油田常用水處理藥劑對回注水中生物群落的影響分析

孟章進(jìn)，楊帆，祁建杭，吳偉林，林晶晶，姜桂英

（1.江蘇油田石油工程技術(shù)研究院，江蘇揚州　225009；2.江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇揚州　225007）

油田常用水處理藥劑對回注水中生物群落的影響分析

孟章進(jìn)1，楊帆1，祁建杭2，吳偉林1，林晶晶1，姜桂英1

（1.江蘇油田石油工程技術(shù)研究院，江蘇揚州225009；2.江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇揚州225007）

用回注水為生物樣本，利用PCR-DGGE技術(shù)，研究油田常用水處理藥劑（絮凝劑、緩蝕劑和阻垢劑）對水樣中的生物群落的影響，并對油田水樣和常用水處理藥劑中的總氮、總有機碳以及部分陰離子進(jìn)行了測試分析。實驗發(fā)現(xiàn)加入不同濃度的水處理藥劑后，微生物群落和數(shù)量都發(fā)生了明顯的變化。這是由于水處理劑中均含有大量的氮、有機碳成分和微量的磷，因此投加到水體中對某些微生物的生長和繁殖會有促進(jìn)作用，而微生物的大量繁殖將給水處理帶來更大的難度。因此對于水處理藥劑的投加在考慮藥劑效果的同時還應(yīng)考慮到對水體微生物群落的影響。

油田污水；水處理藥劑；群落結(jié)構(gòu)；微生物

目前，油田回注污水通常采用投加殺菌劑來殺滅細(xì)菌，而為了去除水中的油和懸浮物、防止水體腐蝕和結(jié)垢，還會投加絮凝劑、緩蝕劑和阻垢劑等化學(xué)劑，從而使污水達(dá)到回注標(biāo)準(zhǔn)。這些常用的水處理藥劑是否會影響微生物的生長繁殖，從而影響殺菌效果還不得而知。

傳統(tǒng)的微生物分析測定技術(shù)，由于方法本身的局限性，很難真實準(zhǔn)確地反映出污水中微生物群落的種類和數(shù)量，這是因為85％～99.999％的細(xì)菌種群無法通過純培養(yǎng)的方法獲得［1-3］。近年發(fā)展起來的以16S rDNA為基礎(chǔ)的PCR-DGGE技術(shù)［4，5］很好地解決了這一問題，該技術(shù)利用不同微生物遺傳訊息16S rDNA的保守性和差異性來進(jìn)行微生物細(xì)菌種類的鑒定和定量分析。通過這種方法能夠直接分析樣品中微生物分布結(jié)構(gòu)，并能大致比較相同條件下單一菌群的生物量。將分子生物學(xué)技術(shù)應(yīng)用于環(huán)境領(lǐng)域的研究已成為國內(nèi)外研究的熱點［6-8］，并且用DGGE研究微生物群落中的細(xì)菌多樣性已經(jīng)在污水處理中得到應(yīng)用［9］。

本文主要研究油田常用水處理藥劑對細(xì)菌生長繁殖的影響，從而為解決細(xì)菌問題提供思路。用回注水為生物樣本，利用DGGE技術(shù)，研究水處理藥劑（如絮凝劑、緩蝕劑和阻垢劑）對水樣中的生物群落的影響。

1　材料與方法

1.1試劑材料

實驗用水為采集的高6-58和高二聯(lián)三相分離器出口混合水樣，補加5％的LB培養(yǎng)基及0.2 LNa2SO4，提高微生物的濃度。

化學(xué)添加劑及使用濃度如下：緩蝕劑：HS-99（咪唑林），濃度：30 mg/L，50 mg/L，80 mg/L；SL-2C（咪唑林、環(huán)氧乙烷），濃度：30 mg/L，50 mg/L，80 mg/L；阻垢劑：KD-27（有機磷酸類），濃度：20 mg/L，30 mg/L，60 mg/L；絮凝劑：聚合鋁鐵，濃度：5 mg/L，10 mg/L， 20 mg/L（有效濃度10％）。

1.2實驗方法

1.2.1化學(xué)制劑的作用在水樣中預(yù)先加SRB富集培養(yǎng)基室溫培養(yǎng)2 d后，分裝后分別加入緩蝕劑使其濃度分別達(dá)到30 mg/L，50 mg/L和80 mg/L；加入阻垢劑使其濃度分別為20 mg/L，30 mg/L和60 mg/L；加入有效濃度為10％的絮凝劑5 mg/L，10 mg/L和20 mg/L。室溫培養(yǎng)30 d，拍照記錄結(jié)果。

