Implementación de soluciones más efectivas de control
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Implementación de soluciones más efectivas de control microbiano en sistemas industriales a través del monitoreo microbiológico y biología molecular y del desarrollo de nuevas soluciones de control microbiano Documento IBP 1812_12 - E-póster electrónico 18 de septiembre de 2012 Geert M. van der Kraan, PhD Especialista en I&D, DOW Microbial Control, Europa y Medio Oriente Contenidos Por qué es necesario el control microbiano Control microbiano en el ámbito del gas y el petróleo Administración del agua (un enfoque de 2 fases) Caso de estudio 1 (fase 1): Descripción del sistema, identificación de las áreas de preocupación resultado Caso de estudio 2 (fase 2): Análisis para encontrar las soluciones óptimas resultado Conclusión Futuros trabajos Por qué es necesario el control microbiano La diversidad microbiana es inmensa y está llena de diferentes actividades metabólicas (a menudo perjudiciales). Producción de H2S/Oxidación de metales Los comúnmente denominados ‘Ecosistemas Diseñados’ dan origen al crecimiento microbiano no deseado (dado que las actividades metabólicas tienden a afectar la estructura y función) Los microorganismos tienden a crecer en estructuras con capas denominadas biofilms (que, una vez establecidas, son difíciles de eliminar) y causan una serie de problemas Biofilm de Staphylococcus aureus Pseudomonas chlororaphis en reservorio (idealizado) Halomonas spp. Si bien son pequeños, los microorganismos en general pueden causar daños graves en los ecosistemas diseñados y, en consecuencia, generar grandes pérdidas económicas Problemas específicos para la Industria del Petróleo Contaminación de la planta de desalinización/OI (agua potable – patógenos) Contaminación del (sistema de) almacenamiento y refinería, incrustaciones y crecimiento de corrosión por influencia microbiana (MIC) marina sobre el acero MIC y contaminación, incrustaciones y obstrucciones en la línea de inyección MIC y contaminación, incrustaciones y obstrucciones en la línea de producción Acidificación y obstrucción del reservorio debido a biocontaminación de bacterias reductoras de sulfato (SRB) (problemas de inyección) Destrucción de la calidad del petróleo debido a la formación biogénica de H2S Todos estos problemas comparten sus causas: • Presencia de agua (salina) • Presencia de un hidrocarburo como donante de carbono Todos estos problemas se deben controlar. Administración y tratamiento efectivo del agua con una solución optimizada (2 fases) A fin de mantener un sistema bajo un control efectivo con el uso mínimo de productos químicos, DMC recomienda un enfoque de 2 fases: 1) Una evaluación integral del sitio aplicando: • Técnicas microbiológicas ‘tradicionales’ • Las futuras técnicas novedosas de biología molecular Permite la identificación de áreas de preocupación/ gravedad del problema/ cómo solucionarlo Tratamiento (ubicación/¿es el tratamiento efectivo?, etc.) 2) Encontrar la solución de control microbiano óptima a través de: • Simulación con la mayor precisión posible de las condiciones del sitio en el laboratorio • Análisis de diferentes soluciones a través de tecnologías de análisis de alto rendimiento Permite encontrar la solución optimizada más efectiva para la condición y ubicación específicas de cada cliente (no existe una única solución para cada caso, ya que la situación de cada cliente es única) Caso de estudio 1: Evaluación de la situación (administración del ciclo del agua) Cuantificación de células, diversidad microbiana y análisis geoquímico de un yacimiento petrolífero (on-shore) europeo y su sitio de separación de petróleo-agua asociado Medio ambiente (Próxima generación: enfoque de pirosecuenciación basada en ADN) Excreción Motivos: Monitoreo de rutina grandes cantidades de células El programa de biocidas aplicado no fue efectivo: Aún no hay presencia de acidificación en el fondo del pozo, se observó gran cantidad de acidificación en el lateral superior: (preocupación por la acidificación en el pozo profundo) Absorción de nutrientes Resumen (S1) Poca cantidad de células y H2S detectada. Desulfotomaculum solfataricum (1*104 células/ml) Preocupación baja (S2) cantidad de células 10 veces mayor y H2S detectada. Desulfocaldus (juega un papel dominante en el sistema), (S3) Gran cantidad de células y hierro libre. Una comunidad diversa presenta niveles celulares superiores a 100× el agua producida. (1*107 células/ml) fuente de infección para el sistema y alta preocupación mayor preocupación (S6) Gran cantidad de células: Desulfocaldus, altos niveles de H2S detectados (1*106 células/ml) – 50-75% SRB alta preocupación. (S5) Poca cantidad de células, sistema completamente aeróbico. Preocupación baja (S4) Se detectó la misma cantidad de células que el agua de entrada y Fe2+ libre. Desulfocaldus mayor preocupación. Se propuso otro punto de incorporación de biocidas y destino alternativo para el agua del tanque de almacenamiento de petróleo (en base al resultado) Biología Molecular – Agua de entrada Identificación de organismos perjudiciales % Nombre de la secuencia más cercana Taxonomía 42,08 11,59 5,78 4,76 4,7 4,7 3,01 1,33 1,32 1,15 1,11 Desulfocaldus sp. str. Hobo hebra aislada S2651 Desulfobulbus sp. str. DSM 2033 clon digestor anaeróbico AA64 Desulfacinum subterraneum str. 101 Desulfobulbus rhabdoformis str. M16 Flexistipes sp. vp180 BC20-1B-56 clon de bacteria sin cultivo BUD14 clon de bacteria sin cultivo A10 clon de bacteria sin cultivo 12-24 Bacterias Bacterias Bacterias Bacterias Bacterias Bacterias Bacterias Bacterias Bacterias Bacterias Bacterias 18,47 remanente Proteobacterias Proteobacterias Proteobacterias Firmicutes Proteobacterias Proteobacterias Deferribacteres Chloroflexi Chloroflexi Chloroflexi Firmicutes remanente 18,47 clon de bacteria sin cultivo 12-24, 1,11 clon de bacteria sin cultivo A10, 1,15 Sólo la biología molecular puede darle este nivel de detalle superando las pruebas tradicionales clon de bacteria sin cultivo BUD14, 1,32 La interpretación y la combinación con los datos geoquímicos es clave BC20-1B-56, 1,33 clon digestor anaeróbico AA64, 4,76 Hebra aislada S2651, 11,59 Caso de estudio 2: Encontrar una solución optimizada (fase 2) Se aislaron microorganismos autóctonos: reductores de sulfato y productores de ácido de diferentes ubicaciones en un yacimiento de Shale gas en EE.UU. Las soluciones de tratamiento químico se probaron en estas cepas reproduciendo las condiciones del cliente. Motivos: Contaminación grave del yacimiento de shale gas Bocas del pozo separador Muestreo en el sitio Resultados Caso de estudio 2: Pruebas HTP /condiciones de simulación Microbiología Avanzada Metodología de Alto Rendimiento Métodos de Biofilm de Avanzada Biología Molecular Ecología Microbiana Pruebas y estudios de cinética de letalidad del desafío aeróbico HTP Miniaturización y automatización de la microbiología clásica métodos – numerosas variables Pruebas y estudios de cinética de letalidad del desafío anaeróbico HTP Mecánica de biofilms a través de videomicroscopía >6.000 puntos de datos en una jornada laboral típica Biofilms, termófilos, bacterias reductoras de sulfato, bacterias productoras de ácido HTP Corrosión por influencia microbiana - Do not share without permission Caso de estudio 2: Encontrar una solución optimizada (fase 2) Resultados del análisis microbiológico original Recuentos celulares (potencia 10) ATP pg ml-1promedio SRB APB Agua de estanque 3 5 2200 Agua de pozo 6,5 6,5 7000 Agua mezclada 5,5 7 2600 Agua mezclada-tratada 3 3,5 70 (6 horas) – 15 (24 horas) Agua de reflujo 4 5 2300 Agua producida 3,5 3 200 Lodo de perforación 4 7 * Lodo de perforación a base de petróleo 5 7 Fuente ¡Muy contaminado! Endosporas bajas bajas bajas bajas altas altas * * * Caso de estudio 2: Encontrar una solución optimizada (fase 2) Resultados del análisis del biocida: Combinaciones aplicadas eficacia durante 24 horas eficacia durante 48 horas eficacia durante 7 días (150 p.p.m. w/v, activo total) Glutaraldehído/ Sal de amonio cuaternario** Dazomet Sal de amonio cuaternario** Glutaraldehído/Nuevo activo 1 THPS/ Nuevo activo 1 Glutaraldehído/Nuevo activo 2 THPS/ Nuevo activo 2 SRB APB SRB APB SRB APB × × × × × × × × × × × × * A × indica: no pasó los criterios establecidos para los recuentos celulares menores que 102 células ml-1, un indica: pasó este criterio. ** El cuaternario aplicado en este caso es propiedad del operador del yacimiento y, por lo tanto, no se puede divulgar. Biocidas aplicados (independientes) eficacia durante 24 horas eficacia durante 7 días (150 p.p.m. w/v, activo) Glutaraldehído Dazomet THPS SRB × × APB × × eficacia durante 48 horas SRB × × × APB × × × SRB × × × APB × × × * A × indica: no pasó los criterios establecidos de una reducción de células de 3 log ml-1, un indica: pasó este criterio. Las combinaciones basadas en THPS fueron las más exitosas Conclusiones • Evaluar un sistema antes del desarrollo del tratamiento ayuda a optimizar las soluciones de control microbiano y permite el monitoreo en el tiempo. • La microbiología clásica, combinada con el análisis Geoquímico y la Biología Molecular, ofrecen herramientas excelentes para la evaluación y comprensión del sistema y permiten una mejor administración del agua (mayor detalle e información). • Permite mejorar la administración del agua y una aplicación más efectiva del tratamiento químico. • En especial, las nuevas combinaciones de tratamiento químico con THPS obtuvieron un mejor resultado para controlar el yacimiento de Shale gas. Futuros trabajos • Ampliar las investigaciones sobre Biología Molecular con secuenciación de próxima generación in-situ y a través de colaboraciones externas con socios académicos. • Trabajar para anticipar problemas de control microbiano a través del diagnóstico avanzado • Desarrollo permanente de nuevos tratamientos químicos con mejor rendimiento y más sustentables ¡Gracias! Documento IBP 1812_12 - E-póster Electrónico 18 de septiembre de 2012 Geert M. van der Kraan, PhD Especialista en I&D, DOW Microbial Control, Europa y Medio Oriente
