水基提取技术是一种重要的油砂分离方法，但用来分离我国大部分地区的油砂矿时，常常遇到沥青收率低、泡沫质量差等问题。为了提高我国油砂的水基分离效率，本论文主要探索了微生物驱油技术用于我国部分地区油砂矿的水基分离过程，提高沥青收率的可行性。系统研究了微生物预处理对油砂自身性质及其水基分离的影响作用，采用原子力显微镜(AFM)胶体探针技术研究了水基分离过程中沥青与砂粒间的相互作用行为， 揭示了微生物驱油技术提高油砂水基分离效率的作用机理。论文主要取得以下四部分成果：

1. 化学表面活性剂对沥青从固体表面上脱附行为的影响作用研究。设计、制备了基底表面为疏水性的油砂模型，采用阴、阳离子化学表面活性剂对油砂模型进行浸泡处理，考察表面活性剂对基底表面润湿性以及沥青脱附的影响作用。研究发现阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)不能促进沥青的脱附，而阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)能显著提高沥青的脱附效率。这是因为SDBS能够洗脱附固体表面上的有机物，基底表面的润湿性得到改善，使沥青脱附变得容易。然而，采用两种表面活性剂对油润性油砂矿进行浸泡处理后，都没有提高油砂的水基提取效率，这可能与表面活性剂并没有改善疏水性砂粒表面的润湿性能有关。这一结果表明，与表面活性剂降低界面张力的作用相比，砂粒表面的润湿性是影响沥青脱附及沥青最终收率的关键因素。

2. 铜绿假单胞菌预处理对油砂性质及其水基分离效率的影响作用。微生物对内蒙扎赉特旗风化油砂进行一定时间培养处理后，浮选实验表明沥青收率最高可达到 98%左右(相同分离条件下，未做处理油砂沥青收率为零)。分析发现铜绿假单胞菌对油砂进行预处理使疏水性的砂粒转变为弱亲水性，代谢产生的生物表面活性剂显著降低了油水界面张力，微生物对沥青重质组分沥青质的降解使沥青的粘度减小、增加了沥青的流动性。这些影响作用共同提高了油砂的水基提取效率。

3. 枯草芽孢杆菌预处理对油砂水基分离的影响作用。利用枯草芽孢杆菌对扎赉特旗油砂培养预处理后，沥青收率最高约97%，泡沫质量也得到改善。与采用铜绿假单胞菌预处理相比，对砂粒表面润湿性能的改善更加显著，使其由油润性转变为水润性。微生物对沥青中的重质组分具有重要的降解作用，使沥青的粘度降低。同时，油砂培养过程中微生物代谢产生的生物表面活性物质可显著降低油水界面张力。这些影响作用共同提高了油砂的分离效率。考察微生物对沥青质的降解作用发现，枯草芽孢杆菌能够降解大部分的沥青质，被降解的沥青质主要转化为胶质和轻质饱和烃、 芳香烃。微生物对沥青质的降解不仅有利于油砂分离，而且对于沥青的品质改善具有重要的作用。

4. 沥青与油砂中微粒间相互作用行为的研究。利用油砂模型，考察了微生物对基底表面润湿性影响的作用机制。利用AFM胶体探针技术研究了表面润湿性的变化对沥青与油砂中微粒间相互作用行为的影响作用。研究发现，生物表面活性剂具有较高的表面活性，能够显著改变基底表面的润湿行为。不同类型的生物表面活性剂具有差异性的双亲性能， 因此对疏水性固体表面润湿性能的影响作用有所不同。固体表面润湿性的改善增强了沥青与微粒间的长程排斥作用、降低了粘着力，使沥青易于从固体表面上分离。同时，表面活性剂在油-水、油-固界面上的吸附能够显著降低油-水、油-固界面张力，减弱油-砂间的粘着力，促进沥青的脱附。 上述结果表明， 微生物代谢产生的生物表面活性剂对油砂自身性质(如固体组分表面润湿性)及水溶液性质的影响，改变了分离过程沥青与砂粒之间的相互作用行为和方式，从而促使沥青从砂粒表面脱附，提高了油砂的水基提取效率。