نقش باكتريهاي احياء كننده سولفات در طبيعت

[faridbensaeed]

نقش باكتريهاي احياء كننده سولفات در طبيعت

موجودات زنده از نظر تغذيه به سه گروه: توليد كننده، مصرف كننده و تجزيه كننده تقسيم مي‎شوند، جلبك‎ها جزء توليد كننده ها، پروتوزوئرها جزء مصرف كننده‎ها و باكتريها و قارچها جزء تجزيه كننده‎ها هستند.
نقش گروه اخير (قارچها و باكتريها) در طبيعت تجزيه مواد آلي (لاشه حيوانات، گياهان و فضولات حيوانات) و تبديل آنها به مواد معدني مورد نياز توليد كننده‎ها (گياهان) است. بدون وجود باكتريها جهان انباشته از مواد آلي و تهي ازمواد معدني خواهد بود كه اين به معناي مرگ گياهان و ساير موجودات و حيوانات و از بين رفتن حيات در كره زمين است. چرخش عناصر، ازت، فسفر، اكسيژن، گوگرد و.... در طبيعت بدون حضور ميكروارگانيزمها غير ممكن است.
تغييرات محيطي ناشي از احياي سولفات اثرات و نتايج زيست محيطي و اقتصادي متعددي دارد، تپه‎هاي شني كه در اطراف دهانه رودخانه‎ها و بنادر تشكيل مي‎شوند نرم و سياه و داخل آنها بد بوست، كه بتدريج به ماسه رنگي تبديل مي‎شوند.
در داخل تپه‎هاي شني باكتريهاي احياء كننده سولفات (خارج از دسترس هوا) مواد آلي كه در داخل آنها هست را مصرف كرده و هيدرژن سولفوره توليد مي‎كنند. تركيبات آهن موجود در ماسه با H2S واكنش داده و سولفيد آهن سياهرنگ تشكيل مي‎شود، سولفيد آهن بصورت ذرات ريزي است كه در معرض هوا به اكسيدهاي آهن به رنگ زرد اكسيد مي‌شود. بنابراين ماسه در معرض هوا به ماسه رنگي تبديل مي‎گردد.
بيشتر رسوبات طبيعي گوگرد ناشي از فعاليت اين باكتريهاست،‌ در طول دوران گرم و سوزان زمين شناسي (دوران ژوراسيك) (280-130) ميليون سال قبل درياهاي بزرگي كه قسمت‎هايي از كره زمين را پوشانده بودند خشك شدند. سولفيد تشكيل شده توسط باكتريهاي احياء كننده سولفات در اثر تجزيه گياهان دريايي بوسيله ساير باكتريها يا خودبخودي به گوگرد عنصري اكسيد شدند.
اين داستان تشكيل يكي از مواد خام اصلي قرن بيستم براي توليد اسيد سولفوريك است كه از گوگرد يا پيريت‎هاي آهن تهيه مي‎شود.[2]


