Четвертая Российская научная конференция школьников “Открытие”

Секция - химия

Исследование содержания сульфатвосстанавливающих бактерий (СВБ) в нефтяных средах и оценка эффективности бактерицида

Работу выполнили:
Полоскина Юлия
Жданова Анастасия

ученицы 11 а класса
школы 5 г.Бугульма

Научный руководитель:
Преподаватель химии
Фархутдинова Ф.З.

Республика Татарстан, Бугульма, 2001

ПЛАН

  1. Введение
  2. Экспериментальная часть и обсуждение результатов
      2.1. Методика количественного определения СВБ
      2.2. Методика определения бактерицидной активности СНПХ -1002
  3. Выводы

1.ВВЕДЕНИЕ

Коррозия нефтяного оборудования является одной из серьезных проблем, существующих в нефтедобывающей промышленности Татарстана.

Коррозионное разрушение нефтепромыслового оборудования заметно сокращает срок его службы, приводит к аварийным изливам нефти и отделяе-мой от нее минерализованной воды, что, в конечном счете, ведет к загрязне-нию окружающей среды.

Основной объем нефти в Татарстане добывается с применением за-воднения нефтяных пластов сточными и природными водами. Заводнение- это процесс закачки сточной воды, добытой вместе с нефтью, отделенной от нее, очищенной от механических примесей. При перекачке такой воды по тру-бам и протекают коррозионные процессы. Коррозия оборудования происходит под действием различных коррозионно- активных компонентов, которые присутствуют в воде, попутно добываемой с нефтью. В этой воде содержатся такие компоненты как растворенный кислород, углекислый газ и сероводород. Также в процессах коррозии активное участие принимают различные микроорганизмы, особенно опасны среди них сульфатвосстанавливающие бактерии, которые в процессе своей жизнедеятельности вырабатывают сероводород. Он то и взаимодействует с металлической поверхностью нефтяных труб, в резуль-тате чего они разрушаются.

Вместе со сточной водой в пласт закачивают часть пресной воды из рек, озер и водоемов. Именно с этой водой в пласт попадают бактерии .

Ежегодно в АО "Татнефть" в нефтеносные пласты закачивается более 120 млн. м3 сточной воды и около 40,2 млн. м3 пресной. Применяемая пресная вода не проходит специальную подготовку по удалению микроорганизмов.

Имеются сведения о том, что 30 % всех коррозионных повреждений вы-зываются процессами с участием микроорганизмов (1), в нефтегазовой про-мышленности около 80% потерь металла приходится на долю бактериальной коррозии.

В коррозионных процессах принимают участие различные бактерии, сре-ди которых наиболее опасны сульфатвосстанавливающие бактерии (СВБ). Существует несколько предположений о механизме участия сульфатвосста-навливающих бактерий в коррозии нефтепромыслового оборудования.

Голландские исследователи Вольцоген Кюр и Ван-дер-Флюгт установили, что процесс образования сероводорода с участием СВБ протекает по схеме:

SO42- +8H S2- +4H2O

Целью настоящей работы является количественное определение со-держания сульфатвосстанавливающих бактерий в нефтепромысловых водных средах, отобранных на месторождениях НГДУ "Лениногорскнефть", а также определение эффективности обработки этих сред бактерицидом СНПХ 1002.

2.Экспериментальная часть

2.1. Методика количественного определения СВБ

Количественное определение сульфатвосстанавливающих бактерий осуществляли методом многократного посева ( или методом разведения пробы) пробы воды в питательную среду.

Для развития и роста СВБ требуется специальная среда - среда Постгейта, имеющая следующий состав: калий фосфорнокислый однозамещенный, аммоний хлористый, кальций сернокислый, магний сернокислый, натрий молочнокислый, натрий хлористый; добавки: дрожжевой экстракт, железо сернокислое закисное, натрий углекислый кислый, натрий сернистый. Все реактивы основной среды растворяли в 1 литре водопроводной воды и стерилизовали в автоклавах при температуре 120 градусов в течение 30 минут. Питательную среду и добавки разлили в колбы, закрыли ватными пробками и бумажными колпачками. Всю необходимую для этого посуду тщательно стерилизовали сухим паром в сушильном шкафу при температуре 160 градусов в течении 2 часов.

Подготовленной питательной средой, после тщательного перемешивания заполнили пенициллиновые флаконы. Для дезинфекции пробку необходимо обработать 70% раствором этилового спирта.

