基于油田三元复合驱采废水污染物成分区别去除的生物强化方法研究

In recent years, "alkali - surfactant - polyacrylamide" combination process as an important technology to enhance oil recovery has a widely use in the oil fields all over the country. After treatment, polymer in effluent and excess sludge with crude oil cause serious pollution to the environment. This study is based on the stable operation of biological treatment system to treat PAM and crude oil in flooding wastewater. Using microbial pure culture method to obtain oil and PAM degradation bacteria. Through 16s rDNA high-throughput sequencing method, microbial commuinty and abundance in wastewater treatment system will further researched, which is can be used in the guidance of microbial species using in bioaugmentation. Judged from clear degrading bacteria on pollutant treatment effectiveness, we can scientifically choose the mix proportion of polymer and oil degradation bacteria, targeted to strengthen the asp flooding in different components of pollution in the waste water to remove in accordance with the different mining wastewater composition of asp flooding. In this study, based on high-throughput sequencing, it involves the exogenous bacteria abundance and the relationship between the physical and chemical operation parameters, which are from molecular biology feedback regulation of asp flooding mining wastewater microbial directional reinforcement method. It will lay the groundwork of developing microorganism bacterium agent and processing method of biological enhancement of flooding wastewater.

近年来，我国已经进入了以“碱-表面活性剂-聚丙烯酰胺”的三元复合驱油阶段。现有生物处理工艺后，产生大量含有聚合物的废水及含油污泥，对环境造成严重污染。本研究在稳定运行三元复合驱采废水生物处理系统的基础上，利用微生物纯培养手段，获得针对于驱采废水主要污染成分—原油和聚丙烯酰胺的降解菌的纯培养。通过基于16S rDNA的高通量测序手段，深入探究驱采废水处理系统内微生物种类、丰度及功能菌群相互作用机制，指导可用于生物强化的微生物种类。在明确降解菌对污染物处理效能的基础上，按照不同三元复合驱采废水成分，科学地选择功能微生物菌群，按照聚合物和原油降解菌的复配比例，有针对性的强化三元复合驱采废水中不同污染成分的去除。并利用高通量测序，研究强化后外源菌丰度与物理化学运行参数之间的关系，建立基于分子生物学反馈调节的三元复合驱采废水的微生物定向强化方法，为开发可用于驱采废水生物强化的菌剂及处理方法奠定基础。

随着聚丙烯酰胺（PAM）在油田中广泛应用，部分PAM随油田采出水外排到天然水体中，由于其本身粘稠且不易自然降解的特性，给周边环境带来严重威胁。本研究利用生物法强化PAM的降解，针对其生物降解的两个主要过程：酰胺基水解和长碳链断裂，分别筛选并纯化针对PAM酰胺基的降解菌S-1、S-2和针对长碳链的降解菌G-1、G-2。经16S rDNA鉴定，4株菌分别属于人苍白杆菌（Ochrobactrum anthropi），威尼斯不动杆菌（Acinetobacter venetianus），假苍白杆菌（Pseudochrobatrum sp.）和蜡状芽孢杆菌（Bacillus cereus）。为提高降解菌的适应能力以及对PAM的降解能力，对两类降解菌进行复配培养。结果表明：复配菌剂S-2&G-2对PAM的降解效果最为显著，PAM降解率能达到69%，含聚废水的粘度由1.61 mPa·s降至1.24 mPa·s，具有一定的协同作用。复配菌剂对100 mg/L PAM溶液的TOC去除率可达60%。红外图谱结果显示，复配菌剂能够断裂PAM长碳链以及酰胺基，推测这些化学基团可作为细菌生长发育的碳源和氮源。利用Acinetobacter和Bacillus cereus比例为2：1的时候，PAM去除效果较高，而比例为1：2时，对COD的去除较好。相比而言，Acinetobacter更能够适应反应器的环境，而Bacillus cereus在竞争中几乎消失。这可能与二者分离的来源有关。从反应器原始土著菌获得的Acinetobacter菌种更适合于强化反应器。针对于细菌为主的处理工艺中TN和TOC去除效果较低的问题，利用旋转式藻生物膜系统处理模拟含聚废水，采用续批式运行，以PAM、黏度、COD、TN、TC、IC、TOC为指标，对比了添加共代谢N源对PAM去除效果的影响。结果显示，水体中PAM的存在没有抑制藻类的生长；旋转式藻生物膜系统对含聚废水中的污染物有明显去除效果，PAM的去除率最高可达64.1±2.0%；外加共代谢N源可以促进系统对TOC的去除，较未添加时提高约20%。经红外光谱分析，处理前后PAM的结构发生明显变化，处理后C-N的吸收峰消失，而O-H弯曲振动和C-O伸缩振动明显增强。综上所述，旋转式藻生物膜系统可以实现含聚废水的处理，可以对其中高分子聚合物进行有效的降解和吸收，具有较好的应用