燃油微生物污染问题及防治

杨海燕，吕 慧

(中国石油天然气股份有限公司独山子石化分公司研究院，新疆 独山子 833699)

1895 年人们就已经发现石油产品中有微生物生长，20 世纪50 年代美国开始研究空军航空燃料的微生物污染问题。1958 年美国空军一架B-52 轰炸机由于微生物污染引起燃油过滤系统堵塞而坠毁，燃油微生物污染的危险性才得到重视。

随着航空、汽车和船舶业的快速发展，燃油用量越来越大。近年来，由于燃油产品更新换代，品种增多，宽流程燃料的使用及添加剂种类的变化，不断有燃油储运过程中受微生物污染的报道。由于微生物超强的生存能力，原油的开采、加工、运输和保存等的各个环节都面临着微生物的污染［1］。

在微生物污染的管理方面，国内目前尚没有明确的规章和规范可供参考。各油品检测及化验部门对于微生物的检测、杀灭等方法所知甚少，需要我们加大研究、宣传力度，加快规章的制定速度，重视微生物污染问题。

1 微生物污染来源

1.1 水、氧是微生物生长繁殖的必要条件

在运输、灌油、储存等环节，难以避免氧的流入，按照GB252—2000《轻柴油质量标准》、Q/SHR006—2000《城市车用柴油质量标准》，每升合格的柴油中约含有0.2 mL 的水，其中三分之一溶解于燃油，其余的水沉积到储罐底部，随着水分的累积，在罐中形成油层和水层。水、氧气及适宜的温度，为微生物在油料中的迅速生长提供了有利条件。微生物通常在燃油和水的界面生长，它们能利用烃类作为碳源并从水层中获得必需的微量元素。代谢作用会产生更多的水，促进微生物繁殖。

1.2 燃油中的添加剂

为了提高使用性能，燃油中还投加了各种添加剂，主要有抗暴剂、金属钝化剂、防冰剂、防胶剂、抗静电剂、抗磨剂、流动改进剂、消烟剂、助燃剂、表面活性剂和杀菌剂等。有些添加剂可为微生物提供生长所需的氮源和微量元素，而有些添加剂本身就带有微生物。

1.3 碳氢化合物组成与微生物污染

成品燃油主要种类有汽油、煤油和柴油等，主要成分都是碳氢化合物，只是组成中烃类的碳链长度不同(见表1)。燃油中低分子量的烃类对细胞膜具有溶解性，对微生物是有害的，而长链烃类的可作为微生物生长所需要的碳源。一般微生物优先选择利用C10-C18 碳链的烃类，所以煤油和柴油受微生物污染比汽油普遍［2］。

表1 主要燃油种类及组成

2 微生物污染的危害

(1)微生物污染最主要的危害是导致燃油变质，影响性能指标，另外在储运和使用过程中会造成腐蚀和堵塞问题。

(2)直接危害:分解碳氢化合物和添加剂;代谢生成水，提高燃油水分含量;硫酸盐还原菌会增加硫含量，使燃油出现银片腐蚀不合格问题［3］;代谢产物分散于燃油中，增加燃油悬浮颗粒;有些代谢产物使油水乳化，细胞会进入油相生成粘泥;微生物通过形成菌膜等方式截留燃油储存系统中的水，致使排水不完全。

(3)间接危害:结垢会堵塞管道、阀门、过滤器、油泵和火花塞等;腐蚀储罐、管道和引擎等;引起机器故障，造成油表失灵、喷油器污染等;环境污染方面，储罐腐蚀引起燃油泄漏污染环境;细菌分泌内毒素、致病菌等对健康造成危害。

3 微生物污染跟踪检测

原油及燃油微生物主要生存在水相或者油水接触界面，因此微生物监控也集中于水相研究。

燃油微生物检测使用的方法有平板计数法、菌落总数测试片法，把样品进行一定稀释后进行培养，根据平皿或试片上的菌落数、稀释倍数和样品量得出样品的微生物数量;生物荧光技术是检测微生物污染的发展趋势，主要优点是高灵敏度(10-18～10-13mol/L ATP)和高速度(每次分析仅仅需要12 min)［4］。

4 微生物污染的防治

控制原油及燃料油品微生物最主要的物理方法包括油料除水、有效过滤、紫外光和电磁辐射、加热等。

4.1 物理方法

4.1.1 去水

解决微生物污染问题的最好方法是预防污染的发生。最好的预防措施是储存和使用过程中尽可能减少储罐和油箱中的自由水。

首先应确保燃油洁净，水分含量不超标。定期对油罐和油箱进行定期清洗，避免微生物再次污染新燃油。尽量减少水分进入燃油的机会，储存时采用浮顶罐，最大限度减少燃油上面的空气层。同时，定期排水，把油罐的积水及时排走，减少微生物污染的机会。定期检查过滤系统，看是否有粘泥，及时更换过滤器［5］。

