌氧条件下对其降解情况,分析了降解菌群结构,明确了主要降解菌,系统研究了主要代谢产物对HPAM溶液粘度的影响,初步分析了HPAM分别为碳源和氮源条件下的降解过程和机理,获得了系统的基础数据,为高效降解HPAM厌氧微生物分离、厌氧降解机理研究奠定了基础,为聚合物溶液粘度损失问题的科学治理提供了技术依据。
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