專利名稱：油田污水管道內(nèi)壁生物膜測(cè)取及生物膜分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物污損原位監(jiān)測(cè)技術(shù)，具體地說是一種油田污水管道內(nèi)壁生物膜測(cè)取及生物膜分析方法，通過對(duì)生物膜的測(cè)取分析獲得生物膜中腐蝕性微生物的含量、 菌群分布，總生物量、生物膜特性及組成，在此基礎(chǔ)上篩選適應(yīng)的高效的生物殺菌劑及其用量，達(dá)到殺菌劑用量少、防腐效果好、經(jīng)濟(jì)效益好的防腐的目的。
背景技術(shù)：
在油田污水處理系統(tǒng)中，微生物腐蝕對(duì)金屬管道、設(shè)備造成了嚴(yán)重的影響，受到越來越多的重視。研究表明，微生物腐蝕與設(shè)備管線表面的生物膜具有密切的關(guān)系。在生物膜中，微生物生活在一個(gè)與自由懸浮狀態(tài)完全不同的微生態(tài)環(huán)境中，微生物大體上是不動(dòng)的， 被包藏于水化的有機(jī)質(zhì)中。生物膜中的細(xì)胞密度比懸浮狀態(tài)要高，有時(shí)甚至高出5 6個(gè)數(shù)量級(jí)，相鄰位置細(xì)胞之間通過長(zhǎng)時(shí)間接觸可能產(chǎn)生生理相互作用，導(dǎo)致協(xié)同微生物作用。 微生物不僅能將水中組分轉(zhuǎn)化成不溶性的生物質(zhì)，使之沉積在表面，而且還將水中其他雜質(zhì)帶到表面形成污垢，內(nèi)部成為適合厭氧菌生存的環(huán)境。在生物膜中，常見的參與腐蝕的細(xì)菌種類不是很多，一般可分為好氧細(xì)菌和厭氧細(xì)菌兩大類。其中好氧細(xì)菌指環(huán)境中在游離氧的條件下才能生存的一類細(xì)菌，主要有鐵細(xì)菌和硫細(xì)菌等，和腐蝕過程有關(guān)的鐵細(xì)菌主要是氧化鐵桿菌，在中性含有機(jī)物和可溶性鐵鹽的水、土壤、銹層中都可以存在，最適宜生長(zhǎng)溫度為25°C 30°C，pH值在7. 1 7. 4之間。 和腐蝕有關(guān)的硫細(xì)菌主要是硫桿菌屬的細(xì)菌，如氧化硫桿菌、排硫桿菌和水泥崩解硫桿菌等，其中氧化硫桿菌最常見。它的最適宜生長(zhǎng)溫度是28°C 30°C，pH值在2. 5 3. 3之間。 厭氧細(xì)菌指在缺乏游離氧或者幾乎無游離氧的條件下才能生存，有氧反而不能生存的一類細(xì)菌。典型的與腐蝕過程相關(guān)的厭氧細(xì)菌主要是硫酸鹽還原菌。生物膜的首要危害就是參與和加速了管道及相關(guān)設(shè)備的腐蝕。由于生物膜在自然狀態(tài)下是各種各樣的微生物混雜在一起形成的混合群體，并且存在復(fù)雜的生態(tài)關(guān)系，因此生物膜下的微生物腐蝕實(shí)際上并非一種微生物單獨(dú)作用的結(jié)果，往往存在多種微生物聯(lián)合的作用，僅僅對(duì)單種微生物在純培養(yǎng)的基礎(chǔ)上分別在有菌和無菌條件下作暴露試驗(yàn)很難表達(dá)實(shí)際過程中微生物腐蝕的歷程。此外，生物膜會(huì)因?yàn)槔匣?、水流速度改變等原因造成脫落而惡化水質(zhì)，使水的色度和濁度上升，細(xì)菌數(shù)量增加。管壁生物膜的影響因素很多，包括水中的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)濃度、水流速度等水力因素、消毒劑的濃度、水中游離菌的數(shù)量、水溫、管段材質(zhì)和使用年限等。但到目前為止，有關(guān)研究尚處于初級(jí)階段，因?yàn)閷?shí)際給水管網(wǎng)中生物膜的采樣研究比較困難，而且在一個(gè)運(yùn)行正常的給水管網(wǎng)中生物膜往往是一個(gè)小型的穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)，很難對(duì)實(shí)際生物膜的發(fā)生、發(fā)展和變化情況進(jìn)行完整有效的監(jiān)測(cè)。