噴氣燃料中微生物污染的研究概況

楊浩 熊云 和倩倩 龍泉芝 李曉然

摘 要：噴氣燃料微生物污染會造成嚴重危害，對于飛行安全和油料儲存安全都是巨大威脅。針對噴氣燃料中主要微生物（枝孢霉菌和硫酸鹽還原菌）、微生物引起的危害、微生物檢測方法以及防治措施四個方面進行了介紹，并對噴氣燃料中微生物的研究進行了展望。

關 鍵 詞：噴氣燃料;微生物;危害;檢測方法;防治措施

中圖分類號：X 131 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2015）06-1377-04

Research on Microbial Contamination of Jet Fuel

YANG Hao， XONG Yun， HE Qian-qian， LONG Quan-zhi，LI Xiao-ran

（Dept. of Oil Application & Management Engineering，Logistical Engineering University of PLA，Chongqing 401311，China）

Abstract： The microbial contamination of jet fuel can cause serious problems， and it is a great threat to flight safety and storage security. In this paper， main microbes in jet fuel （hormoconis resinae and sulfate reducing bacteria） were discussed; problems caused by microbial contamination were introduced as well as microbial detection methods and microbial contamination control.

Key words：Jet fuel; Microbial contamination; Problems; microbial detection methods; Microbial contamination control

最早發現噴氣燃料微生物污染問題是在上世紀30年代，有研究者發現噴氣燃料中細菌產生的H2S會加速飛機燃料系統的腐蝕[1]。接著Bushnelland Haas等發現燃料儲存罐底部水相中有微生物的存在，他們發現這些微生物可以將噴氣燃料中烴類作為碳源[2]。上世紀50年代末到60年代初航空煤油中的微生物問題被廣泛報道[3]。Neioef等發現枝胞霉菌可以代謝燃料中的烴，并可以在含水量很低的燃料中存活幾個月[1]。Ferrari等在1990-1996期間收集的幾百個航空渦輪燃料JP-4樣品，分析微生物污染的出來，主要微生物污染為：油相中的枝孢霉（Hormoconis resinae）及曲霉（Aspergillus Fumigatus）和水相中的假單胞菌屬（Pseu-domonas）、黃桿菌屬（Flavobacterium）、氣單胞菌屬（Aeromonas），而且80%的水相樣品中都分離出了硫酸鹽還原菌（Sulfate Reducing Bacteria）[4]。另外Passman等在1992-1996年之間調查的四百個煉油廠、零售商的汽油儲存罐中發現60%的樣品存在明顯的微生物污染[5]。我國從2009年下半年開始，對北京、天津、上海虹橋和廣州等4個機場油料公司，進行微生物污染的監控，監控結果發現，微生物污染問題確實存在[6]。

1噴氣燃料中微生物種類

噴氣燃料中微生物種類很多，可分為三類，1.真菌：樹脂枝孢霉（Hormoconis resinae）、擬青霉（Paecilomyces Varioti）、煙曲霉（Aspergillus Fumigatus）等。2.細菌：假單胞桿菌（Pseu-domonas）、弧菌（Vibrio）、芽孢桿菌（Bacillus），硫酸鹽還原菌（Sulfate Reducing Bacteria）等 。3.酵母菌：紅酵母（Rhodotorula）、假絲酵母（Candida）、球擬酵母（Tomlopsis）等[7]。綜合國內外研究發現，對噴氣燃料質量以及儲存影響最嚴重的主要是枝胞霉菌（Hormoconis resinae）和硫酸鹽還原菌（Sulfate Reducing Bacteria）[8-14]。

