微生物在变压器油中的生长研究

饶 春，何昱昊，田 倩，何泽超

（1.四川大学化学工程学院，四川 成都610065；2.四川大学电气信息学院，四川 成都610065）

变压器油是石油经过分馏得到的产物之一，具有绝缘、散热、消弧作用。变压器油的主要成分是烷烃、环烷烃和芳香族化合物，其中碳氢元素质量分数为95%～99%［1］。在适宜条件下，这些烃类可作为碳源被微生物利用［2］。变压器油的性能对变压器的安全运行具有重大影响。在变压器油使用过程中存在介损值不明原因偏高的现象，现有的研究结论尚不一致。梅子青等［3］研究认为变压器油的细菌种类繁多，其对变压器油的影响较为明显。姬晓川等［4］研究发现存在以变压器油为唯一碳源的微生物，正常运行的变压器内部微生物无法生长繁殖，不会对油绝缘产生影响。韦强等［5］研究认为微生物在洁净的油中难以生长繁殖，不会对油的性能产生大的影响，只有在杂质、水较多的油中且温度适宜时才能大量生长，从而影响到油的质量。

作者从土壤中取样，分离纯化出多种能以变压器油为唯一碳源的好氧细菌和厌氧细菌，对细菌的生长条件进行研究，对比变压器油的运行条件并检测介损值偏高的变压器油，验证细菌在变压器油中生长繁殖的可能性。

1 实验

1.1 材料、培养基与仪器

变压器油样品分别为新油及从四川大英县变电站取样。

液体培养基［6］：牛肉膏5g·L－1，蛋白胨10g·L－1，氯化钠5g·L－1，pH值7.2左右。

固体培养基：在液体培养基中加入琼脂13g·L－1。

唯一碳源液体培养基：硫酸铵2g·L－1，柠檬酸三钠1g·L－1，硫酸镁0.2g·L－1，磷酸二氢钾6g·L－1，磷酸氢二钾4g·L－1，变压器油10mL，pH值7.0。

唯一碳源固体培养基：在唯一碳源液体培养基中加入琼脂12g·L－1。

SC－50X型电热恒温培养箱、DG－0.2型电热恒温培养箱，四川吉峰农业机电设备厂；SW－CJ－IO型单人净化工作台，苏州净化设备有限公司；YXQ.SG46.280－B型手提式压力蒸汽消毒器，成都胜利医用设备厂；XS－18型显微镜，江南光电（集团）股份有限公司；E331型pH计，上海康仪仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 微生物的富集、分离及纯化

取土壤样，接种到液体培养基中于37℃进行好氧及厌氧富集培养。再转移至唯一碳源培养基中于37℃好氧及厌氧培养数天（视菌落生长情况而定）。挑取富集培养物，采用平板划线法接种到培养基中，好氧菌倒置于培养箱中培养，厌氧菌于厌氧罐中培养。挑取特征明显的菌落，反复在平板上进行分离纯化，直至培养后的菌落具有单一特征，质地均匀。挑取分离纯化后的菌种接种到斜面培养基上培养，置冰箱保存。

1.2.2 菌属的鉴定

在细菌菌落生长一段时间后，进行外观形态拍照留存及革兰氏染色后镜检。按照《伯杰氏细菌鉴定手册》［7］对纯化的细菌进行鉴定［8］，将活化的细菌菌株转接到合适的培养基上，进行生理生化实验，并记录实验现象。

1.2.3 生长条件测定

pH值及温度实验：将富集培养的好氧细菌和厌氧细菌接种到生理盐水中，稀释摇匀，然后将菌液接种到不同pH值的唯一碳源培养基中，在不同温度下分别好氧和厌氧培养3d，再取培养液梯度稀释至固体培养基上进行平板计数，计算细菌浓度。

水分含量实验：将富集培养的好氧细菌和厌氧细菌先接种到生理盐水中，稀释摇匀，然后将菌液注入已灭菌并经硅胶吸水的变压器油中，加入生理盐水使初始pH值为7.0，油中水分含量不同，分别在40℃下好氧和厌氧培养3d，进行梯度稀释法计数。

1.2.4 验证实验

将固体培养基和唯一碳源培养基（不加碳源）等量分装至锥形瓶中，待其冷却后，在无菌条件下，分别取6mL样品加入各锥形瓶中，用棉塞塞住瓶口，在30℃的恒温培养箱中好氧和厌氧培养数天，每日观察。

2 结果与讨论

实验得到能以变压器油为唯一碳源生长的好氧细菌6株、厌氧细菌4株，对其进行初步验证。

2.1 好氧细菌鉴定结果

通过菌落形态观察、个体形态观察和生理生化实验，对6株好氧细菌进行了初步鉴定。其中菌落形态好、菌丝生长速度快的好氧细菌H1和H2的菌落形态、革兰氏染色照片和生理生化实验结果分别见图1、表1。

图1 好氧细菌H1和H2的菌落形态及革兰氏染色照片Fig.1 Colony morphology and Gram stain charts of strains H1and H2

表1 好氧细菌H1和H2的形态及生理生化特征Tab.1 The morphological，physiological and biochemical characteristics of strains H1and H2

