国内油田污水细菌生长影响因素研究进展

谭向东

（中国石油大学（北京），北京 102249）

实验室与分析

国内油田污水细菌生长影响因素研究进展

谭向东

（中国石油大学（北京），北京 102249）

油田污水细菌的生长与其周围的环境息息相关，不同的影响因素对细菌生长的影响程度不同。本文论述了油田污水中危害最大的3种细菌——硫酸盐还原菌（SRB）、腐生菌（TGB）、铁细菌（FB）的生长影响因素，以及近几年国内学者对油田污水细菌影响因素的研究成果，并针对这些研究提出了一些可行的抑菌方法。

油田污水； 细菌；影响因素；抑菌方法

油田污水中细菌的存在对油田造成了巨大的损失，其中危害最大的是硫酸盐还原菌（SRB）、腐生菌（TGB）、铁细菌（FB），它们在生长代谢过程中会引起管线、金属设备的腐蚀。国外学者Ivesron曾经指出，在美国生产油井中发生的腐蚀，77%以上是由SRB造成的，大部分是点蚀［1］。在国内，中国石油天然气总公司1992年的统计显示，每年由于腐蚀给油田造成的损失约两亿元人民币［2］。对于腐蚀问题，世界各国投入了大量资金和技术，致力于寻求一条长期控制细菌生长及腐蚀的、可行性较好的方法，以提高油田生产的整体效益。要想有效地控制细菌，使细菌数量达到油田注水标准，就应该首先了解细菌的生长影响因素。

1 细菌生长影响因素

生命体的生存繁殖与其周围的环境因素息息相关，有利的因素可刺激细菌的生长，反之会抑制细菌生长或引起细菌的变异或死亡。细菌也是生命体，环境因素的变化可能引起细菌的死亡、生长停滞或加速繁殖。由于油田水多为底层水的混合水，具有成分复杂不稳定的特点，不同地区的水质情况不同，其对细菌生长的影响情况也不一样。

1.1 温度

影响细菌生长繁殖的因素中，温度占有重要的地位，温度的变化会影响细菌体内酶的活性，适宜的温度有利于细菌的繁殖，过低过高的温度会使细菌变性，生长停滞甚至死亡。

1.2 pH

pH对细菌的影响主要是通过两个方面:一是通过改变细菌细胞膜上的电荷，影响其营养物质的吸收，从而抑制细菌生长；二是通过影响细菌体内酶的活性，酶只有在一定的pH值下才能发挥较大的催化性能。pH的增大或降低都会使酶的活性降低甚至消失，细菌因此生长停滞或死亡。

1.3 矿化度

矿化度对细菌的影响是通过水中渗透压的变化从而影响细菌的物质运输过程，过高的矿化度可能会使细菌脱水死亡。

1.4 溶解氧含量

溶解氧含量的适量增加，能够加速好氧菌生长繁殖，相反，过高的溶解氧会抑制厌氧菌如SRB的生长。SRB主要在较低的还原电位下硫酸盐的异化还原过程中获取能量，它能在氧浓度较低的环境中生存，高浓度氧会增高还原电位，阻碍SRB异化硫酸盐的还原过程，使其生长受到抑制［3］。

1.5 化学需氧量

化学需氧量（COD）表示水中还原性物质的多少，包括水中的有机物、还原性离子、所添加的化学药剂等，其中大都是有机成分，而大部分有机物是微

1.6 离子浓度

如Mg2+、Fe2+、Fe3+、Ca2+、SO等离子，都会不同程度地影响细菌的生长代谢。Mg2+在微生物细胞中某些细胞结构如核糖体、细胞膜等的稳定上起重要作用，也是构成生物机体内某些酶的活性成分，高浓度 Mg2+对保持膜的硬度、提高细胞壁合成酶的活性极为重要［4-5］。Fe2+、Fe3+是组成细胞中各种酶的活性基成分，在细胞内部通过自身价态相互转化（Fe2+≒Fe3+）实现所在酶传递电子的作用［6-7］。Ca2+是微生物细胞内一种重要的二价阳离子，它是某些酶（如蛋白酶）的激活剂［8］，但过高的钙会使水中可溶性磷的含量降低，从而影响细菌生长。硫是某些氨基酸组成元素之一，是组成蛋白质元素不可或缺的部分，同时也参与一些生理代谢活性物质的组成，因此硫在机体内的物质代谢上起着重要作用［9］。