生物膜的研究近年來引起了國(guó)內(nèi)外的高度重視，許多實(shí)驗(yàn)室和學(xué)者針對(duì)生物膜的形成、危害、預(yù)防等領(lǐng)域展開研究，目前已經(jīng)取得許多成果。生物膜內(nèi)細(xì)菌計(jì)數(shù)手段主要有顯微鏡直接計(jì)數(shù)、最大可能細(xì)菌計(jì)數(shù)以及瓊脂平板計(jì)數(shù)等與腐蝕有關(guān)的實(shí)驗(yàn)室細(xì)菌研究常用手段。由于人工培養(yǎng)基不同于微生物的自然生活環(huán)境，在培養(yǎng)過程中已經(jīng)具有一定的選擇性，不適合培養(yǎng)基的微生物在與優(yōu)勢(shì)菌種的競(jìng)爭(zhēng)中會(huì)逐漸處于劣勢(shì)甚至被淘汰；加之生物膜的預(yù)處理較困難，將菌膠團(tuán)破碎成單細(xì)胞懸濁液幾乎是不可能的。因此，培養(yǎng)法得出的生物量實(shí)際上遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于自然環(huán)境中的真實(shí)值， 只具有相對(duì)意義。而先進(jìn)的分子生物學(xué)技術(shù)如DGGE、PCR、FISH等，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)環(huán)境微生物多樣性的檢測(cè)、特定功能菌或功能基因的檢測(cè)、量化環(huán)境中的微生物種群等，但操作繁瑣費(fèi)用高昂，也不適合復(fù)雜環(huán)境下操作。原位測(cè)定不涉及生物膜與載體的分離及菌膠團(tuán)的破碎， 所用方法多為生物化學(xué)和物理(如稱重和顯微鏡直接計(jì)數(shù))方法等，可以避免培養(yǎng)法中細(xì)胞分離和培養(yǎng)基的選擇性等缺陷，國(guó)內(nèi)外常用的指標(biāo)有MLSS、MLVSS, T0C, COD、胞外多聚物 (EPS)、總蛋白質(zhì)、肽聚糖、脂多糖等，這些指標(biāo)又可以分為三類，如前四個(gè)指標(biāo)表征的是生物膜總組分，包括細(xì)胞和非細(xì)胞成分。EPS代表的是膜中的非細(xì)胞成分，后三者代表細(xì)胞內(nèi)的組分或代謝物質(zhì)，后者對(duì)于微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)和工程設(shè)計(jì)等問題所要求的活細(xì)菌數(shù)更有意義。目前90 98%的生物膜脂類是以磷脂的磷含量表征，易用比色法測(cè)定，以它表示生物量已經(jīng)在許多飲用水生物處理的研究中得到應(yīng)用，并被證明是行之有效的。目前浮游的微生物通常采用化學(xué)殺菌的手段加以控制，且對(duì)液體介質(zhì)中的細(xì)菌數(shù)量檢測(cè)手段比較成熟。而生物膜中的微生物由于取樣困難，且由于生物膜中的胞外聚合物阻礙了化學(xué)殺菌劑對(duì)膜內(nèi)細(xì)菌的作用，化學(xué)殺菌劑很難達(dá)到殺滅膜內(nèi)細(xì)菌的目的，而老化的生物膜脫落后，將細(xì)菌帶回流動(dòng)介質(zhì)，造成水環(huán)境中微生物二次污染。為了能真實(shí)反映油田水系統(tǒng)中微生物生物膜的生長(zhǎng)狀況，實(shí)際水體中微生物生物膜監(jiān)測(cè)具有非常重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種油田污水管道內(nèi)壁生物膜測(cè)取及生物膜分析方法，克服上述已有技術(shù)只能培養(yǎng)生物膜或培養(yǎng)單一菌種進(jìn)行分析而不能在線測(cè)取生物膜缺陷。