Implementando melhores soluções de controle microbiano em sistemas
industriais via monitoramento microbiológico & da biologia molecular e o
desenvolvimento de novas soluções de controle microbiano
Geert M. van der Kraan, PhD
Especialista em P&D, DOW Controle Microbiano, Europa & Oriente Médio
Documento IBP 1812_12 - Cartaz Eletrônico (E-poster )
18 de Setembro de 2012
Conteúdo
Porque o Controle Microbiano é Necessário
Controle Microbiano na Área do Petróleo & Gás
Gerenciamento da Água (uma abordagem em 2 fases)
Estudo de Caso 1 (fase 1): Descrever o sistema e localizar as áreas preocupantes
resultado
Estudo de Caso 2 (fase 2): Seleção das soluções ideais
resultado
Conclusão
Trabalhos futuros
Porque o Controle Microbiano é
Necessário A Diversidade Microbiana é imensa e cheia de atividades metabólicas diversas
(frequentemente prejudiciais).
Produção de H2S /Oxidação Metálica
Frequentemente os chamados “Ecossistemas Artificiais” dão origem ao crescimento de
microorganismos indesejados
(Já que as atividades metabólicas tendem a romper a estrutura e função)
Microorganismos tendem a crescer em estruturas em camadas chamadas de biofilmes.
(que uma vez instaladas são difíceis de remover). Que causam uma série de
questões.
Biofilme de Staphylococcus aureus Pseudomonas chlororaphis
em reservatório (ideal)
Halomonas spp.
Apesar de pequenos, em grupo os microorganismos podem causar danos severos a
Ecossistemas artificiais e, desta forma, causar graves perdas econômicas
Questões específicas da Indústria do
Petróleo
Destruição da qualidade do
óleo devido à produção
biogênica de H2S
Acidez & entupimento do
reservatório devido a
bioincrustação por SRB
(questões de injetabilidade)
Incrustação, deposição, entupimento
& MIC da linha de produção
Incrustação, deposição, entupimento
& MIC da linha de injeção
Crescimento marinho no aço
Incrustação nas Plantas de Dessalinização/OR
(água potável – patógenos)
Deposição, incrustação e MIC nos
(sistemas) de Armazenagem &
Refino
Todas essas questões compartilham causas:
• A presença de água (salgada)
• A presença de um Hidrocarboneto como doador de carbono
Todas estas questões têm de ser controladas.
Gerenciamento da água e tratamento eficaz
com uma solução otimizada (2 Fases)
A fim de manter o sistema sob um controle eficaz com o menor uso de
químicos um CMD defende uma abordagem em 2 fases:
1) Uma avaliação completa do local empregando:
• Técnicas microbiológicas “tradicionais”
• Novas técnicas de biologia molecular que estão surgindo
Permite a identificação de áreas de preocupação/gravidade da questão/como
corrigir
Tratamento (localização/se o tratamento é eficaz, etc.)
2) Encontrar a solução ideal para controle microbiano via:
• Simulando, em laboratório, as condições do local, da melhor forma possível
• Selecionando de uma variedade de soluções via tecnologias de seleção de alto
rendimento
Permitindo encontrar uma solução ideal que seja mais eficaz na condição e
localização específica de cada cliente
(não há uma solução única para cada caso já que a situação de cada
cliente é única)
Estudo de Caso 1: Avaliação da situação
(gerenciamento do ciclo de água)
Quantificação celular, diversidade microbiana e triagem geoquímica de um campo de
petróleo europeu (on-shore) e da sua unidade de separação de óleo-água associada.
(Última geração: abordagem de sequenciamento de DNA por
Pyrotags)
Razões:
Monitoramento de rotina grande quantidade de células
Programa de biocida aplicado não foi eficaz:
Ainda sem acidez no fundo do poço,
observada intensa acidez na parte superior: (preocupação com acidez em
poço profundo)
Resumo (S1) Detecção de pequena quant. de células e H2S. Desulfotomaculum solfataricum
(1*104 células/ml)
Pouca preocupação
(S3) Grande quant. de células e ferro livre.
Uma comunidade diversificada presente. Níveis de células acima de 100× a água produzida. (1*107 cells/ml)
Fonte de contaminação para o sistema e grande preocupação
(S2) Quant. de células 10 vezes maior e detecção de H2S. Desulfocaldus (tem um papel predominante no sistema),
Mais preocupação
(S4) Mesma quant. de células que na água de alimentação e detecção de Fe2+ livre. Desulfocaldus
Mais preocupação.
(S6) Elevada quant. de células: Desulfocaldus, detecção de altos níveis de H2S.
(1*106 células/ml) – 50-75% SRBs
Grande preocupação.
(S5) Pequena quant. de células, sistema completamente aeróbico.
