國內(nèi)油田污水細(xì)菌生長影響因素研究進(jìn)展

譚向東

（中國石油大學(xué)（北京），北京 102249）

實(shí)驗(yàn)室與分析

國內(nèi)油田污水細(xì)菌生長影響因素研究進(jìn)展

譚向東

（中國石油大學(xué)（北京），北京 102249）

油田污水細(xì)菌的生長與其周圍的環(huán)境息息相關(guān)，不同的影響因素對細(xì)菌生長的影響程度不同。本文論述了油田污水中危害最大的3種細(xì)菌——硫酸鹽還原菌（SRB）、腐生菌（TGB）、鐵細(xì)菌（FB）的生長影響因素，以及近幾年國內(nèi)學(xué)者對油田污水細(xì)菌影響因素的研究成果，并針對這些研究提出了一些可行的抑菌方法。

油田污水； 細(xì)菌；影響因素；抑菌方法

油田污水中細(xì)菌的存在對油田造成了巨大的損失，其中危害最大的是硫酸鹽還原菌（SRB）、腐生菌（TGB）、鐵細(xì)菌（FB），它們在生長代謝過程中會引起管線、金屬設(shè)備的腐蝕。國外學(xué)者Ivesron曾經(jīng)指出，在美國生產(chǎn)油井中發(fā)生的腐蝕，77%以上是由SRB造成的，大部分是點(diǎn)蝕［1］。在國內(nèi)，中國石油天然氣總公司1992年的統(tǒng)計(jì)顯示，每年由于腐蝕給油田造成的損失約兩億元人民幣［2］。對于腐蝕問題，世界各國投入了大量資金和技術(shù)，致力于尋求一條長期控制細(xì)菌生長及腐蝕的、可行性較好的方法，以提高油田生產(chǎn)的整體效益。要想有效地控制細(xì)菌，使細(xì)菌數(shù)量達(dá)到油田注水標(biāo)準(zhǔn)，就應(yīng)該首先了解細(xì)菌的生長影響因素。

1 細(xì)菌生長影響因素

生命體的生存繁殖與其周圍的環(huán)境因素息息相關(guān)，有利的因素可刺激細(xì)菌的生長，反之會抑制細(xì)菌生長或引起細(xì)菌的變異或死亡。細(xì)菌也是生命體，環(huán)境因素的變化可能引起細(xì)菌的死亡、生長停滯或加速繁殖。由于油田水多為底層水的混合水，具有成分復(fù)雜不穩(wěn)定的特點(diǎn)，不同地區(qū)的水質(zhì)情況不同，其對細(xì)菌生長的影響情況也不一樣。

1.1 溫度

影響細(xì)菌生長繁殖的因素中，溫度占有重要的地位，溫度的變化會影響細(xì)菌體內(nèi)酶的活性，適宜的溫度有利于細(xì)菌的繁殖，過低過高的溫度會使細(xì)菌變性，生長停滯甚至死亡。

1.2 pH

pH對細(xì)菌的影響主要是通過兩個(gè)方面:一是通過改變細(xì)菌細(xì)胞膜上的電荷，影響其營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，從而抑制細(xì)菌生長；二是通過影響細(xì)菌體內(nèi)酶的活性，酶只有在一定的pH值下才能發(fā)揮較大的催化性能。pH的增大或降低都會使酶的活性降低甚至消失，細(xì)菌因此生長停滯或死亡。

1.3 礦化度

礦化度對細(xì)菌的影響是通過水中滲透壓的變化從而影響細(xì)菌的物質(zhì)運(yùn)輸過程，過高的礦化度可能會使細(xì)菌脫水死亡。

1.4 溶解氧含量

溶解氧含量的適量增加，能夠加速好氧菌生長繁殖，相反，過高的溶解氧會抑制厭氧菌如SRB的生長。SRB主要在較低的還原電位下硫酸鹽的異化還原過程中獲取能量，它能在氧濃度較低的環(huán)境中生存，高濃度氧會增高還原電位，阻礙SRB異化硫酸鹽的還原過程，使其生長受到抑制［3］。

1.5 化學(xué)需氧量

化學(xué)需氧量（COD）表示水中還原性物質(zhì)的多少，包括水中的有機(jī)物、還原性離子、所添加的化學(xué)藥劑等，其中大都是有機(jī)成分，而大部分有機(jī)物是微