نقش باكتريهاي احيا كننده سولفات (SRB) در صنعت نفت
فعاليت اين باكتري‎ها در صنعت نفت باعث خوردگي خطوط لوله، دستگاهها، وسايل و
ماشين آلات، مسدود شدن چاههاي نفت و گاز، ترش شدن نفت و گاز و.... مي‎گردد. موارد متعددي از خوردگي ميكروبي در خطوط لوله آب و نفت، سيستم‎هاي تصفيه فاضلاب، سيستم‌هاي تزريق آب و
پمپ‌ها، مخازن فرآورده هاي نفت و آب گزارش شده است. لوله‎هاي فلزي به مرور زمان در اثر فعاليت اين باكتريها در شرايط بي هوازي خورده شده و در عرض چند سال سوراخ مي‎شوند.
خوردگي آهن در غياب اكسيژن بوسيله اين باكتريها اولين بار در سال 1934 در هلند بوسيله
vander vlught و Vonwolzgen گزارش گرديد. اين محققين خوردگي بي هوازي را ناشي از فعاليت باكتريهاي احيا كننده سولفات (دي سولفوويبريو دي سولفوريكانس) دانستند.
در سال 1926 Bastin تشخيص داد كه دي سولفوويبريو در مخازن نفت قادر به رشد و تكثير است. فلزاتي چون آهن، فولاد، چدن، روي، آلومينيوم و مس مي‎توانند بوسيله اين باكتريها مورد حمله قرار گيرند.
نفت خام معمولاً حاوي مقادير كمي گوگرد بصورت مركاپتانها، سولفيدها، هيدرژن سولفوره و گوگرد آزاد است، هيدرژن سولفوره احتمالاً بوسيله باكتريهاي احيا كننده سولفات در رسوبات حاوي نفت بوجود آمده است.تجمع هيدرژن سولفوره در نفت و گاز باعث ترش شدن آنها گشته و از احتراق آن دي اكسيد گوگرد كه تركيبي خورنده است توليد مي‎شود.هيدروژن سولفوره با يونهاي آهن واكنش انجام داده و تشكيل FeS ميدهد كه با توده سلولهاي باكتريهاي احيا كننده سولفات مخلوط شده و باعث مسدود شدن منافذ طبقات حاوي نفت،‌شير آلات، صافيها و ساير وسايل حوزه نفتي مي‎شود.
براي افزايش بهره برداري از چاههاي نفت، از روش‎هاي مختلفي از جمله تزريق آب و گاز به چاه استفاده مي‌شود، ورود باكتريهاي احياء كننده سولفات همراه با آب تزريقي به چاه باعث توليد H2S و در نتيجه ايجاد FeS مي‎گردد.FeS حاصل از فعاليت باكتريها در چاهها و دستگاههاي حوزه نفتي با توده سلولهاي باكتريها مخلوط شده و باعث مسدود شدن منافذ و كاهش نفوذپذيري مخزن مي‎گردد.
نفت يا مواد بازدارنده خوردگي با FeS يك توده روغني چسبنده توليد مي‎كند كه عامل مسدود كننده و مقاوم به اسيد است.
آلودگي ميكروبي مخازن فرآورده‎هاي نفتي (سوختهاي هواپيما- نفت سفيد و گازوئيل) به دفعات گزارش شده است.[3]

شاخص‎هاي شناسايي باكتريهاي احيا كننده سولفات (SRB) در صنعت
ü آب حاوي باكتريهاي SRB به تدريج ترش و سياه مي‎شود.
ü از بين رفتن سريع فلز در سيستم بخصوص در فصل مشترك آب و نفت، نقاط ساكن و در
قسمت‎هاي تحتاني مخازن
ü وجود سولفيد آهن همراه با حفره[1] و تاول[2]
ü با فعال شدن هيدرژن كاتدي در پيل خوردگي، دي‌سولفوويبريو به عنوان واقطبش كاتدي[3]عمل مي‎كند.
ü با توليد هيدرژن سولفوره آهن بتدريج دچارخوردگي مي‎شود، خوردگي قسمت‎هاي بيروني لوله‎هاي دفن شده در خاك نيز ناشي از وجود اين باكتريها مي‎باشد، شكل و ساختمان ظاهري اين باكتريها كاملاً مشابه و همگي شفاف و براق در ميكروسكوپ‎هاي نوري قابل رويت هستند.
ü اين باكتريهاي نوسان كننده بي هوازي انرژي رشد خود را از دو نيم واكنش، اكسيداسيون مواد آلي يا گاز هيدرژن و ديگري احياء سولفات معدني به سولفيد تامين مي‎نمايند.
ü اگر باكتري انرژي خود را از يك منبع آلي نظير سديم لاكتيت كسب نمايد به آن باكتري هتروتروفيك[4] گويند.
اگر باكتري انرژي خود را از يك منبع معدني مثل اكسيد كردن گاز هيدروژن به دست آورد به آن
باكتري اتوتروفيك[5] گويند.

