微生物概況及危害

[db:作者] / 2023-01-11 00:00

微生物概況及危害

微生物是所有形體微小、單細(xì)胞或個(gè)體結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的多細(xì)胞，甚至沒(méi)有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的低等生物的統(tǒng)稱，一般包括細(xì)菌、酵母菌、霉菌、放線菌、病毒等；其中細(xì)菌是一種最小的有機(jī)體。

根據(jù)細(xì)胞對(duì)不同來(lái)源的含碳物質(zhì)的利用能力，可把細(xì)菌分為自養(yǎng)型和異養(yǎng)型細(xì)菌。自養(yǎng)菌能在完全無(wú)機(jī)物的環(huán)境中生長(zhǎng)繁殖，能以二氧化碳或碳酸鹽作為碳源，在菌體內(nèi)合成有機(jī)含碳化合物，如部分鐵細(xì)菌屬于自養(yǎng)型。異養(yǎng)型細(xì)菌只能從現(xiàn)成的有機(jī)含碳化合物中取得碳素，能源來(lái)自有機(jī)物的氧化所產(chǎn)生的化學(xué)能，所有的腐生菌、寄生細(xì)菌都屬于這種類型。在呼吸過(guò)程中，能夠利用分子狀態(tài)氧的細(xì)菌稱為好氧菌，如鐵細(xì)菌和腐生菌。只能在無(wú)分子狀態(tài)氧的環(huán)境中進(jìn)行呼吸的細(xì)菌稱為厭氧菌。既能在有氧情況下呼吸，又能在無(wú)氧情況下呼吸的細(xì)菌稱為兼性厭氧菌。硫酸鹽還原菌嚴(yán)格來(lái)說(shuō)應(yīng)屬于專性厭氧菌。

工業(yè)用水特別是循環(huán)冷卻水統(tǒng)中主要的細(xì)菌有異養(yǎng)菌、鐵細(xì)菌、硫酸鹽還原菌；藻類有藍(lán)藻類、綠藻類和硅藻類。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中微生物的種類及特征見(jiàn)表7-1。

表7-1 開(kāi)放式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的微生物

(1)異養(yǎng)菌

異養(yǎng)菌是一類細(xì)菌的總稱，此類細(xì)菌不能依靠自生能力生長(zhǎng)繁殖，必須依靠外界環(huán)境提供的有機(jī)物及無(wú)機(jī)物作為自生繁殖所必需的碳源及營(yíng)養(yǎng)源。異養(yǎng)菌在工業(yè)循環(huán)水中大量存在，尤其當(dāng)有機(jī)介質(zhì)泄漏時(shí)，為其提供了大量的碳源，生長(zhǎng)繁殖迅速，形成黏泥，嚴(yán)重影響換熱效果，也會(huì)造成設(shè)備腐蝕。

(2)鐵細(xì)菌

鐵細(xì)菌是-種好氧異養(yǎng)菌，在含氣量小于0.5mg/L的系統(tǒng)中也能生長(zhǎng)。鐵細(xì)菌的生長(zhǎng)需要鐵，但對(duì)鐵濃度的要求并不高，在總鐵量為1～6mg/L的水中，鐵細(xì)菌繁殖旺盛，鐵細(xì)菌以有機(jī)物為營(yíng)養(yǎng)源，其生長(zhǎng)需要有機(jī)物，偏愛(ài)鐵與錳的有機(jī)化合物。這類有機(jī)物被利用后，鐵和錳被作為廢物排出，附著于細(xì)菌的絲狀體上。鐵細(xì)菌是好氧菌，在靜止水中，完全缺鐵的深層是很難生長(zhǎng)繁殖的，在流動(dòng)的水中有一定的溶解氧，鐵細(xì)菌能生長(zhǎng)。

凡是具有以下生理特征的為典型的鐵細(xì)菌，即：能在氧化亞鐵氧化成高價(jià)化合物過(guò)程中起催化作用；可以利用鐵氧化中釋放出來(lái)的能量滿足其生命的需要。鐵細(xì)菌偏好鐵質(zhì)較多的酸環(huán)境，以碳酸鹽為碳源。

4FeCO4+O2+6H2O→4Fe(OH)4+4CO2+能量

反應(yīng)產(chǎn)生能量和高鐵維持其能量代謝。不溶性Fe(OH)3經(jīng)菌體排出后，形成大量的棕色黏泥。鐵細(xì)菌在酸性環(huán)境中對(duì)其發(fā)育有利，堿性水中不適應(yīng)鐵細(xì)菌的生長(zhǎng)，其適宜的pH值為6～8，所需溫度偏低，最適宜的溫度為22～25℃，適宜的靜水壓為0～100MPa。

