[发明专利]油田污水管道内壁生物膜测取及生物膜分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物污损原位监测技术，具体地说是一种油田污水管道内壁生物膜测取及生物膜分析方法，通过对生物膜的测取分析获得生物膜中腐蚀性微生物的含量、菌群分布，总生物量、生物膜特性及组成，在此基础上筛选适应的高效的生物杀菌剂及其用量，达到杀菌剂用量少、防腐效果好、经济效益好的防腐的目的。

背景技术

在油田污水处理系统中，微生物腐蚀对金属管道、设备造成了严重的影响，受到越来越多的重视。研究表明，微生物腐蚀与设备管线表面的生物膜具有密切的关系。在生物膜中，微生物生活在一个与自由悬浮状态完全不同的微生态环境中，微生物大体上是不动的，被包藏于水化的有机质中。生物膜中的细胞密度比悬浮状态要高，有时甚至高出5～6个数量级，相邻位置细胞之间通过长时间接触可能产生生理相互作用，导致协同微生物作用。微生物不仅能将水中组分转化成不溶性的生物质，使之沉积在表面，而且还将水中其他杂质带到表面形成污垢，内部成为适合厌氧菌生存的环境。

在生物膜中，常见的参与腐蚀的细菌种类不是很多，一般可分为好氧细菌和厌氧细菌两大类。其中好氧细菌指环境中在游离氧的条件下才能生存的一类细菌，主要有铁细菌和硫细菌等，和腐蚀过程有关的铁细菌主要是氧化铁杆菌，在中性含有机物和可溶性铁盐的水、土壤、锈层中都可以存在，最适宜生长温度为25℃～30℃，pH值在7.1～7.4之间。和腐蚀有关的硫细菌主要是硫杆菌属的细菌，如氧化硫杆菌、排硫杆菌和水泥崩解硫杆菌等，其中氧化硫杆菌最常见。它的最适宜生长温度是28℃～30℃，pH值在2.5～3.3之间。厌氧细菌指在缺乏游离氧或者几乎无游离氧的条件下才能生存，有氧反而不能生存的一类细菌。典型的与腐蚀过程相关的厌氧细菌主要是硫酸盐还原菌。生物膜的首要危害就是参与和加速了管道及相关设备的腐蚀。由于生物膜在自然状态下是各种各样的微生物混杂在一起形成的混合群体，并且存在复杂的生态关系，因此生物膜下的微生物腐蚀实际上并非一种微生物单独作用的结果，往往存在多种微生物联合的作用，仅仅对单种微生物在纯培养的基础上分别在有菌和无菌条件下作暴露试验很难表达实际过程中微生物腐蚀的历程。

此外，生物膜会因为老化、水流速度改变等原因造成脱落而恶化水质，使水的色度和浊度上升，细菌数量增加。管壁生物膜的影响因素很多，包括水中的营养基质浓度、水流速度等水力因素、消毒剂的浓度、水中游离菌的数量、水温、管段材质和使用年限等。但到目前为止，有关研究尚处于初级阶段，因为实际给水管网中生物膜的采样研究比较困难，而且在一个运行正常的给水管网中生物膜往往是一个小型的稳定生态系统，很难对实际生物膜的发生、发展和变化情况进行完整有效的监测。生物膜的研究近年来引起了国内外的高度重视，许多实验室和学者针对生物膜的形成、危害、预防等领域展开研究，目前已经取得许多成果。

生物膜内细菌计数手段主要有：显微镜直接计数、最大可能细菌计数以及琼脂平板计数等与腐蚀有关的实验室细菌研究常用手段。由于人工培养基不同于微生物的自然生活环境，在培养过程中已经具有一定的选择性，不适合培养基的微生物在与优势菌种的竞争中会逐渐处于劣势甚至被淘汰；加之生物膜的预处理较困难，将菌胶团破碎成单细胞悬浊液几乎是不可能的。因此，培养法得出的生物量实际上远远小于自然环境中的真实值，只具有相对意义。而先进的分子生物学技术如DGGE、PCR、FISH等，已经实现环境微生物多样性的检测、特定功能菌或功能基因的检测、量化环境中的微生物种群等，但操作繁琐费用高昂，也不适合复杂环境下操作。原位测定不涉及生物膜与载体的分离及菌胶团的破碎，所用方法多为生物化学和物理(如称重和显微镜直接计数)方法等，可以避免培养法中细胞分离和培养基的选择性等缺陷，国内外常用的指标有MLSS、MLVSS、TOC、COD、胞外多聚物(EPS)、总蛋白质、肽聚糖、脂多糖等，这些指标又可以分为三类，如前四个指标表征的是生物膜总组分，包括细胞和非细胞成分。EPS代表的是膜中的非细胞成分，后三者代表细胞内的组分或代谢物质，后者对于微生物生长动力学和工程设计等问题所要求的活细菌数更有意义。目前90～98％的生物膜脂类是以磷脂的磷含量表征，易用比色法测定，以它表示生物量已经在许多饮用水生物处理的研究中得到应用，并被证明是行之有效的。