1.7 细菌间的相互作用

如产甲烷菌（MPB）与硫酸盐还原菌存在一定的动力学竞争关系［10］，反硝化细菌（DNB）会对硫酸盐还原菌竞争产生抑制作用［11-16］，又如TGB可以产生大量黏泥等代谢产物，附着在管壁上，能够为SRB提供良好的厌氧生长条件等。

1.8 其他因素

其他因素如重金属等会对细菌产生毒害作用，抑制细菌生长甚至能杀死细菌。又如油田污水中的化学添加剂可以被细菌分解利用，也可以对其产生毒害作用。

2 国内研究进展

对于油田水中环境因素对细菌生长的影响，国内学者对此做了许多相关研究。康群等针对环境因素对江汉油田SRB的生长规律的影响做了相关研究，研究表明，中原油田SRB最适宜的生长温度为20～30℃，最佳pH生长范围为6.5～7.5，2×104～6×104mg·L-1的矿化度范围最适合SRB的生长，Fe2+浓度为20mg·L-1是细菌适宜生长的最低浓度，Fe2+浓度高于400mg·L-1时对细菌的生长没有抑制作用，并针对以上所得提出了几种抑制SRB的方法。吴文菲等［17］测得SRB具有很强的pH适应能力，NaCl浓度由4g·L-1增到50g·L-1时，各厌氧菌的活性会降低。刘勇等［18］对新疆克拉玛依百口泉污水进行了研究，研究结果表明，pH对TGB生长没有影响，在酸性范围内有利于FB生长，较高COD有利于细菌生长。

张小里等［19］专门对油田注水井中分离的SRB的生长特性进行了研究。结果表明，SRB不是严格意义上的厌氧菌，它在4.5mg·L-1浓度的溶解氧中也可以生存，但在9.0mg·L-1的溶解氧浓度下不能生长；在NaCl浓度小于0.818%时SRB可正常生长，在0.972%～2.28%时只能在水下沉积物中生长，大于2.45%时生长完全受到抑制。在实验铁离子浓度范围内，随着离子浓度的增大，SRB代谢活力增强，生长高峰期延长；Fe2+限制SRB生长的浓度下限为6.8mg·L-1，高Fe2+浓度对SRB生长无抑制作用；在厌氧环境下SRB生长的适宜pH为6.5～7.5，pH小于5.5或大于8.0时SRB不能生长，在有氧环境下SRB在pH 8～8.5时仍能生存乃至增殖。孟章进等对井筒中SRB在不同的温度、pH以及溶解盐情况下的生长规律进行了研究，得到在37～80℃温度范围内变化时，细菌菌量先增加到一定程度，后随着温度的增加而减少的实验结果，并得到腐蚀率与细菌的生长呈正相关性。pH为6～7时，细菌生长情况比较良好，而在酸性条件（pH为4时）或碱性条件（pH为9.5）下，细菌的生长受到抑制；SO浓度的变化直接影响到SRB数量的变化，在500～4000mg·L-1浓度范围内，SRB菌量先增加后减少，且1000mg·L-1是SRB的最佳生长浓度。氯离子浓度为5000mg·L-1时，SRB生长较为旺盛，当浓度超过10000mg·L-1，SRB生长受到抑制；随着硫化物浓度增大，SRB数量先增多后趋于平稳。针对以上研究，作者提出可以通过环境因素来控制SRB的生长，以降低腐蚀性。

