油田常用水处理药剂对回注水中生物群落的影响分析

孟章进，杨帆，祁建杭，吴伟林，林晶晶，姜桂英

（1.江苏油田石油工程技术研究院，江苏扬州　225009；2.江苏里下河地区农业科学研究所，江苏扬州　225007）

油田常用水处理药剂对回注水中生物群落的影响分析

孟章进1，杨帆1，祁建杭2，吴伟林1，林晶晶1，姜桂英1

（1.江苏油田石油工程技术研究院，江苏扬州225009；2.江苏里下河地区农业科学研究所，江苏扬州225007）

用回注水为生物样本，利用PCR-DGGE技术，研究油田常用水处理药剂（絮凝剂、缓蚀剂和阻垢剂）对水样中的生物群落的影响，并对油田水样和常用水处理药剂中的总氮、总有机碳以及部分阴离子进行了测试分析。实验发现加入不同浓度的水处理药剂后，微生物群落和数量都发生了明显的变化。这是由于水处理剂中均含有大量的氮、有机碳成分和微量的磷，因此投加到水体中对某些微生物的生长和繁殖会有促进作用，而微生物的大量繁殖将给水处理带来更大的难度。因此对于水处理药剂的投加在考虑药剂效果的同时还应考虑到对水体微生物群落的影响。

油田污水；水处理药剂；群落结构；微生物

目前，油田回注污水通常采用投加杀菌剂来杀灭细菌，而为了去除水中的油和悬浮物、防止水体腐蚀和结垢，还会投加絮凝剂、缓蚀剂和阻垢剂等化学剂，从而使污水达到回注标准。这些常用的水处理药剂是否会影响微生物的生长繁殖，从而影响杀菌效果还不得而知。

传统的微生物分析测定技术，由于方法本身的局限性，很难真实准确地反映出污水中微生物群落的种类和数量，这是因为85％～99.999％的细菌种群无法通过纯培养的方法获得［1-3］。近年发展起来的以16S rDNA为基础的PCR-DGGE技术［4，5］很好地解决了这一问题，该技术利用不同微生物遗传讯息16S rDNA的保守性和差异性来进行微生物细菌种类的鉴定和定量分析。通过这种方法能够直接分析样品中微生物分布结构，并能大致比较相同条件下单一菌群的生物量。将分子生物学技术应用于环境领域的研究已成为国内外研究的热点［6-8］，并且用DGGE研究微生物群落中的细菌多样性已经在污水处理中得到应用［9］。

本文主要研究油田常用水处理药剂对细菌生长繁殖的影响，从而为解决细菌问题提供思路。用回注水为生物样本，利用DGGE技术，研究水处理药剂（如絮凝剂、缓蚀剂和阻垢剂）对水样中的生物群落的影响。

1　材料与方法

1.1试剂材料

实验用水为采集的高6-58和高二联三相分离器出口混合水样，补加5％的LB培养基及0.2 LNa2SO4，提高微生物的浓度。

化学添加剂及使用浓度如下：缓蚀剂：HS-99（咪唑林），浓度：30 mg/L，50 mg/L，80 mg/L；SL-2C（咪唑林、环氧乙烷），浓度：30 mg/L，50 mg/L，80 mg/L；阻垢剂：KD-27（有机磷酸类），浓度：20 mg/L，30 mg/L，60 mg/L；絮凝剂：聚合铝铁，浓度：5 mg/L，10 mg/L， 20 mg/L（有效浓度10％）。

1.2实验方法

1.2.1化学制剂的作用在水样中预先加SRB富集培养基室温培养2 d后，分装后分别加入缓蚀剂使其浓度分别达到30 mg/L，50 mg/L和80 mg/L；加入阻垢剂使其浓度分别为20 mg/L，30 mg/L和60 mg/L；加入有效浓度为10％的絮凝剂5 mg/L，10 mg/L和20 mg/L。室温培养30 d，拍照记录结果。

1.2.2群落结构分析培养后的样品通过提取总DNA进行DGGE测定，分析生物群落变化情况。

1.2.3水样中部分成分的测定

1.2.3.1总有机碳及总氮测定

（1）水样中总有机碳及总氮测定：水样用总有机碳分析仪（TOC分析仪）红外分析法以CO2形式测定其中的无机碳，再将有机碳转化成CO2后用红外测定总碳含量，总碳含量减去无机碳后即得总有机碳含量并以mg/L表示。

水样直接用总有机碳分析仪（TOC分析仪）红外分析法测定其中的总氮含量。如测定其中有无机氮含量，则总氮含量减去无机氮含量可得总有机氮的含量。如无无机氮含量，则总氮含量即为总有机氮的含量。

（2）化学制剂在水样中的总有机碳和总氮测定：将不同的化学制剂配制成需要的使用浓度，再按上法测定其中的总有机碳和总氮含量。

1.2.3.2无机阴离子的测定将水样稀释50倍，用离子色谱测定其中的NO3-，NO2-，PO43-和SO42-，换算成原始样品中的含量。

图1　加入缓蚀剂HS-99、SL-2C 30 d后水体图片

2　结果与讨论

2.1水处理药剂的作用

2.1.1缓蚀剂的作用将加有缓蚀剂的培养瓶在室温下培养30 d后发现，水体颜色发生了明显的变化（见图1）。在低浓度下，即30 mg/L时，水体颜色与空白水样相近，随着缓蚀剂浓度增加水体颜色明显加深，表明水体中有化学反应发生或有大量微生物繁殖。

