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第1章　绪论1

1.1　研究背景1

1.2　SRB的系统发育地位和生态学研究3

1.2.1　SRB的系统发育地位3

1.2.2　SRB的生态学研究4

1.2.3　SRB的代谢途径和酶学研究5

1.3　油田微生物分子生态学和蛋白组学研究进展7

1.3.1　微生物分子生态学研究方法7

1.3.2　微生物蛋白质组学表达谱研究11

1.4　油田SRB的危害12

1.4.1　SRB对油田开采的影响12

1.4.2　SRB的腐蚀机理13

1.4.3　无机抑菌粉剂和抑菌填料15

1.5　生态调控的原则和方法16

1.5.1　生态调控应遵循的基本原则16

1.5.2　微生物控制SRB的机理17

1.5.3　新型硝酸盐基处理技术17

1.6　反硝化控制SRB的研究现状19

1.6.1 DNB的研究进展19

1.6.2 DNB对SRB的抑制21

1.6.3　基质竞争性抑制作用23

1.6.4　反硝化中间产物抑制理论25

1.6.5　反应系统内部形成厌氧硫循环的观点27

1.6.6　电位控制观点27

1.6.7　反硝化控制SRB的应用实例28

1.7　研究目的、意义和主要研究内容29

1.7.1　研究目的与意义29

1.7.2　研究内容30

第2章　试验材料与方法32

2.1　主要试验材料和仪器设备32

2.1.1　主要的试验材料32

2.1.2　主要的仪器设备32

2.2　微生物分子生态学和蛋白质组学试验方法34

2.2.1　基因文库的构建和分析方法34

2.2.2　PCR-DGGE的电泳图谱的优化34

2.2.3　SRB全蛋白表达谱和表达谱差异研究37

2.3　大庆油田回注水系统水质特征39

2.3.1　大庆油田地面水处理站硫化物含量分布状况39

2.3.2　大庆油田典型水处理站水质特征40

2.3.3 回注水系统中SRB和硫化物测试点的选择44

2.4　SRB分离纯化46

2.4.1　分离介质类型和采样地点46

2.4.2　分离筛选的方法46

2.4.3　SRB的分离纯化47

2.5　SRB和DNB的定量检测48

2.5.1　基于特定基因的MPN-PCR法的试验方法48

2.5.2　实时荧光定量PCR对SRB和DNB的定量检测49

2.6　新型无机抑菌粉剂和抑菌陶粒的制备及抑菌效能50

2.6.1　纳米／微米电气石的测试和表征51

2.6.2　纳米氧化锌的制备和表征52

2.6.3 电气石载纳米氧化锌无机抑菌粉剂的制备和表征53

2.6.4　电气石载铜无机抑菌粉剂的制备和表征54

2.6.5　电气石载钼无机抑菌粉剂的制备和表征55

2.6.6　电气石载锰无机粉剂的制备和表征56

2.6.7　新型抑菌陶粒制备及其抑菌效能57

2.7　生态调控SRB活性的关键生态因子63

2.7.1　间歇试验条件选择63

2.7.2　间歇试验步骤64

2.8　生态调控SRB活性的连续流试验设计方法66

2.8.1　反硝化作用抑制SRB活性的连续流试验设计方法66

2.8.2　反硝化作用抑制SRB活性的现场水试验设计67

2.8.3　生态抑菌剂和抑菌陶粒联合抑制室内连续流试验67

2.8.4　联合抑制现场水连续流试验68

第3章　回注水系统SRB种群组成及生态分布规律69

3.1　大庆油田回注水系统SRB分布规律和来源分析69

3.1.1　常规水驱处理站系统SRB分布规律69

3.1.2　聚驱处理站系统SRB分布规律71

3.1.3　两个系统中H2S含量测试结果及分析73

3.1.4　两系统总铁、腐蚀速率测试结果及分析74

3.1.5 回注水系统中硫化物分布规律和成因分析77

3.1.6　油田回注水系统SRB来源分析81