1.1 枝孢霉菌

枝孢霉菌是最早從油品污染物中分離出來的真菌之一，同時也是最常見的真菌。它主要以油品中碳鏈長度為8～20的烴為碳源[15]。枝孢霉菌可以在油品中產生孢子，并且這些孢子可以在無水的環境下存活幾年。有研究表明，枝孢霉菌在25 °C條件下只需游離水的濃度為80×10-6，便可在燃料中生存。枝孢霉菌生長最適宜溫度為25～30 °C，最適宜pH為3.5～6[16]。在瓊脂培養基上，枝孢霉菌菌落的顏色從淺棕色到灰棕色再到橄欖綠色[17]。袁祥波等在微生物污染比較嚴重的噴氣燃料中，分離出來的微生物真菌主要為枝孢霉菌，并對噴氣燃料懸浮物和真菌之間的關系進行了研究，發現枝孢霉菌是引起噴氣燃料懸浮物的重要原因之一[18]。

1.2 硫酸鹽還原菌

硫酸鹽還原菌（Sulfate Reducing Bacteria）種類繁多，并廣泛存在于自然界中，它是一類可以將硫氧化物以及元素硫還原成硫化氫的這類細菌的總稱。硫酸鹽還原菌主要存在于水相以及底部淤泥中，基本上為厭氧型細菌[19]。Hector F.等利用16rRNA技術對硫酸鹽鹽還原菌種系進行研究，將硫酸鹽還原菌分為四類：革蘭氏陰性菌、革蘭氏陽性菌、嗜熱細菌和嗜熱古細菌[19]。硫酸鹽還原菌適宜pH為5～9，適宜溫度范圍也很大，一般認為30 °C為最適宜溫度[20]。研究發現，硫酸鹽還原菌代謝產生的硫化氫會增加油品酸性， 這不僅會降低噴氣燃料品質，還會腐蝕輸油管道以及油罐金屬壁，對儲油安全造成嚴重威脅[21]。另外研究發現硫酸鹽還原菌代謝產生的硫化物還可以腐蝕飛機含銀的零部件，這對飛行安全造成不可預知的風險[22]。美國1991年的一份調查報告表明：每年由硫酸鹽還原菌造成的腐蝕損失高達到60億美元[23]。

2 微生物引起的危害

通常情況下油相和罐底水相中微生物的接觸時間很少，所以不會造成燃料化學性質的變化。儲油罐中油相遠遠大于底部的水相，而且油相中缺少微生物生長所必需的無機養分。因此大多數情況下，微生物活動范圍只限于底部水相和油水界面。但隨著儲油時間的增長，特別是在那些維修保養不好的油罐中儲存的燃料，油品的品質以及儲油安全都將受到影響。

微生物污染的危害可以分為兩個方面：（1）微生物生長引起的危害;（2）微生物代謝引起的危害[9，24]。

2.1 微生物生長引起的危害

絲狀真菌和可產生胞外聚合物的細菌會生成緊密菌膜以及淤泥，這些會堵塞過濾器、輸油管和一些小孔徑零件，造成機器失靈[25]。這些菌膜和淤泥還會堵塞油罐的排水系統，使得底部水分不能有效排除。另外，菌膜可以減少或者阻止殺菌劑進入油罐底部的水相中，并且底部的淤泥可以吸收部分殺菌劑，使其失去活性，這些都會降低殺菌劑的效果，從而在一定程度上促進了微生物的生長[9]。飛機油箱油量探針附近微生物產生的淤泥會造成飛機油料表的失靈，另外懸浮物會在燃油控制噴嘴處發生團聚， 導致管口堵塞， 發熱， 進而有可能損害渦輪發動機， 造成嚴重的后果[26]。

2.2 微生物代謝引起的危害

2.2.1 微生物的腐蝕作用

微生物代謝產生一些腐蝕性產物：有機酸、硫化氫、氨以及硫酸等。這些腐蝕性產物不僅會腐蝕金屬壁和零件，也可以降解一些復合有機材料，比如橡膠管和以及油罐密封圈，并會加速沉積物的生成[10，27]。這些腐蝕性產物還會破壞油罐保護涂層，這樣裸露部分和覆蓋部分就形成了陽極和陰極，形成電化學腐蝕[28]。部分好氧的微生物代謝過程中消耗氧氣，造成局部缺氧，電子從氧含量低的部位流向含氧量的部位，造成局部腐蝕[29，30]。貼在這里正文內容覆蓋粘貼在這里正文內容覆蓋粘貼在這里正文內容覆蓋粘貼在這里。