4.1.2 过滤

微生物平均体积只有几立方微米，有的还小于一立方微米，能轻易通过常规滤网，因此传统的燃油过滤方法不能有效防治微生物污染。棉、玻璃纤维、合成橡胶，用硝酸银处理后，具有灭菌特性。

4.1.3 加热

热处理也是对抗微生物污染的传统方法之一。原油降解菌生长和繁衍最适的温度为10～40 ℃。温度和加热时间是热处理法控制微生物污染的关键因素。试验表明，把原油在20 s 内加热到70 ℃，或者10 s 内加热到80 ℃，就可以大大减少微生物的数量。但要将一个大的储罐整体加热到70～80 ℃是很困难的，所以热处理法只适用于小的油罐，同时热处理本身也会导致某些油料降解。

4.1.4 紫外光和电磁辐射处理

利用超高频脉冲场结合紫外光辐射对各种油料进行灭菌处理后，微生物全部被消灭，同时油料的温度保持稳定，化学成分未发生变化，但由于费用太高，且对工作人员具有潜在的危害，这种方法至今未能得到广泛应用。

4.2 化学方法

物理方法主要不足在于有效时间短，处理之后再污染，因此防治原油及燃料油品微生物污染更有效的方法是化学方法，而化学方法最有效的措施就是往燃油中添加杀菌剂来预防和控制。杀菌剂广泛应用于各种工业系统，在控制微生物方面起到了不可替代的作用［6］。

燃油使用杀菌剂分为两种情况:一种是为预防燃油微生物污染而在燃油中预先添加一定量的杀菌剂进行保护;一种是燃油微生物污染后，用杀菌剂对微生物进行杀灭，避免更严重的污染发生。

5 柴油杀菌剂的筛选评价

5.1 目的

美国材料与试验协会(ASTM)的指标为:罐底水中无论何种微生物污染达到105个/mL，均为显著的微生物污染。同时，燃油中只要检测出微生物污染，就表明需要采取纠正措施。

5.2 柴油杀菌剂的选择

按环境安全，低毒高效以及经济适用确定杀菌剂的筛选范围;确定筛选出杀菌剂的最适用量。

由于油溶性杀菌剂的优势是作用于整个储罐，甚至是罐底水，并能伴随燃油的分配进入到下游系统，而且油溶性的杀菌剂在燃油和水中充分溶解，有迁移到水相中的能力，在燃油中的化学稳定性好，不形成燃油乳化液，对燃油及其规格没有负面影响，与燃油添加剂有良好的相容性，依此原则，选择了1 号、2 号、3 号三种油溶性的柴油杀菌剂进行了筛选评价试验［7］。

5.3 样品的配制

5.3.1 样品的富集

采用了微生物含量高、具有代表性的柴油罐底油水混合物进行了杀菌剂的杀菌效果评价试验，0 号柴油和罐底水的比例为体积比1∶1。

5.3.2 杀菌剂的配制

用柴油做为溶剂配制成杀菌剂质量浓度为2 000 mg/L的溶液作为母液，按投加浓度从母液中吸取一定体积杀菌剂溶液加入到油水混合物中。

5.4 试验方法

将选用的柴油杀菌剂分别按100，200，300，400，500 和600 mg/L 质量浓度投加到油水混合物的样品中，模拟现场条件，将投加杀菌剂的样品放入生物摇床中摇晃4h 进行充分地混合，从投加杀菌剂的时刻算起，分别对4，8，12 及24 h杀菌剂作用时间的样品进行微生物群体数量检测，检测的项目主要是菌落总数，同时做空白试验进行比较，通过杀菌率评价柴油杀菌剂的杀菌效果。

5.5 仪器设备

PE-200 电子天平;DHG-9140 电热鼓风干燥箱;LCB-012V 层流工作台;SPX-250B-E 生化培养箱;AES-28 高压灭菌锅;ZQ-88 型生物恒温摇床;菌落总数测试片;若干玻璃器皿。

5.6 灭菌效果

1 号、2 号、3 号三种柴油杀菌剂灭菌效果见图1 至图4(三种柴油杀菌剂不同作用时间杀菌率数据图)。

图1 柴油杀菌剂作用4 h 的杀菌率数据

图2 柴油杀菌剂作用8 h 的杀菌率数据

图3 柴油杀菌剂作用12 h 的杀菌率数据

图4 柴油杀菌剂作用24 h 的杀菌率数据

筛选评价杀菌剂要从两个方面进行考虑，一是经济，二是高效，即在最低投加量的基础上能达到高效灭菌的效果。依据此要求，从图1至图4 的效果评价结果可以看出:1 号 柴油杀菌剂在最低投加质量浓度400 mg/L 时，在杀菌剂作用24 h 后，杀菌率能达到95.97%;2 号 柴油杀菌剂在最低投加质量浓度200 mg/L 时，在杀菌剂作用24 h 后，杀菌率能达到95.38%;3号柴油杀菌剂在最低投加质量浓度400 mg/L时，在杀菌剂作用24 h 后，杀菌率能达到97.15%。