3.2　PCR-DGGE条件优化83

3.2.1　不同16S rDNA靶序列对DGGE分析的影响83

3.2.2　时间进程法对电泳时间和电泳条件的优化86

3.3 常规水驱地面工艺系统微生物组成及优势种群分析90

3.3.1 常规水驱采出液中16S rDNA克隆文库种群组成分析90

3.3.2　常规水驱地面工艺系统流动相微生物种群组成及动态演替分析94

3.3.3　基于腺苷酸还原酶基因文库的SRB种群的组成97

3.4　聚合物驱油地面工艺系统微生物组成及优势种群分析99

3.4.1 聚合物驱油采出液的16S rDNA基因克隆文库种群组成分析100

3.4.2　电脱水器电附着物微生物组成以及优势菌种分析102

3.4.3　注聚工艺生物膜微生物组成及以演替分析107

3.4.4 聚驱地面工艺系统流动相微生物种群组成及动态演替分析110

3.5　大庆油田回注水系统中SRB和DNB种属113

3.5.1 GenBank中注册的具有硫酸盐还原功能的微生物种属113

3.5.2　GenBank中具有反硝化功能的微生物种属114

3.5.3　基于16S rDNA文库的DNB微生物组成研究115

3.6　小结116

第4章　SRB的系统进化地位及新种特性117

4.1　SRB的系统发育分析及形态特征118

4.1.1 附着型和非附着型SRB的发现118

4.1.2　优势SRB的形态特征和系统发育分析119

4.2　Desulfovibrio desulfuricans strain F8特征描述及基因克隆126

4.2.1　模式菌株的形态和生理生化特征以及脂肪酸分析126

4.2.2 16S rDNA序列系统发育学分析126

4.2.3　Dsr基因的克隆和序列同源性分析127

4.2.4　Dsr基因的可读框和功能分析129

4.2.5　aps基因的克隆和序列同源性分析131

4.2.6　aps基因的可读框和功能分析132

4.2.7　模式菌株的聚合物降解生物降解特性134

4.3　模式菌株的全蛋白组表达谱研究135

4.4 大庆杆菌-MF（EnterobacterDaqing sp.nov.）新种特征及其生物降解特性135

4.4.1　新种特征135

4.4.2　MF菌株对聚合物的降解136

4.5 大庆杆菌-WL（ClostridiumDaqing sp.nov.）新种特征及其生物降解特性139

4.5.1　新种特征139

4.5.2　WL菌株生物降解特性140

4.6　SRB的生理生态因子144

4.7　小结145

第5章　SRB和DNB快速定量检测方法的建立147

5.1　管壁和罐壁附着型SRB定量检测148

5.1.1　附着型SRB检测装置148

5.1.2　管壁和罐壁附着型SRB定量检测149

5.2　厌氧全过程的倍比稀释纯培养计数工艺150

5.2.1　厌氧培养基配制装置的改进151

5.2.2　用于倍比稀释的厌氧无菌水的配制152

5.2.3　厌氧SRB培养基改良和加药方法改进152

5.2.4　采用摇床培养缩短培养时间155

5.2.5　实现第3天初步计数、第4天稳定计数155

5.2.6　标准培养基与改良培养基的比较分析155

5.3　MPN-PCR法对SRB和DNB的定量检测157

5.3.1　直接用于PCR扩增的“菌液制备”157

5.3.2　DSR-MPN-PCR法对SRB的定量检测158

5.3.3　APS-MPN-PCR法对SRB的快速定量检测研究160

5.3.4 16S rDNA-MPN-PCR法对SRB的快速定量检测研究163

5.3.5 16S rDNA-MPN-PCR法对DNB的快速定量检测研究165

5.3.6　nir S-MPN-PCR法对DNB的快速定量检测研究168

