微生物概况及危害

微生物是所有形体微小、单细胞或个体结构较为简单的多细胞，甚至没有细胞结构的低等生物的统称，一般包括细菌、酵母菌、霉菌、放线菌、病毒等；其中细菌是一种最小的有机体。

根据细胞对不同来源的含碳物质的利用能力，可把细菌分为自养型和异养型细菌。自养菌能在完全无机物的环境中生长繁殖，能以二氧化碳或碳酸盐作为碳源，在菌体内合成有机含碳化合物，如部分铁细菌属于自养型。异养型细菌只能从现成的有机含碳化合物中取得碳素，能源来自有机物的氧化所产生的化学能，所有的腐生菌、寄生细菌都属于这种类型。在呼吸过程中，能够利用分子状态氧的细菌称为好氧菌，如铁细菌和腐生菌。只能在无分子状态氧的环境中进行呼吸的细菌称为厌氧菌。既能在有氧情况下呼吸，又能在无氧情况下呼吸的细菌称为兼性厌氧菌。硫酸盐还原菌严格来说应属于专性厌氧菌。

工业用水特别是循环冷却水统中主要的细菌有异养菌、铁细菌、硫酸盐还原菌；藻类有蓝藻类、绿藻类和硅藻类。循环冷却水系统中微生物的种类及特征见表7-1。

表7-1 开放式循环冷却水系统的微生物

(1)异养菌

异养菌是一类细菌的总称，此类细菌不能依靠自生能力生长繁殖，必须依靠外界环境提供的有机物及无机物作为自生繁殖所必需的碳源及营养源。异养菌在工业循环水中大量存在，尤其当有机介质泄漏时，为其提供了大量的碳源，生长繁殖迅速，形成黏泥，严重影响换热效果，也会造成设备腐蚀。

(2)铁细菌

铁细菌是-种好氧异养菌，在含气量小于0.5mg/L的系统中也能生长。铁细菌的生长需要铁，但对铁浓度的要求并不高，在总铁量为1～6mg/L的水中，铁细菌繁殖旺盛，铁细菌以有机物为营养源，其生长需要有机物，偏爱铁与锰的有机化合物。这类有机物被利用后，铁和锰被作为废物排出，附着于细菌的丝状体上。铁细菌是好氧菌，在静止水中，完全缺铁的深层是很难生长繁殖的，在流动的水中有一定的溶解氧，铁细菌能生长。

凡是具有以下生理特征的为典型的铁细菌，即：能在氧化亚铁氧化成高价化合物过程中起催化作用；可以利用铁氧化中释放出来的能量满足其生命的需要。铁细菌偏好铁质较多的酸环境，以碳酸盐为碳源。

4FeCO4+O2+6H2O→4Fe(OH)4+4CO2+能量

反应产生能量和高铁维持其能量代谢。不溶性Fe(OH)3经菌体排出后，形成大量的棕色黏泥。铁细菌在酸性环境中对其发育有利，碱性水中不适应铁细菌的生长，其适宜的pH值为6～8，所需温度偏低，最适宜的温度为22～25℃，适宜的静水压为0～100MPa。

铁细菌是在与水接触的菌种中最常见的一种菌。它的存在会导致严重的设备的腐蚀。这是由于一方面因为其中许多菌具有附着在金属表面的能力，另外它具有氧化水中亚铁成为氢氧化高铁的能力，使高铁化合物在铁细菌胶质鞘中沉积下来：

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

这样形成了包含菌体和氢氧化高铁等组成的结瘤，使水流中溶解氧很难扩散到底部金属表面。另外菌呼吸也消耗了氧，而这个区域为贫氧区，结瘤周围的氧浓度相对较高，形成了氧浓差电池。瘤下部缺氧区为腐蚀电池的阳极区，瘤周围为阴极区，设备管壁溶解出的亚铁离子向外扩散，未能到表面的成为氢氧化亚铁，这样结瘤扩大，阳极区腐蚀随之加深。由于瘤底部缺氧，使腐蚀加深。

铁细菌也会大量存在于油田注水系统中，除了会造成上述所说的设备腐蚀问题，还由于铁细菌会分泌大量的黏性物质，从而造成注水井和过滤器的堵塞，使注水井的注入能力降低，同时由于细菌的生化作用还会造成原油中溶解气的含量降低，造成原油的黏度升高。总之，铁细菌的存在对油田注水系统有着不可忽视的影响，有效地控制注水中铁细菌的数量是人们研究的中心问题之一。

(3)硫酸盐还原菌

硫酸盐还原菌是一种在厌氧条件下使硫酸盐还原成硫化物而以有机物为营养的细菌。硫酸盐还原菌存在两种类型：一种是无芽孢的磺弧菌属；另-种是有芽孢的去磺弧菌属。硫酸盐还原菌中危害较大的是去磺弧菌属。

去磺弧菌属为革兰阴性的弯曲杆菌，呈S形或螺旋形，长约2μm，带有厚约1000nm的一根鞭毛。硫酸盐还原菌严格厌氧，所需的营养物质中，除去Na+、Mg2+、Ca2+、SO42-、CI-、CO42-、NO4-、H2PO4-、NH4+外，还有铁的存在。它在生长繁殖时，为了构成菌体，要比其他细菌多固定2～3倍的二氧化碳，所需要的碳素化合物中以酵母汁最为有效。

硫酸盐还原菌的生长受环境因素的制约，它的生长温度随菌种不同分为中温型和高温型两类。硫酸盐还原菌的生长温度在1～90℃，硫酸盐还原菌生长的pH值范围很广，一般在5.5～9.0都可生长，最适宜的pH值在7.0～7.5。

硫酸盐还原菌与铁细菌一样，它的存在也会导致严重的腐蚀问题。硫酸盐还原菌的腐蚀主要是由于氢化酶的作用。硫酸盐还原菌的氢化酶可在金属表面上的阴极部位把硫酸根生物催化成硫离子和初生态氧，初生态氧在阴极使吸附在阴极表面的氢去极化而生成水，即硫酸盐还原菌总的来说起了阴极去极化作用，加速了钢铁的腐蚀过程。硫酸盐还原菌造成金属腐蚀的机理分两步：第一步是细菌通过氢化酶从金属表面放出原子态氢，并帮助氢原子将硫酸盐还原成硫化物；第二步是阴极去极化作用：

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