摘要: 大庆油田回注水系统中硫酸盐还原菌（SRB）大量繁殖，产生的硫化物导致设备腐蚀、垮电场等，给油田生产带来严重的危害和巨大的经济损失。如何有效地系统控制硫酸盐还原菌的繁殖，减少其对油田生产带来的危害，制定合理地控制方案，是油田生产亟待解决... 展开 大庆油田回注水系统中硫酸盐还原菌（SRB）大量繁殖，产生的硫化物导致设备腐蚀、垮电场等，给油田生产带来严重的危害和巨大的经济损失。如何有效地系统控制硫酸盐还原菌的繁殖，减少其对油田生产带来的危害，制定合理地控制方案，是油田生产亟待解决的问题。生态调控是以往生物抑制策略的延续和改进，强调整体效能、系统健康和持续控制。笔者提出SRB菌活性的生态调控方法，改变了以往单纯追求以杀灭SRB数量为目的的传统思维模式，转变以抑制SRB菌活性为目的研究思路，是大庆油田系统控制SRB菌危害观念的变革和方法的创新。针对硫酸盐还原菌相关的理论和基础性的研究，有利于填补和深入油田硫酸盐还原菌研究领域的空白。 课题围绕SRB菌活性的生态调控为主线，旨在开发出新型的绿色净水剂—硫酸盐还原菌生态抑菌剂和抑菌填料，提出对整个回注水系统的生态调控技术和策略。主要采用微生物分子生态学、微生物蛋白组学，环境工程，环境友好材料等学科的研究方法和手段，以应用为主，注重理论研究，理论和实践相结合解决油田生产中的一些实际的问题。 研究发现油田污水反硝化能力与硫酸盐还原能力的相对水平仅为0.038～0.38，其反硝化能力极弱；对两个代表性的油田回注水系统，微生物群落空间演替的系统轨迹分析表明，大庆油田回注水系统中群落比较新颖；硫酸盐还原菌种群及硫化物分布规律表明，硫酸盐还原菌主要有11个属、反硝化细菌有7个属，有些细菌兼有硫酸盐还原和反硝化能力，SRB菌分布于整个回注水工艺系统，在联合站开始大量繁殖，其主要来源于回注水系统，硫化物的分布规律与其相同。 微生物分子生态学技术结合纯培养技术及工艺特征研究发现，硫酸还原菌种群比较新颖，存在新种的可能性很大。传统上认为造成回注水系统的硫化物的产生和腐蚀是由δ-变形菌门的Desulfovibrio等组成，其只占种群极少的部分（<1%），油田回注水系统中SRB极少部分来源于地层油井采出液中，绝大部分是具有硫酸盐还原功能的菌株，大量的SRB菌是在回注水系统中大量繁殖产生的。研究证实，造成严重危害的是具有硫酸盐还原功能的微生物。该发现有利于解释系统硫化物的成因，为硫酸盐还原菌活性生态调控提供理论上的依据。 将硫酸盐还原菌分为：附着型SRB菌和非附型SRB菌。该发现重要的意义在于，控制回注水系统SRB繁殖以及由此带来的危害，既要杀灭流动相中的SRB菌，同时也要杀灭管壁、罐壁附着型SRB菌。 纯培养技术分离到DesulfovibriodesulfuricansstrainF8，克隆获得Dsr基因全序列长度为2740bp，序列包含三个ORFs，即dsrA、dsrB、dsrD三个亚基，Aps基因的序列长度为2799bp，包含两个ORFs，即apsB、apsA两个亚基。分离获得两株新菌，大庆杆菌-MF（EnterobacterDaqingsp.nov.）以聚丙烯酰胺为唯一碳源，聚合物降解率为50.67%，保藏号为CGMCCNo.1910；大庆杆菌-WL（ClostridiumDaqingsp.nov.）聚合物降解率为52%，保藏号为CGMCCNo.1911。 在国内首次对附着型硫酸盐还原菌进行检测研究，通过在管壁和罐壁上安装改良后罗氏检测装置，与开发出非附型SRB检测方法相结合，实现附着型SRB菌定量检测，同时证明附着型SRB大量存在；基于纯培养技术开发出一整套“厌氧全过程的倍比稀释纯培养记数工艺”，检测周期由14d缩短到3d；开发出基于特定基因的MPN法对SRB菌和DNB菌进行定量检测的方法，适合于应用常规的PCR仪进行扩增，直接通过琼脂糖电泳实现细菌的定量检测。