油田污水中硫酸鹽還原菌生長規(guī)律研究*

王 超，蘇婷婷，常裕卓，王 玥

（黑龍江省油田應(yīng)用化學(xué)與技術(shù)重點實驗室 大慶師范學(xué)院，黑龍江 大慶 163712）

隨著國內(nèi)油田開采進(jìn)入中后期，驅(qū)油方式由水驅(qū)驅(qū)油轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)驅(qū)驅(qū)油[1-3]，油田采出液中含水量逐漸增加，產(chǎn)出了大量的油田污水[4,5]。油田污水主要來源是隨著原油從油井中一起采出的地層水，除了水還包括原油、陰陽離子、微生物、化學(xué)助劑等，有很好的洗油能力，為了保持地層壓力提高采收率，同時保護(hù)環(huán)境，可以將油田污水進(jìn)行集中處理后回注到地層中[6]。

硫酸鹽還原菌（SRB）是一種油田污水中常見的厭氧型微生物，可以通過自身的異化作用將污水中的S轉(zhuǎn)變?yōu)镾2-，S2-的大量存在會使水質(zhì)惡化[7]；同時硫酸鹽還原菌和鐵細(xì)菌協(xié)同作用會腐蝕金屬管道設(shè)備[8-10]，因此，在油田污水處理過程中對其含量進(jìn)行嚴(yán)格的控制，回注污水中硫酸鹽還原菌不得超過25個·mL-1。

目前，油田污水處理過程中對SRB的處理方法主要是投放殺菌劑和曝氧處理[11-13]，在處理初期雖然可以去除大量SRB，但隨著水體中殺菌劑濃度和溶解氧含量的降低，SRB依靠污水中適宜的環(huán)境因素，進(jìn)行自身的繁殖，使得水質(zhì)情況再次變差，因此，要對污水中有利于細(xì)菌生長的營養(yǎng)物質(zhì)和所處的環(huán)境因素進(jìn)行改變，有效減少SRB自身的繁殖。

本實驗以大慶油田某采油廠油田污水作為研究對象，室內(nèi)模擬配制油田污水，對SRB在模擬污水中的生長規(guī)律進(jìn)行研究。主要針對細(xì)菌生長時間、污水pH值、水中聚合物和表面活性劑含量以及污水環(huán)境溫度為影響條件，對細(xì)菌在不同條件下在污水中的數(shù)量進(jìn)行測試，評價不同條件下SRB在油田污水中的生長規(guī)律，對抑制油田污水中微生物生長，提高污水回注質(zhì)量起到一定的指導(dǎo)作用。

1 實驗部分

1.1 樣品性質(zhì)

實驗所用油田污水取自大慶油田某采油廠污水沉降罐。使用殺菌取樣瓶取樣并對水溫進(jìn)行測試，實驗室內(nèi)測定污水基本性質(zhì)及組成，測試結(jié)果見表1。根據(jù)現(xiàn)場污水組成室內(nèi)配制模擬污水。

表1 油田污水性質(zhì)及組成Tab.1 Property and composition of oilfield sewage

1.2 實驗藥品

1600萬分子量聚合物；濃度50（wt）%石油磺酸鹽；HCl（哈爾濱理工）；無水Na2CO3（國藥）；SRB細(xì)菌測試瓶（北京華興）；99.99%N2；硫酸鹽還原菌專屬培養(yǎng)基（海博生物）；D-乳酸鈉（海博生物）。

1.3 實驗方法

1.3.1 微生物培養(yǎng) 稱量5.2g硫酸鹽還原菌專屬培養(yǎng)基和1.1g D-乳酸鈉，溶解于1000mL蒸餾水中，并在120℃高壓環(huán)境下滅菌。在厭氧條件下，使用滅菌后的培養(yǎng)基對油田污水中的SRB進(jìn)行富集培養(yǎng)提純后用于后續(xù)試驗。細(xì)菌含量測試方法根據(jù)SY/T 0532-2012《油田注入水細(xì)菌分析方法絕跡稀釋法》，使用SRB細(xì)菌測試瓶進(jìn)行測試。

1.3.2 時間對SRB生長的影響 厭氧環(huán)境下向模擬污水中加入純化后的SRB，含量為103個·mL-1，在不同培養(yǎng)時間下對SRB含量和S2-含量進(jìn)行測試。

1.3.3 pH值對SRB生長影響 使用濃度為1（wt）%的HCl溶液和Na2CO3溶液對模擬污水進(jìn)行pH值調(diào)節(jié)，pH值范圍為4～11，在厭氧環(huán)境下向不同酸堿度的模擬污水中加入純化培養(yǎng)后的細(xì)菌，初始細(xì)菌濃度為103個·mL-1，3d后對細(xì)菌濃度進(jìn)行測試。

1.3.4 聚合物對SRB生長的影響 配制不同聚合物濃度的模擬污水，聚合物濃度分別為50、100、200、400、600、800、1000mg·L-1，厭氧環(huán)境下向不同濃度聚合物模擬污水中加入103個·mL-1SRB，3d后對模擬污水中SRB含量進(jìn)行測試。