1.2.2群落結(jié)構(gòu)分析培養(yǎng)后的樣品通過提取總DNA進(jìn)行DGGE測定，分析生物群落變化情況。

1.2.3水樣中部分成分的測定

1.2.3.1總有機碳及總氮測定

（1）水樣中總有機碳及總氮測定：水樣用總有機碳分析儀（TOC分析儀）紅外分析法以CO2形式測定其中的無機碳，再將有機碳轉(zhuǎn)化成CO2后用紅外測定總碳含量，總碳含量減去無機碳后即得總有機碳含量并以mg/L表示。

水樣直接用總有機碳分析儀（TOC分析儀）紅外分析法測定其中的總氮含量。如測定其中有無機氮含量，則總氮含量減去無機氮含量可得總有機氮的含量。如無無機氮含量，則總氮含量即為總有機氮的含量。

（2）化學(xué)制劑在水樣中的總有機碳和總氮測定：將不同的化學(xué)制劑配制成需要的使用濃度，再按上法測定其中的總有機碳和總氮含量。

1.2.3.2無機陰離子的測定將水樣稀釋50倍，用離子色譜測定其中的NO3-，NO2-，PO43-和SO42-，換算成原始樣品中的含量。

圖1　加入緩蝕劑HS-99、SL-2C 30 d后水體圖片

2　結(jié)果與討論

2.1水處理藥劑的作用

2.1.1緩蝕劑的作用將加有緩蝕劑的培養(yǎng)瓶在室溫下培養(yǎng)30 d后發(fā)現(xiàn)，水體顏色發(fā)生了明顯的變化（見圖1）。在低濃度下，即30 mg/L時，水體顏色與空白水樣相近，隨著緩蝕劑濃度增加水體顏色明顯加深，表明水體中有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生或有大量微生物繁殖。

2.1.2阻垢劑的作用在阻垢劑的作用下，水樣培養(yǎng)一定時間后的現(xiàn)象（見圖2）。阻垢劑KD-27濃度在20 mg/L和30 mg/L時作用后的外觀不明顯，濃度達(dá)60 mg/L后培養(yǎng)的顏色加深現(xiàn)象才明顯。

圖2　加入阻垢劑KD-27 30 d后水體圖片

圖3　加入絮凝劑Al-Fe 30 d后水體圖片

2.1.3絮凝劑的作用在絮凝劑的作用下，水樣培養(yǎng)一定時間后的現(xiàn)象（見圖3）。Al-Fe絮凝劑濃度在5 mg/L 和10 mg/L時作用后的外觀不明顯，濃度達(dá)20 mg/L后培養(yǎng)的顏色加深現(xiàn)象即明顯，低濃度即改變水體的顏色，表明該制劑影響較大。

2.2水處理藥劑對水體生物群落的影響

為進(jìn)一步了解化學(xué)藥劑對水體生物群落的影響，需要對水樣進(jìn)行群落分析。將培養(yǎng)30 d后的水樣進(jìn)行DGGE群落分析，其結(jié)果（見圖4，表1）。A、B、H和I代表的是油田較多的 Pseudomonas sp、Geobacter lovleyi、未培養(yǎng)的菌及硫酸鹽還原菌，處理前后均未見改變。變化較大的條帶C、D、E和F其系列分別與Acholeplasma sp，Acrobacter sp，Syntrophobacter 及Volinella succinogenes較接近。

阻垢劑KD-27濃度達(dá)30 mg/L時增加1條明顯的條帶2D，當(dāng)達(dá)60 mg/L出現(xiàn)2條明顯的條帶1D和1F。見條帶1～3。

絮凝劑聚合鋁鐵濃度為5 mg/L和20 mg/L時結(jié)果較接近，10 mg/L時1個條帶D減弱1個條帶F增強。見條帶4～6。

緩蝕劑HS-99濃度由30 mg/L經(jīng)50 mg/L到80 mg/L時，1個條帶E減弱至消失，1個條帶D減弱后又增強，其中1個條帶F增加。見條帶7～9。

緩蝕劑SL-2C濃度30 mg/L與空白無異，濃度50 mg/L時有1條帶D增強，但當(dāng)濃度80 mg/L時，有2條條帶D和E略增強，而濃度50 mg/L時增強的條帶D又弱化了。

