不同Cl^(-)浓度下SRB对抗微生物腐蚀管材性能的影响

针对油田复杂环境下管材发生腐蚀失效问题,采用SEM、EDS及XRD对试样在不同Cl^(-)浓度下(0 g/L、20 g/L、40 g/L、80 g/L和120 g/L)腐蚀后的表面形貌、腐蚀产物的成分及物相组成进行分析,通过电化学测试,研究了不同Cl^(-)浓度下SRB对抗微生物腐蚀管材性能的影响。结果发现,Cl^(-)浓度为20 g/L时最适宜SRB生长,但此时SRB对抗微生物腐蚀管材的腐蚀性最小,此后随着Cl^(-)浓度升高,生物膜减少,腐蚀速率增大;当Cl^(-)浓度分别为0 g/L、20 g/L时,在腐蚀产物中检测出FeS和Fe_(3)(PO_(4))_(2),且腐蚀均受阴极反应控制。因此,在不同Cl^(-)浓度下,SRB对抗微生物腐蚀管材性能的影响与试样表面形成的生物膜有关,随着Cl^(-)浓度的增加,SRB对抗微生物腐蚀管材腐蚀作用减小。

新型HFW焊管的耐腐蚀性能

目的 研究采用高频直缝焊接(HFW)制成新型含Cu焊管母材和焊接接头在硫酸盐还原菌(SRB)环境中的腐蚀行为,为含Cu焊管提供基础数据。方法 通过失重法获得含Cu钢母材、接头及对比材料L360在SRB中的腐蚀速率,采用光学电子显微镜(OM)和透射电子显微镜(TEM)研究了含Cu钢的微观组织结构和析出相成分。通过扫描电子显微镜、激光共聚焦显微镜对腐蚀后的表面腐蚀形貌、细菌形貌和点蚀深度进行分析,利用EDS区域扫描和面扫描对腐蚀产物成分及元素分布状态进行分析。结果 新型含Cu钢金相组织为粒状贝氏体、多边形铁素体和少量的珠光体,透射电镜观察发现表面析出了大量弥散分布的ε-Cu相。在SRB环境中,含Cu钢母材、焊接接头和L360的腐蚀速率分别为0.007 1、0.0239、0.010 0 mm/a。通过腐蚀产物、细菌分布及形态的扫描电镜观察发现,在含Cu钢母材表面未发现结构完整的生物膜,腐蚀介质中的材料表面水解产生的Cu离子有效破坏腐蚀初期快速附着在金属表面的生物膜,从而形成“包状物”残留在金属表面,附近发现萎缩和组织液溢出的细菌,含Cu钢焊接接头焊缝区域生物膜结构完整,有大量细菌吸附且生物活性良好,微生物膜下产生腐蚀坑造成局部膜层破裂,点蚀严重。结论 在SRB环境中新型HFW焊管材料的平均腐蚀速率、点蚀密度和点蚀深度均低于L360,即Cu合金化处理金属表面析出ε-Cu相具有优良杀菌性能,从而减缓含Cu钢的腐蚀,经过HFW焊接后,接头焊缝区域点蚀敏感性增强,耐蚀性能下降。

抗微生物腐蚀管材在SRB/CO_(2)环境中膜特征及其腐蚀行为

目的通过试验观察硫酸盐还原菌(SRB)/饱和CO_(2)对抗微生物腐蚀管材的腐蚀特征,探究SRB对CO_(2)腐蚀的影响。方法通过细菌计数得到有、无饱和CO_(2)环境中浮游SRB的生长曲线。通过浸泡试验,获得SRB、饱和CO_(2)、SRB+饱和CO_(2)(3种不同环境)对腐蚀速率的影响。采用SEM、EDS及XRD对试样在3种不同环境中腐蚀后的表面形貌、腐蚀产物的成分及物相组成进行分析。通过腐蚀电化学测试,研究3种不同环境中对抗微生物腐蚀管材腐蚀的影响。结果CO_(2)腐蚀和SRB腐蚀相互抑制,同时CO_(2)作为SRB生长的迟效碳源,为SRB的二次生长提供能量。整个腐蚀过程受CO_(2)腐蚀、细菌正常生长代谢形成生物膜、膜层易开裂和脱落等影响。浸泡15 d后,极化电阻呈现Rp(SRB)>Rp(SRB+饱和CO_(2))>Rp(CO_(2))规律。在含SRB环境中,由于SRB参与腐蚀反应后,将硫酸盐还原产生H2S,H2S与Fe2+反应生成FeS,少许FeS与空气接触会生成单质S,使得该环境中检测出的S元素比无菌环境中高。结论SRB+饱和CO_(2)环境中,生物膜的形成提高了腐蚀产物膜的结合力,导致穿越膜层的腐蚀性离子减少,减缓了腐蚀,所以SRB的存在对抗微生物腐蚀管材的CO_(2)腐蚀具有明显抑制作用。