Затем из привезенной с нефтепромысла пробы воды отобрали стерильным шприцем с иглой 1 мл воды и ввели ее во флакон с питательной средой.

Флаконы с питательной средой маркировали путем порядковой нумерации. Из содержимого контрольного флакона взяли 1 мл раствора и посеяли в 1 флакон с питательной средой, размешали и из него же отобрали 1 мл раствора и посеяли во второй. Затем из второго в третий , из третьего в четвертый и т.д. Всего делали 6 пересевов. Все посевы проводят в 2-3 кратной повторности. Эти пенициллиновые флаконы выдерживали в термостате при температу-ре 30-35 градусов в течении 15 дней и ежедневно за ними наблюдали.

Если в пробе воды присутствуют СВБ, то во флаконе с питательной средой и посевом пробы воды должен появиться сероводород, а визуальное определение образования сероводорода основано на появлении во флаконах темного осадка-сульфида железа, образующегося в результате реакции сероводорода с ионами закисного железа, содержащегося в питательной среде. Активность бактерий СВБ определяли по индексу активности или по тому, на какой день после посева пробы воды во флаконе появиться черный осадок. Если осадок появился на второй день, то индекс активности равен :

J=100:2 =50 ед.,
на третий день:
J=100:3 =33ед., и т.д.

Нами выполнялось определение содержания СВБ в 10 пробах нефте-промысловой воды, отобранных в НГДУ "Лениногорскнефть". Пробы были отобраны на:

  1. Точка 1-Лениногорские очистные сооружения (ЛОС, вход на ОС);
  2. Точка 2 - Лениногорские очистные сооружения (выход с ОС);
  3. Точка 3 -Кустовая насосная станция №18 (КНС-18);
  4. Точка 4 - Горкинские очистные сооружения (ГОС, вход на ОС);
  5. Точка 5 - Горкинские очистные сооружения (ГОС, выход с ОС);
  6. Точка 6 - Кустовая насосная станция №124 сточная (КНС-124);
  7. Точка 7 - Кустовая насосная станция №124 пресная (КНС-124);
  8. Точка 8 - Кустовая насосная станция №16 (КНС-16);
  9. Точка 9 - Куакбашские очистные сооружения (КОС);
  10. Точка 10 - Кустовая насосная станция №123 (КНС-123);

По истечение 15 дней во флаконах с питательной средой и с выросшими СВБ было определено содержание сероводорода, который также характеризу-ет активность бактерий СВБ.

Количество СВБ определяли по тому, в каком флаконе появился черный осадок. Если осадок появился в первом флаконе, то количество СВБ равно 10 клеток в 1 мл, если во втором- 100 клеток в 1 мл, если в 3- 1000 клеток в 1 мл и т.д.

Результаты исследований приведены в таблице 1.

По результатам, представленным в таблице 1, видно, что сульфатвосста-навливающими бактериями заражена вся исследованная нами сточная вода. Количество клеток, обнаруженное в пробах воды составляет 10-100 в одном миллилитре, причем на входе на ОС их количество 10 кл /мл, а на выходе с ЛОС и ГОС - 100. Индекс активности также высокий и составляет, в основном, 50-100 ед. Концентрация сероводорода, который выработали СВБ, соответствует 243,1-389,6 мг/л, что свидетельствует о высокой активности обнаруженной в сточной воде культуры СВБ.

Пресная вода из оз. Карабаш также заражена данным видом бактерий. Их количество составляет 1000 кл/мл, при высокой активности (J=100ед.).

Главной причиной зараженности нефтяных пластов является использование пресной воды, которая не имеет предварительной антибактериальной подготовки. Несмотря на то, что количество СВБ в пробах пластовой и сточ-ной воды сравнительно невелико (10-100 кл/мл), исследования показали, что бактерии имеют высокую активность, и при появлении благоприятных условий, их развитие может протекать стремительно, что приведет к образованию большого количества сероводорода и к усилению коррозионных процессов.

Для того, чтобы подавить жизнедеятельность СВБ необходимы специальные вещества- бактерициды. Такие реагенты выпускаются и используются нефтяниками. Самое главное необходимо правильно подобрать эффективное количество этих реагентов, чтобы полностью удалить из воды бактерии СВБ. Нами были проведены исследования по подбору эффективной дозировки бактерицида СНПХ 1002.

2.2. Методика определения бактерицидной активности СНПХ -1002

Для определения эффективной дозировки СНПХ 1002, приготовили его раствор 2% концентрации в дистиллированной воде.