1.6 離子濃度

如Mg2+、Fe2+、Fe3+、Ca2+、SO等離子，都會不同程度地影響細(xì)菌的生長代謝。Mg2+在微生物細(xì)胞中某些細(xì)胞結(jié)構(gòu)如核糖體、細(xì)胞膜等的穩(wěn)定上起重要作用，也是構(gòu)成生物機(jī)體內(nèi)某些酶的活性成分，高濃度 Mg2+對保持膜的硬度、提高細(xì)胞壁合成酶的活性極為重要［4-5］。Fe2+、Fe3+是組成細(xì)胞中各種酶的活性基成分，在細(xì)胞內(nèi)部通過自身價(jià)態(tài)相互轉(zhuǎn)化（Fe2+≒Fe3+）實(shí)現(xiàn)所在酶傳遞電子的作用［6-7］。Ca2+是微生物細(xì)胞內(nèi)一種重要的二價(jià)陽離子，它是某些酶（如蛋白酶）的激活劑［8］，但過高的鈣會使水中可溶性磷的含量降低，從而影響細(xì)菌生長。硫是某些氨基酸組成元素之一，是組成蛋白質(zhì)元素不可或缺的部分，同時(shí)也參與一些生理代謝活性物質(zhì)的組成，因此硫在機(jī)體內(nèi)的物質(zhì)代謝上起著重要作用［9］。

1.7 細(xì)菌間的相互作用

如產(chǎn)甲烷菌（MPB）與硫酸鹽還原菌存在一定的動力學(xué)競爭關(guān)系［10］，反硝化細(xì)菌（DNB）會對硫酸鹽還原菌競爭產(chǎn)生抑制作用［11-16］，又如TGB可以產(chǎn)生大量黏泥等代謝產(chǎn)物，附著在管壁上，能夠?yàn)镾RB提供良好的厭氧生長條件等。

1.8 其他因素

其他因素如重金屬等會對細(xì)菌產(chǎn)生毒害作用，抑制細(xì)菌生長甚至能殺死細(xì)菌。又如油田污水中的化學(xué)添加劑可以被細(xì)菌分解利用，也可以對其產(chǎn)生毒害作用。

2 國內(nèi)研究進(jìn)展

對于油田水中環(huán)境因素對細(xì)菌生長的影響，國內(nèi)學(xué)者對此做了許多相關(guān)研究?？等旱柔槍Νh(huán)境因素對江漢油田SRB的生長規(guī)律的影響做了相關(guān)研究，研究表明，中原油田SRB最適宜的生長溫度為20～30℃，最佳pH生長范圍為6.5～7.5，2×104～6×104mg·L-1的礦化度范圍最適合SRB的生長，F(xiàn)e2+濃度為20mg·L-1是細(xì)菌適宜生長的最低濃度，F(xiàn)e2+濃度高于400mg·L-1時(shí)對細(xì)菌的生長沒有抑制作用，并針對以上所得提出了幾種抑制SRB的方法。吳文菲等［17］測得SRB具有很強(qiáng)的pH適應(yīng)能力，NaCl濃度由4g·L-1增到50g·L-1時(shí)，各厭氧菌的活性會降低。劉勇等［18］對新疆克拉瑪依百口泉污水進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明，pH對TGB生長沒有影響，在酸性范圍內(nèi)有利于FB生長，較高COD有利于細(xì)菌生長。

