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

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

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