譚向東

（中國(guó)石油大學(xué)（北京），北京 102249）

實(shí)驗(yàn)室與分析

國(guó)內(nèi)油田污水細(xì)菌生長(zhǎng)影響因素研究進(jìn)展

譚向東

（中國(guó)石油大學(xué)（北京），北京 102249）

油田污水細(xì)菌的生長(zhǎng)與其周?chē)沫h(huán)境息息相關(guān)，不同的影響因素對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)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(zhǎng)影響因素，以及近幾年國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)油田污水細(xì)菌影響因素的研究成果，并針對(duì)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(duì)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?cè)谏L(zhǎng)代謝過(guò)程中會(huì)引起管線、金屬設(shè)備的腐蝕。國(guó)外學(xué)者Ivesron曾經(jīng)指出，在美國(guó)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(guó)內(nèi)，中國(guó)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(duì)于腐蝕問(wèn)題，世界各國(guó)投入了大量資金和技術(shù)，致力于尋求一條長(zhǎng)期控制細(xì)菌生長(zhǎng)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(zhǎng)影響因素。

1 細(xì)菌生長(zhǎng)影響因素

生命體的生存繁殖與其周?chē)沫h(huán)境因素息息相關(guān)，有利的因素可刺激細(xì)菌的生長(zhǎng)，反之會(huì)抑制細(xì)菌生長(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)的影響情況也不一樣。

1.1 溫度

影響細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖的因素中，溫度占有重要的地位，溫度的變化會(huì)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(guò)低過(guò)高的溫度會(huì)使細(xì)菌變性，生長(zhǎng)停滯甚至死亡。

1.2 pH

pH對(duì)細(xì)菌的影響主要是通過(guò)兩個(gè)方面:一是通過(guò)改變細(xì)菌細(xì)胞膜上的電荷，影響其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，從而抑制細(xì)菌生長(zhǎng)；二是通過(guò)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(huì)使酶的活性降低甚至消失，細(xì)菌因此生長(zhǎng)停滯或死亡。

1.3 礦化度

礦化度對(duì)細(xì)菌的影響是通過(guò)水中滲透壓的變化從而影響細(xì)菌的物質(zhì)運(yùn)輸過(guò)程，過(guò)高的礦化度可能會(huì)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(zhǎng)繁殖，相反，過(guò)高的溶解氧會(huì)抑制厭氧菌如SRB的生長(zhǎng)。SRB主要在較低的還原電位下硫酸鹽的異化還原過(guò)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(huì)增高還原電位，阻礙SRB異化硫酸鹽的還原過(guò)程，使其生長(zhǎng)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(huì)不同程度地影響細(xì)菌的生長(zhǎng)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(duì)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(guò)自身價(jià)態(tài)相互轉(zhuǎn)化（Fe2+≒Fe3+）實(shí)現(xiàn)所在酶?jìng)鬟f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(yáng)離子，它是某些酶（如蛋白酶）的激活劑［8］，但過(guò)高的鈣會(huì)使水中可溶性磷的含量降低，從而影響細(xì)菌生長(zhǎng)。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(dòng)力學(xué)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系［10］，反硝化細(xì)菌（DNB）會(huì)對(duì)硫酸鹽還原菌競(jìng)爭(zhēng)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(zhǎng)條件等。

1.8 其他因素

其他因素如重金屬等會(huì)對(duì)細(xì)菌產(chǎn)生毒害作用，抑制細(xì)菌生長(zhǎng)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(duì)其產(chǎn)生毒害作用。

2 國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展

對(duì)于油田水中環(huán)境因素對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)的影響，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)此做了許多相關(guān)研究?？等旱柔槍?duì)環(huán)境因素對(duì)江漢油田SRB的生長(zhǎng)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(zhǎng)溫度為20～30℃，最佳pH生長(zhǎng)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(zhǎng)，F(xiàn)e2+濃度為20mg·L-1是細(xì)菌適宜生長(zhǎng)的最低濃度，F(xiàn)e2+濃度高于400mg·L-1時(shí)對(duì)細(xì)菌的生長(zhǎng)沒(méi)有抑制作用，并針對(duì)以上所得提出了幾種抑制SRB的方法。吳文菲等［17］測(cè)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(huì)降低。劉勇等［18］對(duì)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(duì)TGB生長(zhǎng)沒(méi)有影響，在酸性范圍內(nèi)有利于FB生長(zhǎng)，較高COD有利于細(xì)菌生長(zhǎng)。