如果要求在最短的时间内，达到高效灭菌的效果，从图1 至图4 的效果评价结果可以看出:1号柴油杀菌剂在投加质量浓度500 mg/L 时，在杀菌剂作用12 h 后，杀菌率能达到93.15%;2 号 柴油杀菌剂在投加质量浓度500 mg/L 时，在杀菌剂作用4 h 后，杀菌率能达到95.77%;3 号 柴油杀菌剂在投加质量浓度600 mg/L 时，在杀菌剂作用4 h 后，杀菌率能达到93.45%。

6 工业应用

目前柴油中存在的微生物主要发现在炼油新区成品罐区和输油管线、首站计量站，因此决定在炼油新区成品调合储罐进行加注杀菌剂消除微生物。根据筛选评价结果，在保证经济高效的前提下，首选使用2 号柴油杀菌剂，按照200 mg/L 投加进行现场工业应用。

6.1 应用方案

首先从T-106 柴油罐开始，按照2 号柴油杀菌剂200 mg/L 投加质量浓度进行杀菌剂加注(杀菌剂加注流程示意见图5)。T-106 柴油罐杀菌完毕后，根据实际杀灭效果和杀菌剂残留浓度情况，将T-106 罐中柴油全部转入其它储罐，同时适当补充一些杀菌剂，确保准确的投加浓度，以此类推，彻底杀灭、置换柴油调合储罐和调合系统，最后一罐柴油根据分析情况和柴油含杂情况，在分析确认柴油切水中细菌杀灭率大于90%，细菌总数下降到103个/mL 以下，可以向外输送柴油。

图5 杀菌剂加注流程示意

6.2 灭菌效果验证

在确保2 号柴油杀菌剂，按照200 mg/L 的投加质量浓度进行杀菌处理，并确保杀菌剂均匀分散于柴油中后，在储罐中持续杀菌24 h 以上，要求微生物杀灭率不小于90%，且菌落总数下降到103个/mL 以下，灭菌效果见下表2。

表2 柴油罐杀菌结果汇总表

柴油罐杀菌处理进行了9 罐，加注质量浓度一直保持在200 mg/L，从表2 检测结果看出，各罐微生物杀灭率基本在99%以上，杀菌后菌落数均控制在103个/mL 以下，完全满足微生物杀灭率不小于90%，菌落总数小于103个/mL 的菌落数要求。

7 结束语

由于微生物超强的生存能力，燃油微生物的污染存在于开采、加工、运输和保存等的各个环节，而且不断有燃油储运过程中受微生物污染的报道，应引起足够的重视，防患于未然。燃油微生物污染的产生主要是水分为微生物生长繁殖提供了必要条件;燃油中的各种添加剂中，有些添加剂可为微生物提供生长所需的氮源和微量元素，而有些添加剂本身就带有微生物。燃油中主要成分都是碳氢化合物，一般微生物优先选择利用C10-C18 长链的烃类作为微生物生长所需要的碳源，所以煤油和柴油受微生物污染比汽油(短链烃)普遍。燃油微生物污染最直接的危害是导致燃油变质，影响性能指标，另外在储运和使用过程中会造成腐蚀和堵塞问题;燃油微生物污染的防治采取物理方法有去水、过滤、加热、紫外光和电磁辐射处理等，化学方法最有效的措施就是往燃油中添加杀菌剂来预防和控制。

根据某企业柴油中存在微生物污染的情况，选择了1 号、2 号、3 号三种柴油杀菌剂进行了筛选评价，根据经济高效的原则优选了2 号柴油杀菌剂，并进行了现场应用，各柴油罐微生物杀灭率基本在99%以上，灭菌效果良好，确保了出厂成品油的质量。柴油杀菌剂的投加不但可预防燃油微生物污染，而且可在燃油受微生物污染后，对微生物进行杀灭，避免进一步的污染发生。

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［2］向廷生，万家云，蔡春芳.硫酸盐还原菌对原油的降解作用和硫化氢的生成［J］.天然气地球科学，2004，15(2):171-173.

［3］张廷山，陈晓慧，姜照勇，等.石油微生物特性的试验研究［J］.西南石油大学学报，2007，29(6):58-62.

［4］郭玲玲，陈国需，杨致邦，等.喷气燃料中微生物的研究现状［J］.能源研究与信息，2007，23(4):187-192.

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［7］聂臻，姚占力，牛自得.我国油田注水用杀菌剂的应用现状及发展趋势［J］.油田地面工程，1999，18(3):1-4.