Reinjection oilfield wastewater treatment using bioelectrochemical system and consequent corrosive community evolution on pipe material  

使用生物電化學(xué)系統(tǒng)處理回注油田廢水及對(duì)管道材料腐蝕性菌群的后續(xù)影響  

來(lái)源：Journal of Bioscience and Bioengineering, Volume 129, Issue 2, February 2020, Pages 199-205

《生物科學(xué)與生物工程雜志》，第129卷第2期 2020年2月 199-205頁(yè) 

 

摘要內(nèi)容：  

該論文研究了油田回注廢水處理中的腐蝕問(wèn)題，特別是硫化物和溶解氧（DO）導(dǎo)致的高腐蝕率和管道堵塞問(wèn)題。傳統(tǒng)好氧處理雖能去除硫化物，但會(huì)殘留高濃度DO（0.5-0.8 mg/L），遠(yuǎn)超回注水標(biāo)準(zhǔn)（0.05 mg/L），導(dǎo)致化學(xué)、生物和電化學(xué)腐蝕。研究者構(gòu)建了一種三電極（陰極-陽(yáng)極-陰極）上流式生物電化學(xué)反應(yīng)器（RcAc），利用油田廢水中的有機(jī)物通過(guò)生物電化學(xué)方式快速去除DO（從~5 mg/L降至0.01 mg/L，HRT 6小時(shí)），效率近100%。處理后廢水顯著降低了N80不銹鋼的腐蝕速率，并改變了腐蝕性微生物群落，如硫酸鹽還原菌（SRB）減少而硝酸鹽還原菌（NRB）增加，從而抑制生物腐蝕。  

 

研究目的：  

1. 提出一種新型生物電化學(xué)反應(yīng)器，有效去除油田廢水中的溶解氧。  

2. 驗(yàn)證處理后廢水對(duì)管道金屬腐蝕的減緩作用。  

3. 探究DO去除及后續(xù)腐蝕性菌群變化對(duì)金屬表面的綜合影響。  

 

研究思路：  

1. 構(gòu)建三電極生物電化學(xué)反應(yīng)器（RcAc），陰極-陽(yáng)極-陰極結(jié)構(gòu)，利用外部電壓驅(qū)動(dòng)生物電化學(xué)過(guò)程。  

2. 接種污水處理廠廢水，馴化電極生物膜，實(shí)現(xiàn)連續(xù)流操作。  

3. 處理油田廢水，監(jiān)測(cè)DO濃度、電極貢獻(xiàn)、腐蝕速率及微生物群落變化。  

4. 通過(guò)腐蝕實(shí)驗(yàn)和微生物分析，評(píng)估處理效果及機(jī)制。  

 

測(cè)量的數(shù)據(jù)及研究意義：  

1. DO濃度及去除效率：來(lái)自Fig. 2A和2B，顯示DO從~5 mg/L降至0.01 mg/L，效率近100%，證明RcAc系統(tǒng)高效去氧能力，意義在于解決回注水DO超標(biāo)導(dǎo)致的腐蝕問(wèn)題。  

 

2. 腐蝕速率：來(lái)自Fig. 3，N80不銹鋼在處理后廢水中腐蝕速率降低超過(guò)兩倍（從0.084 mg·d?1·cm?2降至0.039 mg·d?1·cm?2），意義在于驗(yàn)證DO去除對(duì)腐蝕的抑制作用。  

 

3. 微生物群落變化：來(lái)自Fig. 5，顯示SRB（如Desulfuromonas、Desulfovibrio）豐度下降，NRB（如Arcobacter、Sulfurospirillum）豐度上升，意義在于揭示DO去除后微生物競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系變化，抑制腐蝕性菌群。  

 

4. 硝酸鹽和硫酸鹽濃度：氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，硫酸鹽濃度不變，意義在于說(shuō)明NRB利用硝酸鹽競(jìng)爭(zhēng)抑制SRB。  

5. 掃描電鏡（SEM）圖像：來(lái)自Fig. 4，顯示處理后金屬表面腐蝕減輕，意義在于直觀展示腐蝕減緩效果。  

 

6. 電流和電極電位：顯示生物電極活性和外部電壓對(duì)DO去除的加速作用，意義在于確認(rèn)生物電化學(xué)機(jī)制的貢獻(xiàn)。  

 

結(jié)論：  

1. RcAc系統(tǒng)能高效去除DO（效率~100%），滿足油田回注水標(biāo)準(zhǔn)。  

2. 處理后廢水顯著降低N80不銹鋼腐蝕速率。  

3. DO去除促進(jìn)NRB富集并競(jìng)爭(zhēng)抑制SRB，改變腐蝕性微生物群落。  

4. 生物電化學(xué)方法為油田廢水處理提供了新思路，可減緩管道腐蝕和微生物危害。  

 

使用丹麥Unisense電極測(cè)量的數(shù)據(jù)研究意義：  

Unisense微電極用于測(cè)量溶解硫化氫濃度（類(lèi)型SULF-100）。在該研究中，未檢測(cè)到H2S產(chǎn)生，結(jié)合微生物群落數(shù)據(jù)（SRB豐度下降），表明SRB活性被抑制。這一數(shù)據(jù)意義在于直接驗(yàn)證了DO去除后，硫酸鹽還原過(guò)程被阻斷，避免了硫化氫導(dǎo)致的化學(xué)腐蝕和管道堵塞，同時(shí)支持了NRB競(jìng)爭(zhēng)抑制SRB的結(jié)論，強(qiáng)化了生物電化學(xué)處理在控制微生物腐蝕方面的有效性。