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