该检测方法的前提是开发一种《直接用于PCR扩增的“菌液制备”》的方法，不用提取DNA可以直接进行PCR扩增，针对SRB菌目标基因开发出DSR-MPN-PCR法、APS-MPN-PCR法及16SrDNA-MPN-PCR法；反硝化细菌开发出16SrDNA-MPN-PCR法和nirS-MPN-PCR法，检测周期需要3～4h，降低了检测费用，提高检测精度约100倍。采用TaqMan-MGB、TaqMan-LNA型探针，建立新型硫酸盐还原菌和反硝化细菌的DNA荧光定量PCR检测系统。根据硫酸盐还原菌的16SrDNA序列、APS基因、DSR基因设计的特异性探针。反硝化细菌基于16SrDNA基因设计的荧光探针，检测精度提高两个数量级，样本DNA提取到荧光定量PCR最后获得检测结果仅需要6h。 采用纳米/亚微米电气石，制备出电气石载纳米氧化锌、电气石载铜、电气石载钼、电气石载锰硫酸盐还原菌无机抑菌粉剂，有效地抑制SRB菌的活性，提高ORP，不产生硫化物。开发出一种新型抑菌陶粒作为固定化填料，XPS能谱主要成分分别为Si2p为11.17%，Mo3d为3.12%，Zn2p3为3.47%，Mn2p为2.86%，Cu2p为2.35%。陶粒的密度为1.4-3.5g/cm3，抗压强度>5.2MPa，60h后ORP稳定在6.1mV，陶粒的投加只是抑制SRB菌的活性，对反硝化细菌对NO3-的利用和COD去除基本上无影响。 生态调控的关键生态因子：随S/N值的减小，反硝化抑制硫酸盐还原的效果越明显，并且反硝化完成后，硫酸盐还原恢复阶段硫化物的产生速率也随之减小。乙酸、乙醇和乳酸是适于DNB生长的碳源，乳酸同时适于SRB生长。COD含量影响抑制效果，随COD的相对含量降低，DNB和SRB对基质的竞争越激烈，抑制效果越好。钼酸盐能有效的抑制SRB的活性，钼酸盐和硝酸盐协同作用效果明显。 生态调控机理的验证和新理论的发现：验证存在三种调控机理，即DNB和SRB对基质的竞争、反硝化中间产物的抑制作用和自养硝酸盐还原菌的氧化作用。同时发现和验证了一个新的理论—反硝化细菌底物选择作用，该理论定义为从生物本身而言，存在着同时反硝化和硫酸盐还原细菌，该类菌群能同时和分别利用硫酸根和硝酸根，在不同的工艺条件下，不同的底物下，进行着不同的代谢，该理论的提出可以有效地对其他理论进行解释。 生态调控以硝酸盐为主进行反硝化抑制，SO42-/NO3-比和碳源（COD）的调控是影响抑制效果最重要生态因子。SO42-/NO3-为1:1时，出水中未检测到硫离子，抑制率近100％；氧化还原电位能够反映出系统中反硝化抑制硫酸盐还原作用效果，氧化还原电位在-50mV～-150mV时，主要发生反硝化作用，氧化还原电位在-300mV～-400mV时，主要发生硫酸盐还原反应。采出水抑制后，硫化物浓度可由2.5mg/L降低至0.3mg/L以下。 研制出硫酸盐还原菌生态抑菌剂，以硝酸盐为主，同时含有一定量其它辅助成分，不使油田水的性质发生改变，加药成本为0.20元/m3污水。 连续流试验研究了生态抑菌剂和抑菌陶粒对常规采出水和含聚污水抑制率达到100％，出水中未检测到硫化物的存在。抑菌陶粒和抑菌剂联合使用抑制SRB效果与单独使用抑菌剂相比更加稳定和持久，具体选择的方式需要根据生产实际情况而定。 油田回注水系统硫酸盐还原菌生态调控，分为两个层面，宏观生态调控和微生态调控的整合，宏观生态调控方法是全面监测，清除系统内的硫化物和处理系统内附着细菌，然后进行有效的控制和调控。微生态调控通过生态抑菌剂，调整系统中的微生物群落的功能和生态位，抑菌剂注入速度依据抑制剂母液浓度、管道水中硫酸根浓度和水流量确定；油田回注水系统处理站根据抑制目的可选择单一调控方案，也可以选择两种组合调控方案。 收起