2.2.2 降低油品品質

有些微生物會利用燃料中部分添加劑作為生長的營養組分，隨著添加劑的消耗，燃料性質發生了改變，進而降低了燃料品質。微生物的部分代謝產物如硫化物、有機酸等會增加油品酸值[27]。一些特定的厭氧菌產生的表面活性劑會造成油水界面的乳化。這些表面活性劑會降低油料的表面張力進而影響燃料燃燒或點火性能，并可能引起聚合器失靈[31]。絲狀微生物和其代謝產物纏繞會增加噴氣燃料懸浮物的含量，降低噴氣燃料品質[9，32]。

3檢測方法

（1）國際航空運輸協會推薦了四種檢測方法：英國ECHA 微生物學有限公司開發的MicrobMonitor2？法;芬蘭奧林診斷公司開發Easicult Combi法;英國生物學分生孢子有限公司開發的FUELSTATTM resinae法;德國默克集團開發的HY-LiTE Jet A1燃料檢驗法[33]。前兩種為傳統菌落形成單位檢測方法，根據菌落計數來進行定量分析，進而評定污染等級。FUELSTATTM resinae為免疫檢測，可以快速檢測酵母菌、霉菌和需氧細菌。HY-LiTE Jet A1燃料檢驗測量燃料、水或二者混合物樣品中的ATP總量，來確定微生物污染程度[33]。

（2）熒光免疫檢驗法：這是一種快速、高靈敏度的用來鑒定微生物污染的方法，但是這種方法需要配備相應的設備并且需要專業的操作人員。Gaylarde 等用熒光檢測法來鑒定航空煤油中的枝胞霉菌[34]。這種方法很少和其其它真菌有交叉反應。枝胞霉菌的菌絲和孢子可以在菌膜中檢測到[34-35]。

（3）基因分析檢測技術：利用微生物特征序列如16S和18SRNA等，來特異性檢測微生物污染的方法。這種方法的優點是準確、特異性強，而且檢測線一般較低，靈敏性高[36，37，38]。Hector F.等利用16srRNA基因分析技術對SRB進行了種系分析，將不同種類的SRB進行分類[19]。袁祥波等利用18srDNA基因分析技術特征性檢測噴氣燃料中枝胞霉菌的存在[18]。劉金彪等利用16srDNA基因分析技術分離2珠石油降解菌[39]。

（4）代謝產物檢測技術：利用化學方法檢測微生物代謝產物來判定相應微生物的存在與否，以及污染程度。例如曹公澤等根據檢測到的乙酸濃度來確定微生物含量[40]，JIASONG FANG等檢測油料中酯類、脂肪酸、硫酸根和硝酸根來推斷燃料中微生物的存在，并借以對其代謝作用進行研究[41]。包木太等通過酸、生物表面活性劑等檢測，來研究微生物的活動[42]。T. Schleicher等根據酸值和游離脂肪酸含量的檢測來推斷微生物生長狀況和污染水平[43]。

（5）PCR技術：即聚合酶鏈式反應，是指在DNA聚合酶催化下，以母鏈DNA為模板，體外復制出與母鏈DNA互補的子鏈DNA的過程。Lt. Tracy R等利用qPCR技術檢測噴氣燃料中微生物的存在，并將微生物進行分類[44]。Gitika Panicker等利用PCR技術分離出28種可以降解烴的細菌[45]。LaMontagne， M.G等利用PCR技術對微生物種群進行分析研究[46]。Sharkey F.H.等利用熒光定量PCR技術來對細菌進行定量檢測[47]。

