文摘
回注heat-depleted热的水一直在匈牙利对科学兴趣的中心约1000操作热水井。虽然回注的物理和化学方面有部分回答在过去的几年中,生物过程的影响仍鲜为人知。我们进行调查的表面元素Hodmezővasarhely地热系统,是一个最古老的操作在匈牙利地热系统。大约三分之一的使用地热水自1998年以来一直注入的最后两个回注井的热循环。在操作期间,堵塞表面系统经历了few-day-long时间内,由于生物过程。我们的研究的目的是寻找微生物菌群的优势种和提议,以避免进一步的细菌的问题。我们发现注入,因此,水的化学需氧量,酚指数和BTEX成分基本上确定植物表面上出现。这些化合物的浓度时热水是重要和缓冲罐的停留时间足够长,某些细菌可以比其他人更占主导地位,因此能够形成生物膜插头表面设备比预计的要快得多。
1。介绍
应对人类日益增长的能源需求,可替代和可再生能源是必不可少的。地热能源的利用率只有再生废水注入到油藏保持压力和处理heat-depleted流体(1- - - - - -4]。回注是一个重要的部分在使用地热能源,然而并不总是可靠的。在我们的研究中两个独立的回注系统研究了在匈牙利南部的平原。我们研究的动机是为了找到原因两个回注系统的表面过滤器堵塞了快得多。
2。背景
从地质角度,喀尔巴阡盆地是一个大型沉积盆地,由不同的地下室平息盆地和horst-like块。沉积环境形成不同的深盆通过前三角洲和δ方面三角洲平原(5]。上潘诺尼亚的沉积物的厚度在南部平原上能达到1800年Mako-Hodmezővasarhely萧条(图1)。这个序列开始的三角洲前缘和三角洲平原相,这是最重要的上层尼尔沉积物从水文地质的角度来看,和此前三角洲背景和冲积平原相。尽管变量组成,沉积盆地系统被认为是液压连续(6]。上潘诺尼亚的储层的渗透率,在高渗透性砂层的情况下,可以达到2000 mD Hodmezővasarhely地区;这对应于一个水力传导率5 - 10米/天(7]。
Hodmezővasarhely,位于匈牙利南部的平原上,有一个最古老的操作地热系统在中欧(第一个1957年钻),在级联系统提供生活热水和热3000套公寓和一些大型公共建筑(市政厅、学校、高中,图书馆,游泳池和运动大厅,等等)。水也可以用于医疗目的,在当地温泉浴疗法。集中供热系统(提供近50000居民的城市)是由3井产液以85 - 90°C的温度和筛选1800至2300米。国内热水是由2井,筛选1000至1300米,温度43-50°C。为了保持油层压力和处理heat-depleted流体在一个环保的方式,2回注井钻(图2)。
这座城市的级联系统包括两个地热循环集中供热的年生产350000 - 4200003。大约三分之一的使用地热水自2008年以来,自1998年以来一直注入的和额外的三分之一的总在最后两个回注井热循环(数字3和4)[10]。
在我们的研究中,两个独立的回注系统研究了中低温地热系统的一部分Hodmezővasarhely的城市。回注系统堵塞的表面元素更快的回注系统2号。根据操作者的经验和考试造成的堵塞不是无机物质,但有机成分被发现不寻常的数量。定期更换过滤器后水的体积几百米3流过,因为增加的劳动力和物质需要,就会回注的成本,减少手术的安全性。因此,重要的是要解决这个问题,作为解决方案减少回注的成本,这将保证长期可持续性。
找出完全封堵材料,为什么一个过滤器塞一个秩序比其他早些时候,样本取自两个过滤器和水样本级联系统中任何可能的位置。保守和现代生物学方法都使用,可用于检查许多微生物群落不生长在常规情况下11]。
3所示。材料和方法
3.1。物理性质的
回注井1号(b - 1094)于1998年钻,深度为1685.5米;2号井(b - 1103)是安装在2007年底和1702米深度。b - 1094回注井的注入率为30米3/ h、b - 1103井的注入率为40米3/小时。前面的压力之间的表面过滤器2酒吧和6条1.5的头4条,根据过滤器的饱和度。约翰逊应用过滤器过滤器保证孔隙大小的聚丙烯织物覆盖30μ米,但在表面吸附的做法,因为它可以减少10μ米(10,12]。重要的是要注意,回注井前的缓冲罐的体积是60米3在1号和100米3在2号。平均加热期间,水的温度范围从27岁到46°C和更换过滤器是在2500 - 5000米3流体流过。