張小里等［19］專(zhuān)門(mén)對(duì)油田注水井中分離的SRB的生長(zhǎng)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(zhǎng)；在NaCl濃度小于0.818%時(shí)SRB可正常生長(zhǎng)，在0.972%～2.28%時(shí)只能在水下沉積物中生長(zhǎng)，大于2.45%時(shí)生長(zhǎng)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(zhǎng)高峰期延長(zhǎng)；Fe2+限制SRB生長(zhǎng)的濃度下限為6.8mg·L-1，高Fe2+濃度對(duì)SRB生長(zhǎng)無(wú)抑制作用；在厭氧環(huán)境下SRB生長(zhǎng)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(zhǎng)，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(duì)井筒中SRB在不同的溫度、pH以及溶解鹽情況下的生長(zhǎng)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(zhǎng)呈正相關(guān)性。pH為6～7時(shí)，細(xì)菌生長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)濃度。氯離子濃度為5000mg·L-1時(shí)，SRB生長(zhǎng)較為旺盛，當(dāng)濃度超過(guò)10000mg·L-1，SRB生長(zhǎng)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(duì)以上研究，作者提出可以通過(guò)環(huán)境因素來(lái)控制SRB的生長(zhǎng)，以降低腐蝕性。

俞敦義等［20］研究了溫度對(duì)SRB生長(zhǎng)的影響和SRB對(duì)油田套管的腐蝕作用，分析了溫度、Fe2+對(duì)碳鋼SRB腐蝕的影響。研究表明，37℃時(shí)，SRB生長(zhǎng)最佳，能夠加劇腐蝕，F(xiàn)e2+對(duì)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(huì)抑制細(xì)菌腐蝕。趙宇華等［21］對(duì)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(lèi)、甲烷菌）做了分析和總結(jié)。焦迪等［22］分離單種細(xì)菌，通過(guò)測(cè)定細(xì)菌的生長(zhǎng)曲線和硫酸鹽還原率，研究了SRB的生長(zhǎng)情況及離子強(qiáng)度對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)的影響。研究表明，細(xì)菌的生長(zhǎng)階段分為生長(zhǎng)期、穩(wěn)定生長(zhǎng)期和衰亡期；離子強(qiáng)度增強(qiáng)促進(jìn)了SRB的生長(zhǎng)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(duì)油田污水中的SRB，分別通過(guò)pH值、溫度、聚丙烯酰胺、礦化度等幾個(gè)因素，研究了其對(duì)SRB生長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)都會(huì)受到抑制。

張艷等［24］對(duì)鐵細(xì)菌的幾個(gè)生長(zhǎng)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?？谟鬯赜糜谘h(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(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)的影響，得到pH在酸性范圍內(nèi)有利于鐵細(xì)菌生長(zhǎng)，對(duì)異養(yǎng)菌生長(zhǎng)沒(méi)有影響；COD有利于細(xì)菌生長(zhǎng)；不同的離子對(duì)細(xì)菌的影響也不同，Mg2+對(duì)鐵細(xì)菌和異養(yǎng)菌均有促進(jìn)作用；過(guò)多的Fe3+不利于鐵細(xì)菌的生長(zhǎng)，但對(duì)異養(yǎng)菌沒(méi)有影響；Ca2+對(duì)異養(yǎng)菌的生長(zhǎng)沒(méi)有影響，對(duì)FB生長(zhǎng)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(huì)影響異養(yǎng)菌和鐵細(xì)菌的生長(zhǎng)。李玉萍等［26］研究了不同pH值、溫度、礦化度對(duì)中原油田污水中SRB和TGB生長(zhǎng)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(zhǎng)在pH值為6.0～9.0的范圍，pH值大于9時(shí)SRB的生長(zhǎng)受到抑制，TGB在堿性環(huán)境下也可生長(zhǎng)；30～40℃是適宜兩種細(xì)菌生長(zhǎng)的溫度，而在90℃仍可檢出FB的存在；礦化度升高會(huì)降低兩種細(xì)菌的生存能力，TGB對(duì)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(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)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(zhǎng)pH值和生長(zhǎng)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(duì)不同種類(lèi)細(xì)菌生長(zhǎng)有不同的影響，但不是影響細(xì)菌生長(zhǎng)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(zhǎng)繁殖，通過(guò)改變環(huán)境來(lái)抑制細(xì)菌生長(zhǎng)的方法具有一定的可行性，對(duì)此提出以下展望:

1）在條件允許的情況下，可以通過(guò)改變影響細(xì)菌生長(zhǎng)較為關(guān)鍵的因素（如溫度、pH值、COD等）來(lái)抑制油田細(xì)菌生長(zhǎng)，另外，可通過(guò)曝氣方式來(lái)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(duì)油田危害相對(duì)較小或沒(méi)有危害的前提下，可以利用微生物之間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，來(lái)抑制另一種微生物的生長(zhǎng)繁殖。

在倡導(dǎo)環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)，尋找一條長(zhǎng)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(zhǎng)繁殖離不開(kāi)周?chē)沫h(huán)境因素，對(duì)細(xì)菌腐蝕機(jī)理深入研究，從細(xì)菌與周?chē)h(huán)境諸多因素出發(fā)，研究細(xì)菌不同環(huán)境下的生長(zhǎng)規(guī)律，能夠?qū)τ吞锛?xì)菌生長(zhǎng)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(guó)石油大學(xué)（北京）理學(xué)院應(yīng)化系化學(xué)工程專(zhuān)業(yè)在讀碩士研究生。E-mail:hellotanxiangdong@163. com。Tel:18810981210生物生長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)繁殖，增加了管線等金屬設(shè)備腐蝕的可能。

2016-08-01