按《伯杰氏细菌鉴定手册》对菌株进行初步鉴定，得知好氧细菌H1和H2分别为微球菌科微球菌属的藤黄微球菌种和芽孢杆菌科芽孢杆菌属的枯草芽孢杆菌种。鉴定表明，其余4株好氧细菌分别为微球菌科变异微球菌种、微球菌科葡萄球菌属、微球菌科动性球菌属、假单胞菌科假单胞菌属Ⅰ的恶臭假单胞菌种。

2.2 厌氧细菌鉴定结果

通过菌落形态观察、个体形态观察和生理生化实验，对4株厌氧细菌进行了初步鉴定。其中菌落形态好、菌丝生长速度快的厌氧细菌K1和K2的菌落形态、革兰氏染色照片和生理生化实验结果分别见图2、表2。

按《伯杰氏细菌鉴定手册》对菌株进行初步鉴定，得知厌氧细菌K1和K2分别为韦荣氏球菌科属Ⅰ韦荣氏球菌属和拟杆菌科脱硫弧菌属。鉴定表明，其余2株厌氧细菌分别为消化球菌科八叠球菌属、芽孢杆菌科芽孢杆菌属的蜡状芽孢杆菌种。

图2 厌氧细菌K1和K2的菌落形态及革兰氏染色照片Fig.2 Colony morphology and Gram stain charts of strains K1and K2

表2 厌氧细菌K1和K2的形态及生理生化特征Tab.2 The morphological，physiological and biochemical characteristics of strains K1and K2

2.3 生长条件测定结果

正常运行的变压器油中溶解气体的组成主要是氧气和氮气。但是，油中总含氧量与变压器油的密封方式、油的脱气程度、注油的真空度等因素有关。不同变压器中油的总气量及氧气含量均不同，油中氧气含量一般为0.3%～3%（体积分数）。故好氧细菌和厌氧细菌均可能在变压器油中生长。下面就对好氧细菌和厌氧细菌的生长条件进行研究。

2.3.1 pH值对微生物生长的影响

在pH值分别为4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0的唯一碳源液体培养基中，按1.2.3方法考察pH值对微生物在变压器油中生长的影响，结果如图3所示。

Fig.3 Effect of pH value on growth of microorganisms in transformer oil

由图3可知：低pH值（＜5.0）对微生物在变压器油中的生长有明显的抑制作用；好氧细菌最适生长pH值为7.0，厌氧细菌的最适生长pH值为6.5；好氧细菌在pH值大于7.0后其生长量呈下降趋势，厌氧细菌在pH值大于6.5后其生长量呈下降趋势。

根据国家标准［9］，变压器油在运行前的pH值≥5.4、运行后的pH值≥4.2。新变压器油一般不含酸性物质，pH值在6～7之间。在长期贮存和充入电气设备投入运行后，受到温度、电场及金属构件催化作用，油氧化产生有机酸等［10］，因而在变压器油使用过程中，变压器油大多处在酸性条件；而多数细菌的最适生长pH值为7.2～7.6。鉴于酸性条件下细菌的生长繁殖都会受到抑制，因此，在变压器油运行条件下，细菌的生长确会受到抑制。

2.3.2 温度对微生物生长的影响

在30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃条件下，按1.2.3方法考察温度对微生物在变压器油中生长的影响，结果如图4所示。

由图4可知：在低温环境下，细菌的生长速度随温度的升高而加快，在30～40℃之间，微生物在变压器油中大量生长；当温度高于50℃后，变压器油中无菌落生成；当温度降至正常值后，又有微生物菌落生成。这表明，高温对微生物在变压器油中的生长有抑制作用，但不会使其完全灭活。国家标准中取样油的温度为40～60℃，因此，此温度下细菌的生长会受到抑制。

图4 温度对变压器油中微生物生长的影响Fig.4 Effect of temperature on growth of microorganisms in transformer oil

2.3.3 水分含量对微生物生长的影响

水是微生物生长的必要条件，故水分是微生物在变压器油中生长的一个重要限制条件。变压器油中水分含量（mg·L－1）分别为20、40、60、80、100、120、140、1 000、10 000，按1.2.3方法考察水分含量对微生物在变压器油中生长的影响。结果发现，在变压器油中水分含量为20～140mg·L－1时，均没有细菌菌落生成，只有在游离水存在时，微生物才能在变压器油中存活，且水分含量越高，菌种的数量越多。

实际电力生产中对变压器油中的微水含量有着严格的要求［11］，国家标准规定，变压器油运行条件为H2O含量≤35.0mg·L－1，因此在40℃下变压器油对水的溶解范围内，微生物不能利用溶解的水生长。

2.4 验证实验结果

从大英公司110kV蓬莱站介损值偏高的变压器中无菌取油样，分别进行好氧和厌氧条件检测，未检测出微生物。表明微生物不是变压器介损值偏高的直接原因。

3 结论

（1）以土壤为细菌来源，分离出能以变压器油为唯一碳源的好氧细菌6株、厌氧细菌4株，说明在适宜条件下，微生物能在变压器油中生长繁殖。

（2）变压器油pH值≤5.0时，能抑制微生物的生长；当温度≥50℃时，微生物不能利用变压器油生长；无游离水时，微生物也不能利用变压器油生长。说明在变压器油工作状态下，微生物不能在其中生长繁殖。

（3）从运行中的介损值偏高的变压器中取油样，未检测出微生物。

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