微生物菌液工業(yè)發(fā)酵工藝研究

盧靈珍 王新亮 郝春雷

中國(guó)石化河南油田分公司石油工程技術(shù)研究院 河南鄭州450046

微生物采油技術(shù)，是指利用微生物產(chǎn)生有用的代謝產(chǎn)物或者利用微生物能夠分解碳?xì)浠衔锏男阅埽龠M(jìn)原油開(kāi)采的技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)以適應(yīng)性強(qiáng)、作業(yè)簡(jiǎn)單、對(duì)油層無(wú)傷害等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)引起世界各國(guó)的普遍重視[1-3]。

微生物菌種進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用前，需應(yīng)用發(fā)酵工藝進(jìn)行工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)。可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行發(fā)酵初試研究，再以得到的發(fā)酵參數(shù)為參考進(jìn)行工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)。工業(yè)發(fā)酵完成后檢測(cè)菌液指標(biāo)，驗(yàn)證發(fā)酵效果。

一、實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.實(shí)驗(yàn)材料[4]

LB培養(yǎng)基，ZJ培養(yǎng)基，ZY培養(yǎng)基，ZD培養(yǎng)基。

降粘和防蠟菌種均為實(shí)驗(yàn)室已篩選出的菌種。

實(shí)驗(yàn)原油為河南油田南部陡坡帶泌304區(qū)塊趙安4005井原油。

2.實(shí)驗(yàn)方法

（1）發(fā)酵培養(yǎng)基優(yōu)化

查閱文獻(xiàn)，確定LB、ZJ、ZY、ZD為備選培養(yǎng)基，分別接種各菌種母液，檢測(cè)菌體濃度并檢測(cè)表面張力，以確定發(fā)酵培養(yǎng)基。再比較各培養(yǎng)基成本，選擇價(jià)格相對(duì)低廉的培養(yǎng)基。

（2）發(fā)酵攪拌轉(zhuǎn)速影響研究

配制ZY培養(yǎng)基，裝入初試發(fā)酵罐。設(shè)定培養(yǎng)溫度和pH值范圍，分別接入降粘復(fù)合菌和防蠟復(fù)合菌菌種母液，以不同攪拌轉(zhuǎn)速培養(yǎng)菌種。培養(yǎng)結(jié)束后以平板法檢測(cè)細(xì)菌濃度。

（3）發(fā)酵時(shí)間的確定

檢測(cè)降粘復(fù)合菌、防蠟復(fù)合菌不同發(fā)酵時(shí)間的菌濃、表面張力以及pH值變化，判斷菌種不同發(fā)酵階段的時(shí)間。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

（1）發(fā)酵培養(yǎng)基優(yōu)化

分別以LB培養(yǎng)基、ZJ培養(yǎng)基、ZY培養(yǎng)基、ZD培養(yǎng)基作為培養(yǎng)基，菌種濃度以109個(gè)/mL計(jì)，表面張力以mN/m計(jì)，降粘復(fù)合菌的菌種濃度為1.385、1.581、1.381、1.184，表面張力為29.84、28.68、28.79、31.61；防蠟復(fù)合菌的菌種濃度為1.875、1.685、1.725、1.253，表面張力為32.57、32.31、32.25、34.85；sx的菌種濃度為1.421、1.263、1.204、0.827，表面張力為28.84、27.53、28.02、32.84；KB的的菌種濃度為1.138、1.452、1.352、0.951，表面張力為26.64、26.64、27.05、31.24。

根據(jù)培養(yǎng)基對(duì)菌種的培養(yǎng)效果，對(duì)于降粘菌和防蠟菌來(lái)說(shuō)，無(wú)論是復(fù)合菌還是單菌，除ZD培養(yǎng)基稍差以外，菌種以其它三種培養(yǎng)基進(jìn)行發(fā)酵時(shí)的繁殖、代謝表活劑能力，彼此相差不大。因此，主要通過(guò)比較培養(yǎng)基成本來(lái)進(jìn)行培養(yǎng)基優(yōu)化。比較成本，選擇ZY培養(yǎng)基為降粘復(fù)合菌及防蠟復(fù)合菌菌種的發(fā)酵培養(yǎng)基。