圖4　不同水處理藥劑作用后的DGGE結(jié)果

將DGGE分析得到的條帶圖運用軟件，進(jìn)行了油田污水中常見的三類細(xì)菌SRB、TGB和FB分布變化的分析（見圖5～圖7）。

表1　DGGE對應(yīng)樣品

通過比對，水樣中主要存在SRB和TGB兩種油田污水中的常見菌，加入不同濃度的水處理藥劑后，微生物群落和數(shù)量都發(fā)生了明顯的變化。

（1）阻垢劑的影響：隨著阻垢劑濃度的增加，微生物群落種類增加；腐生菌TGB略有增加；SRB略有減少。根據(jù)從生物群落變化角度出發(fā)該類型阻垢劑的投加濃度以20 mg/L～30 mg/L為宜。

（2）絮凝劑的影響：從微生物群落變化看，絮凝劑的影響不明顯。

（3）緩蝕劑HS-99的影響：當(dāng)藥劑濃度達(dá)到80 mg/L時，腐生菌的濃度明顯增加了，在30 mg/L～50 mg/L內(nèi)微生物群落沒有明顯變化，因此從生物群落變化角度出發(fā)該類型緩蝕劑投加濃度以30 mg/L～50 mg/L為宜。

（4）緩蝕劑SL-2C影響：與空白樣相比，該藥劑的投加對微生物群落的影響不大，只是在高濃度下，腐生菌略有減少。

圖5　不同濃度KD-27作用后的結(jié)果　

2.3水處理藥劑成分分析

取楊家壩和高二聯(lián)的三相分離器出口的水樣，直接測定總氮和總有機碳的含量，稀釋50倍測定其中的陰離子含量。對緩蝕劑（SL-2C，咪唑林、環(huán)氧乙烷；HS-99，咪唑林），絮凝劑（Fe、Al）及阻垢劑（KD-27，有機磷酸類），用水稀釋后測定其總氮和總有機碳含量。

污水樣及水處理劑的部分成分分析（見表2），從分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)水處理劑中均含有大量的氮和有機碳成分，同時含有微量的磷，可以看出水處理劑中由于含有微生物生長繁殖所需要的營養(yǎng)物質(zhì)，因此投加到水體中對某些微生物的生長和繁殖會有促進(jìn)的作用，而微生物的大量繁殖將給水處理帶來更大的難度，因此對于水處理藥劑的投加在考慮藥劑效果的同時還應(yīng)考慮到對水體微生物群落的影響。

圖6　不同濃度絮凝劑作用后的結(jié)果

3　結(jié)論

（1）油田常用水處理藥劑絮凝劑、緩蝕劑和阻垢劑對油田污水中主體微生物有抑制作用，但對部分腐生菌的生長有促進(jìn)作用，使用量在10 mg/L～50 mg/L較合適。

（2）通過對污水和水處理藥劑的成分分析發(fā)現(xiàn)，水處理藥劑中均含有大量的氮和有機碳成分，同時含有微量的磷，對某些微生物的生長和繁殖會有促進(jìn)的作用。

（3）不當(dāng)投加含有細(xì)菌生長營養(yǎng)來源的水處理劑會導(dǎo)致污水系統(tǒng)的生物群落的變化甚至濃度增加，增加污水的處理難度。

圖7　不同濃度緩蝕劑HS-99、SL-2C對細(xì)菌影響

表2　水樣及化學(xué)制劑中部分成分的測定結(jié)果

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Analysis of the impact of water treatment agent for Biological communities in oilfield injection water

MENG Zhangjin1，YANG Fan1，QI Jianhang2，WU Weilin1，LIN Jingjing1，JIANG Guiying1
（1.Petroleum Engineering Technology Research Institute，Jiangsu Oilfield，Yangzhou Jiangsu 225009，China；2.Jiangsu Lixiahe Institute of Agriculture Science，Yangzhou Jiangsu 225007，China）

This paper studied the impact of water treatment agent（flocculants，corrosion and scale inhibitor），which commonly used in oilfield，for biological communities in wastewater samples by using PCR-DGGE.And the total nitrogen，total organic carbon and some anions were tested in oilfield water treatment agent.It was found that microbial communities and the number of significant changed after adding different concentrations of water treatment agent.This is due to the large amount of nitrogen，carbon components and a trace amount of organic phosphorus in water treatment agents.Therefore，they can promote microbial growth and reproduction.And microbial blooms will bring greater difficulty to water treatment.So the use of water treatment agents should consider the effects of agents while also their impact to microbial communities.

oilfield wastewater；water treatment agent；community structure；microorganism

TE39

A

1673-5285（2016）08-0043-06

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.08.011

2016-06-07

孟章進(jìn)，男（1982-），工程師，本科，從事防腐防垢技術(shù)研究工作，郵箱：mengzj.jsyt@sinopec.com。