聚丙烯酰胺降解菌的筛选及降解含聚丙烯酰胺污水的室内研究

论文摘要

近年来,我国东部的大多数油田基本上已经进入高含水开发后期,传统的水驱已不能满足采油的需要,聚合物驱油技术在老油田中得到广泛的推广。部分水解聚丙烯酰胺在为油田提高采收率的同时,对当地环境也产生了相当大的危害。首先,含聚污水处理遇到很大问题,油水分离难度加大,采出水含油量严重超标;含聚污水处理成本、难度加大,且部分含有较高浓度的聚丙烯酰胺采出水外排。其次,由于地层结构原因,聚丙烯酰胺在进入地下油层的同时很难避免渗透到地下水层。残留在环境中的聚丙烯酰胺会发生缓慢降解,释放出有毒的丙烯酰胺单体。聚丙烯酰胺在地面水体和地下水中的长期滞留,必将对当地水环境造成潜在的危害。目前,聚丙烯酰胺的应用范围和规模正呈现快速增长趋势,同时其在环境中的累积、迁移、转化带来的毒性亦将逐渐显露出来,并将给生态环境带来不可估量的危害。因此,含聚污水的处理成为亟待解决的问题。由于微生物特殊的环境适应性、高繁殖速率和变异性,利用高效降解聚丙烯酰胺的菌株处理含聚污水将成为解决由聚丙烯酰胺引起的环境问题的有效手段。本论文以聚丙烯酰胺为研究对象,对生化法处理含聚聚丙烯酰胺污水进行了探讨。在对聚丙烯酰胺的影响因素考察的基础上优化了生物降解体系中聚丙烯酰胺的评价方法,筛选出对聚丙烯酰胺有一定降解能力的菌种,并对降解条件进行了优化优化,初步探讨了聚丙烯酰胺好氧降解机理,并将降解菌应用于生化处理模拟实验。得出了以下结果:1. pH值、光照和矿化度对聚丙烯酰胺的粘度影响较大,而对于聚丙烯酰胺的浓度影响较小。低温和弱的机械剪切对聚丙烯酰胺的粘度和浓度影响都不大,而高温和强的机械剪切对聚丙烯酰胺的粘度和浓度影响都比较大。对聚丙烯酰胺的评价方法进行了优化,以浓度评价聚丙烯酰胺降解为主,粘度和分子量评价为辅;在浓度评价方法中采用淀粉-碘化镉法,并对其测定条件中的缓冲溶液的pH值进行了优化,测定的缓冲溶液的最佳pH值为3.5。2.初步筛选到三株好氧的聚丙烯酰胺降解菌种,分别命名为PM-2、PM-3、PM-4。通过生理生化性质和16S rDNA鉴定,PM-2为蜡样芽胞杆菌,PM-3为枯草芽孢杆菌,PM-4为苍白杆菌。将三株菌进行混合正交培养后,优化出PM-2与PM-3的混合菌降解效果最好,300 mg·L-1聚丙烯酰胺溶液的降解率最高可达到42 %。优化了混合菌降解条件,最佳降解时间为3天,连续活化次数为4次,接种体积分数为3 %,温度为35 - 45℃,初始pH值为6.0-7.5,摇床转速为140 r·min-1,矿化度为2500 -10000 mg·L-1。3.探讨了细菌对聚丙烯酰胺的利用情况,结果表明聚丙烯酰胺既可以作为氮源利用也可以作为碳源利用,通过扫描电镜、红外分析、差热分析、紫外分析以及液相分析等手段对生物降解前后的样品的表征的基础上对微生物好氧降解聚丙烯酰胺的机理进行了初探。在其分泌的胞外酰胺酶的作用下聚丙烯酰胺先被作为氮源利用,在其生长和代谢过程中,聚丙烯酰胺被断裂为小分子有机物,又可以作为碳源被细菌利用。4.在对含聚污水水质分析和可生化性分析的基础上对污水进行可生化性调整。运用生物接触氧化法对污水进行了生化处理模拟实验。模拟实验分为静态模拟和动态模拟两部分进行。静态模拟实验中,降解7天后,聚丙烯酰胺降解率达到80 %,原油总的去除率为95 %, CODCr的总的去除率达到86 %。动态模拟试验中,生化处理3天以后,出水的各项指标趋于稳定,聚丙烯酰胺的降解率达到67 %,原油总的去除率为93 %,出水的CODCr总的去除率达到80 %。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 1 研究背景
