1.2　降解石油烃产甲烷的目的和意义

研究微生物降解残余石油产甲烷时，应该研究油、气、水以及水中的微生物菌群和代谢产物^[35～37]。而且有研究表明：油藏中的微生物群体是由微好氧菌群和兼性厌氧型以及严格厌氧型细菌组成的，烃类提供了它们存活的基础条件^[38，39]，其可能原因是随着油藏的开采，会大量注入水和其他物质，这改变了油藏本来的环境^[35，39]。尤其是国内外对石油采出液中的好氧菌群和厌氧菌群的综合研究较少，而且对石油采出液中的混合菌群所知甚少，因此在本书第2章中进行产甲烷菌群的初步筛选，以探究油藏中的各种菌群，同时对不同油井的采出液和不同区位的含油污泥进行考察，主要意义在于研究不同油井和不同区位含油污泥中的降解石油烃产气的混合菌群，而且通过富集培养分离出高效的产甲烷混合菌群。

因为在油藏中会有很高的温度和压力^[4，33]，所以必须研究特定温度和压力对菌群产甲烷的影响，本书第3章将研究温度和压力对产甲烷菌群的影响，这在实际应用中也会有重要的意义。同时，在第5章中考察有哪些激活物质可以加速菌群产甲烷过程，以便提高厌氧降解石油烃产甲烷的效率，这在实际应用中具有重大的意义。在厌氧的代谢机制研究中，有学者研究表明：厌氧代谢和好氧代谢相比有很大的不同，首先，电子受体不同，厌氧多是硫酸盐、硝酸盐、铁离子、二氧化碳等；其次，反应中的中间产物和最终产物也不相同，而且参与反应的活性酶也不一样^[40～45]。而在各化合物代谢反应中起决定作用的初始活化能上，厌氧降解各化合物的初始活化能也有很大差异（图1-1）^[46～48]，而且微生物厌氧降解石油烃产甲烷的机制研究还比较少，所以本书将在第6章对选取的长链烷烃、芳香烃进行研究，考察产甲烷过程中的反应机制，具有理论和现实意义。

图1-1　芳烃和链烃中碳氢键离解能^[46～48]

① 目前大部分的石油污染土壤生物修复的基础研究主要集中在好氧生物修复，本书针对石油污染土壤生物修复的实际情况进行了厌氧降解菌的基础研究，为厌氧生物修复技术提供了理论基础。

② 首次对石油污染土壤生物修复的土壤理化性质和石油烃组分的纵向分布进行了探讨，并使用纵向分布特征对厌氧生物修复技术的可行性进行了探讨。

③ 系统地研究了厌氧微生物对石油烃及石油烃模式物的降解特性，建立相关降解动力学模型，并通过多种分析手段对降解特定的石油烃化合物进行了代谢途径的推测。

④ 将传统培养分离方法和现代分子生物学方法（DNA分子鉴定和ARDRA技术）相结合研究了厌氧微生物的微生物群落结构和多样性，首次对厌氧混合菌在不同的石油烃模式物下的微生物群落结构和多样性进行了研究。

采用原位强化生物修复技术对某区块石油污染土壤进行为期16个月的生物修复，考察处置后污染土壤理化性质、微生物学特性以及石油烃组成的纵向分布特征，探讨生物修复过程中厌氧菌作用以及厌氧生物修复的必要性。在前期研究的基础上，采集石油污染样品，选择合适的电子受体进行石油烃厌氧降解菌的筛选，考察降解菌的相关生理特性，并进行分子生物学鉴定，对厌氧降解混合菌进行进化关系分析，并对最终选定的厌氧降解菌的培养条件进行优化，为后期的实验提供稳定和高活的菌源。考察不同环境因素对厌氧降解混合菌降解石油烃的影响，并通过红外、四组分分离和模拟蒸馏等手段分析厌氧降解混合菌对原油组分降解的特性。选择合适的石油烃模式物，考察厌氧降解菌对石油烃模式物的底物利用能力和范围，并对不同碳源下厌氧降解混合菌的群落结构的稳定性进行探讨，以此为基础考察厌氧降解菌对特定石油烃模式物（甲苯和萘）的降解特性并进行降解动力学的初步研究，对厌氧降解特定石油烃模式物进行代谢途径的探索，为石油污染土壤厌氧生物修复提供理论基础和技术保障。

① 对实验选用站位采出水水质分析：主要研究地层中采出水营养情况，为后续激活实验营养物质提供依据。

② 油藏地址条件分析：分析油藏中微生物的生存环境。

③ 单因素激活实验：包括碳源、氮源、磷源、微量元素（Fe、Co、Ni）的激活实验；主要考察每种因素的不同物质和不同投加量对产气的影响，找到最佳激活营养物质及最佳投加量。

④ 响应曲面优化进行多因素激活实验：根据单因素实验结果运用响应曲面法进行优化，进行多因素实验，分别进行了碳源、氮源、磷源组合和Fe、Co、Ni微量元素组合的响应曲面设计实验。

⑤ 对实验选用的采出水原液和不同条件激活后的微生物群落进行分析；分析前后微生物的群落变化情况。

分析降解前后石油的组分变化、石油降解率；通过萃取模拟蒸馏实验研究所用原油降解前后的组分变化。