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、單細胞或個體結構較為簡單的多細胞，甚至沒有細胞結構的低等生物的統稱，一般包括細菌、酵母菌、霉菌、放線菌、病毒等；其中細菌是一種最小的有機體。

根據細胞對不同來源的含碳物質的利用能力，可把細菌分為自養型和異養型細菌。自養菌能在完全無機物的環境中生長繁殖，能以二氧化碳或碳酸鹽作為碳源，在菌體內合成有機含碳化合物，如部分鐵細菌屬于自養型。異養型細菌只能從現成的有機含碳化合物中取得碳素，能源來自有機物的氧化所產生的化學能，所有的腐生菌、寄生細菌都屬于這種類型。在呼吸過程中，能夠利用分子狀態氧的細菌稱為好氧菌，如鐵細菌和腐生菌。只能在無分子狀態氧的環境中進行呼吸的細菌稱為厭氧菌。既能在有氧情況下呼吸，又能在無氧情況下呼吸的細菌稱為兼性厭氧菌。硫酸鹽還原菌嚴格來說應屬于專性厭氧菌。

工業用水特別是循環冷卻水統中主要的細菌有異養菌、鐵細菌、硫酸鹽還原菌；藻類有藍藻類、綠藻類和硅藻類。循環冷卻水系統中微生物的種類及特征見表7-1。

表7-1 開放式循環冷卻水系統的微生物

(1)異養菌

異養菌是一類細菌的總稱，此類細菌不能依靠自生能力生長繁殖，必須依靠外界環境提供的有機物及無機物作為自生繁殖所必需的碳源及營養源。異養菌在工業循環水中大量存在，尤其當有機介質泄漏時，為其提供了大量的碳源，生長繁殖迅速，形成黏泥，嚴重影響換熱效果，也會造成設備腐蝕。

(2)鐵細菌

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

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

4FeCO4+O2+6H2O→4Fe(OH)4+4CO2+能量

反應產生能量和高鐵維持其能量代謝。不溶性Fe(OH)3經菌體排出后，形成大量的棕色黏泥。鐵細菌在酸性環境中對其發育有利，堿性水中不適應鐵細菌的生長，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。

鐵細菌是在與水接觸的菌種中最常見的一種菌。它的存在會導致嚴重的設備的腐蝕。這是由于一方面因為其中許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菌膠質鞘中沉積下來：

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瘤，使水流中溶解氧很難擴散到底部金屬表面。另外菌呼吸也消耗了氧，而這個區域為貧氧區，結瘤周圍的氧濃度相對較高，形成了氧濃差電池。瘤下部缺氧區為腐蝕電池的陽極區，瘤周圍為陰極區，設備管壁溶解出的亞鐵離子向外擴散，未能到表面的成為氫氧化亞鐵，這樣結瘤擴大，陽極區腐蝕隨之加深。由于瘤底部缺氧，使腐蝕加深。

鐵細菌也會大量存在于油田注水系統中，除了會造成上述所說的設備腐蝕問題，還由于鐵細菌會分泌大量的黏性物質，從而造成注水井和過濾器的堵塞，使注水井的注入能力降低，同時由于細菌的生化作用還會造成原油中溶解氣的含量降低，造成原油的黏度升高?？傊?，鐵細菌的存在對油田注水系統有著不可忽視的影響，有效地控制注水中鐵細菌的數量是人們研究的中心問題之一。

(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物為營養的細菌。硫酸鹽還原菌存在兩種類型：一種是無芽孢的磺弧菌屬；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，長約2μm，帶有厚約1000nm的一根鞭毛。硫酸鹽還原菌嚴格厭氧，所需的營養物質中，除去Na+、Mg2+、Ca2+、SO42-、CI-、CO42-、NO4-、H2PO4-、NH4+外，還有鐵的存在。它在生長繁殖時，為了構成菌體，要比其他細菌多固定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受環境因素的制約，它的生長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溫度在1～90℃，硫酸鹽還原菌生長的pH值范圍很廣，一般在5.5～9.0都可生長，最適宜的pH值在7.0～7.5。

硫酸鹽還原菌與鐵細菌一樣，它的存在也會導致嚴重的腐蝕問題。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氧，初生態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說起了陰極去極化作用，加速了鋼鐵的腐蝕過程。硫酸鹽還原菌造成金屬腐蝕的機理分兩步：第一步是細菌通過氫化酶從金屬表面放出原子態氫，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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