产甲烷菌群筛选及其降解石油烃产甲烷研究

摘要

对老油田开发过程中，提高石油采收率已成为当前老油田开发的中心任务。经过开采以后，大量的残余油滞留地下。而如何利用残存在油藏中的石油成为一项重要课题。本文通过微生物降解石油产甲烷，从而对残余石油进行利用，将成为一条有效途径。 本文选取多口油井采出液和油田含油污泥，分析其中的厌氧降解石油烃产甲烷菌群。通过对某油田区块的六口油井采出液取样，同时取油田的深层含油污泥，其中油田采出液按照厌氧条件培养（记为：YH），而含油污泥也按照厌氧条件培养（记为：TH），后面的数字代表取样编号。经过初筛，在选取的油井采出液中，编号为 YH5的菌群，其甲烷产量最高。而在选取的含油污泥样品中，编号为 TH2的菌群，其甲烷产量最高。而后将YH5和TH2两种菌群混合配比，最终得到混合后的产甲烷菌群HYH5。在相同条件的培养基中，HYH5菌群与YH5菌群、TH2菌群相比，在30℃，添加6g油，培养260天后，其甲烷产量最高达到283.8μmol，高于YH5和TH2的甲烷产量，YH5和TH2菌群的甲烷产量分别为173.2μmol、269.4μmol。 在HYH5菌群降解石油产甲烷前后，对石油样品的红外光谱分析表明：降解以后出现了3380 cm-1的振动峰，说明厌氧降解石油产甲烷过程中，有羟基类化合物产生。并且通过气相色谱-质谱和高温模拟蒸馏仪分析降解后的石油样品表明：石油中的部分饱和烃被微生物降解，而通过离子色谱仪分析HYH5菌群的降解产物，发现有长链酸存在，如十六酸、十八酸、二十酸、二十二酸。而在研究温度和压力对HYH5菌群产甲烷的影响时表明：在其它培养条件都相同的情况下，低温30℃时，其甲烷产量最高为280.6μmol，而在高温60℃时，其甲烷产量只有163.2μmol。而压力对HYH5菌群降解石油产甲烷也有显著影响，在常压下，HYH5的甲烷产量为 279.4μmol，在高压 15MPa 下，仅为145.7μmol。 本文对厌氧混合菌 HYH5 中的单菌多次分离、纯化，共获得三株降解石油烃的单菌，分别命名为 HYH5-1、HYH5-2和HYH5-3。通过提取菌株 HYH5-1、 HYH5-2和HYH5-3的DNA，对其16S rDNA V3区进行扩增，比对得到16SrRNA的部分序列，鉴定出HYH5菌群中的单菌HYH5-1与Thermodesulfobiaceae bacterium enrichment culture clone 相似性最高，而HYH5-2与另一株厌氧降解石油产甲烷菌相似，相似度达到97%，对HYH5-3的序列进行比对，表明其与Uncultured Methanomethylovorans sp. clone最相似，为高温油藏中的产甲烷古菌，八叠球菌属。 本文研究还表明：相对于其它表面活性剂，生物表面活性剂提高HYH5菌群降解石油产甲烷的效果明显。同时碳酸氢盐也可以促进HYH5菌群产甲烷。钼离子和锌离子的共同作用也可以提高其甲烷产量，但是相对于锌离子，钼离子的促进作用更明显。并且硝酸盐和硫酸盐的共同作用，也提高了 HYH5 菌群的甲烷产量。而利用高效液相色谱-质谱鉴定出一种脂肽类物质，并且这种物质也可以促进HYH5菌群更高效的产甲烷。 本文利用 13C标记甲苯的方法来研究HYH5菌群中降解甲苯的菌群，得知：甲苯降解后的主要产物为苯甲酸、延胡索酸、苯甲酰琥珀酸等，可知其降解甲苯是延胡索酸加成反应。而且其降解正十六烷的产物主要是十烷二羧酸、十四烷二羧酸、十五烷酸、十六烷酸，可知其降解十六烷主要进行了羧基化反应。

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