问题发生在夏季,当生产大约一半的。在此期间回注井1号操作在恒定容量;然而回注井2号被用作互补系统。只有每个注入井的泵开关在超过一定缓冲罐的水位,水的停留时间在缓冲罐2显著增加。这样的时期过滤器的b - 1103(过滤器2)堵塞过滤器在三小时后改变。在这种情况下,水的温度缓冲罐约34°C。
3.2。化学成分热的水
每个组件在水中溶解的浓度决定,因为它是在匈牙利的标准,在1484 - 3:2006 MSZ数量。酚指数测量是基于1484 - 1:2009 MSZ标准和BTEX成分(苯、甲苯、乙苯和二甲苯)由于MSZ 1484 - 4:1998。测量是在认可的实验室。
3.3。总DNA隔离、测序和宏基因组分析
样本取自两个过滤器(数字1和2),每个过滤器的纤维是放松与无菌镊子和强震冲入水吸附材料。离心后总DNA是孤立于沉积物根据(13]。与800年收集到的样本中提取μL提取缓冲区(100毫米Tris-HCl, pH值8.0,100毫米EDTA, pH值8.0,1.5 M氯化钠,100毫米磷酸钠,pH值8.0和1% CTAB(溴化cetyltrimethylammonium))。适当的混合后4.3μL蛋白酶K(20.2毫克/毫升)补充道。埃普多夫管都是孵化水平在37°C用颤抖的45分钟;后,160年μL 20% SDS(十二烷基硫酸钠)添加和混合反演的几次进一步孵化60°C 1小时。样品在每个埃普多夫管后被彻底混合15分钟的时间间隔。样品在13300转离心5分钟。上层清液转移到新的埃普多夫管。其余丸处理提取缓冲区,像以前一样。离心后新的上层清液与前一个放在一起。所有的痛苦都与相同数量的混合酚:氯仿:异戊醇(25的比例:24:1)并提取三次。
水层分离,沉淀为0.7 (v / v) %异丙醇(室温)。在13300转离心后15分钟,DNA丸是用900年μL 70%的乙醇,干在真空离心30°C,并溶解在60μTris-HCl L (TE(10毫米,1毫米EDTA, pH值8.0)。它的数量是决定NanoDrop nd - 1000分光光度计(美国华盛顿NanoDrop技术)。DNA纯度被琼脂糖凝胶电泳检测。这种方法产生了一个纯(A260 / A280 = 1.8)和足够的总宏基因组DNA。从体外片段DNA样本库是根据生活的协议技术离子Xpress +片段库套件。生成的离子激流个人基因组机器™242683年和217150年读取使用离子318芯片。由MG-RAST服务器读取序列分析(14]。通过这种方法,每个过滤器的微生物组成进行了测定。
3.4。本地化的细菌的外表
大概,数字越高的细菌在第二系统能够更快堵塞过滤器2。我们从不同的地方收集热水样的第二回注井的管道系统,以确定细菌的外观。水样本有磅琼脂板上,在30°C在有氧条件下孵化。因此,这种方法只能用于获得近似结果关于细菌的数量在某些点的系统能够生长在这种情况下(15]。
4所示。结果与讨论
水的化学分析表明,两井的水的成分是明显不同的。很快堵塞系统的水包括两倍苯酚和BTEX的化合物比其他系统的水和挥发性石油烃十倍(表1)[15]。芳香族化合物的高浓度可能促进芳香化合物降解菌的过度生长。
根据宏基因组测序的结果,在系统1的情况下,没有占主导地位的细菌物种;细菌甚至相当的分散。过滤器1来自上最丰富的物种Erythrobacter(4 9%),洋葱(4 3%),Methylibium(2 9%),假单胞菌(2 9%),Acidovorax(2 2%)纤毛菌属属(2%)。细菌的多样性迅速堵塞的过滤系统(数量2)显著低于过滤器1 (16]。过滤器2,最主要属Magnetospirillum(42%)。也有物种的Dechloromonas(6 8%),Rhodospirillum(3 4%),Candidatus Accumulibacter(1 9%),假单胞菌(1 8%),Azoarcus(1 7%),洋葱(1 5%)Thauera(1 5%)属(图5)。