張小里等［19］專門對油田注水井中分離的SRB的生長特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，SRB不是嚴(yán)格意義上的厭氧菌，它在4.5mg·L-1濃度的溶解氧中也可以生存，但在9.0mg·L-1的溶解氧濃度下不能生長；在NaCl濃度小于0.818%時(shí)SRB可正常生長，在0.972%～2.28%時(shí)只能在水下沉積物中生長，大于2.45%時(shí)生長完全受到抑制。在實(shí)驗(yàn)鐵離子濃度范圍內(nèi)，隨著離子濃度的增大，SRB代謝活力增強(qiáng)，生長高峰期延長；Fe2+限制SRB生長的濃度下限為6.8mg·L-1，高Fe2+濃度對SRB生長無抑制作用；在厭氧環(huán)境下SRB生長的適宜pH為6.5～7.5，pH小于5.5或大于8.0時(shí)SRB不能生長，在有氧環(huán)境下SRB在pH 8～8.5時(shí)仍能生存乃至增殖。孟章進(jìn)等對井筒中SRB在不同的溫度、pH以及溶解鹽情況下的生長規(guī)律進(jìn)行了研究，得到在37～80℃溫度范圍內(nèi)變化時(shí)，細(xì)菌菌量先增加到一定程度，后隨著溫度的增加而減少的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并得到腐蝕率與細(xì)菌的生長呈正相關(guān)性。pH為6～7時(shí)，細(xì)菌生長情況比較良好，而在酸性條件（pH為4時(shí)）或堿性條件（pH為9.5）下，細(xì)菌的生長受到抑制；SO濃度的變化直接影響到SRB數(shù)量的變化，在500～4000mg·L-1濃度范圍內(nèi)，SRB菌量先增加后減少，且1000mg·L-1是SRB的最佳生長濃度。氯離子濃度為5000mg·L-1時(shí)，SRB生長較為旺盛，當(dāng)濃度超過10000mg·L-1，SRB生長受到抑制；隨著硫化物濃度增大，SRB數(shù)量先增多后趨于平穩(wěn)。針對以上研究，作者提出可以通過環(huán)境因素來控制SRB的生長，以降低腐蝕性。

俞敦義等［20］研究了溫度對SRB生長的影響和SRB對油田套管的腐蝕作用，分析了溫度、Fe2+對碳鋼SRB腐蝕的影響。研究表明，37℃時(shí)，SRB生長最佳，能夠加劇腐蝕，F(xiàn)e2+對SRB的碳鋼腐蝕也與溫度有關(guān)，同樣37℃時(shí)能夠加劇細(xì)菌腐蝕作用，而60℃則會抑制細(xì)菌腐蝕。趙宇華等［21］對SRB的代謝機(jī)理，以及硫酸鹽還原菌的影響因子（包括pH、堿度、溫度、基質(zhì)碳源種類、甲烷菌）做了分析和總結(jié)。焦迪等［22］分離單種細(xì)菌，通過測定細(xì)菌的生長曲線和硫酸鹽還原率，研究了SRB的生長情況及離子強(qiáng)度對細(xì)菌生長的影響。研究表明，細(xì)菌的生長階段分為生長期、穩(wěn)定生長期和衰亡期；離子強(qiáng)度增強(qiáng)促進(jìn)了SRB的生長繁殖；pH值的變化可以反映出細(xì)菌活性的變化情況，即細(xì)菌活性減弱時(shí)，pH值降低，細(xì)菌活性增加時(shí)，pH值增加。山丹等［23］針對油田污水中的SRB，分別通過pH值、溫度、聚丙烯酰胺、礦化度等幾個(gè)因素，研究了其對SRB生長的影響，研究得到pH值為8，溫度為40℃，礦化度為9000mg·L-1，聚丙烯酰胺為500mg·L-1時(shí)，C1-5生長得最好，在這些因素中，pH值影響效果最為顯著，其次是溫度和聚丙烯酰胺濃度，礦化度影響作用最低，而且當(dāng)溫度小于20℃或大于50℃時(shí)，pH值小于7或大于9時(shí)，聚丙烯酰胺質(zhì)量濃度大于1000mg·L-1時(shí)，SRB的生長都會受到抑制。