排水管道沉积物-水系统中不同微生物群落下氮的迁移转化

为探索微生物群落对排水管道沉积物-水系统中氮迁移转化的作用,本文研究了干预组、对照组及初始沉积物中的微生物群落,探索排水管道沉积物-水系统中不同组分氮迁移转化的规律,并进行了量化计算.结果表明,γ-变形菌纲和拟杆菌纲在对照组中相对丰度较高,梭菌纲、互营养菌纲在干预组中更占优势.在浓度差异和生物作用的共同影响下,干预组上覆水氨氮含量增加.γ-变形菌纲发生硝化作用导致对照组上覆水氨氮浓度下降,硝态氮、亚硝态氮含量增加.高、低浓度下,沉积物-水系统中的氨氮均由沉积物向上覆水释放,低浓度下氨氮的释放通量更大,最高值达到了536.76 mg·m^(−2)·d^(−1).系统中,硝态氮的释放通量很小.

管材和流速对供水管道生物膜形成的影响

针对供水管网中不断变换的管材和水力条件,运用异养菌计数和PCR-DGGE技术研究了特定余氯质量浓度下管材和流速对水质和管道生物膜形成的影响.结果表明:管材对主体水余氯、TOC、细菌总数和生物膜群落结构影响均较大,而流速只对主体水余氯和生物膜细菌总数影响较大;同一时期,PE管道附着细菌总数显著大于不锈钢;同类管材中0.2和0.4 m/s流速下生长的生物膜细菌总数差异不显著,但均显著大于0.8 m/s流速下生长的生物膜细菌总数;生物膜成熟时鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)和芽孢杆菌属(Bacillus)占优势且广泛存在,而某些疏水性细菌则较难在不锈钢管材上聚集,特别是在流速增大时更难聚集.

滞流工况下管网水中微生物群落对铁释放的影响

为探究不同供水管道滞流过程中,管网水细菌数量和微生物群落结构对铁释放影响作用,研究依托搭载于实际供水管网中的试验平台,分别采用传统R2A培养法计数可培养腐蚀细菌数量,和高通量测序分析水中微生物群落结构.结果显示,滞流过程中不同管材管网水微生物群落以变形菌门(Proteobacteria)为主,占到86.69%~91.36%.在纲水平上,a-变形菌纲(Alphaproteobacteria)、β-变形菌纲(Betaproteobacteria)和放线菌纲(Actinobacteria)含量较高,可达50%以上.总铁浓度与铁氧化细菌和硫酸盐还原菌的相关性较强,且球墨铸铁管管网水中腐蚀细菌对总铁释放的影响性相较于HDPE管的要大.通过相关性系数分析和RDA分析,门水平上Proteobacteria、Actinobacteria和Acidobacteria以及纲水平上的Alphaproteobacteria、Betaprotebacteria和Bacilli对铁释放起到促进作用.

长距离原水输水管道管壁生物膜特征分析

研究长距离原水输水管道管壁生物膜特征有利于分析原水水质变化原因,对保障长距离原水水质安全性具有重要意义.采用8台环状膜生物反应器(BAR)串联运行以模拟长距离原水输水管道,研究不同水质条件下,管道生物膜的形态特征、结构、生物量空间分布、微型生物种群组成.结果表明:不同水质条件下生物膜形态明显不同,管壁上黏附颗粒物的颜色是表征生物膜形态特征的重要标志;管道微生物膜结构沿程变化较大,其粗糙生物膜结构增大了生物膜比表面积,有利于生物膜的生长发育,从而有效氧化去除水中的污染物质;A江模拟管道运行75 d在BAR3处生物量达最大值(以P计)1.11 nmol.cm-2,后端因缺乏营养生物量明显降低,而B江模拟管道生物膜生长受进水DO(0.3～3.0 mg.L-1)抑制,生物量沿程变化较小;原水水质是影响生物膜微型生物组成的重要因素,微型生物组成反映管道水质状况及净水效果.