اين باكتريها در برابر وجود هوا بسيار حساس هستند، محيط زيست آنها بايد كاملاً عاري از اكسيژن باشد، و اين شرايط محدود رشد بدان معني نيست كه اين گونه باكتريها در شرايط هوازي فعال نمي باشند بلكه اين باكتريها قادرند در يك محيط هوازي بصورت موضعي محيط بي هوازي رشد خود را فراهم سازند. اين باكتريها در ته گودالها و نيز در اعماق (7-5) مايلي اقيانوسها يافت شده اند، وجود اين باكتريها سبب سياه شدن شن‎هاي درياي سياه شده است كه انتخاب نام درياي سياه نيز بدين علت است.
اين ارگانيزمهاي بي هوازي[6] در سيستم فاضلاب شهري همراه با باكتريهاي هوازي[7] و باكتريهاي دوگانه زيست[8] رشد مي‎نمايند.
باكتريهاي دو زيست باكترهايي هستند كه با تغيير در ارگانيزم خود قادرند در محيط هوازي و
بيهوازي زيست نمايند.
روش آزمايشگاهي تشخيص اين باكتريها استفاده از متد استاندارد API-Method RP38مي‎باشد. در اين روش غذاي مناسب باكتري شامل نمك سولفات معدني و يك ماده آلي جهت فعاليت آنزيم باكتري دي سولفوويبريو پيشنهاد شده است. محيط كشت در اتو كلاو استريل شده و به منظور نشان دادن حضور باكترهاي احيا كننده سولفات تركيبات دو ظرفيتي آهن پس از اتو كلاو و سرد شدن به غذاي باكتري اضافه مي‎گردد كه با احياء سولفات به سولفيد تركيبات سياهرنگ سولفيد آهن تشكيل مي‎گردد.
دي سولفوويبريوها از انواع باكتريهاي غلافدار و چسبنده اي [9]هستند كه به سطوح مي‎چسبند و شروع به رشد و تكثير مي‎نمايند. از اين رو شمارش تعداد باكتريهاي شناور[10] موجود در يك نمونه آبي تقريبي بود و شامل كل باكتريهاي سيستم نمي باشد.[3]

پتانسيل اكسيداسيون احيا[11]

يكي از فاكتورهاي مشخصه فعاليت باكتريهاي احيا كننده سولفات (SRB) كنترل پتانسيل اكسيداسيون – احياء محيط مي‎باشد.
چنانچه اين عدد كمتر از mv 100- باشد دليل بر وجود و فعاليت باكتريهاي SRB در محيط مي‎باشد، رشد باكتريهاي SRB در پتانسيل اكسيداسيون – احيا كمتر از mv 100-در حد مطلوبي مي‎باشد. [2]
فرمول زير جهت اندازه گيري پتانسيل اكسيداسيون – احيامحيط بكار ميرود
پتـانسيل اكسيداسيون – احياء محيط نسبت به هيدرژن و Ept پتانسيل الكترود پلاتين نسبت به كالومل (Hg-Hg2Cl2) ECal پتانسيل الكترود مرجع يا كالومل است كه معمولاً روي آن نوشته شده است.
pH- مشخصه پتانسيل يون هيدروژن محيط است.
محيط نسبت به SRB خورنده است.
محيط نسبت به SRB خورنده نيست[4].
در واحدهاي عملياتي در نقاطي كه سرعت سيال كم و يا در حد ساكن است امكان وجود باكتربهاي احياء‌كننده سولفات بيشتر مي‎باشد. درجه حرارت مناسب براي رشد آنها (30-20) درجه سانتي‌گراد است. اين باكتريها در فشارهاي بالا و دماهاي پايين و بالا فعال هستند. اكثر آبهاي شور، شيرين، خاك و گل حفاري حاوي مقدار زيادي يون سولفات و مقدار كمي از تركيبات آلي گوگرددار مي‎باشند كه به راحتي به وسيله اين نوع باكتريها احياء مي‎شوند.
در مناطق عملياتي كه احتمال وجود اين باكتريها بيشتر است:
- در نقاطي از مسير لوله كه سيال حالت سكون دارد
- در زير رسوبات انباشته شده در مسير لوله ها، مخازن نفت خام، مخازن آب و محل‎هاي خروجي آب
- در زير لجن و گل ولاي موجود در عمق حفره‎ها
- در فيلترها مخصوصاً‌ انواع شني و سنگي
- در قسمت‎هاي بيروني لوله‎هاي دفن شده در زمين و در لانه موش
- فصل مشترك آب و نفت، دستگاههاي مبدل حرارتي و تصفيه خانه‎ها
- شكل زير آثار خوردگي ميكروبي در لوله تحت فشار بالا را نشان مي‎دهد

[1] . Pitting

[2] . Tubercule

[3] . Cathodic depolarization

[4] . Heterotrophic

[5] . Autotrophic

[6] . Anaerobic

[7] . Aerobic

[8] . Faculative

[9] .Sessile

[10] . Planktonic

[11] . Redox- potential