（2）發(fā)酵攪拌轉(zhuǎn)速影響研究

結(jié)果可見(jiàn)，攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)降粘菌和防蠟菌發(fā)酵影響規(guī)律相近，都是在發(fā)酵罐攪拌轉(zhuǎn)速高于400rpm時(shí)差別不大；當(dāng)轉(zhuǎn)速降至200rpm時(shí)，菌體濃度有所下降，但同最高菌體濃度相差不到30%，遠(yuǎn)小于一個(gè)數(shù)量級(jí)。因此發(fā)酵罐攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)菌液發(fā)酵影響不明顯。

4.發(fā)酵時(shí)間的確定

降粘菌和防蠟菌規(guī)律相似。0-24h時(shí)為菌種發(fā)酵對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，在24h～48h，pH值和表面張力持續(xù)下降；到48h～72h，發(fā)酵基本穩(wěn)定，表面張力達(dá)到最低，pH值上升；到96h，菌濃已開(kāi)始下降，進(jìn)入衰敗期。如單純考慮菌體濃度，則發(fā)酵48h～72h比較合適。工業(yè)發(fā)酵時(shí)由于罐體更大，裝液量更多，會(huì)導(dǎo)致發(fā)酵速度更慢，所以選擇72h為工業(yè)發(fā)酵時(shí)間。

5.工業(yè)發(fā)酵產(chǎn)品性能檢測(cè)

為便于操作，三級(jí)發(fā)酵時(shí)間溫度均為40℃，pH 6～8，時(shí)間統(tǒng)一設(shè)定為72h。一級(jí)發(fā)酵攪拌頻率為200rpm，二級(jí)發(fā)酵120rpm，三級(jí)發(fā)酵100方/h。

以河南油田南部陡坡帶泌304 H1段稠油檢測(cè)發(fā)酵菌液的降粘率；以H2段高凝油檢測(cè)發(fā)酵菌液防蠟率。結(jié)果表明降粘菌菌體濃度為3.7×108個(gè)/mL，防蠟菌菌體濃度為2.3×108個(gè)/mL，降粘菌降粘率為63.6%，防蠟菌防蠟率為69.7%。

結(jié)論

比較不同培養(yǎng)基對(duì)菌種繁殖和代謝表活劑的影響，以及各培養(yǎng)基的成本，確定ZY培養(yǎng)基為降粘菌和防蠟菌的發(fā)酵培養(yǎng)基。以初試發(fā)酵罐進(jìn)行發(fā)酵模擬實(shí)驗(yàn)，確定發(fā)酵罐工作參數(shù)為：40℃、pH值6～8、發(fā)酵時(shí)間72h。

以初試發(fā)酵罐參數(shù)為參考進(jìn)行工業(yè)發(fā)酵，發(fā)酵后菌液中菌體濃度為2-4×108個(gè)/mL，降粘菌降粘率和防蠟菌防蠟率分別為63.6%和69.7%。證實(shí)工業(yè)發(fā)酵成功，可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)。

[1]趙壽增.微生物采油技術(shù)[J].油氣采收率技術(shù),1996,3:14.

[2]李習(xí)武，劉志培.石油烴類的微生物降解[J].微生物學(xué)報(bào),2002,42：764.

[3]石勇,姜蘭,雷琦.微生物防蠟技術(shù)的研究與應(yīng)用[J],化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù),2009,30:17.

[4]郝春雷,常國(guó)棟,王新亮等.誘變后抗高溫防蠟菌的性能評(píng)價(jià)和機(jī)理分析[J].石油地質(zhì)與工程.2012,5:141.