鐵細(xì)菌是在與水接觸的菌種中最常見(jiàn)的一種菌。它的存在會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的設(shè)備的腐蝕。這是由于一方面因?yàn)槠渲性S多菌具有附著在金屬表面的能力，另外它具有氧化水中亞鐵成為氫氧化高鐵的能力，使高鐵化合物在鐵細(xì)菌膠質(zhì)鞘中沉積下來(lái)：

2Fe2++(x+2)H2O+1/2O2→Fe2O4·xH2O+4H++能量

這樣形成了包含菌體和氫氧化高鐵等組成的結(jié)瘤，使水流中溶解氧很難擴(kuò)散到底部金屬表面。另外菌呼吸也消耗了氧，而這個(gè)區(qū)域?yàn)樨氀鯀^(qū)，結(jié)瘤周圍的氧濃度相對(duì)較高，形成了氧濃差電池。瘤下部缺氧區(qū)為腐蝕電池的陽(yáng)極區(qū)，瘤周圍為陰極區(qū)，設(shè)備管壁溶解出的亞鐵離子向外擴(kuò)散，未能到表面的成為氫氧化亞鐵，這樣結(jié)瘤擴(kuò)大，陽(yáng)極區(qū)腐蝕隨之加深。由于瘤底部缺氧，使腐蝕加深。

鐵細(xì)菌也會(huì)大量存在于油田注水系統(tǒng)中，除了會(huì)造成上述所說(shuō)的設(shè)備腐蝕問(wèn)題，還由于鐵細(xì)菌會(huì)分泌大量的黏性物質(zhì)，從而造成注水井和過(guò)濾器的堵塞，使注水井的注入能力降低，同時(shí)由于細(xì)菌的生化作用還會(huì)造成原油中溶解氣的含量降低，造成原油的黏度升高?？傊F細(xì)菌的存在對(duì)油田注水系統(tǒng)有著不可忽視的影響，有效地控制注水中鐵細(xì)菌的數(shù)量是人們研究的中心問(wèn)題之一。

(3)硫酸鹽還原菌

硫酸鹽還原菌是一種在厭氧條件下使硫酸鹽還原成硫化物而以有機(jī)物為營(yíng)養(yǎng)的細(xì)菌。硫酸鹽還原菌存在兩種類型：一種是無(wú)芽孢的磺弧菌屬；另-種是有芽孢的去磺弧菌屬。硫酸鹽還原菌中危害較大的是去磺弧菌屬。

去磺弧菌屬為革蘭陰性的彎曲桿菌，呈S形或螺旋形，長(zhǎng)約2μm，帶有厚約1000nm的一根鞭毛。硫酸鹽還原菌嚴(yán)格厭氧，所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)中，除去Na+、Mg2+、Ca2+、SO42-、CI-、CO42-、NO4-、H2PO4-、NH4+外，還有鐵的存在。它在生長(zhǎng)繁殖時(shí)，為了構(gòu)成菌體，要比其他細(xì)菌多固定2～3倍的二氧化碳，所需要的碳素化合物中以酵母汁最為有效。

硫酸鹽還原菌的生長(zhǎng)受環(huán)境因素的制約，它的生長(zhǎng)溫度隨菌種不同分為中溫型和高溫型兩類。硫酸鹽還原菌的生長(zhǎng)溫度在1～90℃，硫酸鹽還原菌生長(zhǎng)的pH值范圍很廣，一般在5.5～9.0都可生長(zhǎng)，最適宜的pH值在7.0～7.5。

硫酸鹽還原菌與鐵細(xì)菌一樣，它的存在也會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的腐蝕問(wèn)題。硫酸鹽還原菌的腐蝕主要是由于氫化酶的作用。硫酸鹽還原菌的氫化酶可在金屬表面上的陰極部位把硫酸根生物催化成硫離子和初生態(tài)氧，初生態(tài)氧在陰極使吸附在陰極表面的氫去極化而生成水，即硫酸鹽還原菌總的來(lái)說(shuō)起了陰極去極化作用，加速了鋼鐵的腐蝕過(guò)程。硫酸鹽還原菌造成金屬腐蝕的機(jī)理分兩步：第一步是細(xì)菌通過(guò)氫化酶從金屬表面放出原子態(tài)氫，并幫助氫原子將硫酸鹽還原成硫化物；第二步是陰極去極化作用：

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