多点汇流下污水管网污染物迁变规律及其机制

为研究城市污水管网多点汇流条件下污染物的迁变规律及其对微生物繁衍的影响机制,建立一套多汇流点位的污水管道中试系统,探究污水输送过程中碳,氮,硫3类主要污染物质的迁移转化特性.结果表明,汇流点前溶解态化学需氧量(SCOD)和硫酸盐(SO(4)^(2-))浓度下降,氨氮(NH(4)^(+)-N)浓度上升,支管汇流使得汇流点3类污染物浓度显著增加.后期水质达到稳定,在保证支管污水的汇入导致各类污染物增加量基本不变的情况下,SCOD浓度由进口的320mg/L左右下降至出口的280mg/L左右,在氨化作用下导致的NH(4)^(+)-N总增加量在15mg/L左右,高于因汇流产生的增加总量12.5mg/L左右,结果表明汇流管网系统中微生物的消耗代谢作用是碳氮类污染物变化的主导因素,而SO(4)^(2-)后期进出口浓度均在20mg/L左右,说明支管汇流和生化代谢使SO(4)^(2-)的含量维持在动态平衡的状态.此外,对管网中试系统生物相中微生物繁衍过程进行分析可知,发酵菌(FB),产氢产乙酸菌(HPA),硫酸盐还原菌(SRB)的含量随繁衍时间显著增加,并在沿程的不同汇流点处出现丰度升高现象.综上所述,在多点汇流导致污水水质波动的作用下,促进了管网生物相中微生物的繁衍增殖,并增强了其代谢作用在污水管网污染物转化的主导地位,使得污染物在管网输送过程中呈现更为显著的转化现象.

管材缺陷与微生物对凝汽器不锈钢管的协同腐蚀作用

结合某发电厂凝汽器不锈钢管水侧腐蚀部位分布规律和腐蚀形貌特征,分别对腐蚀部位沉积物、内壁蚀孔附近管材进行化学成分、电镜和能谱分析,探讨了管材缺陷与微生物对凝汽器不锈钢管腐蚀的影响。结果表明,两者在点蚀形成过程中具有协同作用。提出了不锈钢凝汽器在运行过程中应采取的防护措施。

水流剪切力对供水管道管壁生物膜生长的影响

利用全比例非循环管网中试平台的球墨铸铁管模拟不同水流剪切力下管壁生物膜的生长.采用总固体（TS）、挥发性固体（VS）和化学需氧量（COD）表征生物膜的理化特性,实时荧光定量PCR和RT-PCR计数细菌总数和活菌数量,高通量测序（454焦磷酸测序）探究生物膜、细菌种群多样性.结果表明,水流剪切力对管壁生物膜理化指标细菌总数和细菌种群结构有显著影响（理化参数p〈0.05）,但对活菌数量的影响并不显著（p〉0.05）.并且生物膜的理化指标、细菌数量并不是随水流剪切力的增大而简单地增大或减小,存在生物膜生长的最佳水流剪切力.在水流剪切力为0.8Pa下生物膜生物量最大,每平方厘米管壁细菌总数高达2.10×10^9个,而在水流剪切力为0.05和2.5Pa下每平方厘米管壁细菌总数分别为2.20×10^8和2.27×10^8个.

硫化锰夹杂溶解和微生物存在对不锈钢管的点蚀

结合发电厂凝汽器不锈钢管内壁腐蚀部位分布规律和腐蚀外貌特征,分别对腐蚀部位沉积物、内壁蚀孔附近管材成分进行扫描电子显微镜观察和能谱分析,探讨了管材中MnS溶解与微生物对凝汽器不锈钢管腐蚀的电化学反应机理,发现二者在点蚀形成过程中具有协同作用,并在综合分析影响不锈钢腐蚀的各种因素的基础上,提出了不锈钢凝汽器在运行过程中应采取的防护措施。

滞流前后管道生物膜微生物群落径向分布差异

为了探究供水管道管壁生物膜在滞流前、后的细菌数量和微生物群落结构在空间分布上变化的差异性,依托建设于实际供水管网系统中的管网中试平台开展研究.采用电子扫描电镜(SEM)观察管道生物膜的形态差异,采用实时荧光定量PCR计数生物膜中细菌总数,采用高通量测序分析管道不同空间位置上微生物群落种类和含量.研究结果表明,滞流后细菌总数在两种管道上部增加较少,中部和下部增加较大.微生物群落在高密度聚乙烯管道内壁空间位置上分布较均匀,种群结构变化不大,球墨铸铁管中的种群结构分布变化较大.其中腐蚀菌属从空间位置的上部至下部含量依次增加,滞流后管道中部腐蚀菌落含量变化较大,应重点关注管道中部腐蚀菌落对管道腐蚀的影响.