俞敦义等［20］研究了温度对SRB生长的影响和SRB对油田套管的腐蚀作用，分析了温度、Fe2+对碳钢SRB腐蚀的影响。研究表明，37℃时，SRB生长最佳，能够加剧腐蚀，Fe2+对SRB的碳钢腐蚀也与温度有关，同样37℃时能够加剧细菌腐蚀作用，而60℃则会抑制细菌腐蚀。赵宇华等［21］对SRB的代谢机理，以及硫酸盐还原菌的影响因子（包括pH、碱度、温度、基质碳源种类、甲烷菌）做了分析和总结。焦迪等［22］分离单种细菌，通过测定细菌的生长曲线和硫酸盐还原率，研究了SRB的生长情况及离子强度对细菌生长的影响。研究表明，细菌的生长阶段分为生长期、稳定生长期和衰亡期；离子强度增强促进了SRB的生长繁殖；pH值的变化可以反映出细菌活性的变化情况，即细菌活性减弱时，pH值降低，细菌活性增加时，pH值增加。山丹等［23］针对油田污水中的SRB，分别通过pH值、温度、聚丙烯酰胺、矿化度等几个因素，研究了其对SRB生长的影响，研究得到pH值为8，温度为40℃，矿化度为9000mg·L-1，聚丙烯酰胺为500mg·L-1时，C1-5生长得最好，在这些因素中，pH值影响效果最为显著，其次是温度和聚丙烯酰胺浓度，矿化度影响作用最低，而且当温度小于20℃或大于50℃时，pH值小于7或大于9时，聚丙烯酰胺质量浓度大于1000mg·L-1时，SRB的生长都会受到抑制。

张艳等［24］对铁细菌的几个生长影响因素（包括温度、化学需氧量、溶解氧）做了一系列的总结。郦和生等［25］研究了牛口峪石化污水回用于循环冷却水时，pH、化学需氧量以及不同的离子（包括Ca2+、Mg2+、Fe3+、Cl-、SO42-）对细菌生长的影响，得到pH在酸性范围内有利于铁细菌生长，对异养菌生长没有影响；COD有利于细菌生长；不同的离子对细菌的影响也不同，Mg2+对铁细菌和异养菌均有促进作用；过多的Fe3+不利于铁细菌的生长，但对异养菌没有影响；Ca2+对异养菌的生长没有影响，对FB生长有促进作用；SO42-在100～300mg·L-1，Cl-在100～400mg·L-1浓度范围变化时，不会影响异养菌和铁细菌的生长。李玉萍等［26］研究了不同pH值、温度、矿化度对中原油田污水中SRB和TGB生长规律的影响，并且分析了中原油田污水中TGB较难控制的原因。实验表明，SRB适于生长在pH值为6.0～9.0的范围，pH值大于9时SRB的生长受到抑制，TGB在碱性环境下也可生长；30～40℃是适宜两种细菌生长的温度，而在90℃仍可检出FB的存在；矿化度升高会降低两种细菌的生存能力，TGB对pH值变化和温度变化的适应性均强于SRB。

3 结论与展望

3.1 结论

1）由于油田水多为底层水的混合水，成分复杂不稳定，水质情况也不同，所以不同区块的油田污水环境对细菌生长影响情况也不一样。

2）影响油田污水细菌的主要因素还是pH、温度、COD等，并且3种细菌都有各自的最佳生长pH值和生长温度，另外溶解氧含量的增加可以有效杀死厌氧菌。

3）不同离子对不同种类细菌生长有不同的影响，但不是影响细菌生长的主要因素。

3.2 展望

环境的改变能有效抑制细菌的生长繁殖，通过改变环境来抑制细菌生长的方法具有一定的可行性，对此提出以下展望:

1）在条件允许的情况下，可以通过改变影响细菌生长较为关键的因素（如温度、pH值、COD等）来抑制油田细菌生长，另外，可通过曝气方式来抑制杀死厌氧菌如SRB。

2）配合杀菌剂，改变水质条件，力求杀菌剂在低浓度下其杀菌效果即可达到油田标准规定。

3）在保证某种微生物对油田危害相对较小或没有危害的前提下，可以利用微生物之间的竞争关系，来抑制另一种微生物的生长繁殖。

在倡导环保与可持续发展的社会，寻找一条长期、高效、经济、环保的抑菌途径实为必要，油田污水细菌的生长繁殖离不开周围的环境因素，对细菌腐蚀机理深入研究，从细菌与周围环境诸多因素出发，研究细菌不同环境下的生长规律，能够对油田细菌生长抑制及腐蚀控制起到一定的指导作用。

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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

谭向东（1991-），男，中国石油大学（北京）理学院应化系化学工程专业在读硕士研究生。E-mail:hellotanxiangdong@163. com。Tel:18810981210生物生长所需的碳源。因此作为水质达标的一个重要标准，COD的增加可能为细菌机体生长提供了较充足的能源物质，在一定程度上促进了细菌的生长繁殖，增加了管线等金属设备腐蚀的可能。

2016-08-01