Pouca preocupação
Proposto um ponto adicional de adição de Biocida & destino alternativo
para a água do tanque de armazenagem de óleo
(com base no reultado)
Biologia Molecular – Determinação de
organismos nocivos na água de entrada
Apenas a biologia celular pode
proporcionar este nível de detalhe em
cima dos testes tradicionais
A interpretação e combinação com os
dados geoquímicos é fundamental
% Nome da sequência mais próxima Taxonomia
42,08 Desulfocaldus sp. str. Hobo Bactéria Proteobactéria
11,59 Cepa isolada S2651 Bactéria Proteobactéria
5,78 Desulfobulbus sp. str. DSM 2033 Bactéria Proteobactéria
4,76 Clone digestor anaeróbico AA64 Bactéria Firmicutes
4,7 Desulfacinum subterraneum str. 101 Bactéria Proteobactéria
4,7 Desulfobulbus rhabdoformis str. M16 Bactéria Proteobactéria
3,01 Flexistipes sp. vp180 Bactéria Deferribacteres
1,33 BC20-1B-56 Bactéria Chloroflexi
1,32 Clone de bactéria não cultivado BUD14 Bactéria Chloroflexi
1,15 Clone de bactéria não cultivado A10 Bactéria Chloroflexi
1,11 Clone de bactéria não cultivado 12-24 Bactéria Firmicutes
18,47 outras
Estudo de Caso 2:
Buscando uma solução otimizada (Fase 2)
Foi feito um isolamento dos microorganismos autóctones: redutores de
sulfato (SRB) & produtores de ácido (APB) de vários locais de uma área de
exploração de gás de xisto nos EUA.
As soluções de tratamento químico foram testadas nestas cepas
simulando as condições no cliente.
Razões:
Grave contaminação da área de exploração de gás de xisto
Separadores das cabeças de poço
Amostragem no local
Resultados
Desafio anaeróbico de HTP testes e estudos de time kill
Miniaturização & automação de
métodos clássicos de microbiologia – diversas variáveis
Desafio aeróbico de HTP testes e estudos de time kill
Mecânica de biofilme através
de video microscopia
Biofilmes HTP, termófilos, bactérias redutoras
de sulfato, bactérias produtoras de ácido
>6,000 pontos de dados em
um dia típico de trabalho
Microbiologia Avançada
Metodologia de Alto Rendimento
Métodos Avançados de Biofilme
Biologia Molecular
Ecologia Microbiana
Estudo de Caso 2:
Testes de HTP/simulação de condições
Corrosão por influência microbiana
DOW Restrito – Não publicar sem permissão
Estudo de Caso 2:
Encontrando uma solução otimizada (Fase 2)
Resultados da análise microbiológica original
Fonte Contagem de células (potência de 10) ATP „Média pg ml-1 Endosporos
SRB APB
Água do tanque 3 5 2200 baixa
Água do fosso 6.5 6.5 7000 baixa
Água de mistura 5.5 7 2600 baixa
Água de mistura
(tratada) 3 3.5 70 (6 horas) – 15 (24 hrs) baixa
Água de retorno 4 5 2300 alta
Água produzida 3.5 3 200 alta
Lama de perfuração 4 7 * *
Lama de perfuração
a base de óleo 5 7 * *
Grande contaminação !
Estudo de Caso 2:
Encontrando uma solução otimizada (Fase 2)
Resultados da seleção de biocida:
Combinações utilizadas Eficácia em 24 horas Eficácia em 48 horas Eficácia em 7 dias
(150 p.p.m. p/v, ativo total) SRB APB SRB APB SRB APB
Glutaraldeído/Sal de amônio
Quaternário** × × ×
Sal de amônio quaternário**
Dazomet × × × × ×
Glutaraldeído/Ativo Novo 1 × ×
THPS/ Ativo Novo 1
Glutaraldeído/Ativo Novo 2 × ×
THPS/ Ativo Novo 2
•Um × indica: não passou no critério de contagem de células inferior a 102 células ml-1; um indica: passou neste critério.
** O sal quat. utilizado neste caso é proprietário do operador da área e, portanto, não pode ser divulgado.
Biocidas utilizados (autônomos) Eficácia em 24 horas Eficácia em 48 horas Eficácia em 7 dias
(150 p.p.m. p/v, ativo) SRB APB SRB APB SRB APB
Glutaraldeído × × × × × ×
Dazomet × × × × × ×
THPS × × × ×
•Um × indica: não passou no critério de redução de 3 log de células ml-1; um indica: passou neste critério.
As combinações com base no THPS foram as mais bem sucedidas
Conclusões
• A avaliação do sistema antes do desenvolvimento do tratamento ajuda a
otimizar as soluções para controle microbiano e permite o monitoramento
adicional.
•A microbiologia clássica em combinação com a triagem Geoquímica e a
Biologia Molecular fornece excelentes ferramentas para avaliação e
entendimento do sistema, o que permite um melhor gerenciamento da água
(mais detalhes e informação).
•Permite um melhor gerenciamento da água e uma aplicação mais eficaz do
tratamento químico.
•Especialmente novas combinações de tratamentos químicos com THPS
funcionaram melhor para a manutenção de uma área de exploração de gás de
xisto sob controle.
Trabalhos futuros
•Expandir a pesquisa sobre Biologia Molecular com sequenciamento de
última geração internamente e através de colaborações externas com
parceiros Acadêmicos.
•Trabalhar com a previsão de questões de controle microbiano através de
diagnósticos avançados
•Desenvolvimento constante de tratamentos químicos novos, com melhor
desempenho e mais sustentáveis
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