2.1.2阻垢剂的作用在阻垢剂的作用下，水样培养一定时间后的现象（见图2）。阻垢剂KD-27浓度在20 mg/L和30 mg/L时作用后的外观不明显，浓度达60 mg/L后培养的颜色加深现象才明显。

图2　加入阻垢剂KD-27 30 d后水体图片

图3　加入絮凝剂Al-Fe 30 d后水体图片

2.1.3絮凝剂的作用在絮凝剂的作用下，水样培养一定时间后的现象（见图3）。Al-Fe絮凝剂浓度在5 mg/L 和10 mg/L时作用后的外观不明显，浓度达20 mg/L后培养的颜色加深现象即明显，低浓度即改变水体的颜色，表明该制剂影响较大。

2.2水处理药剂对水体生物群落的影响

为进一步了解化学药剂对水体生物群落的影响，需要对水样进行群落分析。将培养30 d后的水样进行DGGE群落分析，其结果（见图4，表1）。A、B、H和I代表的是油田较多的 Pseudomonas sp、Geobacter lovleyi、未培养的菌及硫酸盐还原菌，处理前后均未见改变。变化较大的条带C、D、E和F其系列分别与Acholeplasma sp，Acrobacter sp，Syntrophobacter 及Volinella succinogenes较接近。

阻垢剂KD-27浓度达30 mg/L时增加1条明显的条带2D，当达60 mg/L出现2条明显的条带1D和1F。见条带1～3。

絮凝剂聚合铝铁浓度为5 mg/L和20 mg/L时结果较接近，10 mg/L时1个条带D减弱1个条带F增强。见条带4～6。

缓蚀剂HS-99浓度由30 mg/L经50 mg/L到80 mg/L时，1个条带E减弱至消失，1个条带D减弱后又增强，其中1个条带F增加。见条带7～9。

缓蚀剂SL-2C浓度30 mg/L与空白无异，浓度50 mg/L时有1条带D增强，但当浓度80 mg/L时，有2条条带D和E略增强，而浓度50 mg/L时增强的条带D又弱化了。

图4　不同水处理药剂作用后的DGGE结果

将DGGE分析得到的条带图运用软件，进行了油田污水中常见的三类细菌SRB、TGB和FB分布变化的分析（见图5～图7）。

表1　DGGE对应样品

通过比对，水样中主要存在SRB和TGB两种油田污水中的常见菌，加入不同浓度的水处理药剂后，微生物群落和数量都发生了明显的变化。

（1）阻垢剂的影响：随着阻垢剂浓度的增加，微生物群落种类增加；腐生菌TGB略有增加；SRB略有减少。根据从生物群落变化角度出发该类型阻垢剂的投加浓度以20 mg/L～30 mg/L为宜。

（2）絮凝剂的影响：从微生物群落变化看，絮凝剂的影响不明显。

（3）缓蚀剂HS-99的影响：当药剂浓度达到80 mg/L时，腐生菌的浓度明显增加了，在30 mg/L～50 mg/L内微生物群落没有明显变化，因此从生物群落变化角度出发该类型缓蚀剂投加浓度以30 mg/L～50 mg/L为宜。

（4）缓蚀剂SL-2C影响：与空白样相比，该药剂的投加对微生物群落的影响不大，只是在高浓度下，腐生菌略有减少。

图5　不同浓度KD-27作用后的结果　

2.3水处理药剂成分分析

取杨家坝和高二联的三相分离器出口的水样，直接测定总氮和总有机碳的含量，稀释50倍测定其中的阴离子含量。对缓蚀剂（SL-2C，咪唑林、环氧乙烷；HS-99，咪唑林），絮凝剂（Fe、Al）及阻垢剂（KD-27，有机磷酸类），用水稀释后测定其总氮和总有机碳含量。

污水样及水处理剂的部分成分分析（见表2），从分析结果可以发现水处理剂中均含有大量的氮和有机碳成分，同时含有微量的磷，可以看出水处理剂中由于含有微生物生长繁殖所需要的营养物质，因此投加到水体中对某些微生物的生长和繁殖会有促进的作用，而微生物的大量繁殖将给水处理带来更大的难度，因此对于水处理药剂的投加在考虑药剂效果的同时还应考虑到对水体微生物群落的影响。

图6　不同浓度絮凝剂作用后的结果

3　结论

（1）油田常用水处理药剂絮凝剂、缓蚀剂和阻垢剂对油田污水中主体微生物有抑制作用，但对部分腐生菌的生长有促进作用，使用量在10 mg/L～50 mg/L较合适。

（2）通过对污水和水处理药剂的成分分析发现，水处理药剂中均含有大量的氮和有机碳成分，同时含有微量的磷，对某些微生物的生长和繁殖会有促进的作用。

（3）不当投加含有细菌生长营养来源的水处理剂会导致污水系统的生物群落的变化甚至浓度增加，增加污水的处理难度。

图7　不同浓度缓蚀剂HS-99、SL-2C对细菌影响

表2　水样及化学制剂中部分成分的测定结果

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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

孟章进，男（1982-），工程师，本科，从事防腐防垢技术研究工作，邮箱：mengzj.jsyt@sinopec.com。