管材对给水管附生生物膜微生物分布的影响

结合微生物学传统培养和分子生物学现代技术,分析了无规聚丙烯(Po lypropy lene R andom,PPR)管、镀锌钢管和铜管3种室内给水管附生生物膜微生物群落。结果表明,在以上3种管道上发育1年的附生生物膜中,分别有6种、5种和3种优势异养菌被分离出来;α变形杆菌纲优势异养菌所占比例在PPR管、镀锌钢管和铜管附生生物膜中依次增加,而β变形杆菌纲和放线菌纲优势异养菌所占比例则依次减小;镀锌钢管和PPR管附生生物膜中均存在作为优势异养菌的机会病原体,而铜管附生生物膜中则未分离出作为优势异养菌的机会病原体。

环氧树脂封面层对球墨铸铁管生物膜的影响

以实际全比例非循环管道中试平台中水泥砂浆内衬球墨铸铁管为研究对象,通过分析生物膜的理化指标及微生物的群落结构来研究环氧树脂封面层对管道生物膜的影响.研究发现,相比于普通水泥砂浆内衬的球墨铸铁管,增加环氧树脂封面层后的管道不易吸附、沉积各种物质,对生物膜细菌丰度及群落结构均有影响,其管壁生物膜细菌总数为4.01×10~4copies/cm^2,可培养菌数量为1.40×10CFU/cm^2,另外其物种丰度较高而多样性较低.因此增加环氧树脂封面层的水泥内衬球墨铸铁管是一种更为优良的管材.

管材对原水输送管道中微生物群落结构及氮素转化的影响

研究不同管材(水泥内衬管、油漆内衬管)原水管道模拟装置中成熟生物膜的微生物群落结构及含氮污染物转化规律,并利用冗余分析阐明微生物与氮转化之间的关系。结果表明:不同管材的模拟管道内含氮污染物转化存在差异,油漆内衬管中硝化反应更为明显;粗糙度高的油漆内衬管中HPC稳定在1. 89×106～2. 45×106CFU/cm2,高于水泥内衬管的2. 60×105～4. 00×105CFU/cm2;不同管材管道内壁生物膜中优势菌门种类基本一致但丰度不同。优势菌门与含氮污染物转化关系密切,NH+4-N、NO-2-N的转化率与硝化螺旋菌门、拟杆菌门相对丰度呈显著正相关,而与绿弯菌门、酸杆菌门呈负相关关系。NO-3-N的转化率与厚壁菌门相对丰度正相关,与浮霉菌门、放线菌门表现出负相关性。同时,管材表面粗糙度越大,管道内的生物多样性也越大。油漆内衬管中硝化螺旋菌门、放线菌门、拟杆菌门相对丰度略高,因此硝化反应更明显,出水中出现更多的小分子DON,而管材对管道出水中DON的亲疏水性的影响不明显。

实际重力流排水管道中微生物群落对管道的腐蚀影响

通过在实际重力流排水管道中选取10个典型的腐蚀区域作为研究对象,通过对排水管道对应腐蚀区域的生物膜和水体进行采样,探究实际排水管道不同空间位置上微生物群落分布的差异性以及水质因素对微生物群落多样性分布影响.采用高通量测序方法反映腐蚀区域微生物群落的多样性.结果表明,在排水管道中10个典型腐蚀区域中的微生物群落分布结构基本相似,在门水平上主要是变形菌占绝对优势,其次是放线菌门,在纲水平上主要是a-变形菌纲,其次是β-变形菌纲两者相对含量之和占到43.56%,在属水平上的硫酸盐还原菌对管道具有严重的局部腐蚀,包含有Desulforhabdus,Desulfuromonas,Desulfobacter.RDA环境影响因子研究发现,在门水平上硫化氢、溶解氧与微生物群落存在一定的相关性,在纲水平上与微生物群落存在相关性的主要是铵根离子、pH值和COD.