1.3.5 表活劑對SRB生長的影響 向模擬污水中加入不同濃度的石油磺酸鹽，模擬污水中表活劑含量分別為25、50、75、100、125mg·L-1，厭氧環(huán)境下加入SRB，污水中含量為103個·mL-1，3d后對SRB含量進(jìn)行測試。

1.3.6 溫度對SRB生長的影響 根據(jù)現(xiàn)場污水基本組成配制模擬污水后，向污水中加入103個·mL-1SRB，將含有SRB的模擬污水分別放入不同溫度下進(jìn)行細(xì)菌培養(yǎng)，3d后對樣品中的細(xì)菌含量測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 培養(yǎng)時間對SRB生長的影響

不同培養(yǎng)時間測試模擬污水中SRB含量及代謝產(chǎn)物S2-濃度。測試結(jié)果見圖1。

圖1 不同培養(yǎng)時間SRB及S2-含量變化Fig.1 SRB and S2-content in different growth time

由圖1可知，0～12h SRB處于遲緩期，當(dāng)培養(yǎng)時間為12～36h之間，SRB處于呈對數(shù)期，36h后進(jìn)入穩(wěn)定期，96h后為細(xì)菌生長的衰亡期。污水中S2-含量也隨著SRB數(shù)量的變化而變化，當(dāng)SRB處于穩(wěn)定期時，S2-含量最大。說明培養(yǎng)時間為36h時，細(xì)菌含量處于最大值，這是由于在此環(huán)境下，有利于微生物的生長，隨著營養(yǎng)物質(zhì)的消耗以及細(xì)菌的大量繁殖，使得細(xì)菌之間產(chǎn)生競爭，含量逐漸降低。

2.2 pH值對SRB生長的影響

圖2 不同pH值對SRB生長規(guī)律的影響Fig.2 Influence of different pH value on the growth of SRB

圖2為不同pH值對SRB生長規(guī)律的影響。由圖2可知，當(dāng)溶液為酸性時，抑制了SRB的生長。隨著溶液pH值的上升，SRB含量明顯上升，當(dāng)pH值為8時，最適合SRB的生長；當(dāng)溶液的堿性繼續(xù)上升，溶液中的SRB含量下降。這是由于酸性環(huán)境下，H+濃度較高，H+會在微生物表面吸附，影響了細(xì)胞膜中酶的穩(wěn)定性和活性，降低了生化反應(yīng)和ATP的合成；當(dāng)溶液為堿性時，溶液中的S2-含量升高，從而抑制了SRB的代謝過程，降低了SRB的含量[14]。

2.3 聚合物對SRB生長的影響

聚合物對溶液中SRB含量的影響情況見圖3。

圖3 聚合物濃度對SRB含量的影響Fig.3 Influence of polymer concentration on SRB content

由圖3可知，隨著聚合物含量的上升，促進(jìn)了SRB的生長，當(dāng)聚合物濃度為600mg·L-1時，溶液中細(xì)菌濃度最大；溶液中聚合物含量繼續(xù)上升，一定程度地抑制了SRB的生長。這是由于溶液中的聚合物為SRB的生長提供了營養(yǎng)源[15]，并且阻礙O2的進(jìn)入，形成了厭氧環(huán)境，促進(jìn)了微生物的繁殖；當(dāng)聚合物濃度過大，溶液粘度增高，在內(nèi)部阻礙了細(xì)菌代謝產(chǎn)物的擴(kuò)散，使得代謝產(chǎn)物局部濃度過高，從而抑制了細(xì)菌的繁殖。

2.4 表活劑對SRB生長的影響

表活劑對污水中SRB生長規(guī)律的影響見圖4。

圖4 表活劑濃度對SRB含量的影響Fig.4 Effect of surfactant concentration on SRB content

由圖4可知，現(xiàn)場污水表活劑濃度對SRB生長過程影響不明顯。雖然表面活性劑也可以為微生物的繁殖提供碳源，但表面活性劑的濃度較低，對微生物生長的促進(jìn)作用不明顯。

2.5 溫度對SRB生長的影響

圖5為不同溫度對SRB生長規(guī)律的影響。

圖5 不同溫度對SRB含量的影響Fig.5 Influence of different temperature on SRB content

由圖5可知，當(dāng)溫度為40℃時，SRB繁殖速度最快。當(dāng)溫度小于20℃時，微生物的生長會受到一定的抑制作用。這是由于40℃環(huán)境下，微生物體內(nèi)酶的活性較高，有利于SRB體內(nèi)新陳代謝過程的進(jìn)行；當(dāng)溫度降低時，影響了酶的活性，使得酶的催化作用異常，新陳代謝紊亂，降低了細(xì)菌的繁殖速度。

3 結(jié)論

（1）當(dāng)培養(yǎng)時間為36h時，油田污水中的SRB進(jìn)入穩(wěn)定期，污水中含量最大。

（2）SRB適宜在弱堿性的環(huán)境下生長，酸性和強堿性溶液對細(xì)菌的生長不利。

（3）聚合物可以為細(xì)菌提供營養(yǎng)源和厭氧環(huán)境，促進(jìn)了SRB的生長。

（4）現(xiàn)場污水中表活劑對細(xì)菌生長的影響較小。

（5）當(dāng)溫度為40℃時，細(xì)菌的生長條件最佳，繁殖速度最快。