一種油田污水管道內(nèi)壁生物膜測(cè)取方法通過由安裝在油田污水管道壁上的球閥控制，由與球閥螺紋連接的護(hù)套，護(hù)套上端內(nèi)周的密封圈、壓在密封上且與護(hù)套螺紋連接壓帽，設(shè)在壓帽上的定位螺絲，穿過壓帽、護(hù)套和球閥中心穿入污水管道內(nèi)壁處的取樣桿及安裝在取樣桿下端的試片攜帶器組成的取樣器，將與污水管道同材料的試片掛在污水管道內(nèi)壁處，通過試片測(cè)取污水管道的生物模；測(cè)取生物膜的周期在14天以上，可根據(jù)對(duì)生物膜厚薄的要求延長(zhǎng)測(cè)取生物膜的周期。為測(cè)取油田污水管道內(nèi)壁同一個(gè)截面的環(huán)周腐蝕情況可在油田污水道內(nèi)壁同一截面的環(huán)周均勻安裝4-6個(gè)取樣器，測(cè)取同一截面不同方位的試片進(jìn)行分析。一種油田污水管道內(nèi)壁生物模分析方法其特征在于依據(jù)權(quán)利要求1所述的油田污水管道內(nèi)壁生物膜測(cè)取方法測(cè)取的生物模分別進(jìn)行菌量檢測(cè)、菌種鑒別、總生物量檢測(cè)及殺菌劑對(duì)膜中細(xì)菌活性抑制能力的檢測(cè)，其檢測(cè)分析方法為(1)生物膜中游離菌量檢測(cè)將試片表面的生物膜小心的刷下，溶解于一定體積的生理鹽水溶液中，分別用SRB、TGB、IB細(xì)菌測(cè)試瓶，利用絕跡稀釋法測(cè)試刷下的生物膜中可懸浮于水溶液中的菌量。此結(jié)果可用來衡量輸水管道內(nèi)壁生物膜中可游離進(jìn)入管道污水中的生物量。(2)菌種鑒別采用平板表面涂布法吸取(1)中含細(xì)菌的生理鹽水稀釋液進(jìn)行涂布分離，并在恒溫恒濕條件下培養(yǎng)后，在平板培養(yǎng)基表面形成若干分散的單菌落，分別挑取典型的單菌落再次進(jìn)行涂布培養(yǎng)，最后獲得純化菌落，進(jìn)行進(jìn)一步的鑒定。(3)總生物量檢測(cè)另取一只平行生物膜取樣器上試片，采用比色法測(cè)定試片表面生物膜中磷含量，獲得生物膜中總生物量的數(shù)據(jù)。此指標(biāo)對(duì)于微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)和工程設(shè)計(jì)等所要求的活細(xì)菌數(shù)有重要意義。(4)殺菌劑對(duì)膜中細(xì)菌活性抑制能力檢測(cè)選取幾種殺菌劑評(píng)價(jià)殺菌劑對(duì)生物膜中細(xì)菌的殺死能力。將帶生物膜的試片懸于加有不同濃度殺菌劑的滅菌油田污水中，定期檢測(cè)污水中腐蝕性微生物的細(xì)菌含量，跟蹤一段時(shí)間，對(duì)殺菌劑對(duì)生物膜內(nèi)細(xì)菌殺滅能力進(jìn)行比較，最終得到殺菌劑最低抑菌濃度。由于生物膜中細(xì)菌有胞外高聚物的保護(hù)，一般按照實(shí)驗(yàn)室菌懸液獲得的殺菌劑加入量很難達(dá)到殺滅管壁生物膜中腐蝕性微生物的目的，在不破壞管道，不改變管壁生物膜狀態(tài)的情況下，采用此法針對(duì)管壁上的生物膜原位評(píng)價(jià)篩選殺菌劑可獲得更加貼近實(shí)際情況的效果。本發(fā)明與已有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、利用在經(jīng)取樣器能測(cè)取到油田污水管道運(yùn)行中的內(nèi)壁生物膜，對(duì)比生物進(jìn)行分析所測(cè)取的數(shù)據(jù)誤差小，對(duì)選擇適宜的高效益殺菌劑、殺菌效果好、節(jié)約成本；2、對(duì)在線測(cè)取的生物膜分析方法，能全方位的檢測(cè)出生物膜中的菌種菌量、生物總量及殺菌劑對(duì)生物膜中細(xì)菌活性抑制能力，能優(yōu)選出對(duì)應(yīng)的殺菌效果好的殺菌劑；3、在線取樣器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，取樣安全。


附圖-取樣器的安裝結(jié)構(gòu)示意圖1-取樣桿；2-壓冒；3-定位螺絲；4-密封圈；5-護(hù)套；6_球閥；7_試片攜帶器； 8-試片固定螺絲；9-試片；10-污水管道；11-球閥開關(guān)手柄。