• 1.1 聚丙烯酰胺的简介
• 1.1.1 聚丙烯酰胺的发展历史
• 1.1.2 聚丙烯酰胺的结构式
• 1.1.3 聚丙烯酰胺的应用
• 1.2 聚丙烯酰胺在油田提高采收率的应用
• 1.2.1 聚合物驱油
• 1.2.2 聚合物驱油存在的问题
• 1.2.3 聚合物驱油对环境的危害
• 1.3 聚合物驱油产出污水的处理
• 1.3.1 物理方法
• 1.3.2 化学方法
• 1.3.3 生物方法
• 1.4 生物降解聚丙烯酰胺的研究进展
• 1.4.1 降解聚丙烯酰胺的典型种群
• 1.4.2 复合菌的优势
• 1.4.3 同时降解石油烃和聚丙烯酰胺的菌种
• 1.5 论文研究内容及实验技术路线框图
• 2 聚丙烯酰胺的性质考察及评价方法优化
• 2.1 聚丙烯酰胺理化性质的测定
• 2.1.1 仪器与试剂
• 2.1.2 实验方法
• 2.1.3 实验结果与讨论
• 2.2 聚丙烯酰胺降解影响因素探讨
• 2.2.1 主要仪器与试剂
• 2.2.2 实验内容与方法
• 2.2.3 实验结果及讨论
• 2.3 评价方法优化
• 2.3.1 主要仪器与试剂
• 2.3.2 实验内容与方法
• 2.3.3 实验结果及讨论
• 2.4 本章小结
• 3 聚丙烯酰胺降解菌的筛选及性能评价
• 3.1 菌株的筛选及鉴定
• 3.1.1 实验材料与仪器
• 3.1.2 实验方法
• 3.1.3 实验结果及讨论
• 3.2 菌株的降解性能评价
• 3.2.1 实验材料与仪器
• 3.2.2 实验内容与方法
• 3.2.3 实验结果及讨论
• 3.3 混合菌降解条件优化
• 3.3.1 实验材料与仪器
• 3.3.2 实验内容与方法
• 3.3.3 实验结果及讨论
• 3.4 本章小结
• 4 聚丙烯酰胺降解机理的初探
• 4.1 HPAM 的化学降解机理研究进展
• 4.1.1 HPAM 的氧化降解反应机理
• 4.1.2 HPAM 的光降解机理
• 4.1.3 HPAM 的光催化降解机理
• 4.2 HPAM 的生物降解机理研究进展
• 4.2.1 生物降解机理的国外进展
• 4.2.2 生物降解机理国内进展
• 4.3 HPAM 生物降解的机理初探
• 4.3.1 实验材料与仪器
• 4.3.2 实验内容与方法
• 4.3.3 结果与讨论
• 4.4 本章小结
• 5 室内模拟实验
• 5.1 含聚污水的水质分析及可生化性调整
• 5.1.1 实验材料与仪器
• 5.1.2 实验内容与方法
• 5.1.3 结果与讨论
• 5.2 静态模拟实验
• 5.2.1 实验材料与仪器
• 5.2.2 实验内容与方法
• 5.2.3 结果与讨论
• 5.3 动态模拟实验
• 5.3.1 实验材料与仪器
• 5.3.2 实验内容与方法
• 5.3.3 结果与讨论
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 存在问题及展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 个人简历
• 硕士期间发表的论文