Накопительную культуру СВБ во флаконах и перемешали, выдержали до оседания осадка сульфидов, отобрали стерильной пипеткой жидкость над осадком, ввели по 0,5 мл в каждую пробирку с дистиллированной водой и до-зировали определённое количество реагента в каждую пробирку.

Затем пробирки закрыли пробкой без пузырька воздуха, перемешали и выдержали при температуре 20-22 градуса 24 часа. После выдержки отобрали из пробирок по 5 мл жидкости, перенесли в стерильные маркированные пробирки, добавили питательную среду до верха, закрыли пробкой, перемешали и термостатировали при температуре 32-35 градуса. Для каждой концентрации реагента проводили по 3 параллельных испытания. Две пробирки без добавки реагента служили контрольной пробой. За ними наблюдали 15 суток, отмечая появление черного осадка.

Степень подавления бактерий рассчитывали по формуле: S % =(C-C1) x 100/C
C- содержание сероводорода в контрольной пробе (мг/л)
C1- содержание сероводорода в исследуемой пробе (мг/л)

Результаты исследования эффективности бактерицида представлены в таблице 2.

Как видно из результатов таблицы 2 полное подавление СВБ обеспечивает дозировка бактерицида равная 550 мг /л. Если обрабатывать воду, закачивае-мую в пласт таким количеством СНПХ 1002, то можно полностью удалить из нее бактерии СВБ.

Таблица 1
Зараженность СВБ нефтепромысловой воды, отобранной с про-мыслов НГДУ "Лениногорскнефть"
N точки Место отбора проб Наличие СВБ, кл/мл Индекс активности J, ед. Концентрация продуцированного Н2S, мг/л
1 ЛОС выход с КДФ 10 50 365,4
2 ЛОС выход с ОС 100 100 389,6
3 КНС -18 100 50 243,1
4 ГОС вход на ОС 10 50 268,3
5 ГОС выход с ОС 100 50 364,2
6 КНС -124 сточн. 100 50 283,4
7 КНС- 124 пресная (из оз. Карабаш) 1000 100 386,2
8 КНС -16 100 50 251,0
9 КОС выход с ОС 10 50 383,0
10 КНС -123 10 33 365,2
Таблица 2
Результаты эффективности бактерицида СНПХ - 1002
Дозировка бактерицида, мг/л Эффективность бактерицида S,%
150 5,8
200 10,5
250 20,4
350 50,1
400 86,5
500 93,2
550 100,0

3.ВЫВОДЫ

  1. Проведенные исследования показали, что нефтепромысловая сточная вода НГДУ "Лениногорскнефть" заражена сульфатвосстанавливающи-ми бактериями. Количество СВБ в пробах воды составляет 10-100 кл/мл.
  2. Активность СВБ высокая, о чем свидетельствует индекс активности равный 33-100 ед. и концентрация сероводорода, который выработали бактерии в благоприятный условиях за 15 дней (85 - 389,6 мг/л).
  3. Пресная вода из оз. Карабаш, применяемая для заводнения вместе со сточной, содержит 1000 кл/мл, активность которых также высока (J=100ед).
  4. Для полного подавления СВБ нами подобрана эффективная дозировка бактерицида СНПХ 1002, которая составляет 550мг/л. Таким количеством бактерицида необходимо обрабатывать воду, закачиваемую в неф-тяные пласты.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Т. Браун, Г.Ю. Лемей "Химия в центре наук". Москва, "Мир", 1983 г.
  2. "Гражданская оборона на железнодорожном транспорте". Москва, "Транспорт", 1987 г.
  3. "Нормы радиационной безопасности НРБ-76 и основные санитарные правила работы с радиоактивными веществами и
  4. Б.Н. Тимофеев, Ю.К. Несытова "Прогнозирование радиоактивного заражения". Москва, Минобороны СССР, 1969 г.
  5. В. Селегей "Радиоактивное загрязнение г. Новосибирска". Новосибирск, 1997 г.
  6. Журнал "Гражданская оборона" N 4 1998 г.
  7. Журнал "Химия в школе" N 6 1971 г.
  8. Газета "Аргументы и факты" N 5 2000 г, N 31 1990 г.
  9. "Российская газета" 10 апреля 1993 г.
  10. Газета "Комсомольская правда" 28 июня 1991 г, 28 июля 1989 г, 4 декабря 1990 г, 14 июня 1990 г, 17 июля 1986 г, 2 сентября 1989 г.
Выход