具體實(shí)施例方式為進(jìn)一步公開本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合說明書附圖通過實(shí)施例作詳細(xì)說明測(cè)取油田污水管道內(nèi)壁生物膜是通過把取樣器安裝在油田污水管道10上，把測(cè)取生物膜的試片9通過取樣桿1掛在油田污水管道內(nèi)壁處，經(jīng)14天以上的測(cè)取周期，把試片取出獲得在線的生物膜的。具體取油田污水管道內(nèi)壁生物膜的具體做法是，先卸松壓帽2上的定位螺絲3，用手輕提取樣桿1，由于密封圈4的作用，污水不會(huì)泄漏，把試片提到護(hù)套5內(nèi)。用球閥開關(guān)手柄11把球閥6關(guān)閉，卸下護(hù)套5，把試片固定螺絲8從試片攜帶器7上卸下即取到附著在試片上的生物膜；通過對(duì)生物膜的分析方法步驟，分別進(jìn)行菌量檢測(cè)、菌種鑒別，總生物量檢測(cè)及殺菌劑對(duì)生物膜中細(xì)菌活性抑制能力的檢測(cè)；其檢測(cè)分析方法為(1)生物膜中游離菌量檢測(cè)。將試片表面的生物膜小心的刷下，溶解于一定體積的生理鹽水溶液中，分別用SRB、TGB、IB細(xì)菌測(cè)試瓶，利用絕跡稀釋法測(cè)試刷下的生物膜中可懸浮于水溶液中的菌量。此結(jié)果可用來衡量輸水管道內(nèi)壁生物膜中可游離進(jìn)入管道污水中的生物量。(2)采用平板表面涂布法吸取(1)中含細(xì)菌的生理鹽水稀釋液進(jìn)行涂布分離，并在恒溫恒濕條件下培養(yǎng)后，在平板培養(yǎng)基表面形成若干分散的單菌落，分別挑取典型的單菌落再次進(jìn)行涂布培養(yǎng)，最后獲得純化菌落，進(jìn)行進(jìn)一步的鑒定。(3)另取一只平行生物膜取樣器上試片，采用比色法測(cè)定試片表面生物膜中磷含量，獲得生物膜中總生物量的數(shù)據(jù)。此指標(biāo)對(duì)于微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)和工程設(shè)計(jì)等所要求的活細(xì)菌數(shù)有重要意義。(4)選取幾種殺菌劑評(píng)價(jià)殺菌劑對(duì)生物膜中細(xì)菌的殺死能力。將帶生物膜的試片懸于加有不同濃度殺菌劑的滅菌油田污水中，定期檢測(cè)污水中腐蝕性微生物的細(xì)菌含量， 跟蹤一段時(shí)間，對(duì)殺菌劑對(duì)生物膜內(nèi)細(xì)菌殺滅能力進(jìn)行比較，最終得到殺菌劑最低抑菌濃度。由于生物膜中細(xì)菌有胞外高聚物的保護(hù)，一般按照實(shí)驗(yàn)室菌懸液獲得的殺菌劑加入量很難達(dá)到殺滅管壁生物膜中腐蝕性微生物的目的，在不破壞管道，不改變管壁生物膜狀態(tài)的情況下，采用此法針對(duì)管壁上的生物膜原位評(píng)價(jià)篩選殺菌劑可獲得更加貼近實(shí)際情況的效果。
權(quán)利要求
1.一種油田污水管道內(nèi)壁生物膜測(cè)取方法其特征在于通過由安裝在油田污水管道壁上的球閥控制，由與球閥螺紋連接的護(hù)套，護(hù)套上端內(nèi)周的密封圈、壓在密封上且與護(hù)套螺紋連接壓帽，設(shè)在壓帽上的定位螺絲，穿過壓帽、護(hù)套和球閥中心穿入污水管道內(nèi)壁處的取樣桿及安裝在取樣桿下端的試片攜帶器組成的取樣器，將與污水管道同材料的試片掛在污水管道內(nèi)壁處，通過試片測(cè)取污水管道的生物膜；測(cè)取生物膜的周期在14天以上，可根據(jù)對(duì)生物膜厚薄的要求延長(zhǎng)測(cè)取生物膜的周期。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油田污水管道內(nèi)壁生物膜測(cè)取方法其特征在于為測(cè)取油田污水管道內(nèi)壁同一個(gè)截面的環(huán)周腐蝕情況可在油田污水道內(nèi)壁同一截面的環(huán)周均勻安裝 4-6個(gè)取樣器，測(cè)取同一截面不同方位的試片進(jìn)行分析。