压倒性的发生Magnetospirillum属过滤器2可能令人惊讶;然而测序结果超过200000质量好的读和的身份Magnetospirillum序列是99,84%在M5RNA序列数据库;因此这是一个可靠的数据分析的结果。
这一组的成员(除了Azoarcus和Thauera属)是这样denitrificans能够降解芳香族化合物(17]。有发展前景(细胞器含有磁铁矿晶体膜包围),组织成链和帮助东方的地磁场,也是典型的他们(18]。Chakraborty等人发现DechloromonasRCB株能分解苯甲苯乙苯和二甲苯19]。的成员Rhodospirillum属也能够用芳香族化合物作为食物来源(19,20.]。Azoarcus和Thauera属能够降解BTEX化合物(21]。不同种类的芳香组件可以由许多成员的退化洋葱属这使得它们适合生物技术的应用程序(22]。许多多环芳烃(多环芳烃)退化假单胞菌sp.细菌被发现能够生产生物表面活性剂(23- - - - - -25]。Candidatus Accumulibacter人口水解多磷酸盐在厌氧条件下,在有氧条件下产生多磷酸盐可积聚在细胞。这个过程可以用于微生物废水除磷(26]。
考试热的水样本不同的点第二回注井系统的微生物测试磅板块显示细菌的外观。测试确定的大部分细菌出现在缓冲罐和他们也坦克后,过滤器之前,但数量少得多。
5。结论
水化学分析表明,热的第二个系统是由酚类污染,芳香,BTEX化合物。宏基因组显示过滤器上的微生物群落组成,发现它们之间的巨大差异的两个过滤器两回注系统。即在过滤器2已发现一些细菌过滤器1相比特别丰富。微生物测试阐明细菌出现在回注井系统。
三种不同的细菌如hydrocarbon-degrading和biofilm-producing微生物组(Azoarcus,纤毛菌属、Acidovorax Thauera,假单胞菌等)、铁2 +- - - Mn2 +氧化细菌(Rhodopseudomonas Sideroxydans硫杆菌,披毛菌属,等)和铁3 +- - - Mn4 +呼吸细菌(核废料旁边,Rhodoferax Magnetospirillum Sulfurimonas,等)被Benedek等人发现细菌生物被膜,发达的不锈钢表面泵淹没在gasoline-contaminated缺氧地下水(27]。根据(28)铁收购可能会加上菲3 +在细胞内磁铁矿synthetization减少,这是必要的。确切的机制是未知的29日]。
这些类型的细菌主要是居住在过滤器2。有可能的是,这些特定的细菌的存在负责的快速堵塞过滤器的第二回注系统。作为过滤器的过滤2堵塞后三个小时改变(从过滤器进行了抽样后三个小时),这一事实使它容易相信这个小时间可能不够直接构建大规模的生物膜过滤器。微生物测试结果的热水细菌在缓冲罐的外观。这些细菌在缓冲罐可以被淘汰下来,过滤器堵塞剂。死水区和一个温暖的发生(34°C)用热水温在缓冲罐为细菌生长过度创造有利条件。
年内,不同的需求,注入的流体的温度有一个很大的波动。同时,样本取自缓冲罐,记录温度,这个温度系统的可能是不同的在不同的位置。因此,它是可能的,由于温度的变化,在回注系统的缓冲罐的情况下可以最佳的增长Magnetospirillum物种(30.]。这些物种也可能容忍更高的温度,所以温度不是一个非常严格的限制参数(31日]。
热水污染(高COD、酚指数和BTEX)在这个低流动面积导致某些细菌的喂养和过度生长(尤其是Magnetospirillumsp)。这些细菌过度生长可能导致阻塞在缓冲罐表面生物膜的形成。尽管这些细菌有不宜堵塞影响过滤器,另一方面,他们也可以扮演一个角色实益的热污染水处理和这个属性有可能被利用。在第一个系统的热水不包含这样的水平并没有发现这些极其丰富的细菌污染。这也许可以解释为什么第一个回注系统是免费的从堵塞的问题。
减少水的停留时间缓冲罐和优化缓冲罐的大小为了绕过停滞区,除了水消毒柜(通过紫外线或臭氧),可能会解决这个问题。在未来的水回注系统的化学设计应该考虑和污染水的细菌的出现可以预期。
相互竞争的利益
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
作者要感谢Mihaly Kurunczi资金化学分析和什特伊帮助每一次抽样。