4 微生物防治措施

4.1 日常維護

防治微生物污染最好而且最重要的辦法就是做好日常維護。越早發現微生物污染問題，處理起來就越簡單，代價就越小。合理規劃的清潔和日常維護（包括水分和有機殘片的的清理，微生物檢測以及清除微生物產生的沉淀）可以有效防止油品發生嚴重的微生物污染。對于微生物重度污染的噴氣燃料，需要對油罐進行徹底清洗，驅除菌膜和淤泥，并重新涂刷防護涂層[16，27，48]。

4.2 噴氣燃料中水分控制

水是是微生物生長的必需組分。杜絕微生物污染的關鍵是防止水分進入，盡量排除油罐中的水份。？中國民用航空油料條例？規定加入飛機油料水分不超過30×10-6 [49]。南國枝等發現噴氣燃料中水分控制在比重在21.6×10-6時，可有效控制懸浮物的生成[50]。當噴氣燃料從舊油罐轉移到新油罐的之前，都要先經過濾系統（5 μm 濾徑）過濾掉微粒或者懸浮物，然后再通過聚凝器去掉所有游離水[9，16]。另外，還可以通過控制油罐呼吸來降低噴氣燃料含水量，例如：蘇鵬等利用富氮裝置來降低罐頂空氣濕度和含氧量[51]，龍泉芝等在罐頂呼吸閥安裝干燥裝置來降低空氣中的濕度[52]。定期過濾噴氣燃料可以排除噴氣燃料中游離水和外來雜質，但是需要注意的是過濾裝置要定期清洗和更換。

4.3 使用殺菌劑

大量事實證明，殺菌劑用來預防和治理噴氣燃料微生物污染，既經濟又方便，從而得到廣泛的發展和應用。Melton等發現長期儲存的燃料，運用機械過濾和殺菌劑組合的方法能夠更好地防治微生物污染[53]。如果儲油罐中含有大量菌膜和淤泥，那么在使用殺菌劑之前需要提前將這些污染物清除，以達到最好的使用效果。目前殺菌劑的種類很多，主要有氧化型殺菌劑、非氧化性殺菌劑、復合型殺菌劑、水不溶性殺菌劑以及多功能殺菌劑[9]。目前通過飛機和發動機生產商許可的殺菌劑是：Biobor JF，即95%的二氧硼雜與4.5%的石腦油的混合物;Kathon FP1.5，組成是1.5%的氯代和甲基-異噻唑啉酮、88.0%～90.0%的二丙二醇、1.7%～1.8%的硝酸鎂、0.9%～1.0%的氯化鎂和5.0%～6.0%的水的混合物[33]。

5 展 望

噴氣燃料微生物污染問題已經引起國內外學者廣泛關注，針對微生物種類和危害進行了廣泛研究。為了有效監控微生物污染，需要建立更加迅捷、方便、成本更低的的快速檢測方法。另外，還需要建立整套噴氣燃料防治微生物污染方法，做到能夠更好地貼近實際，尤其方便基層工作者進行實施。再者，盡管各大航空協會和部分國家都有自己的標準，但現在依然缺少廣泛接受的微生物污染程度評價標準。雖然越來越多的證據表明微生物是引起噴氣燃料懸浮物產生的重要原因之一，但是我們國家對噴氣燃料微生物的重視程度還遠遠不夠。這主要是由于對于微生物污染機理研究不深入造成的。所以，下一步研究的重點應該放在兩方面：

（1）微生物污染機理研究，包括：腐蝕機理、產生懸浮物的機理、改變噴氣燃料性質的機理。

（2）建立微生物污染程度評價標準。這就要求建立切實可行、準確的噴氣燃料微生物定量或半定量分析方法。在系統微生物污染機理研究基礎上結合噴氣燃料微生物定量或半定量分析，這樣建立的微生物污染評價標準才會更加準確且具有可信度。

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