某小区自备井供水系统中异臭问题原因分析和应急处理

某长期使用自备井的城市小区,其新建楼房的龙头水中出现明显异臭。现场检测发现,全部自来水样品中余氯未检出,氧化还原电位、溶解氧等指标低,部分龙头水呈现明显的臭鸡蛋味、腐败味,判断主要的致臭物质是硫醇硫醚。微生物种群分析表明,新楼供水管道生物膜中有较多的硫酸盐还原菌。管材研究表明,新楼中敷设的衬塑钢管适宜微生物在表面附着生长;而旧楼使用的铁质管道则可能阻断含硫致臭物质的产生。判断该小区新楼自来水中异臭的成因是未按要求投加消毒剂,导致微生物在衬塑钢立管内壁大量繁殖,通过硫酸盐还原、甲基化等生化反应产生硫醇硫醚类致臭物质。根据课题组建议,该小区通过持续投加次氯酸钠消毒剂,很快解决了自来水异臭问题。

干旱区膜下滴灌配合暗管与竖井排水对棉田土壤盐分的影响

为研究干旱区棉田在滴灌淋洗配合协同排水下的土壤盐平衡变化规律及微生物群落丰度特征,在新疆典型干旱盐碱区(141团)进行野外排水试验,试验设置暗管与竖井双因素协同排水,X轴方向五水平(距离竖井0、15、30、45 m和60 m,记为T1、T2、T3、T4和T5),Y轴方向三水平(距离暗管0、5 m和7.5 m,记为P1、P2和P3),分析土壤电导率与地下水位、土壤微生物之间的关系。结果表明,进行淋洗试验后,0~700 cm土层土壤电导率整体降低,200~400 cm土层脱盐最明显,最低达到0.9254 dS·m^(-1),全生育期平均脱盐率为70%,在距离暗管5 m、距离竖井45 m处的土壤脱盐效果最佳。此外,全生育期地下水埋深呈现先减小后增大的趋势,下降最大幅度达到2 m,且地下水位对土壤盐分的影响具有滞后性,土壤中微生物Chao1指数、多样性指数和丰富度指数均随土壤电导率降低而上升。研究表明,滴灌淋洗配合暗管与竖井排水有利于降低土壤深层盐分、控制地下水位、提升土壤微生物群落多样性,有利于推进干旱区盐渍化农田改良及恢复废弃耕地。

软岩填筑体多层多孔微生物灌浆室内模型试验研究

目前利用无损检测技术来评价微生物矿化反应加固效果的研究较少。在试验确定微生物灌浆周期、灌浆速率以及最优灌浆间距的基础上,结合填筑体内部进行管路灌浆的思想自主设计了用于填筑体加固的多层多孔灌浆管道系统,利用该系统开展泥质页岩残积土的微生物灌浆室内模型试验。利用超声波检测技术,针对循环灌浆得到的残积土胶结体开展详细的加固效果分析,结果表明:(1)利用多层多孔灌浆管道系统对填筑体进行微生物诱导方解石沉淀(MICP)技术处理后,残积土填筑模型的超声波速增大明显,表明采用该灌浆方法可有效提高填筑体密实度,证明了应用自主设计的多孔灌浆系统进行填筑体加固的可行性;(2)利用超声波检测技术测定不同灌浆阶段填筑体的正、侧面波速,发现其波速与增量呈左右对称分布,且随着微生物注浆加固次数的增加,模型加固区域逐步向上部土体扩散,其中中部土体加固效果较强;探究了填筑体内部的加固规律以及超声波速技术用于评价加固效果的可行性;(3)利用超声波检测技术,采用"正面提供权重,侧面提供波速"的方法对各测点的波速进行推算,得到填筑体的波速值云图,进一步揭示了填筑体内部密实度的变化规律。研究结论可为微生物加固填筑体的效果分析提供借鉴与依据。

页岩气田站内管道腐蚀原因及治理对策

川渝页岩气田某区块站内管道腐蚀穿孔,影响站场正常运行,维修难度大,风险高,安全环保压力大。为此,通过对输送介质、腐蚀产物理化实验分析,结合环路模拟试验明确了管道腐蚀主要原因:微生物腐蚀造成的电化学腐蚀为主,CO_(2)腐蚀为辅,同时冲刷作用导致弯头穿孔加剧。通过缓蚀杀菌剂加注、抗菌钢管更换及除砂器优选等综合治理措施,实现了对集气站内管道腐蚀穿孔的有效控制,保障了站场的正常运行,对页岩气田安全、稳定、高效开发及可持续发展具有重要意义,为国内外同类型气田开发中腐蚀问题的处理提供了参考。