基于约氏不动杆菌润湿性的污油净化机理研究

Plenty of waste oil is inevitably produced in oilfield and refinery every year, which must be reclaimed in view of its high economic value and environmental protection. So far, there has been no effective way to treat it due to high inorganic admixture content against its smooth reclamation, frequently resulting in industrial accidents. Acinetobacter johnsonii was isolated from waste oil in flotation machine in oilfield in order to remove the admixtures. It can excrete active ingredient utilizing a little oil as the sole carbon and energy in favor of the migration of inorganic admixtures from oil phase into water phase, based on which biotechnology has been developed to cleanse waste oil in this lab. The objectives of the present study are to describe the wettability and transfer law of inorganic admixtures from oil into water,to analyse and identify active ingredients excreted by A. johnsonii, and to propose wettability reversal theory for the admixtures in the oil-water interface by solid phase extraction, GCMS/LCMS, UV, IR, MS, NMR, AFM, contact angle measurement,phase interface properties employing waste oil and the simulated oil-water system. Research findings can guide the improvement of the presently self-developed technology, provide new way and idea for the application of biotechnology in many fields such as the oilfield, and supply theoretical instructions and technological supports, rendering new perspectives for biological technology.

污油在原油生产和炼制工业中普遍存在，其突出特点是无机杂质含量高，再生利用时经常出现生产事故。课题组从油田浮选机的污油中分离出具有去除无机杂质能力的约氏不动杆菌（Acinetobacter johnsonii），该菌能够以石油烃为唯一碳源代谢产生活性物质，润湿反转无机杂质使其发生相迁移，继而开发出污油生物净化处理技术。本项目以污油和模拟油、水体系为研究对象，以无机杂质润湿性和生物活性物质研究为切入点，利用固相提取、色质、四大谱、原子力显微镜、接触角测量仪、相界面特性研究等仪器和方法，对油相中的无机杂质在生物活性物质作用下的相迁移规律进行研究，揭示活性物质与无机杂质间的交互作用，建立微生物在油、水相间润湿反转固体粒子理论，从而有针对性地指导完善现有技术。污油生物净化机制的研究，可以为生物处理技术在油田等多领域中的应用提供新方法和新思路，为丰富和拓展生物处理技术的内涵和外延提供理指导和技术支撑。

针对油田污油无机杂质含量高，难于处理的问题，开发了污油生物净化处理技术。 利用自主分离的约氏不动杆菌具有润湿反转特性建立了完善的污油机械杂质去除方法。以典型石油烃PAHs、十六烷、环己烷为模式底物，系统研究了菌株的生物降解特性。该约氏不动杆菌对于萘、蒽、菲、芘的最大降解能力分别为2000、200、600、400 mg/L，对于十六烷和环己烷的最大降解能力分别为1500和1150 mg/L；在PAHs降解中，无论在双底物还是多底物实验体系中，萘总是被细胞优先利用，萘的存在显著提高了细胞对其它几种PAHs的代谢。在此基础上，利用另外两株具有石油烃降解能力但不具备润湿反转特性的约氏不动杆菌和燕麦嗜酸菌进行对照，利用LC-MS，GC-MS等仪器分析手段，开展了3株菌降解典型石油烃代谢产物研究工作；通过不同菌株降解相同底物，以及同一菌株降解不同底物的对比分析，发现萘代谢过程中产生大量氨基酸类物质，对于润湿反转特性起到重要作用；同参与对照实验的另外一株约氏不动杆菌相比，虽然是同一菌属的两株菌，由于来源不同，降解相同底物的代谢产物差异较大，这也可以解释同一属种的两株菌功能特性的明显差异（二者在降解特性上差异不大）。以石英砂和斜长石为模式底物，以液体石蜡和润滑油为模拟油相，制备了模拟污油体系；利用接触角法、Zeta电位、表面张力、粘度检测等方法，研究了石英砂和斜长石的润湿反转特性。结果表明，经生物处理后：油相表面张力增大，水相减小；Zeta电位向碱性方向移动；固体粒子在水相润湿角增大，在油相则减小。这些特性使固体粒子在油水相界面间实现了相界面迁移；此外，还定量化证实了不同油品特性以及不同类型杂质的润湿反转效果不同，导致在污油处理中需适当调整工艺参数。完善了生物净化处理工艺，并尝试将该技术应用于油田老化油的处理，结果证实处理后的老化油在脱水率，杂质含量，胶质沥青质含量上得到了有效控制，收到了明显优于现场的处理效果，证实了该技术的应用潜力。