3.—種油田污水管道內(nèi)壁生物模分析方法，其特征在于依據(jù)權(quán)利要求1所述的油田污水管道內(nèi)壁生物膜測(cè)取方法測(cè)取的生物膜分別進(jìn)行菌量檢測(cè)，菌種鑒別、總生物量檢測(cè)及殺菌劑對(duì)膜中細(xì)菌活性抑制能力的檢測(cè)；其檢測(cè)分析方法為(1)生物膜中游離菌量檢測(cè)將試片表面的生物膜小心的刷下，溶解于一定體積的生理鹽水溶液中，分別用SRB、TGB、IB細(xì)菌測(cè)試瓶，利用絕跡稀釋法測(cè)試刷下的生物膜中可懸浮于水溶液中的菌量，此結(jié)果可用來衡量輸水管道內(nèi)壁生物膜中可游離進(jìn)入管道污水中的生物量；(2)菌種鑒別采用平板表面涂布法吸取(1)中含細(xì)菌的生理鹽水稀釋液進(jìn)行涂布分離，并在恒溫恒濕條件下培養(yǎng)后，在平板培養(yǎng)基表面形成若干分散的單菌落，分別挑取典型的單菌落再次進(jìn)行涂布培養(yǎng)，最后獲得純化菌落，進(jìn)行進(jìn)一步的鑒定；(3)總生物量檢測(cè)另取一只平行生物膜取樣器上試片，采用比色法測(cè)定試片表面生物膜中磷含量，獲得生物膜中總生物量的數(shù)據(jù)，此指標(biāo)對(duì)于微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)和工程設(shè)計(jì)等所要求的活細(xì)菌數(shù)有重要意義；(4)殺菌劑對(duì)膜中細(xì)菌活性抑制能力檢測(cè)選取幾種殺菌劑評(píng)價(jià)殺菌劑對(duì)生物膜中細(xì)菌的殺死能力。將帶生物膜的試片懸于加有不同濃度殺菌劑的滅菌油田污水中，定期檢測(cè)污水中腐蝕性微生物的細(xì)菌含量，跟蹤一段時(shí)間，對(duì)殺菌劑對(duì)生物膜內(nèi)細(xì)菌殺滅能力進(jìn)行比較，最終得到殺菌劑最低抑菌濃度，由于生物膜中細(xì)菌有胞外高聚物的保護(hù)，一般按照實(shí)驗(yàn)室菌懸液獲得的殺菌劑加入量很難達(dá)到殺滅管壁生物膜中腐蝕性微生物的目的，在不破壞管道，不改變管壁生物膜狀態(tài)的情況下，采用此法針對(duì)管壁上的生物膜原位評(píng)價(jià)篩選殺菌劑可獲得更加貼近實(shí)際情況的效果。
全文摘要
油田污水管道內(nèi)壁生物膜測(cè)取及生物膜分析方法，通過由安裝在油田污水管道內(nèi)壁的內(nèi)球閥控制，由與球閥螺紋連接的護(hù)套，護(hù)套上端內(nèi)周的密封圈壓在密封上且與護(hù)套螺紋連接壓帽，設(shè)在壓帽上的定位螺絲，穿過壓帽、護(hù)套和球閥中心插入污水管道內(nèi)壁處的取樣桿及安裝在取樣桿下端的試片攜帶器組成的取樣器，將與污水管道相同材質(zhì)的試片掛在污水管道內(nèi)壁處，通過試片測(cè)取污水管道的生物膜；測(cè)取生物膜的周期在14天以上，可根據(jù)對(duì)生物膜厚薄的要求延長(zhǎng)測(cè)取生物膜的周期，而后對(duì)所測(cè)取的生物膜進(jìn)生分析檢測(cè)，分別進(jìn)行菌量檢測(cè)、菌種鑒別總生物量檢測(cè)及殺菌劑對(duì)膜中細(xì)菌活性抑制能力的檢測(cè)，從中篩選出適應(yīng)的殺菌劑，從而達(dá)到殺菌效果好，用藥量少和節(jié)約污水處理成本的目的。
文檔編號(hào)C12Q1/18GK102517377SQ20111038759
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月19日
發(fā)明者劉宏芳, 葉琴, 李清方, 王田麗, 秦雙, 管善峰, 韓霞 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué), 勝利油田勝利勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司