張艷等［24］對鐵細(xì)菌的幾個(gè)生長影響因素（包括溫度、化學(xué)需氧量、溶解氧）做了一系列的總結(jié)。酈和生等［25］研究了牛口峪石化污水回用于循環(huán)冷卻水時(shí)，pH、化學(xué)需氧量以及不同的離子（包括Ca2+、Mg2+、Fe3+、Cl-、SO42-）對細(xì)菌生長的影響，得到pH在酸性范圍內(nèi)有利于鐵細(xì)菌生長，對異養(yǎng)菌生長沒有影響；COD有利于細(xì)菌生長；不同的離子對細(xì)菌的影響也不同，Mg2+對鐵細(xì)菌和異養(yǎng)菌均有促進(jìn)作用；過多的Fe3+不利于鐵細(xì)菌的生長，但對異養(yǎng)菌沒有影響；Ca2+對異養(yǎng)菌的生長沒有影響，對FB生長有促進(jìn)作用；SO42-在100～300mg·L-1，Cl-在100～400mg·L-1濃度范圍變化時(shí)，不會影響異養(yǎng)菌和鐵細(xì)菌的生長。李玉萍等［26］研究了不同pH值、溫度、礦化度對中原油田污水中SRB和TGB生長規(guī)律的影響，并且分析了中原油田污水中TGB較難控制的原因。實(shí)驗(yàn)表明，SRB適于生長在pH值為6.0～9.0的范圍，pH值大于9時(shí)SRB的生長受到抑制，TGB在堿性環(huán)境下也可生長；30～40℃是適宜兩種細(xì)菌生長的溫度，而在90℃仍可檢出FB的存在；礦化度升高會降低兩種細(xì)菌的生存能力，TGB對pH值變化和溫度變化的適應(yīng)性均強(qiáng)于SRB。

3 結(jié)論與展望

3.1 結(jié)論

1）由于油田水多為底層水的混合水，成分復(fù)雜不穩(wěn)定，水質(zhì)情況也不同，所以不同區(qū)塊的油田污水環(huán)境對細(xì)菌生長影響情況也不一樣。

2）影響油田污水細(xì)菌的主要因素還是pH、溫度、COD等，并且3種細(xì)菌都有各自的最佳生長pH值和生長溫度，另外溶解氧含量的增加可以有效殺死厭氧菌。

3）不同離子對不同種類細(xì)菌生長有不同的影響，但不是影響細(xì)菌生長的主要因素。

3.2 展望

環(huán)境的改變能有效抑制細(xì)菌的生長繁殖，通過改變環(huán)境來抑制細(xì)菌生長的方法具有一定的可行性，對此提出以下展望:

1）在條件允許的情況下，可以通過改變影響細(xì)菌生長較為關(guān)鍵的因素（如溫度、pH值、COD等）來抑制油田細(xì)菌生長，另外，可通過曝氣方式來抑制殺死厭氧菌如SRB。

2）配合殺菌劑，改變水質(zhì)條件，力求殺菌劑在低濃度下其殺菌效果即可達(dá)到油田標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

3）在保證某種微生物對油田危害相對較小或沒有危害的前提下，可以利用微生物之間的競爭關(guān)系，來抑制另一種微生物的生長繁殖。

在倡導(dǎo)環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展的社會，尋找一條長期、高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的抑菌途徑實(shí)為必要，油田污水細(xì)菌的生長繁殖離不開周圍的環(huán)境因素，對細(xì)菌腐蝕機(jī)理深入研究，從細(xì)菌與周圍環(huán)境諸多因素出發(fā)，研究細(xì)菌不同環(huán)境下的生長規(guī)律，能夠?qū)τ吞锛?xì)菌生長抑制及腐蝕控制起到一定的指導(dǎo)作用。

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Research Progress on Influence Factors of Bacterial Growth in Domestic Oil Field Wastewater

TAN Xiang-dong
（China University of Petroleum（Beijing），Beijing 102249， China）

The gr owth of bacteria in oil fi eld wastewater was closely related to the environment， and the infl uence of different factors on the growth of bacteria was different. The infl uence factors of three kinds of bacteria—sulfate reducing bacteria （SRB）， saprophytic bacteria （TGB）， iron bacteria （FB） which were harmful to the oil fi eld wastewater， and the studies on the infl uence factors of bacteria in oilfi eld water with domestic scholars in recent years were discussed. For these studies proposed above， some feasible bacteriostasis method were given.

oil fi eld wastewater； bacteria； infl uence factor； antimicrobial method

X 741

A

1671-9905（2016）10-0053-04

譚向東（1991-），男，中國石油大學(xué)（北京）理學(xué)院應(yīng)化系化學(xué)工程專業(yè)在讀碩士研究生。E-mail:hellotanxiangdong@163. com。Tel:18810981210生物生長所需的碳源。因此作為水質(zhì)達(dá)標(biāo)的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)，COD的增加可能為細(xì)菌機(jī)體生長提供了較充足的能源物質(zhì)，在一定程度上促進(jìn)了細(xì)菌的生長繁殖，增加了管線等金屬設(shè)備腐蝕的可能。

2016-08-01