5.4　基于实时荧光定量PCR实时定量检测研究170

5.4.1 基于16S rDNA基因序列硫酸盐还原功能菌的荧光定量检测方法170

5.4.2　基于腺苷酸还原酶（APS）基因的SRB定量检测方法175

5.4.3　基于异化型亚硫酸盐还原酶（DSR）基因的SRB荧光定量检测方法179

5.4.4　基于16S rDNA基因的DNB荧光定量检测方法183

5.5　小结188

第6章　生态调控SRB活性的关键生态因子及其抑制机理190

6.1　油田采出水中微生物反硝化和硫酸盐还原能力分析190

6.1.1　微生物的反硝化作用机理及影响因素190

6.1.2　油田采出水中微生物的硝酸盐还原与硫酸盐还原相对能力192

6.2　生态调控SRB活性的关键生态因子197

6.2.1　S/N对抑制效果的影响197

6.2.2　污泥预培养对抑制效果的影响200

6.2.3　COD对抑制效果的影响203

6.2.4　碳源种类对抑制效果的影响205

6.2.5　碱度对抑制效果的影响210

6.2.6　钼酸盐和硝酸盐协同抑制作用212

6.3　生态调控SRB机理验证220

6.3.1 DNB和SRB对基质的竞争作用220

6.3.2　反硝化中间产物抑制作用221

6.3.3 自养DNB的氧化作用225

6.4　DNB底物选择作用——新理论的提出226

6.4.1 同时具有反硝化和硫酸盐还原功能菌株的分离和功能验证227

6.4.2　DNB的系统发育分析及功能验证236

6.4.3　DNB底物选择作用理论的阐述244

6.5　小结245

第7章　油田回注水系统SRB活性生态调控研究246

7.1　反硝化抑制SRB活性生态调控及种群动态演替研究246

7.1.1　反应器启动246

7.1.2　试验运行生态调控过程247

7.1.3　反硝化抑制效果影响因素248

7.1.4　微生物群落动态演替和优势反硝化微生物种群256

7.2　原水反硝化抑制试验效果264

7.2.1 常规水驱采出液抑制试验效果及群落动态演替研究264

7.2.2　含聚采出水抑制试验效果和群落动态演替研究269

7.3　SRB生态抑菌剂的研制273

7.4　生态抑菌剂和抑菌陶粒联合抑制室内连续流试验276

7.4.1　试验运行参数调控过程276

7.4.2　SRB反应器培养启动阶段277

7.4.3　生态抑菌剂抑制SRB活性阶段SO2- 4和NO- 3的变化279

7.4.4　抑菌陶粒抑制SRB活性阶段283

7.4.5　生态抑菌剂和抑菌陶粒联合抑制SRB活性阶段286

7.4.6　降COD浓度抑制SRB活性阶段290

7.5　联合抑制SRB活性现场水抑制效果292

7.5.1　普通含油污水处理效果研究292

7.5.2　含聚污水处理效果研究295

7.6 回注水系统SRB活性生态抑制调控策略及技术经济分析299

7.6.1　油田细菌控制方法和技术评价299

7.6.2　油田回注水系统细菌控制技术优化研究301

7.6.3　SRB活性生态抑制适宜的投药点305

7.6.4　SRB活性生态抑菌剂加药方法和加药原则305

7.6.5　油田回注水系统SRB生态抑制方案307

7.6.6　SRB活性生态抑菌剂成本分析及技术经济分析308

7.7　小结310

第8章　研究结论、建议与展望312

参考文献316

附录329

附录Ⅰ 新型抑菌剂和抑菌陶粒表征及抑菌效能329

Ⅰ-1　纳米／微米电气石测试表征329

Ⅰ-2　纳米氧化锌的表征330

Ⅰ-3　电气石载纳米氧化锌的表征330

Ⅰ-4　电气石载铜的表征333

Ⅰ-5　电气石载钼无机抑菌粉剂的表征336

Ⅰ-6　电气石载锰无机粉剂表征339

附表Ⅱ 蛋白表达谱鉴定的蛋白质及匹配序列342